大跨度建筑結(jié)構(gòu)仿生的應(yīng)用

1、仿生在大跨度建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 目錄 一、仿生建筑的概念 二、仿生的應(yīng)用 四、案例分析 三、仿生結(jié)構(gòu)在大跨度建筑中的運(yùn)用 1、建筑形態(tài)的仿生 2、建筑結(jié)構(gòu)的仿生 3、功能仿生 4、材料仿生 1、仿生材料研究 2、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、仿生系統(tǒng)開發(fā) 里昂火車站 一、仿生的概念 實(shí)體的仿生是從自然界中選 取研究對(duì)象，將對(duì)象形態(tài)、 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可以利用在技術(shù) 領(lǐng)域的抽象功能，考慮用不 同的物質(zhì)材料和工藝手段創(chuàng) 造新的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，具有科 技性、時(shí)代性。 二、仿生的應(yīng)用 1、仿生材料的研究 2、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、仿生系統(tǒng)開發(fā)、仿生系統(tǒng)開發(fā) 材料仿生是指模仿生物體組成材料的物理特性和化學(xué)成分，研 究

2、出新型的建筑材料，來滿足人們對(duì)建筑材料性能和品種口益 增長的需要。 仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以生物及其棲居物為原型，通過提取其中的結(jié)構(gòu)體 系，為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)提供合理外形的依據(jù)；通過分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性 質(zhì)，將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，可提出合理且多樣的結(jié)構(gòu)形式。 仿生系統(tǒng)開發(fā)以生物系統(tǒng)為原型，對(duì)原型系統(tǒng)中各個(gè)因素的組合 規(guī)律加以研究，在系統(tǒng)理論的指導(dǎo)下，進(jìn)行各種人造系統(tǒng)的開發(fā)。 它的重點(diǎn)在于如何處理各子系統(tǒng)和各因素之間的關(guān)系，使得它們并 行不悖且相互促進(jìn)。 1、建筑形態(tài)的仿生 結(jié)構(gòu)仿生具有多樣、 高效、創(chuàng)新等特點(diǎn)， 適應(yīng)大跨度建筑形態(tài) 設(shè)計(jì)的要求，成為形 態(tài)設(shè)計(jì)方法的選擇之 一。 建筑形態(tài)的仿生是建 筑仿生中最常見的仿

3、生方式，人們通過對(duì) 自然界的生物的形態(tài) 進(jìn)行模仿，從而創(chuàng)造 出體貌多變的建筑形 態(tài)。 結(jié)構(gòu)仿生是從自然 界汲取靈感，從而 實(shí)現(xiàn)建筑力學(xué)、結(jié) 構(gòu)、材料性能等方 而的仿生。對(duì)生物 結(jié)構(gòu)形態(tài)的研究是 實(shí)現(xiàn)這些要求的有 效途徑。以動(dòng)植物、 微生物、人類自身 等為原型，通過考 察自然的選擇和優(yōu) 化規(guī)律，提取出原 型中的結(jié)構(gòu)體系， 來為新建筑結(jié)構(gòu)提 供合理的外形;通過 分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性 質(zhì)，將其應(yīng)用于建 筑整體的結(jié)構(gòu)力學(xué) 之中。 (1).薄殼形態(tài) 生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼都是 一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)”。這種 “薄殼結(jié)構(gòu)”的表面雖然很薄，但非常耐壓。 (2)骨架形態(tài) 放眼看去，動(dòng)物

4、在長期進(jìn)化中逐漸形成了適合 生存環(huán)境的種種形態(tài)，而保持這種形態(tài)的骨骼 系統(tǒng)在強(qiáng)度、硬度和穩(wěn)定性等方而是很完美的。 2 建筑結(jié)構(gòu)的仿生 3）、樹狀形態(tài) 按照仿生學(xué)的建構(gòu)理論，以自然界的樹木作為研究對(duì)象，可以得到樹狀結(jié)構(gòu) 的基木形態(tài)。典型的樹狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征是多級(jí)分枝、三維伸展。它通過對(duì) 樹木自然形態(tài)的力學(xué)分析和形態(tài)簡(jiǎn)化而成，樹冠上的荷載自上而下通過各層 枝權(quán)傳遞時(shí)接近軸向傳力，可以充分發(fā)揮材料的抗壓性能，因而能覆蓋較大 空間。 卡拉特拉瓦設(shè) 計(jì)建造的葡萄 牙里斯本東方 火車站，屋頂 采用一個(gè)個(gè)樹 狀結(jié)構(gòu)排列組 合成了一片 “樹林”。目 前國內(nèi)外有許 多高速公路收 費(fèi)站也紛紛采 用了樹狀結(jié)構(gòu)， 使

5、這一結(jié)構(gòu)變 得越來越普及。 3、功能仿生 建筑的功能往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，如何有機(jī)組織各種功能成為一種綜合的整體， 自然界中的生物為我們提供了成功的范例，它不僅僅是單一功能元素的相互疊 加，而是多功能發(fā)展過程的整合，因此產(chǎn)生了一個(gè)較高發(fā)展階段的新特性。 4、材料仿生 材料仿生是指模仿生物體組成材料的物理特 性和化學(xué)成分，研究出新型的建筑材料，來 滿足人們對(duì)建筑材料性能和品種口益增長的 需要。 四、案例分析 里昂火車站 里昂國際機(jī)場(chǎng)是法國第三大城市里昂的國際機(jī)場(chǎng)。圓弧形的建筑設(shè)計(jì)，具有醒 目性和高張力的視覺效果，是很好的地標(biāo)建筑。建筑仿佛骨胳一般，單體的排 列組合，大型的體量，給人一種強(qiáng)烈的視覺沖擊

6、，同時(shí)，又可以合理，安全的 存在。 大廳全部采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成,局部有夾層。 屋頂及側(cè)面均采用大面積玻璃，白天自然采光 大廳的東西方向是附設(shè)有自動(dòng)步道的全場(chǎng)180米的通往機(jī)場(chǎng)的廊道 南北向鐵路與車站會(huì)合處被500m長的混凝土拱形結(jié)構(gòu)覆蓋,拱形混凝土梁 跨度為50m,其中每跨之間和跨中均有支撐 1、里昂火車站簡(jiǎn)介 2、建筑的形式美 （1）、動(dòng)態(tài)感 建筑的表現(xiàn)性來自 建筑自身元素的真 實(shí)。 精心切割而成的兩 片曲面屋頂，于靜 止穩(wěn)定中呈現(xiàn)出強(qiáng) 烈的動(dòng)感 （2）、韻律感 結(jié)構(gòu)部件的排列組 合都以一定的規(guī)律 進(jìn)行,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，受 力合理利于快速施 工。 空間造型極富韻律 感。 3、仿生原理的運(yùn)用 里昂火車站

7、從這幅手繪圖上看，像極了一 只正在低頭展翅喝水的鳥，卡拉特拉瓦的建筑 靈感是來源于在觀察了人體及其他生物骨骼 （或植物）之后將其結(jié)構(gòu)邏輯化,并重組為金屬 與混凝土的建筑物的結(jié)構(gòu)。 這是從一種質(zhì)到另一種質(zhì)的邏輯轉(zhuǎn)化過程, 此過程是十分理性的。 4、結(jié)構(gòu)分析 （1）、建筑、環(huán)境、自然的協(xié)調(diào)統(tǒng)一 動(dòng)物骨架 結(jié)構(gòu)骨架似生物體的 肋骨胸腔一樣，充分 利用這些交通空間的 縱向延伸感，創(chuàng)造有 韻律的結(jié)構(gòu)空間形態(tài)。 人形構(gòu)件 完全仿造人體的形式， 一片片仿人形的細(xì)部構(gòu) 件在相互搭接的過程中 仿佛被賦予了一種生命 的有機(jī)性，更使這些結(jié) 構(gòu)構(gòu)件更富于一種強(qiáng)烈 的力量感 1.屋頂荷載由四條大拱上所支承。 屋頂兩片“翅膀”的骨架由一系列大小變化均勻的桿件所組成，桿件系統(tǒng)稍向內(nèi) 傾，其端部與內(nèi)側(cè)大拱相連，桿件的中部則搭接在外側(cè)大拱上。 重力被分解為一個(gè)傳遞到內(nèi)側(cè)大拱上的推力和一個(gè)傳遞到外側(cè)大拱上的壓力， 兩根內(nèi)側(cè)大拱中間的三角部分平衡這一推力，并豐富了內(nèi)部空間 2.對(duì)外側(cè)大拱的壓力一部分被拱本身傳遞到地面，另一部分則 由與其連接的豎向桿