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水立方最動(dòng)人的視覺效果就是無論從場館內(nèi)外任何角度來看，都可以看到一個(gè)個(gè)緊密相連的半透明的水泡，而看不到一根多余的鋼梁。那么，水泡和鋼梁怎樣融為一體呢？一百多年前的科學(xué)家羅德.科爾文就提出了這個(gè)“氣泡理論”。他說，其實(shí)自然界中很多物質(zhì)的排列結(jié)構(gòu)，都是以這種氣泡的結(jié)構(gòu)方式組成的,據(jù)說這個(gè)氣泡理論便是解決"水立方"結(jié)構(gòu)問題的基礎(chǔ)。"水立方"整個(gè)的構(gòu)件是兩萬個(gè)桿件，一萬個(gè)球，一共加起來是三萬個(gè)構(gòu)件組成這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體系。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)，每一個(gè)桿件都是不一樣的。
國家游泳中心"水立方"的墻體和屋蓋結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性地采用了新型多面體空間剛架結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)的弦桿選用矩形鋼管、腹桿選用圓鋼管,節(jié)點(diǎn)為焊接球節(jié)點(diǎn).雖然結(jié)構(gòu)的構(gòu)成類似網(wǎng)架結(jié)構(gòu),但結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀況完全不同于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的二力桿,而表現(xiàn)為類似空腹網(wǎng)架的剛接梁.桿件內(nèi)力包含彎矩、軸力、剪力、扭矩,彎曲應(yīng)力大于軸向應(yīng)力,所以結(jié)構(gòu)的優(yōu)化較為復(fù)雜。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中的優(yōu)化內(nèi)容：
強(qiáng)墻弱蓋優(yōu)化：墻體桿件和屋蓋桿件選用不同應(yīng)力水平控制;
截面類型優(yōu)化：放棄加勁肋截面而改用緊湊型截面,充分發(fā)揮截面塑性,提高結(jié)構(gòu)延性;
幾何構(gòu)成"雜交"優(yōu)化：將屋蓋下弦貫通內(nèi)墻,為減小屋蓋與墻體交界處桿件過大的彎曲應(yīng)力而附加少數(shù)腹桿,形成局部匯交力系。
"鉸接"優(yōu)化：采用鉸接計(jì)算處理策略,將少數(shù)彎曲應(yīng)力較大無法滿足規(guī)范要求的桿件兩端處理為鉸接,加強(qiáng)其周圍相關(guān)桿件,再剛接迭代計(jì)算,較好滿足承載力要求;
"強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件"優(yōu)化：提高結(jié)構(gòu)延性,確保桿端焊縫破壞晚于桿件屈服。
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