水立方结构分析

国家游泳中心水立方1、工程概况国家游泳中心“水立方”位于奥林匹克大道西侧，与国家体育馆“鸟巢”隔路相望。其建筑造型体现了与鸟巢的和谐共生。这一设计模仿水分子的结合形式，具有高度的重复性，同时体现了随机无序的结构美感。屋面和墙体的维护结构采用ETFE充气枕。结构的随意自然与材料的纯净统一勾画出水立方独特的美感。本工程的建筑造型为“充满水的立方体”，平面尺寸177.338m×177.338m，建筑墙体底标高+1.059m，屋顶标高30.587m。屋面及支撑墙结构由新型多面体空间钢架构成水滴的骨架。钢结构总用钢量共约6300吨，钢材选用Q345C、Q420C。结构节点形式分为球型、半球型、方钢管相贯三种，杆件分为圆钢管、方钢管两种形式。所有构件壁厚由6mm到40mm。节点9290个，杆件数量将近20670根。支撑结构“水立方”的钢结构最大的特点就是不规则该结构最基本的特点是其几何构成不同于传统的空间网架结构，传统的网架结构都是由简单的基本单元（三角锥，四角锥等）组合而成，而该结构以由气泡衍生改良得到的多面体为基本单元，进行空间阵列。钢结构高度：30.587m支承形式：钢结构墙体周边支承于钢板组合砼框架梁多角柱状体按照一定规律组合12面体和14面体无限重复增多，在XYZ轴上不同角度扭转形成有规律的形状立面随机性的形成因为建筑形体为规则的立方体，当那些多角柱状体经过扭转重复组合后形成结构体时，还要根据建筑体量——长、宽、高——的要求去切割，所以整个建筑结构看似没有规律多面体组合构成的基本结构沿三个正交坐标轴是有规律的重复的。因此，尽管外观呈现随机分布状态，但实际上这种结构是建立在高度重复的基础上的。这个阵列组成的无限空间内部只包含三个不同的表面、四种不同长度的边线和三种不同的节点。这种结构上的高度重复无疑有利于对空间结构的建造。同时，这种新型空间结构体系具有节点汇交杆件少的明显特征，每个节点的汇交杆件仅为四根。而普通钢架结构中单个节点汇交杆件最少的蜂窝型三角锥网架为六根，在这种传统情况下，杆件在空间坐标上的定位是一个技术性的难题，而且费工费时，同时，多个杆件连接在一个节点上，对于节点处杆件位置的预留问题也提出了很高的要求。而这两个问题在该新型空间结构中得到了很好的解决。在对抗压力方面，这种泡沫结构的承受力比其他结构要高出十几倍，因此，尽管使用很轻的ETFE材料，只要内部做成这种有规律的泡沫形状，就能承受巨大的外力作用。节点类型：内部腹层节点——焊接球节点表面弦层节点——焊接半球节点边框角线节点——以边框为母杆的相贯的节点。典型节点材料ETFE立面的双层表皮结构由一系列小的单元组成，每个单元外面都覆盖着一层薄膜——双层聚四氟乙烯（ETFE).材料性能1.阻燃材料，熔点为275摄氏度2.优秀的隔热保温性能3.良好的自洁性4.轻质，每层仅0.2MM厚5.良好透光性能6.正常使用寿命30年。材料优势抗拉性能好，在产生脆性破坏之前，可以拉伸300%~400%，这样就能够保证遇到强对流天气或者外部硬质物体和其发生碰撞时能够抵御外部的作用力重量只有同面积玻璃的1\10难燃材料，防火B1级，自熄性ETFE薄膜气泡可在现场外预制，并装在面板上。面板通过独立于支撑结构的可调部件进行提升，并装配在立面上。当面板就位后，将为气泡充气的通风管附着在面板上，并连接到气泵进行充气。游泳中心结构除主体“多面体空间刚架结构”外，其下部还设置了全现浇钢筋混凝土池结构作为游泳池和跳水池。空间刚架结构将荷载传递到混凝土结构上，再由此结构传至基础。国家游泳中心设计新颖，尤其是结构的设计史无前例，是建筑结构界的创举。该结构从无限等体积肥皂泡阵列几何图形学获得起源，经过组合、阵列、旋转、切割等过程，创造性的设计出了无先例、无规范、无标准的“三无”新型空间多面体延性刚架结构。这一新型空间结构体系具有构成简单、重复性高、汇交杆件少、节点种类少等特点，简化了施工过程。另一方面，“水立方”还大胆使用了ETFE膜材料作为维护结构，形成独特的美学效果。谢谢观看建筑学2班刘凯翔10310208建筑学2班闫伟10310211