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ETFE膜应用的典型案例-水立方(世界最大的膜结构工程)

文章出处:卓越膜结构作者:卓越网络部发表时间:2018-05-07 10:59:02阅读:
    说到水立方,相信大家都一定不会陌生,它的官方名字是——国家游泳中心,是2008年北京奥运会的三大标志性建筑之一(其他两个是国家体育场与国家体育馆),小编记的第一次在电视中看到水立方,完全被它奇特的造型所折服,我很难相信世界上会有这样的建筑存在,当时在我的印象中,体育场都是钢筋混凝土构筑而成,而水立方则是由数以千计的不规则半透明气泡组成,自己对这种设计是深深的着迷,因为当时不知道其具体的材料,只是听主持人讲解,这是一种新型的材料,非常的节能,这也响应了北京奥运会绿色奥运,科技奥运,人文奥运的理念,到后来小编接触到了膜结构建筑行业才知道,原来这种神奇的材料是ETFE膜,水立方之所以有这么多其他建筑所不具备的优点,正是这种神奇的膜材赋予的,简单来说ETFE膜材的特点是:自重轻、强度高、耐磨耐擦、耐腐蚀、耐高温、透光性佳(高达95%),而且还能循环使用,可以说是一种相当完美的新型建筑材料,关于建筑膜材小编之前写过一篇文章《膜结构有几种膜?膜结构常用膜材对比!》大家有兴趣的可以去看下。今天大家就跟随小编我对水立方做一个全方位的了解。

水立方整体航拍图
水立方整体航拍图

    建筑背景及规模

    水立方是为08年北京奥运会专门兴建的,作为游泳比赛的主场馆,其是一个长177米、宽177米、高31米的方形建筑,建筑面积达到了79532平米,最多可容纳17000名观众,拥有6000个永久座位,11000个临时座位,水立方是世界上最大的ETFE膜应用工程,其膜覆盖面积超过10万平米,展开面积超过26万平米,也是世界上唯一一个完全由膜结构进行全封闭的大型公共建筑,工程总造价超过10亿元,水立方同时是唯一一个世界各地侨胞捐款援建的奥运场馆,总捐款额约8.5亿人民币。

    设计理念

    作为与国家体育场(鸟巢)一路之隔的水立方,其设计也是与鸟巢遥相呼应,水立方设计灵感来源于水元素,其一圆一方,体现了中国“天圆地方”的古代天文认知,如果将钢铁之躯的鸟巢比喻为健硕的男子,那么水立方就是一个柔美的女性,其方形的旧建筑造型,也隐喻了中国“无规则不成方圆”的哲学思想,可以说将中国传统文化与现代的建筑理念进行了完美的融合。水元素在中国的传统文化中占有非常重要的地位,智者乐水仁者乐山,水总能给人带来欢乐的情绪,水立方在奥运会后是北京最大的水上乐园,其设计也是为了满足各个年龄层的人们享受水带来的乐趣,激发人们对生活的热情,为了达到此目的,设计者将水的体现形式概念化,实体化,他们想到了水泡,在方形的建筑外层布满这种酷似水泡的几何形状,让水的设计理念体现的淋漓尽致。

水立方表面由不规则的ETFE膜“气泡”覆盖
水立方表面由不规则的ETFE膜“气泡”覆盖

    建筑技术

    水立方采用的是膜结构建筑技术,其是一种21世纪最具代表性的全新建筑形式,在各种大跨度的空间建筑中已经成为了一种首选技术,水立方所使用到的膜材是ETFE,这种膜材的特点我们上边已经简单说过了,其使用寿命超过20年,其强度很高,人在上面走完全没有问题,现在世界上能独立完成这种规模膜结构建筑的公司只有三家。

    说到水立方的建筑技术我们就不得不提气泡理论,19实际末Lord Kelvin提出了一个问题:如果我们将三维空间细分为若干个小部分,每个部分体积相等但要保证接触表面积最小,这些细小的部分应该是什么形状?1993年这个问题得到了最理想的答案,Weaire和Phelan教授提出要解决这个问题,那么构造体中采用两种不同的单元体,一种为十四面体,一种为十二面体,水立方的多面体空间钢架结构就是采用的这种方式,水立方整个建筑由3000多个ETFE气枕构成,气枕大小形状不一,面积超过10万平米,水立方除了地表之外,整个结构表面都是由膜覆盖,其安装是先搭建钢架构,然后安装气枕,最后通过钢架上预留的充气线对气枕进行充气,气枕就变成了气泡,充气过程都是由电脑自动控制的,而且会根据气压,光照等条件进行实时的调整,保证整个气泡单元都处于最佳状态。因为ETFE膜材具有自洁的功能,所以依靠雨水冲刷就能保持外表洁净如新,还有一个优点就是维修便捷,电脑会实时监控各个气泡单元的状况,如果出现损坏可以快速定位进行修复或者更换,此外,在水立方漂亮的膜结构外衣上还点缀着无数白色的亮点,被称为镀点,他们的作用是反射光线,从而保证水立方内部隔热散热的效果,由于ETFE膜材由很好的透光性,所以白天室内采光完全依靠自然光线,这就大大减少了照明设施的使用时间,也起到了节能减排的作用。最不可思议的是建筑面积将近8万平米的水立方没有使用一根钢筋,一块混凝土,其墙体跟顶棚都是用钢管连接而成,共有1.2万个节点,用钢量仅6900吨,平均每平米只有120公斤,其依靠只有2.4毫米厚的膜结构气枕对整个建筑进行包覆,整体给人的感觉就是不可思议。

水立方内部膜结构顶棚实拍
水立方内部膜结构顶棚实拍

    对我国膜结构行业的影响

    水立方作为一个在世界范围内具有很大影响力的膜结构建筑,其在中国的膜结构行业历史上可以说增添了浓墨重彩的一笔,水立方很多技术在当时是世界领先的,其创意也是大胆的,它让更多的普通人知道了膜结构,展现了膜结构建筑独特的魅力,水立方可以说掀开了国内膜结构行业高速发展的序幕。
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