水立方结构简介

水立方结构简介第1页/共27页内容一：简介内容二：膜结构内容三：钢结构

第2页/共27页一、简介建设用地:62950平方米总建筑面积:65000-80000平方米地下部分的建筑面积:不少于15000平方米长宽高:177m×177m×30m“水的立方”（[H2O]3）方案：中国建筑工程总公司澳大利亚PTW建筑师事务所ARUP澳大利亚有限公司联合设计第3页/共27页建筑欣赏第4页/共27页第5页/共27页第6页/共27页二、钢结构泡沫原理

120年前，物理学家凯尔文爵士问道：“如果将三维空间细分为若干个小部分，要保证每个部分体积相等，相互接触面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？”这个问题至今没有终结答案。1993年，爱尔兰物理学家威尔莱和弗兰提出的14面体与12面体的结构组合是到目前为止最理想的方案。第7页/共27页基本构成基于三维空间最有效的分割，结构模型在自然界中普遍存在，例如细胞组织单元的基本排列形式、水晶的矿物结构，以及肥皂沫的天然构造。第8页/共27页规律尽管此呈现出复杂性及有机的形式，但实际上它具有很高的重复性。第9页/共27页钢结构工程概况平面尺寸：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。第10页/共27页地下和基础：钢筋混凝土结构地上：钢网架结构自身避雷8级抗震第11页/共27页结构优化屋顶和墙面的气枕形状具有重复性而又能保持一个随机无序的总体感觉钢结构腹杆（位于结构内外表面之间的杆件）具有高度重复性钢结构内部节点具有高度重复性。弦杆构件(构成“气枕”的边线)长度和几何具有重复性避免节点位于弦杆内第12页/共27页结构体系确定下部采用钢筋混凝土筒体剪力墙—框架扁梁—大板体系上部采用延性钢框架空间结构（屋面、墙）上部钢框架墙体结构刚性支承于0.000及6.400钢筋混凝土平台结构分析软件下部混凝土结构采用ETABS、SATWE、TAT、SAFE计算分析上部钢结构采用MST、STRAND7、SAP2000进行截面优化设计整体结构采用SAP2000、STAND7进行整体分析和抗震设计第13页/共27页STRAND7静力计算结果自重下的位移第14页/共27页焊接空心球节点第15页/共27页典型节点第16页/共27页墙体局部施工顺序1234第17页/共27页三、膜结构膜结构建筑是21世纪最具代表性的一种全新的建筑形式，至今已成为大跨度空间建筑的主要形式之一。它集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学与计算机技术等为一体。在2008年的奥运会建筑设计上，膜结构应用就得到完美的体现。第18页/共27页水立方

“水立方”整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米。除了地面之外，外表都采用了膜结构。安装成功的气枕将通过事先安装在钢架上的充气管线充气变成“气泡”，整个充气过程由电脑智能监控。

如果ETFE膜有一个破洞，不必更换，只需打上一块补丁，它便会自行愈合，过一段时间就会恢复原貌。

第19页/共27页特殊材料——ETFE“水立方”的膜结构使用的是一种名为ETFE的特殊材料,最早使用于航空工业中。ETFE薄膜的使用在国内尚属首次,但过去20年内,由于这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳、自清洁能力强,欧洲有600至800个建筑都用了这种材料,包括德国的安联体育场和英国“伊甸园”植物园。第20页/共27页膜结构维护

“水立方”周围设置了护城河,内层膜结构也与公众活动区域有一定距离,这样的设计保证了公众不可能近距离的接触到这些“水泡泡”,这就大大降低了它受伤害的可能。ETFE为半透明的材质,“根据生物学原理,鸟儿们是不大愿意停留在半透明物上的。”顶部设有雨洪收集系统——排水天沟,这个地方也成为鸟儿们在水立方唯一的落脚点,为了保证落在上面的鸟儿们远离“泡泡”,设计者们又在天沟接近膜结构的部位设置了金属线供鸟儿们落脚,确保他们不会步入“禁区”。第21页/共27页

膜结构维护水立方内外层膜结构之间有一个充气的空间,被称为气枕,倘若膜结构局部出现破损会有怎样的后果?由于气枕中的压强仅为250帕,只比外部自然状态下的压强高出一点,因此,局部的破损后,里面的空气只会慢慢的释放,不会“嘭”地爆开,不会对人构成威胁。而局部破损的膜结构只要使用ETFE材料制成的胶水修复即可。

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膜结构效果

同时由于自身的绝水性，它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保材料。犹如一个个“水泡泡”的ETFE膜具有较好抗压性，甚至可以承受一辆汽车的重量。气枕根据摆放位置的不同，外层膜上分布着密度不均的镀点，这镀点将有效的屏蔽直射入馆内的日光，起到遮光、降温的作用。第23页/共27页

膜结构效果

水立方”占地7.8公顷，却没有使用一根钢筋，一块混凝土。其墙身和顶棚都是用细钢管连接而成的，有1.2万个节点。只有2.4毫米厚的膜结构气枕像皮肤一样包住了整个建筑，气枕最大的一个约9平方米，最小的一个不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透进更多的阳光和空气，从而让泳池保持恒温，能节电30%。膜结构自身就具有排水和排污的功能以及去湿和防雾功能，尤其是防结露功能,对游泳运动尤其重要。第24页/共27页

水立方的一些遗憾

采用全新材料技术，使得建筑造价高达十多个亿。虽然维修方便，但是表皮材料使用寿命毕竟有限，而定时的更新材