2008年奥运会国家体育场——鸟巢
LED项目结构工程
王桥立，夏志清，周双富
（深圳三升高科技股份有限公司<原深圳京东方智能显示技术有限公司>,广东深圳518057）
摘 要: 论述了大型、特殊显示屏结构设计；箱体设计；箱体散热设计计算及结构安装。
关键词：奥运会；LED结构；箱体散热设计
Abstract:On a Large-scale and Special-application LED display structure design;Cabinet design and cabinet inter-cooler system,Display installation.
Key words:Olympic games;LED construction;Cabinet inter-cooler system
绪言
本工程为2008年奥运会国家体育场LED显示屏工程，结构形式为钢桁架结构，位于体育场内南、北两端，标高在16.7米―32.3米。显示屏的显示尺寸在奥运会比赛时与比赛后是不同的，分别为16512X9216mm、14976X8448mm，四周的包边尺寸为384mm。该项目显示屏用于奥运会比赛开幕式，意义重大。
1 结构部分设计
此项目的特殊之处在于赛后屏的尺寸大小有变化还要奥运会后LED显示屏要求往场馆正中移动，鸟巢在顶部承重显示屏的吊点承重及吊点的位置都有限制，屏下面的看台即为屏结构施工操作平台，看台的的承重量是300公斤每平米，因而在结构设计、工程施工的过程中这一系列的问题都必须考虑；
1.1根据屏的现场安装特点及要求，屏结构考虑整体悬挂，如下图
设计四个悬挂吊点，两个为固定吊点，两个分别用20吨的手动葫芦拉着，以备在安装、移动升降时用。此种升降方案是经过反复考虑论证的，最初考虑的是用电动葫芦，但考虑到电动葫芦的升降速度太快，在上升或下降时结构整体自重大，拼结面积大，每块屏由99个箱体拼成，在大幅度上升或下降的情况下结构会产生变形而使屏的平整度出现问题，因而考虑用手动葫芦。手拉链子500米，屏整体上升或下降1米，保证屏很缓慢的上升、下降，保持平稳。
1.2屏支撑结构钢架几何尺寸长×宽×高为17280×2500×9928mm，吊点的承重量有严格的限制，因而在设计时严格按力学计算要求在确保安全的情况下选用薄壁方钢管，管壁薄在制作焊接过程中就得要好好控制结构变形。由于现场施工条件限制，没办法把所有的构件在现场制作，整结构外形尺寸太大，运输有问题，也不能全部在钢构工厂加工，根据工艺要求、安装要求、拼装要求，钢架上部2.5高的钢架头做成一整体，下面的做成12榀钢架到现场拼。如下图所示：
钢架上部2.5米高的整体结构构图：
12榀钢架构件图：
以上这些构件都是在钢构加工厂里加工好，拉到现场拼装，先将上面整体部分通过手动葫芦挂上去然后再拼装，按设计图加上钢架上的连接杆件，在现场的拼装过程中需要克服的最大困难是保证整体钢架的平整度。
2 箱体结构部分
根据屏整体尺寸每块屏制作了99个箱体，箱体的外形尺寸大小分别1536*1152、1920*1152、1536*768、1920*768四种。但为了现场结构安装时避开结构件干涉调整箱体安装孔位做成了20来种不同的箱体并进行编号布置，同时为了安装方便制作了不同形状的安装片并加强了安装片的强度以保证安装后不发生变形。
此项目箱体设计最重要的地方就是箱体散热设计，按照奥运要求根据现场选择合理箱体散热设计，因此在设计中根据箱体要设计出合理的散热模型，选用合理的散热方式和散热风扇。根据行业标准留有充足的散热余量并能根据环境温度（北京气温范围-20 C -40C）进行温控设计，在达到设定值30 C时启用风扇散热。
2.1 理论计算结果如下：
已知条件1）箱体实际尺寸为199*1149*1533（mm），箱体体积为0.35m
2）已知每箱体12个模组，每个模驵最大功耗为220W，每个箱的最大功耗为2.64KW
3) 已知排风扇型号为BT12038 ，排量为2.58 m /分钟
4组风扇排风量为2.58*4*60（分）=619.2 m /小时
计算结果 1）每小时箱体空气交换次数为619.2/0.35=1769次
2）每小时产生的最大热量为：2.64*3600（秒）=9504KJ
3）每次空气交换的热量为：9504KJ/1769（次）=5.372（KJ）
4）根据公式Q（热量）=C（比热）*M（空气质量）*△t（温升）
△t（温升）= Q（热量）/（C*M）=5.372/(1.003*0.35*1.293)=11.836 C
（在空气300K时的比热容为1.003。箱体空气质量为0.35 m *1。293Kg/ m）
2.2 京东方在温度25 C的环境条件下测试的平均温升，在同一种规格条件。Pitch20的温升为10.5 C。理论结果高于实测是因为除风扇对流散热外还未考虑箱体自身的热容散热。综合理论计算与实测结果是一致的。
2.3 根据理论数据及实测结果，符合中国光电了学会LED显示分会公布的行业标准：LED户外显示屏温升不超过45K要求，根据以上理论计算与实测结果完全符合行业标准。
，每箱设计了四个风扇，其参数如下：
箱体及安装图如下：
最后一步是结构、模组安装，前期准备到位设计合理，整屏的安装平整度都能满足相关标准与要求。
3总结
这次深圳三升高科技股份有限公司设计的国家体育场LED项目结构与原有LED工程结构设计有很大的区别，是一种创新新型设计理念，在甲方严格要求下，从理论到实践进行了严格的论证，并得到了甲方的认可，参与设计的还有中国建筑技术集团有限公司，充分保证设计的可靠性，是一次LED行业LED工程结构工程的检阅，为北京奥运会做出了贡献。
参考文献
[1]《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB 50068-2001)[S]
[2]《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)[S]
[3]《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)[S]
[4]《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)[S]
[5]《建筑钢结构焊接规程》(YGJ 81-2002)[S]
[6]《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》(JGJ82-91)[S]
[7]《钢结构制作安装施工规程》(YB 9254-95)[S]
作者: 周双富(1980.11--) 湖南邵东人, 深圳三升高科技股份有限公司结构工程师
通讯: 深圳三升高科技股份有限公司, 邮编: 518057,电话: 26013596, 传真: 26013539, E—mail: doublerich@yeah.net