树状结构在建筑中的应用-机场航站楼为例

1、树状结构在建筑中的应用以德国斯图加特机场航站楼为例目录CONTENTS01树状结构的发展历程极其结构特点02树状结构在斯图加特机场中的应用03结语01 树状结构的发展历程极其结构特点树状结构是德国人奥托(F.otto)在20世纪60年代，根据结构形态学提出的结构形式，因其几何形体与自然界的树相似而得名。典型的树状结构的形态特征是多级分枝、三维伸展。树状结构的提出树状结构的基本力学特征从结构角度看，树状结构可看作是传统柱的一个变化，相当于用多点支承代替传统柱的单点支承，在不影响下部空间使用功能的前提下，减小上部水平构件跨度，使之受力更均匀。柱状结构的几种形式 01 树状结构的发展历程极其结构特点

2、分形理论的树状结构几何生成方法 ，该方法虽然在几何上符合树状结构的特点，但没有考虑结构力学性能，因此基本不具备工程可行性相对于传统的结构体系，树状结构内部构件的几何关系较为复杂，需要通过专门的分析来确定，该过程称为找形。以下是几种传统的“找形”的方法：几何找形法方法分形几何模型将丝线模型浸在水中，利用水的表面张力作用形成伪最小传力路径，从而实现树状结构找形实验找型法浸水丝线模型法用丝线将珠子串连，通过调整珠子的位置形成不同的树状结构模型；相对于浸在水中的方式，此方法更易控制模型成形。数值找形方法首先将结构假定为全铰接模型，显然此时结构属静不定体系; 然后在模型上添加可竖向滑动的虚支座，直至结构

3、静定。结构受力分析时，根据虚支座的反力情况调整内部节点坐标，直至虚支座反力为零，即为最终确定的结构形状。干丝线模型法数值找形模型需要进行反复迭代计算，这不仅增加了计算量，还增加了程序开发的难度，从工程实用的角度略显不足。 01 树状结构的发展历程极其结构特点逆吊递推找形法通过在丝线、布等柔软材料上施加( 悬挂) 重力荷载，并调整荷载分布和边界约束条件，获得设计所需的形状。由于丝线和布等材料只能承受拉力，不能受弯和受剪，因此判定此时的模型构件中只有拉力。假设将模型固化并翻转 180，则在相同荷载条件下模型构件中只有压力。利用逆吊试验法实现形效结构设计最早由西班牙建筑师高迪提出，基本思想是利用只拉

4、结构（即结构构件只承受拉力作用）和只压结构（即结构构件只承受压力作用）在受力形态上的一致性。逆吊实验模型借鉴逆吊试验法的思路，对树状结构进行一个假想逆吊试验分析。将上图所示的树状结构翻转180，荷载作用位置及方向不变; 假设树干及各级树枝单元均为柔性丝线，下部屋盖为刚性构件，显然当模型处于平衡状态时，所有丝线只受拉力作用。01 树状结构的发展历程极其结构特点树状结构的结构特点树状结构的几何构成可概括为多级分枝、三维伸展其主要构件包括树干和树枝，树枝又可分为一级树枝、二级树枝等。由树干衍生出一级树枝，一级树枝衍生二级树枝，二级树枝衍生三级树枝，以此类推。虽然理论上树状结构的分级可以无限增长，但是

5、分级过多会导致结构受力复杂，加工困难，因此工程中的树状结构一般建议不超过四级。轴力云图弯矩云图02 树状结构在斯图加特机场中的应用斯图加特机场候机楼是在奥托主持下的轻型结构研究所经多年试验研究确定的大规模树状结构建筑。候机大厅屋面呈一侧倾斜平面。一号航站楼内部采用了大型的树状支撑结构体系,呈三级分杈。大厅面积82.8m 93.6m，共12根树状束柱,柱网尺寸32.4m 21.6m。大厅支撑众多,横向分支深远，有助于克服整体结构水平失稳问题。一号航站楼内景02 树状结构在斯图加特机场中的应用斯图加特机场3号航站楼是1号航站楼的补充，1号航站楼曾经多次获奖的设计特征树形承重结构支柱被沿用至3号航站

6、楼的工程。3号航站楼统一使用了单面倾斜的屋顶，使用同样的树形结构，同时降低建筑物的高度。该建筑内共有18根树形钢结构树状支柱支撑着阶梯状的屋顶。钢结构树状支柱特写3号航站楼内部空间3号航站楼内部空间三号航站楼立面02 树状结构在斯图加特机场中的应用斯图加特机场3号航站楼提供了更宽敞的候机空间和储藏空间，四座附加的人行桥可以让乘客更舒适的走进飞机。航站楼宽阔的空间允许垂直的视觉连接，保证了乘客在这座崭新的航站楼中能立刻获得明确的定位。条状的建筑体块不仅提供了必需的建筑进深，而且增加了停机坪一侧的建筑面积。3号航站楼平面图3号航站楼出港大厅局部三号航站楼剖面03 结语最好的建筑形式存在于自然之中，