常见仿生结构种类及其在公共建筑设计中的运用

　　摘    要：　仿生理念在很多工程项目中都有着非常广泛的应用，并且均取得了良好的应用效果，为人们的生活方式提供了很多的便捷性，接下来笔者将以公共建筑项目为例，从仿生建筑基本概述、常见结构种类、实践应用等多个角度对其展开详细的探究，希望以下笔者针对仿生建筑所提出的一些意见和建议可以为从事仿生建筑设计工作的相关人员提供一些设计参考。

　　关键词：　仿生理念; 公共建筑; 结构设计与应用;

　　引言

　　近几年，国内仿生建筑项目的数量越来越多，这便意味着人们对于公共建筑的要求和标准越来越严苛，对此设计人员应当更好地将仿生设计理念融入公共建筑项目中，以求能够为人们提供更加优质的仿生建筑空间，目前市场上比较常见的仿生结构以膜结构、壳结构、拱形结构、充气结构、螺旋结构为主，设计人员可以结合公共建筑项目的实际情况对其进行合理的应用，为仿生建筑领域的未来发展添加助力。

　　1、 仿生建筑概述

　　顾名思义，该类建筑主要是以某些生物的形象或结构作为参考和研究的方向，探寻其中潜在的规律，并且将这些规律科学地运用在结构设计中的建筑物。合理地将仿生建筑应用在城市的规划和建设中不仅可以给人们提供更加健康、舒适的生活环境，同时还可以为建筑结构设计提供创新思维的源泉，是国内建筑领域未来几年发展的重要趋势。
 

　　2、 常见仿生结构种类

　　2.1、 膜结构

　　该类仿生结构通常是从细胞体中逐渐演变而成的，与其他仿生结构相比，膜结构在实际应用中所呈现出的几何形态，通常来说具有一定的复杂性，其常常作为一种覆盖结构被广泛地应用于很多建筑项目中。以张拉膜结构为例，其主要是借助支撑杆对主体结构所提供的张拉力来形成一种膜状的特殊结构，合理地使用膜结构可以有效地帮助建筑物降低自重，从而显着提高该建筑物自身结构的稳定性。

　　2.2、 壳结构

　　众所周知，壳仿生结构主要源于龟科类动物，以乌龟为例，其龟壳通常呈现为拱形，且整体的跨度较大，从力学角度去分析，龟壳属于一种曲面形结构，其在实际应用中可以将所受到的外界作用力均匀、全面地分解在壳体的外表面，因此乌龟凭借仅仅2mm的龟壳便可以在自然界中抵御大部分外界的作用力而安稳度日。目前建筑市场中比较常见的壳结构仿生设计主要有四种类型，分别为圆顶薄壳结构、双曲抛面结构、筒壳结构、双曲扁壳结构等等，设计人员可以结合建筑设计的具体要求来选择最合理的壳体仿生结构，以求最终能够达到最佳的建筑效果[1]。例如，位于澳大利亚的悉尼歌剧院便是由三组体积巨大的壳体所构成的，这便是壳体仿生结构在公共建筑项目中的典型应用。

　　2.3 、拱形结构

　　中生代时期的恐龙生物，其身长一般在20m左右，身高在4m-8m，体重约为30t-40t，该类生物在行动过程中其四肢需要承受非常强大的负荷力，相关研究人员在研究过程中发现，虽然恐龙的自重非常大，但是其身躯、尾巴以及长颈所对应的重心均处于腰部，而身体的自重也是通过这一重心均匀地分布在其四肢上，从宏观的角度上来看，该类生物的上半身像一座拱桥的形状，由于该形状在建筑领域的实际应用中可以承担非常大的荷载力，因此也得到了设计人员们广泛的仿生应用，这也是建筑史上“拱形结构”的由来。

　　2.4、 充气结构

　　众所周知，自然界中的植物细胞、动物细胞都存在大量的气体，而这些气体的存在会在一定程度上对该细胞的细胞壁产生压力，这种压力也就是生物学中所定义的气体静力压，针对该原理，设计人员也设计出很多别出心裁的充气结构类仿生建筑，如网球场、野外餐厅、体育场、登山帐篷等等。美国着名的工程设计师盖格也曾设计出歇尔佛体育馆这一充分运用充气结构的建筑物，其在实际应用中也受到了人们的广泛认可。

　　2.5、 螺旋结构

　　除了上述我们所提到的膜结构、壳结构、拱形结构、充气结构之外，还有一些其他的仿生结构，如螺旋结构，其主要是仿生车前子植物的叶子，其螺旋的夹角经测定为137?30?30”，在这种螺旋结构中车前子可以获取最多的阳光，而有些设计师将该仿生理念融入建筑设计作业中，并且设计出以螺旋结构进行排列的多层楼房，在这种仿生结构中，该建筑的每一层楼房的房间均可以得到非常充足的阳光。

　　3、 在公共建筑项目中的设计应用

　　3.1、 从造型艺术的层面上

　　对于公共建筑而言，设计人员常常会在确保建筑物安全稳定性的基础上注重对其造型艺术的设计，而合理地在建筑设计过程中融入仿生设计理念便可以在一定程度上帮助设计人员开拓思维，从而设计出更加具有创新理念和较高艺术鉴赏价值的公共建筑项目[2]。例如，位于意大利的都灵展览中心，设计人员在设计该公共建筑时便将仿生理念与其造型艺术相结合，将自然界中的树叶叶脉作为该建筑物中的核心支撑框架，整个都灵展览中心均是以叶脉肌理作为拱顶结构，其总长度为93.6m，总宽度为75m，该展览中心在实际应用中给人以强烈的视觉冲击力，同时也赋予了建筑物较高的艺术价值。除此之外，东京奥运会中所建造的游泳馆也是将仿生设计理念与造型艺术完美融合的建筑项目之一，其主要以旋梭结构为核心，仿生贝壳的形状，由游泳馆的中心向两侧进行卷翘，在满足游泳馆内功能要求的同时也显着提高了建筑物自身的美观性，为仿生建筑史中留下浓墨重彩的一笔。

　　3.2、 从自然环境的层面上

　　连接仿生理念与自然环境的桥梁是几何学，很多设计人员在对公共建筑进行设计的过程中不可避免地会使用到一些由自然环境中演变而来的特殊几何结构，并且在实际应用中也取得了不错的成效。例如，大自然中非常常见的水滴，其通常以截面空间为主，通过一些不规律的几何结构组合方式，最终构成一个三维立体空间，位于北京市的水立方体育馆便是由这种薄膜状的水滴几何结构所构成的，虽然从外观上来看是一种相对薄弱的薄膜结构，但是其内部有钢结构进行支撑，因此其稳定性也是非常值得我们所认可的，这便是仿生理念与自然环境在公共建筑项目中的重要应用之一[3]。

　　3.3、 从经济技术的层面上

　　随着自然资源的不断匮乏，为了可以确保国家的经济能够持续稳定发展，很多建筑企业都在不断地研究如何在满足公共建筑项目的功能特性的基础上尽可能少地消耗建筑材料，而仿生理念中的蜂巢结构便可以有效地解决这一问题，该结构主要是由多个六棱柱共同组合而成，其中每一个六棱柱又可以进一步细致地划分为三个大小完全一致的菱形，根据相关数学研究学者测定得出，这种蜂巢结构不仅具有较高的稳定性，同时也可以有效地节约建筑材料，是符合经济发展背景下的建筑项目结构设计理念[4]。新西兰的国会大厦和韩国的Kang-nam均属于蜂巢结构在公共建筑项目中的典型应用。

　　结语

　　虽然现阶段国内一些仿生建筑在实际设计和应用过程中还存在一些缺陷问题有待进一步地完善，但是仿生建筑已然成了未来几年建筑领域中非常重要的发展方向，因此笔者相信仿生建筑设计在相关设计人员的不断优化下一定能够为人们提供更理想的建筑空间，为社会的长远发展奠定良好的基础。

　　参考文献

　　[1] 陈子颖.过去、现代和未来:未来城市发展构想——基于高层动态仿生建筑的探讨[J].艺术与设计(理论),2018,2(09):159-161.
　　[2] 杨雨桐.浅议结构仿生在大跨度建筑设计中的应用[J].黑龙江科技信息,2016(07):265-266.
　　[3] 蔡芳.国家公园建筑生态仿生设计策略——自然界的启示[J].林业建设,2017(03):117-121.
　　[4] 王凭,符合文.试论仿生设计在建筑艺术中的运用[J].黑龙江科技信息,2013(07):227-229.