国家体育场（“鸟巢”）钢结构顶面呈马鞍形，长轴为330米，短轴为296米，最高点高度为69.2米，最低点高度为40.1米。交叉布置的主结构与屋面及立面次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。钢结构设计过程中，提出了大跨度结构温度场计算方法、扭曲构件空间坐标表示法等一系列的研究成果，多数为国内外首创。

　　⑴ 大跨度结构温度场计算方法

　　国家体育场大跨度钢结构的平面尺寸大，温度变化将引起很大的内力和变形，如何计算和分析钢结构因温度变化而产生的变形而导致的内力是关键技术。以鸟巢钢结构所处的环境温度场进行分析，并以最不利温度场下的钢结构进行了计算，以保证鸟巢钢结构的安全性。

　　⑵ 焊接薄壁箱形构件设计方法研究

　　提出焊接薄壁箱形构件有效截面的计算方法，填补了国内外现行钢结构设计规范在薄壁箱形构件

　　设计方面的空白，并为今后《钢结构设计规范》的修订提供了可靠依据。

　　⑶ 扭曲构件设计方法研究

　　国家体育场屋盖肩部次结构扭曲构件受力性非常复杂，设计过程中对其受力机理与设计方法进行了深入的研究，并通过试验研究，验证了设计方法的可靠性。

　　⑷ 扭曲构件空间坐标表示法研究

　　针对国家体育场屋盖结构的空间几何构型，提出了一套适合于复杂空间扭曲构件的节点坐标表示法，满足了钢结构详图设计、现场安装定位和检验的要求。

　　⑸ 箱形截面桁架节点、桁架柱复杂节点、异型柱脚等复杂节点设计方法研究

　　在国家体育场钢结构设计中，提出了复杂节点的几何构型方法，改善其受力的合理性，提高节点承载力，并指导构件加工。试验结构表明，设计中采用的节点安全储备大，多数为国内外首创。

　　⑹ CATIA三维设计软件

　　国家体育场建筑造型复杂，对构件的空间定位和尺寸精度提出了前所未有的要求，传统的三维设计软件已经无法满足工程的需求。通过在设计中采用目前功能最为强大的CATIA三维设计软件，成功解决了复杂空间结构、扭曲构件与特殊节点等三维建模问题，是CATIA软件首次在我国建筑工程中应用，填补国内空白。

　　2.国家游泳中心（“水立方”）钢结构、膜结构创新设计

　　国家游泳中心钢结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，首先生成一个比“水立方”建筑大的、改良的多面体阵列，再把这个阵列围绕矢量轴旋转60°。 在多面体阵列中切出176.5m×176.5m×29.4m立方体的建筑外形，然后在立方体内挖去比赛厅、热身厅等内部使用空间，这样便切出了屋盖和墙体的结构。多面体单元在两个切割面上切出了屋盖和墙体结构。多面体单元在两个切割平面上切出的边线就分别构成了屋盖结构的上弦、下弦杆件和墙体结构内外表面弦杆，两个切割平面之间的多面体棱边便为结构的腹杆。

　　国家游泳中心屋顶和墙面由ETFE充气气枕构成，并由主体钢结构进行支撑，总面积达10万平方米。根据不同部位的热工和自然采光要求，屋面和吊顶天花板采用四层膜气枕结构，内外墙面采用三层膜气枕结构，通过渡点涂层实现一定程度的热能和日光控制。根据三个阶段的视觉测试，确定屋面和外立面所有气枕外侧膜材料颜色为中蓝，其余各层为无色透明膜材或无色透明渡银点膜材。ETFE膜材具有很高的耐用性和抗老化性，使用寿命在30年以上。

　　3.国家体育馆钢结构创新设计

　　国家体育馆钢屋架的上层采用正交正放的空间桁架结构体系，使屋盖在壳面内、外均有很好的刚度；钢屋盖结构形式为单曲面、双向张拉空间索网，结构形式新颖，双向跨度大，为世界首创，具有技术上的创新性。该结构能同时满足国家体育馆结构设计的三个要素：建筑设计的美观要求、承载方式的安全可靠、结构受力体系的简洁合理且造价低廉。

　　4.国家体育场（“鸟巢”）Q460钢

　　国家体育场钢结构工程首次采用我国自主研制的Q460E-Z35钢材，打破了这种钢材依赖国外进口的历史。Q460E高强度钢既满足了“鸟巢”设计、施工的特殊需要，又大大节约了建设成本，成为我国建筑行业技术创新的亮点工程。

　　5.透水砖铺装应用

　　生态沙基透水砖是采用沙漠中的风积沙为原料，经过特殊工艺加工而成的一种新型生态环保材料，具有节能、节水、节地、节材等特点。一块两寸见方的透水砖能吸收1.7千克的水分，雨水直接渗到地下，补充地下水。已经在奥运村和一些其他奥运场馆的示范性工程中应用，开创了建筑材料史上的国际先例。

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