膜结构水立方的分析

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水立方结构

对“水立方”工程结构体系选型的分析一，工程概况：国家游泳中心又被称为“水立方”，2008年北京奥运会标志性建筑物之一，位于北京奥林匹克公园内。

“水立方”由中方建筑师提出的方型建筑造型体现了与国家体育场(“鸟巢”) 的和谐共生, 由ARUP 工程师创造的摹仿水泡组合形式的全新结构形式，具有高度重复性又呈现出一种随机无序的总体感觉，屋面和墙体内外统一采用ETFE 充气枕覆盖，整体建筑形态简洁纯朴而又富于变化。

“水立方”的平面尺寸为176.538m×176.538m，高度约31m，地下2层，地上主体单层、局部5层。

建筑外包钢结构屋盖和墙体采用新型多面体空间刚架结构,屋盖厚71211m，墙体厚31472m 和51876m。

墙体底部支承于11009m(外墙落地墙) 和61350m(内墙及门洞) 标高的钢板2混凝土组合梁平台上。

“水立方”的覆盖结构采用ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物) 充气枕结构，屋盖和墙体的内外表面均覆以ETFE 充气枕，最大的单个气枕面积约71㎡、跨度9m 左右,ETFE 膜材的用量约30万平方米。

水立方建筑造价约10.2亿，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。

其中郑裕彤、郑家纯父子及属下企业曾捐赠五千万元人民币。

奥林匹克比赛大厅平面图多功能厅平面图二，建筑特色及材料应用：1)建筑风格：这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。

中国人认为，没有规矩不成方圆。

在中国传统文化中，“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”，它与圆形的“鸟巢”——国家体育场相互呼应。

在中国文化里，水是一种重要的自然元素，设计者将水的概念深化，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。

水立方结构特点

水立方结构特点1. 介绍水立方是位于中国北京奥林匹克公园的一个建筑，是2008年北京奥运会的游泳比赛场馆。

它以其独特的建筑造型和创新的结构设计而闻名于世。

本文将深入探讨水立方的结构特点。

2. 外观设计水立方的外观设计灵感来源于水的分子结构。

建筑采用了透明的膜结构，并使用了蓝色的光线照射，形成了一种水波纹的效果，给人一种清新凉爽的感觉。

水立方由四个主要的外部立面构成，每个立面上都有大型的泡泡窗口，增加了建筑的透明感。

3. 结构材料水立方的结构采用了先进的材料和技术。

建筑主体结构主要由钢结构和膜材料组成。

钢结构使用了大量的空心钢管和钢板，使得整个结构更加坚固和稳定。

膜材料则用于覆盖建筑的外部立面，提供了透明性和光线传递性。

这种结构材料的选择不仅降低了建筑的重量，也提高了结构的刚度和稳定性。

4. 内部结构水立方的内部结构设计非常独特。

游泳馆的主要支撑结构是一个类似于网格的三维结构，由钢材组成。

这种结构不仅能够承受水的重量，还能够分散荷载，保证了建筑的稳定性。

内部结构的设计还考虑到了人流量的分布和游泳池的布局，以及观众席和其他功能区的位置，使游泳馆的使用更加便捷和高效。

5. 抗震设计水立方作为一座地震频发地区的建筑，其抗震设计非常重要。

建筑采用了多种抗震措施，如增加了钢结构的强度和刚度，采用了抗震支撑系统，以及合理布置了防火墙和防震隔离带等。

这些措施有效地提升了建筑的抗震能力，使其能够在地震发生时保持稳定和安全。

6. 可持续发展水立方的结构设计也注重了可持续发展的原则。

建筑利用了太阳能和地热能等可再生能源，减少了能源消耗。

同时，膜材料的使用也降低了建筑的能耗。

此外，水立方还采集了雨水，用于冲洗厕所和灌溉周围的植物。

这些举措使水立方成为一个环保和可持续的建筑。

7. 总结水立方的结构特点主要体现在外观设计、结构材料、内部结构、抗震设计和可持续发展方面。

其独特的建筑造型和先进的结构设计使其成为一座世界级的建筑，不仅体现了人类创新和科技进步的成果，也对未来建筑设计提供了有价值的借鉴。

“水立方”特色探秘5页

“水立方”特色探秘一、“水立方”简介“水立方”自2003年12月开建，历时4年多完工。

它融合了众多时代前沿的高新科技，是名副其实的建筑大手笔。

场馆名称：国家游泳中心地点：奥林匹克公园建筑面积：79， 532平方米功能：举行游泳比赛、跳水比赛、花样游泳比赛完工时间：2007年10月二、“水立方”特色揭秘1.“水立方”最大的特色是它的膜结构“水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围的“泡泡”所用的材料是“ETFE”，也就是我们常说的“聚氟乙烯”。

这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自身清洁能力强，可以利用自然的雨水完成自身清洁。

跟玻璃相比，这种新兴的环保材料可以透进更多的阳光和空气，能让泳池保持恒温，能节电30%。

除了地面以外，“水立方”通体采用了膜结构，是世界上最大的膜结构建筑。

它是许多高新技术产物的综合体：首先是它具有较强的隔热功能，在天气炎热的时候，为场内空调的节能大大地做出了贡献；其二，半透明的气枕透光性很好，四面映射的自然光与室内照明相结合，根据场内活动的需要，由计算机通过气枕控制着透光量，可以随时调节，使场内没有任何光照死角。

其三，“水立方”采取的LED景观照明方案，使晚间的气枕放射出梦幻般的蓝色光芒。

其四，这些膜材料不仅环保节能，具有利用雨水自洁的功能，每年还能回收雨水一万多吨，相当于一百户居民一年的用水量。

2.耐高温715℃的燃点不容易起火“水立方”外层膜的延展性也很强，可以被拉伸到本身的3~4倍。

715℃的燃点将保证膜结构的消防安全，即便被点燃，这种材料在燃烧时也并不会扩散，且无烟、无燃烧物掉落。

“水立方”膜结构的充气系统是全自动的，其中任何一个细节出现问题，工作人员都能通过电脑及时监测到。

每个气枕都有一个相对独立的充气系统，不会出现一损俱损的情况。

气枕的维修也非常方便，万一出现外膜破裂、漏气的情况，工作人员将在8小时对破损的外膜修补或更新。

3.“水立方”自己会“洗脸”“水立方”的膜材料ETFE不仅环保节能，还具有自洁功能。

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。

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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Hale Waihona Puke STRAND7 静力计算结果
自重下的位移
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焊接空心球节点
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典型节点
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墙体局部施工顺序
1
2
3
4
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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。
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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。
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。

水立方

水立方—载入史册的建筑“水立方”位于奥林匹克公园B区西侧，和国家体育场‘鸟巢’隔马路遥相呼应，建设规模约8万平方米，最引人注意的就是外围形似水泡的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）。

ETFE膜是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光，他的内部是一个多层楼建筑，对称排列的大看台视野开阔，馆内乳白色的建筑与碧蓝的水池相映成趣。

国家游泳中心的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2O]3）方案。

该方案由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。

其中中方设计者：中建国际(深圳)设计顾问有限公司总裁、总建筑师赵小钧、总工程师毛红卫，PTW建筑事务所的两名主设计师为约翰·保林 (John Pauline)与托比·王(Toby Wong)。

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。

设计理念这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。

中国人认为：没有规矩不成方圆，按照制定出来的规矩做事，就可以获得整体的和谐统一。

在中国传统文化中，“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”，它与圆形的“鸟巢”——国家体育场相互呼应，相得益彰。

方形是中国古代城市建筑最基本的形态，它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。

而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求，从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。

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。

水立方膜结构功能

水立方膜结构功能以水立方膜结构功能为标题，我们将探讨水立方膜结构的功能及其在建筑领域中的应用。

水立方膜结构是一种由薄膜材料构成的建筑结构，其特点是轻巧、透明、柔韧，能够提供良好的遮阳、保温和防水效果。

水立方膜结构通常由多层薄膜组成，其中夹层可填充气体，以增加结构的稳定性和隔热性能。

水立方膜结构的主要功能之一是提供遮阳效果。

薄膜材料能够有效地阻挡阳光的直射，减轻建筑内部的热量，保持室内温度的稳定。

此外，膜结构的透明性能也能够充分利用自然光线，实现室内自然照明，降低能耗。

水立方膜结构还具有良好的保温效果。

薄膜材料具有较低的导热性，能够减少热量的传递，提高建筑的保温性能。

夹层填充的气体还能够形成隔热层，进一步减少热量的散失，提高建筑的能源利用效率。

水立方膜结构还具备优良的防水性能。

薄膜材料具有良好的密封性，能够有效地防止雨水渗透，保护建筑物体不受水侵蚀。

同时，膜结构的柔韧性能也能够适应建筑物体的变形和活动，保持结构的完整性。

水立方膜结构在建筑领域中有广泛的应用。

首先，它常被用于建筑的顶棚和遮阳结构，如体育馆、展览馆等。

膜结构的轻巧和透明性能能够为室内提供舒适的环境，同时又不影响室内的视野和采光。

水立方膜结构还常用于建筑的立面装饰，如商业中心、办公楼等。

膜结构的柔韧性能使得其能够呈现出丰富多样的形状和曲线，为建筑物体增添了美观与艺术感。

水立方膜结构还常被应用于建筑的雨棚和露台结构。

薄膜材料的防水性能能够有效地防止雨水的渗透，保护建筑物体不受损坏。

同时，膜结构的轻巧和柔韧性能也方便了结构的搭建和拆卸，提高了施工的效率。

水立方膜结构作为一种轻巧、透明、柔韧的建筑材料，具备了遮阳、保温和防水等多种功能。

在建筑领域中，它广泛应用于顶棚、立面装饰、雨棚等结构中，为建筑物体提供了良好的环境和美观的外观。

随着科技的发展和材料的创新，相信水立方膜结构将在未来得到更广泛的应用和发展。

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。

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

膜结构水立方

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此外，“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，它可以透迚更多的阳光和空气，从而让泳池保持恒温，能节电30%。考虑到场馆的节能标准，膜结构具有较强的隔热功能；另外，修补这种结构非常方便，比如，射枪戒者是尖锐的东西戳迚去后，监控的电脑会自动显现出来。如果破了一个洞，只需用丌干胶一贴就行了；膜结构还非常轻巧，幵具有良好面，尘土也能随着雨水被排出。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。
•Байду номын сангаас
膜结构效果
• “水立方”整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小丌一、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，幵根据当时的气压、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，使膜的表面基本上丌沾灰尘。即使沾上灰尘，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丌会压坏”。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戒换新。“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。
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总结
• 作为一个摹写水的建筑，水立方纷繁自由的
结构形式，源自对规划体系巧妙而简单的变异，简洁纯净的体形谦虚地不宏伟的主场对话，丌同气质的对比使各自的灵性得到趣味盎然的共生。椰树、沙滩、人造海浪……将奥林匹兊的竞技场升华为世人心目中永进的水上乐园。

建筑工程实例分析——水立方

建筑工程实例分析——水立方摘要：国家游泳中心作为2008年北京奥运会的重要场馆，以其独特的建筑外形吸引着全球的目光。

“水立方”采用新型多面体空间结构，并在单纯被切割的空间结构上加以优化，形成了特殊的空间结构。

建筑的外表面全部由ETFE充气膜覆盖，建筑充分利用ETFE充气膜的优势，细化膜结构的构造，形成完整、封闭，具有良好物理性质的使用空间。

本文从“水立方”这一建筑实例出发，着重分析建筑的多面体空间结构，和特殊的膜结构，以及在膜结构基础上进行的排水、保温、隔热、隔声构造处理。

关键词：水立方多面体空间结构 ETFE膜结构1 工程概况国家游泳中心位于奥林匹克大道的西侧，占地61295㎡，在国家主体育场以西约200m。

由中建总公司牵头、联合中建国际(深圳) 设计顾问有限公司、澳大利亚PTW 建筑师事务所和悉尼ARUP 工程顾问有限公司组成的设计联合体提交的“水立方”方案在严格的国际竞赛中胜出成为国家游泳中心的实施方案。

“水立方”的平面尺寸为176.538m×176.538m，高度约31m，地下2层，地上主体单层、局部5层。

建筑外包钢结构屋盖和墙体采用新型多面体空间刚架结构,屋盖厚71211m，墙体厚31472m 和51876m。

墙体底部支承于11009m(外墙落地墙) 和61350m(内墙及门洞) 标高的钢板2混凝土组合梁平台上。

上：赛后座位工程区位下：赛时座位2 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。

“水立方”特色探秘(一)

“水立方”特色探秘(一)【摘要】“水立方”是国家游泳中心的“别称”，也就是2008年北京奥运会中游泳、花样游泳和跳水这些水上项目的比赛场地，是利用绿色奥运建筑评估体系评价出的优秀绿色建筑，在节能、节水、物理环境和环境影响控制等方面表现优越。

【关键词】水立方绿色奥运一、“水立方”简介“水立方”自2003年12月开建，历时4年多完工。

它融合了众多时代前沿的高新科技，是名副其实的建筑大手笔。

场馆名称：国家游泳中心地点：奥林匹克公园建筑面积：79，532平方米功能：举行游泳比赛、跳水比赛、花样游泳比赛完工时间：2007年10月二、“水立方”特色揭秘1.“水立方”最大的特色是它的膜结构“水立方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围的“泡泡”所用的材料是“ETFE”，也就是我们常说的“聚氟乙烯”。

这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自身清洁能力强，可以利用自然的雨水完成自身清洁。

跟玻璃相比，这种新兴的环保材料可以透进更多的阳光和空气，能让泳池保持恒温，能节电30%。

除了地面以外，“水立方”通体采用了膜结构，是世界上最大的膜结构建筑。

其三，“水立方”采取的LED景观照明方案，使晚间的气枕放射出梦幻般的蓝色光芒。

其四，这些膜材料不仅环保节能，具有利用雨水自洁的功能，每年还能回收雨水一万多吨，相当于一百户居民一年的用水量。

2.耐高温715℃的燃点不容易起火“水立方”外层膜的延展性也很强，可以被拉伸到本身的3~4倍。

715℃的燃点将保证膜结构的消防安全，即便被点燃，这种材料在燃烧时也并不会扩散，且无烟、无燃烧物掉落。

“水立方”膜结构的充气系统是全自动的，其中任何一个细节出现问题，工作人员都能通过电脑及时监测到。

论水立方建筑艺术

论“水立方”建筑艺术摘要本文从国家游泳中心”“水立方””的建筑构造出发;通过对“水立方”建筑特点的分析;表现现代建筑设计基于文化传统并追求创新的理念;以及了绿色环保思想和新兴技术在建筑中的完美运用;以期引起大家的共鸣..关键字传统文化天圆地方 ETFE膜绿色环保“水立方”位于北京奥林匹克公园内;与国家体育馆——鸟巢分列于北京市中轴线北端的两侧;一起被并称为北京奥运会两大标志性建筑物;共同形成了相对完美的北京历史文化名城形象..建筑的名称来源往往能彰显一定的人文背景甚至是时代精神..这个看似简单的方盒子是中国传统文化和现代科技共同搭建而成的..中国人认为：没有规矩不成方圆;按照制定出来的规矩做事;就可以获得整体的和谐统一..在中国传统文化中; “天圆地方”的设计思想催生了“水立方”;它与圆形的鸟巢——国家体育场相互呼应;一圆一方;体现了中国“天圆地方”建筑理念..方形是中国古代城市建筑最基本的形态;它体现的是中国文化中以伦理为代表的社会生活规则..与主场馆“鸟巢”的设计相比;“水立方”体现了更多的女性般的柔美;一个阳刚;一个阴柔;形成鲜明对比;在视觉上极具冲击力..而且这个方盒子又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求;从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合..21世纪;科技突飞猛进的时代;建筑作为传统意义上的艺术设计;技术理念的影响必将深入到建筑设计的各个方面..在要求绿色;环保;节能建筑;追求可持续发展的今天..建筑技术对建筑的作用将是不可估量的..而建筑技术理念;作为一种不断发展的建筑理念;其研究领域横跨生态学;心理学;社会学;环境学;哲学;以及建筑学等多个学科..而且在中国文化里;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..基于此目的;设计者将水的概念深化;融入“水立方“中..“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%..“水立方”是世界上最大的膜结构工程;建筑外围采用的ETFE膜是世界上最先进的环保节能材料..“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..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..即使沾上灰尘;自然降水也足以使之清洁如新..此外;“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”采用空间钢架和薄膜的混合设计结构;它的墙体是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的..其水泡是用ETFE膜覆盖而成;ETFE膜是一种透明膜;能为场馆内带来更多的自然光;它的内部是一个多层楼的建筑;对称排列的大看台视野开阔;馆内乳白色的建筑与碧蓝的水池相映成趣..其简单空旷的室内设计显得运动馆更宏大;同时少了人多时的压抑感;给了运动员更多的自由呼吸和发挥空间..它的骨架采用的是中空的设计;最大限度的降低了对材料的需求;减少了建筑成本;同时有效地降低了建筑物的负重;使得其稳固性和抗震性大大提高..”水立方”的墙面和顶部采用内外各三层的设计;设计人员利用三位坐标设计了三万多个钢制构件;这三万多个钢制构件在位置上没有一个是相同的;这样的设计第一在采光、遮阳和保温方面有独到之处..充分利用了太阳能;同时其不规则的几何体结构给了视觉不少新意;有利于减轻视觉疲劳..无论哪一方面”水立方”都与时下追求的和谐、经济、人文理念得到了充分的结合..“水立方”独特的结构设计思想使它具有了别具一格的视觉效果;”“水立方””是一个177米乘177米的方形建筑;高31米;看起来形状很随意的建筑里面遵循严格的几何规则;立面上的不同形状有11种..内层和外层都安装有充气的枕头;梦幻般的蓝色来自外面那个气枕的第一层薄膜;因为弯曲的表面反射阳光;使整个建筑的表面看起来像是阳光下晶莹的水滴..而如果置身于”“水立方””的内部;感觉会更奇妙;进到”“水立方””里面;你会看到;像海洋环境里面的一个个水泡一样..轻灵的“水立方”方案能够被选中;还在于它体现了诸多科技和环保特点..合理组织自然通风、循环水系统的合理开发;高科技建筑材料的广泛应用;都共同为国家游泳中心添加了更多的时代气息..泳池也应用了许多创新设计;如把室外空气引入池水表面;带孔的终点泳岸;视觉和和声音出发信号等;这将使比赛池成为世界上最快的泳池..从”水立方”的设计中可以看到在重视传统的设计原理的前提下;大胆地采用新技术;新材料;新设备和工艺..技术将使建筑设计更加的完美;在满足建筑功能要求的同时给人以无限的美的感观享受和视觉冲击..真正做到建筑的艺术与技术的完美统一..时光已经跨越了21世纪;相比于12、20世纪时期的奢华、富丽的设计风格;“水立方“体现出了时下人们更注重的是经济、环保、健康;在外观上追求的是明丽、简约、条线美..有学者说;“水立方”就其设计风格和模式而言可以说是舶来品;这种后现代、前卫、夸张的个性设计对向来以规矩、本分、中庸、谨慎的中国人可以说是很难得的突破..国人讲究“同”;天下大而同;万象协而同;标新立异在中国传统文化里是不被允许的..突破彰显的是斗士的精神和风格;于大流毕竟是少数..这就说明了为什么中国的城市建筑千篇一律、别无新意;可以说中国的城市规划设计大部分是不合格的甚至是失败的..改革开放国内出现了盲目的跟风和急躁的物欲表现;其中严重忽略了城市的人文属性..这就导致了中国的城市建设没有了自己的文化;没有了自己的风格和精神传承..其实中国不是没有了这种风格而是盲目的跟风和西化导致我们固有的文化毁于一旦..结果是中国成了西方的价值、文化输出地;成了世界的大杂烩..”水立方”是舶来品;准确地来说是半舶来品;这次”水立方”的设计有中方设计人员的参与;这样的好处在于;第一;给了我国建筑设计人员一次走向世界的机会..第二;有力的防止了外国文化和价值观念和中国的文化传统相脱钩..毕竟西方人员很难理解中国传统文化精髓..”水立方”无疑是成功的;它的成功之处在于它是用中国的土地孕育出的西方的种子..可以说是土生土长的;所以对中国的文化自然是集大成者..得到国人一致认可就是当然之中的事了..通过“水立方”;我们看到了现代建筑追求绿色环保和明丽简约的特点;看到了新兴技术对建筑的巨大影响和推动作用..中国建筑的现代化;将是一大批的真正将建筑技术与艺术完美结合作品的出现..我们相信;中国的建筑师紧随时代大的潮流;大胆的实践;勇于创新;中国的高技术建筑必将迎来辉煌的明天参考资料：1.从“水立方”看建筑中的技术2. 百度百科——水立方简介。