大跨度建筑设计中结构仿生的应用

2018-02-17蔡理武

建材与装饰 2018年30期

蔡理武

（广西五鸿建设集团有限公司广西宜州 546300）

结构仿生属于建筑仿生学中的重点研究内容之一，特别是在大跨度建筑设计中，通过合理应用结构仿生，能够保证大跨度建筑工程施工质量得到更好的提升，减少建筑结构失稳现象的产生。对于大跨度建筑设计人员来讲，在实际工作当中，要结合以往的设计经验，进行合理的评判，保证结构仿生在大跨度建筑设计中得到有效应用。鉴于此，本文主要分析结构仿生在大跨度结构设计中的应用要点，从而推动我国大跨度建筑工程能够更好的发展。

1 大跨度建筑设计中应用结构仿生原理的重要性

近些年来，由于我国建筑行业的高速发展，建筑仿生设计已经引起人们的关注，所谓建筑仿生设计，主要指的是将仿生学与建筑学进行有效结合，建筑仿生学涉及的领域比较广，将结构仿生应用到大跨度建筑设计中，不仅能够提升大跨度建筑的美观性，而且真正实现节能环保的目标。大跨度建筑设计人员通过运用结构仿生理念，能够保证大跨度建筑结构更加稳定，减少工程施工资源的浪费[1]。

除此之外，在大跨度建筑设计中，应用结构仿生理念，能够为设计人员提供更多的设计思路，保证大跨度建筑内部结构更加合理，进一步提升大跨度建筑工程的总体效益。大跨度建筑设计人员要不断学习先进的结构仿生设计方法，改进原有的大跨度建筑设计方案，提高设计方案的实施效率。

2 结构仿生方法的应用现状

2.1 仿生材料研发

仿生材料是结构仿生的重要组成，从微观角度来讲，设计人员结合生物材料的外形特点，能够研发出比较类似的原生物材料，与传统的建筑施工材料相比，仿生材料的化学性质更加稳定。由于建筑工程施工对各项材料的密度与强度要求比较高，通过合理应用仿生材料，能够保证建筑工程结构更加稳定。例如，在某建筑工程当中，通过应用先进的加气混凝土与泡沫混凝土等施工材料，能够提升建筑的美观性与实用性，与传统的混凝土材料相比，加气混凝土与泡沫混凝土更加环保，对生态环境的污染较小，并且具有较好的保温效果，使得其应用范围越来越广[2]。

2.2 仿生结构设计

所谓仿生结构设计，主要指的是设计人员根据生物的外形特点，提取相应的结构体系，并结合建筑结构设计要点，将生物结构体系与建筑结构设计方案进行有效结合，优化原有的建筑结构设计方案，保证建筑机构设计方案得到更好的实施。由于建筑结构要求比较高，如强度要求与跨度要求等，设计人员在实际工作当中，要结合生物结构受力特点，制定多个建筑工程设计方案，经过综合对比分析后，选择最终的设计方案。例如，在大跨度建筑工程中，通过采用拱结构与充气结构，均能够提升建筑工程的安全性。

2.3 仿生系统开发

仿生系统开发主要根据生物系统特点，将生物系统中的各个因素进行有效的组合，并运用先进的系统理论，适当加大人造系统开发力度。与仿生材料与仿生研发与仿生结构设计不同，仿生系统开发的关键在于怎样正确处理各个子系统间的关系，将各个子系统进行有效结合，充分发挥各个子系统的功能。由于建筑工程系统具有一定的集成性，建筑工程系统中的子系统数量不断增多，在一定程度上增加了各个子系统的集成难度，通过开发仿生系统，能够帮助建筑工程设计人员将各个子系统进行有效集合，保证结构仿生在建筑设计中得到更好的应用[3]。

3 大跨度建筑设计中结构仿生的应用要点

3.1 工程概况

某大跨度建筑工程的横向跨度为65m，属于大型公共建筑工程，该大跨度建筑工程内部结构比较复杂，施工难度较大，主要采用网架结构。由于该大跨度建筑工程的跨度比较大，功能比较复杂，具有良好的实用性。为了保证该大跨度工程得到更好的应用，设计人员要结合该地区的地形地貌特点，运用结构仿生设计理念，不断完善大跨度建筑工程设计方案。

3.2 制定合理的设计方案

大跨度建筑工程设计人员在实际工作当中，结合结构仿生理念，能够制定合理的设计方案。在制定设计方案之前，设计人员需要绘制相关草图，并根据以往的设计经验，将大跨度建筑工程系统进行抽象化处理，结合相关法律法规，改进原有的大跨度建筑设计方案，从根本上提高该大跨度建筑形体的灵活性[4]。

另外，为了保证大跨度建筑设计效果得到更好的体现，设计人员要不断提升自身的创新意识，采用透视图方法，将大跨度建筑中的各个实体进行有效连接，保证建筑空间布局更加科学合理，不断减少资源的浪费。通过制定合理的设计方案，能够帮助大跨度建筑设计人员更好的了解建筑工程结构特点，提升大跨度建筑工程设计方案的实施效果。

3.3 构建相应的建筑模型

在构建大跨度建筑结构时，设计人员需要做好相应的模拟设计工作，将大跨度建筑工程更加直观的表达出来，有效弥补三维表达图语言的不足。在模型研究阶段，设计人员要结合大跨度建筑工程内部的各个细节，进行相应的优化处理，让人们能够更加直观的了解大跨度建筑工程，设计人员可以结合相关工作人员提出的意见，进行合理的改进[5]。

除此之外，大跨度建筑工程设计人员要具备良好的评估能力，针对设计过程中出现的问题，进行准确评估，制定有效的施工解决对策，保证大跨度建筑模型结构更加完整。通过构建大跨度建筑模型，能够帮助设计人员更好的控制建筑能量，与生物类似，建筑工程也需要与环境相适应，设计人员结合生态系统运行特点，优化大跨度建筑设计方案，高效利用自然资源，真正实现节能环保的目标。由于大跨度建筑工程的施工规模比较大，在一定程度上增加了设计难度，设计人员在构建模型之前，需要做好评估工作，从而保证大跨度建筑模型能够更加稳定的运行。

3.4 科学应用计算机模拟技术

现阶段，伴随计算机技术的不断进步，计算机技术的应用领域越来越广泛，在大跨度建筑设计过程中，设计人员通过科学应用计算机模拟技术，构建更加完善的建筑模型，并针对建筑模型运行过程中出现的问题，提前制定相应的解决对策，保证大跨度建筑工程的总体施工质量得到有效提升。通过应用计算机模拟技术，能够让人们从不同的角度去感受大跨度建筑设计空间与形态，有效提升设计方案的科学性[6]。

由于结构仿生具有多样性与高效性等特点，能够有效满足大跨度建筑形态设计需求，设计人员可以根据大跨度建筑构件的分布情况，合理选择生物原型，并利用先进的计算机技术，构件建筑模型，为人们提供良好的视觉感受。在结构仿生学理念下，生物具有良好的自我调节能力，为了保证建筑具备同样的生命体感知，设计人员可以将各项建筑信息进行有效汇总，并做好相应的识别工作，不断提升建筑的自我调节能力，让建筑能够更好的“适应”周围环境，不断减少能源的损耗。