國家體育場---“鳥巢”結構分析

2020-03-25

膜結構工程。充電樁車棚、膜結構廠家、整個體育場結構的組件相互支撐,形成網格狀的構架,外觀看上去就仿若樹枝織成的鳥巢,其灰色礦質般的鋼網以透明的膜材料覆蓋,其中包含著一個土紅色的碗狀體育場看臺。在這里,中國傳統文化鏤空的手法、陶瓷的紋路、紅色的燦爛與熱烈,與現代最先進的鋼結構設計完美地相融在一起。

  整個建筑通過迪士尼巨型網狀結構聯系,內部沒有一根立柱,看臺是一個完整的沒有任何遮擋的碗狀造型,如同一個巨大的容器,賦予體育場以不可思議的戲劇性和無與倫比的震撼力。

一、總體結構

從形式上講:  鋼結構形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式鳥巢結構。

從材料上講:看臺地下1層為混凝土結構,地上7層為鋼筋混凝土框架,體育館的外部為鋼結構,體育館屋頂鋼結構上覆蓋了雙層膜結構。

從結構體系上講:  體育館的混凝土看臺為剪力墻結構。是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱,能承擔各類荷載引起的內力,并能有效控制結構的水平力,這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。

     1、看臺結構   鋼筋混凝土結構、混凝土結構和剪力墻結構

      2、外部框架:鋼結構鳥巢結構設計奇特新穎,而這次搭建它的鋼結構的Q460也有很多獨到之處:Q460是一種低合金高強度鋼,它在受力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形,這個強度要比一般鋼材大,因此生產難度很大。這是中國國內在建筑結構上首次使用Q460規格的鋼材;而這次使用的鋼板厚度達到110毫米,是以前絕無僅有的,在中國的國家標準中,Q460的最大厚度也只是100毫米。

    以前這種鋼一般從盧森堡、韓國、日本進口。為了給鳥巢提供合身Q460,從20049月開始,河南舞陽特種鋼廠的科研人員開始了長達半年多的科技攻關,前后3次試制終于獲得成功。2008年,400噸自主創新、具有知識產權的國產Q460鋼材撐起了鳥巢鐵骨鋼筋。外部鋼結構節點的焊接。

    鋼結構工程具有十分強烈的吸引力和挑戰性,獨特的全焊接重型鋼構高空大跨度馬鞍型設計造型,不僅使結構變為十分復雜,而且帶來難以控制的應力應變狀態,由此形成了一焊,二吊,三卸載的施工難關。工程中既有薄板焊接,又有厚板焊接,既有平焊、立焊,又有仰焊,既有高強鋼的焊接,又有鑄鋼件的焊接,焊接工作量大。薄板焊接變形大,厚板焊接熔敷量大,溫度控制和勞動強度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接的防風雨防低溫措施更使得焊接難度增大。

全部為全熔透一級焊縫;焊縫余高01mm(打磨),焊縫成形均勻美觀;焊接工程全員、全面、全過程抓好影響焊接質量的人、機、料、法、環五要素,Q460E焊接性試驗研究,控制焊接應力變形的具體作法,GMAW,FCAW-G采用大流量、大規范焊接Q460E,Q345GJD(厚板)在現場施工獲得成功。

3、鳥巢主結構的布置圖

1)構成整體結構的主桁架立面展開圖。

2)在鳥巢的主桁架的結構設計中,多采用了三角形穩定結構支撐。

4、鳥巢頂部主結構平面圖

 每個大跨度的主桁架通過之間的契合,搭建并通過與立面此結構、頂面次結構形成大跨度的空間結構體系。

5、鳥巢頂部平面結構

6、由于該工程中的構件均為箱型斷面桿件,所以,無論是主結構之間,還是主次結構之間,都存在多根桿件空間匯交現象。加之次結構復雜多變、規律性少,造成主結構的節點構造相當復雜,節點類型多樣,制作、安裝精度要求高。

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