基于孔洞结构的公共构筑物设计文献综述

 2022-08-04 10:08

基于孔洞结构的公共构筑物设计

毕业设计文献综述

【引言】

自然界中存在无数形态各异且结构复杂的孔洞,如岩石孔洞,蜂巢孔洞,动物骨骼中的孔洞等等,它们看似普通,实则在物质的结构稳定性,声音传导等等方面都起到根本性的作用。本文以真实蜂巢结构为例,通过对该孔洞结构的构成方式,受力方式,应用案例等方面进行探究,掌握该结构的构成规律。在此基础上,结合公共艺术设计专业的相关知识,并使用先进的参数化模型建造方法,将孔洞结构运用到公共构筑物设计上来,把结构作为展示物本身来展现一种理性而纯粹的去装饰美学思维。同时,孔洞的出现为空间拓展了使用功能,并在声音传导,光线展示上达到了创新的效果。结构本身随着尺度的变化在形态上进行有机变化,将设计注入生命特征,给予设计生长思维,也为传统构筑物为了形态而去建造形态的营建方式和营建思维带来改变。大体量构筑物中所体现的“山水城市”人文思想也是对中国传统人与环境思维的尝试与致敬。

【课题研究的国内外发展历程及现状】

  1. 构筑物中孔洞意像的出现及发展

文献[1]中提到的“山地人居环境”发展历史中,出现了最早的人类居住的具有孔洞特征的“天然建筑”——洞穴。山洞洞穴首先作为山体的一种孔洞结构是自然成型的,原始人类选择将其作为生存区域一方面是其具有良好的隐蔽性,另一方面则是具有抵御严寒的保暖特征,洞穴对温度的调节使其成为原始人的绝佳庇护场所。而后原始人类开始进行穴居,巢居,半穴居等将建筑逐步转移到地面上来,其中的穴居、半穴居等等就是人们对过往生活过的自然洞穴的模仿。说明长久以来,洞穴都能给人带来最原始的安全感。

文献[2]中提到的现代具有孔洞或是说具有“洞穴”特征的构筑物从一种新的结构中产生,就是充气膜结构。这是一种通过人为向膜结构输送气体使结构内外气压恒定差异而形成的轻型建筑模式。其中案例提到1963年弗顿·奥托在通过肥皂膜进行最小面积受力试验时,发现在没有产生张力的情况下,要形成单力支撑薄膜需要一个“孔几何体”实现,也就是“光眼”。因此也能明确表示孔洞结构在结构中的重要作用。国家游泳馆水立方的外观尽管看起来相当复杂,还是由一个简单的试验的结果得出——当大量肥皂泡被挤压时,就会出现紧密排列的六边形结构,非常像蜂巢的排列方式。

  1. 蜂巢结构的探究及孔洞在结构中的作用

文献[3]中提到了真实的蜂巢结构,不是我们原本想象的上下相同的六边形连接所形成的六棱柱结构,而是下部由三个相同菱形组成的类似三棱锥体。这样的真实蜂巢结构不同于我们原本对蜂巢结构的认知,尤其在受力方式上,真实的蜂巢结构比理想的蜂巢结构更加有助于整体的稳定性。理想蜂巢结构在径向受力的情况下,会与相邻结构形成均匀的扁平式挤压,这大大降低了该部位的受力,再次挤压时非常容易因结构薄弱而损毁整体结构。而真实的蜂巢结构不同之处在于,径向受力后,只有原本受到压力的单元产生形变,其余未受力的部分基本保持原状,说明真实蜂巢结构的基本单元稳定性很强,可以自身消解或缓解受力,不会影响相邻的结构。应用到构筑物结构中时,能够确保构筑物的稳定性,在单体损坏的情况下可以替换单体而不影响整个构筑物的受力结构。蜂窝结构方面,文献[3]中也提到科学家已验证了蜂窝结构在缓冲性能方面所具有的优越性。

文献[4]用实际的试验结果表明,孔洞结构对声波的衰减影响。随着孔洞的大小,密度不同,声波的传导也会产生差异。该结果对构筑物的私密性设计提供了理论帮助。孔洞密度是影响声波传导的第一要素,且文中的相关方程式可以帮助在设计中计算所需孔洞的大小。

  1. 设计理念及设计思维的产生过程

文献[5]中提出一个概念,假如自然界被视为巨大的组织系统,那么小棚屋的出现则代表着组织系统中的结构变异。说明构筑物与自然环境之间需要具有连续性或同质性才能达到和谐统一,好的构筑物与自然环境是相辅相成的,而不是相互独立毫无关联。孔洞结构作为自然界本身的结构,与自然的和谐性自不必说。通过仿生原理获得的结果作为自然界的一部分,优越性被提炼出来,从而创造出取之于自然界却进化的自然物。人类做为自然界的一部分,与人相关联适应性较强或更加和谐的一定具有自然性质的物体。文献[5]中还提出了一个“可生长”概念,这也是使本设计不同于以往构筑物具有“生命感”的思想核心。具有生命感体现在“变化”中,作品外观根据与之相适应的物体的状态生成,是随机性与唯一性的统一。

文献[6]中所提到的“尺度”概念也是设计在“相”的概念上做区分的标准。在物体属性变化,物体的形态变化,物体数量变化的情况下,根据变量不同作品形成不同的效果。如在构筑物状态下,绵延的波状起伏就是该状态的效果。在单个人体状态下时,作品呈现缠绕状态等等。结合拓扑学理论,物体形态性质的改变也是其自身内部物体的数量变化导致也就是量变促成质变的性质。文献[6]中所描述的“场所本身的意义在于能够使人深刻而广泛感受到自身和世界的意义”,也为本设计构筑物氛围营造的设计理念起了指导性的作用。构筑物外观采用抽象的波峰形态,客观上表达出我们所生存的世界并不是四方形,而是有波状起伏的世界。

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