四、参考资料

“水立方”结构设计

走近“水立方”，最先吸引人们目光的就是包裹着整个场馆的一个个形状各异的气枕。“水立方”的建筑外围护是内、外两层ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜结构，由3000多个气枕组成，覆盖面积达到11万平方米。这些气枕大小不一，形状各异，最大的约90m²，最小不足1平方米。“水立方”的膜结构使用的ETFE材料，在国内尚属首次。据介绍，这种材料质地轻巧，但强度却超乎想象。气枕充好气后，汽车压过去都没有问题。此外，这种材料的延展性，耐火、耐热性也都非常突出。比如延展性，拉到它本身的3～4倍那么长都不会断裂。而达到280℃以上它才能被烧一个窟窿，而且不扩散，没有烟，也不会继续燃烧。“水立方”顶部设计了很细的钢丝网，以阻止小鸟飞落。此外，为防止人为破坏，“水立方”周围特意设计了一条“护城河”。而在场馆内部，膜结构从二层搭起，观众只有从东南入口沿一个螺旋楼梯上去找到“泡泡吧”，才能在那里亲手摸到这层膜。许多人还担心膜容易被锐器扎破。其实，“水立方”的膜结构并不像很多人猜想的那样脆弱。实际上，这层膜比较结实，只有用很尖的锐器才能扎破。退一步说，就算出现局部的损坏也无碍整体，每个气枕都是独立的，气泵会自动充气。此外，用专用ETFE胶带修补表层也非常容易，就像用透明胶带粘东西一样。ETFE膜还有很强的自洁性。由于这种材料的摩擦系数很小，不易附着尘土。即使粘上些尘土，只要下点小雨，或用水一冲，膜就能被立刻冲洗干净。“水立方”的表面柔和温润，事实上，支撑起“水立方”的钢构件总数达30513根，连接球节点达到9843个。业内人士都知道，“水立方”的钢结构设计施工难度一点都不亚于“鸟巢”。如果是搭一个传统的房子，就是横的梁，竖的墙就可以了，都在一个平面上。而“水立方”因为要创造水分子的感觉，每个气枕都是不规则的多面体，所以需要的钢架构也完全是三维空间的十二面体或者十四面体，而要搭建这样的钢结构在世界上也是第一次。由于“水立方”的组成部分都是不规则的多边形，如果进行平面焊接，再吊装整体组合，多点空中定位连接的误差不好控制，而且累加的误差像滚雪球般越积越大，工程质量无法保证。工程师们试了GPS（全球定位系统）定位、激光定位等很多办法，让工程进度猛增了3倍。3万多根杆件、将近1万个连接球在专门负责定位的工人的传递下对号入座，在300多名焊过军舰的顶级焊工手里，像堆积木似地快速而准确地拼插在一起。巧妙的施工方式加上熟练的焊接技术，使“水立方”的钢结构工程进度突飞猛进，工地高峰时每天杆件的焊接速度最高达到200多根。2006年6月16日上午，随着数千吨脚手架和千斤顶被拆解撤场，“水立方”钢结构支撑体系成功卸载。在脱离了支撑体系的保护之后，“水立方”的钢结构体系完全达到了设计要求。在沉降幅度240mm的理论指标下，“水立方”的实际沉降只有81mm。

至此，结构新颖独特的“水立方”钢结构，依靠自己的力量“立”了起来。

五、教学准备

课前准备“水立方”、“鸟巢”、中国国家大剧院、港珠澳大桥、蜂窝结构、恒山悬空寺的视频或照片材料，最好能找到有力学分析讲解的视频。有条件的学校可以准备好具有桁架结构的桥梁模型和具有薄壳结构的建筑小模型，便于课堂上的情景导入，激发学生的学习兴趣。

——完——