水立方结构分析
水立方结构特点
水立方结构特点水立方是北京奥运会的主要场馆之一，也是一座具有代表性的建筑。
它的建筑结构极为特殊，采用了许多独特的设计元素，使其成为了一座现代建筑的典范。
水立方的外观形状非常独特，它的建筑风格是结合了中国传统文化和现代建筑的设计元素，整座建筑呈现出一种流线形的感觉。
水立方的外部立面采用了透明的PTFE膜材料，整座建筑在日光照射下呈现出一种闪闪发光的效果，非常引人注目。
同时，建筑的设计还融合了水的元素，让整座建筑看上去就像是一座大型的水晶宫殿。
水立方的内部结构同样非常独特。
整座建筑的内部采用了模块化的设计方式，许多构件都是由小型的单元组合而成。
建筑内部的水池也是采用了模块化的设计，水池中的水可以在各个模块之间流动，形成一个连续的水流线。
水立方的内部还配备了各种先进的技术设备，如大型LED屏幕、音响系统等，可以满足各种类型的文艺演出和活动需求。
水立方的结构设计也非常精细。
整座建筑采用了一种钢结构框架体系，支撑着外部的透明膜材料。
建筑的钢结构采用了先进的三维模拟技术，确保了建筑的稳定性和安全性。
水立方的内部结构也非常复杂，各种构件之间的连接采用了高强度的螺栓连接方式，确保了建筑的稳定性和安全性。
水立方的设计理念也非常独特。
整座建筑的设计灵感来自于中国传统文化中的水元素，同时也体现了现代建筑技术的精髓。
建筑还采用了许多节能环保的技术，如太阳能发电、雨水收集利用等，让整座建筑在环保方面也具有一定的代表性。
水立方是一座极具代表性的现代建筑，它的设计结构非常特殊，采用了许多独特的设计元素。
整座建筑的外观形状独特、内部结构精细、结构设计先进、设计理念独特，体现了现代建筑技术的精髓和中国传统文化的精神，是一座非常成功的建筑作品。
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。
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
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
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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
国际上在建筑使用膜结构时，多用的是 PTFE膜，这是一种纤维材料，特点是不透 明，但是，使用技术比较成熟。而“水立 方”使用的是ETFE膜，这是一种透明膜， 能为场馆内带来更多的自然光。在国内对 这种薄膜结构的理论研究几乎就是空白。
反应
节能：3000多个半透明的气枕可以使整个游泳 中心的绝大部分区域日间不需点灯，进入室内的 光线是最柔和的。 隔热保温：控温方面，膜结构就能帮助“水 立方”节省30%的电力。 会呼吸的水立方：“水立方”的屋顶有自然 排风的风机，两层膜结构的中间底下开口也有， 等于有8个自然通风口，空气进来，通过屋顶的空 腔出去，这样就把建筑空间中的热量散发出去。 节水省电的“水立方”：3万平方米的屋顶， 可100％的收集雨水。每天9．9小时使用自然光。
水 立 方
水立方全称国家游泳中心，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。
水立方最大特点
不规则 由气泡衍生改良的多面体为基本单元
建筑用膜结构
膜结构建筑是21世纪最具代表性的一种 全新的建筑形式，有人称为第五代建筑材 料。 膜结构使用轻质、高强度柔软性薄膜材 料与支撑体系相结合而形成具有一定刚度 的稳定曲面，可承受一定载荷，能够覆盖 较大空间的结构形式。
膜结构的三种类型：薄膜，网材和织物。 膜结构的材料：聚四氯乙烯（PTFE）、 聚氯乙烯(PVC)和加面层的PVC膜材。 膜结构的优点:耐久性、透气传热性、防 火性能、自洁性、轻量结构、舒畅空间、 积雪对策、使用寿命长。水立方的膜结构 Nhomakorabea
“水立方”是国内首次采用ETFE（乙烯-四 氟乙烯共聚物）膜结构的建筑物，也是国 际上面积最大、功能要求最复杂的膜结构 系统。 成就“水立方”建筑独特风格的正是性能 优异的ETFE膜材料。
国家游泳中心水立方结构分析
国家游泳中心水立方结构分析国家游泳中心水立方结构分析姓名:岳敏学号:1101103-21指导老师:蒋毅主要内容一、工程概况二、多面体刚架结构的几何、受力分析三、ETFE膜结构材料、力学性能分析四、荷载与结构整体受力分析1、工程概况本工程的建筑造型为“充满水的立方体”，平面尺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。
1、三维空间的最有效分割十九世纪末，爱尔兰数学家Lord Kelvin提出这样一个问题:如果将三维空间细分为若干个小部分，并且每个部分体积相等但要保证接触面积最小，那么这些细小的部分应该是什么形状,” 1993年，爱尔兰教授Denis Weaire和Robert Phelan提出一种解答:在一个组合体系中设置6个十四面体和2个十二面体，两者共有三种表面形状，一种六边形和两种五边形，棱边有四种边长，有三种角点形式(如图1)。
这种空间者虽不能被认定为最终解答，却是三维空间最理想的空间组合结构。
如果将这样的解答延伸到建筑、结构领域，无疑会给材料的节约与经济带来很大的优势。
这是Weaire-Phelan(下称W-P)多面体组合成为国家游泳中心的原因之一。
2、整体结构的生成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W-P气泡衍生改良得到的多面体为基本单元，进行空间阵列，形成一个比“水立方”的实际体量大得多的空间多面体阵列结构。
这种经过阵列而未经旋转即进行切割得到的平板型多面体空间刚架结构的俯视图，上下弦图案一致，非常简洁。
水立方结构简介PPT课件
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。
膜结构水立方的分析
建筑结构选型结课论文姓名：谢昆柱学号：1401102-07所在院系：建筑与城市规划学院学科专业：城乡规划指导教师：张弘日期：二零一六年十二月二十五日对于膜结构建筑——“水立方”的分析膜结构在国内的应用晚于国外近50年，但近十几年来，膜结构在国内的应用发展速度高于世界任何地区。
目前，膜结构已广泛应用于大型体育馆，展览中心，航空和铁路交通，文化娱乐等公共建筑中。
膜结构是一种古老的结构型式，它具有轻盈，纤薄，柔软的质感，与传统的混凝土有明显的区别，常常能给人以耳目一新的艺术感受。
膜结构属于柔性材料，膜材本身的受弯刚度几乎为零，但通过不同的支撑体系可以使薄膜结构承受张力，从而形成具有一定刚度的稳定曲面。
膜结构能够从根本上克服传统结构在大跨度建筑上实现所遇到的困难，可建造出巨大，明亮，无遮挡的可视大空间。
膜结构突破了传统的建筑结构形式，可形成各种自由空间曲面，不重复，多变化。
这也是薄膜结构更具有艺术性的一个原因。
例如在上海世博会世博轴膜屋面正是应用了这种特性，才建出了轻质大跨度的结构。
除了这些在建筑结构上的特性，还有以下在物理与在实际生活上的特点。
<1>具有优良的力学特性。
膜结构的受力为单纯受拉，膜材只承受沿膜面的张力，因而可充分发挥材料的受拉性能。
它是跨度重量比最大的一种结构，且单位面积的结构自重与造价不会随跨度的增加而明显地增加。
<2>膜结构透光自洁，减少能源消耗，降低维护费用。
膜结构是半透明的织物，透光率一般可达4％~16％，能够满足大跨度建筑在平时使用时利用自然光的采光要求，白天几乎不需要人工照明。
但是冬季太阳光对于膜结构屋盖内部的气温升高效应不大，而夏天却相反，膜结构的室内气温比室外高出5—10度，有时会使人感到明显的不适。
因此，膜结构多采用反射能力强的淡色材料。
<3>使用范围广，可拆卸，易运输。
从气候条件看，它适用于广阔的地域；从规模上看，可以小到花园小品，大到覆盖几万，几十万平方米的建筑。
运用美学知识解读水立方
运用美学知识解读水立方“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。
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!。
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
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 泰森多边形
水立方结构泰森多边形泰森多边形，又称为水立方结构，是一种在三维空间中的几何形状。
它由六个正方形的面和八个三角形的面组成。
每个正方形的边长与每个三角形的边长相等，形成了一个完美的立方体。
泰森多边形在建筑、数学、计算机图形学等领域中得到广泛应用。
泰森多边形最早由美国数学家杰拉尔德·泰森于1953年提出。
他发现，当把一个立方体的八个顶点连接起来时，可以形成一个泰森多边形。
这种结构具有很高的稳定性和坚固性，因此被广泛应用于建筑设计中。
在建筑领域中，泰森多边形被用于设计高层建筑的外立面。
由于泰森多边形的每个面都是等边三角形，因此可以最大程度地减少结构的重量，提高建筑的稳定性。
此外，泰森多边形的结构还具有良好的适应性，可以根据不同的设计需求进行调整和改变。
在数学领域中，泰森多边形被广泛研究和应用。
它与李群、拓扑学、几何学等领域有着密切的关联。
泰森多边形的结构具有一些特殊的性质，例如每个顶点都是三个面的交点，每个面都是四个顶点所围成的区域。
这些性质使得泰森多边形成为研究的热点，对于解决一些复杂的数学问题具有重要意义。
在计算机图形学领域中，泰森多边形被广泛用于三维建模和渲染。
通过将一个三维对象分割成一系列的泰森多边形，可以更加准确地描述和呈现对象的形状和细节。
此外，泰森多边形还可以用于计算点云数据的凸壳，对于处理大规模的点云数据具有重要的意义。
总结来说，泰森多边形是一种具有特殊结构和性质的几何形状。
它在建筑、数学、计算机图形学等领域中都有广泛的应用。
泰森多边形的研究和应用可以帮助我们更好地理解和解决一些复杂的问题，推动相关领域的发展。
希望随着科学技术的不断进步，我们能够进一步挖掘泰森多边形的潜力，为人类的发展做出更大的贡献。
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
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”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。
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。
水立方结构分析
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。
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
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。
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。
水立方鸟巢知识点总结
水立方鸟巢知识点总结一、水立方1、外观设计水立方是2008年北京奥运会的游泳馆，位于奥林匹克公园内。
其外观设计采用了特殊的钢结构和气垫膜材料，外墙则采用了不同颜色的铝板，呈现出绚丽多彩的外观。
整体设计灵感源自水晶的几何构造，因此被称为“水立方”。
2、结构工艺水立方的结构工艺采用了许多创新技术，比如其气垫膜材料、热成型透明材料等，都是在建筑行业中的创新技术。
水立方的内部结构也是十分复杂，采用了许多特殊的材料和工艺，来实现建筑的稳固性和美观性。
3、后期利用奥运会结束后，水立方并没有一蹴而就，而是经过了一番改造和升级，成为了一个全年开放的文化体育活动场馆。
目前，水立方已经成为了北京地标性的游泳场所，每年吸引了大量游客和游泳爱好者前来体验。
二、鸟巢1、外观设计鸟巢是2008年北京奥运会的主体育场，位于奥林匹克公园内。
其外观设计灵感源自中国古代的编织工艺，呈现出复杂而精美的外观。
鸟巢由两大设计师共同设计，结构工艺采用了大量的钢材和混凝土，具有相当的雄伟气势。
2、结构工艺鸟巢是世界上最大的钢结构体育场，其结构工艺相当复杂和精湛。
在建造过程中，设计师们采用了许多创新的工艺和技术，来实现鸟巢的结构稳固和外观美观。
鸟巢内部的观众席采用了大量的钢结构，可以容纳8万多名观众。
3、后期利用奥运会结束后，鸟巢并没有被废弃，而是成为了一个全年开放的综合性体育场馆。
在鸟巢内，不仅可以举办各种大型体育赛事，还可以举办音乐会、文化活动等各类活动，成为了北京市民和游客休闲娱乐的好去处。
总结来看，水立方和鸟巢是2008年北京奥运会的两大标志性建筑，不仅在外观设计上具有独特的风采，而且在结构工艺上也是相当精湛。
这两座建筑在奥运会结束后，并没有被废弃，而是成为了北京地标性的文化体育活动场馆，对于城市的发展和文化建设起到了积极的推动作用。
希望通过今天的了解和总结，大家能对水立方和鸟巢有更深入的认识，也希望这两座建筑能继续为北京的城市形象和文化魅力贡献力量。
水立方结构特点
水立方结构特点
水立方结构特点
水立方是一种独特的结构，其结构实际上是由三维的空间构成的，具有许多突出的特点。
一、结构复杂
水立方由8个空间单元组成，这也是它与其它结构的最大不同。
在形状上，它的外形是一个无顶面的立方体，内部结构也极其复杂。
二、强度高
水立方结构的强度极高，它能够承受非常大的外力，不会受到外界的影响，结构稳定，可以抵抗不良的环境，也可以应对不同类型的地面力。
三、抗冲击性强
水立方的结构能够承受较大的冲击，由于水立方内部有个别的空间单元，在外界受到冲击力时，能够将冲击力分布，从而减少反作用力，减少受到冲击后产生的损害。
四、耐腐蚀性强
水立方结构表面没有任何的毛刺，其材料也能够有效的抵抗腐蚀，即使在极端的环境中，水立方结构也能有效的保护内部的物体不受腐蚀。
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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
多4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。
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
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。
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。
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).
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