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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
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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。
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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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建筑欣赏
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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。
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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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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。
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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
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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。
2008 年 北 京 奥 运 会 游 泳 中 心 “ 水 立 方 ”
水立方
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• 内容一：简 介 • 内容二：膜结构 • 内容三：钢结构
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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
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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”。
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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 席与游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阻碍
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THANKS
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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
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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