国家游泳中心钢结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，首先生成一个比“水立方”建筑大的、改良的多面体阵列，再把这个阵列围绕矢量轴旋转60°。 在多面体阵列中切出176.5m×176.5m×29.4m立方体的建筑外形，然后在立方体内挖去比赛厅、热身厅等内部使用空间，这样便切出了屋盖和墙体的结构。多面体单元在两个切割面上切出了屋盖和墙体结构。多面体单元在两个切割平面上切出的边线就分别构成了屋盖结构的上弦、下弦杆件和墙体结构内外表面弦杆，两个切割平面之间的多面体棱边便为结构的腹杆。
国家游泳中心屋顶和墙面由ETFE充气气枕构成，并由主体钢结构进行支撑，总面积达10万平方米。根据不同部位的热工和自然采光要求，屋面和吊顶天花板采用四层膜气枕结构，内外墙面采用三层膜气枕结构，通过渡点涂层实现一定程度的热能和日光控制。根据三个阶段的视觉测试，确定屋面和外立面所有气枕外侧膜材料颜色为中蓝，其余各层为无色透明膜材或无色透明渡银点膜材。ETFE膜材具有很高的耐用性和抗老化性，使用寿命在30年以上。
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