鸚鵡螺形仿生建筑數(shù)學(xué)建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、隨著建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,建筑師們遵循人與自然和諧發(fā)展的理念,試圖尋找建筑與自然間完美的共存方式,許多有創(chuàng)見的建筑師進(jìn)行了有關(guān)建筑仿生的實踐,各種優(yōu)美的建筑造型涌現(xiàn)的同時,也為結(jié)構(gòu)工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。建筑并不是一幅寫意的圖畫,工程在實施過程中各個結(jié)構(gòu)部件都需要精確定位。比如對于一個生長于自然界的生物形態(tài),形狀,如何通過準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)幾何方程進(jìn)行描述就是一個難題,即仿生形態(tài)的數(shù)學(xué)建模本身就是十分復(fù)雜的問題。準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析、設(shè)

2、計以及工程構(gòu)件精確加工、裝配的基礎(chǔ)。
　　 在對已有仿生建筑的成功范例進(jìn)行了回顧總結(jié)的基礎(chǔ)上,本文根據(jù)廈門五緣灣音樂廳“鸚鵡螺”殼的數(shù)學(xué)建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計,探究復(fù)雜空間仿生形態(tài)建筑建模的方法,并研究相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的前處理及連接方法,運(yùn)用工程設(shè)計軟件完成相關(guān)設(shè)計。
　　 對廈門五緣灣音樂廳海螺形建筑形狀進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。運(yùn)用MATLAB軟件工具,通過對數(shù)學(xué)方程拓普及反復(fù)試驗,推演出能準(zhǔn)確描述海螺形狀的空間曲面方程。在確定海螺的基

3、本外形方程后,通過參數(shù)化三維空間模型的虛擬現(xiàn)實展示,取得建筑師及普通鑒賞者的修改意見,并最終完成了各方滿意的建筑外形定形設(shè)計。
　　 結(jié)構(gòu)外形為一個鸚鵡螺殼,螺口寬60米,高30米,檐口出挑15米,主體結(jié)構(gòu)選型為旋轉(zhuǎn)平面排架結(jié)構(gòu)。排架平面外,設(shè)環(huán)(縱)向支撐,使整個結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的空間體系。螺口處懸挑部分借鑒了中國古建筑的雙柱“搭牽”挑檐的做法,用人跨度伸臂空間桁架形成螺口處凹凸懸挑空間曲面。通過MATLAB、三維CAD以及鋼結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計軟件3D3S的連接使用,完成了整體結(jié)構(gòu)地震作用下變形驗算。
　　 論文研討了復(fù)雜仿生形態(tài)建筑三維空間建模的數(shù)學(xué)方法,及數(shù)字化電算模擬技術(shù),使用Matlab工具編程實現(xiàn)了空間螺殼的幾何設(shè)計,按照我國相關(guān)各工程規(guī)范,借助本土結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計軟件STS、3D3S完成了鸚鵡螺殼復(fù)雜異形空間結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計全過程計算分析。所研究的問題本身較復(fù)雜,難度高,通過大量試算,摸索出了一套基于結(jié)構(gòu)概念清晰的實用設(shè)計方法,可以很好的解決類似復(fù)雜造型的結(jié)