空间结构形态学的研究内容

© Written by J.Y. WANG

​写在前面的话

什么是美的?

人类经过千百年的进化,对于美的认识,是通过对自然界的观察和感悟形成的。而自然界的这些物体的形状与结构是符合物理规则的,简单的说是受力合理的。那么经过世代遗传必然在大多数正常人类心中所认为的美,也应是在力学上合理。

这就可以产生一个推论,虽然结构合理的建筑不一定是美的,但一个优美的建筑必然应是结构合理的。结构合理是建筑优美的必要条件。

而当今的建筑师,有些严重偏离了这一基本美学规律,奇奇怪怪、哗众取宠者屡见不鲜。建议在建筑师培养中加强结构和力学相关方面的教育。


英国动物学家汤普森有一句名言“形是力的图解”,这句话恰恰体现了形态学的本质,即形态学认为自然界中的物体的形与其内部的结构之间构成了有机的整体;因此,结构的外部形式、内部构造和功能三者之间应该是和谐统一的。形态学就是研究各种形状与其内部结构之间关系的科学。按照结构形态学的观点,一个优秀的建筑不仅应该能够表现出建筑物本身的艺术价值,更应该具有良好的受力性能。但是在现实情况下要实现这一目标还是相当困难的,这主要源于现阶段设计步骤的不合理性,即建筑设计在先,结构设计在后。由于专业知识的局限性,由建筑设计所产生的曲面在力学性能上很可能是不合理的,而后结构工程师只能在这一不尽合理的几何形状基础上设计结构的受力构件,从而产生了最终建筑产品的不合理性。而实际上一个优秀的建筑作品应该是建筑师与结构工程师相互协作、相互促进来完成的,而不是平行进行,没有交集的机械创作[34-38]

                                          图1-5 结构形态学的研究内容
合理的结构形态应同时满足以下两方面要求[1-11]:1)丰富的建筑艺术表现形式;2)结构受力合理。一般来说,一个结构的优劣主要取决于它的内力分布模式是否合理,为评价结构的合理性,需要引入了结构形态的概念。如前所述,“结构形态”应包括两方面基本内容:第一是结构的 “形”,其次是结构的“态”。结构的“形”是指包括结构的几何外形、杆件的布置方式、以及构件尺寸等结构的外在特征;结构的“态”是指结构在外荷载作用下的内力分布状态,是结构的内在反应。具有特定几何外形的结构在荷载作用下,其内力分布状态是一定的;而已知一个特定的内力分布状态却不能确定唯一的建筑几何外形。因此,对结构形态的研究是评价结构好与坏的基本参数,一个合理的建筑几何外形才能对应有一个较优的受力状态。

对于结构形态的研究一般可分为以下三个层面:1)几何外形的创建与优化,这一层面主要研究结构的整体几何外形;2)杆件布置关系的创建与优化,这一部分主要研究以何种方式布置杆件更为合理的问题;3)杆件截面的确定与优化。从现有研究来看,第三层面的研究已经大范围的开展,而第一、二层面的内容将是未来研究的重点。

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