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                  水立方日前獲2010國際橋協杰出結構大獎

                  2019-09-26

                  新技術撐起水立方泡泡盒子

                  前不久,國家游泳中心水立方獲得了2010年國際橋協杰出結構大獎。國際橋梁及結構工程協會主席波波維奇對水立方給出了極高的評價。他說,國家游泳中心誕生于工程學和美學之上,它是杰出團隊協作的結晶。湛藍色的水立方不僅成了游客眼中一道美麗的風景,其精巧的工程結構也獲得了眾多工程專家的垂青。

                  據施工方中建一局建設發展公司介紹,工程外立面水的效果由ETFE(乙烯 四氟乙烯共聚物)膜結構來實現,與室內的實際水面交相輝映。膜結構的展開面積達到約30萬平方米,是世界上規模最 大的膜結構工程,也是唯 一一個完全由膜結構來進行全封閉的大型公共建筑,無論對設計還是施工、使用都是一個極大的挑戰。整個過程中ETFE膜的材料、通風空調、防火、聲、光、電的控制等技術都遇到了很大的難題。

                  極具特點的膜結構

                  充氣膜結構在引進消化國外原有技術基礎上進行了大膽的自主創新,從設計到施工解決了許多國內外前所未有的課題,填補了多項國內外空白,形成了從設計、施工到監控、驗收標準的一整套完整技術。

                  這個“裝滿泡泡的盒子”美麗、富有詩意地結合了泡沫與水,是抽象幾何理論的具象化?!八⒎健蓖獗砻嬗啥鄠€不同形狀、不同大小、不同矢高的ETFE氣枕組成,內層鍍點膜與外層淺藍膜在陽光下形成兩個高光,使ETFE氣枕體現出了近似水泡的特征。獨特的對光線的控制形成了“水立方”在世界上所特有的整體建筑藝術效果。不同大小的氣枕矢高均控制在跨度的12~15%,整體效果此起彼伏,充滿立體感,建筑具有豐富的表現力。

                  在水立方之前,中國尚且沒有使用ETFE膜材用于幕墻的先例。水立方整個建筑里面沒有一根柱子,除4個入口采用玻璃外,其他地方如屋面、墻面主要采用ETFE充氣膜材料。ETFE充氣膜材料料質本身輕,保溫、隔熱性能良好,透光、防雨、具備自潔功能,它在歐洲運用了十幾年,多用于冬季花園和游泳館的覆蓋,使用的最 大面積為3萬平方米。在水立方工程中使用ETFE充氣膜材在我國是第 一次。

                  在工程施工過程中,工程量比原設計方案增加了,再加上頻繁的設計變更和大量的深化施工圖設計工作,使施工難度增大。ETFE氣枕所受風荷載較大,通過在部分充氣膜外側增加一層附加膜,增加了抗風壓性能。

                  焊接、防水技術應用

                  據了解,由于建筑造型為充滿水的立方體,為體現出不同形狀的水滴充滿整個空間的設計理念,屋面及支撐墻結構由延性空間剛框架結構構成水滴的骨架,里外兩層框架分別外包ETFE膜結構,體現出水滴的流動狀態。水滴的不規則形狀決定了剛框架桿件空間變化的不規則性,導致剛框架桿件的空間性、多樣性。鋼結構共約6700噸,節點9843個,桿件數量將近20670根,對制作、現場測量、安裝、焊接、卸載等提出了極高的要求。

                  為了實現多面體空間鋼框架結構,需要在空中把一根根鋼桿件當成氣泡的邊棱,逐個在空中按照設計好的位置固定,再與連接邊棱的鋼球焊接,制成氣泡形狀。跟鋼材細碎的品種對應的是,制作鋼構件時的機械化加工率也很低。水立方的外墻和里層由上千個氣泡組成,而要把鋼梁拼成氣泡形狀、找到鋼梁在空中的準確位置非常困難。

                  立面ETFE氣枕焊縫位置自上至下貫穿一線。氣枕剪裁及焊接技術對此提供了強有力的保障。在對ETFE膜材進行剪裁時,運用了ETFE氣枕找形測試架及氣枕預成型技術。焊接時運用了直線焊接技術,其優點在于焊接精度高、焊接強度好、焊接效率高,對于超大型氣枕還使用了特制的加長焊接設備。

                  該項目防水方面的做法也可圈可點。據了解,水立方采用了多重密封防水構造,具有良好的密封性。墻面密封系統采用“鋁型材+復合膠條”形式,在氣枕連接處形成三道密封、兩個等壓腔。復合膠條是由三元乙丙實體和海綿體復合而成,該種膠條的采用,很好地解決了水密問題,同時優化了外視效果,使現場安裝更加方便、快捷,并在建筑的外表面形成了連續的防水屏障。排水方面,氣枕夾具設有內部排水系統,使滲入到夾具內的水通過排水通道排到室外。天溝內采用優質防水及保溫材料,并與虹吸排水系統緊密聯系。這種結構形式的采用,使屋面更好發揮其防水功能。

                  水立方工程共應用住房和城鄉建設部推廣的建筑業10項新技術中的45個子項新技術。多項新技術的應用,特別是鋼結構、膜結構及復雜機電技術的應用,極大滿足了國家游泳中心工程的使用功能的要求,提升了各相關行業的整體水平,多項技術填補了國內空白,達到了國際先進水平,為大型體育場館、多面體剛架結構、ETFE氣枕的推廣應用提供了參考價值。

                  張拉膜結構

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