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水立方”即中國國家游泳中心,是大的膜結(jié)構(gòu)工程,也是一個完全由膜結(jié)構(gòu)來進行全封閉的大型公共建筑。2003年7月,“水立方”的設計方案確定,12月正式奠基,經(jīng)過近5年的建設,終建設完成。
建成之后的“水立方”是一個177米X177米的方形建筑,高31米,建設規(guī)模約8萬平方米,其中突出的設計便是膜結(jié)構(gòu)氣枕。整個建筑在鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面分別布置有氣枕,即屋面和墻面均為雙層充氣膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。另外的還是與建筑施工設計的有關(guān),結(jié)構(gòu)的合理的受力的是均勻的,也會是大大的是延長了膜結(jié)構(gòu)的一個的壽命。形狀不規(guī)則、大小不一的氣枕按照一定的規(guī)律排布在屋面和墻面的內(nèi)外表面上。安裝成功的氣枕可以通過事先安裝在鋼架上的充氣管線充氣變成“氣泡”,整個充氣過程由電腦智能監(jiān)控,并根據(jù)當時的氣壓、光照等條件使得“氣泡”保持狀態(tài)。
膜結(jié)構(gòu)的設計也迥異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。柔性的膜材的是僅當賦予的是適當?shù)念A張力的時才具有確定的形狀和抵抗外荷載的剛度,才是真正的是成為“結(jié)構(gòu)”的,因此初始形態(tài)分析在膜結(jié)構(gòu)設計中具有基本意義。裁剪分析是膜結(jié)構(gòu)設計中又一個特殊問題:膜結(jié)構(gòu)的曲面形狀一般來說是不可展的,裁剪分析就是要求在平面膜材上合理放樣,以盡可能地擬合空間曲面上的相應條塊。當膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時,可產(chǎn)生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的。而且,膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)分析和裁剪分析不僅是單純的力學問題或技術(shù)問題;其初始形態(tài)分析與建筑造型密不可分,而膜材拼縫構(gòu)成的圖案經(jīng)常是重要的室內(nèi)裝飾手段和表現(xiàn)內(nèi)部空間的有力工具。所以膜結(jié)構(gòu)的設計從一開始就要求建筑師與結(jié)構(gòu)工程師緊密配合、相互協(xié)作。事實上,這種新穎體系的建筑方案和結(jié)構(gòu)方案是統(tǒng)一的整體,應當是結(jié)合在一起同時進行并完成的。
以前的裁剪的方法都是無法的是給出曲面任一點處的曲率。而本軟件的是因為采用的是曲面膜的單元,所以是可以的是得到每個單元的曲率的。如果是相鄰單元曲率的是相差很大的,說明是在這個的位置,曲面的扭曲的很嚴重,如果裁剪縫在此處不切斷重新開始,那么裁剪膜塊的邊界在此處就會有很大的弧形。從相鄰單元曲率的變化趨勢,可以判斷出測地線的大致走向。膜結(jié)構(gòu)工程是一項復雜的工作,包括方案設計,設備選取,材料選擇,施工安裝,后期維護等等?!∈钦倚畏治龅倪^程中的平面的網(wǎng)格劃分的時,就要是考慮的是到膜材料的幅寬的。盡量的是使一塊膜布中包含的膜單元是完整的,否則的還是要是通過插值的計算確定是膜塊邊界點的位置。如果邊界比較平直,可以考慮用一個膜塊的長邊作為這條邊界。否則只能用多個膜塊的短邊拼接成這條邊界。
要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力;而膜結(jié)構(gòu)是通過改變形狀來分散荷載,從而獲得小內(nèi)力增長的。以前的是老式的停車棚的所已經(jīng)是被淘汰的,因為它的使用的年限少,而且是遮風擋雨的效果是并不好的。當膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時,可產(chǎn)生兩種回復力:一個是由幾何變形引起的;另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多,所以要使每一個膜片具有良好的剛度,就應盡量形成負高斯曲面,即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”。