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水立方最動人的視覺效果就是無論從場館內外任何角度來看，都可以看到一個個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？一百多年前的科學家羅德.科爾文就提出了這個“氣泡理論”。他說，其實自然界中很多物質的排列結構，都是以這種氣泡的結構方式組成的,據說這個氣泡理論便是解決"水立方"結構問題的基礎。"水立方"整個的構件是兩萬個桿件，一萬個球，一共加起來是三萬個構件組成這樣一個結構體系。每一個結點，每一個桿件都是不一樣的。
國家游泳中心"水立方"的墻體和屋蓋結構創造性地采用了新型多面體空間剛架結構體系,該結構的弦桿選用矩形鋼管、腹桿選用圓鋼管,節點為焊接球節點.雖然結構的構成類似網架結構,但結構構件的受力狀況完全不同于網架結構的二力桿,而表現為類似空腹網架的剛接梁.桿件內力包含彎矩、軸力、剪力、扭矩,彎曲應力大于軸向應力,所以結構的優化較為復雜。
結構設計計算中的優化內容：
強墻弱蓋優化：墻體桿件和屋蓋桿件選用不同應力水平控制;
截面類型優化：放棄加勁肋截面而改用緊湊型截面,充分發揮截面塑性,提高結構延性;
幾何構成"雜交"優化：將屋蓋下弦貫通內墻,為減小屋蓋與墻體交界處桿件過大的彎曲應力而附加少數腹桿,形成局部匯交力系。
"鉸接"優化：采用鉸接計算處理策略,將少數彎曲應力較大無法滿足規范要求的桿件兩端處理為鉸接,加強其周圍相關桿件,再剛接迭代計算,較好滿足承載力要求;
"強節點弱桿件"優化：提高結構延性,確保桿端焊縫破壞晚于桿件屈服。
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