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水立方最动人的视觉效果就是无论从场馆内外任何角度来看，都可以看到一个个紧密相连的半透明的水泡，而看不到一根多余的钢梁。那么，水泡和钢梁怎样融为一体呢？一百多年前的科学家罗德.科尔文就提出了这个“气泡理论”。他说，其实自然界中很多物质的排列结构，都是以这种气泡的结构方式组成的,据说这个气泡理论便是解决"水立方"结构问题的基础。"水立方"整个的构件是两万个杆件，一万个球，一共加起来是三万个构件组成这样一个结构体系。每一个结点，每一个杆件都是不一样的。
国家游泳中心"水立方"的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空间刚架结构体系,该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆钢管,节点为焊接球节点.虽然结构的构成类似网架结构,但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆,而表现为类似空腹网架的刚接梁.杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩,弯曲应力大于轴向应力,所以结构的优化较为复杂。
结构设计计算中的优化内容：
强墙弱盖优化：墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制;
截面类型优化：放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面,充分发挥截面塑性,提高结构延性;
几何构成"杂交"优化：将屋盖下弦贯通内墙,为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆,形成局部汇交力系。
"铰接"优化：采用铰接计算处理策略,将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接,加强其周围相关杆件,再刚接迭代计算,较好满足承载力要求;
"强节点弱杆件"优化：提高结构延性,确保杆端焊缝破坏晚于杆件屈服。
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