力学找形逻辑下的数字化设计和建造实践

在建筑数字技术迅猛发展的趋势下，形与力关联的力学找形设计方法和工具已成为基于性能的建筑设计的驱动力。在回顾由力学驱动的建筑形式设计发展历史的基础上，选取不同尺度的数字建造作品，分析其设计模式和应用技术，阐述基于形式和结构互动关系的力学找形设计过程，探索力学找形逻辑下数字建筑设计和建造的创新方法。     

结构的形与力——形是力的图解

“形是力的图解”可以理解为:作为处理结构的形与力的一种方式,通过安排结构“形”与“力”的互动与关联,实现结构内在的理性(力)与外在的表现(形)紧密而内敛的逻辑关系.文章从“形”与结构的内力、“形”与力流的传递及形态抵抗下的“形与力的结合”三个方面论述,具体阐述了“形是力的图解”这一建筑学命题的内容和意义.     

Y形框架梁在某超高层建筑中的应用研究

框架-核心筒结构楼盖角部的框架柱与核心筒角部剪力墙之间一般采用斜梁连接,或采用半框架梁间接传力到剪力墙.成都某超高层塔楼创新性地采用Y形框架梁连接框架柱与核心筒剪力墙,对Y形框架梁的优化布置进行了对比分析,并对该超高层建筑进行了基于性能的抗震设计,重点分析了Y形框架梁的性能水准,进行了结构模型试验,结果表明该超高层建筑能达到预设的性能目标,采用Y形框架梁是一种可行的结构布置方案,可供类似工程参考.     

结构的形与势 ——从奥托的自然建筑谈起

在中国的"形势"与西方的"绵延生成"思想上,试图提出建筑学的形势观转向,以"形"与"势"的辩证关系来重新审视建筑设计。从这个角度来看,结构是形式生成过程中的组织秩序,是"形"与"势"之间的协调,是一种与真实世界的物质建造、道德伦理对话的机制。在这种实在论的观点下,从弗雷·奥托(Frei Otto)的自然建筑谈起,从材料特质、建造过程、建构节点这三个视角来探讨源于结构的内部组织与物质特性的形式涌现。     

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究北大核心

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。     

数字化结构性能生形研究

结构性能生形技术的快速发展和 建筑形式创新的需求正逐渐将建筑学引向数 字化结构性能生形时代。数字化结构性能生 形时代重新定义了建筑学与结构工程之间的 关系,为推动学科融合带来了新的机遇。数 字生形技术的发展同时为建筑设计思想和方 法的革新带来了巨大推动力。在学术界,不少 教育机构积极探索结构性能生形时代的教育 模式,试图将结构教学重新引入建筑教育中。 文章从建筑视角对结构性能生形时代的历 史、工具、设计思想和教育模式进行梳理和 总结,结合同济大学暑期设计教学实践对国 内结构性能生形教育进行初步探索。     

全装配式肋形薄壁结构构件标准化设计

文章结合全装配式肋形薄壁结构主要技术特征,分析了其"基于构件标准化"和"以提供完整建筑产品为目标"的标准化设计特点,提出了预制构件标准化设计的基本原则,针对肋形标准墙板和楼板的标准化设计,从结构构造、连接构造和配筋等方面探讨了设计技术要点,进而提出了全装配式肋形薄壁结构结构标准化设计的建议.     

张拉结构的找形方法评述

结构的找形问题是张拉结构分析中的关键问题。恰当的找形方法能使得结构分析简洁而有效，获得建筑工程师和结构工程师双方的满意。对结构内部应力和结构形态（外形）的控制是结构分析和设计中非常重要的两个方面。本文对目前结构找形的主要方法进行了较为详细回顾与介绍，并对各种方法的优劣作了相应的比较。     

建筑中柱的力与形

从建筑构件中柱的受力特性出发,通过解析其水平力、侧向力、截面应力和力的矢量等,厘清柱形态衍生的内在力学动力,拓展出一条基于结构逻辑的形态设计方法。由此揭示出结构力学特性与建筑构件形态的关系,使结构思维真正在建筑设计中得以体现,实现建筑结构与形态的整合,技术与艺术的统一。     

从社会结构到空间形构 ——对当代建筑空间设计逻辑的思考

进入当代,社会文本愈加复杂,基于二元论的空间设计方式难以对社会关系进行回应,城市物质空间发展与社会变化相比呈现出滞后感.面对这一现状,文章对设计方法进行思考,通过列斐伏尔空间生产理论论述了社会结构与空间形构的相互关系,并以西雅图公共图书馆反映出的大众与媒体的关系为例,尝试探讨从社会结构到空间形构这一设计逻辑的可行性,以期对当代建筑空间设计方法提供部分参考启示.     

瓣形穹顶的建筑特点与结构形体研究

在总结了传统的穹顶结构特点的基础上，提出并用CAD技术建构了一种新型的空间网格穹顶结构——瓣形穹顶，同样是圆形平面，瓣形穹顶却可变化出各种造型极为丰富的空间形态，文章对瓣形穹顶的几何特征、建筑形态与构成、结构的受力特点和结构布置方案作了系统的研究，这种穹顶结构既可以用于中小跨度结构，也可应用于大跨度的空间穹顶结构。     

“带形窗”多层砖混建筑抗震设计

“带形窗”能否用于地震区多层砖房建筑一直是建筑师关注的问题，由于《建筑抗震设计规范》为防止局部震害，对多层砖房建筑窗间墙等局部尺寸提出了限值，因而，影响了“带形窗”立面形式在地震区多层砖房建筑中的应用。考虑“带形窗”对结构抗侧力刚度的影响，采用细致的抗震强度验算，加强了“带形窗”部分的结构构造措施，探讨了“带形窗”多层砖房建筑的抗震设计特点，首次尝试在低烈度地震区多层砖房建筑中使用“带形窗”的立面设计手法，立面造形美观，为丰富地震区多层砖房的建筑设计提供了有益的参考。     

基于结构目标位形的找形分析及预应力张拉控制方法

一种常用的悬吊结构体系由巨型钢拱、固定屋盖以及连接二者之间的拉索组成,在施丁过程中其变形主要由预应力索张拉和结构自重所致.由于某种使用功能的缘故,对施工完成后的结构位形,即目标位形常提出明确的要求.设定这类悬吊结构体系的没计位形就足结构的目标位形,考虑结构自重与拉索预应力的共同作用,采用正装迭代找形方法求解基于巨型钢拱与固定屋盖结构目标位形的初始安装位形,进而确定这类结构的安装预调值.文中还对预应力索的张拉顺序进行了研究,并通过比较拉索单步张拉和分阶段张拉方案的计算结果,说明了单步张拉与分阶段张拉方案的适用范围.     

以芬兰为代表的北欧建筑结构美

有一类建筑用建造语言来实现理念,对结构和构造直接表现,将自然意象转化成空间,地域特色和民族精神深含在结构形与力的塑造中,让人深感建筑结构之美.在将自然意象转化成空间的建构中,新的结构分类能更好的揭示理性结构和感性体验的关联:树或森林结构、肋骨结构、羽翼结构、云结构,以4种常见意象为例,可试论地域化建筑结构美的形式源头.芬兰现代建筑实例众多,是为代表.     

形是力的图解

无论建筑形态如何变化,其数理、力学相关的技术逻辑是万变不离其宗的核心,形便是力的图解.从力流方向、内力图解、形态抵抗三方面阐述形与力的关系,希望"形与力"成为建筑师与工程师沟通的桥梁.     

索膜建筑的找形与工程设计

近１０年来,索膜建筑体系在我国有较快的发展,但在工程设计领域对此了解与认识相对滞后。“找形”是索膜结构设计的一个专用语,它的含意是在特定结构体系中,在已定的支撑边界条件下,通过结构计算分析确定膜面的形状,建筑师的参与是索膜建筑发展的首要条件。“找形”这一概念引入工程设计中,目的是向建筑师介绍索膜结构的几种基本体型,建筑师可以直接利用它,也可以用它的组合构筑符合功能和造型需要的体型。     

封闭式组合屋面膜结构找形分析研究

应用有限元程序ANSYS对郑州大学西亚斯国际学院篮球馆组合屋面膜结构进行找形分析,确定满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀。通过对封闭式组合屋面膜结构的找形分析,探讨此类膜结构找形过程中单元划分、边界处理、弹性模量取值等处理方法,提高找形效率。在考虑支承体系对找形结果影响的基础上,进行协同找形分析,对比说明协同找形分析的必要性。     

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。     

“带形窗”多层砖混建筑抗震设计

本文结合具体工程，考虑“带形窗”对结构抗侧力刚度的影响，采用细致的抗震强度验算，加强了“带形窗”部分的结构构造措施，探讨了“带形窗”多层砖房建筑的抗震设计特点，首次尝试在低烈度地震区多层砖房建筑中使用“带形窗”的立面设计手法，立面造形美观，为丰富地震区多层砖房的建筑设计提供了有益的参考。     

树状结构找形分析及工程应用

树状结构具有造型新颖、受力合理的特点,因而在工程中得到广泛应用。作为一种复杂的空间刚架体系,构件布置方式的确定（即找形分析）是树状结构设计中重要的环节。构件布置合理与否将直接影响树状结构的工作性能。基于形效结构的概念,通过分析树状结构的几何特点和受力特点,提出了一种树状结构的找形新方法--逆吊递推找形法。该方法的基本思路是,根据各级树枝所支承的屋面区域找到相应的受荷中心,依次令各级树枝指向其分担的屋面受荷中心,通过逐级递推建立树状结构的几何形态。在此基础上,明确了逆吊递推找形法的具体实施步骤和需要注意的问题。最后结合一树状结构工程实例,介绍了逆吊递推找形法的实际应用过程。研究结果表明：采用逆吊递推找形法生成的树状结构的所有构件均只受轴力作用,属形效结构。