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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划水立方的材料水立方工程项目中的ETFE膜的应用沈阳建筑大学材料学院高分子材料与工程13级01班摘要：“水立方”是国内首次采用ETFE膜结构的建筑物，也是国际上面积最大、功能要求最复杂的膜结构系统。ETFE膜，即乙烯-四氟乙烯共聚物，有着耐腐蚀的性能，遇火破裂而无有毒气体产生。ETFE膜通常厚度小，自重轻，延展性好，表面具有高抗污，易清洗的特点寿命在2535年，属于可循环利用材料。材料历史：ETFE的中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物，它是上世纪70年代最早由杜邦公司开发成功的，当时主要用作
2、航空工业中的绝缘材料。随后人们发现这种材料在使用时可以做成片状，也可以制成一种薄而耐用的膜，再加上材料本身具有的透明、自洁等性能，ETFE很快就成为替代像玻璃这样的传统材料的最佳材料。许多工程证明了它是一种可信赖且经济实用的屋顶材料。材料性质和特点：ETFE膜一般厚度仅有毫米。把两层或者更多层的膜“缝制”在一起，向里面充气后，形状就像一个枕头，所以被称为气枕。它可以充当建筑物的外墙，而且耐久性很好。“水立方”的墙体就是由3000多个这样的气枕组成。由这种膜材料制成的屋面和墙体质量轻，不仅如此，这种膜还具有自清洁功能，使灰尘不易附在其表面，清洁周期大约为5年。这将保证“水立方”以后的日常维护费用
3、较少。另外，合理的成本也是其竞争优势之一，覆盖层加上结构的费用只有玻璃的一半，而使用寿命却长达35年。材料性能：物料性能：1、长期使用温度-80-220度，有卓越的耐化学腐蚀性，对所有化学品都耐腐蚀，摩擦系数在塑料中最低，还有很好的电性能，其电绝缘性不受温度影响，有“塑料王”之称。2、其耐化学药品性与聚四氟乙烯相似，比偏氟乙烯好。3、其抗蠕变性和压缩强度均比聚四氟乙烯好，拉伸强度高，伸长率可达100-300。介电性好，耐辐射性能优异。成型性能：1.结晶料,吸湿小。可采用通常得热塑性塑料得加工方法加工成制品。2.流动性差，极易分解，分解时产生腐蚀气体。宜严格控制成型温度不要超过350度，模具应加
4、热至100-150度，浇注系统对料流阻力应小。可成型毫米厚的薄壁简单制品。3.透明粒料，注塑、挤出成型。成型温度300-330度，350度以上容易引起变色或发生气泡。宜高速低压成型，并注意脱模会较困难。发展前景：作为大型比赛场馆的建筑材料用ETFE膜，更大的优势还在于可以被加工成任何尺寸和形状，满足大跨度的需求，节省了中间支撑结构。作为一种充气后使用的材料，它可以通过控制充气量的大小，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，同时起到保温隔热作用。正是由于这一特性，才保证了国家游泳中心室内光热得到最大程度的平衡。尽管ETFE膜在国外已经有近30年的应用历史，但在国内还是首次使用。化
5、工新材料的应用，让“水立方”在所有奥运场馆中显得格外与众不同。它不仅带给人们视觉上的美感，还让人们充分感受到科技与奥运完美结合的魅力采用同样材料作为表皮的其它建筑：伊甸园植物馆表面材料由一层ETFE膜嵌入三层充气雪等荷载来调节气垫压以适应不同的情况，透明的材质使其光线充裕明亮，同时起到隔热的效果。对于植物来说，充裕的光线渗透有利于园内植物的生长培育，减少能耗，促进了内外空间的交流。国家游泳中心国家游泳中心：国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，XX年北京奥运会物之一。其与国家体育场分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。建筑档案：建设地点：北京奥林匹克公园建筑造价
6、：约亿业主单位：北京市国有资产经营有限责任公司设计单位：中建设计联合体、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计施工单位：中建一局建设发展有限公司场馆介绍：国家游泳中心又被国家游泳中心夜景称为“水立方”，位于北京奥林匹克公园内，是北京为XX年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是XX年北京奥运会标志性建筑物之一。它的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”方案。XX年12月24日开工，在XX年1月28日竣工。其与国家体育场(俗称鸟巢)分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。国家游泳中心规划建设用地62950平方米，总建筑面积65000-80000
7、平方米，其中地下部分的建筑面积不少于15000平方米，长宽高分别为177m177m30m。到目前，来自101个国家和地区的35万多港澳台同胞及海外侨胞共捐献了亿人民币。场馆设计：国家游泳中心的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”方案。该方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。设计体现出H2O3(“水立方”)的设计理念，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足XX年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。国家游泳中心由北京市国有资产经营公司负责建设、管理和运营，于XX年年底开工，XX年底前完工并投入试运
8、行，接受国际游泳联合会和国际奥林匹克运动委员会的检查和验收。“水立方”是北京奥运会国家游泳中心，它的膜结构是世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过，创意十分奇特。“水立方”的墙面和屋顶都分内外三层，设计人员利用三维坐标设计了3万多个钢质构件，这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国自主创新的科技成果，他们填补了世界建筑史的空白。设计理念：“水立方”位于奥林匹克公园B区西侧，和国家体育场鸟巢隔马路遥相呼应，建设规模约8万平方米，最引人注意的就是外围形似水泡的ETFE膜。ETFE膜是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光，他
9、的内部是一个多层楼建筑，对称排列的大看台视野开阔，馆内乳白色的建筑与碧蓝的水池相映成趣。国家游泳中心的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”方案。该方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。其中中方设计者：中建国际设计顾问有限公司总裁、总建筑师赵小钧、总工程师毛红卫，PTW建筑事务所的两名主设计师为约翰保林与托比王。设计体现出H2O3的设计理念，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足XX年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。这个看似简单的“方盒子”是中国传统文化和现代科技共同“搭建”而成的。中国人认
10、为，没有规矩不成方圆，按照制定出来的规矩做事，就可以获得整体的和谐统一。在中国传统文化中，“天圆地方”的设计思想催生了“水立方”，它与圆形的“鸟巢”国家体育场相互呼应，相得益彰。方形是中国古代城市建筑最基本的形态，它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求，从而实现了传统文化与建筑功能的完善结合。在中国文化里，水是一种重要的自然元素，并激发起人们欢乐的情绪。国家游泳中心赛后将成为北京最大的水上乐园，所以设计者针对各个年龄层次的人，探寻水可以提供的各种娱乐方式，开发出水的各种不同的用途，他们将这种设计理念称作“水立方”。希望它能激发
11、人们的灵感和热情，丰富人们的生活，并为人们提供一个记忆的载体。为达此目的，设计者将水的概念深化，不仅利用水的装饰作用，还利用其独特的微观结构。基于“泡沫”理论的设计灵感，他们为“方盒子”包裹上了一层建筑外皮，上面布满了酷似水分子结构的几何形状，表面覆盖的ETFE膜又赋予了建筑冰晶状的外貌，使其具有独特的视觉效果和感受，轮廓和外观变得柔和，水的神韵在建筑中得到了完美的体现。轻灵的“水立方”能够夺魁，还在于它体现了诸多科技和环保特点。合理组织自然通风、循环水系统的合理开发，高科技建筑材料的广泛应用，都共同为国家游泳中心增添了更多的时代气息。泳池也应用了许多创新设计，如把室外空气引入池水表面，带孔的
12、终点池岸，视觉和声音出发信号等，这将使比赛池成为世界上最快的泳池。建筑工程实例分析水立方摘要：国家游泳中心作为XX年北京奥运会的重要场馆，以其独特的建筑外形吸引着全球的目光。“水立方”采用新型多面体空间结构，并在单纯被切割的空间结构上加以优化，形成了特殊的空间结构。建筑的外表面全部由ETFE充气膜覆盖，建筑充分利用ETFE充气膜的优势，细化膜结构的构造，形成完整、封闭，具有良好物理性质的使用空间。本文从“水立方”这一建筑实例出发，着重分析建筑的多面体空间结构，和特殊的膜结构，以及在膜结构基础上进行的排水、保温、隔热、隔声构造处理。关键词：水立方多面体空间结构ETFE膜结构1工程概况国家游泳中心
13、位于奥林匹克大道的西侧，占地61295，在国家主体育场以西约200m。由中建总公司牵头、联合中建国际(深圳)设计顾问有限公司、澳大利亚PTW建筑师事务所和悉尼ARUP工程顾问有限公司组成的设计联合体提交的“水立方”方案在严格的国际竞赛中胜出成为国家游泳中心的实施方案。“水立方”由中方建筑师提出的方型建筑造型体现了与国家体育场(“鸟巢”)的和谐共生,由ARUP工程师创造的摹仿水泡组合形式的全新结构形式，具有高度重复性又呈现出一种随机无序的总体感觉，屋面和墙体内外统一采用ETFE充气枕覆盖，整体建筑形态简洁纯朴而又富于变化。“水立方”的平面尺寸为，高度约31m，地下2层，地上主体单层、局部5层。建
14、筑外包钢结构屋盖和墙体采用新型多面体空间刚架结构,屋盖厚71211m，墙体厚31472m和51876m。墙体底部支承于11009m(外墙落地墙)和61350m(内墙及门洞)标高的钢板2混凝土组合梁平台上。“水立方”的覆盖结构采用ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)充气枕结构，屋盖和墙体的内外表面均覆以ETFE充气枕，最大的单个气枕面积约71、跨度9m左右,ETFE膜材的用量约30万平方米。上：赛后座位工程区位下：赛时座位2多面体空间钢架结构的构造分析国家游泳中心工程地上钢结构墙体和屋盖为新型多面体的空间钢架结构体系，多面体的空间钢架结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，即用两种不同的单元体，一种是
15、14面体，另外一个为12面体，将三维空间细分为若干小部分，每个部分的体积相等但保证接触表面积均最小”这种多面体组合被称为wp多面体。“水立方”结构几何体的基本模型是基于优化改良的多面体组合建立起来的。其几何体是这样形成的：首先生成一个比水立方建筑的的更大的多面体阵列，再把这个阵列围绕(1,1,1)矢量轴旋转60，在多面体阵列中切出立方体的建筑外形。然后在立方体的内部挖去内部使用空间，这样便切出了屋盖和墙体结构。多面体单元在两个切割平面上切出的屋盖结构的上弦、下弦杆件和墙体结构内外表面弦杆，两个切割平面之间的多面体棱边便为结构的腹杆。新型多面体空间刚架结构最基本的特点是其几何构成不同于传统的空间。传统网格结构都是由简单基本单元(例如三角锥，四角锥等)组合而成,而这种新结构则由复杂的类WP多面体单元填充的实体减去不需要的空间而得到，基本类WP多面体单元一个角点(即结构中的节点)上只有四条边(即结构中的杆件)与之相连,而传统网架一个节点上至少有6根杆件与之相连,角点形式只有三种,一共只有四种边长，类WP多面体阵列经旋转、切割形
