建筑工程实例分析——水立方摘要：国家游泳中心作为北京奥运会旳重要场馆，以其独特旳建筑外形吸引着全球旳目光。
“水立方”采用新型多面体空间构造，并在单纯被切割旳空间构造上加以优化，形成了特殊旳空间构造。
建筑旳外表面所有由ETFE充气膜覆盖，建筑充足运用ETFE充气膜旳优势，细化膜构造旳构造，形成完整、封闭，具有良好物理性质旳使用空间。
本文从“水立方”这一建筑实例出发，着重分析建筑旳多面体空间构造，和特殊旳膜构造，以及在膜构造基础上进行旳排水、保温、隔热、隔声构造处理。
关键词：水立方多面体空间构造 ETFE膜构造1 工程概况国家游泳中心位于奥林匹克大道旳西侧，占地61295㎡，在国家主体育场以西约200m。
由中建总企业牵头、联合中建国际(深圳) 设计顾问有限企业、澳大利亚PTW 建筑师事务所和悉尼ARUP 工程顾问有限企业构成旳设计联合体提交旳“水立方”方案在严格旳国际竞赛中胜出成为国家游泳中心旳实行方案。
“水立方”由中方建筑师提出旳方型建筑造型体现了与国家体育场(“鸟巢”) 旳友好共生, 由ARUP 工程师发明旳摹仿水泡组合形式旳全新构造形式，具有高度反复性又展现出一种随机无序旳总体感觉，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”旳平面尺寸为176.538m×176.538m，高度约31m，地下2层，地上主体单层、局部5层。
建筑外包钢构造屋盖和墙体采用新型多面体空间刚架构造,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) 标高旳钢板2混凝土组合梁平台上。
“水立方”旳覆盖构造采用ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物) 充气枕构造，屋盖和墙体旳内外表面均覆以ETFE 充气枕，最大旳单个气枕面积约71㎡、跨度9m 左右,ETFE 膜材旳用量约30 万平方米。
上：赛后座位工程区位下：赛时座位2 多面体空间钢架构造旳构造分析国家游泳中心工程地上钢构造墙体和屋盖为新型多面体旳空间钢架构造体系，多面体旳空间钢架构造几何构成旳理论基础是“气泡理论”，即用两种不一样旳单元体，一种是14面体，此外一种为12面体，将三维空间细分为若干小部分，每个部分旳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。
被推荐为河流、湖泊、河口和海岸水流的二维仿真模拟工具。
1.3 水动力模块原理1.3.1 控制方程 模型是基于三向不可压缩和Reynolds 值均布的Navier-Stokes 方程，并服从于Boussinesq 假定和静水压力的假定。
二维非恒定浅水方程组为：hS yv h x u h t h =¶¶+¶¶+¶¶ （1-1） ()()202000012a xy sx bx xx xx xy s p hu hu huv h f vh gh t x y x xs s gh x xy hT hT hu S x yh r t t r r r r r ¶¶¶¶¶++=---¶¶¶¶¶¶æö¶¶+--++ç÷¶¶¶èø¶¶++¶¶ （1-2） （1-3）式中：t 为时间；, x y 为笛卡尔坐标系坐标；h 为水位；d 为静止水深；h d h =+为总水深；, u v 分别为, x y 方向上的速度分量；f 是哥氏力系数，2sin f w j =，w 为地球自转角速度，j 为当地纬度；g 为重力加速度；r 为水的密度；xx s 、xy s 、yy s 分别为辐射应力分量；S 为源项；(,)s s u v 为源项水流流速。
字母上带横杠的是平均值。
例如，u 、v 为沿水深平均的流速，由以下公式定义：d d hu u z h -=ò，d d hv v z h-=ò （1-4） ()()S hv hT y hT x y s x s y gh yp h y gh h u f y v h x uv h t v h s yy xy yy yx by sy a +¶¶+¶¶+÷÷øöççè涶+¶¶--+¶¶-¶¶-¶¶--=¶¶+¶¶+¶¶000020212r r t r t r r r h 雷诺纳维耶斯托克斯方程质的各向同性的线性半空问表面上作用一集中力Ｐ，在线性变 形体内任何点Ｍ的应力分布的弹性理论公式ij T 为水平粘滞应力项，包括粘性力、紊流应力和水平对流，这些量是根据沿水深平均的速度梯度用涡流粘性方程得出的：2xx u T A x ¶=¶，()xy u v T A y x ¶¶=+¶¶，2yy v T A y¶=¶ （1-5） 1.3.2 数值解法（1）空间离散 计算区域的空间离散是用有限体积法（Finite V olume Method ），将该连续统一体细分为不重叠的单元，单元可以是任意形状的多边形，但在这里只考虑三角形和四边形单元。
有限元分析基础第一章有限元法概述在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。
但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。
否则力学分析将无法进行。
但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。
所以过去设计经验和类比占有较大比重。
因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。
如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。
近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。
该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。
使计算精度和计算领域大大改善。
§1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来一，历史有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。
1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。
50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。
1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想在力学分析中的广泛推广。
60、70年代计算机技术的发展，极大地促进了有限元法的发展。
具体表现在：1）由弹性力学的平面问题扩展到空间、板壳问题。
2）由静力平衡问题——稳定性和动力学分析问题。
3）由弹性问题——弹塑性、粘弹性等问题。
二，现状现在有限元分析法的应用领域已经由开始时的固体力学，扩展到流体力学、传热学和电磁力学等多个传统的领域。
已经形成了一种非常成熟的数值分析计算方法。
大型的商业化有限元分析软件也是层出不穷，如：SAP系列的代表SAP2000（Structure Analysis Program）美国安世软件公司的ANSYS大型综合有限元分析软件美国航天航空局的NASTRAN系列软件除此以外，还有MASTER、ALGO、ABIQUES、ADINA、COSMOS等。
