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浅谈建筑结构仿生设计

摘要：建筑代表着一个时代的时代精神、审美特征和科学技

术水平。仿生学作为一门独立的综合性学科正在蓬勃发展，将仿

生设计原理与建筑设计相结合无疑是建筑设计的有益尝试。从仿

生设计原理入手，探讨仿生设计在建筑结构设计中的运用，以建

筑仿生设计中的纤维结构、气泡结构、螺旋结构、骨干结构和壳

体结构为研究对象，结合仿生设计原理进行实际案例分析，为建

筑结构提供了新的设计方法和思路。

关键词：建筑结构；仿生设计；设计原理；技术应用

1960年仿生学作为一门独立的学科正式成立。21世纪建筑

学领域掀起了一场仿生设计运动，而建筑结构仿生是建筑仿生设

计中发展较为迅速的分支学科。近几十年以来，世界各国的设计

师对建筑结构仿生设计进行了勇敢的尝试，创作出了新颖的结构，

使建筑更加安全、经济、高效、节能和适用，形成了一套完整仿

生建筑结构理论与实践体系，使建筑设计焕发出了无限生机。

1建筑结构仿生设计的理论依据

生物在世界上存活了数万年之久，它们为了生存而不断完善

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自己的躯干组织结构，获得了更加顺应自然、更加坚固的自我防

御系统，从而得以生存和繁衍。它们拥有美丽的形态、奇妙的结

构和惊人的本领，吸引着人类去借鉴和模仿。仿生学是人类受自

然界启示，汲取灵感进行再创造，创作出更好的设计。建筑是人

类之居，将人类之居植根于自然是十分必要的。建筑仿生学以仿

生设计原理为依据，提取和升华大自然中对建筑设计有益的因素，

将其运用于建筑设计中。建筑与生态环境相互作用，使建筑更好

融入大自然的美丽中，达到人和自然的和谐统一。在建筑设计的

诸多构成要素中，建筑结构的创新与合理化配置是不可或缺的重

要组成部分。深入研究建筑结构仿生设计的理论和实践，对于建

筑结构创新、合理化设计研究有着重要的意义。

2仿生元素在建筑结构设计中的运用

2.1纤维结构仿生

在研究一个生物体时，研究者最先研究的是它的基本组成部

分。世界上大部分生物体是由细胞和纤维结构构成的，但生物体

并不是细胞简单堆砌，它们会按照一定的规律进行排列和组合，

形成各种各样的纤维结构，纤维结构有独特的受拉特性，人们从

此特性中汲取灵感，创造了悬索结构和索膜结构。在自然界中很

少有类似悬索结构的物体，蜘蛛网的织造结构与其有几分相似之

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处。悬索结构最初运用于悬索桥，建筑采用这种结构的想法是从

悬索桥得来的。建筑悬索结构是以成组正交的缆索张拉而成相互

反向的曲面，从而产生三维稳定的结构体系。日本设计师丹下健

三设计的奥运会主场馆——东京代代木体育馆是悬索结构的典

型案例。屋顶造型采用了经典的鞍形索网结构，采用似于悬索桥

的设计手法，长轴方向由两根钢筋混凝土桅杆柱支撑，由数根钢

索牵引起两片新月形的建筑主体结构，从建筑外观来看非常优美

和灵动。在很早之前，人类借鉴蝙蝠翅膀或者水鸟蹼的构成结构，

发明制作了帐篷，帐篷的造型本身就是一种建筑结构，值得在建

筑设计中广泛借鉴和采用。德国设计师弗赖奥·托首次大规模应

用了支撑膜技术，他设计的蒙特利尔世博会德国馆采用了金属索

和高分子聚合材料制成的薄膜，以14～35m高的桅杆支撑，索

网传力给各桅杆，每50cm设立一个支点，以轻便灵活的网夹固

定，覆盖面积约8000m2。这