建筑當(dāng)中的仿生學(xué)

建筑當(dāng)中的仿生學(xué)

仿生建筑的概念仿生設(shè)計(jì)學(xué),亦可稱之為設(shè)計(jì)仿生學(xué)(DesignBionics),它是在仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門新興邊緣學(xué)科，主要涉及到數(shù)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、控制論、信息論、人機(jī)學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)、倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科。仿生設(shè)計(jì)學(xué)與舊有的仿生學(xué)成果應(yīng)用不同，它是以自然界萬(wàn)事萬(wàn)物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結(jié)構(gòu)”等為研究對(duì)象，有選擇地在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用這些特征原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)的研究成果，為設(shè)計(jì)提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。不僅是通過(guò)對(duì)生物的外形進(jìn)行簡(jiǎn)單模仿而轉(zhuǎn)化出具有實(shí)用價(jià)值的客觀物，更重要的是要學(xué)習(xí)生物生長(zhǎng)的自然規(guī)律與已的生存環(huán)境的關(guān)系，有效的運(yùn)用仿生學(xué)原理創(chuàng)造出新穎和適應(yīng)自然生態(tài)的建筑形式。在某種意義上，仿生設(shè)計(jì)學(xué)可以說(shuō)是仿生學(xué)的延續(xù)和發(fā)展，是仿生學(xué)研究成果在人類生存方式中的反映。仿生建筑的分類一、建筑形態(tài)的仿生建筑形態(tài)的仿生是建筑仿生中最常見(jiàn)的仿生方式，人們通過(guò)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)。

二、建筑結(jié)構(gòu)的仿生二、建筑結(jié)構(gòu)的仿生結(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(guò)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(lái)為新建筑結(jié)構(gòu)提供合理的外形;通過(guò)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。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。薄殼結(jié)構(gòu)就是曲面的薄壁結(jié)構(gòu)，按曲面生成的形式分為筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼等，材料大都采用鋼筋和混凝土。殼體能充分利用材料強(qiáng)度，同時(shí)又能將承重與圍護(hù)兩種功能融合為一。實(shí)際工程中還可利用對(duì)空間曲面的切削與組合，形成造型奇特新穎且能適應(yīng)各種平面的建筑，但較為費(fèi)工和費(fèi)模板。薄殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以把受到的

壓力均勻地分散到物體的各個(gè)部分，減少受到的壓力。單曲it亮sbiglycurves?helk穹頂藺亮Miw血k艘瞬殼caddiesbdh壓力均勻地分散到物體的各個(gè)部分，減少受到的壓力。單曲it亮sbiglycurves?helk穹頂藺亮Miw血k艘瞬殼caddiesbdhlinsir血Ih殼結(jié)構(gòu)，巨大的白色殼體平而呈三角形，每邊跨度達(dá)218m，矢高48m,使用而積達(dá)到90000m2。雙層混凝上殼體借鑒了扇貝波浪狀起伏的表而形態(tài)，使殼體的剛度大大增加，總厚度僅為120mm,結(jié)構(gòu)效率顯著，實(shí)現(xiàn)了用最少材料建造最大使用空間的構(gòu)想。骨架形態(tài)放眼看去，動(dòng)物在長(zhǎng)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。利用由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系來(lái)承受屋面、樓面?zhèn)鱽?lái)的荷載的建筑。骨架結(jié)構(gòu)的部件分工明確，可根據(jù)需要選用材料，如受力的骨架可選用具有良好力學(xué)性能的鋼或鋼筋混凝土，不承重的墻則選用隔聲、隔熱好的輕質(zhì)材料。密爾沃基藝術(shù)博物館在展館接待廳玻璃大窗外設(shè)計(jì)了遮陽(yáng)層，遮陽(yáng)片同機(jī)械動(dòng)力裝置相連可以啟閉，建筑造型也隨之變化。當(dāng)開(kāi)啟到頂點(diǎn)時(shí)，所有遮陽(yáng)金屬桿的輪廓形成兩道優(yōu)美的弧線，形如一只振翅的巨鳥(niǎo)，給人以強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊?？ɡ乩叩倪@些作品不僅在結(jié)構(gòu)與功能上能夠有機(jī)結(jié)合，并且創(chuàng)造出了令人耳目一新的建筑造型。

3、網(wǎng)狀形態(tài)人們受到蜘蛛網(wǎng)的啟發(fā)發(fā)明了懸索結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中柔軟的索網(wǎng)在應(yīng)力狀態(tài)下可以任意變形，最終達(dá)到只承受軸向拉力，既無(wú)彎矩也無(wú)剪力的受力狀態(tài)。1951年意大利建筑師奈爾維在其作品迦蒂羊毛廠中采用的混凝上肋板結(jié)構(gòu)，也模仿了王蓮葉脈的機(jī)理，平而內(nèi)相互連接的肋梁增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體剛度，精巧的形態(tài)令人稱贊。后來(lái)建筑界廣泛應(yīng)用的井式樓蓋和密肋樓蓋等結(jié)構(gòu)形式或許正是受了它的啟發(fā)。4、桿莖形態(tài)當(dāng)代高層建筑設(shè)計(jì)中也通過(guò)借鑒竹子這種空心和結(jié)節(jié)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，發(fā)明了筒體結(jié)構(gòu)，山框架或剪力墻圍合成類似于竹筒的豎向井筒，沿著高度方向每隔一定的間距在建筑的相應(yīng)位置設(shè)置類似竹節(jié)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)層將筒體與框架相互連接起來(lái)，能夠極大地加強(qiáng)建筑水平與豎直方向的穩(wěn)定性，形成一個(gè)具有良好受力

SEESEE二-AHlafcfltflgl^aaraOJfil一ndfflftlMH-lffifflr津aaafT-H3...罷g:::.m木

,:!-,:'^-rllmmsill.I,!,.!:!:.I11..-ir'l-.;ml-!?■!,-II以得到樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的基木形態(tài)。典型的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征是多級(jí)分枝、三維伸展。它通過(guò)對(duì)樹(shù)木自然形態(tài)的力學(xué)分析和形態(tài)簡(jiǎn)化而成，樹(shù)冠上的荷載自上而下通過(guò)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(shù)狀結(jié)構(gòu)排列組合成了一片“樹(shù)林”。目前國(guó)內(nèi)外有許多高速公路收費(fèi)站也紛紛采用了樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，使這一結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越普及。6、氣膜形態(tài)通過(guò)對(duì)氣泡現(xiàn)象進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與模仿而產(chǎn)生的充氣結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，在有壓氣體壓力的調(diào)整下，只要塑造出封閉的外形，任何形狀都可以實(shí)現(xiàn)。氣膜建筑是用特殊的建筑膜材做外殼，配備一套智能化的機(jī)電設(shè)備在氣膜建筑內(nèi)部提供空氣的正壓，把建筑主體支撐起來(lái)的一種建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。7、晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)專家研結(jié)構(gòu)專家研究了原子與分子穩(wěn)定的品體構(gòu)成式，將這種形式運(yùn)用于空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，發(fā)明了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，具有很大的跨越能力。已是一種用很多桿件以一定規(guī)律組成的空間結(jié)構(gòu)，桿件規(guī)格統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)高度較小，能夠有效的利用空間。三、 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(guò)程的整合，因此產(chǎn)生了一個(gè)較高發(fā)展階段的新特性。四、 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(lái)滿足人們對(duì)建筑材料性能和品種口益增長(zhǎng)的需要。仿生建筑的空間形態(tài)特征幾何特征1、塑形由于結(jié)構(gòu)仿生的原型在自然中以變化萬(wàn)千的形態(tài)存在著，因此山結(jié)構(gòu)仿生手法產(chǎn)生的空間在形態(tài)上也有意對(duì)自然原型進(jìn)行重塑。強(qiáng)調(diào)建筑的可塑性形態(tài)，追求動(dòng)感和自由感，表現(xiàn)柔性美，從而產(chǎn)生建立在幾何性基礎(chǔ)上的塑形建筑空間形態(tài)。柔曲建筑結(jié)構(gòu)仿生探求能夠用較少的材料建造出經(jīng)濟(jì)合用的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)出了大膽而優(yōu)美的具有非直線有機(jī)形式的結(jié)構(gòu)。這些具有柔和曲線的結(jié)構(gòu)能夠?qū)?yīng)力舒緩地分散，避免了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，因此能夠?qū)⒉牧系牧W(xué)特性發(fā)揮得淋漓盡致3、 連續(xù)生物結(jié)構(gòu)形體內(nèi)部所包含的物質(zhì)用來(lái)維系生命運(yùn)轉(zhuǎn)，物質(zhì)之間小斷進(jìn)行著交換與轉(zhuǎn)化，他們是有機(jī)相連的整體。轉(zhuǎn)化到建筑空間中則可以看出這些“生命物質(zhì)”所占有的“容積”被掏了，用來(lái)容納人們的行為活動(dòng)。而這些掏出來(lái)的空間自然而然繼承了機(jī)體連續(xù)的特質(zhì)，呈現(xiàn)出一種連貫互通的形態(tài)4、 漸變結(jié)構(gòu)仿生建筑的空間大都呈現(xiàn)出一種逐漸的、順序的、有規(guī)律的變化，產(chǎn)生一種自然有韻律的節(jié)奏感。仿生建筑注重環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益與創(chuàng)