国家大剧院壳体结构由一根根弧形钢梁组成，这个巨大的钢铁天穹几乎可以将北京工人体育场全部罩住。 

　　令人惊奇的是，如此巨大的钢架结构中间却没有用一根柱子支撑。也就是说，重达6750吨的钢结构要完全依靠自身的力学结构体系来保证安全稳定。

国家大剧院高46米，但其地下深度却有10层楼那么高，有60％的建筑面积都在地下，最深达到32.5米，是目前北京地区公共建筑最深的地下工程。 

大剧院地下蕴藏着丰沛的地下水，这些地下水所产生的浮力可以托起重达100万吨的巨型航母，如此巨大的浮力足以托起整个国家大剧院。

传统的解决办法是将地下水不停地抽出，但这样抽取地下水的后果是，将会在大剧院一带的地下形成一个5公里范围的”地下水漏斗”，导致周边地基发生沉降，甚至地面建筑可能出现裂缝。

为了解决这一难题，工程技术人员经过精密调研，用混凝土从地下水最高水位直到地下60米黏土层，浇筑一道地下隔水墙。这个由地下混凝土墙体形成的巨大”水桶”，可以将大剧院地基围得严严实实。水泵就在”水桶”里面将水抽走，这样，无论地基里怎么抽水，”水桶”外的地下水也不会受影响，因而周围的建筑物也就安然无恙。

大剧院的屋面有36，000平方米，主要由钛金属板和玻璃板拼装而成。钛金属强度大，耐腐蚀，且色泽好，是一种主要用于制造飞机等航空器的金属材料。屋面将由10，000多块约2平方米大小的钛板拼装而成。由于安装角度总在变化，每一块钛板都是一个双曲面，面积、尺寸、曲率都不同。钛金属板的厚度只有0.44毫米，既轻且薄，如同一张薄薄的纸，因此下面必须有一个由复合材料制成的衬层，每一块衬层也将切割成与上面的钛金属板同样大小，因此这个工作量和工作难度都极大。

目前，在国际上还没有这么大面积在建筑屋面使用钛金属板的。日本的建筑使用钛板的较多，这一次大剧院将委托日本的一家厂商来制作钛金属板。

钛金属屋面壳顶的清洗是件麻烦事，有人提出，如果使用人工清洁的方式，会显得笨拙而不美观，应采用先进技术来解决。

目前，工程人员正倾向于选择一种高科技的纳米涂料，涂上这种涂料后，附着物将不会沾到物体的表面，只要用水一冲，所有污垢将全部被冲刷干净。

但由于这是一项新技术，还没有类似的工程实例可以参考，工程人员正在对这种纳米涂料进行试验室强化试验，是否采用还要等试验结果出来以后才能下定论。

大剧院共使用了20多种天然石材，全部来自国内十余个省市。仅大厅的22个区域就使用了十余种石材，名为”锦绣大地”，寓意中华民族的锦绣山河。 

有来自承德的”蓝钻”、山西的”夜玫瑰”、湖北的”满天星”、贵州的”海贝花”……其中很多都是稀有品种，如产自河南的”绿金花”已是绝版石材。

铺设在橄榄厅产自北京的”白玉翡翠”为白色石材带斜线绿筋，斜线纹路天然生成，且全部朝同一方向，十分罕见。大剧院石材铺设总面积约10万多平方米，工程人员坚持使用国产石材，几经周折才全部找到在色彩和纹路上吻合设计师理念的石材。

如此大规模的无辐射石材开采、加工对工程人员来说也是巨大的挑战，就连设计师安德鲁也惊叹于中国石材的缤纷艳丽和中国石材开采、加工技术的精湛。

国家大剧院三个剧场总共能容纳5500人左右，加上演职人员最多时达7000人，由于国家大剧院独特的设计，剧院四周被一个巨型露天水池所围，因此一旦发生火灾等突发事件，如何迅速将7000名观众从这个四周被水包围的“蛋壳”里安全撤离，在设计之初，就是设计师们需要解决的棘手难题。

实际上，国家大剧院的消防疏散通道最终是按1.5万人能迅速撤离的标准设计的。其中，在地下3米和7米处，各有观众疏散通道8到9处，它们从巨型水池底下穿过，直通外部广场。观众通过这些通道，能够在4分钟之内全部安全疏散，这比消防条例中规范的6分钟的时间还要短。

此外，在剧院与露天水池之间设计有一条宽达8米的环形消防通道，相当宽敞，可容纳两辆消防车并排通行，同时还留有两米宽的人行通道，消防队员可通过消防通道及时到达着火点，这样消防人员与被疏散人员可以各走各的路，互不干扰。