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【摘 要】本文从网壳基本曲面、仿生等方面探索了网壳形体的设计思路。
【关键词】网壳；形体；仿生；技术与艺术
The Form Research of Reticulated Dome
Jin Yuan-jun，Han Heng
(College of Civil Engineering and Architecture, Hebei university Baoding Hebei 071002)
【Abstract】In this paper, the reticulated dome form design is researched from the reticulated dome basic curved surface and bionics.
【Key words】reticulated domes; form; bionics; technology and art
网壳的形体是指网壳的总体形状、曲面形式和架构形式的布置。形体的正确设计，是实现结构的合理性和艺术性的基础。最佳的结构有赖于其自身受力之形体，而非材料的潜在强度。也就是说，网壳结构凭借其形体的合理性，可能成为一种优越的结构。因此，网壳结构的形体己成为当今建筑师与结构上程师的重要研究课题。
在研究网壳结构的形体时，首先要了解曲面的几何形式、物理性质和工作特性。网壳结构根据基本曲面形式分为两大类：典型曲面与非典型曲面。壳体由抛物线椭圆线和直线等产生出曲面，属典型曲面，可以用微分方程进行数学表达。国内外大量建成建筑的大空间壳体结构都属这种典型曲面。这些形状完整并且相对简洁。将这些曲面进行切割或组合，衍生出更多的形体的壳体，也可以随之创造出更多新颖的结构单元构成。
非典型曲面最初是建筑师为了使空间结构的形体有所创新，达到建筑造型能够自由的发挥而发展起来的。建筑师希望摆脱一些常规的曲面，能更为自由更为理想的创造形体，从而对自然的结构表现了极大的兴趣，并进行了广泛而深入的研究。形态万千的自然界蕴藏无数优美的可供选择的建筑造型，从仿生学的研究中看到，自然界中的曲面比简单的数学方程所表达的合理得多。在现有的理论和技术条件下，有些优美的网壳结构形体还极少付诸实践，就其原因有两点，其一是结构分析困难，其二是结构构造和施工的困难。但是随着技术的进步，特别是计算机技术在建筑设计与施工中的飞速发展。目前己经基本具备了建造任意形体网壳结构的条件，完全可以进一步发展和应用。意大利米兰新展览会的玻璃帆顶，就是非典型曲面的代表，它将自然优美的形态用钢和玻璃表现得淋漓尽致，是一项伟大的工程奇迹。
从物理学的角度来说，结构形态是力学形态在特定条件下的推演，即通过不同的平衡状态把即将到来的力量转移至其它方向所推演出的技术图形。因此结构形态须服从力学的法则，并且能够进行描绘、计算与模拟。结构形态所体现出的力学逻辑关系是反映在建筑物形象中的结构脉络，即包括结构整体的组构关系，也包括各个结构构件的细部形态。这些形态应该是合理的，要求建筑物构件以及它们相互之间的关系在外观形式上符合结构的原则，并能反映它们在荷载传导体系中的作用。结构逻辑保证了建筑物形象的易明性和条理性，是关于建筑艺术的形象判断和理性判断的结合点之一，因此也是结构仿生手法中最重要的准则之一。
在自然界中有很多天然的薄壳状的物质，如贝壳、蜗牛、禽蛋、果壳
等等，它们不仅具有优美的曲线形态，并且表现出令人叹服的结构合理性。就拿最常见的蛋壳来说，一个普通鸡蛋短轴约为 4.5 厘米，蛋壳厚度约为 0.38 毫米，厚度与长度之比约为1：120。根据国外资料介绍，当鸡蛋均匀受力时竟然可以承受34 千克的力。研究发现蛋壳之所以具有如此大的承受力是与它特有的外部曲线形态相关的。鸡蛋具有一条体对称的中心轴线，蛋壳沿着轴心在各个方向都是具有平滑曲率的拱形曲线。当鸡蛋和外力充分接触后，各向对称的拱形曲线把应力沿壳体表面均匀分散到鸡蛋的各个点上，各种荷载转化为均等的曲面内轴向压力。这在一定程度上减小了垂直于壳体的局部压强，充分发挥了材料的力学性能，因此能够承受很大的外力。这一奇妙的现象为我们展现了以最少的材料获得坚硬的外壳，并具有良好受力性能的大自然杰作。除此以外，自然界中还有许多生物形态具有类似的结构，它们都是一种曲度均匀、质地轻巧的薄壳结构。这些薄壳结构的表面虽然很薄，但却都具有很好的力学性能。它们以最自然、最合理、最经济、最有效、最优美的形式在自然界中竞相媲美、争放异彩。
把符合功能要求的空间称为使用空间，符合审美要求的空间称为视觉空间，还可以把符合力学规律和材料性能的空间称为结构空间，在建筑中，这三者是合而为一的，建筑设计的目的就是把这三者有机统一。
建筑空间的艺术性是一个概括性的表述，具体可分为空间形态即空间之形和空间神态即空间之神。显现于外的为形，蕴涵于内的为神。在建筑空间的艺术创作中，应当形神兼备，“形具而神生”，“神制则形从”。
建筑空间艺术不仅是建筑内部功能的外在表现，而且是建筑结构技术的外在表现。M .E托罗哈说：“结构设计与科学技术有密切的关系，然而却在很大程度上涉及到艺术，关系到人们的感受、情绪、适应性以及对合宜的结构造型的欣赏。”在建筑空间艺术创作中，结构为空间提供有效的骨架和支撑，是空间形态的物质附着物，从而创造特定的空间形态。空间形态反映结构的规律，是结构内在理性和技术美学的外在表现。
参考文献
［1］ 梅季魁，刘德明，姚亚雄. 大跨度建筑结构构思与结构选型［M］.中国建筑工业出版社.
［2］ 周大明，于淑华. 建筑空间艺术创作中的结构构思［J］华中建筑. 2000.18(1).
［3］ 姚亚雄. 建筑创作与结构形态［D］ .哈尔滨工业大学博士论文.
［基金项目］河北省科技厅科学技术研究与发展指导计划项目（04213709）资助。
［文章编号］1006-7619（2010）11-11-020
【关键词】网壳；形体；仿生；技术与艺术
The Form Research of Reticulated Dome
Jin Yuan-jun，Han Heng
(College of Civil Engineering and Architecture, Hebei university Baoding Hebei 071002)
【Abstract】In this paper, the reticulated dome form design is researched from the reticulated dome basic curved surface and bionics.
【Key words】reticulated domes; form; bionics; technology and art
网壳的形体是指网壳的总体形状、曲面形式和架构形式的布置。形体的正确设计，是实现结构的合理性和艺术性的基础。最佳的结构有赖于其自身受力之形体，而非材料的潜在强度。也就是说，网壳结构凭借其形体的合理性，可能成为一种优越的结构。因此，网壳结构的形体己成为当今建筑师与结构上程师的重要研究课题。
在研究网壳结构的形体时，首先要了解曲面的几何形式、物理性质和工作特性。网壳结构根据基本曲面形式分为两大类：典型曲面与非典型曲面。壳体由抛物线椭圆线和直线等产生出曲面，属典型曲面，可以用微分方程进行数学表达。国内外大量建成建筑的大空间壳体结构都属这种典型曲面。这些形状完整并且相对简洁。将这些曲面进行切割或组合，衍生出更多的形体的壳体，也可以随之创造出更多新颖的结构单元构成。
非典型曲面最初是建筑师为了使空间结构的形体有所创新，达到建筑造型能够自由的发挥而发展起来的。建筑师希望摆脱一些常规的曲面，能更为自由更为理想的创造形体，从而对自然的结构表现了极大的兴趣，并进行了广泛而深入的研究。形态万千的自然界蕴藏无数优美的可供选择的建筑造型，从仿生学的研究中看到，自然界中的曲面比简单的数学方程所表达的合理得多。在现有的理论和技术条件下，有些优美的网壳结构形体还极少付诸实践，就其原因有两点，其一是结构分析困难，其二是结构构造和施工的困难。但是随着技术的进步，特别是计算机技术在建筑设计与施工中的飞速发展。目前己经基本具备了建造任意形体网壳结构的条件，完全可以进一步发展和应用。意大利米兰新展览会的玻璃帆顶，就是非典型曲面的代表，它将自然优美的形态用钢和玻璃表现得淋漓尽致，是一项伟大的工程奇迹。
从物理学的角度来说，结构形态是力学形态在特定条件下的推演，即通过不同的平衡状态把即将到来的力量转移至其它方向所推演出的技术图形。因此结构形态须服从力学的法则，并且能够进行描绘、计算与模拟。结构形态所体现出的力学逻辑关系是反映在建筑物形象中的结构脉络，即包括结构整体的组构关系，也包括各个结构构件的细部形态。这些形态应该是合理的，要求建筑物构件以及它们相互之间的关系在外观形式上符合结构的原则，并能反映它们在荷载传导体系中的作用。结构逻辑保证了建筑物形象的易明性和条理性，是关于建筑艺术的形象判断和理性判断的结合点之一，因此也是结构仿生手法中最重要的准则之一。
在自然界中有很多天然的薄壳状的物质，如贝壳、蜗牛、禽蛋、果壳
等等，它们不仅具有优美的曲线形态，并且表现出令人叹服的结构合理性。就拿最常见的蛋壳来说，一个普通鸡蛋短轴约为 4.5 厘米，蛋壳厚度约为 0.38 毫米，厚度与长度之比约为1：120。根据国外资料介绍，当鸡蛋均匀受力时竟然可以承受34 千克的力。研究发现蛋壳之所以具有如此大的承受力是与它特有的外部曲线形态相关的。鸡蛋具有一条体对称的中心轴线，蛋壳沿着轴心在各个方向都是具有平滑曲率的拱形曲线。当鸡蛋和外力充分接触后，各向对称的拱形曲线把应力沿壳体表面均匀分散到鸡蛋的各个点上，各种荷载转化为均等的曲面内轴向压力。这在一定程度上减小了垂直于壳体的局部压强，充分发挥了材料的力学性能，因此能够承受很大的外力。这一奇妙的现象为我们展现了以最少的材料获得坚硬的外壳，并具有良好受力性能的大自然杰作。除此以外，自然界中还有许多生物形态具有类似的结构，它们都是一种曲度均匀、质地轻巧的薄壳结构。这些薄壳结构的表面虽然很薄，但却都具有很好的力学性能。它们以最自然、最合理、最经济、最有效、最优美的形式在自然界中竞相媲美、争放异彩。
把符合功能要求的空间称为使用空间，符合审美要求的空间称为视觉空间，还可以把符合力学规律和材料性能的空间称为结构空间，在建筑中，这三者是合而为一的，建筑设计的目的就是把这三者有机统一。
建筑空间的艺术性是一个概括性的表述，具体可分为空间形态即空间之形和空间神态即空间之神。显现于外的为形，蕴涵于内的为神。在建筑空间的艺术创作中，应当形神兼备，“形具而神生”，“神制则形从”。
建筑空间艺术不仅是建筑内部功能的外在表现，而且是建筑结构技术的外在表现。M .E托罗哈说：“结构设计与科学技术有密切的关系，然而却在很大程度上涉及到艺术，关系到人们的感受、情绪、适应性以及对合宜的结构造型的欣赏。”在建筑空间艺术创作中，结构为空间提供有效的骨架和支撑，是空间形态的物质附着物，从而创造特定的空间形态。空间形态反映结构的规律，是结构内在理性和技术美学的外在表现。
参考文献
［1］ 梅季魁，刘德明，姚亚雄. 大跨度建筑结构构思与结构选型［M］.中国建筑工业出版社.
［2］ 周大明，于淑华. 建筑空间艺术创作中的结构构思［J］华中建筑. 2000.18(1).
［3］ 姚亚雄. 建筑创作与结构形态［D］ .哈尔滨工业大学博士论文.
［基金项目］河北省科技厅科学技术研究与发展指导计划项目（04213709）资助。
［文章编号］1006-7619（2010）11-11-020