仿生結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

1、建筑的力學(xué)之美分析報告學(xué)院：_學(xué)號：姓名:-二0一二年十月仿生結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析一、仿生建筑與建筑仿生學(xué)建筑仿生學(xué)的表現(xiàn)與應(yīng)用方法，歸納起來大致有四個方面一城市環(huán)境仿生，使用功能仿生，建筑形式仿生，組織結(jié)構(gòu)仿生。當(dāng)然，往往會出現(xiàn)綜合性的仿生應(yīng)用，形成一種城市與建筑的仿生整體仿生建筑是以生物界某些生物體功能組織和形象構(gòu)成規(guī)律為研究對象，探尋自然界中科學(xué)合理的建造規(guī)律，并通過這些研究成果的運(yùn)用來豐富和完善建筑的處理手法，促進(jìn)建筑形體結(jié)構(gòu)以及建筑功能布局等的高效設(shè)計和合理形成。從某個意義上說，仿生建筑也是綠色建筑，仿生技術(shù)手段也應(yīng)屬于綠色技術(shù)的范疇。二、貝類仿生眾所周知，在神秘的海洋大世界中有許多形狀各

2、異的美麗的貝類生物，這些生物不僅外觀美麗而且他們的結(jié)構(gòu)構(gòu)造也非常符合建筑的力學(xué)原理。貝殼是大自然所創(chuàng)造出的最精美的有機(jī)造型之一，常被設(shè)計師們作為形態(tài)仿生的對象。貝殼堅固的原因其一是貝殼的主要成份是碳酸鈣和少量的殼質(zhì)素。它有一股強(qiáng)大的韌勁。貝殼還有三層殼體，這三層殼體可以使微小的受力沿著這些層理分散開來，可以防止破壞性大的裂痕產(chǎn)生。這幾層的高強(qiáng)度來產(chǎn)生于礦物質(zhì)的特殊排列，其基本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)部件為蛋白質(zhì)包裹的霰石組成的矩形梁，這些梁又組合成了一個稍大的中型梁，中型梁再堆積成更大的結(jié)構(gòu)。在各層這樣的結(jié)構(gòu)中,各相鄰結(jié)構(gòu)體均相互垂直。如果裂紋沿著中間層里的蛋白質(zhì)條紋式邊界到達(dá)臨近的結(jié)構(gòu)，就會碰到由霰石組成的

3、壁。原因其二是大多數(shù)的貝類生活在深海之中，它們的外殼呈波浪狀起伏，這與生活在淺灘上表面光滑的貝殼完全不同，因?yàn)樯钤趲装倜咨踔翈浊椎暮Ｑ笾?，其外殼始終承受著很大的水壓力，而波浪狀的幾何表面結(jié)構(gòu)構(gòu)成可以使殼體在同等厚度下的抗壓強(qiáng)度大幅度提高，因此這樣的幾何結(jié)構(gòu)構(gòu)成使結(jié)構(gòu)受力非常的科學(xué)合理。這也是貝殼的獨(dú)特魅力所在，所以國內(nèi)外就有許多的建筑大師青睞于仿貝類建筑，這種建筑不僅外觀美麗而且十分堅固。在建筑學(xué)里有種具有仿生特征的新型穹頂結(jié)構(gòu)一一扇貝型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼的平面特征為圓形，它的經(jīng)向桿組合成拱形結(jié)構(gòu)，而緯向桿組合的集合特征表現(xiàn)為正弦曲線或半正弦曲線。這在建筑的實(shí)際應(yīng)用中不僅可以使建筑的平面很美

4、觀而且在建筑的實(shí)用功能上增加了支撐的功能。實(shí)際上扇貝型網(wǎng)殼雖然是一種仿生結(jié)構(gòu)，但是它的結(jié)構(gòu)體系還是屬于傳統(tǒng)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所以他的受力與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基本相同，空間的剛度非常大，整體性和穩(wěn)定性都很好還有很好的抗震性能和較好的建筑造型效果，適用于各種支承條件和各種平面形狀、大小跨度的工業(yè)和民用建筑。直接落地點(diǎn)支撐式、周邊支撐式和立柱點(diǎn)支撐式是扇貝型網(wǎng)殼在支座設(shè)計上的三種方案。在當(dāng)今社會上，扇貝類的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)性能受力性能好，形態(tài)美觀成為一種易于推廣的新型結(jié)構(gòu)形式。我相信，在不久的將來，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)建造的房屋會越來越多。三、仿貝類建筑1、清真寺的圓頂3、墨西哥城建筑4、世博以色列國家館5、日本代代木

5、體育館日本的代代木國立綜合體育館是日本建筑大師丹下建三設(shè)計的，是60年代的技術(shù)進(jìn)步象征，它是1964年東京奧運(yùn)會的主會場，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，類似貝類的特異外部形狀展現(xiàn)了大師丹下建三的于是想象力和創(chuàng)造力。材料、功能、結(jié)構(gòu)以及比例上的高度統(tǒng)一，由此被譽(yù)為是20世紀(jì)世界上最美的建筑之一。代代木國立綜合體育館的的力學(xué)結(jié)構(gòu)是根據(jù)力學(xué)法則和幾何學(xué)理論而創(chuàng)造代代木體育館達(dá)到了出的奇妙的扭曲。這是代代木綜合國力體育館的俯視圖如下:的曲線流暢、輕快、形態(tài)動人。不規(guī)則的曲線給人一種視覺上的享受。而且它采用的是薄殼結(jié)構(gòu)，在生物界中，各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼以及人的頭蓋骨等都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)

6、”這種薄殼結(jié)構(gòu)與貝類的大海螺有相似之處，它的表面雖然很薄，但是它的耐壓程度相當(dāng)高。這種模仿貝類殼體在外力作用下，內(nèi)力都沿著整個表面擴(kuò)散和分布的力學(xué)特征，早已在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。代代木國立體育館總占地約91公頃，包括一幢游泳館和一幢球類館。兩館都采用了懸索結(jié)構(gòu)，使功能、結(jié)構(gòu)與造型達(dá)到有機(jī)結(jié)合，令人耳目一新，成為建筑藝術(shù)作品的優(yōu)秀范例。在游泳館的設(shè)計上，他的平面為兩個對錯的新月形，長邊240米，短邊120米。屋頂采用懸索結(jié)構(gòu)，長軸方向有兩根鋼筋混凝土桅桿柱，高404米，跨度126米，用以支承兩根主索每根主索各由37根外經(jīng)33厘米的鋼纜組成，次索沿短軸方向布置，跨過主索與外圍的鋼筋混凝土承

7、力環(huán)連結(jié)。索網(wǎng)覆蓋以焊接起來的45毫米厚的鋼板；內(nèi)表面用石棉板保護(hù)主索兩端所形成的三角形入口，自然地把觀眾導(dǎo)入館內(nèi).利用兩根主索之間的縫隙設(shè)置頂光，勾劃出屋脊的輪廊，在視覺上有助于形成一個流線型的宏偉別致的內(nèi)部空間。而球類館的平面為蝸牛形，直徑70米。屋頂采用單根主索螺旋形布置。這兩個館遙相呼應(yīng)，協(xié)調(diào)而有變化。貝類結(jié)構(gòu)的流線型使應(yīng)力分散，力流減小，跨度增大，而且不失美感，給人一種緊張感和靈動感。據(jù)新聞報道，當(dāng)時體育館的外形圖剛出現(xiàn)在世人眼前時，就引起了公眾的強(qiáng)烈回應(yīng)，他們覺得有這個瞬間海浪旋窩形態(tài)和貝類形態(tài)而引發(fā)的設(shè)計靈感，不僅造型獨(dú)特美觀還給人一種強(qiáng)烈的視覺沖擊力。在整個設(shè)計線條上沒有直角直線，最多的就是懸索柔韌的弧度，許多專業(yè)人士用建筑專業(yè)術(shù)語說就是兩個字：柔性。從總體而言，代代木國立綜合體育館的仿生結(jié)構(gòu)十分完美，很有日本獨(dú)特風(fēng)情。四、結(jié)語在當(dāng)下這個越來越提倡綠色環(huán)保的社會中，建筑也在逐漸在往綠色建筑的方向發(fā)展，仿生建筑就是綠色建筑之一，建筑仿生學(xué)就成了新時代的一種潮流，今后會成為建筑創(chuàng)新的源泉和保證環(huán)境生態(tài)平衡的重要手段。從建筑之美的范疇來講，仿生建筑滿足了形式美，穩(wěn)定美和技術(shù)合理美三種建筑之美。因此仿生建筑不僅美觀，具有觀賞性而且實(shí)用功能也非常高，新穎的造型還能為發(fā)