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膜結構工程,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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