文档介绍：结构形态学在现代结构中的应用摘要结构形态学从整体上研究结构形式与其受力性能之间的关系, 研究内容较广泛, 具有多学科交叉的特点, 但尚未形成基本理论体系空间结构是典型的形效结构, 而且形式丰富多样, 如何实现新颖结构形式与合理结构性能之间的协调统一是空间结构设计中的关键问题因此, 结构形态学的研究对空间结构的创新发展具有重要意义通过对结构形态学的研究范畴与发展脉络的阐述,为结构形态学提出一个较为明确的定义; 结合张力结构自由曲面结构自由拓扑结构等现代空间结构形式对结构形态学的研究进展情况进行评述,重点介绍了作者团队近年来在这方面的研究与实践关键词: 结构形态学; 空间结构; 张力结构; 自由曲面结构; 自由拓扑结构-3- 第一章引言对结构合理形态的探索一直是结构工程领域的重要课题纵观诸多经典结构工程,无不体现了使用功能优美形体与合理受力的协调一致以此为目标的相关研究也一直备受关注。二十世纪初,形态学思想逐渐被引入建筑结构领域,建筑结构大师们进行了相关探索与实践例如,西班牙建筑师高迪提出逆吊实验方法,并藉此设计了一系列具有雕塑感的建筑;瑞士工程师 Isler 利用充气膜和悬垂膜方法设计了许多混凝土薄壳结构; 意大利工程师 Nervi 创造多个兼具技术和美学价值的结构,被誉为钢筋混凝土诗人; 西班牙建筑师 Candela 利用双曲抛物面的组合创造了多项富于表现力的混凝土薄壳结构;德国建筑师 Otto 利用肥皂膜实验,解决了索膜结构的初始形态确定问题; 美国学者 Fuller 通过对自然现象的观察和思考, 提出了全张力体系的思想,对空间结构的体系创新发展具有推动作用。这些大师们所提出的一些设计理念可以看作是形态学思想在建筑结构领域的体现例如: Nervi 认为结构应具有自身的表现力,合理的结构本身就蕴含着美; Otto 认为建筑的目的不是炫耀技术,而是更好地表达自然,了解存在于自然界的构造过程, 人工地表达这种过程,乃设计之道; Fuller 认为自然界存在着以最少结构提供最大强度的矢量系统,人类的发展需求应与全球的资源和科技水平结合在一起,用最高效的手段解决最多的问题。 1991 年,国际壳体与空间结构学会成立了结构形态学工作组,首次提出一词,但一直没有对其严格定义。第二章张力结构张力结构是以构件受拉为主来抵抗外荷载的一类柔性结构体系,具有用材省效率高的特点。其工程应用形式多样,包括各种形式的悬索结构体系索膜结构体系以及以拉索(杆)起主导作用的各种混合结构体系。代代木体育馆、德国奥体中心体育场、卡尔加里滑冰馆、威海体育场展示了张力结构形态的丰富多样性。 张力结构的初始形态确定作为柔性体系,张力结构需要通过施加适当预张力获得稳定形状。因-4- 此,通过调整边界条件和预张力,寻求符合建筑功能及美学要求且受力合理的初始形状,是张力结构设计中首先需解决的问题。由此可见,张力结构由于其自身特点,从一开始就与结构形态学紧密结合。国外文献把确定张力结构的初始形状称作找形,从实用角度,该词形象地表达了操作过程。有学者认为这一名称缺少一点理论内涵,因此提出了“初始形态确定”的概念,相应的数值分析称为“初始形态分析”,认为该定义能较好地与结构形态学的概念相联系。在形态学发展早期,多采用模型实验方法确定张力结构的初始形状, 即利用可形成纯张力作用的柔性材料或肥皂膜模拟