仿生学在建筑设计中的应用
仿生学技术在工程设计中的应用

仿生学技术在工程设计中的应用随着科技的不断发展,人们越来越重视仿生学技术在工程设计中的应用。
仿生学指的是通过模仿自然界中生物的形态、结构和功能,来开发新的工程产品或设计新的工程系统的一种跨学科综合科技。
而仿生学技术在工程设计领域的应用可以大大提高产品的性能、耐久性和可靠性,同时也可以降低产品的成本和保护环境。
一、仿生学技术在机械工程设计中的应用在机械工程设计中,仿生学技术被广泛应用于设计和制造高性能的机器人、遥控系统和航空航天设备等产品。
比如,受到鸟类的启发,科学家们设计出了可以像鸟儿一样翱翔天空的飞行器,可以更加灵活、精准地进行空中机动,同时也减少了对环境的污染。
另外,仿生学技术在机械工程设计中还可以应用于生物医学工程领域。
例如,仿照蜻蜓的翅膀结构设计出的医用支架,具有高强度、超轻量和生物相容性的特点,可以用于血管内部支架等医疗器械的制造。
二、仿生学技术在建筑工程设计中的应用除了机械工程设计,仿生学技术还被广泛应用于建筑设计中。
建筑设计中通常涉及的主要内容是结构的设计和建材的选择。
受到植物的启发,仿生学家们研究出了一种新型的轻质材料——竹子纳米纤维板。
这种材料比传统的木板、石板轻、硬度大、均匀度高,同时也具备生物降解性和再生性的特点,很适合用于建筑设计中。
另外,在建筑设计中,仿生学技术还可以应用于降温、通风、隔音等方面。
例如,受到横琴岛的海胆外壳结构启发,设计出了一种新型的隔音板,有更好的隔音效果和通风性能。
三、仿生学技术在环境工程设计中的应用环境工程设计中,仿生学技术也有着广泛的应用。
比如,仿照植物的光合作用原理和绿色植物的保水性能,可以设计出更加高效的反渗透膜、废水处理装置和绿色植物墙等环保设施。
另外,仿生学技术还可以应用于污染物检测和监测,在环境保护方面有着广泛的应用。
例如,仿照蝎子的感应器官,设计出一种新型的气体检测器,可以更加精确地检测到空气中各种有害气体的浓度。
四、仿生学技术在交通工程设计中的应用在交通工程设计中,仿生学技术同样可以应用于设计和制造更加安全、稳定和高效的车辆和交通设施。
论述仿生学在建筑设计中的运用

论述仿生学在建筑设计中的运用
论述仿生学在建筑设计中的运用
仿生学是一门综合性学科,它旨在研究动物的结构、生理和行为,并将这些研究成果应用到人类技术设计中。
与其他科学不同,仿生学并不是以为了创造新的成果而而不考虑动物有自己已经完成的;而是以发掘和重新利用这些现有的动物成果为目标。
仿生学可以被认为是一门融合科学和艺术的跨学科学科,不仅涵盖了许多学科,还可以为许多实际问题提供答案。
仿生学在建筑设计中得到了广泛的应用。
它将仿生的原理应用于建筑设计,可以使建筑的耐用性、安全性和舒适性得到极大的提升。
仿生设计的建筑,不仅拥有更高的强度和结构完整性,还能使得建筑更加柔软和自然。
例如,螺旋状的建筑形状能够让建筑具有最大的稳定性和抗震性,这一形状正是从螺丝的结构原理中发掘而来的。
多层楼的设计也吸取了动物建筑结构的精髓,使得建筑结构可以更牢固有效地抗震,从而降低建筑在地震时受损的可能。
此外,仿生学也被用于建筑外观设计。
的是,很多建筑预留了更多的天然光线,把建筑环境设计得更加自然,从而为居民提供更好的生活环境。
这也可以归因于仿生学对生物的深刻理解,它有助于建筑师更好地设计建筑。
总而言之,仿生学在建筑设计中的应用非常广泛,它不仅可以使建筑结构更加稳定和安全,还能给使用者带来更好的生活环境。
未来,仿生学将为建筑设计注入更多元素,给建筑以更多活力与艺术的气息。
仿生学在建筑设计中的应用

文章编号:1009 6825(2008)09 0078 03仿生学在建筑设计中的应用收稿日期:2007 11 30作者简介:王立福(1978 ),男,工程师,青岛市建筑设计研究院股份有限公司,山东青岛 266003单 欣(1979 ),女,助理工程师,青岛市建筑设计研究院股份有限公司,山东青岛 266003李 尧(1981 ),男,中国海洋大学硕士研究生,助理工程师,青岛市建筑设计研究院股份有限公司,山东青岛 266003王立福 单欣 李尧摘 要:从城市环境仿生、造型仿生、功能仿生、结构仿生以及建筑材料仿生等方面探讨了仿生学在建筑设计中的应用,指出建筑仿生应注意环境生态、经济效益与形式新颖的有机结合,从而促进建筑业的不断发展。
关键词:仿生学,建筑设计,功能仿生,环境中图分类号:T U 201文献标识码:A1 概述生物在千万年进化的过程中,为了适应自然界的规律而不断完善自身的组织结构与性能,获得了高效低耗、自我更新、新陈代谢、结构完整的保障系统,从而得以顽强的生存与繁衍,维持了生物链的平衡与延续。
研究建筑仿生学就是为了从自然界中吸取灵感进行创新,以便与自然生态环境相协调,保持生态的平衡发展。
尤其是在大力提倡节约能源,减少环境污染,建设节约型社会的环境下,研究仿生学在建筑工程中的应用更具有十分重要的意义。
2 仿生学在建筑设计中的应用2.1 城市环境仿生城市环境仿生由来已久,比较有代表性的例子是法国巴黎的城区改建规划。
早在1853年时,巴黎塞纳区行政长官欧思曼(G.E.Haussmann)为了执行法国皇帝拿破仑第三的巴黎建设计划,曾2.3 分段治理1)北入口广场地段。
面向五一路干道,是外界进入太平街历史街区的主要入口,根据土地利用及道路交通规划,该地块内承担的主要内容为历史街区标识入口节点及旅游集散性的商业服务和文化娱乐功能。
通过对现状的建筑进行梳理,保留两排质量风貌较好的历史建筑,拆除搭建,通过钢结构玻璃顶将两排历史建筑联系组成一个有机的建筑群,主要用于游客进入和离开历史街区时进行购物休整的场所。
仿生学在建筑设计中的应用浅析

仿生学在建筑设计中的应用浅析一、仿生学内涵仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,是上世纪中期出现的一门新的边缘科学。
仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植与建筑设计之中,发明性能优越的装置,机器以及仪器,创造新的技术。
在短短的几十年里,仿生学从无到有发展迅猛,并且研究成果十分可观。
仿生学大大开阔了人们的视界,显示了极强的适应能力,也开辟了独特的技术发展道路即向大自然索取蓝图的道路。
二、仿生建筑造型设计与功能仿生设计、结构仿生设计等一样,体现了人类与生存环境的和谐关系。
建筑造型的仿生设计主要分为象形仿生设计和抽象仿生设计。
1、象形仿生设计每个生物体都具有其本身的象征意义,形成了全人类的共同认识,例如:鸽子象征和平、圣洁和活力,蝎子象征憎恨和邪恶;同时也有不同国家不同地域形成的其他观点,我国的牡丹和竹子是国家的象征,而日本是以樱花作为自己国家的象征。
基于生物的这种象征意义,建筑师也可以运用象征的手法来表达设计想法和共同的价值观念。
象形仿生建筑涉及了许多的生物,对它们的模仿体现了生物与人类的共同本质,那就是生命的本能。
在结构派的大师弗兰克·盖里的作品中,鱼和蛇是经常会出现的象形仿生形象。
斐欧那·拉基普曾经这样分析盖里的设计:“鱼的频繁出现是功能对形势、结构灵活性的需要。
”并且,盖里经常使用钛作为建筑材料,使建筑拥有流动的曲面和生物体般的光泽,正如查尔斯·詹克斯所说:“一个新的交叠的弯曲表面,像鱼鳞或者犰狳皮。
” 这种材料取材于美国本土,辅以新颖灵巧的构思和创新,使用相近风格来处理钛,使其成为建筑的外贴面材,使得建筑更具有风格性。
马克思曾赞叹过:“蜜蜂建筑蜂房的本领使人类的建筑师感到惭愧。
”人们在尝试了多种结构如正方形,三角形,五边形后得出蜜蜂蜂窝的六角形柱体是最经济的结构这一结论并由此出现了许多仿制蜂窝结构的材料生产技术。
日本建筑师基于蜂窝是多个六角拄状体的集合,容量最大,耗材最少的这一结构特性,建造了蜂窝式旅馆,空间狭小、安排紧凑,节省空间、经济实用。
仿生学原理用于建筑设计

仿生学原理用于建筑设计仿生学是一门研究生物体结构和功能以及这些智慧的应用的学科。
它关注生物体在进化过程中的优化,将这些优势应用到工程设计中,包括建筑设计。
仿生学原理在建筑设计中的应用可以帮助我们实现更高效、更环保、更创新的建筑。
首先,仿生学可以帮助我们在建筑设计中实现能源的高效利用。
生物体在进化过程中已经经历了无数次的优化与改进,拥有很高的能源利用效率。
我们可以通过仿生学的原理,将生物体的能源利用方式应用到建筑设计中。
例如,海螺壳的螺旋结构可以帮助建筑设计师了解风的旋转规律,设计出适应风力的建筑立面形态,从而减小风力对建筑物的影响,提高能源利用效率。
其次,仿生学原理可以帮助我们实现自然通风和自然采光。
生物体通过自然的方式实现了呼吸和光合作用,为自身提供了充足的氧气和能量。
仿生学原理可以帮助我们设计出类似于生物体的结构,利用自然的通风和光线来提高建筑内部的环境质量。
例如,像蜂巢一样的结构可以帮助我们设计出更好的通风系统,将自然的风和气流引导到建筑内部,实现通风换气的目的。
同时,通过仿造蝴蝶的翅膀结构,我们可以设计出利用反射和透过的材料,实现在建筑内部实现更好的自然采光,减少对人工光源的依赖。
此外,仿生学还可以帮助我们设计更坚固耐用的建筑结构。
生物体的结构经过了自然选择的优化,拥有很强的适应性和耐用性。
仿生学原理可以帮助我们学习和模拟生物体的结构,从而设计出更加坚固、耐用的建筑结构。
例如,我们可以通过仿造鸟类的骨骼结构,设计出更轻盈但依然坚固的建筑结构,提高建筑物的抗风能力和承重能力。
最后,仿生学原理可以帮助我们设计出更环保的建筑材料。
仿生学研究了很多生物材料的优良性能和结构,可以借鉴这些原理来开发出更环保的建筑材料。
例如,仿照植物的结构和功能,我们可以设计出具有自洁功能的建筑外墙材料;仿造贝壳的结构,可以开发出更坚硬但又轻薄的建筑材料。
总之,仿生学原理在建筑设计中有着广泛的应用。
它可以帮助我们实现能源的高效利用,实现自然通风和自然采光,设计更坚固耐用的建筑结构,以及开发更环保的建筑材料。
论述仿生学在建筑设计中的运用

论述仿生学在建筑设计中的运用
一、简介
仿生学是一门深入研讨物种生物的学科,以及有关物种机能的特性的学科,研究的内容包括对生物、物种演化、行为等的研究。
它研究了物种机能的有效性,物种多样性的原因,甚至动植物种群的发展史。
它在建筑设计中的运用,也有一定的价值。
二、仿生学在建筑设计中的运用
1、行为研究:生物的行为是一个复杂的网络,运用建筑设计可以利用这个网络来创建空间有效性,例如动物的社会部署可以制定出比较完整的设计方案,从而更加有效地利用空间。
2、有效性研究:仿生学还注重有效性研究,生物有着自己的特殊机能,建筑设计可以利用这些特殊机能来确保空间的有效性,从而减少建筑成本,提高服务性能,节约能源,等等。
3、材料研究:建筑设计也可以运用仿生学,例如仿生学研究过多种动物的身体外表,这种研究也可以应用在建筑设计中,运用仿生学可以研究建筑材料的耐酸碱性,耐温性,耐腐蚀性等,从而制定出比较理想的材料使用方案。
4、生态研究:有些建筑项目会破坏一定的生态环境,仿生学可以利用研究生态环境的原则来减轻被建筑项目的影响,例如在建筑项目的选址上可以尽量减少对植被和水资源的影响,这样可以有效减轻建筑项目造成的对生态环境的破坏。
三、结论
仿生学在建筑设计中的运用,具有一定的价值,主要表现在动物的社会部署、有效性研究、材料研究、生态研究等方面,可以在建筑设计中发挥作用。
在节约设计成本,减少破坏生态环境,提高空间服务性能等方面,仿生学都具有重要意义,希望未来的建筑设计中可以运用到仿生学。
仿生学技术在设计中的应用

仿生学技术在设计中的应用近年来,随着科技的不断进步和人类对自然的深入研究,仿生学技术获得了广泛的关注。
仿生学通过研究自然界中的生物形态、结构和功能,将其运用于工程和设计领域,为创新带来了无限的可能性。
本文将探讨仿生学技术在设计中的应用,从建筑、交通工具、服装和产品设计等多个领域探索其优势和挑战。
1. 建筑仿生学技术在建筑设计中的应用已经引起了广泛的关注。
例如,模仿生物骨骼的结构设计,可以提高建筑的稳定性和抗风能力。
借鉴鸟类羽毛的结构,可以改善建筑的隔热和保温性能。
仿生设计还可以提供更有效的风能利用方式,如模拟植物叶片的外形来提高风能收集效率。
此外,借鉴蜂巢结构的建筑材料设计能够减少材料用量,提高建筑的强度和稳定性。
2. 交通工具仿生学技术在交通工具设计中的应用也备受关注。
借鉴鱼类游泳的原理,设计出具有更小的阻力和更高的速度的船只。
借鉴鸟类飞翔的结构,可以研发出更加高效的飞机翼型。
仿生设计还可以改进汽车的空气动力学性能,如模仿鲨鱼皮肤的特殊纹理来减少阻力。
此外,仿生学技术还可以为无人驾驶车辆的感知和决策系统提供灵感,提高其适应不同环境的能力。
3. 服装设计仿生学技术在服装设计中的应用也日益受到关注。
比如,借鉴植物表皮的纹理来提高面料的防水性能和透气性能。
通过模仿昆虫的翅膀结构设计,可以制造出更加轻盈而坚固的面料。
同时,仿生学技术还可以为智能服装的开发提供支持,如模仿人体神经系统来提高智能服装的感知和反应能力。
4. 产品设计除了建筑、交通工具和服装设计,仿生学技术在产品设计中也有重要的应用价值。
例如,通过模仿昆虫的结构设计,可以制造出更加轻巧和灵活的机械手臂。
借鉴植物叶片的结构,可以设计出更加高效的风扇叶片。
仿生学技术还可以提供创新的材料设计方案,如生物陶瓷材料,模仿贝类的壳结构制造出更加坚固和耐磨的产品。
尽管仿生学技术在设计中具有巨大的潜力,但也面临着一些挑战。
首先,仿生学技术的应用需要深入的科学理论和研究支持,因此需要跨学科的合作和共享知识。
仿生学在可持续建筑中的作用

仿生学在可持续建筑中的作用参考如下:仿生学在可持续建筑中的作用随着环境问题日益严峻,可持续建筑成为了未来发展的趋势。
而在可持续建筑中,仿生学作为一种新兴学科,正发挥着重要的作用。
本文将探讨仿生学在可持续建筑中的应用与影响。
一、仿生学简介仿生学是生物学和工程学的交叉学科,通过研究自然界中生物的结构、功能和行为,从中获取灵感并应用于工程与设计领域。
它以模仿自然界的巧妙设计解决问题为目标,被广泛应用于各个领域,包括可持续建筑。
二、仿生学在建筑结构设计中的应用1. 结构材料的仿生设计仿生学在建筑结构的材料选择和设计中起到了重要的作用。
通过研究自然界中的植物、动物等生物材料的组成、结构和性能,可以选择出更加环保和可持续的材料,如仿生纤维材料、仿生混凝土等。
2. 结构形态的仿生设计仿生学还可以通过研究生物体的结构形态,将其应用于建筑结构的设计中。
比如,利用类似骨骼的结构设计更加坚固和轻量化的建筑支撑系统,或者模仿鸟巢的形态进行建筑外形设计,使建筑物能更好地适应环境,减小对生态的干扰。
三、仿生学在建筑能源利用中的应用1. 太阳能利用的仿生学设计太阳能是一种清洁、可再生资源,而仿生学可以通过研究植物叶片的光合作用原理,设计出更高效的太阳能收集器和利用系统。
此外,仿生学还可以借鉴动物的隔热机制,改进建筑物的隔热设计,减少能源消耗。
2. 风能利用的仿生学设计仿生学在建筑风能利用方面的应用也十分广泛。
通过研究鸟类的飞行机理和鱼类的游泳机理,可以设计出更加高效的风能利用设备,如仿生风力发电机和仿生风导航系统。
这些设计不仅提高了风能的收集效率,还减少了对环境的破坏。
四、仿生学在建筑节水与环境适应性中的应用1. 节水系统的仿生学设计仿生学还可以通过研究植物的根系结构和水循环机制,设计出更加高效的建筑节水系统。
比如,借鉴植物的排水和集水机制,设计出雨水收集系统;借鉴鱼类的鳞片结构,改善建筑物的防水性能。
2. 建筑物的环境适应性设计仿生学可以帮助建筑物更好地适应周围环境,减少对环境的影响。
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浅析仿生学在建筑设计中的应用赵志刚(湖南工业大学科技学院,湖南株洲 412000)摘要:为了启发建筑合理创新,以及使城市环境达到生态平衡和持续发展,建筑仿生是一种重要的手段。
建筑仿生学是根据自然生态与社会生态规律,并结合建筑科学技术特点而进行综合应用的科学。
它的主要研究内容包括:城市仿生,功能仿生,结构仿生,形式仿生等方面。
建筑仿生学的应用范围很广,从城市总体到单体建筑,从居住环境到材料都可涵盖。
建筑仿生已成为一种新时代潮流,也是建筑文化的新课题。
未来的城市将是仿生与生态的城市。
关键词:结构仿生、形态仿生、功能仿生、黑川纪章仿生学是一个范围广阔并具有多种含义的学科,在1960年的第一届仿生学研讨会上,与会人员制定了仿生学就是模仿生物系统的原理来建造技术系统,或者使人造系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。
它的目的是应用模拟的方法来改善现代技术设备并创造新的工艺技术。
仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科,是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学,建筑仿生则是科学技术与设计美学的有机结合。
大自然是最好的创造者,优胜劣汰,生物都要经历一个漫长的进化过程中,在进化的过程中,生物本能的去选择能适宜自身生存的环境,亦或者使自己适应当下的生态环境。
今天,我们所看到的一切生物,包括我们人类自己,哪一种不是经过漫长的你死我活的竞争和千辛万苦的进化而生存到了现在。
在这一过程中,生物进化出了最为科学的形体结构。
在功能上,它们有着非常复杂和高度自动化的器官系统;在外形上,他们形状各异却又造型优美,色彩丰富让我们为之惊叹。
1.仿生设计在建筑中的运用由来已久来自中国的建造者们很早就有着“源于自然,高于自然”的理解,“构木为巢,以避群害”更是说明了早在三千年之前的祖先就已经开始懂得仿鸟营巢。
当我们发现我们的创造无论多精巧,几乎都能在大自然中找到相对应的影子时,于是开始由无意识到有意识的对大自然进行模仿,从大自然中摄取营养,请大自然开垦拓路。
在安徽宏村,建造者规划、建造的牛形村落和人工水系,是当今“建筑史上一大奇观”。
统看全村,西头巍峨苍翠的雷岗宛如“牛头”,村口两棵参天古木恰似“牛角”,前后四座横跨古阳水的桥梁象“牛腿”,村中数百幢错落有致的民居群宛如卧牛盘踞;一条近一米宽千米长的清澈水渠形似“牛肠”环绕全村,盘曲流经各家各户,村中一半月形池塘月沼和村南一较大水面南湖分别是“牛胃”和“牛肚”,整座村落就象一只昂首奋蹄的大水牛。
这种别出心裁的科学的村落水系设计,不仅为村民解决了消防用水,而且调节了气温,为居民生产、生活用水提供了方便,创造了一种"浣汲未防溪路远,家家门前有清泉"的良好环境。
如果说无意识的模仿是大自然造物的结果,那么有意识的模仿大自然则是人类真正认知到仿生的开始。
1983年德国人勒伯多出版了《建筑与仿生学》,书中系统的阐述了建筑仿生的意义。
建筑应用仿生理论的方法,建筑仿生与生态的关系,建筑仿生与美术的关系等,为建筑仿生学奠定了理论基础而在此前后,许多远见的建筑大师都进行了有关建筑仿生的实践,使建筑仿生已逐渐形成为一种时代潮流。
2. 仿生在建筑设计中的运用内容仿生学与建筑设计的相互交融结合成了新的建筑仿生设计,其研究的范围非常广泛,研究的内容也丰富多彩,特别是由于仿生学和建筑设计学涉及到自然科学和社会科学的许多科学,因此也就难以对建筑仿生设计的运用内容作详细划分,基于其对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用,建筑仿生设计的运用内容主要有:(1)结构仿生:生物体和自然界物质存在的内部结构原理,是结构设计的一个重要元素。
例:植物的根茎叶,动物的形体、骨骼与肌肉以及自然届中矿物质的结构。
(2)形态仿生:运用生物体和自然界物质存在的外部形态及其象征意义,通过相应的艺术处理手法将之应用。
(3)功能仿生:运用生物体和自然界物质存在的功能原理。
将这些原理应用到现有的科学技术系统.以保持技术的更新换代或新科学技术的开发。
(4)视觉仿生:生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理,以及相应的视觉流程。
3. 结构仿生设计在建筑中的应用结构仿生。
生物在生存与发展的过程中,经过长期的自然进化,形成了最为合理、稳定、经济的结构形态。
羽茅草和禾本科植物的长叶往往卷曲成筒形或壳形,香蒲植物的叶子又构成螺旋状,伞状蘑菇的辐射密肋等等,都启发着人类去探索空间结构的奥秘。
人们已经发现,传统建筑的梁板支撑体系实际上是一种并不经济的结构形式,且不能满足现代社会对大跨度空间的需求。
于是仿生空间的结构帮助建筑师和工程师们解决了所要面对的难题。
3.1 薄壳结构在建筑中的应用生物界有着各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳,它们都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。
这种“薄壳结构”的厚度虽然很薄,但非常耐压。
薄壳结构就是指曲面薄壁的结构,按其曲面生成的形式可分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等,在建筑领域中大多采用钢筋和混凝土作材料。
壳体能充分利用材料强度,同时又能将承重与围护两种功能融合为一。
在实际的工程中还可以利用对空间曲面的切削与组合,形成造型新颖奇特且能适应各种平面的建筑。
薄壳结构的特点是可以把受到的压力均匀地通过曲面分散到物体的各个部分,减少受到的压力。
以鸡蛋为例,其蛋壳厚约0.5 毫米,但却很少有人能将其握破。
鸡蛋壳是由外蛋壳膜、石灰质蛋壳、内蛋壳膜和蛋白膜构成,外蛋壳膜是一种无定形的透明可溶性粘蛋白,在蛋壳外层上呈霜状。
外蛋壳膜能透过气体,可防止微生物的侵入和阻止蛋内水分的蒸发,一只普通鸡蛋纵向直径按照7 厘米计算,蛋壳厚度与其直径之比约为1 ∶140,其可见人类仿生工程的巨大意义。
据统计,二次大战以来,各国举办奥林匹克运动会而建造的体育馆,有60%以上采用薄璧空间结构。
法国夏蒙尼先斯滑雪山北区体育中心由9个三角形的薄壳所组成,覆盖面积达6000平方米。
中国国家大剧院是世界屈指可数的巨型钢结构壳体,其长达212米,宽143米,高至45米,由一组顶环梁、148榀弧形梁架和内外各42道环杆组成,重逾6000吨,巨大的穹顶内部没有一根立柱,却包含着歌剧院、戏剧院和音乐厅三幢混凝土建筑。
当然我们需要知道的是中国国家大剧院的巨型钢架结构采用的是如仿分子结构的节点构造,正是不同仿生设计的融合才造就了这个庞然大物。
3.2 空心结构在建筑中的应用空心的麦秆能承受比它重得多的麦穗而不折断,这是因为在横断面积相同的情况下,实心秆和空心秆的承压能力是一样的,但长长的空心杆在受压后并不会因断面压力过高而发生突然断裂的情况,而是在受压后茎秆先弯曲,最后因弯力过大而折断。
而横断面积相同的空心秆外径要比实心秆大,因此空心秆承瘦压力之后其抵抗弯曲变形的能力要比实心秆大得多。
麦秆的功能给建筑师以设计灵感,他们利用麦秆原理,把一些高大的柱体和秆件都设计成空心的,这样便大大的提高了它们的承压能力,起到了“重半功倍”的作用。
另外所有秆茎类植物几乎都是下粗上细的轮廓,这样的造型既减轻了自重又加强了稳定性。
加拿大多伦多电视塔高553米。
用400号温凝土浇筑成下粗上细,底翼宽约30.5米,可谓庞然大物,但它的平均细长比( 平均直径和高度之比) 约为1/10,而茎植物( 麦秆、甘蔗、竹等)的细长比可达1/100~1/200!见人类的建筑远未达到大自然的砷功。
3.3 悬索结构在建筑中的应用蜘蛛是悬索结构的天才创建者,蛛丝直径不到几微米,但编织的蜘蛛网的直径可达到十余米,这是因为其强度是同等钢材的数倍。
有些蜘丝由几股构成,形成丝索,长度可达十余米,蜘蛛网教会人们设计出最经济的悬索结构和帐蓬结构,为人类以最少的材料创造最大的空间提供了模式。
日本明石海峡大桥,是目前世界上跨径最大的桥梁,这座建成于1998年的悬索大桥全长3911米,其主桥跨度达到了1991米。
明石海峡大桥首次采用1800MP级超强钢丝,是支持这一大跨径桥梁能够实现的主要因素之一。
大桥两条主要钢缆,长约4000米,由290根细钢缆组成,重约5万吨,其直径仅为1.12米。
3.5 薄膜结构在建筑中的应用许多生物对自然环境的变化有很大的适应性,例如通过生物表皮的毛细管渗透,使生物具有散热、排湿或吸温,达到冷热干湿自动平衡以适应各种环境的能力。
但是人工建筑物对自然环境还缺乏自动适应的装置,讲究一些房屋也只有依靠机械强制调控,是否可能利用建筑物围护结构的毛细渗透类似生物的微循环来自动调节室内的温湿度呢?这是我们值得探讨的。
虽然这一难题以现有科学技术还无法达到,但是对这一课题的研究,建筑师们从没放弃过。
细胞膜具有保护性与渗透性,以控制机能的交换运转,树叶失去液压而枯萎,鱼鳔失去气压而瘫软。
这里薄膜成了主要建筑材料,薄膜结构与现代化纤塑料工艺相结合,己广泛应用于现代充气或充液建筑。
国家游泳中心——水立方,其框架部分采用钢网架,通过钢筋的不同连接,共同形成了一个立方体的笼子。
坚实的钢架结构支撑了“水立方”的充气薄膜,使之看起来弱不禁风,实际外柔内刚。
“水立方”的薄膜是ETFE膜,是一种轻质新型的建筑材料,不同国际上常用的PTFE材料,ETFE膜具有有效的热学性能和透光性,冬季保温、夏季散热,而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。
冬季保温、夏季散热,而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。
3.4 蜂巢结构在建筑中的应用蜜蜂一昼夜能建造几千间住房,而且每间的形状大小相同,体积几乎都是0.25立方厘米。
底边三个平面锐角都是70°23′。
蜂窝是一种组合式系列化的薄壁空间结构,既有数学曲严密规律,又有诗意般的美。
“蜂窝形”用于图案、用于构造,人们已司空见惯。
建筑材料科学应用蜂窝形可取得最大最轻的实体城市规划学应用蜂窝形使交通又减少一半。
近来有人提出蜂窝形住宅,在建筑工业化方面进行若干探索。
日本建筑师黑川纪章设计的舱体楼,实际上也是一种蜂窝体系的派生。
该建筑由170个批量生产的像“小豆”或“胶囊”似的方盒子组成,每个盒子都是一个独立的居住空间。
随着时代的发展,人口的不断增加,土地的紧缺将让我们面临一个严重的问题,为了缓解土地资源的有限和人口的日益增长之间的矛盾,大量的蜂巢建筑设计将充分地把土地资源转换成空间资源,让一寸地发挥到极致的功效。
需要知道的是,现如今人类在结构仿生方面还停留在静态阶级,即静态模仿,如果我们仔细观察一下生物结构的生长过程,会发现这种动态模仿对人类工程有着更大的意义。
例如:十丈青松,挺拔矗立,劲细翠竹,轻巧刚直,都是从地平寸寸长起,自己“建造”着自己,那么人类的建筑是否可以如青松生长、雨后春笋一般“活”过来,把自己一节节“长”上去?4. 建筑中的形态仿生设计的应用形态仿生。
结构仿生往往从形态上反映出来,如水滴形油罐、卵形建筑、海豚式火车头。