水立方结构分析[研究材料]
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。
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。
水立方建筑材料
水立方建筑材料水立方是2008年北京奥运会的标志性建筑之一，也是一个兼具艺术与科技的建筑奇迹。
它的外观犹如一个晶莹剔透的水晶立方体，给人一种清新透明的美感。
而要实现这样的建筑效果，离不开高科技的建筑材料。
首先，水立方的外墙材料采用了特制的ETFE薄膜。
ETFE薄膜是一种高性能塑料材料，具有极高的透光性和耐候性。
它不仅可以有效地隔热隔音，还能够抵御紫外线的侵蚀，保持建筑物外观的清晰和透明。
同时，ETFE薄膜的轻质特性也大大减轻了建筑物的自重，有利于结构的稳定和安全。
其次，水立方的骨架结构采用了大跨度的空间钢结构。
这种结构不仅能够支撑起整个建筑物的重量，还能够在不增加过多柱子的情况下，实现大空间的无柱设计。
这样不仅增加了建筑内部的空间利用率，还使得建筑外观更加通透、开阔。
除此之外，水立方的地面材料也是经过精心选择的。
为了达到水立方的特殊效果，地面采用了特制的透明玻璃材料。
这种玻璃材料既能够承受人员和设备的重量，又能够让光线透过，让整个建筑显得更加通透、明亮。
在室内装饰方面，水立方也采用了大量的特殊材料。
例如，室内的泳池墙壁采用了特制的玻璃纤维材料，这种材料既具有良好的抗压性，又能够让水流通过，形成独特的水流效果。
而在室内的各种装饰材料中，也大量运用了具有透明、亮泽效果的材料，使得整个室内空间充满了动感和活力。
总的来说，水立方作为一座兼具艺术与科技的建筑奇迹，离不开高科技的建筑材料的支持。
ETFE薄膜、空间钢结构、特制玻璃材料等，为水立方的建筑效果提供了重要的支持。
这些材料的运用不仅使得水立方建筑物本身具有了独特的美感，还为人们提供了一个兼具艺术与科技的观赏空间。
水立方的成功建造，也为未来的建筑设计提供了宝贵的经验和借鉴。
《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。
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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。
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。
水立方材料
水立方材料水立方材料是奥林匹克公园的一部分，也是2008年北京奥运会的游泳比赛场馆，位于奥林匹克公园的北部，与鸟巢相邻。
下面将对水立方的材料进行介绍。
水立方的外立面由ETFE（氟碳聚合物）材料构成，ETFE是一种透光的材料，具有优越的耐候性能和抗紫外线能力。
这种材料的特点是轻质、高透光、耐腐蚀和抗紫外线，可以有效保护场馆内的游泳运动员和观众免受紫外线的伤害。
水立方的外立面设计上模仿了水泡的形态，使整个建筑显得非常独特。
在水立方内部，采用了多种材料。
首先，游泳池的主体结构由钢筋混凝土建成，这种材料具有良好的强度和耐久性，能够承受大量的水压和游泳选手的运动冲击力。
其次，游泳池的墙面和底部采用了独特的滑石材料，这种材料具有光滑的表面和良好的防滑性能，可以提供良好的游泳体验。
此外，水立方内部还使用了一种名为Wavegrip的材料，它是一种塑料制品，能够有效减少水流的阻力，提高游泳速度。
除了主体结构和内部材料，水立方还包括一些附属设施和装饰材料。
例如，观众看台和赛场内的座椅采用了耐磨耐候的塑胶材料，可以提供舒适的观赛体验。
此外，水立方的赛场内部还装饰了大量的玻璃材料，这些玻璃面板能够将室外的阳光引入室内，使整个赛场明亮而温暖。
水立方的材料选择不仅考虑了功能需求，还注重了环保性和可持续发展。
例如，水立方的外立面材料ETFE可以进行回收和再利用，减少了对环境的影响。
此外，水立方还采用了一些节能措施，如太阳能光伏板和地热能利用系统，以减少能源消耗。
总体而言，水立方材料的选择体现了对建筑结构、功能需求和可持续发展的综合考量。
这些材料的使用不仅提供了功能性的保证，还赋予了水立方独特的外观和优秀的环保性能。
水立方的材料
水立方的材料
水立方是2008年北京奥运会的标志性建筑，也是一个集体育、休闲、娱乐为
一体的综合性场馆。
它的外观设计独特，给人一种清新、透明的感觉，而这种感觉正是由水立方的材料所赋予的。
水立方的材料是怎样的呢？让我们一起来了解一下。
首先，水立方的外墙面材料是由特制的气垫膜构成的。
这种气垫膜选用了一种
叫做ETFE的材料，它是一种高性能的聚合物材料，具有优异的耐候性和透光性。
这种材料不仅可以有效地隔热隔音，还可以抵御紫外线的侵蚀，使得水立方在长时间的使用过程中能够保持外观清新、明亮。
其次，水立方的内部结构材料也是非常特别的。
它采用了大量的钢结构和玻璃
材料，这些材料不仅保证了建筑的稳固性和安全性，还使得整个场馆内部充满了透明感。
在白天，阳光可以透过玻璃材料照射到室内，使得水立方的内部空间充满了自然的光线，给人一种开放、舒适的感觉。
在夜晚，灯光透过玻璃材料照射出来，使得水立方变得璀璨夺目，成为北京城市夜景的一道亮丽风景线。
最后，水立方的地面材料也是经过精心选择的。
它采用了一种叫做水磨石的材料，这种材料不仅具有很好的耐磨性和防滑性，还具有很好的装饰效果。
水磨石的颜色和纹理丰富多样，可以根据设计师的要求进行定制，使得整个场馆的地面看起来既美观又实用。
总的来说，水立方的材料选择经过了精心的考量和设计，既满足了建筑的功能
需求，又赋予了建筑独特的外观和气质。
这些材料的运用使得水立方成为了一座集美观、实用、环保为一体的建筑，也成为了北京城市的一张名片。
相信随着科技的不断进步和材料的不断创新，未来的建筑材料将会为我们带来更多的惊喜和美好。
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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。
律
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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
点
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