世界最大的膜結構工程水立方ETFE膜應用案例分析介紹
時間:2020-12-14 07:49:28
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說到水立方，相信大家都一定不會陌生，它的官方名字是——國家游泳中心，是2008年北京奧運會的三大標志性建筑之一（其他兩個是國家體育場與國家體育館）。水立方的材料是ETFE膜，水立方之所以有這么多其他建筑所不具備的優(yōu)點，正是這種神奇的膜材賦予的。簡單來說ETFE膜材的特點是：自重輕、強度高、耐磨耐擦、耐腐蝕、耐高溫、透光性佳（高達95%），而且還能循環(huán)使用，可以說是一種相當完美的新型建筑材。今天，萬豪膜結構就為大家好好的來介紹一下，這個世界最大的膜結構工程。
建筑背景及規(guī)模
水立方是為08年北京奧運會專門興建的，作為游泳比賽的主場館，其是一個長177米、寬177米、高31米的方形建筑，建筑面積達到了79532平米，最多可容納17000名觀眾，擁有6000個永久座位，11000個臨時座位，水立方是世界上最大的ETFE膜應用工程，其膜覆蓋面積超過10萬平米，展開面積超過26萬平米，也是世界上唯一一個完全由膜結構進行全封閉的大型公共建筑，工程總造價超過10億元，水立方同時是唯一一個世界各地僑胞捐款援建的奧運場館，總捐款額約8.5億人民幣。
設計理念
作為與國家體育場（鳥巢）一路之隔的水立方，其設計也是與鳥巢遙相呼應，水立方設計靈感來源于水元素，其一圓一方，體現(xiàn)了中國“天圓地方”的古代天文認知，如果將鋼鐵之軀的鳥巢比喻為健碩的男子，那么水立方就是一個柔美的女性，其方形的舊建筑造型，也隱喻了中國“無規(guī)則不成方圓”的哲學思想，可以說將中國傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代的建筑理念進行了完美的融合。水元素在中國的傳統(tǒng)文化中占有非常重要的地位，智者樂水仁者樂山，水總能給人帶來歡樂的情緒，水立方在奧運會后是北京最大的水上樂園，其設計也是為了滿足各個年齡層的人們享受水帶來的樂趣，激發(fā)人們對生活的熱情，為了達到此目的，設計者將水的體現(xiàn)形式概念化，實體化，他們想到了水泡，在方形的建筑外層布滿這種酷似水泡的幾何形狀，讓水的設計理念體現(xiàn)的淋漓盡致。
建筑技術
水立方采用的是膜結構建筑技術，其是一種21世紀最具代表性的全新建筑形式，在各種大跨度的空間建筑中已經(jīng)成為了一種首選技術，水立方所使用到的膜材是ETFE，這種膜材的特點我們上邊已經(jīng)簡單說過了，其使用壽命超過20年，其強度很高，人在上面走完全沒有問題，現(xiàn)在世界上能獨立完成這種規(guī)模膜結構建筑的公司只有三家。
說到水立方的建筑技術我們就不得不提氣泡理論，19世紀末Lord Kelvin提出了一個問題：如果我們將三維空間細分為若干個小部分，每個部分體積相等但要保證接觸表面積最小，這些細小的部分應該是什么形狀？1993年這個問題得到了最理想的答案，Weaire和Phelan教授提出要解決這個問題，那么構造體中采用兩種不同的單元體，一種為十四面體，一種為十二面體，水立方的多面體空間鋼架結構就是采用的這種方式，水立方整個建筑由3000多個ETFE氣枕構成，氣枕大小形狀不一，面積超過10萬平米，水立方除了地表之外，整個結構表面都是由膜覆蓋，其安裝是先搭建鋼架構，然后安裝氣枕，最后通過鋼架上預留的充氣線對氣枕進行充氣，氣枕就變成了氣泡，充氣過程都是由電腦自動控制的，而且會根據(jù)氣壓，光照等條件進行實時的調(diào)整，保證整個氣泡單元都處于最佳狀態(tài)。因為ETFE膜材具有自潔的功能，所以依靠雨水沖刷就能保持外表潔凈如新，還有一個優(yōu)點就是維修便捷，電腦會實時監(jiān)控各個氣泡單元的狀況，如果出現(xiàn)損壞可以快速定位進行修復或者更換，此外，在水立方漂亮的膜結構外衣上還點綴著無數(shù)白色的亮點，被稱為鍍點，他們的作用是反射光線，從而保證水立方內(nèi)部隔熱散熱的效果，由于ETFE膜材有很好的透光性，所以白天室內(nèi)采光完全依靠自然光線，這就大大減少了照明設施的使用時間，也起到了節(jié)能減排的作用。最不可思議的是建筑面積將近8萬平米的水立方?jīng)]有使用一根鋼筋，一塊混凝土，其墻體跟頂棚都是用鋼管連接而成，共有1.2萬個節(jié)點，用鋼量僅6900噸，平均每平米只有120公斤，其依靠只有2.4毫米厚的膜結構氣枕對整個建筑進行包覆，整體給人的感覺就是不可思議。
對我國膜結構行業(yè)的影響
水立方作為一個在世界范圍內(nèi)具有很大影響力的膜結構建筑，其在中國的膜結構行業(yè)歷史上可以說增添了濃墨重彩的一筆，水立方很多技術在當時是世界領先的，其創(chuàng)意也是大膽的，它讓更多的普通人知道了膜結構，展現(xiàn)了膜結構建筑獨特的魅力，水立方可以說掀開了國內(nèi)膜結構行業(yè)高速發(fā)展的序幕。
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