大跨建筑非线性结构形态生成研究
发布时间：2022-09-28 14:20
20世纪90年代后,我们面临着来自于日新月异的数字技术、日趋复杂的空间概念与日渐更迭的建筑设计范式的共同挑战。数字化技术的深入应用使大跨建筑形象异彩纷呈的同时,也在促进着结构形态越来越丰富的发展,并反过来为建筑形象的创新提供更大的支持。虽不乏优秀实例,但也出现了不良现象,如不惜违背基本结构原则而盲目追求夸张炫目的建筑形象。因此,面对非线性大跨建筑创作需求和结构形态设计脱节的现实矛盾,针对数字化技术下非线性结构形态的设计理论与生成策略的研究显得十分必要和迫切。本文从结构形态学的理论源头出发,引入复杂性科学及方法,搭建本课题研究基础,并提出大跨建筑非线性结构形态理论框架及设计策略,以期指导以高效、生态与美观相融合为目标的数字化大跨建筑理论研究与创作实践。本文首先对大跨建筑非线性结构形态的特质进行解析。大跨建筑是技术要求高、影响范围广、多学科综合性强的建筑类别之一,其建筑形态、结构形态和空间形态的关系极为紧密。其中,结构形态是承载美学表达和功能空间的物质实体,亦是最为复杂的技术集成体,是大跨建筑设计的核心对象。本文从结构形态学出发,揭示结构“形”与“态”之间的非线性关系,提出混沌外显的结构形...
【文章页数】：218 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景及来源
1.1.1 数字化时代下建筑设计范式的更迭
1.1.2 复杂化建筑与结构理论的整合需求
1.1.3 我国大型公共建筑工程的发展困境
1.2 研究的目的和意义
1.2.1 研究的目的
1.2.2 研究的意义
1.3 相关研究概况
1.3.1 关于数字化建筑设计的研究成果与现状
1.3.2 关于空间结构形态的研究成果与现状
1.4 研究内容与方法
1.4.1 概念界定
1.4.2 研究方法
1.4.3 研究内容
1.4.4 研究框架
第2章 大跨建筑非线性结构形态的特质解析
2.1 大跨建筑及其结构形态的特质解析
2.1.1 大跨建筑的特质解析
2.1.2 结构形态之核心角色解析
2.2“形”与“态”关系的演变
2.2.1 结构形态学的局限
2.2.2 非线性关系的逻辑
2.3“形”的扩展
2.3.1 从欧式几何到高级几何
2.3.2 从传统材料到复合材料
2.3.3 从手工建造到数字构型
2.4“态”的扩展
2.4.1 更高效的结构性能
2.4.2 更舒适的空间性能
2.4.3 更丰富的审美体验
2.5 本章小结
第3章 基于复杂性科学的非线性结构形态理论建构
3.1 复杂性科学与大跨建筑设计的关联建构
3.1.1 复杂性科学的深层解析
3.1.2 复杂性科学引发的哲学思考
3.1.3 复杂系统与非线性结构形态系统的本质关联
3.2 复杂性科学启发下非线性结构形态设计框架建构
3.2.1 设计思维的复杂整合
3.2.2 设计手段的数字协同
3.2.3 设计伦理的至善至美
3.2.4 非线性结构形态的理论框架
3.3 非线性结构形态系统的三种生成途径
3.3.1 非线性结构形态系统的生长途径
3.3.2 非线性结构形态系统的进化途径
3.3.3 非线性结构形态系统的维生途径
3.4 本章小结
第4章 基于涌现生成的单元繁衍
4.1 结构单元繁衍的原理
4.1.1 结构涌现条件
4.1.2 结构生成主体
4.1.3 结构生成逻辑
4.2 结构原型的空间生长
4.2.1 力学结构单元的繁衍
4.2.2 构造结构单元的繁衍
4.2.3 生物结构单元的繁衍
4.3 网格原型的几何异规
4.3.1 网格的变换
4.3.2 网格的分形
4.3.3 网格的镶嵌
4.4 本章小结
第5章 基于遗传进化的材料拓扑
5.1 结构的高度优化
5.1.1 网格结构的节点优化
5.1.2 曲面结构的形体优化
5.2 结构的实体拓扑
5.2.1 简单结构的拓扑生形
5.2.2 复杂结构的拓扑生形
5.2.3 自由形态的数字生形
5.3 结构的仿生拟态
5.3.1 桁模混合
5.3.2 性能化装饰
5.3.3 纤维仿生
5.4 本章小结
第6章 基于适应维生的参数逆吊
6.1 逆吊找形法的原理提取
6.1.1 早期的物理逆吊法
6.1.2 发展的数值逆吊法
6.1.3 参数逆吊法的提出
6.2 参数逆吊法实验建构
6.2.1 平台选择
6.2.2 模型原理建构
6.2.3 BSGLM模型及参数
6.2.4 方法验证
6.3 环境适应调控
6.3.1 基于空间制约的形态调控
6.3.2 基于物理舒适的形态调控
6.3.3 基于审美需求的形态调控
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]分化 整合——大跨建筑复杂结构形态的创作逻辑[J]. 孙明宇,刘德明,董宇. 城市建筑. 2015(25)
[2]对话·融合·反思——2014中日结构建筑学（Archi-Neering）学术研讨会评述[J]. 束林,周鸣浩. 建筑师. 2015(02)
[3]基于结构性能的建筑设计简史[J]. 袁烽,胡永衡. 时代建筑. 2014(05)
[4]自由曲面钢筋混凝土壳体结构设计[J]. 佐佐木睦朗,余中奇. 时代建筑. 2014(05)
[5]利用双向渐进结构优化算法进行建筑设计[J]. 谢亿民,左志豪,吕俊超. 时代建筑. 2014(05)
[6]形式追随性能——欧洲建筑数字技术研究启示[J]. 魏力恺,弗兰克·彼佐尔德,张颀. 建筑学报. 2014(08)
[7]从CAAD沿革看BIM与参数化设计[J]. 孙晓峰,魏力恺,季宏. 建筑学报. 2014(08)
[8]数字技术语境下的高精度设计控制——凤凰中心数字化设计实践[J]. 陈颖,周泽渥. 建筑学报. 2014(05)
[9]结构形态学与现代空间结构[J]. 沈世钊,武岳. 建筑结构学报. 2014(04)
[10]基于逆吊实验原理的空间结构形态数值创建方法[J]. 武岳,李清朋,沈世钊. 建筑结构学报. 2014(04)
博士论文
[1]第一见证:“鸟巢”的诞生、理念、技术和时代决定性[D]. 李兴钢.天津大学 2012
[2]复杂性理论视角下的建筑数字化设计[D]. 冷天翔.华南理工大学 2011
[3]自由曲面结构的形态学研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于高级几何学复杂建筑形体的生成及建造研究[D]. 王风涛.清华大学 2012
本文编号：3681822
【文章页数】：218 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景及来源
1.1.1 数字化时代下建筑设计范式的更迭
1.1.2 复杂化建筑与结构理论的整合需求
1.1.3 我国大型公共建筑工程的发展困境
1.2 研究的目的和意义
1.2.1 研究的目的
1.2.2 研究的意义
1.3 相关研究概况
1.3.1 关于数字化建筑设计的研究成果与现状
1.3.2 关于空间结构形态的研究成果与现状
1.4 研究内容与方法
1.4.1 概念界定
1.4.2 研究方法
1.4.3 研究内容
1.4.4 研究框架
第2章 大跨建筑非线性结构形态的特质解析
2.1 大跨建筑及其结构形态的特质解析
2.1.1 大跨建筑的特质解析
2.1.2 结构形态之核心角色解析
2.2“形”与“态”关系的演变
2.2.1 结构形态学的局限
2.2.2 非线性关系的逻辑
2.3“形”的扩展
2.3.1 从欧式几何到高级几何
2.3.2 从传统材料到复合材料
2.3.3 从手工建造到数字构型
2.4“态”的扩展
2.4.1 更高效的结构性能
2.4.2 更舒适的空间性能
2.4.3 更丰富的审美体验
2.5 本章小结
第3章 基于复杂性科学的非线性结构形态理论建构
3.1 复杂性科学与大跨建筑设计的关联建构
3.1.1 复杂性科学的深层解析
3.1.2 复杂性科学引发的哲学思考
3.1.3 复杂系统与非线性结构形态系统的本质关联
3.2 复杂性科学启发下非线性结构形态设计框架建构
3.2.1 设计思维的复杂整合
3.2.2 设计手段的数字协同
3.2.3 设计伦理的至善至美
3.2.4 非线性结构形态的理论框架
3.3 非线性结构形态系统的三种生成途径
3.3.1 非线性结构形态系统的生长途径
3.3.2 非线性结构形态系统的进化途径
3.3.3 非线性结构形态系统的维生途径
3.4 本章小结
第4章 基于涌现生成的单元繁衍
4.1 结构单元繁衍的原理
4.1.1 结构涌现条件
4.1.2 结构生成主体
4.1.3 结构生成逻辑
4.2 结构原型的空间生长
4.2.1 力学结构单元的繁衍
4.2.2 构造结构单元的繁衍
4.2.3 生物结构单元的繁衍
4.3 网格原型的几何异规
4.3.1 网格的变换
4.3.2 网格的分形
4.3.3 网格的镶嵌
4.4 本章小结
第5章 基于遗传进化的材料拓扑
5.1 结构的高度优化
5.1.1 网格结构的节点优化
5.1.2 曲面结构的形体优化
5.2 结构的实体拓扑
5.2.1 简单结构的拓扑生形
5.2.2 复杂结构的拓扑生形
5.2.3 自由形态的数字生形
5.3 结构的仿生拟态
5.3.1 桁模混合
5.3.2 性能化装饰
5.3.3 纤维仿生
5.4 本章小结
第6章 基于适应维生的参数逆吊
6.1 逆吊找形法的原理提取
6.1.1 早期的物理逆吊法
6.1.2 发展的数值逆吊法
6.1.3 参数逆吊法的提出
6.2 参数逆吊法实验建构
6.2.1 平台选择
6.2.2 模型原理建构
6.2.3 BSGLM模型及参数
6.2.4 方法验证
6.3 环境适应调控
6.3.1 基于空间制约的形态调控
6.3.2 基于物理舒适的形态调控
6.3.3 基于审美需求的形态调控
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]分化 整合——大跨建筑复杂结构形态的创作逻辑[J]. 孙明宇,刘德明,董宇. 城市建筑. 2015(25)
[2]对话·融合·反思——2014中日结构建筑学（Archi-Neering）学术研讨会评述[J]. 束林,周鸣浩. 建筑师. 2015(02)
[3]基于结构性能的建筑设计简史[J]. 袁烽,胡永衡. 时代建筑. 2014(05)
[4]自由曲面钢筋混凝土壳体结构设计[J]. 佐佐木睦朗,余中奇. 时代建筑. 2014(05)
[5]利用双向渐进结构优化算法进行建筑设计[J]. 谢亿民,左志豪,吕俊超. 时代建筑. 2014(05)
[6]形式追随性能——欧洲建筑数字技术研究启示[J]. 魏力恺,弗兰克·彼佐尔德,张颀. 建筑学报. 2014(08)
[7]从CAAD沿革看BIM与参数化设计[J]. 孙晓峰,魏力恺,季宏. 建筑学报. 2014(08)
[8]数字技术语境下的高精度设计控制——凤凰中心数字化设计实践[J]. 陈颖,周泽渥. 建筑学报. 2014(05)
[9]结构形态学与现代空间结构[J]. 沈世钊,武岳. 建筑结构学报. 2014(04)
[10]基于逆吊实验原理的空间结构形态数值创建方法[J]. 武岳,李清朋,沈世钊. 建筑结构学报. 2014(04)
博士论文
[1]第一见证:“鸟巢”的诞生、理念、技术和时代决定性[D]. 李兴钢.天津大学 2012
[2]复杂性理论视角下的建筑数字化设计[D]. 冷天翔.华南理工大学 2011
[3]自由曲面结构的形态学研究[D]. 李欣.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于高级几何学复杂建筑形体的生成及建造研究[D]. 王风涛.清华大学 2012
本文编号：3681822
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