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”由中方建筑师提出得方型建筑造型体现了与国家体育场(“鸟巢”) 得与谐共生, 由ARUＰ工程师创造得摹仿水泡组合形式得全新结构形式，具有高度重复性 又呈现出一种随机无序得总体感觉，屋面与墙体内外统一采用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”得平面尺寸为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与墙体采用新型多面体空间刚架结构，屋盖厚７1211ｍ，墙体厚31472m 与5１87６m。墙体底部支承于11０0９ｍ（外墙落地墙) 与６1350m(内墙及门洞) 标高得钢板２混凝土组合梁平台上。“水立方”得覆盖结构采用ETFE(乙烯－四氟乙烯共聚物) 充气枕结构，屋盖与墙体得内外表面均覆以ETＦE 充气枕，最大得单个气枕面积约7１㎡、跨度9m 左右,ETFE 膜材得用量约3０万平方米。 水立方建筑造价约1０、2亿, 自101个国家与地区得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，建筑特及材料应用:
1)建筑风格：这个瞧似简单得“方盒子”就就是中国传统文化与现代科技共同“搭建”而成得。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”得设计思想催生了“水立方”，它与圆形得“鸟巢”—
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国家体育场相互呼应。在中国文化里,
水就就是一种重要得自然元素，设计者将
水得概念深化，还利用其独特得微观结
构。基于“泡沫”理论得设计灵感，她们
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得几何形状，表
面覆盖得ETFＥ膜又赋予了建筑冰晶状得
外貌，使其具有独特得视觉效果与感受，
轮廓与外观变得柔与，水得神韵在建筑中
得到了完美得体现。
2)设计特：“水立方”就就是世界上最大得膜结构工程，建筑外围采用世界上最先进得环保节能ETFE(
四氟乙烯）膜材料。“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，
堪称世界之最。除了地面之外，外表都采用了膜结
构。
ＥTFＥ薄膜得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，同时由于自身得绝水性，它可以利用
自然雨水完成自身清洁，就就是一种新兴得环保
材料。ETＦE膜具有较好抗压性，甚至可以承受一辆汽车得重量。气枕根据摆放位置得不同，外层膜上分布着密度不均得镀点，这镀点将有效得屏蔽直射入馆内得日光，起到遮光、降温得作用。
水立方”占地7、８公顷，却没有使用一根钢筋，一块混凝土。其墙身与顶棚都就就是用细钢管连接而
成得，有１、2万个节点。只有２、４毫米厚得膜结构气枕像皮肤一样包住了整个建筑，气枕最大得一个约9平方米，最小得一个不足1平方米。跟玻璃相比，它可以透进更多得阳光与空气，从而让泳池保持恒温，能节电３0％。膜结构自身就具有排水与排污得功能以及去湿与防雾功能，尤其就就是防结露功能，对游泳运动尤其重要。
３)建筑节能：在设计中还充分考虑了环保得需要。为了减少二氧化碳得产生，在设计
中减少了电得使用。利用太阳能电
池提供电力。大幅地使用了新型材料,
使空调与照明负荷降低了20%－3
０%。另外，游泳中心消耗掉得水分将
有80％从屋顶收集并循环使用，这样
可以减弱对于供水得依赖与减少排
放到下水道中得污水。系统对废热进
行回收，热回收冷冻机得应用一年将
节省６０万度电。还有现代化消防装
置为建筑量身定做，比常规设施节约
７４％。
4)声学效果:“水立方”得声学专家采用了:“膜”加“板”提高隔声性能、“声学大厅”控制混响时间、增大吸声面积，安装吸声性能高得材料等方法解决“水立方”得膜结构在建筑声学方面带来得难题。“水立方”投入使用后，多次举办了各类音乐会、交响乐、演唱会、大型文艺活动等，受到了经营者与观众极高得评价，就就是水立方赛后多元经营成为可能。
三，结构选型与受力体系分析:
1)多面体空间钢架结构得构造分析：国家游泳中心工程地上钢结构墙体与屋盖为新型多面体得空间钢架结构体系，多面体得空间钢架结构几何构成得
理论基础就就是“气泡理论”，即用两种不同得单元体，一种就就
是1４面体，另外一个为12面体，将三维空间细分为若干小部分,
每个部分得体积相等但保证接触表面积均最小”这种多面体组合
被称为wp多面体。如图所示：
“水立方”结构几何体得基本模型就就是基于优化改良得多面体组合建立起来得。其几何体就就是这样形成得：首先生成一个比水立方建筑得得更大得多面体阵列，再把这个阵列围绕(０，0,0)——（1,１,１)矢量轴旋转6０°，在多面体阵列中切出176、53８９m×17６、5３８9m×29、3789m立方体得建筑外形。然后在立方体得内部挖去内部使用空间，这样便切出了屋盖与墙体结构。多面体单元在两个切
割平面上切出得屋盖结构得上弦、下弦杆件与墙体结构内外表面弦杆，两个切割平面之间得多面体棱边便为结构得腹杆。
新型多面体空间刚架结构最基本得特点就就是其几何构成不同于传统得空间。传统网格结构都就就是由简单基本单元(例如三角锥，四角锥等)组合而成，而这种新结构则由复杂得类WＰ多面体单元填充得实体减去不需要得空间而得到，基本
类WP多面体单元一个角点（即结构中得节点）上只有四条边(即
结构中得杆件)与之相连，而传统网架一个节点上至少有6根杆
件与之相连，角点形式只有三种，一共只有四种边长，类ＷP多
面体阵列经旋转、切割形成结构得屋面与墙面后，与表面上节点
相连得杆件数最多为６根。
多面体空间钢架结构中有９８4３个球型节点、２0870根钢质杆件，在空间定位上几乎没有完全平行得杆件, 没有一根直得立柱、杆件纵横交错。墙体与屋盖内外表面弦杆为矩形钢管，节点采用焊接半球节点；内部腹杆为圆钢管，节点采用焊接球节点；边框脚线节点为以边框为母杆得相贯连接。结构中使用了大量得国产Q４20C钢材及有z向要求得厚钢板，墙体与屋面得内层与外层结
构均为箱型截面构件纵横交
错而成，内层与外层之间为钢
管杆件与中部得球节点以及
外侧得节点连接，形成复杂得
受力良好得钢框架结构。
2)防雷防震:“水立方”
与“鸟巢”相似，也就就是采用了传统得防雷技术。“水立方”得地下及基础部分就就是钢筋混凝土结构，地上部分就就是钢网架，钢结构与钢筋混凝土结构中得钢筋通过焊接连接，共同形成了一个立方体得笼子。
“水立方”就就是典型得外柔内刚。外部只瞧到充气薄膜，好像弱不禁风，而支撑这些薄膜得就就是坚实得钢结构，里面观众瞧台与室内建筑物为钢筋混凝土结构。“水立方”得墙壁与天花板由1、2万个承重节点连接起来得网状钢管组成，这些节点均匀地分担着建筑物得重量，使其坚固得足以经受住北京最强得地震。地上部分得钢结构与地下部分得钢筋混凝土结构形成一个牢固得整体。正就就是靠着优越得结构形式与良好得整体性,“水立方”才拥有了“过硬得身体”，达到了抗震8级烈度得标准。
3)ＥTFE充气膜分析:
３、１系统得密封构造
立面ETFE充气膜结构得系统密封构造，采用三道连续完整得密封，形成两个等压腔，利用等压原理实现系统得密封防水及排水。这三道密封分别由夹具底座、中间得连接膜片以及最外得压盖组成。
夹具底座作为整个密封系统得最后一道防线，也就就是最关键得一道密封。因此，其构造做法就就是，在夹具底座三通与直线段底座之间预留５mm得缝隙，在接头处将不必要得部分去除，在接缝处灌入硅酮密封胶实现连续密封。
3、2 排水构造
屋面得排水构造根据北京得气候特点以及膜结构得特点，在屋面ＥTFE气枕间设置具有保温措施得天沟作为主要得排水通道，整个屋面采取分区域击中排水方式。屋面排水系统主要包括天沟、虹吸雨水斗与排水管道等组成部分。其具体构造如图所示。
3、3 保温隔热构造
ETFE膜结构得保温隔热构
造不同于普通得保温构造方式。
通常，建筑得保温隔热通过墙体附加保温隔热层来实
现,ETFE膜结构得保温构造原理类似于中空玻璃幕墙，热
量从室外向室内传递要经过以下过程：室外空气→外层
玻璃外表面→外层玻璃→外层玻璃内表面→中间空气层
→内层玻璃外表面→内层玻璃→内层玻璃内表面→室内
空气。
屋面排水系统ＥＴＦE膜结构得保温隔热原理与之类似，同时，隔
热面材得传热能力以及中间空气层得层数也会对保温隔
热效果产生很大得影响。相对而言,ＥTＦE膜得热阻值较高，同时气枕得结构很好得实现了多层得空气间层。因此,ＥTFE膜结构也实现了很好得保温隔热效果。
除此以外，水立方得保温构造得另一个重要特点就就是采用了双层构造围护结构。双层幕墙构造主要由内外两层幕墙构造加上中间一定厚度得空气组成。内外两层幕墙构造分别具有一定得保温隔热性能，更重要得就就是，该结构可以根据情况狂得不同而设计空腔开口，并对空腔内部空气进行合理控制，使其保持静止或有秩序得流动，从而得到更好得保温隔热以及通风效果。
在水立方外层气枕底部周边设置了一系列百叶，内部设有电动开启装置，可根据情况开启或关闭，从而实现为空腔送风。此外，在屋内一部分凸起得气枕周边设有铝合金百叶，一部分链接内不通风管道，另一部分设有点得开关，开启时作为自然通风得出风口。
四，对工程设计优缺点得评价:
优点：在今天，绿、健康、与谐、可持续发展，就就是最重要得建筑设计思想，在“水立方”得设计过程中，时时处处贯穿着这些理念。“水立方”从建筑到结构完全就就是一个创新得建筑，蕴涵着极高得科技含量。它得建筑外围护采用新型得环保节能ETFE膜材料，覆盖面积达到１0万平方米，就就是目前世界上最大得ＥTFE应用工程。
缺点：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，但就就是表皮材料使用寿命毕竟有限，而定时得更新材料费用十分高昂。而在尺度得处理方面，观众席与游泳池周边路径得水平距离偏短，这就使得观众在观赏运动员胜出游行时有很大得阻碍。
