水立方:火柴棍搭出美丽泡泡膜材料堪称"塑料王"_奥运场馆

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水立方:火柴棍搭出美丽泡泡膜材料堪称"塑料王"

2008年08月05日 11:09

钱炜

    极具视觉冲击力的“水立方”白天里晶莹剔透，夜晚时又散发着魔幻色彩。毗临“鸟巢”的“水立方”，“抢镜头”的能力丝毫不逊于她的邻居。先进的材料与工艺，是“水立方”表现力的源泉。

    膜材料堪称“塑料王”

    “水立方”膜结构使用的是一种名为ETFE的特殊材料，最早使用于航空工业中，在业内素有“塑料王”的美誉。ETFE薄膜的使用在国内尚属首次，这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳、自清洁能力强。为了保证膜材料的安全性，在安装之前，工程人员曾进行了抗冲击实验以检验膜强度：在膜上方2—3米的地方，用削尖的木楔子向气枕落下，看它能否承受这种冲击而不会破漏。通过这些实验以及在实验室内进行的拉伸的实验，证明膜的强度是符合使用要求的，即使面对冰雹的天气也没有问题。

    水立方膜结构有内外两层，中间还有一个充气的空间，被称为气枕。由于气枕中的压强仅为250帕，只比大气压强高出一点，因此，即使局部破损了，里面的空气只会慢慢的释放，不会“嘭”地爆开，不会对人构成威胁。而对于局部破损的修补，只要使用ETFE材料制成的胶水即可。

    “东拼西凑”加快工程进度

    水立方钢结构设计虽然新颖独特，但在将它从图纸转化为实物的过程中，却并不一帆风顺。一开始，钢结构安装采取的是先在地面上将小的单元焊接拼装好，然后再吊装上去。但后来发现这种做法并不理想，且速度很慢。

    建设者及时调整了安装方案，改为“散拼”———直接组装钢结构中最小的单元，也就是一条钢杆加一个球形钢节点。这种“一个球加一根杆”的方法被形象地称为“火柴棍”法。因为这种方法可以在许多作业面上同时展开，于是大大加快了工程的进度。

    更妙的是，建设者们采取了一种“东拼西凑”的焊接方法，很好地解决了焊缝收缩造成变形的问题。

    所谓“东拼西凑”，就是在一个作业面区域内，不是按顺序地焊接“火柴棍”，而是“跳”着焊，东焊一根，西焊一根，最后逐渐形成一个整体。由于焊缝收缩是有规律的。不管什么焊缝，都是沿着垂直于焊缝的方向收缩，焊缝越缩越窄，使焊接的两个构件连接越来越紧。假如按照顺序规律的焊，每个焊缝都会收缩，最后累积形成一个大的误差。

    而“东拼西凑”的焊法，简单地说，就是先焊好最外面两端的杆件，然后再焊中间的杆件。由于外面两端的杆件焊缝已收缩完毕，当中间的杆件焊缝开始收缩时，就再也无法拉动它们，由此使中间杆件的焊缝无法收缩。这样收缩产生的误差仅仅发生在前几个焊接的杆件上，而后面的杆件就都避免了这个问题。

来源：科技日报

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