蔡理武
(廣西五鴻建設(shè)集團有限公司 廣西宜州 546300)
結(jié)構(gòu)仿生屬于建筑仿生學(xué)中的重點研究內(nèi)容之一,特別是在大跨度建筑設(shè)計中,通過合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生,能夠保證大跨度建筑工程施工質(zhì)量得到更好的提升,減少建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生。對于大跨度建筑設(shè)計人員來講,在實際工作當(dāng)中,要結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗,進行合理的評判,保證結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑設(shè)計中得到有效應(yīng)用。鑒于此,本文主要分析結(jié)構(gòu)仿生在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用要點,從而推動我國大跨度建筑工程能夠更好的發(fā)展。
近些年來,由于我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展,建筑仿生設(shè)計已經(jīng)引起人們的關(guān)注,所謂建筑仿生設(shè)計,主要指的是將仿生學(xué)與建筑學(xué)進行有效結(jié)合,建筑仿生學(xué)涉及的領(lǐng)域比較廣,將結(jié)構(gòu)仿生應(yīng)用到大跨度建筑設(shè)計中,不僅能夠提升大跨度建筑的美觀性,而且真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。大跨度建筑設(shè)計人員通過運用結(jié)構(gòu)仿生理念,能夠保證大跨度建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,減少工程施工資源的浪費[1]。
除此之外,在大跨度建筑設(shè)計中,應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生理念,能夠為設(shè)計人員提供更多的設(shè)計思路,保證大跨度建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加合理,進一步提升大跨度建筑工程的總體效益。大跨度建筑設(shè)計人員要不斷學(xué)習(xí)先進的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計方法,改進原有的大跨度建筑設(shè)計方案,提高設(shè)計方案的實施效率。
仿生材料是結(jié)構(gòu)仿生的重要組成,從微觀角度來講,設(shè)計人員結(jié)合生物材料的外形特點,能夠研發(fā)出比較類似的原生物材料,與傳統(tǒng)的建筑施工材料相比,仿生材料的化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定。由于建筑工程施工對各項材料的密度與強度要求比較高,通過合理應(yīng)用仿生材料,能夠保證建筑工程結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。例如,在某建筑工程當(dāng)中,通過應(yīng)用先進的加氣混凝土與泡沫混凝土等施工材料,能夠提升建筑的美觀性與實用性,與傳統(tǒng)的混凝土材料相比,加氣混凝土與泡沫混凝土更加環(huán)保,對生態(tài)環(huán)境的污染較小,并且具有較好的保溫效果,使得其應(yīng)用范圍越來越廣[2]。
所謂仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計,主要指的是設(shè)計人員根據(jù)生物的外形特點,提取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系,并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點,將生物結(jié)構(gòu)體系與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行有效結(jié)合,優(yōu)化原有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,保證建筑機構(gòu)設(shè)計方案得到更好的實施。由于建筑結(jié)構(gòu)要求比較高,如強度要求與跨度要求等,設(shè)計人員在實際工作當(dāng)中,要結(jié)合生物結(jié)構(gòu)受力特點,制定多個建筑工程設(shè)計方案,經(jīng)過綜合對比分析后,選擇最終的設(shè)計方案。例如,在大跨度建筑工程中,通過采用拱結(jié)構(gòu)與充氣結(jié)構(gòu),均能夠提升建筑工程的安全性。
仿生系統(tǒng)開發(fā)主要根據(jù)生物系統(tǒng)特點,將生物系統(tǒng)中的各個因素進行有效的組合,并運用先進的系統(tǒng)理論,適當(dāng)加大人造系統(tǒng)開發(fā)力度。與仿生材料與仿生研發(fā)與仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計不同,仿生系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵在于怎樣正確處理各個子系統(tǒng)間的關(guān)系,將各個子系統(tǒng)進行有效結(jié)合,充分發(fā)揮各個子系統(tǒng)的功能。由于建筑工程系統(tǒng)具有一定的集成性,建筑工程系統(tǒng)中的子系統(tǒng)數(shù)量不斷增多,在一定程度上增加了各個子系統(tǒng)的集成難度,通過開發(fā)仿生系統(tǒng),能夠幫助建筑工程設(shè)計人員將各個子系統(tǒng)進行有效集合,保證結(jié)構(gòu)仿生在建筑設(shè)計中得到更好的應(yīng)用[3]。
某大跨度建筑工程的橫向跨度為65m,屬于大型公共建筑工程,該大跨度建筑工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,施工難度較大,主要采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。由于該大跨度建筑工程的跨度比較大,功能比較復(fù)雜,具有良好的實用性。為了保證該大跨度工程得到更好的應(yīng)用,設(shè)計人員要結(jié)合該地區(qū)的地形地貌特點,運用結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計理念,不斷完善大跨度建筑工程設(shè)計方案。
大跨度建筑工程設(shè)計人員在實際工作當(dāng)中,結(jié)合結(jié)構(gòu)仿生理念,能夠制定合理的設(shè)計方案。在制定設(shè)計方案之前,設(shè)計人員需要繪制相關(guān)草圖,并根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗,將大跨度建筑工程系統(tǒng)進行抽象化處理,結(jié)合相關(guān)法律法規(guī),改進原有的大跨度建筑設(shè)計方案,從根本上提高該大跨度建筑形體的靈活性[4]。
另外,為了保證大跨度建筑設(shè)計效果得到更好的體現(xiàn),設(shè)計人員要不斷提升自身的創(chuàng)新意識,采用透視圖方法,將大跨度建筑中的各個實體進行有效連接,保證建筑空間布局更加科學(xué)合理,不斷減少資源的浪費。通過制定合理的設(shè)計方案,能夠幫助大跨度建筑設(shè)計人員更好的了解建筑工程結(jié)構(gòu)特點,提升大跨度建筑工程設(shè)計方案的實施效果。
在構(gòu)建大跨度建筑結(jié)構(gòu)時,設(shè)計人員需要做好相應(yīng)的模擬設(shè)計工作,將大跨度建筑工程更加直觀的表達出來,有效彌補三維表達圖語言的不足。在模型研究階段,設(shè)計人員要結(jié)合大跨度建筑工程內(nèi)部的各個細節(jié),進行相應(yīng)的優(yōu)化處理,讓人們能夠更加直觀的了解大跨度建筑工程,設(shè)計人員可以結(jié)合相關(guān)工作人員提出的意見,進行合理的改進[5]。
除此之外,大跨度建筑工程設(shè)計人員要具備良好的評估能力,針對設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題,進行準(zhǔn)確評估,制定有效的施工解決對策,保證大跨度建筑模型結(jié)構(gòu)更加完整。通過構(gòu)建大跨度建筑模型,能夠幫助設(shè)計人員更好的控制建筑能量,與生物類似,建筑工程也需要與環(huán)境相適應(yīng),設(shè)計人員結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)運行特點,優(yōu)化大跨度建筑設(shè)計方案,高效利用自然資源,真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。由于大跨度建筑工程的施工規(guī)模比較大,在一定程度上增加了設(shè)計難度,設(shè)計人員在構(gòu)建模型之前,需要做好評估工作,從而保證大跨度建筑模型能夠更加穩(wěn)定的運行。
現(xiàn)階段,伴隨計算機技術(shù)的不斷進步,計算機技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,在大跨度建筑設(shè)計過程中,設(shè)計人員通過科學(xué)應(yīng)用計算機模擬技術(shù),構(gòu)建更加完善的建筑模型,并針對建筑模型運行過程中出現(xiàn)的問題,提前制定相應(yīng)的解決對策,保證大跨度建筑工程的總體施工質(zhì)量得到有效提升。通過應(yīng)用計算機模擬技術(shù),能夠讓人們從不同的角度去感受大跨度建筑設(shè)計空間與形態(tài),有效提升設(shè)計方案的科學(xué)性[6]。
由于結(jié)構(gòu)仿生具有多樣性與高效性等特點,能夠有效滿足大跨度建筑形態(tài)設(shè)計需求,設(shè)計人員可以根據(jù)大跨度建筑構(gòu)件的分布情況,合理選擇生物原型,并利用先進的計算機技術(shù),構(gòu)件建筑模型,為人們提供良好的視覺感受。在結(jié)構(gòu)仿生學(xué)理念下,生物具有良好的自我調(diào)節(jié)能力,為了保證建筑具備同樣的生命體感知,設(shè)計人員可以將各項建筑信息進行有效匯總,并做好相應(yīng)的識別工作,不斷提升建筑的自我調(diào)節(jié)能力,讓建筑能夠更好的“適應(yīng)”周圍環(huán)境,不斷減少能源的損耗。
綜上,通過制定合理的設(shè)計方案、構(gòu)建相應(yīng)的建筑模型、科學(xué)應(yīng)用計算機模擬技術(shù),能夠保證大跨度建筑設(shè)計方案得到更好的實施,不斷降低建筑能源的損耗率。設(shè)計人員在實際工作當(dāng)中,要妥善應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生理念,并不斷改進原有的設(shè)計方法,從而保證結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到更加高效的應(yīng)用。
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[4]李建華,張龍,黃錦源.淺談結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑中的應(yīng)用分析[J].科技信息,2013(23):220+274.
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[6]劉記軍,尹華鋼,姜初偉,陳路,賀虎成.2008北京奧運會開幕式夢幻地球的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2009,39(S2):103~105.