仿生建筑的结构仿生

在结构仿生学方面,近几十年来,高级工程师取得了非凡的成就。他们比建筑师更善于观察自然的一切生态规律,应用现代科技创造了一系列全新的仿生结构体系。从一滴水和一个蛋壳可以看出其自由抛物曲面的张力和薄壁高强度的表现。从一片叶子的叶脉中,可以发现其交叉网状支撑组织的纹理,这对建筑结构的创新设计非常有益。

1947—1949意大利都灵展览馆的巨型穹顶,由意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利设计,模仿叶脉纹理建造而成。由混凝土骨架和玻璃网格组成的拱顶宽93.6米。奈尔维和A.Vitelozzi于1957年建造的75m长的罗马奥运会小体育宫,具有直径60m的半圆形曲面屋顶,内部采用钢筋混凝土网格结构体系。以向日葵为灵感,不仅用料经济,受力合理,还创造了室内装饰的新颖效果。小体育宫的外部灵感来源于人体腿部骨骼的受力分析,创造了一圈雅形支撑体系,使空间结构与建筑艺术形式的结合达到完美。1960年,罗马奥运会大体育宫在奈尔维建成,半圆形弧形屋顶,直径98.4米,可容纳16000名观众。上部混凝土弧形屋面由放射状拱肋支撑,屋面厚度仅为6cm。同样的部分看起来像一朵花和密集的静脉网络,成功地将现代技术与功能性和装饰性艺术相结合。与120-124年建造的罗马万神殿相比,半圆形曲面屋顶直径为43.2m,混凝土厚度为1.2m,充分显示了仿生原理在建筑技术应用上取得的巨大进步。奈尔维不仅是著名的结构工程师,也是杰出的建筑师。他的创造力很大程度上源于向大自然学习。

美国结构工程师巴克明斯特富勒是另一个有创意的人物。他从自然界中晶体和蜂巢的棱形结构中获得灵感,创作了一系列具有大空间结构的惊人作品。1958年,他在美国巴吞鲁日建造了联合坦克公司的巨大排架屋顶,直径为115.2米,是应用晶体结构原理建造的。1967加拿大蒙特利尔国际博览会美国馆由富勒和萨道共同建造,是一座球形建筑,在当时的展会上引起了极大的关注。他大概是模拟了一种深海鱼的网状骨骼和一种放射虫的组织结构,创造了一个三维网格的短期曲洞,高60m,直径76.2m,曲洞外面覆盖着塑料,可以开合,有夜灯照明,全身透明,就像一个星球登陆。

纽约TWA Terminal不仅是一部具有仿生外观的著名作品,更是一部Ero。萨里南还和威廉在一起。WilliamGardner建造了一个四瓣复合薄壳,中间有一个缺口用于采光,四瓣薄壳由下面的Y形柱支撑,这与人类头骨的拼接非常相似。这种结构肌理在航站楼中的应用,不仅解决了自由曲线造型的困难,而且实现了结构与形式的有机融合,值得建筑师关注。没有必要为了建筑的某个造型而牺牲结构的合理性。相反,有机的结构和新颖的形式是可以相互* * *。

由德国结构工程师弗雷·奥托于1967年在加拿大蒙特利尔国际博览会上建造的德国馆,看起来是一组帐篷状的建筑。它是一个具有网索结构的蜘蛛网支撑系统,表面覆盖一层塑料表层。它的形状很特别,可以作为装卸的临时建筑。1972慕尼黑奥运会的体育场和体育馆也采用了这种结构。因为他擅长使用这种类型的结构,有人称他为“蜘蛛侠”。这种蛛网状的网索结构后来发展成为帆布张力结构体系,更接近帐篷的形式。事实上,建筑师将仿生学应用于结构的例子很多。柯布西耶早年大量使用鸡腿柱和框架的结构体系,无疑是受到了动物腿骨支撑的启发。他于1931在巴黎附近的普瓦西建造的萨沃耶别墅就是这种结构体系的体现,至今仍为人们所称道。

莱特是著名的建筑大师。他早年学的是结构专业,所以在建筑造型和结构体系的融合上可以运用自如。1950年,他设计并建造了Helio实验室和研究塔。),是树状结构。主体支撑结构放在建筑中央,周边楼层悬空,在外侧形成幕墙,取得了新颖的效果。应用同样的原理,莱特在1956年大胆构思了一座高度为1英里的摩天大楼。

在结构仿生学方面,最值得称道的是后起之秀,年轻的西班牙建筑师圣地亚哥。卡拉特拉瓦(SantiagoCalatrava)。1951年出生于西班牙巴伦西亚。他毕业于当地建筑学院建筑系,后在瑞士苏黎世大学土木工程系学习结构工程。毕业后于1981获得该校建筑系技术科学博士学位。他的博士论文题目是“结构的可折叠性”。毕业后留在瑞士创业,继续致力于折叠结构和仿生结构的实践。他观察了狗的骨骼和腿的活动支撑,取得了许多可喜的成就。他在1983年建造的瑞士卢塞恩邮局前的雨棚,是最早使用活动关节的做法。1986—1987在巴塞尔一座中世纪古建筑的重建中,他将咖啡厅的天花板钢梁框架做成模仿动物骨架的自由曲线,既有新颖的装饰效果,又符合力学特性。这是一个大胆的尝试。此后,他于1987在加拿大多伦多建造了BCE文化广场建筑,创造性地模仿了分叉树干的生长纹理,设计了两侧柱子的弧形肋和顶部网格,取得了非凡的艺术效果。1991—1992他在西班牙塞维利亚为科威特设计了一个展厅,屋顶可以自由开合,模拟动物关节的自由运动。夜晚,屋顶罗纹敞开,下方的平台可以进行各种户外活动,不仅将结构与功能有机结合,更给人无限遐想。1989年至1993年,他在法国里昂萨托拉斯机场附近设计建造火车站时,充分运用了动物骨骼的结构原理,充分发挥了节省材料、提高效率的特点,造型新颖抢眼。此外,他还在1992年为巴塞罗那奥运会设计并建造了最具标志性的电信塔,这也是通过吸收植物茎杆自由平衡的形式而产生的新颖想法。