鸚鵡螺形仿生建筑數(shù)學(xué)建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).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(jiàn)的建筑師進(jìn)行了有關(guān)建筑仿生的實(shí)踐,各種優(yōu)美的建筑造型涌現(xiàn)的同時(shí),也為結(jié)構(gòu)工程師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。建筑并不是一幅寫(xiě)意的圖畫(huà),工程在實(shí)施過(guò)程中各個(gè)結(jié)構(gòu)部件都需要精確定位。比如對(duì)于一個(gè)生長(zhǎng)于自然界的生物形態(tài),形狀,如何通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)幾何方程進(jìn)行描述就是一個(gè)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(wèn)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(jì)以及工程構(gòu)件精確加工、裝配的基礎(chǔ)。
　　 在對(duì)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(mén)五緣灣音樂(lè)廳“鸚鵡螺”殼的數(shù)學(xué)建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(jì)軟件的前處理及連接方法,運(yùn)用工程設(shè)計(jì)軟件完成相關(guān)設(shè)計(jì)。
　　 對(duì)廈門(mén)五緣灣音樂(lè)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(guò)對(duì)數(shù)學(xué)方程拓普及反復(fù)試驗(yàn),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(guò)參數(shù)化三維空間模型的虛擬現(xiàn)實(shí)展示,取得建筑師及普通鑒賞者的修改意見(jiàn),并最終完成了各方滿(mǎn)意的建筑外形定形設(shè)計(jì)。
　　 結(jié)構(gòu)外形為一個(gè)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(gè)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(guó)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(guò)MATLAB、三維CAD以及鋼結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計(jì)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(yàn)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(shí)現(xiàn)了空間螺殼的幾何設(shè)計(jì),按照我國(guó)相關(guān)各工程規(guī)范,借助本土結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)全過(guò)程計(jì)算分析。所研究的問(wèn)題本身較復(fù)雜,難度高,通過(guò)大量試算,摸索出了一套基于結(jié)構(gòu)概念清晰的實(shí)用設(shè)計(jì)方法,可以很好的解決類(lèi)似復(fù)雜造型的結(jié)