鸟巢工程设计中的物理学知识

国家体育场的顶面呈马鞍形，长332.3米，短296.4米，最高点68.5米，最低点42.8米。新设计方案在保持“鸟巢”建筑风格不变的前提下，对结构布局、施工断面形式、材料利用率等问题进行了大幅调整和优化。取消了原设计方案中的可开启屋顶，扩大了屋顶开口，通过钢结构优化，大大降低了用钢量。大跨度屋盖由24根桁架柱支撑，柱间距为37.96米。主桁架径向排列在屋顶中间的开口周围，22个主桁架是直的或接近直的。为了避免节点过于复杂，内环附近有少量主桁架被截断。大量的钢结构是由钢板焊接而成的箱形构件。交叉布置的主桁架与屋顶和立面的二级结构共同构成了“鸟巢”的特殊建筑造型。看台部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全分离。

鸟巢是2008年北京奥运会的主体育场。这座巨型体育场的设计由2001年普利策奖得主赫尔佐格和德梅隆与中国建筑师合作完成，它的形状像一个孕育生命的“鸟巢”。它更像一个摇篮，承载着人类对未来的希望。设计者没有对国家体育场做任何额外的处理，而是坦率地暴露了结构，从而自然地形成了建筑的外观。

鸟巢是一个体育场，有91，000人被巨大的钢网包围着。观光楼梯自然成为结构的延伸。立柱消失了，受力均匀的网没有像树枝一样清晰的方向，让人觉得每个座位都是平等的，坐在里面就像回到了森林。阳光被过滤到一层扩散的充气膜中，这使得体育场告别了阳光的阴影。整个地形凸起4米，内部作为辅助设施，避免了下土方开挖侧的巨大投资。

鸟巢是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形结构。鸟巢的设计和安装极具挑战性，科技支撑是施工过程中不可或缺的。“鸟巢”采用当今先进的施工技术。整个工程有20或30个技术问题，其中钢结构是世界上独一无二的。“鸟巢”钢结构总重量为42000吨，最大跨度为343米，结构相当复杂。它的三维扭曲被处理得像扭曲一样。施工后的沉降、变形、吊装等问题正在逐步得到解决。相关建筑技术问题也被列为科技部重点研究项目。

说到Q460钢，大多数人可能不理解它。“鸟巢”的结构设计独特新颖，此次建造的Q460钢结构也有许多独特之处:Q460是一种低合金高强度钢。在机械强度达到460兆帕之前，它不会发生塑性变形，机械强度高于普通钢，因此生产非常困难。这是Q460规格钢在中国首次用于建筑结构。这次使用的钢板厚度是110毫米，这是以前唯一的一个。在国家标准中，Q460的最大厚度只有100毫米。以前，这种钢一般从卢森堡、韩国和日本进口。为了给“鸟巢”提供“合适”的Q460，河南舞阳特钢厂的科研人员从2004年9月开始着手解决科技问题，历时半年多。三次试验终于成功了。现在，“鸟巢”用Q460钢已经开始批量生产。2008年，400吨具有自主创新和知识产权的国产Q460钢材将支撑鸟巢的钢筋。

鸟儿筑巢。

从刚果东部到南非的大草原，经常可以看到一种被称为燕雀的织布鸟。它们的巢由草和许多不同的柔性纤维组成，像奇怪的水果一样悬挂在树枝上。编织鸟选择结实的动物毛发——最常见的是斑马或羚羊的毛发——并将它们的巢牢牢地系在树枝上。他们还用嘴把头发打成结，这些结总是和标记的样式一样。这样一个巢可以承受住一对成年鸟和几只幼鸟的全部重量，即使刮风下雨也不会掉下来。

本世纪初，自然科学爱好者埃贡·默里发现，年轻的鸟儿在筑巢时不会模仿年长的伙伴。为了排除训练小鸟的可能性，Ereen从织布机的巢中取出几个蛋，偷偷放入他喂养的金丝雀的巢中。当雏鸟从壳中出来并逐渐长大时，它们被转移到另一个特定的地方，在那里它们可以形成一个“配偶”并有孩子。与此同时，它们不被允许获得任何合适的筑巢材料，而是被允许在笼子的底部直接产卵。产下的蛋被带走，金丝雀被孵化出来...如此反复的实验使得第四代织布鸟不仅切断了与它们的前辈和大自然的联系，还被完全人工驯化。

现在，他在笼子里放了一把草，一些细长的树枝和纤维。编织鸟在笼子里用这些材料开始工作。很快，鸟儿们就组成了挂在笼子里的鸟巢，它的风格与*的前几代人建造的鸟巢一样。他们熟悉建筑技术，他们在这一领域的知识绝不次于他们的曾祖父和高祖父。他们还知道如何用柔软但不结实的马的毛皮垫在笼子的底部，并且不会在巢壁上编织错误。如果还有剩余的材料，他们会用它来加强鸟巢和笼子上的树杆之间的连接，并用“商标”把它打成特殊的结。