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薄壳结构—仿生建筑讲述
A 各种各样的贝壳 自然界生物的神奇来自于亿万年的选择进化、优胜劣汰。 贝壳的形貌包含着许多的几何曲线,成为现代建筑设计模仿的重要目标。 自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳,可以说是天然的薄壳结构,它们的外形符合力学原理,以最少的材料获得坚硬的外壳,以抵御外界的侵袭。以蛋壳为例,由于工程中结构自重是以均布荷载的形式存在,在蛋壳上施加均布力,一般认为在蛋壳中部为最脆弱的部位,但实际情况结构产生应力均匀,而在两端较大。通常情况,如果一枚鸡蛋的横径在4厘米左右,那么蛋壳厚度就只有0.38毫米,二者的比值接近1:105。这么薄的蛋壳,简直不堪一击。然而,蛋壳的形状可以影响它的受力,凸出向外的曲面能把力均匀散开。特别是当它均匀受力时,抗压性就更大了,远不是看上去的那么脆弱。可见薄壳结构运用到大跨度建筑中,能够达到满应力设计准则的要求。人们从这些天然壳体中受到启发,利用混凝土以及其他合金材料的可塑性,创造出各种形式的薄壳结构。建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构。?? 启发 薄壳就是利用了龟壳结构原理,由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用,结构更加坚固。龟壳的背甲呈拱形,跨度大,包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度,但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点:用料少,跨度大,坚固耐用。 薄壳建筑—悉尼歌剧院 薄壳建筑—晨曦中的“青蛤 ” 薄壳建筑—夜幕中的“海螺” 生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。这种“薄壳结构”的表面虽然很薄,但非常耐压。 壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性,把受到的压力均匀地分散到壳体的各个部分,以很小的厚度承受很大的重量,这就是“薄壳结构”的特点。 薄壳结构的特点 薄壳结构的类型 一、球壳 二、筒壳 薄壳结构的类型 三、扁壳 四、扭壳 薄壳结构的应用与发展 日本代代木体育馆 中国国家大剧院 薄壳结构的优点较多,因为它很薄,相比较而言,同样跨度的其他结构的重量要比它重得多,也就可以节约很多材料。薄壳是曲面壳体,比同样厚度的平面板刚度要大很多,而且能把自身所受的压力,均匀地扩散到整个曲面上,因而荷载也很大。这就如同很薄的蛋壳,可以承受相对体重很大的母禽,而在孵化过程中不被压破。同时,薄壳是整体连续的屋盖结构,比用小块材料砌成的拱券结构整体性要强的多,防震性也大得多。 优点 在提倡节能环保的今天,薄壳结构的仿生建筑是新时代的一种潮流,我相信,在不久的将来,在世界的各个角落,一定会矗立起一座座形态各异、坚固耐用、美轮美奂的薄壳结构仿生建筑。 薄壳结构仿生建筑的发展 谢谢 A
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