鸟巢建筑论文2000

鸟巢型结构是近几年提出的一种新颖美观的结构形式,主要可用于大跨度空间结构中。目前对这种新型结构的研究尚不多见,仅限于对鸟巢型网架和索穹顶结构的探索性研究,对其他结构形式的性能的研究仍为空白。因此对鸟巢型结构的深入研究及理论的完善显得尤为迫切。本文针对鸟巢型的索网结构进行了力学特性的分析研究。 目前已有研究的鸟巢型结构包括两种,即网架结构与索穹顶结构,本文为鸟巢型索网结构研究的首例。通过对以上三种结构在受力形式、用钢量、有效空间率、建筑美感和施工方法五个指标上对比分析及优化,结果显示索网结构形式是鸟巢型结构的较优形式。圆形鸟巢形索网是由统一长度、统一规格的悬索组成,本文中使用外环支撑点数和每条索两支承点间对应外环多边形的边数来描述鸟巢型索网的不同外部形态,通过对索网形态的对比分析,确定了符合实际工程要求的六种鸟巢型索网形式。 鸟巢型索网结构的静力特性分析中,本文主要采用了简化计算的方法,过程中运用连续性薄膜理论,把结构简化为薄膜进行受力分析,建立平衡微分方程,实现了求解结构内力和挠度的目的。同时使用有限元软件ANSYS对结构进行数值计算,计算结果与解析计算结果吻合较好。 鸟巢型索网结构的自由振动的特性分析中,求解结构自振频率与振型主要使用了两种方法,即基于能量法的计算方法和基于有限元分析的数值方法。计算得到鸟巢型索网结构自振频率的分布特征,振型的特点以及各因素对结构动力性能的影响,同时对BN245型到BN2410型的不同自振特性进行了对比与分析,为结构的选型提供了依据。 论文最后总结了上述的研究内容以及结论与成果,并指出了今后研究工作。本文对鸟巢型索网结构的研究,将有利于提高人们对这种新型结构的力学特性认识,有利于此结构的完善和使用,具有重要的学术意义和实用价值。

鸟巢的建筑特色和设计意义是：一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢，是用来孕育与呵护生命的摇篮。根据的是鸟儿的巢，鸟巢一般都是在树枝的高处，一般都是很细的枝上，所以它一定要轻。而且它还要经受住风吹雨打，说明它力学结构很合理。

国家体育场为2008年北京奥运会的主体育场。工程总占地面积21公顷，场内观众坐席约为91000个。举行了奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后成为北京市民参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，并成为地标性的体育建筑和奥运遗产。

鸟巢的设计特点

作为屋盖结构的主要承重构件，桁架柱最大断面达25m×20m，高度达67m，单榀最重达500吨。而主桁架高度12m，双榀贯通最大跨度145.577+112.788m，不贯通桁架最大跨度102.391m，桁架柱与主桁架体型大、单体重量重。

由于该工程中的构件均为箱型断面杆件，所以，无论是主结构之间，还是主次结构之间，都存在多根杆件空间汇交现象。加之次结构复杂多变、规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求高。

首先，虽然建筑方案是老外的，但施工图都是由中国的甲级建筑设计单位和国家注册结构工程师做的结构设计。还有符合抗震规范的工程地质勘察报告。 并且进行了最高层次的由建设部组织的超限高层建筑抗震设防专项审查。 2）抗震设计第一步是明确抗震设防要求，也就是建筑所在地区的抗震设防烈度和地震动参数，这个在《中国地震动参数区划图》上有，具体的城市抗震设防烈度国家建筑抗震设计规范里也有规定。比如汶川的抗震设防烈度就是7度，昆明的抗震设防烈度是8度，一般7度抗震设防烈度，地震基本加速度为0.1g，8度抗震为地震基本加速度0.2g. 鸟巢和国家大剧院因为特别重要，进行了专门的地震安全性评估，比北京的其他建筑又提高了地震动参数。 3）确定了较高的抗震设防标准，《建筑工程抗震设防分类标准》根据建筑重要性、使用人数的不同把建筑分为甲乙丙丁四类，如三级甲等医院因为地震时要救人，定为甲级，其设防烈度和抗震措施要提高一度，设计采用的地震动参数要经过专门的地震安全性评价确定； 中小学教学楼因为学生多，自救能力弱，定为乙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，但抗震措施要提高一度，所以按照规范规定，这次汶川的中小学应当都采取8度的抗震措施，不应该突然倒塌。 一般建筑如住房设防类别为丙类，其设计采用的地震作用按照当地的抗震设防烈度，抗震措施也不提高。丁类的一般是仓库等，抗震要求更低。 鸟巢和国家大剧院都是甲类建筑。 4）开始设计，设计阶段首先给鸟巢和国家大剧院确定了合理的结构体系。 设计人员会根据房屋使用功能合理布置房屋的结构体系，一般低层建筑用现浇混凝土框架结构抗震效果很好；高层建筑或大型建筑要用框架-剪力墙结构才能满足抗震要求；再高的大楼一般要做成筒中筒结构或直接做成钢结构。 鸟巢和国家大剧院主体结构部分都是钢结构，特别抗震。 5）抗震的力学验算和抗震措施的采用，房屋的抗震作用体现为结构对地震振动和地震加速度的抵抗能力，房屋除了结构要能通过地震力的验算外，在建筑上还要采取不少抗震措施，如圈梁和构造柱的布置、看台等附着物的加固等，国家规范对此也有详细规定。 鸟巢和国家大剧院都从严进行。 6）综合审查鸟巢和国家大剧院，一个合格的设计一般包括建筑、结构、给排水、电气几个专业的说明和图纸，还看其他专业和抗震设计是不是符合，如有的地震易变形部位给排水管应当柔性连接。 建筑的结构设计是一回事，施工是另一回事。设计能不能变实物，关键要挑选施工单位了，加强监督。 对鸟巢和国家大剧院 1）建筑施工的每一个环节都至关重要的，不仅工人必须有技术训练的要求，还需要有严格步步验收的制度。因为混凝土都是所谓隐蔽工程，钢筋扎得对不对，型号数量错不错，只要混凝土一浇上，什么都看不见了。 2）施工中还有许许多多细节，是绝对不能疏忽的。 好在鸟巢和国家大剧院最不缺的就是钱，所以用最好的施工、最好的材料，实现了最高的抗震标准。 “水立方”的钢结构设计施工难度一点都不亚于“鸟巢”。如果是搭一个传统的房子，就是横的梁，竖的墙就可以了，都在一个平面上。而“水立方”因为要创造水分子的感觉，每个气枕都是不规则的多面体，所以需要的钢架构也完全是三维空间的12面体或者14面体，而要搭建这样的钢结构在世界上是第一次。 由于“水立方”的组成部分都是不规则的多边形，如果进行平面焊接，再吊装整体组合，多点空中定位连接的误差不好控制，而且累加的误差像滚雪球般越积越大，工程质量无法保证。工程师们试了GPS定位、激光定位等很多办法，让工程进度猛增了3倍。3万多根杆件、将近1万个连接球在专门负责对号入座的工人传递下，在300多名焊过军舰的顶级焊工手里，像堆积木似地快速而准确地拼插在一起。巧妙的施工方式加上熟练的焊接技术，“水立方”的钢结构工程进度突飞猛进，工地高峰时每天杆件的焊接速度最高到200多根。