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膜结构建筑形态自由丰富,其优美的体型虽然看似随意,却如实地反映了力的传递规律。同时,膜材料和结构设计的特殊性导致了对于张拉膜结构造型的约束是不容忽视的。因此,合理地确定初始几何形态是建筑师首要而对的问题。
让建筑师相对独立地构思膜结构形态,方法之一是提供合理的基本结构造型单元。由于造型单元中已包含了力的逻辑,则按一定规则组合的膜造型也相应地具有一定的结构合理性,这对结构分析是有利的,方向是正确的,也为建筑师明确了造型创作的范围。
基于此,本文系统地分析膜结构建筑形态的构成。立足膜曲面的基本属性,引用“双曲面的局部肯定是双曲面的推理,以及点、线边界是曲面造型的最终控制因素”的结论,利用穷举法对点、线边界因素进行排列组合,从而构成一组曲面,然后再把双曲面进行排列组合而构成一组曲面。据此归纳提出2组膜结构基本造型单元,共10类,并验证了部分设计实例。在理论和实践上,这些组合而成的曲面单元和造型几乎涵盖了所有的膜结构形态,即膜结构形态均可归类为基本造型单元或其组合。
从建筑设计角度对初始几何形态的建立与功能空间设计、结构选型间的关系做了论述,探讨有关膜结构构造设计内容,总结膜结构设计中包含初始几何形态建立阶段和结构模型分析阶段关系的系统图;结合工程实例,从不同方面对影响膜结构形态的其他因素,如气候因素、建筑技术因素、尺度和材料性能因素以及造型量化参数钢模比等,分别提出设计对策;同时,分析膜结构形态与加工、施工的关系。
基于生物进化和基因理论,把生成设计法应用于膜造型的创造中,初步建立了膜结构的生成设计框架。分析总结了影响膜结构形态的安全性和经济性两大类因素:采用层次分析法,初步建立膜结构建筑评价框架体系和膜结构方案优化框架体系,使优选膜结构建筑设计方案在程序上具有可操作性。
本文以张拉膜结构在建筑领域的具体应用及其形态构成为研究对象,从建筑学的角度来阐述张拉膜结构建筑形态的生成过程和影响因素,建立膜结构的建筑评价体系,确立建筑师在膜结构建筑设计过程中的主导地位,使建筑师的创作思想更深入、准确地反映在膜结构的建筑造型中。