鳥巢：中國建筑史光輝的一頁（6）
　　
　　赫爾佐格和德梅隆的設(shè)計提出了一個很好的概念，但概念要變成現(xiàn)實還要付出極大的努力。中建集團領(lǐng)導(dǎo)對國家體育場的設(shè)計工作非常重視，專門成立了以崔愷副院長為總指揮的項目指揮部，組織了陣容強大的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計班子。結(jié)構(gòu)院的胡純煬、劉先明、范學(xué)偉、王春光、李鳴、趙莉華、彭翼、譚成冬、史杰、范玉辰，標準院的胡天兵、申林、劉巖、王?、董慶園等組成了設(shè)計團隊，由范重擔(dān)任鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計總負責(zé)人。
　　
　　鳥巢結(jié)構(gòu)是世界目前跨度最大的建筑結(jié)構(gòu)，長度和法國巴黎埃菲爾鐵塔的高度340米不相上下，具有重大的國際影響。屋蓋的幾何構(gòu)型非常復(fù)雜，建筑造型與結(jié)構(gòu)布置高度一致，造型非常獨特。在很多方面都超越了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的范疇，在國內(nèi)外建筑工程上也沒有先例，其設(shè)計、加工制作與安裝的復(fù)雜性前所未有，在技術(shù)上具有極大的挑戰(zhàn)性。
　　
　　英國奧雅納公司擅長干高科技工程，經(jīng)常與外國建筑師合作搞重大建筑項目。起初，鳥巢的初步設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)部分由奧雅納為主，中國建筑設(shè)計研究院作為協(xié)作方，負責(zé)制定技術(shù)條件、計算復(fù)核、技術(shù)把關(guān)等工作。在修改初步設(shè)計中，中國建筑設(shè)計研究院負責(zé)結(jié)構(gòu)建模、計算分析、初步設(shè)計報告編制以及全部初步設(shè)計圖紙等工作。
　　
　　2002年底，剛剛43歲的范重參加了國家體育場方案競賽投標工作。作為鳥巢鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)負責(zé)人，他肩上的擔(dān)子沉甸甸的。北京是地震區(qū)，季節(jié)溫差變化大，風(fēng)雪荷載很大。如何在保證建筑效果的前提下，確保結(jié)構(gòu)安全可靠、符合大跨度結(jié)構(gòu)的受力特點，是設(shè)計中必須首先制服的攔路虎。一個籬笆三個樁，一個好漢三個幫，在建立整體模型的過程中，范重打破常規(guī)，把計算機搬到會議室，將圖像投影到墻上，請建筑師和自己一道工作。
　　
　　為了解決復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的建模問題，他們花費100萬美元購買了美國的三維建模CATIA軟件，這個軟件在航空、汽車制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。以往干建筑工程，設(shè)計師要畫圖紙，而建模就是用電腦軟件在電腦屏幕上再現(xiàn)建筑的立體模型，其顏色、光線、造型在三維空間中栩栩如生。
　　
　　負責(zé)建模的工程師像釘子似的釘在了會議室的電腦前，一坐就是好幾個月。他們一根桿件、一根桿件地調(diào)整，直到大伙兒都點頭為止。
　　
　　接著，又在英國進行了風(fēng)洞試驗，鳥巢用鋼量達42000噸，全部采用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)鋼材，屋蓋結(jié)構(gòu)的主桁架、桁架柱和次結(jié)構(gòu)主要采用Q345 、Q345GJ與Q460高強鋼材。其中Q460鋼板系中國首創(chuàng)，可以抗八級地震。他們與中外建筑師密切配合，成功地完成了國家體育場主體鋼結(jié)構(gòu)三維空間模型、扭曲箱形構(gòu)件和特殊節(jié)點的建模工作，這是CATIA軟件首次在我國建筑工程中得到應(yīng)用。后來，經(jīng)過奧運觀景塔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗積累，我國目前在復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模的能力方面已經(jīng)達到了國際領(lǐng)先水平。
　　
　　本來工程難度就大，偏偏又趕上奧運瘦身。為了省錢，鳥巢的設(shè)計又經(jīng)歷了取消活動屋蓋，擴大內(nèi)環(huán)等重大修改，設(shè)計工作量很大。論證會、協(xié)調(diào)會、技術(shù)研討會、工程例會數(shù)不勝數(shù)，每個會都需要設(shè)計人員按時參加。施工配合的工作量也很大，設(shè)計圖紙在進行加工制作前需要進行鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計，鳥巢的主體鋼結(jié)構(gòu)詳圖有13500張，加上膜結(jié)構(gòu)、天溝、馬道等，總共有兩萬多張詳圖，每一張圖紙結(jié)構(gòu)工程師都要認真審核，有的需要多次修改后方能簽認，發(fā)放加工制作。設(shè)計團隊的工作量是重量級的，而范重更是重中之重。他所有的雙休日、五一、十一、春節(jié)長假都鉚在了辦公室里。
　　
　　42000噸鋼是多么龐大的鋼鐵長城?。▲B巢的鋼結(jié)構(gòu)自振周期長，結(jié)構(gòu)自重較大，北京又處在地震帶上，這一震一重有多大的風(fēng)險??！刮大風(fēng)和地震時，鋼結(jié)構(gòu)都會上下自振，中國以往的設(shè)計方法沒有相應(yīng)的規(guī)范，他們絞盡腦汁，一遍又一遍地分析地震資料，終于解決了超大跨度結(jié)構(gòu)在下壓風(fēng)振效應(yīng)下的安全問題。
　　
　　四季分明從氣候上是好事，但從建筑上就未必是好事。鋼結(jié)構(gòu)隨著溫度的變化而變化。金屬傳熱速度快，夏天天熱，太陽輻射加上高溫天氣就形成一個溫度場，造成鋼結(jié)構(gòu)溫度升高，表皮發(fā)燙。鳥巢有兩層膜，膜把空氣包圍起來空氣惰性就大，空氣惰性大流動性就差，內(nèi)部溫度高，散熱較慢。物體顏色越淺反射率越高，所以太陽能熱水器大多用黑色的，目的是為了更好地吸熱，而灰色的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土恰到好處地反射了太陽的光芒，給炎熱的氣候帶來一絲清涼。