科技鑄煉“鳥巢”鋼骨 100%國產鋼創造奇跡

    官方網站6月28日訊 國家體育場南北軸長為333米，長軸方向外立面最高點為41米，呈上弦狀；東西寬298米，寬軸外立面最高點為68米，呈下弦狀；內圓長為182米，寬為124米。體育場外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，這些鋼架呈橢圓輻射狀旋轉形成主受力體。在主體鋼架中間沿重力傳遞路徑填充次級構造鋼架，使看似無序的框架內蘊含了嚴謹的受力體係，實現了結構功能與外觀形式的統一，秩序中蘊涵著變化。

　　作為迄今為止世界上最大的鋼結構工程，“鳥巢”外部鋼結構的鋼材用量為4.2萬噸，整個工程，包括混凝土中的鋼材、螺紋鋼等，總用鋼量達到了11萬噸，全部為國產鋼。為推動國內鋼鐵生產企業技術創新，“鳥巢”工程的承建方北京城建集團專門拿出科研經費支持國內鋼廠量身打造Q460高強鋼板。在國家標準中，Q460的最大厚度只是100毫米，而“鳥巢”這次使用的鋼板厚度史無前例地達到110毫米。

　　據工程技術人員介紹，Q460建築用鋼是我國科研人員經過三次技術“攻關”才研制出來的，它不僅在鋼材厚度和使用范圍上都前所未有，而且具有良好的抗震性、抗低溫性、可焊性等特點。中國自主創新的Q460鋼材，撐起了“鳥巢”的鋼筋鐵骨，而且還使得“鳥巢”主體結構的設計使用年限達到100年，耐火等級一級，抗震設防烈度8度。

　　“鳥巢”新穎獨特的設計思想，有大量超越現有技術規范的設計、加工制作、安裝實施技術在後面支撐著，難度前所未有，有著極大的挑戰性。CATIA設計軟件也在體育場鋼結構設計上得到首次使用。

　　CATIA軟件有著強大的造型功能、三維察看功能、強效復制等功能，在體育場的設計中發揮了重要的作用。工程師們利用它解決了復雜空間結構、扭曲構件與特殊節點的建模問題。在鋼結構安裝過程中，主結構、次結構構件安裝的順序不用，各部件承受的內力就不同，會直接影響到用鋼量的大小。所以要通過詳細的施工模擬分析，運用有限元法計算程序中將“死”單位（不參與整體結構分析的構件）逐次激活的技術，對鋼結構施工過程進行了整體分析，做出了最科學的安裝順序。既節省了用鋼量，也改善了結構的抗震性。

　　國家體育場大跨度鋼結構的平面尺度很大，溫度變化會讓結構產生很大的內力和變形，所以工程師們還提出大跨度結構溫度場的計算方法，根據北京近30年的氣象數據，計算出鋼結構合攏最好的溫度環境。為了適應風、雨、雪、地震和溫度變化等各種復雜的不確定因素，國家體育場還對結構的應力應變及動力特徵進行監測，看看施工、使用中的實際情況是不是與原受力設計合拍，確保這個大跨度鋼結構的安全與實用性。

　　國家體育場的混凝土結構外形巨大，是超長的混凝土結構，外形和結構布置上都非常復雜。混凝土上部結構分成6塊，每塊長度在120米——150米，這遠大于規范要求的限值。可是，超長的混凝土結構，會在抗裂、耐久性上將大大降低，于是專家們又提出了控制混凝土原材料中的有害物質、提高混凝土密實度等方法，保證了場館的耐久性為100年的要求。

　　在施工過程中，技術人員還成功地實現了一係列的技術突破。“鳥巢”選用了1.2米X1.2米的方的鋼管，要把它擰成麻花，平滑地過渡過來，形成“鳥巢”的造型。為此，鋼材加工廠家研發出多點無模成型工藝的加工技術，把50毫米厚的鋼板壓制成型，然後再把它焊接，形成這種“鳥巢”需要使用的彎扭性鋼管，這在國內外來說，都是首次使用。

　　其他如低溫焊接技術、矩形鋼管永久模版混凝土斜扭柱施工技術的應用等等，也都提供了完整的技術支持，使“鳥巢”更加完美。(范帆、黎縌)