科技铸炼“鸟巢”钢骨 百分之百国产钢创造奇迹

　　官方网站6月28日讯 国家体育场南北轴长为333米，长轴方向外立面最高点为41米，呈上弦状；东西宽298米，宽轴外立面最高点为68米，呈下弦状；内圆长为182米，宽为124米。体育场外形结构主要由巨大的门式钢架组成，这些钢架呈椭圆辐射状旋转形成主受力体。在主体钢架中间沿重力传递路径填充次级构造钢架，使看似无序的框架内蕴含了严谨的受力体系，实现了结构功能与外观形式的统一，秩序中蕴涵着变化。

　　作为迄今为止世界上最大的钢结构工程，“鸟巢”外部钢结构的钢材用量为4.2万吨，整个工程，包括混凝土中的钢材、螺纹钢等，总用钢量达到了11万吨，全部为国产钢。为推动国内钢铁生产企业技术创新，“鸟巢”工程的承建方北京城建集团专门拿出科研经费支持国内钢厂量身打造Q460高强钢板。在国家标准中，Q460的最大厚度只是100毫米，而“鸟巢”这次使用的钢板厚度史无前例地达到110毫米。

　　据工程技术人员介绍，Q460建筑用钢是我国科研人员经过三次技术“攻关”才研制出来的，它不仅在钢材厚度和使用范围上都前所未有，而且具有良好的抗震性、抗低温性、可焊性等特点。中国自主创新的Q460钢材，撑起了“鸟巢”的钢筋铁骨，而且还使得“鸟巢”主体结构的设计使用年限达到100年，耐火等级一级，抗震设防烈度8度。

　　“鸟巢”新颖独特的设计思想，有大量超越现有技术规范的设计、加工制作、安装实施技术在后面支撑着，难度前所未有，有着极大的挑战性。CATIA设计软件也在体育场钢结构设计上得到首次使用。

　　CATIA软件有着强大的造型功能、三维察看功能、强效复制等功能，在体育场的设计中发挥了重要的作用。工程师们利用它解决了复杂空间结构、扭曲构件与特殊节点的建模问题。在钢结构安装过程中，主结构、次结构构件安装的顺序不用，各部件承受的内力就不同，会直接影响到用钢量的大小。所以要通过详细的施工模拟分析，运用有限元法计算程序中将“死”单位(不参与整体结构分析的构件)逐次激活的技术，对钢结构施工过程进行了整体分析，做出了最科学的安装顺序。既节省了用钢量，也改善了结构的抗震性。

　　国家体育场大跨度钢结构的平面尺度很大，温度变化会让结构产生很大的内力和变形，所以工程师们还提出大跨度结构温度场的计算方法，根据北京近30年的气象数据，计算出钢结构合拢最好的温度环境。为了适应风、雨、雪、地震和温度变化等各种复杂的不确定因素，国家体育场还对结构的应力应变及动力特征进行监测，看看施工、使用中的实际情况是不是与原受力设计合拍，确保这个大跨度钢结构的安全与实用性。

　　国家体育场的混凝土结构外形巨大，是超长的混凝土结构，外形和结构布置上都非常复杂。混凝土上部结构分成6块，每块长度在120米——150米，这远大于规范要求的限值。可是，超长的混凝土结构，会在抗裂、耐久性上将大大降低，于是专家们又提出了控制混凝土原材料中的有害物质、提高混凝土密实度等方法，保证了场馆的耐久性为100年的要求。

　　在施工过程中，技术人员还成功地实现了一系列的技术突破。“鸟巢”选用了1.2米X1.2米的方的钢管，要把它拧成麻花，平滑地过渡过来，形成“鸟巢”的造型。为此，钢材加工厂家研发出多点无模成型工艺的加工技术，把50毫米厚的钢板压制成型，然后再把它焊接，形成这种“鸟巢”需要使用的弯扭性钢管，这在国内外来说，都是首次使用。

　　其他如低温焊接技术、矩形钢管永久模版混凝土斜扭柱施工技术的应用等等，也都提供了完整的技术支持，使“鸟巢”更加完美。(范帆、黎晗)