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水立方结构分析[研究材料]


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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。
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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。
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建筑学2班 刘凯翔 10310208 建筑学2班 闫伟 10310211
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典型节点
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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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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。
国家游泳中心
水立方
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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。
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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
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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。

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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Байду номын сангаас,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。
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多角柱状体按照一定规律组合
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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
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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
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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。
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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

边框角线节点——以边框为母 杆的相贯的节点。
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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。
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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
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