水立方结构简介PPT课件

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解读水立方

采用同样材料作为表皮的其他建筑案例
伊甸园植物馆表面材料由一层ETFE膜嵌入3层充气垫制成，顶部传感器可通过感知风、雪等荷载来调节气垫压以适应不同的情况。透明的材质使其光线充裕明亮，同时起到隔热效果。对于植物园来说，充裕的光线渗透有利于园内植物的生长培植，减少能耗，促进了内外空间的交流。
建筑内部的热处理
气温较低时，水立方晶莹通透的结构特征使得外面的阳光可以直接进入室内，给游泳池和室内空气加热。气温较高时，水立方的“智能泡泡”系统可以通过不同朝向、不同密度的反光斑点，以及在内外两层泡泡之间实现互相通风的技术手段，来改变遮阳系数，降低它的冷负荷，达到低温的目的。
同时，建筑内部实现了分层空调、分区空调这样一个概念，通过技术手段来降低了“水立方”里的空调能耗。
总的来说，水立方通过它大胆的材料使用和结构建造，开拓了建造建筑的新思路，向全世界展现了一个成功的生态化仿生高技建筑。而对于材料技术的研究也使得我们在原有ETFE 膜气枕技术的基础上，有了新的突破和提高，从而形成了完整的 ETFE 膜充气体系成套技术。这些先进技术在建筑的应用也给国内的建筑设计带来了新的思考与方向。
建筑特色使用新材料
自洁，轻盈，透光性高，保温效果好，安全隐患小。结合双层表皮之间空气夹层，提高了建筑自身的保温功能和通风能力，减少大量能耗，因此可算绿色节能建筑。
绿色环保可Байду номын сангаас续
通过膜上雨水汇集后的反复利用，建筑内部水系统的重复循环，降低了游泳场的水能耗。
视觉效果好
外部看宛如阳光下一颗晶莹的水珠，内部看如同置身于深蓝海洋之中，给人奇异的视觉享受。它是一个美观的仿生生态建筑。
建筑内部的通风处理
建筑屋顶设有自然排风机。八个自然通风口可实现馆内外空气流通，这样就能将建筑空间中的热量散发出去，实现自然通风，保证在场观众观赛时室内空气清新。同时，由于在夏季和太阳辐射较强的过渡季节，表皮两个膜层间很容易形成温室效应，导致空腔内温度升高。在屋顶空腔温度为40摄氏度时开启排风机，以设计排风量三分之二的通风模式作为空腔通风的运行模式，既实现了自然通风，又能降低室内温度，也使空调系统全年用电量大大降低。

水立方图片

水立方图片
水立方图片
北京水立方位于北京奥林匹克公园内，2008年北京奥运会标志性建筑物之一。

“水立方”与国家体育场“鸟巢”分别位于中轴线两侧，一方一圆，遥相呼应，构成了“人文奥运”的独特风景线。

整个“水立方”分为4层，其中负一层是比赛工作区，一层和二层分别是游览区和观众席，三层为场馆预留经营场地。

“水立方”的建筑结构来自于肥皂泡堆积的.概念，因为要造出水分子的感觉，每个气枕都是不规则的多面体，所以气枕依托的钢架构也要求是多维空间的12面体或者14面体，搭建这样的钢架构在国内乃至世界上都是第一次。

构成“水立方”皮肤的是3000多个由ETFE膜制成的不规则的气枕泡泡，在场馆四周设有一圈高2米的护栏，并在护栏内开凿了一道宽6米、深0.5米的护城河。

由于气枕是半透明的，鸟不会在上面停留，屋顶的气枕框架边缘还装有极细的钢丝线，防止鸟对气枕造成破坏。

在场馆内部，观众也只能在170平方米的泡泡吧里近距离接触气枕，其他区域都无法触摸。

《水立方结构分析》课件

可持续发展前景
展望水立方在未来可持续发展方面的前景，如节能减排、绿色建筑等。
THANKS
感谢观看
环保意识
水立方的膜材料具有良好的自洁性和耐久性，降低了对环境的负担。
水立方的建筑特点
01
02
03
独特造型
水立方呈现出半透明的外观，与周围环境和谐相融，成为北京的标志性建筑之一。
高效节能
水立方的设计和建造采用了多项节能技术，如自然采光、太阳能利用等，有效降低了能耗。
科技应用
水立方运用了先进的科技手段，如智能化建筑管理系统，提高了运营效率。
养等。
特殊情况处理
02
针对水立方可能遇到的特殊情况，如自然灾害、突发事件等，
制定相应的应急处理措施。
使用管理规定
03
制定水立方的使用管理规定，明确使用者的责任和义务，确保
建筑安全运行。
未来发展与展望
技术创新与应用
探讨未来在水立方施工与维护方面可能出现的新的技术和方法。
建筑改造与升级
分析水立方在未来可能进行的改造和升级，以满足新的使用需求和技术要求。
金属屋面采用镀铝锌钢板和钛锌板等材料，具有耐腐蚀、高强度和长寿命等特点，能够保证屋面的防水和保温性能。
玻璃幕墙
玻璃幕墙采用中空玻璃和Low-E玻璃，具有优良的保温、隔热和隔音性能，同时能够反射太阳光，减少室内温度波动。
特殊功能材料
特殊功能材料
为了实现水立方的特殊功能，如水处理、水质监测和景观装饰等，需要采用一些特殊功能的材料。
水处理材料
水立方采用特殊的净水系统和循环水处理系统，需要使用相应的水处理材料，如过滤器、消毒设备和水质监测仪器等。

水立方结构简介 ppt课件

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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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解读水立方

采用同样材料作为表皮的其他建筑案例
伊甸园植物馆表面材料由一层ETFE膜嵌入3层充气垫制成，顶部传感器可通过感知风、雪等荷载来调节气垫压以适应不同的情况。透明的材质使其光线充裕明亮，同时起到隔热效果。对于植物园来说，充裕的光线渗透有利于园内植物的生长培植，减少能耗，促进了内外空间的交流。
解读水立方
09建筑学01班查新彧
建筑简介
由中建设计联合体，澳大利亚PTW建筑师事务所、 ARUP澳大利亚有限公司联合设计的国家游泳中心（水立方）位于北京奥林匹克公园内，以水为设计理念，以薄膜结构，空间钢架结构为主要结构。
整个建筑如水珠一般滴落在地面上，是一个美观，环保，节能的绿色建筑，给人带来全新的体验。
建筑内部的光处理
水立方内部不同于一般大型场馆内部空气的沉闷和采光的阴暗，它在一层和二层的走廊顶部安装的无数小灯泡，把整体的光束划分成一道道细小的光线，再加上室外阳光透过薄膜和支撑钢架的缝隙自然地洒向室内，两种光源的光线融合在一起，不仅把“水立方”内部的空间切割得错落有致，又照亮到空间每一个转角等光线不足的地方，拓宽了观众的视线。从观众的角度看，游泳池跳水台由于室外天然光源与室内补充光源的叠加，直射光与反射光的叠加，使观众获得了极其丰富的视觉体验。
全程自动化
气垫气泵压强的强弱，排风机风速的大小，防火防雨雪的设置，乃至于建筑内部的气温水温高低都可以通过计算机程序控制，确保了人在场馆中的舒适度以及安全性。
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，而定时的更新材料费用十分高昂。而在尺度的处理方面，观众席与泳池周边路径的水平距离偏短，这就使得观众在观赏运动员胜出游行时有很大的视线阻碍。

水立方详细介绍

水立方详细介绍国家游泳中心是北京2008年奥运会比赛场馆之一，其创意来自于肥皂泡的结构，因其外观酷似一个蓝色方盒子而被称为“水立方”。

与“鸟巢”一样，“水立方”独特的结构设计给施工带来了很大难度，因为它是世界上第一个尝试实现这一肥皂泡结构体系的建筑。

“水立方”的建筑外围护采用新型的环保节能ETFE（四氟乙烯）膜材料，由3000多个气枕组成，覆盖面积达到10万平方米。

建设地点：奥林匹克公园建筑面积（M2）：65000－80000。

座席数：永久座席为6000个，临时性座席11000个。

赛时功能：游泳、跳水、花样游泳、水球。

开工时间：2003.12.24。

工时间：2007年四季度。

“水立方”是世界上首个基于“气泡理论”建造的多面体钢架结构建筑。

独特的结构设计给施工带来了很大困难。

国家游泳中心总经理康伟说，“水立方”的创意来自于肥皂泡的构造。

这种在自然界常见的形态从未在建筑结构中出现过。

“从截面上看，‘水立方’墙面和屋顶都分为内外3层，9803个球形节点、20870根钢质杆件中，没有一个零件在空间定位上是完全平行的，传统的二维图纸无法标出工件的坐标。

因此，定位难成为‘水立方’施工中遇到的最大挑战。

”康伟说。

在业主的委托下，中建国际（深圳）设计顾问有限公司联合国内4家研究单位，仅用了半个多月便把“水立方”的所有工件在三维空间上一一标出了坐标。

30513个工件、91539个坐标值，堆成了两尺多高的施工图纸。

作为自主创新成果，《新型多面体空间钢架结构设计理论》为“水立方”的钢结构搭建提供了技术标准。

随着奥运工程进度的不断推进，新标准、新工艺不断涌现。

这些新标准、新工艺是奥运工程留下的一笔宝贵财富，今后将成为同类建筑的参照标准。

“水立方”膜结构的表面覆盖面积达到10万平方米。

为确保正式安装的顺利进行，2006年春节前完成了实体墙面500平方米试安装。

此次正式施工前，“水立方”主体钢结构已完成了施工准备工作，具备了贴膜条件。

钢结构和膜结构完美结合——水立方

气泡理论
“水立方”多面体空间刚架结构几何构成的理论基础是“气泡理论”(foam physics) 。十九世纪末期，Lord Kelvin 提出了如下问题: “如果我们将三维空间细分为若干个小部分, 每个部分体积相等但要保证接触表面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？”
1993 年, 爱尔兰教授Weaire和Phelan提出了一种解决方案，构造模型中采用两种不同的单元体，一种为十四面体，另一种为十二面体。到目前为止，Weaire-Phelan多面体组合仍被认为是Kelvin问题的最理想的解答。
屋面结构施工顺序
二区三区二区
三区
单元单元单元单元单元
一区
三区
单元单元单元单元单元
一区
二区
单元单元单元单元单元
一区
二区
三二区区
三区三区
单元单元单元单元单元
单元
单元
单元单元单元单元
单元单元单元单元
一区
一区一区
二区
二区二区三区
三区三区
单元单元单元单元单元
水立方的双层ETFE 膜结构由3097个气枕组成，覆盖面积达10.5万平方米, 展开面积达26万平方米，是目前世界上最大的ETFE 应用工程。
国家游泳中心屋面镀点密度分布图
谢谢！
一区
第一阶段
第二阶段
第三阶段
膜结构设计
聚氟乙烯（ETFE）
水立方的建筑围护结构采用了一种新型的ETFE 气枕结构，内外表面覆盖面积达12 万平米，是目前世界上最大的ETFE 应用工程。ETFE 气枕结构与传统建筑围护结构相比，有相当多的优点。ETFE 材料重量轻，较其他膜结构如PVC、PTFE 膜结构等更简单、轻巧，大大节省结构成本。ETFE 透光性好, 属阻燃性材料，日光被引入内部空间，外表美观，可创造出独特的动感的建筑特质。此外，ETFE 还是利用太阳能的环保产品。

水立方结构分析PPT课件

加强维护保养
为了保持水立方的良好状态，需要加强维护保养，定期检查和维修结构部件。
完善应急预案
为了应对突发事件，需要完善应急预案，确保能够及时采取有效的应对措施。
提高科技含量
为了提高水立方的性能和功能，需要引入更多的科技含量，如智能化控制系统和新型材料等。
未来展望
拓展功能
未来水立方可以进一步拓展功能，如增加会展、娱乐、商业等设施，提高其综合性和竞争力。
智能化设施
配备智能化系统，如自动控制、智能化照明等，提高运营效率和管理水平
水立方的应用和意义
高水平体育赛事举办地
水立方作为国际级的体育场馆，承办了多场世界级比赛，如世界游泳锦标赛、短池游泳世锦赛等
社会效益
水立方的建成不仅提升了北京的城市形象，也为市民提供了良好的运动和娱乐场所，同时展示了中国建筑设计的实力和水平
绿色发展
未来水立方可以更加注重绿色发展，推广绿色建筑理念，促进可持续发展。
智能化升级
未来水立方可以引入更多的智能化技术，实现智能化升级，提高运营效率和服务质量。
THANKS
可持续发展
水立方在设计和建造过程中注重环保和可持续发展，成为绿色建筑的典范之一
02 水立方结构特征
基础结构特征
基础类型
水立方采用了筏形基础，即建筑物荷载通过一块较大的底板均匀传递到下层土体中。
基础材料
主要采用混凝土材料，具有强度高、耐久性好等优点。
基础埋深
根据地质条件和建筑物规模，基础埋深为2m左右。
施工优势
ETFE膜材料可以自由地弯曲、折叠，使得建筑师可以更加灵活地设计建筑外形，同时也方便了施工。
结构不足

水立方

国家游泳中心
水立方
场馆设计
“水立方”是北京奥运会国家游泳中心，它的膜结构是世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过，创意十分奇特。 “水立方”的墙面和屋顶都分内外三层，设计人员利用三维坐标设计了3万多个钢质构件是由中国与澳大利亚的设计人员共同完成，这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国自主创新的科技成果，他们填补了世界建筑史的空白。

场馆设施
奥林匹克比赛大厅是水立方的核心区域，整个大厅长：116m、宽：70m、高：30m、面积8120 ㎡，内有水立方内部两个泳池，游泳池25米*50米，水深3米；跳水池25米*30米，水深4.5-5.5米。坐席区拥有5000余个标准坐席，座椅水天一色，如同一池碧水飞溅出的层层浪花。大厅内空气质量优良，自然光线、声音效果、建筑构造和色彩等方面优美结合，共同营造出舒适、愉悦、令人兴奋的综合室内环境。
色彩缤纷的“水立方”
环保功能
“水立方”采用ETFE膜围护结构设计，通过腔通风、自然通风、自然采光等一系列的节能措施来降低建筑物的运行能耗。全年设计运行能耗低于国内同类型场馆全年设计运行能耗。与国家《公共建筑节能设计标准》中参照建筑相比，整体节能可达9%左右 “水立方”采用了大量专门措施降低自来水消耗，减少废水排放。全年可收集雨水1万吨、洗浴废水7 万吨、游泳池用水6万吨。建筑物所需的绿化、冷却塔补水、护城河补水、冲厕、冲洗地面等用水全部通过废水回用解决，每年可减少废水排放量14万吨。
蓝色世界
建筑技术
膜结构建筑是21世纪最具
代表性的一种全新的建筑形式国家游泳中心，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，建造出具有标志性的空间结构形式，它不仅体现出结构的力量美，还充分表现出建筑师的设想，享受大自然浪漫空间。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

水立方介绍pps

2008 年北京奥运会游泳中心“水立方”水立方Enter制作：李俊伟内容Contents 内容一：简介☺内容二：用途☺内容三：设计及设计理念☺内容四：绿色场馆及节水方案☺内容五：赛后利用☺“水立方”简介Introduction国家游泳中心又被称为“水立方”（Water Cube），位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。

它的设计方案，是经全O]3）方案。

2003年12月24球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2开工，在2008年1月28日竣工。

其与国家体育场(俗称鸟巢)分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。

国家游泳中心规划建设用地62950平方米，总建筑面积65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面积不少于15000平方米，长宽高分别为177m×177m×30m。

到目前，来自101个国家和地区的35万多港澳台同胞及海外侨胞共捐献了8.5亿人民币。

“水立方”用途Use2008年奥运会期间，国家游泳中心承担游泳、跳水、花样游泳等比赛，可容纳观众坐席17000座，其中永久观众坐席为6000座，奥运会期间增设临时性座位11000个(赛后将拆除)。

赛后将建成为具有国际先进水平的、集游泳、运动、健身、休闲于一体的中心。

“水立方”设计及设计理念Design在中国文化里，水是一种重要的自然元素，并激发起人们欢乐的情绪。

国家游泳中心赛后将成为北京最大的水上乐园，所以设计者针对各个年龄层次的人，探寻水可以提供的各种娱乐方式，开发出水的各种不同的用途，他们将这种设计理念称作“水立方”。

希望它能激发人们的灵感和热情，丰富人们的生活，并为人们提供一个记忆的载体。

为达此目的，设计者将水的概念深化，不仅利用水的装饰作用，还利用其独特的微观结构。

基于“泡沫”理论的设计灵感，他们为“方盒子”包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，表面覆盖的ETFE膜又赋予了建筑冰晶状的外貌，使其具有独特的视觉效果和感受，轮廓和外观变得柔和，水的神韵在建筑中得到了完美的体现。

中国十大建筑之水立方

国家游泳中心（水立方）国家游泳中心：国家游泳中心（俗称“水立方”）位于北京奥林匹克公园内，2008年北京奥运会标志性建筑物之一。

其与国家体育场分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。

建筑档案：建设地点：北京奥林匹克公园建筑造价：约10.2亿业主单位：北京市国有资产经营有限责任公司设计单位：中建设计联合体、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计施工单位：中建一局建设发展有限公司场馆介绍：国家游泳中心又被国家游泳中心夜景（图1）称为“水立方”（Water Cube），位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。

它的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2O]3）方案。

2003年12月24日开工，在2008年1月28日竣工。

其与国家体育场(俗称鸟巢)分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。

国家游泳中心规划建设用地62950平方米，总建筑面积65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面积不少于15000平方米，长宽高分别为177m × 177m × 30m。

到目前，来自101个国家和地区的35万多港澳台同胞及海外侨胞共捐献了9.4亿人民币。

场馆设计：国家游泳中心的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。

设计体现出[H2O]3(“水立方”)的设计理念，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足2008年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。

国家游泳中心由北京市国有资产经营公司负责建设、管理和运营，于2003年年底开工，2007年底前完工并投入试运行，接受国际游泳联合会和国际奥林匹克运动委员会的检查和验收。

“水立方”是北京奥运会国家游泳中心，它的膜结构是世界之最。

水立方建筑结构详解

新型多面体空间刚架结构最基本的
特点是其几何构成不同于传统的空间。
传统网格结构都是由简单基本单元(例
如三角锥，四角锥等)组合而成,而这种
新结构则由复杂的类WP多面体单元填
充的实体减去不需要的空间而得到，
基本类WP多面体单元一个角点(即结
构中的节点)上只有四条边(即结构中的
杆件)与之相连,而传统网架一个节点上
3)建筑节能：在设计中还充分考虑了环保的需要。为了减少二氧化碳的产生，在设计中减少了电的使用。利用太阳能电池提供电力。大幅地使用了新型材料，使空调和照明负荷降低了20%-30%。另外，游泳中心消耗掉的水分将有80%从屋顶收集并循环使用，这样可以减弱对于供水的依赖和减少排放到下水道中的污水。系统对废热进行回收，热回收冷冻机的应用一年将节省60万度电。还有现代化消防装置为建筑量身定做，比常规设施节约74%。
三，结构选型和受力体系分析：
1)多面体空间钢架结构的构造分析:国家游泳中心工程地上钢结构墙体和屋盖为新型多面体的空间钢架结构体系，多面体的空间钢架结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，即用两种不同的单元体，一种是14面体，另
外一个为12面体，将三维空间细分为若干小部分，每个部分的体积相等但保证接触表面积均最小” 这种多面体组合被称为wp多面体。如图所示：
2)设计特色：“水立方”是先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料。“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，
堪称世界之最。除了地面之外，外表都采用了膜结构。 ETFE薄膜的使用在国内尚属首次,但过去20年内,由于这
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。

钢结构和膜结构的完美结合——水立方PPT课件

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2
4
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二单元
三单元
一单元
地上一层墙体施工顺序
1.209米墙体施工顺序
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地上二层墙体施工顺序
6.55米墙体施工顺序
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屋面结构施工顺序
二区三区二区
三区
单元单元单元单元单元
一区
三区
单元单元单元单元单元
一区
二区
单元单元单元单元单元
一区
二区
赛后水池
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空
间
钢
架
结
构
设
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水立方总用钢量6900吨，每平方米用钢量仅120公斤，最大跨度130米。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。
设计
建声设计单位：北京清华同衡规划设计研究院有限公司建筑声学与室内设计研究所
施工单位：中建一局建设发展有限公司
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空间介绍
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空间介绍
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1、比赛大厅 2、热身区 3、嬉水大厅 4、泡泡吧
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赛时水池
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水立方的建筑围护结构采用了一种新型的ETFE 气枕结构，内外表面覆盖面积达12 万平米，是目前世界上最大的ETFE 应用工程。ETFE 气枕结构与传统建筑围护结构相比，有相当多的优点。ETFE 材料重量轻，较其他膜结构如PVC、PTFE 膜结构等更简单、轻巧，大大节省结构成本。ETFE 透光性好, 属阻燃性材料，日光被引入内部空间，外表美观，可创造出独特的动感的建筑特质。此外，ETFE 还是利用太阳能的环保产品。

水立方

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 “水立方”的设计灵感来自水分子结构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，建造出具有标志性的空间结构形式，它不仅体现出结构的力量美，还充分表现出建筑师的设想，享受大自然浪漫空间。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。 “水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料。国家体育馆工程承包总经理谭晓春透露，这种材料的寿命为20多年，但实际会比这个长，人可以踩在上面行走，感觉特别棒。目前世界上只有三家企业能够完成心国家游泳中心
“水立方”是北京奥运会国家游泳中心，它的膜结构已成为世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过，创意真是奇特。 “水立方”的墙面和屋顶都分内外三层，设计人员利用三维坐标设计了3 万多个钢质构件，这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国自主创新的科技成果，他们填补了世界建筑史的空白
“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，堪称世界之最。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，并根据当时的气压、光照等条件使“气泡”保持最佳状态。
这种像“泡泡装”一样的膜材料有自洁功能，使膜的表面基本上不沾灰尘。即国家游泳中心使沾上灰尘，自然降水也足以使之清洁如新。此外，膜材料具有较好的抗压性，人们在上面“玩蹦床”都没问题，“正常的放上一辆汽车都不会压坏”。如果万一出现外膜破裂，根据应急预案，可在8个小时内把破损的外膜修好或换新。“水立方”晶莹剔透的外衣上面还点缀着无数白色的亮点，被称为镀点，它们可以改变光线的方向，起到隔热散光的效果

水立方结构简介

膜结构效果同时由亍自身的绝水性，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丌同，外层膜上分布着密度丌均的镀点，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。
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，最小的一个丌足1平方米。跟玱璃相比，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。
STRAND7 静力计算结果
自重下的位秱
焊接空心球节点
典型节点
墙体局部施工顺序
1
2
3
4
三、膜结构
膜结构建筑是21世纨最具代表性的一种全新的建筑形式，至仂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、材料科学不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。
建筑欣赏
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？” 这个问题至仂没有终结筓案。1993年，爱尔兰物理学家威尔莱和弗兰提出的14面体不12面体的结构组合是到目前为止最理想的方案。
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
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（位亍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 •避免节点位亍弦杆内

水立方结构分析课件

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建筑学2班刘凯翔 10310208 建筑学2班闫伟 10310211
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。
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
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。

钢结构和膜结构的完美结合——水立方

“水立方”多面体空间刚架结构几何构成的理论基础是“气泡理论”(foam physics) 。十九世纪末期，Lord Kelvin 提出了如下问题: “如果我们将三维空间细分为若干个小部分, 每个部分体积相等但要保证接触表面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？”
1993 年, 爱尔兰教授Weaire和Phelan提出了一种解决方案，构造模型中采用两种不同的单元体，一种为十四面体，另一种为十二面体。到目前为止，Weaire-Phelan多面体组合仍被认为是Kelvin问题的最理想的解答。
水立方的双层ETFE 膜结构由3097个气枕组成，覆盖面积达10.5万平方米, 展开面积达26万平方米，是目前世界上最大的ETFE 应用工程。
国家游泳中心屋面镀点密度分布图
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业主单位：北京市国有资产经营有限责任公司设计单位：中建设计联合体、澳大利亚PTW建筑设计事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计建声设计单位：北京清华同衡规划设计研究院有限公司建筑声学与室内设计研究所施工单位：中建一局建设发展有限公司
空间介绍
空间介绍
1、比赛大厅
2、热身区
3、嬉水大厅
水立方的建筑围护结构采用了一种新型的ETFE 气枕结构，内外表面覆盖面积达12 万平米，是目前世界上最大的ETFE 应用工程。ETFE 气枕结构与传统建筑围护结构相比，有相当多的优点。ETFE 材料重量轻，较其他膜结构如PVC、PTFE 膜结构等更简单、轻巧，大大节省结构成本。ETFE 透光性好, 属阻燃性材料，日光被引入内部空间，外表美观，可创造出独特的动感的建筑特质。此外，ETFE 还是利用太阳能的环保产品。
钢结构和膜结构的完美结合 ——水立方
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