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        水立方的膜力
        
                    
        作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時(shí)間：2009-12-23 10:01:56					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
         

               
        
               
          
				
          
　　北京奧運(yùn)會(huì)重點(diǎn)工程、國家游泳中心“水立方”即將全部竣工，目前，其內(nèi)部裝修已近尾聲，預(yù)計(jì)全部工程將在1月28日結(jié)束。很快，水立方將上演它的“處女秀”――1月31日~2月5日“好運(yùn)北京”中國游泳公開賽將在這里舉行。
          

          
　　“這是一種東方式的思維，一種尋找事物間均衡關(guān)系的努力?！彼⒎巾?xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人張偉（化名）介紹。
          

          
　　“中外合作設(shè)計(jì)在中國已不是新鮮事，但是很多情況下合作得并不完美。經(jīng)常是外方做方案概念，中方深化設(shè)計(jì)，在這個(gè)過程中由于缺乏一方積極參與的主動(dòng)性而使合作更多時(shí)候僅僅是一種分工。而在本次合作中，中方設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)中始終處于主導(dǎo)地位，對(duì)設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行了強(qiáng)有力的控制?！睆垈フf。
          

          
　　隨著對(duì)張偉采訪的深入，記者也被帶進(jìn)了這個(gè)巨大的水世界。
          

          
　　沒用一根鋼筋、一塊混凝土的建筑
          

          
　　沒有使用一根鋼筋、一塊混凝土，這個(gè)矗立在我們面前的“水立方”占地7.8公頃，由5個(gè)游泳區(qū)、1.7萬個(gè)席位組成。
          

          
　　如果說規(guī)矩的四方體會(huì)讓人感到乏味的話，那么氣泡和自由結(jié)構(gòu)的加入，就使得“水立方”凸顯出很濃的浪漫氣息。站在“水立方”面前，發(fā)現(xiàn)其表面上自由的結(jié)構(gòu)并非初看上去的雜亂無章，一種極為嚴(yán)格的數(shù)字邏輯蘊(yùn)含其中。似乎能穿透平靜的第一印象，看到漫天的水泡，仿佛置身在水中。
          

          
　　雖然外界之前對(duì)于水立方外表膜結(jié)構(gòu)的報(bào)道也不少，但似乎還有很多我們不知道的科技。到底這種膜有何“魔力”？
          

          
　　“水立方”的屋蓋和墻體的內(nèi)外表面均覆以ETFE（ETFE是Ethylene Tetra Fluoro Ethylene乙烯―四氟乙烯共聚物的縮寫）氣枕，單層氣枕覆蓋面積達(dá)10萬平方米，落成后將成為世界上最大的ETFE工程，同時(shí)也成為單個(gè)氣枕最大、擁有內(nèi)、外兩層氣枕結(jié)構(gòu)的獨(dú)一無二的建筑物。
          

          
　　ETFE氣枕不僅在視覺效果上充分滿足了建筑美學(xué)對(duì)水的形態(tài)――泡沫狀態(tài)下水分子結(jié)構(gòu)的表達(dá)，同時(shí)也最大限度的配合了主體鋼結(jié)構(gòu)“泡沫”結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
          

          
　　ETFE是一種無色透明的顆粒狀結(jié)晶體。由ETFE生料擠壓成型的膜材是一種典型的非織物類膜材，為目前國際上最先進(jìn)的薄膜材料。它具有質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、抗拉伸、延展性好、抗紫外線和化學(xué)物質(zhì)侵襲能力強(qiáng)、自潔性好、透明度高、熔點(diǎn)高等優(yōu)勢(shì)。
          

          
　　“實(shí)際應(yīng)用中通常采用兩層或者多層ETFE膜，將氣枕邊緣固定并向空腔內(nèi)充氣形成氣枕。內(nèi)壓使ETFE薄膜產(chǎn)生張力，生成初始形狀并提供氣枕的剛度。氣枕在外部荷載的作用下，通過表面張力將平面外荷載轉(zhuǎn)化為平面內(nèi)應(yīng)力，并傳遞至氣枕邊框上進(jìn)而傳遞至主體結(jié)構(gòu)上?！睆垈フf。
          

          
　　氣枕內(nèi)壓可根據(jù)外部荷載而調(diào)整
          

          
　　如果近距離的觀看“水立方”，可以發(fā)現(xiàn)，屋面、外立面和內(nèi)立面分別采用了四層膜、三層膜和兩層膜的ETFE氣枕，氣枕邊緣通過鋁合金夾具和鋼轉(zhuǎn)接件固定到主體鋼結(jié)構(gòu)上。
          

          
　　建筑物表面承擔(dān)著抵抗外部風(fēng)荷載、雪荷載和熱量的工作；內(nèi)表面被設(shè)計(jì)為防潮層，為空中維護(hù)的人員提供保護(hù)。根據(jù)建筑物不同部位的風(fēng)荷載，本項(xiàng)目對(duì)外立面和屋面的局部氣枕進(jìn)行了加固處理以抵抗相對(duì)較大的風(fēng)荷載。
          

          
　　加固方法是在氣枕外表面附加一層ETFE膜材，該層膜材與原氣枕最外層ETFE膜之間采用真空處理，使兩層膜在風(fēng)荷載作用下共同工作。
          

          
　　與ETFE充氣枕相配套的充氣系統(tǒng)能保持氣枕內(nèi)部壓力的恒定，氣枕內(nèi)壓約為200MPa，外凸矢高為氣枕對(duì)角線長(zhǎng)度的15％。當(dāng)屋里積雪較多時(shí)，氣枕的充氣系統(tǒng)將提高屋面氣枕的內(nèi)壓至550MPa，同時(shí)加大外凸矢高，以增加氣枕的抗壓能力不至于被積雪壓垮。最基本的充氣系統(tǒng)包括可以進(jìn)行濕度控制的鼓風(fēng)機(jī)，它里面的過濾器可以防止?jié)駳夂突覊m進(jìn)入氣枕內(nèi)。比較先進(jìn)的充氣系統(tǒng)可以和傳感器相連，以使得氣枕內(nèi)壓可以根據(jù)外部荷載的變化而進(jìn)行調(diào)整。
          

          
　　科技零件組裝“水立方”
          

          
　　走進(jìn)“水立方”的內(nèi)部，更有很多不為人知的科技秘密。
          

          
　　剛一坐到觀眾看臺(tái)上，就覺得腿和腳都熱烘烘的。原來，在體育館內(nèi)的一些看臺(tái)和座位底下都有加熱系統(tǒng)的出風(fēng)設(shè)備，雖然是水上項(xiàng)目，也絕對(duì)不會(huì)感覺潮濕和寒冷。
          

          
　　“這里的空調(diào)系統(tǒng)是恒溫的，為25~27度，”張偉說。在場(chǎng)館大廳內(nèi)大聲咳嗽一聲，幾乎聽不到任何聲音的回響，“這就是我們引以為豪的聲學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)樵胍艉苋菀子绊戇\(yùn)動(dòng)員的情緒，之前就有一些運(yùn)動(dòng)員因?yàn)樵胍魮屘那闆r?！睆垈バχf。
          

          
　　因此，“水立方”根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定及聲學(xué)專家的意見，確定了此類建筑的聲學(xué)控制指標(biāo)，對(duì)于泳池比賽大廳，采用了一系列的固定措施及臨時(shí)措施，比如在場(chǎng)館的各個(gè)地方都安裝了吸音設(shè)備和材料及鋁合金吸音板等，成功地將混響時(shí)間控制在2.5s以內(nèi)，同時(shí)也解決了雨噪聲的問題，確保此建筑物符合奧運(yùn)會(huì)的聲學(xué)要求。
          

          
　　“為什么室內(nèi)的游泳館可以不開燈？”
          

          
　　“這就是‘水立方’另一個(gè)值得驕傲的地方，自然采光?！睆垈ソ榻B，由于所作圍護(hù)結(jié)構(gòu)是一種透明/半透明的結(jié)構(gòu)體系，充分利用自然光成為這一建筑物的一個(gè)亮點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)，既克服了大量眩光、直射光在建筑物內(nèi)出現(xiàn)，又實(shí)現(xiàn)了自然光利用時(shí)數(shù)年平均9.9小時(shí)/天。
          

          
　　此外，設(shè)計(jì)師還設(shè)計(jì)了符合建筑師要求的立面照明系統(tǒng)，比賽的時(shí)候，場(chǎng)館內(nèi)將會(huì)展現(xiàn)水立方的整體感和純凈感，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“海藍(lán)水波”、“深海探秘”、“水火交融”、“碧波蕩漾”等場(chǎng)景。
          

          
　　“目前，對(duì)于立面外部投影，現(xiàn)正聯(lián)合國內(nèi)最先進(jìn)的科研單位，聯(lián)合攻關(guān)，目前投影樣機(jī)已研制，正處在實(shí)驗(yàn)階段?！睆垈フf。
          

          
　　控制氣流 保證不結(jié)露水
          

          
　　由于游泳館長(zhǎng)期處于高溫、高濕的環(huán)境下，防結(jié)露一直是室內(nèi)泳池設(shè)計(jì)的一個(gè)重大課題?！八⒎健钡姆澜Y(jié)露手段，首先是從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工要求開始的。通過設(shè)計(jì)，ETFE圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)屋頂達(dá)到0.69 W/3，墻面達(dá)到0.89 W/3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高級(jí)玻璃幕墻的傳熱系數(shù)，不僅使此建筑物符合國家有關(guān)公共建筑節(jié)能規(guī)范的要求，也為游泳池防結(jié)露提供了一個(gè)前提。
          

          
　　同時(shí)，“水立方”設(shè)計(jì)還結(jié)合國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)游泳池和戲水池的大空間氣流組織。通過CFD模擬等高科技設(shè)計(jì)手段，科學(xué)布置送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)口，保證上部空間氣流的換氣次數(shù)。為了確保不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，還在緊貼屋頂下部的馬道下單獨(dú)布置了防結(jié)露加熱送風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)立面，也布置了防結(jié)露送風(fēng)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)也設(shè)計(jì)了池水覆蓋等簡(jiǎn)單實(shí)用的手段，確保不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。
          

          
　　另外，“水立方”在太陽能被動(dòng)池水加熱及水資源的有效使用和循環(huán)利用方面、比賽大廳空氣調(diào)節(jié)氣流組織方面、ETFE鍍斑點(diǎn)減小遮陽系數(shù)及雙層墻通風(fēng)技術(shù)上、充分利用冷凍機(jī)廢熱加熱生活用水、太陽能遮陽亭的設(shè)計(jì)使得光伏發(fā)電技術(shù)和建筑景觀設(shè)計(jì)完美結(jié)合等方面，都做了創(chuàng)新并達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
          
　　 
          
來源：中國經(jīng)營報(bào)
          
		
				
				

            
          				
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          文章標(biāo)題
          
            
          
        
        
     
        
     
     
        
     
     


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