国家体育场建筑设计
国家体育场的屋面由钢结构和膜结构共同组成。它们为体育场的场内看台区域和场外的各层观众的集散大厅提供了遮挡风雨的功能。在白天，膜结构的透光性使比赛场内有足够的亮度又避免产生强烈的阴影，平滑过渡的膜面在看台上空形成了一个平滑的、略有弧度的膜结构吊顶，遮挡了钢结构内繁杂的结构构件和设备管线，使观众的注意力能更关注于场内的比赛之中。膜结构吊顶材料的吸声特性也有助于改善场内的声学环境。
国家体育场的膜结构由两部分构成，上层镶嵌在主体钢结构上层钢梁区格之间的ETFE膜结构和下层悬挂在主体钢结构下层钢梁下面的PTFE膜结构吊顶。
国家体育场外层ETFE膜结构采用单层的ETFE膜结构。它是不同大小的板块镶嵌在上层钢梁构成的格构内而不是覆在钢结构的外表面，和钢结构一起组成国家体育场的屋顶维护结构和外立面的一部分。透明的ETFE膜和钢结构形成强烈的对比，突出了钢结构的雄伟。同时尽可能地为体育场增加光线的透过，使场地内在白天能有足够的光照。ETFE膜结构的设计是国家体育场设计中的一个突出特点之一。
PTFE膜结构的构造做法与ETFE不同，PTFE做成独立的单元，悬挂在下层钢结构的下侧，并经过一个圆滑的过渡，结束在看台的后边缘。PTFE膜结构的作用是在体育场内形成一个均匀的顶棚。这个顶棚既起到遮挡钢结构内纷乱复杂的设备管线，使投影在场地内的阴影均匀，为电视转播制造出良好的视觉效果；半透明的PTFE膜又不至于由于膜材的透光率太低而使场地内阴影区的光比过大；同时，内层PTFE膜材选择的是具有吸声功能的膜材，为场内创造良好的声学效果。因此国家体育场的PTFE膜结构也被称作PTFE声学吊顶。
设计的基本原则
在国家体育场的膜结构设计中，有一些设计的基本原则，这些原则构成了膜结构设计的要素存在并被努力守。
二分之一旋转对称：国家体育场的钢结构由24组主钢结构、次钢结构和立面大楼梯钢结构组成。其中主结构呈四分之一对称；次钢结构和立面大楼梯钢结构呈二分之一旋转对称。总体上，钢结构和膜结构呈二分之一旋转对称。即对于所有膜结构板块，均有两块完全一样。这不止适用于钢结构和ETFE和PTFE膜结构的板块形状，也适用于膜结构板块内的布置。
天沟：天沟是ETFE膜结构的边缘支撑构件，也是膜结构和钢结构之间的连接构件；也是收集膜结构排水的构件，同时也是屋面检修的检修通道。天沟宽320mm，高200mm，垂直于钢结构梁的侧壁，由钢板制成。
天沟后退950mm：天沟的底面距离钢结构上缘950mm，同时ETFE膜结构的最高点尽量不高于钢结构的外表面以突出钢结构的外观。在中标的膜结构承包商进行ETFE膜结构深化设计时，ETFE膜结构优化为延钢结构曲面上的平膜方案。新的优化方案进一步突出钢结构的外观。
拱式结构、索：拱式支撑结构ETFE膜结构板块的中心处于板块的最高点，膜下面的拱和膜表面的压索也使ETFE膜结构的跨度大为减低，达到ETFE合理的单元尺寸，对膜结构承受风荷载、雪荷载等受力和雨水的顺利排出有利。在膜结构承包商的ETFE膜结构优化方案中，拱形的膜结构改为平板式膜结构，拱式支撑结构改为梁式支撑，梁和在膜内的索共同将所受的力传递给主结构。
立面和屋顶的划分：由于体育场的屋顶通过一个光滑的曲线向立面过渡，形成一个肩部区域，钢结构在肩部分割出来的梁空形成的板块处在这个光滑的曲面上，其形状、大小也不尽相同。判断肩部板块是属于立面板块还是屋面板块的方法是依据以下原则：以屋面的水平投影的最外缘线作垂直面，与肩部板块相切。垂直面将每一个肩部板块分成上下两部分。然后对每个板块进行判断，将上下两部分的面积进行比较，上面部分的面积大于下面部分的板块属于屋面板块；上面部分面积小于下面部分的面积的板块属于立面板块。所有屋面板块均覆盖ETFE膜结构。26度线：肩部区域的屋面板块的坡度变化剧烈，并不是所有的板块都适合将雨水进行收集。考虑到雨水斗的实际安装条件和坡度变化对雨水实际收集的效果的影响以及雨水斗设置对整体建筑外观视觉效果的影响，以肩部钢结构坡度为26度处做一条连续的分界线，这条线被称为26度线。在26度线以里的区域的雨水通过雨水斗进行有组织排水；以外区域为无组织排水。由于存在仅有极少部分被26度线划在有组织排水区域而排水量非常少，设置雨水斗比较浪费且排水效果不明显的板块，最终对26度线进行了少量的手工调整，将这些板块划入无组织排水的区域。为了保证在屋顶上活动人员的安全，在钢结构表面设置屋面安全防护系统，屋面安全防护系统的截止点被设置在肩部26度线内一米的位置。上下板块对齐：主体钢结构上下钢结构的中心线处在一个垂直面内。膜结构的ETFE和PTFE的板块也是上下对齐。由于ETFE在梁空处；PTFE在梁下，以钢结构的中心线分开，因此ETFE板块和PTFE板块的形状相似，PTFE的面积稍大于ETFE板块。（PTFE肩部与ETFE板块不同）PTFE和ETFE的支撑结构上下对齐，对应的支撑结构处在一个垂直面上。平滑的PTFE膜结构表面：PTFE膜结构位于下层钢结构的下表面以下600mm的位置，是一个连续平滑的曲面，并收于看台的后边缘。PTFE膜结构依据钢结构的中心线的垂直面被分成大小不同的板块。100mm宽分缝：依据国家体育场热舒适度CFD的模拟计算结果，PTFE膜结构的板块之间被要求保持宽度100mm的缝隙以满足体育场内的热舒适度要求。
