浙江大学预士学位论文2007 第1章绪论 蛋的结构有三层，外层为表皮层，又称闪光层，中层为海绵层，内层为乳头层，蛋壳 的拱形结构与其表面的弹性膜一起构成了预应力结构。这种预应力结构能承受的外力要远 大于结构自重，如鸡蛋壳受力均匀时可以承受34.1千克的力。 竹子被认为是自然界中效能最高的材料。据测定，竹材的比强度和比刚度均高于木材和 普通钢材。以刚竹为例，其顺纹抗拉强度最高达280Ma,几乎相当于同样截面尺寸普通钢 材的一半，但若按单位质量计算抗拉强度，则刚竹单位质量的抗拉强度是钢材的2.5倍左右。 由此可见，植物和动物的某些功能，实际上是超越了人类在此方面的技术设计方案的， 这正是人类在科技发展的今天仍需向自然学习的原因，也是仿生学研究的价值所在。 1.2建筑结构仿生的重要意义 建筑结构仿生是仿生学的一个重要分枝，它是指根据自然界生物的受力原理来设计建 筑结构。建筑结构仿生的重要意义可以归纳为如下三点： (一)建筑结构仿生使建筑结构达到了力与形式的完美统一 一般来说我们可以从四个方面来考察一个建筑结构的优劣四： 1.结构的均衡与稳定 2.结构的韵律与节奏 3.结构的连续性与渐变性 4.结构的形式感与量感 结构是构成建筑艺术形象的重要因素，结构本身富有美学表现力。建筑结构仿生实践证 明，正确地模拟生物体构造的建筑结构不仅用料省、强度高、刚度大、稳定性好而且极富建 筑艺术美。 如图14，意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利Nervi and Bartoli)设计的意大利都灵 展览馆的巨形拱顶，宽93.6，长75m,是仿王莲叶脉肌理由混凝土骨架和玻璃格组成。 由于工程进度紧迫，采用了预制装配式嵌形拱结构。嵌形拱在暖壁处开窗采光。这既减轻了 结构自重.又收到了良好的室内艺术效果。一条条富有韵律感拱肋，宛如腾空巨龙，构造出 极富结构表现力的动态空间效果啊。 -3-
浙江大学硕士学位论文2007 第1章绪论 蛋的结构有三层，外层为表皮层，又称闪光层，中层为海绵层，内层为乳头层，蛋壳 的拱形结构与其表面的弹性膜一起构成了预应力结构．这种预应力结构能承受的外力要远 大于结构自重。如鸡蛋壳受力均匀时可以承受34．1千克的力。 竹子被认为是自然界中效能最高的材料．据测定，竹材的比强度和比刚度均高于木材和 普通钢材。以刚竹为例，其顺纹抗拉强度最高达280Mpa，几乎相当于同样截面尺寸普通钢 材的一半，但若按单位质量计算抗拉强度，则刚竹单位质量的抗拉强度是钢材的2．5倍左右． 由此可见，植物和动物的某些功能，实际上是超越了人类在此方面的技术设计方案的， 这正是人类在科技发展的今天仍需向自然学习的原因，也是仿生学研究的价值所在。 1．2建筑结构仿生的重要意义 建筑结构仿生是仿生学的一个重要分枝，它是指根据自然界生物的受力原理来设计建 筑结构。建筑结构仿生的重要意义可以归纳为如下三点： ．、 (一)建筑结构仿生使建筑结构达到了力与形式的完美统一 一般来说我们可以从四个方面来考察一个建筑结构的优劣[21： 1．结构的均衡与稳定 2．结构的韵律与节奏 3．结构的连续性与渐变性 4．结构的形式感与量感 结构是构成建筑艺术形象的重要因素，结构本身富有美学表现力。建筑结构仿生实践证 明，正确地模拟生物体构造的建筑结构不仅用料省、强度高、刚度大，稳定性好而且极富建 筑艺术美13】。 如图1．4，意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利州ervi andBartoli)设计的意大利都灵 展览馆的巨形拱顶，宽93．6m，长75m，是仿王莲叶脉肌理由混凝土骨架和玻璃格组成。 由于工程进度紧迫，采用了预制装配式嵌形拱结构。嵌形拱在暖壁处开窗采光。这既减轻了 结构自重．又收到了良好的室内艺术效果。一条条富有韵律感拱肋，宛如腾空巨龙，构造出 极富结构表现力的动态空间效果[41151． 一3一
新江大学项士学位论文2007 第1章绪论 图1,4王莲巨叶与都灵展览馆拱顶 建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦从树木的分叉结构形式中获得创造灵感，设计建造了象 绿洲，又象森林，也像地中海式露天市场的蕾萄牙的里斯本东方车站。钢和玻璃的棕榈树 按照17m的柱网紧密排列，覆盖者8条铁道，给旅客带来了新的体验。棕榈树的结构形式， 有效地传递了外部荷载，而其外露的结构让人感觉到了结构的纯粹性美感阿。 图1.5葡萄牙的里斯本东方车站 由此可见成功的仿生建筑能把结构形式与建筑空间艺术形象相融合，达到力与形式的完 美统一。 (二)建筑仿生使建筑获得了极为丰富和优美的建筑构型 随着经济的发展和社会的进步，建筑原则三要素“坚固、实用、美观”中的美观得到空 前的强调，人们不但期望建筑空间满足基本的生理需要，而且希望建筑能具备生动美的形 式。 自然界生物所具有的千姿百态的优美构型为建筑师提供了丰富的创作素材。建筑师模 仿生物构型而设计的建筑不但有着令人惊叹的视觉效果，其建筑寓意也常极为丰富。 图1.6为芝加哥的“玛丽娜城”大厦，又被人们称为“玉米楼”。两座大楼高60层，十 -4-
浙江大学礤士学位论文2007 第1章绪论 图1．4王莲巨叶与都灵展览馆拱顶 建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦从树木的分叉结构形式中获得创造灵感，设计建造了象 绿洲，又象森林，也像地中海式露天市场的葡萄牙的里斯本东方车站。钢和玻璃的棕柄树 按照17m的柱网紧密捧列，覆盖着8条铁道，给旅客带来了新的体验。棕榈树的结构形式， 有效地传递了外部荷载，而其外露的结构让人感觉到了结构的纯粹性美感[61。 图1．5葡萄牙的里斯本东方车站 由此可见成功的仿生建筑能把结构形式与建筑空间艺术形象相融合，达到力与形式的完 美统一． (二)建筑仿生使建筑获得了极为丰富和优美的建筑构型 随着经济的发展和社会的进步，建筑原则三要素“坚固、实用、美观”中的美观得到空 前的强调，人们不但期望建筑空间满足基本的生理需要，而且希望建筑能具备生动美的形 式． 自然界生物所具有的千姿百态的优美构型为建筑师提供了丰富的创作素材。建筑师模 仿生物构型而设计的建筑不但有着令人惊叹的视觉效果，其建筑寓意也常极为丰富。 图1．6为芝加哥的“玛丽娜城”大厦，又被人们称为“玉米楼”。两座大楼高60层，十 —-4—-
浙江大学硕士学位论文2007 第1章绪论 八层以下为停车场。由于所在的州盛产玉米，这样两座“形神皆备”的玉米双塔楼成了芝 加哥城市标志性建筑之一。 为 图1.6芝加哥玉米楼 图1.7为密尔沃基艺术博物馆，由西班牙著名建筑师卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava) 设计。该馆位于密执安湖胖，是一个原有旧馆的扩建工程。巨大的具有雕塑美感的“飞鸟”， 由一斜向47度直指蓝天的大梁串起2根8到32米不等的焊接钢金属板。这个优美的仿 生建筑构型，使建筑具备了丰富的象征意义。 图17密尔沃基艺术博物馆 碧螺塔（图1.8）位于北戴河海滨鹰角石南。其造型十分别致，外观似一螺口朝下的立 置海螺。该塔高21米，共计7层，建筑面积800平方米。塔内以水、地、天为主题分层 设计，游人盘旋而上可领略到不同的意境和情趣。利用仿生学原理建塔，碧螺塔在国内堪 称典范。 -5-
浙江大学硕士学位论文2007 第1章绪论 八层以下为停车场。由于所在的州盛产玉米，这样两座“形神皆备”的玉米双塔楼成了芝 加哥城市标志性建筑之一。 图1．6芝加哥玉米楼 图1．7为密尔沃基艺术博物馆，由西班牙著名建筑师卡拉特拉瓦(SantiagoCalaWava) 设计。该馆位于密执安湖畔，是一个原有旧馆的扩建工程。巨大的具有雕塑美感的“飞鸟”， 由一斜向47度直指蓝天的大梁串起72根8到32米不等的焊接钢金属板。这个优美的仿 生建筑构型，使建筑具备了丰富的象征意义。 图1．7密尔沃基艺术博物馆 碧螺塔(图1．8)位于北戴河海滨鹰角石南。其造型十分别致，外观似一螺口朝下的立 置海螺。该塔高2l米，共计7层，建筑面积800平方米．塔内以水、地、天为主题分层 设计，游人盘旋而上可领略到不同的意境和情趣。利用仿生学原理建塔，碧螺塔在国内堪 称典范． 一5一
渐浙江大学顶士学位论文2007 第1章绪论 图18位于北嫩河海滨的碧螺塔 (三)建筑仿生使建筑具备了生态维度，使建筑很好地融入自然 中国哲学中的天人合一的思想，讲的是人与自然的相融和谐。 一栋造型像自然乔生物或是外观经过柔和处理的建筑要比传统的高楼和方盒子建筑更 容易被看作是对环境的负贵（或与自然相呼应)闪。 我们中大多数人一生的99.5%的时间都生活和工作在人造建筑物之中或其周边。建筑 影响着我们，同时我们也影响着它。如果我们生活的环境是僵硬和尺度庞大的，而且又是 单调和缺乏想象力的，那么我们的生活的激情与活力无疑将受到扼杀。而成功的仿生建筑 能够弥补这一缺陷。 托雷维耶哈沙滩位于西班牙南部，面朝地中海。日本建筑师伊东丰雄依照沙滩的走势， 建造了三个贝壳状的螺旋型的休闲场地，下左图为其中的一个“贝壳”， 图19位于西班牙南部 的托雷维耶哈休闲公园 壳形结构的横截面由椭圆形构成，其高宽比决定于椭圆的长宽比，平面及景观的形状 由贝塞尔曲线决定，180mmX90mm的螺旋木德条构成壳体表面，由五根直径60mm的钢 筋相交结（间隔5m左右)，楼板悬挂在螺旋表面以下，与钢筋相连，保证了结构的刚性和 -6-
渐江大学硕士学位论文2007 第l章绪论 图1．8位于北戴河海滨的碧螺塔 (三)建筑仿生使建筑具备了生态维度，使建筑很好地融入自然 中国哲学中的天人合一的思想，讲的是人与自然的相融和谐。 —栋造型像自然界生物或是外观经过柔和处理的建筑耍比传统的高楼和方盒子建筑更 容易被看作是对环境的负责(或与自然相呼应)川。 我们中大多数人一生的99．5％的时间都生活和工作在人造建筑物之中或其周边．建筑 影响着我们，同时我们也影响着它。如果我们生活的环境是僵硬和尺度庞大的，而且又是 单调和缺乏想象力的，那么我们的生活的激情与活力无疑将受到扼杀。而成功的仿生建筑 能够弥补这一缺陷。 托雷维耶哈沙滩位于西班牙南部，面朝地中海。日本建筑师伊东丰雄嗍依照沙潍的走势， 建造了三个贝壳状的螺旋型的休闲场地．下左图为其中的一个“贝壳’． 壳形结构的横截面由椭圆形构成，其高宽比决定于椭圆的长宽比，平面及景观的形状 由贝塞尔曲线决定，1∞mm×90栅的螺旋术檩条构成壳体表面，由五根直径60mm的钢 筋相交结(问隔5m左右)，楼板悬挂在螺旋表面以下，与钢筋相连，保证了结构的刚性和 一6一
新江大学硕士学位论文2007 第1章绪论 稳定性。 这个建筑作品，由于其出色的仿生造型，使建筑与环境达到了完美的融合。建筑师将 光、沙子、树、和植物与一个轻盈的建筑结合起来，在自然和建筑之间达到了完美的平衡。 图1.10为伊东丰雄设计的树状结构房屋，图1.11为形如麦穗的德国法兰克福好利霍德 办公楼，成功地仿生设计使建筑具备了良好的生态维度。 图1.10伊东丰雄设计的树状结构房屋 图1.11形如麦穗的德国法兰克福好利猛德 办公楼 13建筑结构仿生的研究现状 1.3.1国外建筑结构仿生的发展现状四1可 国外建筑结构仿生无论在理论上还是实践都得到了极大的重视和发展。 1917年英国生物学家达西·汤普森出版了《关于生长和形态》，他创造性地将英国第四 铁路大桥和野牛的骨骼做了比较，阐述了无论是天然形态还是人工形态本质都是一种力学 图示。西方有影响力的建筑仿生理论著作还包括《动物的建筑艺术》、《设计结合自然》、《托 马斯赫尔佐格：建筑+技术》、《仿生学建筑》、《进化式建筑》等。 建筑结构仿生在国外发展很快，在实践方面，一批建筑大师和结构大师，从自然界获 取灵感，创造了一批极其成功的仿生建筑作品。他们在仿生建筑领域的成功实践，推动了 建筑仿生学的快速发展，高迪、奥托、奈尔维、圣地亚哥·卡拉特拉瓦以及进化论建筑的 提倡者华裔建筑师崔悦君等为他们中的典型代表。 -7-
浙江大学硕士学位论文2007 第1章绪论 稳定性。 这个建筑作品，由于其出色的仿生造型，使建筑与环境达到了完美的融合．建筑师将 光、沙子、树、和植物与一个轻盈的建筑结合起来，在自然和建筑之间达到了完美的平衡． 图1．10为伊东丰雄设计的树状结构房屋，图1．1l为形如麦穗的德国法兰克福好利霍德 办公楼，成功地仿生设计使建筑具备了良好的生态维度。 图1．10伊东丰雄设计的树状结构房屋 图1．1l形如麦穗的德国法兰克福好利霍德 办公楼 1．3建筑结构仿生的研究现状 1．3．1国外建筑结构仿生的发展现状【1【9】flol 国外建筑结构仿生无论在理论上还是实践都得到了极大的重视和发展。 1917年英国生物学家达西·汤普森出版了‘关于生长和形态》，他创造性地将英国第四 铁路大桥和野牛的骨骼做了比较，阐述了无论是天然形态还是人工形态本质都是一种力学 图示。西方有影响力的建筑仿生理论著作还包括《动物的建筑艺术》’《设计结合自然》、<托 马斯．赫尔佐格：建筑+技术》’‘仿生学建筑》、‘进化式建筑》等。 建筑结构仿生在国外发展很快，在实践方面，一批建筑大师和结构大师，从自然界获 取灵感，创造了一批极其成功的仿生建筑作品。他们在仿生建筑领域的成功实践，推动了 建筑仿生学的快速发展，高迪、奥托、奈尔维、圣地亚哥·卡拉特拉瓦以及进化论建筑的 提倡者华裔建筑师崔悦君等为他们中的典型代表。 一7一