4.2國家游泳中心（水立方）
4.2.1國家游泳中心（水立方）工程概況
國家游泳中心（簡稱「水立方」）位於奧林匹克公園的中心位置，占地6.295公頃，長寬高分別為177m×177m×30m，內部分成三個功能相對獨立的空間，分為：比賽區、熱身區和戲水區，總建築面積80,000m2 ，賽時座位17,000座，賽後座位6000座。
設計的目標是提供2023年奧林匹克運動會的游泳、跳水、花樣游泳、水球比賽場地；賽後提供重大水上比賽場地，開展有商業用途的專案；為市民提供綜合水上娛樂中心。
國家游泳中心由鋼筋混凝土框架筒體結構、空間鋼結構和 etfe 膜充氣枕覆蓋結構組成。其空間鋼結構是建築設計和結構設計的重點。空間鋼結構的幾何形態的形成，是依據wearie-phelan給出的「無限等體積肥皂泡陳列幾何圖形學」，由十四面體、十二面體基本單元沿三個正交座標軸x、y和z生成了巨大的空間立方體。
將空間立方體進行旋轉和切割，切出建築的外邊框和內部使用空間。十四面體、十二面體被切出的邊線形成上弦和下弦桿件，切割面之間原有單元的邊線即為腹杆。經優化選擇旋轉角度和切割面，形成最終的結構幾何形態。
結構表面的覆蓋物為etfe充氣膜結構，其較高的透光性使建築物在日光的照射下便可滿足日常採光的要求，從而節省了大量的能源，建築實景圖如圖4-6所示。
圖4-6 國家游泳中心圖
4.2.2國家游泳中心健康監測系統監測變數設計
根據國家游泳中心鋼膜結構的受力特點，本專案設計的健康監測系統的主要功能為監測荷載及結構的響應，具體監測內容如下：
荷載包括：風荷載（環境風速、風向、風攻角及結構表面風壓）和溫度荷載（溫度場分布）；
結構響應包括：結構關鍵構件應變監測（上弦、腹杆、下弦及牆體桿件）、結構屋蓋下弦的振動監測及etfe膜結構氣枕振動位移監測。
4.2.3健康監測系統溫度模組布置
溫度與溫度效應監測模組包括溫度、應變和結構動力特性監測。由於應變和動力特性還涉及其他的模組，這裡重點介紹溫度監測模組設計。
溫度感測器既用於結構溫度場的監測，同時還用於應變感測器的溫度補償。因此，溫度感測器的測點應能測量屋蓋結構內溫度的空間分布。同時根據北京地區的設計溫度，確定溫度感測器的最低和最高溫度範圍（量程）以及精度分別為－80℃～150℃和0.
08～0.1℃，其它效能引數見表5.3所示。
實際布設位置及數量為：屋蓋上弦、腹杆、下弦各3只，6面牆體為11只，總計20只光纖光柵溫度感測器。
4.2.3健康監測系統感測器布置
可反映結構內力變化的應變響應是由多種靜動力荷載產生的，需要綜合設計。本專案對16種類別，共約113種工況下結構的內力進行了數值計算，分析確定不同荷載工況下結構的薄弱位置，據此作為應變監測系統設計的參考依據。表4.
3給出了計算荷載工況名稱，圖4-7為113種荷載工況作用下結構的內力包絡分布圖，並根據計算結果最終確定了結構不利桿件的數量及其位置（注：圖中的內力是以內力比的形式給出，即取值範圍從0到1變化，0意味著桿件內力最小，1為最大，其顏色從白色變為紅色），其分析結果如下。
表 4-3荷載工況組合列表
從圖4-7中可以看出，上、下弦桿件的高應力區主要以結構最大跨度的屋蓋為主，而兩個小跨度屋蓋的應力水平相對較小；腹杆的應力分布較為均勻，但應力水平也較高。因此，應變監測測點的數目及分布確定為：屋蓋上弦平面應變感測器為65只，腹杆85只，下弦平面60只，牆體為20只；且多數應變感測器的布設位置分布在最大跨度屋蓋區域範圍內及結構內部牆體附近。
目前常用的應變感測器主要包括應變片、振弦式應變感測器和光纖光柵應變感測器，應變片的耐久性較差，振弦式應變感測器只能測試靜應變而不能測試動應變，且其輸出均為電訊號，易於受到電磁干擾，其各型別感測器效能引數見表4-4所示。因此，本專案選用焊接式光纖光柵應變感測器，如圖4-8所示。光柵光纖類感測器布設方式如圖4-9，位置分布圖如圖4-10所示。
4.2.4 資料採集系統
國家游泳中心健康安全監測系統的資料採集系統結構圖如圖 4-11所示。
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