现代空间结构与奥运场馆建设科普版.ppt

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1、范范 峰峰 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院 院长院长院长院长 哈尔滨工业大学空间结构研究中心哈尔滨工业大学空间结构研究中心哈尔滨工业大学空间结构研究中心哈尔滨工业大学空间结构研究中心 主任主任主任主任l l 国际空间与薄壳结构协会国际空间与薄壳结构协会国际空间与薄壳结构协会国际空间与薄壳结构协会IASSWG8IASSWG8委员委员委员委员l 国际结构设计雪荷载委员会国际结构设计雪荷载委员会国际结构设计雪荷载委员会国际结构设计雪荷载委员会ISOTC98/SC3ISOTC98/SC3 委员委员委员委员 l l 中国土木工程学

2、会空间结构委员会中国土木工程学会空间结构委员会中国土木工程学会空间结构委员会中国土木工程学会空间结构委员会 委员委员委员委员l l 中国钢结构协会专家委员会中国钢结构协会专家委员会中国钢结构协会专家委员会中国钢结构协会专家委员会 委员委员委员委员l l 国家大科学工程国家大科学工程国家大科学工程国家大科学工程FASTFAST项目结构系统项目结构系统项目结构系统项目结构系统 总工程师总工程师总工程师总工程师l l 核心期刊核心期刊核心期刊核心期刊建筑结构学报建筑结构学报建筑结构学报建筑结构学报空间结构空间结构空间结构空间结构 编委编委编委编委l l空间网格结构设计与施工规范空间网格结构设计与施工

3、规范空间网格结构设计与施工规范空间网格结构设计与施工规范编委会编委会编委会编委会 委员委员委员委员l l钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范 修委会修委会修委会修委会 委员委员委员委员l l建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范修委会修委会修委会修委会 委员委员委员委员国家一级注册结构工程师国家一级注册结构工程师国家一级注册结构工程师国家一级注册结构工程师博士、教授、博士生导师博士、教授、博士生导师博士、教授、博士生导师博士、教授、博士生导师现代空间结构现代空间结构奥运场馆建设奥运场馆建设范范峰峰主要内容主要内容一、北京奥运场馆与空间结构一、北京奥

4、运场馆与空间结构二、创新设计理念二、创新设计理念三、自主科技创新三、自主科技创新四、优秀奥运建筑回顾与展望四、优秀奥运建筑回顾与展望一、北京奥运场馆一、北京奥运场馆与空间结构与空间结构l 20082008北京奥运会北京奥运会使中国人前所未有地使中国人前所未有地近距离感受到奥林匹克的气息。近距离感受到奥林匹克的气息。l 美仑美奂的美仑美奂的奥运场馆奥运场馆为奥运会的热烈为奥运会的热烈气氛增添了一道绚丽的色彩。气氛增添了一道绚丽的色彩。l 奥运场馆建设也为我国奥运场馆建设也为我国大跨空间结构大跨空间结构的发展提供了广阔舞台。的发展提供了广阔舞台。什么是什么是空间结构空间结构?在实际的三维世界里，任

5、何结构本质上在实际的三维世界里，任何结构本质上都是都是空间性质空间性质的。只不过出于的。只不过出于简化设计和建简化设计和建造造的目的，人们在许多场合有条件地把它们的目的，人们在许多场合有条件地把它们分解成一片片分解成一片片平面结构平面结构来进行构造和计算。来进行构造和计算。排架排架排架排架框架框架框架框架桁架桁架桁架桁架拱拱拱拱与此同时，与此同时，无法进行简单分解无法进行简单分解的真正意的真正意义上的义上的空间结构空间结构也始终没有停止其自身的发也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的创造潜力，体现出大自然的美丽和神奇。的创造潜力，

6、体现出大自然的美丽和神奇。沙特阿拉伯利雅德皇家体育场美国迪斯尼乐园球幕电影院空间结构基本类型空间结构基本类型1.1.薄壳结构薄壳结构2.2.空间网格结构空间网格结构3.3.张力结构张力结构 4.4.混合结构混合结构(刚性构件与柔性索的组合刚性构件与柔性索的组合刚性构件与柔性索的组合刚性构件与柔性索的组合)l网架网架结构结构 网壳结构网壳结构 其它形式网格体系其它形式网格体系 悬索结构悬索结构 膜结构膜结构 索穹顶索穹顶张弦结构张弦结构 斜拉斜拉结构结构 其它形式混合体系其它形式混合体系薄壳结构薄壳结构薄壳结构薄壳结构网网网网壳结构壳结构壳结构壳结构平板网架平板网架平板网架平板网架可开合网壳可开

7、合网壳可开合网壳可开合网壳索网索网索网索网结构结构结构结构充气膜充气膜充气膜充气膜结构结构结构结构张拉膜张拉膜张拉膜张拉膜结构结构结构结构张弦张弦张弦张弦结构结构结构结构空间结构空间结构形式丰富多彩，具有卓越的工作性形式丰富多彩，具有卓越的工作性能，不仅表现在能，不仅表现在三维受力三维受力，而且还在于通过，而且还在于通过合理的曲面形体合理的曲面形体来有效抵抗外荷载作用。来有效抵抗外荷载作用。空间结构的受力特点空间结构的受力特点1.1.三维受力三维受力 由于有多个方向的构件同时参与工作，由于有多个方向的构件同时参与工作，使内力分布更加均匀。使内力分布更加均匀。2.2.通过合理的曲面形体抵抗外荷载

8、作用通过合理的曲面形体抵抗外荷载作用l使结构承受轴力为主，充分利用材料强度使结构承受轴力为主，充分利用材料强度l传力路径更为直接，有效提高结构刚度传力路径更为直接，有效提高结构刚度ql对大跨和超大跨度建筑，一般平面结构往往难以对大跨和超大跨度建筑，一般平面结构往往难以成为合理的选择。从国内外工程实践来看，许多成为合理的选择。从国内外工程实践来看，许多现代现代大跨建筑大跨建筑都采用都采用空间结构空间结构体系。体系。l历届奥运会往往都是空间结构展示其强大潜力的历届奥运会往往都是空间结构展示其强大潜力的重要舞台，重要舞台，北京奥运会北京奥运会也给也给空间结构空间结构提供了难得提供了难得的发展机遇。的

9、发展机遇。沈阳沈阳沈阳沈阳北京北京秦皇岛秦皇岛秦皇岛秦皇岛天津天津天津天津上海上海上海上海香港香港香港香港青岛青岛青岛青岛足球帆船马术2008年奥运会比赛场馆共年奥运会比赛场馆共37个，其中个，其中北京地区北京地区31个，京外地区个，京外地区6个。个。12302625312827292189104324651114131916152217212018723老山自行车场老山自行车场五棵松体育馆五棵松体育馆五棵松棒球场五棵松棒球场丰台垒球场丰台垒球场北工大体育馆北工大体育馆自行车公路场地自行车公路场地沙滩排球场沙滩排球场工人体育馆工人体育馆工人体育场工人体育场奥体中心体育场奥体中心体育场英东游泳馆

10、英东游泳馆奥体中心奥体中心击剑击剑科大科大北航北航农大体育馆农大体育馆北理工北理工北大体育馆北大体育馆首都体育馆首都体育馆铁人三项赛场铁人三项赛场水上公园水上公园网球场网球场射箭场射箭场曲棍球场曲棍球场北京射击场飞碟靶场北京射击场飞碟靶场北京射击馆北京射击馆老山自行车馆老山自行车馆鸟巣鸟巣水立方水立方国家体育馆国家体育馆小轮车赛场小轮车赛场20082008年奥运会北京场馆分布图年奥运会北京场馆分布图奥运场馆奥运场馆奥林匹克公园奥林匹克公园主干道主干道新建场馆：新建场馆：新建场馆：新建场馆：1212改扩建场馆：改扩建场馆：改扩建场馆：改扩建场馆：1111临时场馆：临时场馆：临时场馆：临时场馆：8

11、 8l北京地区的场馆相对集中于北京地区的场馆相对集中于奥林匹克公园区奥林匹克公园区、西部社区西部社区、大学区大学区和和北部风景区北部风景区等等4个区域。个区域。新新建建场场馆馆国家体育场国家体育场国家体育场国家体育场格构式交叉刚架格构式交叉刚架格构式交叉刚架格构式交叉刚架国家游泳中心国家游泳中心国家游泳中心国家游泳中心多面体空间网架多面体空间网架多面体空间网架多面体空间网架国家体育馆国家体育馆国家体育馆国家体育馆双向张弦桁架结构双向张弦桁架结构双向张弦桁架结构双向张弦桁架结构北京射击馆北京射击馆北京射击馆北京射击馆网架与网架与桁架结构桁架结构桁架结构桁架结构 北京奥林匹克篮球馆北京奥林匹克篮球

12、馆北京奥林匹克篮球馆北京奥林匹克篮球馆巨型网格平板网架巨型网格平板网架巨型网格平板网架巨型网格平板网架 老山自行车馆老山自行车馆老山自行车馆老山自行车馆双层球面网壳结构双层球面网壳结构双层球面网壳结构双层球面网壳结构 顺义奥林匹克水上公园顺义奥林匹克水上公园顺义奥林匹克水上公园顺义奥林匹克水上公园平面刚架结构平面刚架结构平面刚架结构平面刚架结构中国农业大学体育馆中国农业大学体育馆中国农业大学体育馆中国农业大学体育馆桁架结构桁架结构桁架结构桁架结构 北京大学体育馆北京大学体育馆北京大学体育馆北京大学体育馆矩形平面弦支肋环型网壳矩形平面弦支肋环型网壳北京科技大学体育馆北京科技大学体育馆北京科技大学

13、体育馆北京科技大学体育馆网架结构网架结构网架结构网架结构北京工业大学体育馆北京工业大学体育馆北京工业大学体育馆北京工业大学体育馆弦支联方型球面网壳弦支联方型球面网壳北京奥林匹克公园网球场北京奥林匹克公园网球场北京奥林匹克公园网球场北京奥林匹克公园网球场混凝土悬挑板梁结构混凝土悬挑板梁结构混凝土悬挑板梁结构混凝土悬挑板梁结构田径、足球游泳、跳水体操、踹床 射击篮球自行车赛艇、皮划艇 摔跤乒乓球柔道、跆拳道羽毛球网球改改扩扩建建场场馆馆奥体中心体育场奥体中心体育场奥体中心体育场奥体中心体育场悬臂刚架结构悬臂刚架结构悬臂刚架结构悬臂刚架结构奥体中心体育馆奥体中心体育馆奥体中心体育馆奥体中心体育馆斜拉

14、网壳斜拉网壳斜拉网壳斜拉网壳北京工人体育场北京工人体育场北京工人体育场北京工人体育场刚架结构刚架结构刚架结构刚架结构北京工人体育馆北京工人体育馆北京工人体育馆北京工人体育馆车辐式双层悬索结构车辐式双层悬索结构车辐式双层悬索结构车辐式双层悬索结构 首都体育馆首都体育馆首都体育馆首都体育馆网架结构网架结构网架结构网架结构丰台体育中心垒球场丰台体育中心垒球场丰台体育中心垒球场丰台体育中心垒球场露天场地露天场地露天场地露天场地英东游泳馆英东游泳馆英东游泳馆英东游泳馆斜拉网壳斜拉网壳斜拉网壳斜拉网壳老山山地自行车场老山山地自行车场老山山地自行车场老山山地自行车场露天场地露天场地露天场地露天场地北京理工大

15、学体育馆北京理工大学体育馆北京理工大学体育馆北京理工大学体育馆桁架结构桁架结构桁架结构桁架结构北京射击场飞碟靶场北京射击场飞碟靶场北京射击场飞碟靶场北京射击场飞碟靶场桁架结构桁架结构桁架结构桁架结构北京航空航天大学体育馆北京航空航天大学体育馆北京航空航天大学体育馆北京航空航天大学体育馆网架结构网架结构网架结构网架结构 跑步、马术手球拳击足球排球 垒球 水球 自行车排球飞碟射击 举重临临时时场场馆馆国家会议中心国家会议中心国家会议中心国家会议中心击剑馆击剑馆击剑馆击剑馆北京奥林匹克公园北京奥林匹克公园北京奥林匹克公园北京奥林匹克公园曲棍球场曲棍球场曲棍球场曲棍球场 北京奥林匹克公园北京奥林匹克公

16、园北京奥林匹克公园北京奥林匹克公园射箭场射箭场射箭场射箭场 北京五棵松体育中心北京五棵松体育中心北京五棵松体育中心北京五棵松体育中心棒球场棒球场棒球场棒球场 朝阳公园沙滩朝阳公园沙滩朝阳公园沙滩朝阳公园沙滩排球场排球场排球场排球场 老山小轮车赛场老山小轮车赛场老山小轮车赛场老山小轮车赛场 铁人三项赛场铁人三项赛场铁人三项赛场铁人三项赛场 公路自行车赛场公路自行车赛场公路自行车赛场公路自行车赛场 击剑曲棍球射箭棒球沙滩排球小轮车铁人三项公路自行车分分赛赛场场场场馆馆青岛奥林匹克帆船中心青岛奥林匹克帆船中心青岛奥林匹克帆船中心青岛奥林匹克帆船中心 香港奥运马术场馆香港奥运马术场馆香港奥运马术场馆香

17、港奥运马术场馆 天津奥林匹克中心体育场天津奥林匹克中心体育场天津奥林匹克中心体育场天津奥林匹克中心体育场V V形大悬臂空间形大悬臂空间形大悬臂空间形大悬臂空间桁架桁架桁架桁架上海体育场上海体育场上海体育场上海体育场膜结构膜结构膜结构膜结构沈阳奥体中心沈阳奥体中心沈阳奥体中心沈阳奥体中心体育场体育场体育场体育场拱支单层网壳拱支单层网壳拱支单层网壳拱支单层网壳秦皇岛市奥体中心体育场秦皇岛市奥体中心体育场秦皇岛市奥体中心体育场秦皇岛市奥体中心体育场膜结构膜结构膜结构膜结构帆船马术足球足球足球足球l这些奥运场馆建设反映了我国大跨空间结这些奥运场馆建设反映了我国大跨空间结构发展的最新水平：构发展的最新水

18、平：新颖的设计理念新颖的设计理念新颖的设计理念新颖的设计理念 先进的结构体系先进的结构体系先进的结构体系先进的结构体系 大量自主创新技术大量自主创新技术大量自主创新技术大量自主创新技术l可以看到，新建奥运场馆采用了丰富多彩的可以看到，新建奥运场馆采用了丰富多彩的空间结构体系：空间结构体系：创造了一些新颖的空间网格结构创造了一些新颖的空间网格结构创造了一些新颖的空间网格结构创造了一些新颖的空间网格结构先进的张弦结构体系得到广泛应用先进的张弦结构体系得到广泛应用先进的张弦结构体系得到广泛应用先进的张弦结构体系得到广泛应用传统空间网格结构得到进一步发展传统空间网格结构得到进一步发展传统空间网格结构得

19、到进一步发展传统空间网格结构得到进一步发展二、创新设计理念二、创新设计理念 北京奥运场馆建设中，北京奥运场馆建设中，“鸟巢鸟巢”、“水立水立方方”以其新颖的设计理念，创造出令人耳目一以其新颖的设计理念，创造出令人耳目一新的大跨空间结构形式。新的大跨空间结构形式。张弦结构张弦结构等先进空间结构体系在许多场馆等先进空间结构体系在许多场馆中获得成功应用，形成了北京奥运场馆建设的中获得成功应用，形成了北京奥运场馆建设的另一个亮点。另一个亮点。HOK Sport&Venue&EventPty Limited,AustraliaB01B011.GMP International Gmbh,Germany2

20、.Sbp Gmbh,GermanyB02B02 Ramirez Vazquez Asociados,SA de CV,Mexico 上海现代建筑设计(集团)公司B03B03B04B04 1.Ellerbe Becket,Inc.,USA 2.AEPC Consultants,Inc.,USAB05B05NBBJ West Limited Partner Ship,USAB06B06Goodwell International Services Inc,British Virgin IslandsRAN International Architects&engineers,CanadaB07B0

21、71.株式会社AXS佐藤综合计画,日本2.清华大学建筑设计研究院B08B081.天津市建筑设计研究院 2.Lin Tung Yen China Inc.,HongKong3.Kodama Diseno Architects&Planners Heery International,USA B09B09S.C.A.U International,FranceB10B10北京市建筑设计研究院B12B12 1.株式会社原广司+Atebier 建筑研究所/Hiroshi Hara+Atelier,Japan 2.Taisei Corporation Architectural Design Offic

22、e,JapanB13B13v国家体育场建筑概念设计方案国家体育场建筑概念设计方案经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有13131313个个个个建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审。1.Herzog&De Meuron Architekten AG(H&de M)Switzerland2.中国建筑设计研究院经专家评审和公众投票，经专家评审和公众投票，“鸟巢鸟巢”在所有在所有1313个方案中脱颖而出。个方案中脱颖而出。B11外墙面为外墙面为外墙面为外墙面为椭圆锥面椭圆锥面椭圆锥面椭

23、圆锥面内墙面为内墙面为内墙面为内墙面为椭圆柱面椭圆柱面椭圆柱面椭圆柱面“鸟巢鸟巢”几何构形几何构形屋面为屋面为屋面为屋面为圆环体圆环体圆环体圆环体(toroidtoroidtoroidtoroid)内侧内侧内侧内侧表面的一部分表面的一部分表面的一部分表面的一部分 剖面大样剖面大样剖面大样剖面大样完整构形完整构形完整构形完整构形主结构主结构 完整结构完整结构“鸟巢鸟巢”结构布置结构布置“鸟巢鸟巢”主结主结构平面布置构平面布置 原设计方案原设计方案原设计方案原设计方案 结构细部示意图结构细部示意图 总体效果图总体效果图“鸟巢鸟巢”建成后外景建成后外景 “鸟巢鸟巢”其建筑与结构浑然其建筑与结构浑然一

24、体，貌似无序的自由编织的结构体一体，貌似无序的自由编织的结构体系构成了新颖的、富于视觉冲击力的系构成了新颖的、富于视觉冲击力的独特建筑形式，为大跨空间结构家族独特建筑形式，为大跨空间结构家族添加了一个富于个性的新成员。添加了一个富于个性的新成员。B05B05B06B06B07B07B01B01B02B02B03B031.Cox Group Pty Ltd,Australia2.北京市建筑设计研究院v国家游泳中心建筑概念设计方案国家游泳中心建筑概念设计方案HOK Sport Limited,UKDominique Perrault Architects,France1.Kawaguchi&Eng

25、ineers Co.Ltd.,Japan2.Takamatsu Architect&Associates Co.Ltd.,Japan1.Foster and Partners,UK2.Ove Arup&Parners Ltd.,UK上海现代建筑设计(集团)有限公司中国建筑设计研究院B08B08B09B09B10B10经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有经全球设计竞赛招标，共有10101010个个个个建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审建筑概念设计方案参加评审。1.DECATHLON S.A.Project Planning

26、&Engineerin Consultants of Athens,Greece 2.UNIVERSAL ATELIER International GROUP,Australia 3.南京市民用建筑设计研究院Rafael Vinoly Architects PC,USAB04B04方案方案1.中国建筑工程总公司2.PTW Architects,Australia3.Ove Arup Pty Ltd.Australia 经专家评审和公众投票，经专家评审和公众投票，“水立方水立方”在所有在所有1010个方案中脱颖而出。个方案中脱颖而出。“水立方水立方”的结构概念的结构概念l l1919世纪末世纪

27、末世纪末世纪末 KelvinKelvin提出：如果将三维提出：如果将三维提出：如果将三维提出：如果将三维空间细分为许多单元，各单元体积空间细分为许多单元，各单元体积空间细分为许多单元，各单元体积空间细分为许多单元，各单元体积相等且接触面积最小，这些单元应相等且接触面积最小，这些单元应相等且接触面积最小，这些单元应相等且接触面积最小，这些单元应是什么形状？是什么形状？是什么形状？是什么形状？l l许多科学家将许多科学家将许多科学家将许多科学家将 KelvinKelvin问题归纳为问题归纳为问题归纳为问题归纳为“等体积肥皂泡阵列几何学等体积肥皂泡阵列几何学等体积肥皂泡阵列几何学等体积肥皂泡阵列几何

28、学”问题问题问题问题气泡理论气泡理论气泡理论气泡理论l l19931993年年年年 WeaireWeaire 和和和和PhelanPhelan提出一种提出一种提出一种提出一种由由由由 1414面体和面体和面体和面体和 1212面体组成的多面体面体组成的多面体面体组成的多面体面体组成的多面体组合模型。迄今，该模型仍被认为组合模型。迄今，该模型仍被认为组合模型。迄今，该模型仍被认为组合模型。迄今，该模型仍被认为是是是是KelvinKelvin问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。由多面体组成空间网格结构示意由多面体组成空间网格结构示意1 1、由多面体单元构

29、成的完整空间、由多面体单元构成的完整空间 2 2、由空心多面体单元构成的空间网格、由空心多面体单元构成的空间网格内部结构表面结构合成结构3 3、切割形成平板状空间网格结构、切割形成平板状空间网格结构4 4、三块平板的组合、三块平板的组合建成后的网格形式建成后的网格形式ETFEETFE薄膜气枕薄膜气枕“水立方水立方”建成后外景建成后外景“水立方水立方”建成后内景建成后内景哇！哇！“水立方水立方”所采用的所采用的多面体网架多面体网架结构结构，其不规则的复杂形体其实是由相，其不规则的复杂形体其实是由相对简单的元素经多次重复形成的，是对简单的元素经多次重复形成的，是空空间结构形态学间结构形态学的杰出创

30、新。的杰出创新。围护结构采用新颖的围护结构采用新颖的ETFEETFE薄膜气枕薄膜气枕“水泡水泡”，“方方”与与“水水”的碰撞，的碰撞，形成新颖独特的形成新颖独特的“水立方水立方”。v国家体育馆国家体育馆国家体育馆内景国家体育馆内景主体结构主体结构双向张弦桁架双向张弦桁架v北京工业大学体育馆北京工业大学体育馆北京工业大学北京工业大学体育馆内景体育馆内景主体结构主体结构弦支联方型球面网壳弦支联方型球面网壳v北京大学体育馆北京大学体育馆北大体育馆内景北大体育馆内景主体结构主体结构弦支肋环型网壳弦支肋环型网壳国家体育馆、北京工业大学体育馆、北京国家体育馆、北京工业大学体育馆、北京大学体育馆不约而同地采

31、用了不同形式的大学体育馆不约而同地采用了不同形式的空间空间张弦结构张弦结构。轻盈优美、受力合理、用材经济的。轻盈优美、受力合理、用材经济的张弦结构是近年来空间结构的重要创新成果，张弦结构是近年来空间结构的重要创新成果，并日益成为大跨度建筑的一种合理选择。这种并日益成为大跨度建筑的一种合理选择。这种先进的空间结构体系在先进的空间结构体系在2008奥运场馆中广泛应奥运场馆中广泛应用，是充分贯彻用，是充分贯彻“适用、经济、美观适用、经济、美观”这一这一设计原则的具体体现。设计原则的具体体现。l l20082008奥运场馆种类多样，规模各异，为中外杰出奥运场馆种类多样，规模各异，为中外杰出建筑师和工程

32、师的创新思维提供了广阔舞台，从建筑师和工程师的创新思维提供了广阔舞台，从而创造出一批富有特点的优秀体育建筑。而创造出一批富有特点的优秀体育建筑。l l设计者以设计者以“人文奥运、科技奥运、绿色奥运人文奥运、科技奥运、绿色奥运”三三大理念作为指导方针，在所有场馆设计中均努力大理念作为指导方针，在所有场馆设计中均努力贯彻贯彻“适用、经济、美观适用、经济、美观”的设计原则。同时，的设计原则。同时，针对少数有代表性的重要场馆，更多地重视和强针对少数有代表性的重要场馆，更多地重视和强调其调其新颖性新颖性和和标志性标志性，突出了创新设计理念与奥，突出了创新设计理念与奥林匹克林匹克“更高、更快、更强更高、更

33、快、更强”精神的有机融合。精神的有机融合。l l可以认为，北京奥运场馆建设充分体现了不同设可以认为，北京奥运场馆建设充分体现了不同设计理念的碰撞和交融，也反映了中华悠久文化的计理念的碰撞和交融，也反映了中华悠久文化的多样性多样性和和包容性包容性。三、自主科技创新三、自主科技创新l如果说奥运场馆的创新设计是中外设计者如果说奥运场馆的创新设计是中外设计者共同合作的成果，那么将这些设计理念变共同合作的成果，那么将这些设计理念变成现实，则主要靠中国人自己来完成。成现实，则主要靠中国人自己来完成。l这些场馆规模巨大，技术要求复杂，为建这些场馆规模巨大，技术要求复杂，为建设者提出了前所未见的巨大挑战。因此

34、贯设者提出了前所未见的巨大挑战。因此贯彻建设全过程的彻建设全过程的自主科技创新自主科技创新成为这次奥成为这次奥运场馆建设的显著特点。运场馆建设的显著特点。针对奥运场馆建设，完成了针对奥运场馆建设，完成了108108项项自主科技自主科技创新课题，涵盖设计、创新课题，涵盖设计、材料、施工和监测等不材料、施工和监测等不同领域。同领域。l l 精细化结构分析与试验精细化结构分析与试验l l 新材料的研发与应用新材料的研发与应用l l 高难度的施工技术高难度的施工技术l l 施工数值仿真、实时监测与控制的施工数值仿真、实时监测与控制的 广泛应用广泛应用 许多奥运场馆规模巨大、结构体系复杂、许多奥运场馆规

35、模巨大、结构体系复杂、影响因素众多，因此，它的设计要求非一般常影响因素众多，因此，它的设计要求非一般常规设计可比。只有进行规设计可比。只有进行精细化分析精细化分析，并配合必，并配合必要的要的试验试验，才能确保设计和施工质量。，才能确保设计和施工质量。非均匀温度场效应分析非均匀温度场效应分析 地震空间相关性效应分析地震空间相关性效应分析 全面细致的风荷载及风效应研究全面细致的风荷载及风效应研究 复杂结构、关键节点大比例试验复杂结构、关键节点大比例试验v精细化结构分析与试验精细化结构分析与试验 设计者对设计者对设计者对设计者对“鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”在在在在太阳辐射太阳辐射太阳辐射太阳辐射下的下的下的

36、下的非均匀温度场非均匀温度场非均匀温度场非均匀温度场进行了深入分析，对所引起的结构响应进行了精细化进行了深入分析，对所引起的结构响应进行了精细化进行了深入分析，对所引起的结构响应进行了精细化进行了深入分析，对所引起的结构响应进行了精细化的研究，并对最佳的合拢温度提出了建议。的研究，并对最佳的合拢温度提出了建议。的研究，并对最佳的合拢温度提出了建议。的研究，并对最佳的合拢温度提出了建议。非均匀温度场效应分析非均匀温度场效应分析日照引起的非日照引起的非日照引起的非日照引起的非均匀温度场均匀温度场均匀温度场均匀温度场l l 最终确定主体钢结构最终确定主体钢结构合拢温度合拢温度应为应为194194。非

37、均匀温度场非均匀温度场非均匀温度场非均匀温度场结构内力响应结构内力响应结构内力响应结构内力响应 对于超大跨度空间结构，需要考虑不同位置对于超大跨度空间结构，需要考虑不同位置基础所受地震动的基础所受地震动的差异性差异性。地震空间相关性效应分析地震空间相关性效应分析 分析模型分析模型分析模型分析模型 各位置一致激励与多点激励响应对比各位置一致激励与多点激励响应对比各位置一致激励与多点激励响应对比各位置一致激励与多点激励响应对比例如：对例如：对“鸟巢鸟巢”来说，与多点激励地震输来说，与多点激励地震输入相比，常规的抗震设计方法偏于不安全。入相比，常规的抗震设计方法偏于不安全。全面细致的风荷载及风效应研

38、究全面细致的风荷载及风效应研究l l 大量的风洞试验大量的风洞试验l l 系统的结构风振响应分析系统的结构风振响应分析l l 风环境风环境CFDCFD数值模拟数值模拟l l 膜结构流固耦合效应分析膜结构流固耦合效应分析复杂结构、关键节点大比例试验复杂结构、关键节点大比例试验多面体网架子结构试验多面体网架子结构试验多面体网架子结构试验多面体网架子结构试验大直径钢球足尺试验大直径钢球足尺试验大直径钢球足尺试验大直径钢球足尺试验北工大馆整体模型试验北工大馆整体模型试验北工大馆整体模型试验北工大馆整体模型试验国家体育场国家体育场国家体育场国家体育场KKKKKKKK型节点试验型节点试验型节点试验型节点试

39、验国家体育场扭曲构件试验国家体育场扭曲构件试验国家体育场扭曲构件试验国家体育场扭曲构件试验 奥运场馆的独特设计对建筑材料提出奥运场馆的独特设计对建筑材料提出了许多高新技术要求，必须依靠自主创新了许多高新技术要求，必须依靠自主创新来解决。来解决。v新型材料的研发与应用新型材料的研发与应用l lQ460E-Z35Q460E-Z35特厚钢板特厚钢板(100(100110mm)110mm)的研发和生产的研发和生产l l ETFEETFE膜材的大规模应用膜材的大规模应用 l l钢板钢板钢板钢板厚度超过厚度超过厚度超过厚度超过GB/T1591GB/T1591标准上限标准上限标准上限标准上限100mm100

40、mml l E E要求要求要求要求-40-40低温韧性低温韧性低温韧性低温韧性l l Z35Z35抗层状撕裂性抗层状撕裂性抗层状撕裂性抗层状撕裂性能最高级别能最高级别能最高级别能最高级别l l钢材焊接碳当量钢材焊接碳当量钢材焊接碳当量钢材焊接碳当量 0.5%0.5%l l屈强屈强屈强屈强比比比比0.830.83、延伸率、延伸率、延伸率、延伸率 20%20%Q460Q460Q460Q460钢材过去主要应用于工程机械行业，从未在建钢材过去主要应用于工程机械行业，从未在建钢材过去主要应用于工程机械行业，从未在建钢材过去主要应用于工程机械行业，从未在建筑中使用过，而且其厚度不超过筑中使用过，而且其厚度

41、不超过筑中使用过，而且其厚度不超过筑中使用过，而且其厚度不超过100mm100mm100mm100mm。用于用于用于用于“鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”的的的的Q460EQ460EQ460EQ460EZ35Z35Z35Z35建筑钢板需满足一系列建筑钢板需满足一系列建筑钢板需满足一系列建筑钢板需满足一系列高难度技术要求。高难度技术要求。高难度技术要求。高难度技术要求。Q460E-Z35Q460E-Z35特厚钢板特厚钢板(100(100110mm)110mm)的研发和生产的研发和生产这种强度等级、厚度和技术要求的钢板，其生产工这种强度等级、厚度和技术要求的钢板，其生产工这种强度等级、厚度和技术要求的钢板，其生

42、产工这种强度等级、厚度和技术要求的钢板，其生产工艺没有可供借鉴的成功经验。我国舞阳钢厂自主研发、艺没有可供借鉴的成功经验。我国舞阳钢厂自主研发、艺没有可供借鉴的成功经验。我国舞阳钢厂自主研发、艺没有可供借鉴的成功经验。我国舞阳钢厂自主研发、综合采用多种工艺技术措施，经反复试炼，终于成功综合采用多种工艺技术措施，经反复试炼，终于成功综合采用多种工艺技术措施，经反复试炼，终于成功综合采用多种工艺技术措施，经反复试炼，终于成功生生生生产产产产出出出出Q460EQ460EZ35Z35厚厚厚厚钢板钢板钢板钢板，填补了国内外的空白填补了国内外的空白填补了国内外的空白填补了国内外的空白。ETFEETFE膜材

43、的大规模应用膜材的大规模应用ETFEETFE膜材膜材膜材膜材厚度仅厚度仅厚度仅厚度仅0.050.050.050.050.25mm0.25mm0.25mm0.25mm，透光率高达，透光率高达，透光率高达，透光率高达95959595，但可通过表面印刷调整透光率；材料强度高，自洁性好，但可通过表面印刷调整透光率；材料强度高，自洁性好，但可通过表面印刷调整透光率；材料强度高，自洁性好，但可通过表面印刷调整透光率；材料强度高，自洁性好，耐久性保证耐久性保证耐久性保证耐久性保证25252525年。年。年。年。作为一种新型建筑覆面材料，作为一种新型建筑覆面材料，作为一种新型建筑覆面材料，作为一种新型建筑覆面

44、材料，ETFEETFEETFEETFE膜材膜材膜材膜材在这次奥运在这次奥运在这次奥运在这次奥运场馆建设中得到大规模应用。场馆建设中得到大规模应用。场馆建设中得到大规模应用。场馆建设中得到大规模应用。l国家游泳中心国家游泳中心国家游泳中心国家游泳中心用量用量用量用量3030万平米万平米万平米万平米l国家体育场国家体育场国家体育场国家体育场用量用量用量用量5.75.7万平米万平米万平米万平米 精确空间定位技术精确空间定位技术 复杂的焊接工艺复杂的焊接工艺 异型构件的精确成型异型构件的精确成型 多点同步撤支技术多点同步撤支技术 奥运场馆的施工面临许多前所未有的挑战，是奥运场馆的施工面临许多前所未有的

45、挑战，是在一系列技术创新、攻克难点的过程中完成的。在一系列技术创新、攻克难点的过程中完成的。v高难度的施工技术高难度的施工技术精确空间定位技术精确空间定位技术 精确空间定位精确空间定位精确空间定位精确空间定位是保证安装精度的一项关键技术，奥是保证安装精度的一项关键技术，奥是保证安装精度的一项关键技术，奥是保证安装精度的一项关键技术，奥运场馆施工中大规模采用了先进的运场馆施工中大规模采用了先进的运场馆施工中大规模采用了先进的运场馆施工中大规模采用了先进的GPSGPSGPSGPS卫星定位、激光定卫星定位、激光定卫星定位、激光定卫星定位、激光定位与其它高精度测量设备，建立了精确的三维坐标控制位与其它

46、高精度测量设备，建立了精确的三维坐标控制位与其它高精度测量设备，建立了精确的三维坐标控制位与其它高精度测量设备，建立了精确的三维坐标控制系统，系统，系统，系统，用精细的施工保证精细的设计用精细的施工保证精细的设计用精细的施工保证精细的设计用精细的施工保证精细的设计。“水立方水立方水立方水立方”由由由由30513305133051330513个构件、个构件、个构件、个构件、9843984398439843个球节点焊接构成，个球节点焊接构成，个球节点焊接构成，个球节点焊接构成，所有节点的三维坐标均靠上述先进测量系统精确定位。所有节点的三维坐标均靠上述先进测量系统精确定位。所有节点的三维坐标均靠上述

47、先进测量系统精确定位。所有节点的三维坐标均靠上述先进测量系统精确定位。复杂的焊接工艺复杂的焊接工艺l l 焊接工作量巨大焊接工作量巨大 “鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”的焊缝总长度达到了的焊缝总长度达到了的焊缝总长度达到了的焊缝总长度达到了300300300300公里，现场施公里，现场施公里，现场施公里，现场施焊焊缝长度焊焊缝长度焊焊缝长度焊焊缝长度60606060公里，消耗焊材公里，消耗焊材公里，消耗焊材公里，消耗焊材2100210021002100吨；吨；吨；吨；“水立方水立方水立方水立方”的的的的焊缝总长度也达到了焊缝总长度也达到了焊缝总长度也达到了焊缝总长度也达到了100100100100公里。公

48、里。公里。公里。l l 焊接工艺特别复杂焊接工艺特别复杂 焊接钢材等级多种多样，对于很多焊接钢材等级多种多样，对于很多焊接钢材等级多种多样，对于很多焊接钢材等级多种多样，对于很多新钢种新钢种新钢种新钢种的焊接的焊接的焊接的焊接缺乏技术标准；复杂的高强度缺乏技术标准；复杂的高强度缺乏技术标准；复杂的高强度缺乏技术标准；复杂的高强度厚板焊接厚板焊接厚板焊接厚板焊接；大量的现场；大量的现场；大量的现场；大量的现场高空焊接高空焊接高空焊接高空焊接（包括空中对接），其中（包括空中对接），其中（包括空中对接），其中（包括空中对接），其中50%50%50%50%是在冬季是在冬季是在冬季是在冬季负温负温负温负

49、温下进行的。下进行的。下进行的。下进行的。l l 焊接质量要求高焊接质量要求高 几乎全部采用几乎全部采用几乎全部采用几乎全部采用全熔透一级焊缝全熔透一级焊缝全熔透一级焊缝全熔透一级焊缝。异型构件精确成型技术异型构件精确成型技术 “鸟巢鸟巢鸟巢鸟巢”采用的异型弯扭构件，断面采用的异型弯扭构件，断面采用的异型弯扭构件，断面采用的异型弯扭构件，断面1200 x12001200 x12001200 x12001200 x1200毫毫毫毫米，最大板厚米，最大板厚米，最大板厚米，最大板厚60606060毫米，最大长度毫米，最大长度毫米，最大长度毫米，最大长度15151515米，米，米，米，形状复杂多变，形

50、状复杂多变，形状复杂多变，形状复杂多变，而且每根构件的弯扭程度各不相同而且每根构件的弯扭程度各不相同而且每根构件的弯扭程度各不相同而且每根构件的弯扭程度各不相同，它们的制作是，它们的制作是，它们的制作是，它们的制作是“鸟鸟鸟鸟巢巢巢巢”施工面临的最大挑战之一。施工面临的最大挑战之一。施工面临的最大挑战之一。施工面临的最大挑战之一。为此加工厂专门开发出为此加工厂专门开发出为此加工厂专门开发出为此加工厂专门开发出“异型构件制作软件异型构件制作软件异型构件制作软件异型构件制作软件”，创，创，创，创造出造出造出造出“多点成形和计算机结合的无模成形工艺多点成形和计算机结合的无模成形工艺多点成形和计算机结