仿生学原理在钢结构中的应用

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1、仿生学原理在钢结构中的应用解旭（安徽建筑工业学院土木工程学院建筑工程系23000）摘要钢结构在各个国家的工业与民用建筑物中得到广泛的应用[1]。从仿生学的角度进行钢结构设计，可使钢结构的形态更加美观，同时也使得建筑与周边环境更加地协调统一。自然界蕴藏着许多我们可以模仿的造型，飞翔的鸟、橘子瓣、人的耳朵、植物的干茎、DNA双螺旋分子、大象的拱形骨架、荷叶、蜘蛛网、藤蔓等都是钢结构形体设计借鉴的模型。本文通过将现有的一些钢结构建筑与它们在自然界中的生物原型进行对比，以便更好地理解它们的仿生学原理。关键词仿生学仿生学的分类网格结构悬索结构拱结构螺旋结构中图分类号　TU-859　　　　　　

2、文献标识码ATheprincipleofBionicsApplicationinsteelstructuresXIEXU(AnhuiConstructionIndustryInstituteCollegeofCivilEngineeringDepartmentofbuildingengineering23000)AbstractSteelstructureinvariousstatesofindustrialandcivilbuildingsarewidelyused.FromtheangleofBionicsinsteelstructuredesign,canmaketheste

3、elstructureismorebeautiful,butalsomakesthebuildingandthesurroundingenvironmentmoreharmoniousandunified.Naturecontainsmanywecanmimictheshape,lotusleaf,nest,spiderweb,jellyfish,shellmorphologyandcrystal,DNAmolecular,cellstructure,andevenmathematicalequationsisasteelstructuredesignreferencemodel.

4、Thispaperwillbeofsomeoftheexistingsteelstructurebuildingsandtheyareinthenatureofthebiologicalprototypeswerecompared,inordertobetterunderstandtheprincipleofbionics.KeywordsBionicsTheclassificationofbionicsGridstructureSuspended-cablestructureArchstructureSpiralstructure1引言1.1仿生学简介仿生学是研究生物系统的结构和

5、性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学一词是1960年由美国斯蒂尔根据拉丁文“BIOS”(生命方式的意思)和字尾“NLC”(“具有……的性质”的意思)构成的。仿生学作为一门独立的学科，于1960年9月正式诞生，以美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地召开第一次仿生学会议为标志。经过几十年的发展，现在仿生学已经成为涉及多学科、多领域的一门边缘科学[2]。其实，在此之前人类通过仿生途径进行的发明创造已经有了悠久的历史。例如：原始人模仿鸟窝而建造了“巢居”；鲁班从带锯齿的草发明了锯子；现代的人们模仿青蛙的眼睛发明了“电子蛙眼”；莱特兄弟研究与模仿鸟的飞翔而发明了飞机（图1）

6、；人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”等。图1莱特兄弟发明的第一架飞机及其在自然界中的原型—飞翔的鸟1.2仿生学在建筑领域的应用建筑仿生学是建筑学的一个分支，它从仿生学的角度研究建筑。它研究生物中各种生物体的功能、结构、形象、并将研究成果用于建筑创造[3]。现在社会不断地追求人与自然的和谐，利用仿生学原理设计的建筑能够协调建筑与周边环境的关系，保持生态平衡。下面将介绍仿生学的分类，然后重点讨论仿生钢结构建筑，并将世界著名的钢结构建筑与其在自然界中的生物原型进行比较，以更好的理解如何从自然界的原型抽象出现实的钢结构建筑。2仿生学的分类建筑仿生学是在建筑环境、功能、形式

7、、组织结构等方面模仿某些生物有效的系统特长，并结合建筑的自身特点和适合新环境，使人类创造出更符合自然规律与人性要求的的一门建筑学科[4]。根据仿生学的表现与运用方法不同，建筑仿生学大致可归四类：建筑形式仿生，使用功能仿生，城市环境仿生，组织结构仿生。现实中也有同一建筑中综合运用多种仿生原理。2.1建筑形式仿生建筑仿生是在研究自然界生物体的外部形态特征及其象征寓意认知的基础上，以自然界生物机体的形态为原型，进行艺术加工和创造的一种设计手段。通过运用形体仿生设计的建筑满足