鸚鵡螺形仿生建筑數(shù)學建模及結構設計.pdf

1、隨著建筑科學技術的發(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)見的建筑師進行了有關建筑仿生的實踐,各種優(yōu)美的建筑造型涌現(xiàn)的同時,也為結構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構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,如何通過準確的數(shù)學幾何方程進行描述就是一個難題,即仿生形態(tài)的數(shù)學建模本身就是十分復雜的問題。準確的數(shù)學模型是進行結構受力分析、設

2、計以及工程構件精確加工、裝配的基礎。
　　 在對已有仿生建筑的成功范例進行了回顧總結的基礎上,本文根據(jù)廈門五緣灣音樂廳“鸚鵡螺”殼的數(shù)學建模及結構設計,探究復雜空間仿生形態(tài)建筑建模的方法,并研究相關結構設計軟件的前處理及連接方法,運用工程設計軟件完成相關設計。
　　 對廈門五緣灣音樂廳海螺形建筑形狀進行數(shù)學模擬。運用MATLAB軟件工具,通過對數(shù)學方程拓普及反復試驗,推演出能準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計。
　　 結構外形為一個鸚鵡螺殼,螺口寬60米,高30米,檐口出挑15米,主體結構選型為旋轉平面排架結構。排架平面外,設環(huán)(縱)向支撐,使整個結構形成穩(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以及鋼結構

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