鋼結(jié)構(gòu)

以鋼材制作為主的桁架結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。桁架鋼材結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動(dòng)力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)；加工精度高、效率高、密閉性好，故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點(diǎn)是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受重力荷載作用的廠房結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、高聳電視塔和桅桿結(jié)構(gòu)、橋梁和庫(kù)等大跨結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑等。鋼結(jié)構(gòu)今后應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材，大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。鋼結(jié)構(gòu)又分輕鋼和重鋼。

膜結(jié)構(gòu)

索膜結(jié)構(gòu)是用高強(qiáng)度柔性薄膜材料經(jīng)受其它材料的拉壓作用而形成的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由、輕巧、柔美，充滿力量感，阻燃、制作簡(jiǎn)易、安裝快捷、節(jié)能、易于、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。

“鳥(niǎo)巢”和“水立方”兩個(gè)奧運(yùn)主要場(chǎng)館的建設(shè)，就是鋼結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)的典型范例。 

鳥(niǎo)巢

國(guó)家體育場(chǎng)(“鳥(niǎo)巢”)是2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)，位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000㎡。場(chǎng)內(nèi)觀眾坐席約為91000個(gè)，其中臨時(shí)坐席約11000個(gè)。由2001年普利茨克獎(jiǎng)獲得者赫爾佐格、德梅隆與中國(guó)建筑師李興剛等合作完成的巨型體育場(chǎng)設(shè)計(jì)，形態(tài)如同孕育生命的“巢”，它更像一個(gè)搖籃，寄托著人類對(duì)未來(lái)的希望。設(shè)計(jì)者們對(duì)這個(gè)國(guó)家體育場(chǎng)沒(méi)有做任何多余的處理，只是坦率地把結(jié)構(gòu)暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀?！傍B(niǎo)巢”外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國(guó)家體育場(chǎng)建筑頂面呈鞍形，長(zhǎng)軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點(diǎn)高度為68.5米，最低點(diǎn)高度為42.8米。2008年奧運(yùn)會(huì)期間，這里舉行了奧運(yùn)會(huì)、殘奧會(huì)開(kāi)閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運(yùn)會(huì)后成為北京市民廣泛參與體育活動(dòng)及享受體育娛樂(lè)的大型專業(yè)場(chǎng)所，并成為具有地標(biāo)性的體育建筑和奧運(yùn)遺產(chǎn)。 

鳥(niǎo)巢外景

鳥(niǎo)巢的焊接結(jié)構(gòu)示意圖  

鳥(niǎo)巢的主要結(jié)構(gòu)是由24個(gè)桁架組成。上圖中第一個(gè)是其中兩個(gè)桁架的端部。上圖中第二個(gè)所見(jiàn)約有6-7個(gè)桁架，桁架之間有斜桿連結(jié)，保持穩(wěn)定。其它看起來(lái)雜亂的桿件，不是主結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，只是放上去做成‘鳥(niǎo)巢’效果的。 

主結(jié)構(gòu)的桁架都已經(jīng)完成。這些是次要構(gòu)件的加工?？矗鄰?fù)雜啊，鋼板都弄成彎曲，還要扭曲，按著電腦計(jì)算出來(lái)的曲度加工拼裝。 

那些拼裝了的構(gòu)件，將會(huì)吊到上面，在現(xiàn)場(chǎng)焊接?？吹皆谏厦娴墓ぷ髋_(tái)吧。為了做成鳥(niǎo)巢效果，所有構(gòu)件的外部尺寸大小都一樣，其實(shí)鋼板厚度各有不同。主構(gòu)件受力大的，鋼板很厚。那些次要構(gòu)件，就用薄薄的鋼板。這些都要結(jié)構(gòu)師通過(guò)復(fù)雜而精密的計(jì)算定出來(lái)。 

工人在焊接之后要補(bǔ)上油漆。

鳥(niǎo)巢里面

結(jié)構(gòu)桁架其實(shí)也算是傳統(tǒng)的桁架形式（橫梁是一種叫Vierendeel Truss的結(jié)構(gòu)），但通過(guò)高低不同，24個(gè)桁架繞著一周排列，就做成平面橢圓型的布局，然后看上去好像就雜亂無(wú)章。那些紅色的塔，只是臨時(shí)的支撐，回頭會(huì)拆掉。 

水立方

國(guó)家游泳中心又被稱為“水立方”（Water Cube），位于北京奧林匹克公園內(nèi)，是北京為2008年夏季奧運(yùn)會(huì)修建的主游泳館，也是2008年北京奧運(yùn)會(huì)標(biāo)志性建筑物之一。它的設(shè)計(jì)方案，是經(jīng)全球設(shè)計(jì)競(jìng)賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H₂O]₃）方案。2003年12月24日開(kāi)工，在2008年1月28日竣工。其與國(guó)家體育場(chǎng)(俗稱鳥(niǎo)巢)分列于北京城市中軸線北端的兩側(cè)，共同形成相對(duì)完整的北京歷史文化名城形象。國(guó)家游泳中心規(guī)劃建設(shè)用地62950平方米，總建筑面積65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面積不少于15000平方米，長(zhǎng)寬高分別為177m×177m×30m。2008年奧運(yùn)會(huì)期間，國(guó)家游泳中心承擔(dān)了游泳、跳水、花樣游泳等比賽，可容納觀眾坐席17000座，其中永久觀眾坐席為6000座，臨時(shí)性座位11000個(gè)。賽后將建成為具有國(guó)際先進(jìn)水平的、集游泳、運(yùn)動(dòng)、健身、休閑于一體的中心。 

水立方外景 

水立方，這是從場(chǎng)館里面看

這套結(jié)構(gòu)卻是一點(diǎn)也不傳統(tǒng)了。外承重墻（空心的）厚3.5米，屋頂結(jié)構(gòu)（也是空心的）高7米，都是用同一種空間結(jié)構(gòu)做成。這結(jié)構(gòu)是利用一系列的多面體，桿件互相受拉受壓組成，如下圖。 

工人正在為外立面鋪上雙層的PTFE膜。這是一種超強(qiáng)的物料，一般天幕結(jié)構(gòu)采用的。外墻的外面、里面，屋頂?shù)捻斆?、天棚，都各鋪上兩?/span>PTFE（聚四氟乙烯）膜。 

風(fēng)管沿著多面體桿件走，向雙層膜當(dāng)中送氣，如下圖。 

膜鼓起了，就是水泡泡啦。 

屋頂?shù)挠晁ㄟ^(guò)許多虹吸雨水管排下來(lái)再帶走。 

場(chǎng)館內(nèi)通風(fēng)、排煙系統(tǒng)。設(shè)計(jì)顧及外觀，排風(fēng)排煙到屋頂上，也通過(guò)設(shè)計(jì)處理，不會(huì)破壞屋面的水泡泡效果。 

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