纤维结构仿生在生态建筑中的应用

不同种类的生物个体中的纤维结构名称各异，存在于植物体内的称为纤维素，存在于动物体内的称为胶原体，存在于昆虫和海洋壳体生物体内的被称为壳质，但它们都具有独特的受拉特征，根据这种特征人类创造了独特的索网结构和帐篷结构。

蜘蛛通过一种独特的织网方式将纤维结构的受拉特征充分发挥，使整个网呈现巨大的张力。蜘蛛网的建造原理被运用到建筑结构设计中形成索网结构，德国建筑师奥托（Frei Otto）是该领域的佼佼者，因为善于使用类似于蜘蛛网的索网结构而被称为“蜘蛛人”。

例如，1967年蒙特利尔世界博览会西德馆（见图6-33），这个网直径12cm的钢缆，网眼尺寸50cm×50cm，整个结构有8个高点、3个低点，覆盖了8000m2的面积，索网受力由脊索传递给各桅杆，PVC塑料涂层的纤维织物作蒙布挂于网下，每50cm设一个支点。这项工程从设计到施工结束仅13个月，简易的索网预制、灵活方便的安装和可靠的装配引起了世界瞩目，这一索网的寿命比预期多了6年。另外，奥托还完成了慕尼黑奥林匹克场馆工程的屋顶部分（见图6-34）的设计，索网屋盖镶嵌浅灰棕色丙烯塑料玻璃，通过135000个柔性缓冲装置接头保证屋顶自由伸缩。

图6-33　蒙特利尔世博会西德馆［79］

图6-34　慕尼黑奥林匹克场馆屋顶部分［70］

自然中很多形态与帐篷结构类似，奥托曾经从肥皂泡的形态中研究最小面积对帐篷式结构设计的重要性。帐篷结构自古沿用至今，形式不断优化，成为经典的轻质结构形式，由撑杆或撑架，加上钢索、篷布和拉固点共同构成。现代化学工业的发展，使得篷布在轻质高强、耐高低温、防火、防尘、防紫外线和透明度方面有很大改进。帐篷结构主要运用在建筑的屋顶，用料最省且引人注目，造型能力突出，可单独设置也可成组配合、可规则可随意、可正放可反置，结构和形式美高度统一。实例有面积达14km2的美国丹佛机场（图6-35）、英国格林尼治千年穹顶（见图6-36）、意大利Venafor研究实验室、日本广岛巨浪大厦等。1985年沙特阿拉伯的利雅得古文学俱乐部设计中，奥托采用了建筑实体与帐篷结合的形式，实体的墙身采用当地沙石建造，帐篷由玻璃纤维织物构成，传统与现代新技术和谐共存（见图6-37）。(www.xing528.com)

图6-35　美国丹佛机场［70］

图6-36　英国格林尼治千年穹顶［80］

图6-37　沙特利雅得古文学俱乐部［72］