水立方結(jié)構(gòu)分析課件

水立方結(jié)構(gòu)分析2021/10/10星期日11、工程概況國家游泳中心“水立方”位于奧林匹克大道西側(cè)，與國家體育館“鳥巢”隔路相望。其建筑造型體現(xiàn)了與鳥巢的和諧共生。這一設(shè)計模仿水分子的結(jié)合形式，具有高度的重復(fù)性，同時體現(xiàn)了隨機無序的結(jié)構(gòu)美感。屋面和墻體的維護結(jié)構(gòu)采用ETFE充氣枕。結(jié)構(gòu)的隨意自然與材料的純凈統(tǒng)一勾畫出水立方獨特的美感。

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本工程的建筑造型為“充滿水的立方體”，平面尺寸177.338m×177.338m，建筑墻體底標高+1.059m，屋頂標高30.587m。屋面及支撐墻結(jié)構(gòu)由新型多面體空間鋼架構(gòu)成水滴的骨架。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量共約6300噸，鋼材選用Q345C、Q420C。結(jié)構(gòu)節(jié)點形式分為球型、半球型、方鋼管相貫三種，桿件分為圓鋼管、方鋼管兩種形式。所有構(gòu)件壁厚由6mm到40mm。節(jié)點9290個，桿件數(shù)量將近20670根。2021/10/10星期日3支撐結(jié)構(gòu)

“水立方”的鋼結(jié)構(gòu)最大的特點就是不規(guī)則該結(jié)構(gòu)最基本的特點是其幾何構(gòu)成不同于傳統(tǒng)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都是由簡單的基本單元（三角錐，四角錐等）組合而成，而該結(jié)構(gòu)以由氣泡衍生改良得到的多面體為基本單元，進行空間陣列。鋼結(jié)構(gòu)高度：30.587m支承形式：鋼結(jié)構(gòu)墻體周邊支承于鋼板組合砼框架梁2021/10/10星期日4多角柱狀體按照一定規(guī)律組合2021/10/10星期日512面體和14面體無限重復(fù)增多，在XYZ軸上不同角度扭轉(zhuǎn)形成有規(guī)律的形狀2021/10/10星期日6立面隨機性的形成因為建筑形體為規(guī)則的立方體，當那些多角柱狀體經(jīng)過扭轉(zhuǎn)重復(fù)組合后形成結(jié)構(gòu)體時，還要根據(jù)建筑體量——長、寬、高——的要求去切割，所以整個建筑結(jié)構(gòu)看似沒有規(guī)律2021/10/10星期日7多面體組合構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)沿三個正交坐標軸是有規(guī)律的重復(fù)的。因此，盡管外觀呈現(xiàn)隨機分布狀態(tài)，但實際上這種結(jié)構(gòu)是建立在高度重復(fù)的基礎(chǔ)上的。這個陣列組成的無限空間內(nèi)部只包含三個不同的表面、四種不同長度的邊線和三種不同的節(jié)點。這種結(jié)構(gòu)上的高度重復(fù)無疑有利于對空間結(jié)構(gòu)的建造。同時，這種新型空間結(jié)構(gòu)體系具有節(jié)點匯交桿件少的明顯特征，每個節(jié)點的匯交桿件僅為四根。而普通鋼架結(jié)構(gòu)中單個節(jié)點匯交桿件最少的蜂窩型三角錐網(wǎng)架為六根，在這種傳統(tǒng)情況下，桿件在空間坐標上的定位是一個技術(shù)性的難題，而且費工費時，同時，多個桿件連接在一個節(jié)點上，對于節(jié)點處桿件位置的預(yù)留問題也提出了很高的要求。而這兩個問題在該新型空間結(jié)構(gòu)中得到了很好的解決。2021/10/10星期日8在對抗壓力方面，這種泡沫結(jié)構(gòu)的承受力比其他結(jié)構(gòu)要高出十幾倍，因此，盡管使用很輕的ETFE材料，只要內(nèi)部做成這種有規(guī)律的泡沫形狀，就能承受巨大的外力作用。2021/10/10星期日9節(jié)點類型：內(nèi)部腹層節(jié)點——焊接球節(jié)點表面弦層節(jié)點——焊接半球節(jié)點邊框角線節(jié)點——以邊框為母桿的相貫的節(jié)點。2021/10/10星期日10典型節(jié)點

2021/10/10星期日11材料ETFE立面的雙層表皮結(jié)構(gòu)由一系列小的單元組成，每個單元外面都覆蓋著一層薄膜——雙層聚四氟乙烯（ETFE).2021/10/10星期日12材料性能

1.阻燃材料，熔點為275攝氏度2.優(yōu)秀的隔熱保溫性能3.良好的自潔性4.輕質(zhì)，每層僅0.2MM厚5.良好透光性能6.正常使用壽命30年。2021/10/10星期日13材料優(yōu)勢抗拉性能好，在產(chǎn)生脆性破壞之前，可以拉伸300%~400%，這樣就能夠保證遇到強對流天氣或者外部硬質(zhì)物體和其發(fā)生碰撞時能夠抵御外部的作用力重量只有同面積玻璃的1\10難燃材料，防火B(yǎng)1級，自熄性2021/10/10星期日14ETFE薄膜氣泡可在現(xiàn)場外預(yù)制，并裝在面板上。面板通過獨立于支撐結(jié)構(gòu)的可調(diào)部件進行提升，并裝配在立面上。當面板就位后，將為氣泡充氣的通風(fēng)管附著在面板上，并連接到氣泵進行充氣。2021/10/10星期日15

游泳中心結(jié)構(gòu)除主體“多面體空間剛架結(jié)構(gòu)”外，其下部還設(shè)置了全現(xiàn)澆鋼筋混凝土池結(jié)構(gòu)作為游泳池和跳水池?？臻g剛架結(jié)構(gòu)將荷載傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)上，再由此結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)。2021/10/10星期日16國家游泳中心設(shè)計新穎，尤其是結(jié)構(gòu)的設(shè)計史無前例，是建筑結(jié)構(gòu)界的創(chuàng)舉。該結(jié)構(gòu)從無限等體積肥皂泡陣列幾何圖形學(xué)獲得起源，經(jīng)過組合、陣列、旋轉(zhuǎn)、切割等過程，創(chuàng)造性的設(shè)計出了無先例、無規(guī)范、無標準的“三無”新型空間多面體延性剛架結(jié)構(gòu)。這一新型空間結(jié)構(gòu)體系具有構(gòu)成簡單、重復(fù)性高、匯交桿件少、節(jié)點種類少等特點，簡化了施工過程。另一方面，“水立方”還大膽使用了ETFE膜材