薄殼結(jié)構(gòu)—仿生建筑

1、 各種各樣的貝殼各種各樣的貝殼 自然界生物的神奇來自于億萬年的選擇進(jìn)化、優(yōu)勝劣汰。 貝殼的形貌包含著許多的幾何曲線，成為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)模仿的重要目標(biāo)。自然界某些動植物的種子外殼、蛋殼、貝殼，可以說是天然的薄殼結(jié)自然界某些動植物的種子外殼、蛋殼、貝殼，可以說是天然的薄殼結(jié)構(gòu)，它們的外形符合力學(xué)原理，構(gòu)，它們的外形符合力學(xué)原理，以最少的材料獲得堅(jiān)硬的外殼以最少的材料獲得堅(jiān)硬的外殼，以抵，以抵御外界的侵襲。御外界的侵襲。以蛋殼為例，由于工程中結(jié)構(gòu)自重是以均布荷載的形以蛋殼為例，由于工程中結(jié)構(gòu)自重是以均布荷載的形式存在，在蛋殼上施加均布力，一般認(rèn)為在蛋殼中部為最脆弱的部位，式存在，在蛋殼上施加均布力，一

2、般認(rèn)為在蛋殼中部為最脆弱的部位，但實(shí)際情況結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力均勻，而在兩端較大。通常情況，如果一枚但實(shí)際情況結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力均勻，而在兩端較大。通常情況，如果一枚雞蛋的橫徑在雞蛋的橫徑在4厘米左右，那么蛋殼厚度就只有厘米左右，那么蛋殼厚度就只有0.38毫米，二者的比毫米，二者的比值接近值接近1：105。這么薄的蛋殼，簡直不堪一擊。然而，蛋殼的形狀可。這么薄的蛋殼，簡直不堪一擊。然而，蛋殼的形狀可以影響它的受力，凸出向外的曲面能把力均勻散開。特別是當(dāng)它均勻以影響它的受力，凸出向外的曲面能把力均勻散開。特別是當(dāng)它均勻受力時(shí)，抗壓性就更大了，遠(yuǎn)不是看上去的那么脆弱。可見薄殼結(jié)構(gòu)受力時(shí)，抗壓性就更大了，遠(yuǎn)不是看

3、上去的那么脆弱?？梢姳そY(jié)構(gòu)運(yùn)用到大跨度建筑中，能夠達(dá)到滿應(yīng)力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求。人們從這些運(yùn)用到大跨度建筑中，能夠達(dá)到滿應(yīng)力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求。人們從這些天然殼體中受到啟發(fā)，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，創(chuàng)造天然殼體中受到啟發(fā)，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，創(chuàng)造出各種形式的薄殼結(jié)構(gòu)。建筑工程中的殼體結(jié)構(gòu)多屬薄殼結(jié)構(gòu)。出各種形式的薄殼結(jié)構(gòu)。建筑工程中的殼體結(jié)構(gòu)多屬薄殼結(jié)構(gòu)。 啟發(fā)薄殼就是利用了龜殼結(jié)構(gòu)原理，由于這種結(jié)構(gòu)薄殼就是利用了龜殼結(jié)構(gòu)原理，由于這種結(jié)構(gòu)的拱形曲面可以抵消外力的作用，結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)的拱形曲面可以抵消外力的作用，結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。龜殼的背甲呈拱形，跨度大，包括許多力固。龜殼的背甲

4、呈拱形，跨度大，包括許多力學(xué)原理。雖然它只有學(xué)原理。雖然它只有2 mm的厚度，但使用鐵的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了錘敲砸也很難破壞它。建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少，薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少，跨度大，堅(jiān)固耐用?？缍却?，堅(jiān)固耐用。 薄殼薄殼建筑建筑悉尼歌劇院悉尼歌劇院 薄殼建筑晨曦中的“青蛤 ”薄殼建筑夜幕中的“海螺” 生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的螺殼都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼薄殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”。這種。這種“薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)”的表面雖然很薄，的表面

5、雖然很薄，但非常耐壓。但非常耐壓。 殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性，把受到的壓力均勻地分幾何形狀的合理性，把受到的壓力均勻地分散到殼體的各個(gè)部分，以很小的厚度承受很散到殼體的各個(gè)部分，以很小的厚度承受很大的重量，這就是大的重量，這就是“薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)”的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。薄殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)薄殼結(jié)構(gòu)的類型一、球殼一、球殼 二、筒殼二、筒殼 薄殼結(jié)構(gòu)的類型三、扁殼三、扁殼 四、扭殼四、扭殼 薄殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展 日本代代木體育館日本代代木體育館 中國國家大劇院中國國家大劇院 薄殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較多，因?yàn)樗鼙?，薄殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較多，因?yàn)樗鼙?，相比較而言，

6、同樣跨度的其他結(jié)構(gòu)的重量相比較而言，同樣跨度的其他結(jié)構(gòu)的重量要比它重得多，也就可以節(jié)約很多材料。要比它重得多，也就可以節(jié)約很多材料。薄殼是曲面殼體，比同樣厚度的平面板剛薄殼是曲面殼體，比同樣厚度的平面板剛度要大很多，而且能把自身所受的壓力，度要大很多，而且能把自身所受的壓力，均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)曲面上，因而荷載也很均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)曲面上，因而荷載也很大。這就如同很薄的蛋殼，可以承受相對大。這就如同很薄的蛋殼，可以承受相對體重很大的母禽，而在孵化過程中不被壓體重很大的母禽，而在孵化過程中不被壓破。同時(shí)，薄殼是整體連續(xù)的屋蓋結(jié)構(gòu)，破。同時(shí)，薄殼是整體連續(xù)的屋蓋結(jié)構(gòu)，比用小塊材料砌成的拱券結(jié)構(gòu)整體性要強(qiáng)比用小塊材料砌成的拱券結(jié)構(gòu)整體性要強(qiáng)的多，防震性也大得多。的多，防震性也大得多。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，薄殼結(jié)構(gòu)的仿在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，薄殼結(jié)構(gòu)的仿生建筑是新時(shí)代的一種潮流，我相信，在生建筑是新時(shí)代的一種潮流，我相信，在不久的將來，在世界的