為什麼鳥巢用的是鋼材

㈠ 鳥巢的主要鋼結構是什麼鋼，又是哪的

「鳥巢」所用鋼材強度是普通鋼的兩倍，是由中國自主創新研發的特種鋼回材，集剛強、柔韌於答一體，從而保證了「鳥巢」在承受最大460兆帕的外力後，依然可以恢復到原有形狀，也就是說能抵抗唐山大地震那樣的地震波。

國家體育場在建設中採用了先進的節能設計和環保措施，比如良好的自然通風和自然採光、雨水的全面回收、可再生地熱能源的利用、太陽能光伏發電技術的應用等。"鳥巢"的外觀之所以獨創為一個沒有完全密封的鳥巢狀，就是考慮既能使觀眾享受自然流通的空氣和光線，又盡量減少人工的機械通風和人工光源帶來的能源消耗。

"巢"內使用的光源，都是各類高效節能型環保光源。在行人廣場等室外照明中也盡可能地採用太陽能發電照明系統。在"鳥巢"中足球場地的下面是312口地源熱泵系統井。它通過地埋換熱管，冬季吸收土壤中蘊含的熱量為"鳥巢"供熱；

夏季吸收土壤中存貯的冷量向"鳥巢"供冷，能節省不少電力資源。在「鳥巢」的頂部裝有專門的雨水回收系統，被收集起來的雨水最終變成了可以用來綠化、沖廁、消防甚至是沖洗跑道的回收水。諸多先進的綠色環保舉措使國家體育場成為了名副其實的大型"綠色建築"。

㈡ 鳥巢為什麼要用這么重的鋼結構

現在的建築不僅僅考慮他的使用性,還考慮他的觀賞價值,尤其是一些標志性建築物.鳥巢工程屬於鋼結構建築,設計者先設計了他的外部形狀,然後再經過復雜的力學計算,確定內部結構,所用材料的性能等等...
「鳥巢」主體採用抗震牆結構與鋼混凝土框架結合的體系，這種全新的結構體系具有高抗震、高安全、承載力強的特點。鋼結構所使用的鋼材厚度達11厘米，工程設計總用鋼量為5萬噸。。據專家稱：「鳥巢」是目前國內外體育場館中用鋼量最多、規模最大、施工難度最大、擁有多項世界頂級施工技術難題的大型鋼結構工程。

㈢ 鳥巢是用什麼材料組成的

國家體育場建築頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為.5米，最低點高度為42.8米。在保持「鳥巢」建築風格不變的前提下，新設計方案對結構布局、構建截面形式、材料利用率等問題進行了較大幅度的調整與優化。原設計方案中的可開啟屋頂被取消，屋頂開口擴大，並通過鋼結構的優化大大減少了用鋼量。大跨度屋蓋支撐在24根桁架柱之上，柱距為37.96米。主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。為了避免出現過於復雜的節點，少量主桁架在內環附近截斷。鋼結構大量採用由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主桁架與屋面及立面的次結構一起形成了「鳥巢」的特殊建築造型。主看台部分採用鋼筋混凝土框架一剪力牆結構體系，與大跨度鋼結構完全脫開。

「鳥巢」是2008年北京奧運會主體育場。由2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格、德梅隆與中國建築師合作完成的巨型體育場設計，形態如同孕育生命的「巢」，它更像一個搖籃，
寄託著人類對未來的希望。設計者們對這個國家體育場沒有做任何多餘的處理，只是坦率地把結構暴露在外，因而自然形成了建築的外觀。

「鳥巢」以巨大的鋼網圍合、覆蓋著9.1萬人的體育場；觀光樓梯自然地成為結構的延伸；立柱消失了，均勻受力的網如樹枝般沒有明確的指向，讓人感到每一個座位都是平等的，置身其中如同回到森林；把陽光濾成漫射狀的充氣膜，使體育場告別了日照陰影；整個地形隆起4米，內部作附屬設施，避免了下挖土方所耗的巨大投資。

鳥巢是一個大跨度的曲線結構，有大量的曲線箱形結構，設計和安裝均有很大挑戰性，在施工過程中處處離不開科技支持。「鳥巢」採用了當今先進的建築科技，全部工程共有二三十項技術難題，其中，鋼結構是世界上獨一無二的。「鳥巢」鋼結構總重4.2萬噸，最大跨度343米，而且結構相當復雜，其三維扭曲像麻花一樣的加工，在建造後的沉降、變形、吊裝等問題正在逐步解決，相關施工技術難題還被列為科技部重點攻關項目。

現在，「鳥巢」已經完成混凝土施工，開始進行鋼結構施工。在桁架柱內柱受力最大的部位，為了有效控制構件的最大壁厚，減小焊接工作量，使連接構造比較合理，在設計中採用了高強度的Q460鋼材。

說起Q460鋼材，大多數人可能都不了解。「鳥巢」結構設計奇特新穎，而這次搭建它的鋼結構的Q460也有很多獨到之處：Q460是一種低合金高強度鋼，它在受力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形，這個強度要比一般鋼材大，因此生產難度很大。這是國內在建築結構上首次使用Q460規格的鋼材；而這次使用的鋼板厚度達到110毫米，是以前絕無僅有的，在國家標准中，Q460的最大厚度也只是100毫米。以前這種鋼一般從盧森堡、韓國、日本進口。為了給「鳥巢」提供「合身」的Q460，從2004年9月開始，河南舞陽特種鋼廠的科研人員開始了長達半年多的科技攻關，前後3次試制終於獲得成功。如今，為「鳥巢」准備的Q460鋼材已經開始批量生產。2008年，400噸自主創新、具有知識產權的國產Q460鋼材，將撐起「鳥巢」的鐵骨鋼筋。

㈣ 鳥巢和水立方是用什麼材料做的

鳥巢的建築材料是Q460鋼材，這是一種低合金高強度的鋼，它在受力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形，這個強度要比一般鋼材大，因此生產難度很大。這是中國國內在建築結構上首次使用Q460規格的鋼材；而這次使用的鋼板厚度達到110毫米，是絕無僅有的。

以前這種鋼一般從盧森堡、韓國、日本進口。為了給「鳥巢」提供「合身」的Q460，從2004年9月開始，河南舞陽特種鋼廠的科研人員開始了長達半年多的科技攻關，前後3次試制終於獲得成功。2008年，400噸自主創新、具有知識產權的國產Q460鋼材撐起了「鳥巢」的鐵骨鋼筋。

(4)為什麼鳥巢用的是鋼材擴展閱讀

水立方使用的ETFE膜使用壽命至少為25-35年，是用於永久性多層可移動屋頂結構的理想材料。該膜材料多用於跨距為4米的兩層或三層充氣支撐結構，也可根據特殊工程的幾何和氣候條件，增大膜跨距。膜長度以易安裝為標准，一般為15-30米。小跨度的單層結構也可用較小規格。

ETFE膜達到B1、DIN防火等級標准，燃燒時也不會滴落。且該膜質量很輕，每平方米只有0.15-0.35公斤。這種特點使其即使在由於煙、火引起的膜融化情況下也具有相當的優勢。

根據位置和表面印刷的情況，ETFE膜的透光率可高達95%。該材料不阻擋紫外線等光的透射，以保證建築內部自然光線。通過表面印刷，該材料的半透明度可進一步降低到50%。根據幾何條件及膜的層數，其K值可高達2.0W/m2K。耗能指數以一個三層印刷的膜為例可達到0.77。

由於其優秀品質，ETFE膜幾乎不需日常保養。可對其由於機械損壞的屋頂進行簡單檢查（一年一次為宜），並根據需要就地維修。同時也可檢查通風系統，更換過濾裝置。

ETFE膜完全為可再循環利用材料，可再次利用生產新的膜材料，或者分離雜質後生產其它ETFE產品。ETFE與PVC，PTFE完全不同，就像笑旁迅大家了解的汽車一樣，歐1到歐2比較容易，而歐2到歐3就完全不同了。

ETFE膜的出現為現代建築提供了一個創新解決方案。由這種膜材料製成的屋面和牆體質量輕，只有同等大小的玻璃質量的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大於400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃，並且不會自燃。

作為大型比賽場館的建築材料用ETFE膜，更大的優勢還在於它們可以加工成任何尺寸和形狀，滿足大跨度的需求，節省了中間支承結構。作為一種充氣後使用的材料，它可以通過控制充氣量的多少，對遮光度和透光性進行調節，有效地利用自然光，節省能源，同時起到保溫隔熱作用。

不僅如此，這種膜還具有自清潔功能，使灰塵不易附在其表面，清潔周期大約為5年。這種材料另一大優點就是可在現場預製成薄膜氣泡，方便施工和維修。另外成本合理也是其極具碰此競爭力的另一優勢，覆蓋層加上結構的費用只有玻璃的一半，而使用壽命卻長達25年。

參考資料來源 網路-（鳥巢）國家體育館

參考資料來源網路-（水立方）國家游泳中心

參考資料來源網路-ETFE膜

㈤ 我想知道為什麼鳥巢要用鋼來製造而不用別的材料

說起「Q460」鋼材，大多數人可能都不了解。但就是這種不為人知的鋼材，成為北京奧運會主體育場「鳥巢」鋼結構的主要用材。為「鳥巢」量身定做的Q460，在國內從未生產，更沒有應用在建築結構上。我國科研人員經過攻關，終於研製出Q460來
這是《科技日報》一篇文章的開頭。

因為這個Q460是「鳥巢」的主支撐用鋼，所以先說說它吧。

其實這個Q460鋼的鋼號具體是Q460E-Z35（可笑的是有別的報導寫成Q460E-Z235）哈哈，過會說為啥它可笑。

先詳解這些字母和數字的含義。Q460是指強度級別。Q是「屈」，指屈服強度達到460兆帕（很多報導里簡單說強度到460MPa，有些不妥）。其實這種鋼的強度級別不算特別高，Q590、Q690還有其他更高強度級別的鋼，國內很多鋼廠很早就能生產了，別信宣傳里簡單那一說的。

E是指韌性的指標，是指零下40度時韌性試驗復合要求。

這個Z是指厚度方向性能，後面35（35％）是延伸率指標，某些霉體和雞者給他弄成大於100的數，果然是厲害了。

㈥ 北京奧運會的鳥巢和水立方採用鋼結構，鋼結構的框架有什麼作用有什麼優點作出解釋。

鋼結構的優點與缺點
和其它材料的結構相比，鋼結構具有以下特點：
一、鋼結構重量輕
鋼結構的容重雖然較大，單與其它建築材料相比，它的強度卻高很多，因而當承受的荷載和條件相同時，鋼結構要比其它結構輕，便於運輸和安裝，並可跨越更大的跨度。
二、鋼材的塑性和韌性好
塑性好，使鋼結構一般不會因為偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好，則使鋼結構對動力荷載的適應性較強。鋼材的這些性能對鋼結構的安全可靠提供了充分的保證
三、鋼材更接近於勻質和各向同性體
鋼材的內部組織比較均勻，非常接近勻質和各向同性體，在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。這些性能和力學計算中的假定比較符合，所以鋼結構的計算結果較符合實際的受力情況。
四、鋼結構製造簡便，易於採用工業化生產，施工安裝周期短
鋼結構由各種型材組成，製作簡便。大量的鋼結構都在專業化的金屬結構製造廠中製造；精確度高。製成的構件運到現場拼裝，採用螺栓連接，且結構輕，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的鋼結構也易於拆卸、加固或改造。

五、鋼結構的密封性好

鋼結構的氣密性和水密性較好。
六、鋼結構的耐熱性好，但防火性能差
鋼材耐熱而不耐高溫。隨著溫度的升高，強度就降低。當周圍存在著輻射熱，溫度在150度以上時，就應採取遮擋措施。如果一旦發生火災，結構溫度達到500度以上時，就可能全部瞬時崩潰。為了提高鋼結構的耐火等級，通常都用混凝土或磚把它包裹起來。
七、鋼材易於銹蝕，應採取防護措施
鋼材在潮濕環境中，特別是處於有腐蝕介質的環境中容易銹蝕，必須刷塗料或鍍鋅，而且在使用期間還應定期維護
********************還有你可以參考大空間結構的有點的論文************
一、概 述

在這實際的三維世界裡，任何結構物本質上都是空間性質的，只不過出於簡化設計和建造的目的，人們在許多場合把它們分解成一片片平面結構來進行構造和計算。與此同時，無法進行簡單分解的真正意義上的空間體系也始終沒有停止其自身的發展，而且日益顯示出一般平面結構無法比擬的豐富多彩和創造潛力，體現出大自然的美麗和神奇。空間結構的卓越工作性能不僅僅表現在三維受力，而且還由於它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當跨度增大時，空間結構就愈能顯示出它們優異的技術經濟性能。事實上，當跨度達到一定程度後，一般平面結構往往已難於成為合理的選擇。從國內外工程實踐來看，大跨度建築多數採用各種形式的空間結構體系。

近二十餘年來，各種類型的大跨空間結構在美、日、歐等發達國家發展很快。建築物的跨度和規模越來越大，目前，尺度達150m以上的超大規模建築已非個別；結構形式豐富多彩，採用了許多新材料和新技術，發展了許多新的空間結構形式。例如 1975年建成的美國新奧爾良「超級穹頂」（Superdome），直徑207m，長期被認為是世界上最大的球面網殼；現在這一地位已被1993年建成夏徑為222m的日本福岡體育館所取代，但後者更著名的特點是它的可開合性：它的球形屋蓋由三塊可旋轉的扇形網殼組成，扇形沿圓周導軌移動，體育館即可呈全封閉、開啟1／3或開啟2／3等不同狀態。1983年建成的加拿大卡爾加里體育館採用雙曲拋物面索網屋蓋，其圓形平面直徑135m，它是為1988年冬季奧運會修建的，外形極為美觀，迄今仍是世界上最大的索網結構。70年代以來，由於結構使用織物材料的改進，膜結構或索-膜結構（用索加強的膜結構）獲得了發展，美國建造了許多規模很大的氣承式索-膜結構；1988年東京建成的「後樂園」棒球館，也採用這種結構技術尤為先進，其近似圓形平面的直徑為204m；美國亞特蘭大為1996年奧運會修建的「喬治亞穹頂」（Geogia Dome，1992年建成）採用新穎的整體張拉式索一膜結構，其准橢圓形平面的輪廓尺寸達192mX241m。許多宏偉而富有特色的大跨度建築已成為當地的象徵性標志和著名的人文景觀。

由於經濟和文化發展的需要，人們還在不斷追求覆蓋更大的空間，例如有人設想將整個街區、整個廣場、甚至整個山谷覆蓋起來形成一個可人工控制氣候的人聚環境或休閑環境；為了發掘和保護古代陵墓和重要古跡，也有人設想採用超大跨度結構物將其覆蓋起來形成封閉的環境。目前某些發達國家正在進行尺度為300m以上的超大跨度空間結構的設計方案探討。

可以這樣說，大跨空間結構是最近三十多年來發展最快的結構形式。國際《空間結構》雜志主編馬考夫斯基（Z.S.Makowski）說：在60年代「空間結構還被認為是一種興趣但仍屬陌生的非傳統結構，然而今天已被全世界廣泛接受。」從今天來看，大跨度和超大跨度建築物及作為其核心的空間結構技術的發展狀況已成為代表一個國家建築科技水平的重要標志之一。

世界各國為大跨度空間結構的發展投入了大量的研究經費。例如，早在20年前美國土木工程學會曾組織了為期 10年的空間結構研究計劃，投入經費 1550萬美元。同一時期，西德由斯圖加特大學主持組織了一個「大跨度空間結構綜合研究計劃」，每年研究經費100萬馬克以上。這些研究工作為各國大跨度建築的蓬勃發展奠定了堅實的理論基礎和技術條件。國際殼體和空間結構學會（IASS）每年定期舉行年會和各種學術交流活動，是目前最受歡迎的著名學術團體之一。

我國大跨度空間結構的基礎原來比較薄弱，但隨著國家經濟實力的增強和社會發展的需要，近十餘年來也取得了比較迅猛的發展。工程實踐的數量較多，空間結構的類型和形式逐漸趨向多樣化，相應的理論研究和設計技術也逐步完善。以北京亞運會（1990）、哈爾濱冬季亞運會（1996）、上海八運會（1997）的許多體育建築為代表的一系列大跨空間結構——作為我國建築科技進步的某種象徵在國內外都取得了一定影響。
種種跡象說明，我國雖然尚是一個發展中國家，但由於國大人多，隨著國力的不斷增強，要建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機庫等大空間和超大空間建築物的需求十分旺盛，而且這種需求量在一定程度上可能超過許多發達國家。這是我國空間結構領域面臨的巨大機遇。

但與國際先進水平相比，我國大跨空間結構的發展仍存在一定差距。主要表現在結構形式還比較拘謹，較少大膽創新之作，說明新穎的建築構思與先進的結構創造之間尚缺乏理想的有機結合，尤其是150m以上的超大跨度空間結構的工程實踐還比較少；結構類型相對地集中於網架和網殼結構，懸索結構用得比較少，而一些有巨大前景的新穎結構形式如膜結構和索-膜結構、整體張拉結構、可開合結構等在國外已有不少成功的工程實踐，在我國則還處於空白或艱難起步階段。情況看來是，我國空間結構的發展經過十餘年來在較為平坦的草原上的馳騁之後，似乎遇上了一個需要努力躍上的新台階。這一新台階包含材料和生產條件等技術問題，也包含尚未很好解決的一些理論問題。為促進我國空間結構進一步的更高層次的發展，有待科技工作者和企業家努力創造條件，以求得這些技術問題和理論問題較快較好地解決。

大跨空間結構的類型和形式十分豐富多彩，習慣上分為如下這些類型：鋼筋混凝土薄殼結構；平板網架結構；網殼結構；懸索結構；膜結構和索－膜結構；近年來國外用的較多的「索穹頂」（Cable Dome)實際上也是一種特殊形式的索－膜結構；混合結構(Hybrid Structure)，通常是柔性構件和剛性構件的聯合應用。
在上述各種空間結構類型中，鋼筋混凝土薄壁結構在50年代後期及60年代前期在我國有所發展，當時建造過一些中等跨度的球面殼、柱面殼、雙曲扁殼和扭殼，在理論研究方面還投入過許多力量，制定了相應的設計規程。但這種結構類型日前應用較少，主要原因可能是施工比較費時費事。平板網架和網殼結構，還包括一些未能單獨歸類的特殊形式，如折板式網架結構、多平面型網架結構、多層多跨框架式網架結構等，總起來可稱為空間網格結構。這類結構在我國發展很快，且持續不衰。懸索結構、膜結構和索-膜結構等柔性體系均以張力來抵抗外荷載的作用，可總稱為張力結構。這類結構富有發展前景。下面按這兩個大類簡要介紹我國空間結構的發展狀況。

二、空間網格結構
網殼結構的出現早於平板網架結構。在國外，傳統的肋環型穹頂已有一百多年歷史，而第一個平板網架是1940年在德國建造的（採用Mero體系）。中國第一批具有現代意義的網殼是在50和60年代建造的，但數量不多。當時柱面網殼大多採用菱形「聯方」網格體系，1956年建成的天津體育館鋼網殼（跨度52m）和l961年同濟大學建成的鋼筋混凝土網殼（跨度40m）可作為典型代表。球面網殼則主要採用助環型體系，1954年建成的重慶人民禮堂半球形穹頂（跨度46.32m）和1967年建成的鄭州體育館圓形鋼屋蓋（跨度64m）習能是僅有的兩個規模較大的球面網殼。自此以後直到80年代初期，網殼結構在我國沒有得到進一步的發展。

相對而言自第一個平板網架（上海師范學院球類房，31.5mx40.5m）於1964年建成以來，網架結構一直保持較好發展勢頭。1967年建成的首都體育館採用斜放正交網架，其矩形平面尺寸為99mx112m，厚6m，採用型鋼構件，高強螺栓連接，用鋼指標65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海萬人體育館採用圓形平面的三向網架凈架110m，厚6m，採用圓鋼管構件和焊接空心球結點，用鋼指標47kg每平米。當時平板網架在國內還是全新的結構形式，這兩個網架規模都比較大，即使從今天來看仍然具有代表性，因而對工程界產生了很大影響。在當時體育館建設需求的激勵下，國內各高校、研究機構和設計部門對這種新結構投入了許多力量，專業的製作和安裝企業也逐漸成長，為這種結構的進一步發展打下了較堅實的基礎。改革開放以來的十多年裡是我國空間結構快速發展的黃金時期而平板網架結構就自然地處於捷足先登的優先地位。甚至80年代後期北京為迎接1990年亞運會興建的一批體育建築中，多數仍採用平板網架結構。在這一時期，網架結構的設計已普遍採用計算機，生產技術也獲得很大進步，開始廣泛採用裝配式的螺栓球結點，大大加快了網架的安裝。

但事物總是存在兩個方面。在平板網架結構一枝獨秀地加快發展的同時，隨著經濟和文化建設需求的擴大和人們對建築欣賞品位的提高，在設計日益增多的各式各樣大跨度建築時，設計者越來越感覺到結構形式的選擇餘地有限，無法滿足日益發展的對建築功能和建築造型多樣化的要求。這種現實需求對網殼結構、懸索結構等多種空間結構形式的發展起了良好的刺激作用。由於網殼結構與網架結構的生產條件相同，國內已具備現成的基礎，因而從80年代後半期起，當相應的理論儲備和設計軟體等條件初步完備，網殼結構就開始了在新的條件下的快速發展。建造數量逐年增加，各種形式的網殼，包括球面網殼、柱面網殼、鞍形網殼（或扭網殼）、雙曲扁網殼和各種異形網殼，以及上述各種網殼的組合形式均得到了應用；還開發了預應力網受、斜拉網殼（用斜拉索加強網殼）等新的結構體系。近幾年來建造了一些規模相當宏大的網殼結構。例如1994年建成的天津體育館採用肋環斜桿型（Schwedler型）雙層球面網殼，其圓形平面凈跨108m，周邊伸出13.5m，網殼厚度3m，採用圓鋼管構件和焊接空心球結點，用鋼指標55kg每平米。1995年建成的黑龍江省速滑館用以覆蓋400m速滑跑道，其巨大的雙層網殼結構由中央柱面殼部分和兩端半球殼部分組成，輪廓尺寸86.2mx191.2m，覆蓋面積達15000平米，網殼厚度2.1m，採用圓鋼管構件和螺栓球結點，用鋼指標50kg每平米。1997年剛建成的長春萬人體育館平面呈桃核形，由肋環型球面網殼切去中央條形部分再拼合而成，體型巨大，如果將外伸支腿計算在內，輪廓尺寸達146mx191.7m，網殼厚度2.8m，其桁架式「網片」的上、下弦和腹桿一律採用方（矩形）鋼管，焊接連接，是我國第一個方鋼管網殼。這一網殼結構的設計方案是由國外提出的，施工圖設計和製作安裝由國內完成。

在網殼結構的應用日益擴大的同時，平板網架結構並未停止其自身的發展。這種目前來看已比較簡單的結構有它自己廣泛的使用范圍，跨度不拘大小；而已近幾年在一些重要領域擴大了應用范圍。例如在機場維修機庫方面，廣州白雲機場80m機庫（199年）、成都機場 140m機庫（1995年）、首都機場2Zmx150m機庫（1996年）等大型機庫都採用平板網架結構。這些三邊支承的平板網架規模巨大，且需承受較重的懸掛荷載，常採用較重型的焊接型鋼（或鋼管）結構，有時需採用三層網架；其單位面積用鋼指標可達到一般公用建築所用網架的一倍或更多。單層工業廠房也是近幾年來平板網架獲得迅速發展的一個重要領域。為便於靈活安排生產工藝，廠房的柱網尺寸有日益擴大的趨向，這時平板網架結構就成為十分經濟適用的理想結構方案。1991年建成的第一汽車製造廠高爾夫轎車安裝車間面積近8萬平米（189.2mx421.6m），柱網21mx12m,採用焊接球結點網架，用鋼指標31kg每平米。該廠房是目前世界上面積最大的平板網架結構。1992年建成的天津無縫鋼管廠加工車間面積為6萬平米（108m x 564m），柱網36m x 18m,採用螺栓球結點網架，用鋼指標32kg每平米，與傳統的平面鋼桁架方案比較，節省了47％。鑒於這類廠房的巨大圓積，它們確實為平板網架結構的發展提供了廣闊的新領域。十分明顯，包括網架和網殼在內的空間網格結構是我國近十餘年來發展最快，應用最廣的空間結構類型。這類結構體系整體剛度好，技術經濟指標優越，可提供豐富的建築造型，因而受到建設者和設計者的喜愛。我國網架企業的蓬勃發展也為這類結構提供了方便的生產條件。據估計，近幾年我國每年建造的網架和網殼結構達800萬平方米建築面積，相應鋼材用量約20萬t。這么大的數字是任何其它國家無法比擬的，無愧於「網架王國」這一稱號，難怪國外有關企業對這一巨大市場垂涎欲滴。
如此大的發展勢頭自然也會帶采一些問題。與國際水平相比，我國目前網架生產的工藝水平和質量管理水平尚有一定距離。尤其是在市場需求帶動下，大量小型網架企業雨後春筍般成立起來，難免良莠不齊，設計也非總由有經驗人士擔任。因而大力加強行業管理，切實把握住設計製作和安裝質量，是促進我國空間結構進一步健康發展的重要課題。

三、張力結構

中國現代懸索結構的發展始於50年代後期和60年代，北京的工人體育館和杭州的浙江人民體育館是當時的兩個代表作。北京工人體育館建成於1961年，其圓形屋蓋採用車輻式雙層懸索體系，直徑達94m。浙江人民體育館建成於1967年，其屋蓋為橢圓平面，長徑80m，短徑60m．採用雙曲拋物面正交索網結構。

世界上最早的現代懸索屋蓋是美國於1953年建成的Raleigh體育館，採用以兩個斜放的拋物線拱為邊緣構件的鞍形正交索網。我國建造的上述兩個懸索結構無論從規模大小或技術水平來看在當時都可以說是達到國際上較先進水平的。但此後我國懸索結構的發展停頓了較長一段時間，一直到80年代，由於大跨度建築的發展而提出的對空間結構形式多樣化的要求，這種形式豐富的輕型結構重新引起了人們的熱情，工程實踐的數量有較大增長，應用形式趨於多樣化理論研究也相應地開展起來形勢相當喜人。

柔性的懸索在自然狀態下不僅沒有剛度，其形狀也是不確定的。必須採用敷設重屋面或施加預應力等措施，才能賦予一定的形狀，成為在外荷作用下具有必要剛度和形狀穩定性的結構。值得稱道的是，我國的科技人員在學習和吸收國外先進經驗的同時，在結合工程具體條件創造更加符合中國國情的結構應用形式方面做了不少嘗試和創新。

例如，山東省淄博等地把懸索結構應用於中小型屋蓋結構中，頗具特色。他們主要採用單層平行索系或傘形輻射索系加鋼筋混凝土屋面板的構造方式。施工時先將屋面板掛在索上（使索正好位於板縫中），在板上臨時載入使索伸長，然後在板縫中澆灌細石混凝土，待達到一定強度後卸去臨時荷載，即形成具有一定預應力的「懸掛薄殼」。這種構造和施工方法不需要復雜的技術和設備，造價也比較低。

為了提高單層懸索的形狀穩定性，在單層平行索繫上設置橫向加勁梁（或桁架）的辦法也是十分有效的。橫向加勁構件的作用有二：一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載使之更均勻地分配到各根平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構件的兩端到預定位置或通過對索進行張拉使整個體系建立預應力，從而提高屋蓋的剛度。從安徽體育館等幾個工程的實踐來看這種混合結構體系施工方便，用料經濟，是一種成功的創造。
由一系列承重索和曲率相反的穩定索組成的預應力雙層索系，是解決懸索結構形狀穩定性的另一種有效形式。其工作機理與預應力索網有類似之處。1966年瑞典工程師Jawerth首先在斯德哥爾摩滑冰館採用由一對承重索和穩定索組成被稱為「索桁架」的專利體系，其後這種平面雙層索系在各國獲得相當廣泛剛用。我國無錫體育館也採用了這種體系。作為對這種體系的改進，吉林滑冰館採用了一種新型的空間雙層索系，它的承重索與穩定索在不同一陣平面內，而是錯開半個柱距，從而創造了新穎的建築造型，而且很好地解決了矩形平面懸索屋蓋通常遇到的屋面排水問題。這一新穎結構參加了1987年在美國舉行的國際先進結構展覽。
我國懸索結構發展的另一個特點是在許多工程中運用了各種組合手段。主要的方式是將兩個以上預應力索網或其它懸索體系組合起來，並設置強大的拱或剛架等結構作為中間支承，形成各種形式的組合屋蓋結構。例如四川省體育館和青島市體育館的屋蓋是由兩片索網和作為中間支承的一對鋼筋混凝土拱組合起來的。北京朝陽體育館由兩片索網和被稱為「索拱體系」的中央支承結構組成。中央索拱體系由兩條懸索和兩個鋼拱組成，本身是一種混合結構，其概念也具有創新意義。採用各種組合式屋蓋不僅進一步豐富了建築造型，而且往往能更好地滿足某些建築功能上的要求，例如為體育館建築提供了「最優」的內部空間。單純從技術經濟角度，單片索網或其它懸索體系可以經濟地跨越很大的跨度，本非必須採用中間支承結構。所以，採用組合式屋蓋在很多場合毋寧說主要是出於建築造型和使用功能方面的考慮。從我國這幾年的實踐效果來看，它在這方面是起到了預期作用的。

將斜拉體系引用到屋蓋結構中來，可形成一系列混合結構形式。這種體系利用由塔柱頂端伸出的斜拉索為屋蓋的橫跨結構（主梁、桁架、平板網架等）提供了一系列中間彈性支承，使這些橫跨結構不需靠增大結構高度和構件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉網殼也屬於這類混合結構。

盡管十餘年來懸索結構取得了可喜的發展，但與網架和網殼結構比較其發展相對較慢，分析起來可能有兩方面的原因：（1）懸索結構的設計計算理論相對復雜一些，又缺少具有較高商品化程度的實用計算程序，因而難於為一般設計單位普遇採用；（2）盡管懸索結構的施工並不復雜，但一般施工單位對它不夠熟悉，更沒有形成專業的懸索結構施工隊伍，這也影響建設單位和設計單位大膽採用這種結構形式。

與此同時，同屬於張力結構體系、在國外應用很廣的膜結構或索-膜結構在我國則處於艱難起步階段。除了設計理論儲備和生產條件方面的原因外，缺少符合建築要求的國產膜材是一個主要的制約因素。從國外情況看，1970年大阪萬國博覽會上的美國館採用氣承式膜結構（俗稱充氣結構），首次使用以聚氯乙烯（PVC）為塗層的玻璃纖維織物，受到廣泛注意，其准橢圓平面的軸線尺寸達14Om x 835m，一般認為是第一個現代意義的大跨度膜結構。70年代初杜邦公司開發出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon）為塗層的玻璃纖維織物，這種膜材強度高，耐火性、自潔性和耐久性均好，為膜結構的應用起到了積極推動作用。從那時起到1984年，美國建造了一批尺度為138m-235m的體育館，均採用氣承式索-膜結構，取得了極佳的技術經濟效果。但這種結構體系也出現了一些問題，主要是田於意外漏氣或氣壓控制系統不穩定而使屋面下癟，或由於暴風雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統又效能不足導致屋面下癟甚至事故。這些問題使人們對氣承式膜結構的前途產生懷疑，美國自1985年以後在建造大型體育館時沒有再使用這種結構形式。人們把更多的注意力轉到張拉式的膜結構或索-膜結構。但如前面所提，日本在1988年建成的東京後樂園棒球館仍然採用氣承式索-膜結構，不過應用了極為先進的自動控制技術，而且採用雙層膜結構，中間可通熱空氣融雪；中央計算機自動監測風速、雪壓、室內氣壓、膜和索的變形及內力，並自動選擇最佳方法來控制室內氣壓和消除積雪。

張拉式膜（或索-膜）結構自80年代以來在發達國家獲得極大發展。這種體系與索網結構類似，張緊在剛性或柔性邊緣構件上，或通過特殊構造支承在若干獨立支點上，通過張拉建立預應力，並獲得確定形狀。1985年建成的沙烏地阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看台挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結構單元組成。每個單元懸掛於中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨立的錨固裝置上，內緣則蹦緊在直徑為133m的中央環索上。1993年建成的美國丹佛國際機場候機大廳採用完全封閉的張拉式膜結構平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結構的例子。另外還有一類骨架支承式膜結構。例如日本秋田縣的「天穹」（Sky dome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結構是一系列平行的格構式鋼拱架，蒙以膜材後，用設在兩拱中間的鋼索向下拉緊，並在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結構的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據Fuller的張拉集合體（Tensegrity)概念發展起來的所謂「索穹頂」（Cable Dome），也許是近10年來最為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導思想是充分發揮桿件的受拉作用。然而嚴格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實現。Geiger進行了適當改造，提出了支承在圓形剛件周邊構件上的預應力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，並利用膜材作為屋面，他稱之為「索穹頂」，並首先用於1988年漢城奧運會的兩個體育館工程。美國的Levy進一步發展這種體系，改用聯方形拉索網格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，並用於1996年亞特蘭大奧運會體育館，其平面呈准橢圓形，尺寸達24lmx192m。這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建築中極具應用前景。

與世界先進水平相比，中國在膜結構方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應該說已建立起一定的理論儲備。在膜結構應用方面近年來也開始呈現比較活潑的勢頭。上海為迎接八運會於1997年建成的體育場其看台挑篷採用鋼骨架支承的膜結構，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建築上採用膜結構；但所用膜材是進口的，施工安裝也由外國公司進行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現了專門從事膜結構製作與安裝的企業，他們已興建了幾個較小型的膜結構。國產膜材的質量也正在改進。各種跡象表明，膜結構這一族富有潛力的大跨空間結構新成員在我國的發展已露出桅尖。

四、理論研究

（1）空間結構的應用是同相應的理論研究同步發展的。應該說我們在空間結構理論研究大面做了許多工作。主要研究內容偏重於靜力作用下的結構性狀和分析方法，以滿足一般設計工作的要求為主要目標。這些研究為我國空間結構的發展提供了基本的理論支持。早期的工作偏重於以連續化理論為基礎的各種解析方法的研究，例如平板網架的擬板解法、網殼的擬殼解法；懸索結構在荷載作用下要產生較大位移，因而計算中應考慮幾何非線性，當時發展了一系列適用於不同形式懸索結構的考慮大位移的解析方法。在一段時期內，當計算機尚未廣泛運用於結構計算以前，各種解析方法曾對空間結構的發展起過重要作用，但解析方法終究有其局限性，它們具有不同程度的近似性，而且往往僅適用於某些特定的結構形式。
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奧運會主體育場——國家體育場「鳥巢」設計用鋼量4.2萬噸，是目專前國內外體育場館屬中用鋼量最多、規模最大、施工難度特別大的工程之一。尤其是巢結構受力最大的柱腳部位，材料的好壞、焊接質量的高低直接影響到整個工程的安全性。

北京城建集團國家體育場工程總承包部常務總工程師李久林告訴記者，為了能夠有效支撐整體結構，設計中採用了高強度的Q460鋼材。但此種鋼材此前一直依靠國外進口，國內在建築領域從未使用過，可是，如果依賴進口，不僅價格貴，而且進貨周期長，無法保證工程的正常進行。
於是，工程技術人員和河南舞陽特種鋼廠的科研人員共同努力，最終用國產的Q460撐起「鳥巢」的鐵骨鋼筋