建筑空间组合分析（精选8篇）
建筑空间组合分析 篇1
引言
在进行公共建筑空间组合设计中, 需要对公共建筑空间的功能进行全面、透彻的分析, 选择合理的结构选型, 建立紧凑的总体空间环境布局。公共建筑空间的组合是千变万化和多种多样的, 在进行组合设计的过程中需要结合建筑实际情况, 做到主次清晰, 层析分明, 条理有序。
1 公共建筑的空间组合原则
由于公共建筑的功能复杂性, 在进行空间组合时所要考虑的因素和侧重点也各不相同, 但总体要遵循以下五条基本原则。
1.1 功能分区合理
必须根据建筑物的功能联系特点来选择与之相适应的空间组合形式。功能分区是将建筑空间按不同的功能要求进行分类, 并根据它们之间的密切程度加以划分与联系, 使分区明确又联系方便。
1.2 流线组织明确
流线组成为不同人流和货流, 组织方式有平面和立体。明确、尽量避免交叉和相互干扰。如某旅馆住宿客流、非住宿客流以及后勤服务人流要分开 (见图1) 。
1.3 空间布局紧凑
在对建筑各组成空间进行合理的功能分区和流线组织的前提下, 进行合理的设计, 使空间布局紧凑, 适当提高使用面积的比例。可采用的手法有:加大建筑进深, 增加进深可以使布局紧凑, 减少交通面积;增加层数;降低层高;在尽端布置大空间, 有利于节省走道, 布局紧凑。
1.4 结构选型合理
空间的组合应有利于结构的布置。常用的结构类型:砖混结构、框架结构、空间结构、框-剪结构、剪力墙结构、筒体结构等。采用合理的结构类型, 避免不必要的浪费。类似的空间采用相同的结构形式, 大小空间尽量避免大空间上布置小空间。
1.5 设备布置合理
民用建筑中的设备主要包括上、下水, 采暖通风、空调以及电器照明。主要考虑以下几个方面:①充分考虑设备要求, 使建筑、结构、设备三方面相互协调;②合理安排设备用房的位置, 如锅炉房、水泵房、冷冻机房以及电梯机房、消防控制室等用房。
2 公共建筑的空间组合综合方式
2.1 以通道等交通空间联系使用空间的组合
这种空间组合的特点是各个房间的组成, 在功能要求上, 基本需要独立设置。所以各房间之间就需要有一定的交通联系方式, 如走道、过厅、门厅与之联系, 形成一个完整的空间整体, 通常称这种组合方式为“走道式”的建筑布局。越是一种使用比较广泛的布局形式, 特别是对于某些公共建筑类型来说尤为适用, 例如办公建筑、学校建筑、医疗建筑等。这种布局方式通常有两种:①走廊在中间联系两侧的房间, 称为内廊式;②走廊位于一侧联系单面的房间, 又称为外廊式。内廊式主要优点为走道所占面积比较小, 较外廊式布局经济。主要缺点为房间朝向有一半基本不好;处理不当易形成黑走廊。外廊式主要优点为所有用房基本可得到良好的朝向、通风和采光。主要缺点为走廊过长、偏大的辅助面积、过小的建筑进深。
2.2 以套穿的方法将主要空间按一定序列的组合
这种空间多要求有一定的连续性, 基本可归纳为五种形式:
2.2.1 串联的空间组合形式
这种布局形式具有流线紧凑、方向单一、简洁明确;流程不重复、不逆行、不交叉等优但也有流线不灵活、人多时易拥挤、不利单独使用某空间等缺点。主要用于展览性建筑。
2.2.2 放射的空间组合形式
向将空间围绕放射状的交通枢纽加以组合, 是这种布局的基本特点。优点是:流线简单、使用灵活, 各空间可独立使用。缺点是:流线不够明确、易造成交叉干扰、各空间内呈袋状流线, 易产生迂回拥挤的毛病。
2.2.3 串联兼走道的空间组合形式
这种形式优点在于能使各个主要空间单独串通, 又能通过走廊间接联系, 所以具备串联与放射组合空间的双重优点, 灵活适应性强。但处理不当易产生加大面积、增加造价、占地多等缺点。
2.2.4 放射兼串联的空间组合形式
这种布局的特点具有空间组合紧凑、适应性强, 兼备串联、放射与走道相联系的优点, 但是也易出现人流大时易拥挤与秩序混乱现象。
2.2.5 大空间分隔的组合形式
空间和人流活动皆组合在一个完整的、综合的大空间之中, 具有使用机动灵活、空间利用紧凑, 流线自由灵活的特点。
2.3 以大型空间作为主体穿插辅助空间的组合
这类建筑通常都有一个比较大的空间, 作为活动的中心, 而在大空间的周围, 布置附属的空间, 并且它们之间有比较密切的联系。这种类型的建筑常见的为:体育馆、影剧院、车站、空港、大型综合展馆、大型商场。
2.4 高层公共建筑的空间组合
高层公共建筑的空间组合与多层的公共建筑相比, 是有较大差别的, 首先在交通组织上, 高层垂直交通系统的安排, 是整个布局的关键, 而在多层公共建筑中, 就不像高层建筑中这么突出。另外在结构体系上, 多层公共建筑主要考虑垂直受力系统, 而在高层建筑中, 除考虑垂直受力外, 更重要的是考虑水平风力及地震力的影响。高层公共建筑类型主要可分为:板式和塔式两种。
2.5 综合性的空间组合
某些公共建筑因功能比较复杂, 不可能只运用某一种单一空间组合形式来解决问题时, 常常采用多种空间组合形式, 一般称为综合式的布局方式。
3 案例分析
3.1 四川省博物馆
设计师从巴蜀文化中浓缩提炼艺术符号融入室内, 手法简约而不失文化个性品味, 兼有古朴典雅和大气内敛的大型公共文化建筑形象。且室内展示设计在色彩材质氛围上与展示内容紧密结合, 最大限度地烘托精美的文化展品, 达到最佳的展示效果。充分满足博物馆的安全、坚固、耐用、维护等方面的要求, 同时利于文物保护并环抱节约的要求。大量采用新材料、新技术、新工艺展示现代化国家级博物馆的风采。在突出功能文化特征的同时选用显色性高的光源进行照明设计, 塑造“新奇特”的氛围和光环境。采用多种手法及声音多媒体技术, 加强展示效果和宣传形式, 能更有效地突出宣传性、知识性和趣味性。在人流导向组织上力求简明便捷、视觉合适, 参观路线最短。方案从博大精深巴蜀历史文化中吸取精髓, 雍睿大气, 浓郁的人文历史氛围, 展现古朴典雅, 内敛而平和, 做到简洁而不失个性、标志性, 既能突出巴蜀文化特征, 又兼具新颖、独特现代优雅的特征, 使之既是四川省又是中国的文化殿堂, 将历史与未来, 传统与现代有机结合在一起。
3.2 国际花卉艺术馆
国际花卉艺术馆, 是世博园的主题馆, 总占地面积19148m2, 建筑面积4798m2, 由三个边长24m的正六边形组成。整个建筑的平面布局是由远古植物三叶草演变而来。隐喻建筑由大地中“破土”而出, 给人“源于自然、高于自然重又归于自然”的感受。其内部空间充盈而富于变化, 非常利于展示空间设计创作。该展馆展开了设计的主题———“凝固美丽”。通过对整个空间的设计和规划, 把现代声、光、电的技术与鲜花保鲜技术相结合, 通过恰当的空间展示, 把鲜花最美的姿态呈现给大家, 在这浪漫缤纷的花的海洋里, 我们尽情感受花之香, 花之美, 花之韵。同时也把展示、互动、消费三大功能完美地结合在一起。进入大厅, 展现在人们面前的是简约、时尚, 层次对比分明的异性logo屏风, 球形和叶片膜结构吊顶装饰的点缀, 表现含苞待放的生命初始阶段, 整个氛围显出雅致而神秘的色彩。在入口左侧放置花神树, 游客可自由上下此树, 体验感受人与自然的结合。通过人们对鲜花的感性认识, 引导人们开始一个情景消费的序曲。
走过神秘花园布入眼底是赫然开朗的3D影院厅, 利用科技的造物之美, 营造夺目的幻象空间。带有柔美自然曲线的天花, 犹如盛开的花朵, 经全息成像系统和鲜花的点缀, 让这“世间最唯美的精灵”永远停留在人们的记忆中, 从感性上更提升人们的消费理念。花雨走廊依附于四个名花厅外围, 给人们展现花的相关历史文化, 如:12月花神及12星座与花的代表、花卉文化的诞生与发展等。花雨走廊环绕成围合状态, 仿佛环抱着整个展厅, 保护这“世间精灵”永不凋零。
展馆巧妙利用通道空间, 使游客在与大师们的亲密接触中自然过渡到多功能活动区。步入该区, 展现给人们的是壮丽夺目的中心旋转舞台, 以及延伸出的“花瓣”, 体现花卉生命的张力, 利用声、光、电系统、可活动花架和展板, 实现空间格局的任意变化。该区有配套齐全的会议展会活动设施 (如:更衣间、配套餐厅等) , 使该区域不仅有展示功能, 更具备多功能营销服务。在3号厅的中心是现代科技与时尚创意相结合, 游客在这里既能看到以花为素材做的各种工艺产品, 更能直接感受到花在现实生活中的可创造性 (如:鲜花书签、干花工艺品、香熏、玫瑰油等) , 让游客从理论上体会花的价值观, 从而再次升华游客消费欲望。经过旋转舞台, 映入眼帘的是优美的大花瓣造型17层台阶通道, 张开的花瓣, 犹如敞开的怀抱, 向人们发出热情的邀请。台阶两旁玻璃造型内, 穿插着各种艺术造型的花枝, 台阶两旁玻璃造型内, 穿插着各种艺术造型的花枝, 台阶中延伸的落地花球纱幔, 尽显轻盈柔曼, 富含诗意的花瓣位于顶部。中间以鲜艳的暗纹地毯铺设出星光大道, 给来此举行婚礼的新人们营造一份庄重与浪漫。
4 结语
公共建筑是供人们进行活动的主要场所, 不同的建筑性质对公共空间的设计要求也是不同的。在公共建筑空间组合设计中, 要结合具体的设计条件, 进行综合的考虑, 全面的分析问题, 才能掌握好公共建筑设计的基础。
摘要：建筑设计中的一个非常重要的环节就是公共建筑空间组合设计, 对公共建筑空间组合设计要按照基本原则进行, 对建筑公共空间的舒适感、立体感等进行全面的实现, 保证公共建筑空间资源最大化, 从而提升公共建筑空间的组合设计效果。本文主要阐述了公共建筑空间的组合设计相关内容。
关键词：公共,建筑,空间,组合,设计
参考文献
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建筑空间组合分析 篇2
建筑的空间包括：功能空间，结构空间以及意境空间(视觉空间)。功能空间即按照一定类型的建筑体系，将其功能按照人的活动方式进行组织后形成的功能流线图，即泡泡图。有些类型的建筑功能形式比较固定单一，有时候则灵活多变，所以，功能空间只是建筑形成的其中的一小部分。相比于现在，古代的建筑工匠集建筑外型，结构，艺术于一身，他们在进行创作的时候已经全盘考虑过各个部分，所以做出来的建筑非常和谐并且与建设之初的目的吻合。而当代的建筑设计，建筑行业更加细分，建筑师在进行创作时，很难将各个组成部分考虑周全，所以设计难度更大，设计目标的完成度较难把控。这就对当代建筑师提出来更高的要求。
二、形式美的一些规律性
1)主与从
每一个要素在整体中所占的比例和所处的地位，将会影响到整体的统一性。每一个东西都有重点和次要的，建筑也不例外。在一个有机的整体中，各组成部分是不能不加区别而一律对待的。他们应有主与从的差别;有重点与一般的差别;有核心与外围组织的差别。如果平等地对待所有的要素，整体就会难免很松散而且很单调，而失去统一性。我们一般要很注意这一点，在处理重点与次要的时候。突出重点，以次要的作为陪衬，是最常使用的方法。一般情况下，然们喜欢把重点放在正中央，次要的放在它两边。这样的话会很突出重点，可看多的话又难免会单调。所以我更喜欢将重点放在一边，而次要的附庸在主体上。不再是死板的对称，而是更为活泼的突出。突出主从的方法有很多种。最主要也是最常用的就是通过大小来表现，中国的故宫就是很好的例子，大的永远就是好的，就是皇上用的。还有就是通过位置来表现，处于正中间的是主体，故宫也很好的符合了这点。但上述说过，这样做有点死板，不符合社会发展的大潮流。在现代建筑中，所谓的突出重点，就是指在设计中充分利用功能特点，有意识地突出其中的某个部分，并以此为重点或中心，而使其他的部分明显处于从属地位，这也可以达到主从分明，完整统一。也就是说，主体和从体在外表上可能没太大的差别，但在使用的过程中你会慢慢体会到其主次之分。这就需要建筑师需要对空间很强的划分能力，以空间来决定主次，这才是最高境界。
2)均衡与稳定
地球是有引力的，地球上的一切都会被它吸引，建筑从某种意义上来说就是与重力斗争的结果。人们在与重力的斗争中形成了一整套与重力有关的审美观念，那就是均衡与稳定。
分为2个部分，一个是静态平衡，一个是动态平衡。以前的建筑一般都以静态平衡为主，下大上小，下实上虚，下粗上细，源于上千年的转世结构体系。第二个就是动态平衡，静说的是建筑物本身是静止的，动说的是建筑和使用者之间的关系，移步易景，常见的手法就是随着人的移动，使用者所体会到的建筑物也会随着人的移动而产生变化，给人带来动的空间体验。
实际上的均衡与稳定与审美上的均衡与稳定，是两种性质不同的概念，前者属于科学，后者属于美学。就我来看，前者属于制约，后者属于追求。我们追求美学上的均衡与稳定但也要受到科学的制约。对称的形式是天然的稳定，但这并能满足人们的要求，人们喜欢以不对称的形式来维持稳定。这种稳定要比堆成活泼轻松得多。静态是最常见的平衡，而我更喜欢动态的平衡，旋转的陀螺，行驶着的自行车都是这种形式。动态的.平衡在建筑中显得更隐蔽，因为建筑是静的，要通过变化与韵律的改变来维持动态的平衡，对于建筑师来说这并不是件简单的事。所以突破是必然的，上大下小是以前建筑的金科玉律，比如金字塔，这是因为重力的缘故，要维持一种静态的平衡。现在出现了不少的倒三角的建筑，就是一种突破，这既是审美的突破，也是技术的突破。
3)韵律与节奏
韵律美是个很抽象的概念，这完全靠我们在观察建筑时的理解与感觉。韵律美分为几种不同的类型：连续的韵律，渐变韵律，起伏韵律和交错韵律。
其一，重复的韵律，各元素之间保持很定的距离与关系;
其二，渐变的韵律，各元素在某一方面按照一定的秩序变化，可以无止境的连绵加长或者变短，亦或者变疏变密;
其三，起伏的韵律，指的是简便韵律如果时而强烈，时而低弱，这种韵律活泼且富有运动感;
其四，交错韵律，表现出一种有组织的变化，之一定的规律交织，穿插而形成，各要素互相制约，一隐一显，一正一反。
它们虽然有区别，但都极强的条理性、重复性和连续性。借助这一点既可以加强整体的统一性，又可以求得丰富多彩的变化。就我看来，韵律是建筑外形中最难掌握也是最抽象的一方面。
节奏韵律等等都是抽象的概念，需要人们亲自去在建筑中体会。有韵律感的建筑几乎处处都能给人以美的韵律节奏感。过去有人把建筑比作“凝固的音乐”，其道理正是如此。
4)比例与尺度
任何物体，都存在着长宽高的度量，比例所研究的就是这三个度量之间的关系问题。比如说黄金比例，就是最和谐最完美的比例。许多建筑都是按照这个比例来设计的，所以看上去非常的和谐。我们一般都是从美学角度来考虑比例问题，实际上功能对比例的影响也是不可忽视的。譬如房间的长、宽、高三者的尺寸，都是由功能决定的。除了这两点，不同民族由于文化传统的不同，在长期历史发展中，往往也会以其创造的独特的比例形式，而赋予建筑独特的风格。构成比例的的因素是复杂的，企图找到一个放在任何地方都适合的比例，事实上是办不到的。我们建筑师的任务，就是找到适合于当地的最完美的比例。
5)对比与微差
形体塑造过程中，建筑或者装饰等形体构成元素，在整体的统一，主次关系确定的情况下，为了避免呆板所使用的手法，使得形态丰富有致。
三、案例分析
下面以贝聿铭先生的华盛顿国家美术馆东馆为例结合这本书
来说说对这建筑的新感受。
(1)以主从分明而达到统一
在建筑设计的领域中，从平面组合到立面处理，从内部空间到外部体形，从群体布局到细部装饰，应处理好主从关系达到统一。贝聿铭设计的艺术博物馆东馆，平面由两个三角形所组成。它的主体和重点是在等腰三角形平面的艺术博物馆上，而不是在其一侧的直角三角形平面的艺术研究所上。从博物馆本身来讲，它的重点和中心则在中央大厅上。
(2)以不对称的均衡达到统一
贝聿铭用一条对角线把梯形分成两个三角形。一个等腰三角形和一个直角三角形。等腰三角形的中轴线在西馆的东西轴线的延长线上，又与直角三角形的直角边相平行，加强了两者的联系。研究中心的入口偏处一隅，不引人注目。划分这两个入口的是一个棱边朝外的三棱柱体，浅浅的棱线，清晰的阴影，使两个入口既分又合，整个立面既对称又不完全对称。尽管并不完全对称，但却在大体上保持了均衡，达到了一种稳重和统一。
(3)以相似形求得和谐统一
平面的等腰三角形和直角三角形两者相似，其中等腰三角形的中轴线与直角三角形的直角边相产生平行的关系，将其产生和谐的感觉。
(4)运动中的韵律和节奏
公共建筑空间的组合设计 篇3
公共空间在建筑设计与使用过程中, 要形成独有的建筑文化风格, 需要综合考虑多方面的因素, 以此来构建多角度多方面的空间组合建筑的整体性。
1 简述公共建筑空间组合设计的构成要素及基本功能
1.1 公共空间的设计概念
在进行施工建筑时, 在全面考虑综合因素的基础上, 要严格控制公共建筑空间的组合设计, 就要根据自身建筑需要的客观情况做好定位, 例如具备品位、舒适、时尚, 含有许多资讯等元素。譬如在酒店建筑公共空间的设置上, 就是要提供旅客休闲娱乐的空间场所, 以及餐饮消遣等一些公共活动的地方, 公共空间的设计主要从商务酒店的进口、出口、休息空间、茶座、会议厅、接待厅、娱乐空间、健身设备及空间等多方面来考虑, 把握这样基本的要素, 这也是构建公共空间设计的基础。
1.2 公共空间的构成要素
在公共建筑空间要素构成中, 为了能够充分展示出公共空间的组合设计魅力就需要根据建筑实际需求进行。而公共建筑中的建筑要素主要包括采暖通风、空气调节以及电器照明等[2]。除此之外, 还要基本具备有接待空间、娱乐休闲空间、会议空间等要素构成, 主要包括一些具体的空间设计点, 譬如入口空间、走廊空间等一些基本的空间组成, 具体的位置运用上就是包括卫生间、安全通道等多方面的空间组成要素。
2 概述公共建筑空间组合设计的基本原则
2.1 自然和谐的空间美感
度假酒店在公共空间的设计上, 主要是为了突出舒适、美感等和谐的自然空间应用。而从美感出发就需要重视对材料的选用, 是否能够在大方得体的基础上对人体无害等因素出发。
2.2 以人为本的总体把握
在进行公共空间设计时, 主要遵循以人为本的设计原则, 为客户创造一个安心入住的环境。就需要在以健康、安全和舒适的前提下, 适当融入个性化的设计特点等, 这样能够让人感受到公共空间的多样化、美感性和人文性等综合因素的统一。
3 细述公共建筑空间组合设计的必要要素及附属要素
3.1 空间设计与主题文化的品位运用
现代度假酒店公共空间主要包括酒店入口、大堂、中庭、楼梯、电梯走廊、屋顶花园等诸多要素, 在公共空间的设计上, 构建一个整体的节能设计理念, 形成安全、高效、舒适、便利的建筑环境。依据所在的环境包括构图、尺寸、色彩、照明、形式等, 譬如在照明等的应用上, 在要装修的地面、墙面、柱子以及天花板, 在选择适当造型的同时, 考虑节能设计, 尤其是在照明的运用上, 可以融入艺术的特色, 做到明暗相间、强弱有别, 紧密有致, 层次鲜明, 让每一个灯都发挥出应有的作用, 充分使用一些节能性强、美感感受强、欣赏力度强的照明设施, 让设计从大堂一直延伸到客房, 渗透到整体公共空间的每一个细节, 凸显出独有的艺术和文化魅力。入住上海度假酒店尽享高贵与享受。独具匠心的自助餐厅汇聚了传统的典雅和现代的豪华, 佳肴美食荟萃精华, 为各方人士营造完美体验, 可容纳130人同时就餐, 是商务会谈、朋友聚会的理想之地。二层的休闲吧集咖啡、茶艺为一体, 时尚典雅, 浪漫温馨。三楼的会议室、接待室, 是举办会议进行商务洽谈的理想场所。商务中心、商品部等服务设施, 为各界商务人士提供全面快捷周到的服务。酒店大堂宽敞明快, 设有商务中心、贵宾休息区。四楼设有会议室、接待室, 可接待大中型会议。
3.2 公共空间的构成及功能分区
公共建筑的空间依据使用性质大概可以分为:主要使用部分、次要使用部分和交通联系空间、交通枢纽空间。主要使用部分, 所占面积相对较大, 造型别异;次要使用部分, 所占面积相对较小;交通联系空间是公共空间最重要的组成部分, 它具有联系、协调和服务的作用, 在公共空间设计过程中应该以交通联系空间为根本, 对主次空间进行合理有序的排列和组合, 在设计过程中体现丰富多彩的交通联系空间。而交通联系公共空间主要可以分为以下三种基本形式, 即水平交通、垂直交通和枢纽交通。其中水平交通与各部分交通空间相互联系, 并且有比较好的通风和光照;垂直交通空间, 主要有楼梯、电梯、坡道形式, 具体设计时应该根据消防需要和功能需要而定, 应与交通枢纽接近, 布置均匀。
3.3 塑造公共建筑空间组合设计的局部亮点
公共建筑空间包括能够进行餐饮聚会、休闲娱乐等活动的公共空间, 因此在设计上就要突出公共空间的某个布置上的一个亮点, 这样才能体现企业建设独有的特色和魅力, 也是彰显企业文化的一个重要组成部分。比如在显眼的位置摆放一些具有古香古色的老家具或者古董等, 就会产生文化的共鸣, 这样要比全盘的改造设计更突显效果。
3.4 建筑室内空间处理艺术
在建筑空间公共艺术的处理上, 要注重色彩与质感的准确把握, 可以采用暖色的建筑风格, 体现出紧张、热烈、兴奋的氛围, 适合运用在观众厅、游艺厅等, 体现出一种空间靠近感;也可以采用冷色调的建筑风格, 融入一种安定、幽雅、宁静的气氛, 适合运用于居室、阅览室, 融入一种空间远离感。此外, 在度假酒店公共空间的设计上, 全盘考虑整体的设计风格和建筑图纸, 在确定了度假酒店的营运性质、客源、档次之后, 就可以从多方面综合考虑公共空间与其他房间设计的功能布局, 无论是条状性建筑, 还是异形的建筑, 都应该合力规划客房、餐饮厅、会议厅、休闲游乐厅等和公共区域的面积设计, 正确把握好主体建筑、公共空间建筑、后台支持区域的比例, 一般来说, 在公共空间的设计上, 除了布置基本的服务项目外, 还要合理地实现度假酒店在公共空间上的合理比例控制。
4 总结
在进行公共建筑空间全面组合设计分析时, 要从建筑物的各个方面进行分析, 在彻底了解公共空间的情况下, 再进行功能参数分析。同时, 还要结合外部环境的各项特点, 通过采用形式与美感的追求, 按照一定的设计意图和技术, 创造出完整统一的公共建筑组合设计, 丰富群体空间, 取得多样化的公共建筑空间效果。
摘要：随着经济社会的快速发展, 公共建筑空间的组合设计呈现出更大的发展空间, 组合设计的多样性, 给社会需求提供了最有利的资源服务。为了显示出建筑空间组合设计的重要性, 公共建筑空间的组合设计要求也愈加严格。本文全面阐述公共空间的构成要素和组合设计上的优势和不足, 其中主要针对不同的建筑需求包括公共空间中的接待空间、会议空间、餐饮娱乐空间等方面的设计、特点要求、构造等来进行探讨。
关键词：公共建筑空间,组合设计,技术运用
参考文献
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《建筑空间组合论》观后感 篇4
经老师介绍读《建筑空间组合论》感觉受益匪浅，初读感觉很枯燥，再读觉得其所说都是精华，很值得一读再读。
本书的重点是讨论建筑形式的处理问题。建筑形式受到功能、结构等因素的影响和制约，第一章总论是科学论证建筑中形式与内容对立统一的辩证关系，一：从功能使用要求来看。人们盖房子总有它具体的目的和使用要求，这在建筑里面叫功能，建筑不仅是满足个人和家庭的需要，而且还要满足社会的各种需要，这就使建筑有不同的功能，从而使其反映在形式上也是千变万化的。二：从精神和审美来看。每一个建筑因为功能性质不同，地形及环境不同，设计者的意图和构思不同应当具有独特的形式和特点除此之外建筑形式还不可避免地反映某个特定历史时期和特定民族、地区的特点。公元前一世纪古罗马皇帝奥古斯都的御用建筑师维鲁威写下了著名的《建筑十书》，他体术建筑设计的三位一体基本原理，即一切建筑物都应该恰如其分的考虑到坚固耐久、便利实用、美丽悦目，其中说的“便利实用”显然就是它的功能性。三：从物质技术手段方面来看。一定的功能必须要与之相适应的空间形式，然而获得某种形式的空间主要取决于工程结构和技术发展的水平。以摩天大楼为代表的高层建筑设计是最能说明物质技术手段的有效例子之一，虽然在19世纪末就已经出现了高层建筑，美国芝加哥学派的建筑师们利用1871年芝加哥城大伙所提供的重建该城的机会呢充分利用新建筑材料和新施工技术，设计了最早的一批高层建筑——一钢铁骨架构成内部支撑结构而外面壳体不起支撑构架作用的10层上下的楼房这种国际性的普及与推广首先建立在当时高新科技的发明和推广的基础上1915年出现了自动控制电梯，上升速度达到每分钟365m，1950年群控系统开始使用，由于垂直交通问题的顺利解决和不断改进，由于优化的新材料、新技术的应用，40层以上的超高层建筑这种名副其实的“摩天大楼”才得以实现。四：从建筑发展趋势来看。由于建筑内部矛盾双方既互相吸引又互相排斥的结果，在建筑中功能表现为内容，空间表现为形式这两者所构成的对立统一的辩证发展过程就是按否定之否定的规律而呈周期性太特点的。建筑随着功能要求日益复杂和多样化，都以不同的形式表现出来。
室内空间是人类劳动的产物，是相对于自然空间而言的，是人类有序生活组织所需要的柏质产晶．人对空间的需要，是一个从低级到高级，从满足生活上的物质要求，到满足心理上的精神需要的发展过程．但是，不论物质或精神上的需要，都是受到当时社会生产力、科学技术水干和经济文化等方面的制约。人们的需要随着社会发展提出不同的要求，空间随着时间的变化也相应发生改变。这是一个相互影响、相互联系的动态过程。因此，室内空间的内涵、概念也不是一成不变的，而是在不断地补充、创新和完善。
在第二章功能与空间里我认识到形式由句话给予近现代建筑的发展影响是巨大的，那么与功能有直接形式要素的就是空间了，所谓内容决定形式，表现在建筑中主要就是指建筑功能要求有与之适应的空间形式，但是又不能说空间形式就是有建筑功能决定的，但建筑空间形式必须适合于功能要求：
一，功能对于空间大小和容量的规定性。现实生活中 一般以平面面积作为设计的依据，根据使用要求的的不同 面积要随之发生变化。二，功能对于空间形态方面的规定性。在确定了空间大小和容量之后就是确定空间的形态，是正方形长方形还是椭圆等等，根据不同的功能而进行选择，例如教教室、剧院、体育馆不同的功能要进行不同的选择使其能够满足需求。三空间对于空间质的规定性。空火箭指的规定性主要表现在两个方面，一个是量一个是形，但仅仅有这两点还不
够，还要使空间在质的方面有与之相适应的条件，质的条件一般式能够遮风避雨再进一步是采光通风，少数还要求房间防震恒温恒湿等等。
二功能对于空间形态方面的功能性。不同的房间由于不同的功能对空间形态有不同的要求，从某种意义上讲功能与空间的形态存在着必然的内在的联系。
功能对于空间的规定性首先表现在量和形的两个方面，但仅有量和形的适应还不够，还要使空间在质的方面也具备与功能相适应的条件。所谓质的条件，最起码的要求就是能够避风雨、防寒暑；再进一步的要求则是具有必要的采光、通风、日照条件；少数特殊类型的房间还要求防尘、防震、恒温、恒湿等。避风雨、御寒署几乎是一切房间都必须具备的起码条件，自不待言。少数特殊类型的房间要求防尘、防震、恒温、恒湿等条件，主要是通过一定的机械设备特殊的构造方法来保证的，与空间形式的欢喜不甚密切，这里也无需详细讨论。对于一般的房间，所谓空间的质，就是指一定的采光、通风、执照条件。这个问题直接关系到开窗和朝向。不同的房间，由于功能要求不同，则要求有不同的朝向和不同的开窗处理。
在一般情况下，集中于一栋建筑物之内的各个房间的性质和功能或多或少总会有一些联系，房间之间的功能联系将直接的影响到整个建筑的布局。在组织空间时要综合、全面的考虑各房间之间的功能联系，并把所有的房间都安排在最适宜的位置上而使之各得其所，这样才会有合理的布局。
此外，还要善于根据功能特点来选择合适的空间组合形式。什么是“空间组合形式”？空间组合形式就是指若干空间是以什么方式衔接在一起的。在建筑设计实践中，空间组合形式是千变万化的，初看起来似乎很难按模式化的方法把它们分成若干种类型。但是不论这种变化是何等地复杂，它终究要反映不同功能联系的特点，基于这一点，我们可以从千变万化、错综复杂的现象中概括出千种具有典型意义的空间组合形式。
在一般情况下一幢建筑的主体部分空间组合和房间未知的安排基本上都是根据建筑的主要人流路线决定的。有些建筑，主要人流只是各种流线中的一种，这时，主要人流路线虽然乐意左右建筑物主体部分的空间组合形式，却不能决定整个建筑物的空间组合形式，这往往也是一幢建筑必须综合采用几种类型空间组合形式的原因。
在建筑设计的实践中，既要尊重功能对于空间形式的规定性，也要充 分利用它的灵活性。无规定形而随心所欲的杜撰形式必然会犯形式主义的错误；相反的，过分的拘泥于规定性也可能会是建筑形式缺少变化而千篇一律。我们只有把规定性和灵活性辩证统一起来。
在第三章空间与结构中我知道了显示和充任某种功能的空间就是功能空间，他强调的是空间的功能意义和价值，比如说交流空间、工作空间、展示空间、销售空间、审美空间等被美国建筑师迈耶1967年设计的美国康涅狄格州达连位于海滨的史密斯住宅，其客厅采取了敞开式的几何风格设计，一面无墙，朝着蔚蓝色的大海，另外一大面积玻璃幕墙充作建筑物超向外面的空间界面即外墙，既封闭了空间，又使室内外的人可以透过玻璃互相看见，具有某种通透感，这是一种开放与封闭相结合的空间设计。美国建筑师戈登邦夫特1962年设计的纽约布法罗市奥尔布赖特—诺克斯艺术馆增建部分，1962年设计的纽约马林—米德兰大厦，都采用了这种空火箭、处理方式。
对于不同的空间形态人们产生了不同的空间评价尺度其中又往往交杂着复杂的成分在一个居住或工作空间内为人们日常生活余姚服务的家具同事担任充实空
间和虚拟分割空间的任务。
一以梁和柱承重的梁板结构体系。这种结构体系的最大特点是：墙体本身既要起到围隔空间的作用，同时又要承担无眠的荷重，把围护结构和承重结构这两重任合并在一起，一身而而任。
二、框架结构体系
三、大跨度结构体系
四、悬挑结构体系
关于第四章 形式美的规律,我们知道对于建筑空间形象的美感问题，由于审美观念的差别，往往难于一致，而且审美观念就每个人来说也是发展变化的，要确立统一的标准是困难的，但这并不能否定建筑形象美的一般规律。
建筑美，不论其内部或外部均可概括为形式美和意境美两个主要方面．空间的形式美的规律如平常所说的构图原则或构图规律，如统一与变化、对比、徽差、韵律、节奏、比例、尺度、均衡、重点、比拟和联想等等，这无疑是在创造建筑形象美时必不可少的手段．许多不够完美的作品，总可以在这些规律中拽出某些不足之处．由于人的审美观念的发展变化，这些规律也在不断得到补充、调整，以至产生新的构图规律．
人们要创造出美的空间环境就必须遵循美的法则来构思设想知道把它变为现实，以新老建筑来讲他们都共同遵循形式美的法则——多样统一，但在形式处理上又由于审美观念的发展和变化有不同的标准和尺度。不明确这一点，就会陷入思想上的混乱，甚至会因为的字标准和尺度的差异而否定普遍、必然的共同准则。
统一性每一个艺术家的目的都是要在自己作品中表现的一种思想每一个设计在平面和立面图中 丢必须表现出各个组成部分相互之间的联系。构图组合与并置是对立的并置缺乏连贯的谈吐所具有的力量只是一些无意义的、不连贯的单词而已两座相同又相邻的雕像，两座同样的房屋，层高相等的两层楼一上一下叠置都不能构成统一性，而是竞争性；因此，一切几何形式凡是人眼感到很明显可以分为两半部的（例如由两个正方形组合成的矩形）都应避免采用
对比。在哥特式教堂中，垂直因素明显占优势，维奇奥府邸以实面为主，而神职人员大楼则正好相反。流水别墅以水平因素占优势，但如果垂直因素不存在的话，也就没有对比，整个组合形式就会显得好像陷入地底去了，就他现在的样子看来，则更为生动活泼，材料的表面质感有光滑、有粗糙，相互对比，色彩效果也构成对比。
对称对称对建筑物起平衡效果，对称的构成形象包括像凯旋门和维克多·伊曼纽尔纪念碑、帕提农神庙、圣萨比娜教堂等等，不对称建筑物实例有流水别墅、约翰逊公司大楼和包豪斯校舍等等，单位符合统一性的原则，这些不对称建筑必须服从平衡或均衡的规律。
均衡用最简单的话来说如果我们在天平的一对盘子里各放上数量相等的砝码，其结果就是平衡的；如果这些砝码的摆放在两边都是一样的，我们得到的就是对称形式；如果一边的砝码摆成一堆另一边则摆成一行我们得到的就是均衡。流水别墅二楼上的平台并不对准一楼的正中心，但是那宽大的雨棚和那个烟囱的垂直线与其体量互相平衡。这是均衡最好的见证。
比例比例总是建筑物进行划分的一种手段，目的是要达到统一、均衡重点突出有对比以及协调和有节奏。
尺度。一般来说一座高层建筑在城市中是很突出的，但是在纽约市尺度效果
则反过来了，在华尔街区的大群摩天楼中那座小小的三一教堂在周围环境中则因其小而居于主导地位。尺度意味着人们感受到的大小效果，意味着与人体大小相比的大小的效果，所以，它是很重要的。
空间式建筑的主角，直到现在我们还不习惯从空间的角度来思考问题，一个人，哪怕只是稍微思考一下这个问题就会懂得建筑的特性——使它与所有其他艺术区别开来的特征——就在于它所使用的是一种将人包围在内的三维空间语汇。当你想盖一座住宅时建筑师会画一张外观的渲染图，可能再加一张起居室的透视草图给你，他还会提出平面、立面、剖面图，换句话说他得把围成和分隔建筑体积的各个竖直面和水平面，地板、屋顶、内外墙等分别加以表现。现在艺术方面的教科书中有大量的显然比重过大的篇幅用来阐述建筑物的雕塑方面、绘画方面、社会方面，有时甚至心理方面的历史，而不是用来阐述建筑的实在性和建筑空间组合这个精髓部分，当然，这个样的资料也有其价值，这好比不熟悉意大利语的人如果要读《神曲》仙人感到需要学习其中词汇的含义，需要通过学习中世纪意大利语的句法来弄懂其中句子的含义，也需要学习中世纪的历史和神学思想以及但丁一生的史实以及心理活动的演变，但在这一系列预备性的钻研活动中如果忘掉了原先的动机和最终的目的是要深刻体会《神曲》那就很荒谬可笑。
现代建筑中有两种最主要的空间概念就是功能主义和有机建筑运动。现在这两派都是带有国际性的了，在现代住宅建筑的杰作中，勒·柯布西耶的萨伏伊别墅和赖特的流水别墅明显表现了他们构图方式的区别也表现了他们不同的思路。
勒·柯布西耶从一个方格状的结构网出发从一个有等距离的支柱的四方形出发在一个合理的、几何程式的范围内他的空间有四堵有连续条形窗的墙壁围起来，只是从这个出发点才开始了开放平面的探索。分隔墙不是固定的，而是由薄的可以移动的墙构成的。二楼有一个大平台室内和室外空间正好在一面玻璃墙上会合，这面玻璃可以全部打开。而竖直方向上，楼层之间由一道宽敞的坡道贯穿房屋的中部来联系，直达顶层平台。所有的这些设计都设计的自由开放，但都服从一种精确的布局。
在赖特的设计中追求空间的连续性更带有开朗活泼的特色，它的建筑集中围绕内部空间的生活真实情况因此与基本的体积形式有矛盾在赖特看来开放平面并非在一种建筑体积的范畴内推敲，而是从一个中心向各方面延伸出各个空间而表现出来的一种最后结果。因此所产生的戏剧性的体积效果就具有一种大胆和丰富的特色，是功能主义所梦想不到的。
对现代作品的审美评价标准固然与过去的没什么不同但现代建筑的艺术理想却是与它的社会环境是分不开的。一面弯曲的墙面已经不再是某种幻想的产物，社会的、集体与个人的迫切需要是当前发源于功能主义的现代城市规划以及建筑的指引和促进力量。
美观的建筑就必须是其内部空间吸引人、令人振奋，在精神方面是我们感到高尚的建筑（像法兰西哥特时期沙特尔教堂那样），而难看的建筑必定是那些其内部空间令人厌烦和使人退避的建筑，但是要紧的是必须明确凡没有内部空间的都不能算作是建筑。.作为建筑师我认为不应在建筑上突出装饰性使之超过空间性，那么作为评论家和史学家，我们就不应当突出我们对装饰手法和图案效果的爱憎来作为作为我们评价所有时代建筑的唯一标准。
建筑历史主要是空间概念的历史，对建筑的评价基本上是对建筑内部空间的评价，如果没有空间一件作品就不能在这个基础上来进行评论，如果一座建筑物的评价在空间概念方面在体积造型方面和装饰效果方面都是肯定的，那我们就面临一个稀有的、完整的艺术品。
空间——空的内部——应当是建筑的“主角”这毕竟是合乎规律的，建筑不单式艺术，它不仅是对生活的认识的一种反应而已，也不仅是生活方式的写照而已；建筑师是生活环境，是我们生活展现的舞台。
关于第八章当代西方建筑审美的变异建筑形式美规律大体上可以解释自古希腊、罗马到现代建筑等哥哥历史时期的建筑风格以及形式处理所遵循的某些统统准则然而自60年代开始西方新出现的后现代建筑却大异其趣，从而对传统的审美观念和形式美提出质疑和责难。从古希腊、罗马到近代社会，历史跨越了2000多年尽管随着社会的发展，建筑的形式和风格发生了多种多样的变化人们的审美观念没有发生太大变化，然而，从近代到本世纪末的历史中，建筑的审美观念却发生了两次重大的转折，这就是：第一次从古典建筑的形式美到现代建筑的技术美；第二次从现代建筑的技术美学到后现代解构主义流派的建筑审美观念的差异。
建筑审美冲突是建筑审美差异性的必然结果和现实表现。建筑审美冲突既反映了性质相异的建筑审美文化之间的联系，也体现了不同群体的建筑审美意识、建筑审美标准的相互区别和个性特征，是建筑审美文化发展的动力机制之一。
西方当代建筑美学主要是由四种美学风格建构起来的：即历史主义、美学、新现代主义美学、技术主义美学和有机主义美学。这四种美学风格，分别体现了四种既有联系又有区别的审美取向。”[3](P53)虽然关于当代西方建筑美学的流派的划分是一个值得深入研究的学术课题，但西方当代建筑审美的多样性的事实足以证明建筑审美的群体性冲突。而且，就是历史主义建筑美学内部，亦存有新古典主义、新理性主义和新地方主义的审美取向之分，从而更充分地显示出建筑审美群体性冲突的多样性表现。若对建筑审美的群体性冲突细加分析，则可发现，建筑审美的群体性冲突总是通过区域性冲突、时代性冲突、民族性冲突和阶级性冲突而或明或暗地表现出来。
首先，审美文化具有区域性，建筑审美也必然出现区域性冲
其次，建筑审美的群体性冲突表现在民族性上，或称民族性冲突，这与区域性冲突有着非常紧密的联系。特定的民族必定有其独特的审美习惯和审美趣味，其审美观念和审美理想也一定呈现出浓郁的民族特色。可以说，人类的审美活动总是渗透着民族精神，体现出民族特点的。黑格尔就曾谈到：事实上一切民族都要求艺术使他们喜悦的东西能够表现出他们自己，因为他们愿在艺术里感到一切都是亲切的、生动的，属于目前生活的。卡尔德隆就是以这种独立的民族精神写成《任诺比亚和赛米拉米斯》的。莎士比亚能在各种各样的题材上印上英国民族性格。总之，“在艺术作品中各民族留下了他们的最丰富的见解和思想。再者，建筑审美的时代性冲突也是建筑审美差异性的一个重要表现。每一个时代都有每一个时代的审美观念和审美理想，不同时代的审美标准是不一样的，甚至大相径庭
在西方的古希腊罗马时期，“维纳斯”几近成为美的代名词，维纳斯雕像随处可见。可是到了中世纪，基督教徒们却“把所有的维纳斯叫做女妖，只要有可能就到处加以消灭。”[7](P838-839)在欧洲建筑发展史上，建筑风格随时代变化而变化，就很好地反映了建筑审美标准的时代性，古希腊罗马柱式严谨地模仿了人体的度量关系，充满了对现世人体的热情讴歌，反映了对人本主义世界观和对理性美的崇拜，表达了欲将理想美和现实美统一于艺术构图法则之中的审美追求和文化理想。而到了以宗教神学为本的中世纪时期，其建筑风格完全脱离古希腊
罗马的影响，高耸的尖塔随处可见，垂直线条的广泛运用，成为这一时期建筑的基本形式，故称“高直式”风格。它表现出一种向上飞腾的气势美和威严神秘的宗教意蕴，流露出鲜明浓郁的时代气息。同样可以看到，由古希腊罗马向中世纪过渡的时代变迁，是教会神权和封建王权走向结合的过渡时代。这也直接反映在建筑审美风格上。“罗马风”建筑即是当时社会、思想文化的真实写照。如意大利的比萨教堂建筑群，“它们既不追求神秘的宗教气氛，也不追求威严的镇摄力量，作为城市战胜强敌的历史纪念物，它们是端庄的、和谐的、宁静的。
从现代主义运动开始以来，当代西方建筑思潮经历了从强调“形式追随功能”到重新注重形式意义的后现代主义，再到当前重视节能环保的生态建筑的过程。
现代主义运动是伴随着钢筋混凝土结构、钢结构等新技术性新材料的出现以及战后大规模的建设需求发展起来的，新技术性新材料给现代主义提供了能力，大规模的建设需求则提供了动力。人类始终有在建筑上倾注情感的秉性，在现实问题基本解决后就有赋与建筑艺术性的欲望，从而催生了后现代主义。当前我们面临的问题是能源危机和生态危机，生态建筑应运而生，计算机技术、铝合金、膜结构等等大量的新技术、新材料为之提供了技术保障。人类对环境的态度也从傲慢变为谦虚。
西方建筑变异的过程揭示了建筑的发展过程就是一个利用当前技术解决当前问题的过程
建筑审美适应不是单向的文化制约或移植，而是双向或多向的互动过程，建筑审美适应的完成和实现意味着审美互动取得了结果。它一方面失去一些审美特质，另一方面又获得一些审美特质，在交互作用中不断调整、不断变化、不断出新、不断发展。
建筑空间组合分析 篇5
关键词：建筑设计,空间组合,原则,意义
1 引言
物质的丰富, 极大地改变了现代人的生活条件, 提高了人们的生活水平。近年来, 随着建筑业的发展成熟和建筑技术的不断完善, 更是为广大人民提供了较好的居住条件。虽然社会在进步, 经济在发展, 但是衣食住行仍旧是人们生活中必不可少的, 现在的人们对于居住条件要求越来越高、需求越来越大, 他们在选择自己居住的环境时, 不再是单纯的考虑该地区的繁荣度、房价、交通情况, 而是更加关注建筑物的设计和空间问题。
2 建筑设计与空间设计概述
2.1 建筑设计概述
在建筑中, 建筑设计与空间大小互相影响, 建筑功能在建筑设计中有着主导地位, 这就导致建筑的功能与空间形成了一种对立统一的关系, 并且二者都是推动建筑发展的主要动力。在建筑设计中, 建筑功能占其主导地位, 是因为它对建筑的空间发展起着推动作用。而空间大小, 是建筑设计中的关键问题, 是工作的核心。建筑设计者们通过长期研究实践发现, 具体的建筑设计可以通过图纸、建筑模型或其他手段将其设计意图表达出来, 这能够更形象的暴露错误, 也能更容易的发现问题、解决问题。除此之外, 建筑设计者们还可以通过提出多种方案进行比较, 进而得出最佳方案的形式, 采用方案比较的形式能够使设计方案达到完善。
2.2 空间设计概述
空间设计是指在建筑房屋装修完毕之后, 对建筑室内进行合理组织、有效搭配, 通过利用一些可变换、易挪动的装饰物、家具等对室内进行陈设、装饰。建筑空间设计的要求是在指定使用功能下创造出符合审美要求、满足审美视觉的艺术创作, 针对具体要求, 相关人员在空间设计时应满足建筑设计方案的独特性、实用性的要求, 应充分运用新科技和新理念, 应与设计方积极配合, 为工程技术提供多方面的支持。
3 现代建筑空间组合的原则
由于现代建筑对空间功能的细化和最大化利用, 促使人们对建筑空间的合理化评价。建筑内部空间组合是根据人们生活需要来设计的, 但是它同时又对人们的生活方式和习惯有一定的影响。因此, 要设计出一系列舒适、亲密、温馨、美观的住宅环境, 就要做到以下几项原则。
3.1 功能分区合理性原则
功能分区和理性原则要求我们在建筑结构设计中, 正确处理建筑内部不同的使用功能和要求, 为了保证室内的流线通畅、交通面积的综合利用, 我们要有预知意识和分析能力, 做到正确处理各个功能之间的关系, 满足各功能分区的要求, 使得建筑居住条件功能良好、居住舒适。
3.2 空间组合灵活性功能
空间组合灵活是建筑结构设计的合理形式。只有确保建筑物的灵活性, 才能保证建筑物的正常、便捷使用。如果组合不灵活的话, 整体容易遭到破坏。这种空间组合灵活性要求建筑工作人员根据不同住户、不同时期的使用要求对整套建筑空间进行合理分隔和重组也可在设计建筑方案时, 将某些功能分区合并或者连接, 不划分出明显的界限, 这样能加强建筑空间的适应性和灵活性。
3.3 室内环境舒适性原则
为了确保住户居住的舒适、方便、温馨, 我们就必须遵循这一舒适性原则。在对建筑进行设计的过程中, 应根据该区域的气候地理条件, 选择好的住宅朝向, 这样能够享受更好的日照条件和通风环境, 更重要的是, 可以通过室内空气对流通风, 获得更好的空气质量和卫生条件。如果不采用这一原则, 对客厅、卧室、厨房、卫生间这些主要空间随意设计, 那么将极大地影响舒适度, 将会给整套建筑带来诸多不利影响。
3.4 整体设计经济性原则
在建筑设计与空间组合中, 经济性以各种形式存在, 也常常会出现一些结构组合不合理以致大大降低建筑整体性的情况。因此, 在建筑设计与空间组合的过程中遵守整体设计经济性原则显得尤为重要。这就要求要对建筑面积进行合理分配、要分清不同功能空间的不同要求;要在满足通风采光的前提条件下、保证窗户的气密性和隔热性的要求下, 尽可能的节约能源, 整体设计经济性原则要体现在设计概念中的战略战术中, 也要将这些符合该原则的战略战术付诸实践。
3.5 以人为本原则
建筑设计以及建筑施工源于人类更要忠于人类, 最终目的也是为人类服务, 所以建筑成果只有让人类各方面的需求得到满足才能实现它的最终价值, 这就要求在对建筑结构进行设计时, 坚持以人文本的概念, 满足人类对居住的基本需求, 秉着人性化的思想, 提出以人为本的住宅设计和宜居环境设计。
3.6 绿色环保原则
由于全球生态环境急剧恶化, 所以绿色环保思想在建筑设计过程中必不可少, 并且成为现代建筑设计中最受关注的原则。随着我国城市化进程的快速发展, 使得现如今城市人口数量急剧上升, 这就使得人们对城市住宅的需求不断增加, 所以导致建筑面积不断扩大, 绿化面积不断缩小, 生态坏境遭受严重破坏, 威胁着人类的健康与生存。
4 建筑设计中空间组合
4.1 根据空间的形状和比例
按照建筑空间的形状和比例, 对建筑进行设计来增加建筑的空间。不同的空间形状会给人带来不同的感官感受, 因此, 在选择空间形状时, 要综合使用功能、精神感受等方面的因素来考虑, 使其既满足住户对建筑舒适实用的要求, 又能给人一种视觉上的享受, 并且可以根据建筑空间的具体情况和形状比例对其进行合理设计。
4.2 根据空间的尺度
建筑设计中空间组合按照空间的尺度来进行是指对所采用的空间大小进行测量。最高高度要以人为标准, 过高会给人一种距离感, 过低又会让人感觉不舒适, 相对高度也要结合空间面积分配比例。所以, 要在建筑设计时对其进行度量, 这样才能给人一种空旷、舒适的感觉。
4.3 根据建筑造型和空间的关系
建筑的外部造型一定程度上能够反映该建筑的内部空间, 同样, 有什么样的空间, 就会产生什么样的外部造型。空间形式和空间组合都是属于内部空间的表现形式, 这就要求空间组合要满足建筑的使用功能性。建筑内部空间合理组合是为了服务于人们、方便于人们, 在有限的居住面积中合理的组织搭配, 有利于为人们的生活创造出一种和谐、雅致、温馨的氛围, 促进人们的生活更加美好。
5 结束语
居住是人类基本的生存需求之一, 自20世纪80年代以来, 中国的改革开放与经济发展使中国社会发生了巨大变化, 迅猛发展的住宅建设给人们的生活方式带来了许多的活力, 居民的生活质量不再局限于房子的档次和质量, 而是开始对居住的环境要求越来越高。与此同时, 建筑工作者们也随之关注的是, 如何在现代建筑设计中合理组织各种空间, 让整个设计看起来是最合理的、最美观的。当然, 就我国目前的建筑设计与空间组合而言, 还是存在着缺陷的, 这就需要国家科教兴国, 大力发展教育, 培养技术型人才, 不断探究学习这方面的人才, 才能使建筑也更趋完善。
参考文献
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刚构—连续组合梁桥空间应力分析 篇6
目前国内对连续梁桥、连续刚构梁桥0号块空间应力的研究应取得较多的研究成果[3,4], 但对于桥跨其他位置的空间应力研究较少, 对刚构—连续组合梁桥空间应力的研究更少。若要比较全面、准确的研究这一问题, 需要综合考虑刚构—连续组合梁桥箱形主梁顶板、底板和腹板的局部变形与整体变形的相互作用, 顶板、底板的滞效应以及结构几何和材料非线性等因素的影响, 采用三维空间实体有限元模型[5]进行仿真分析。
本文以一座刚构—连续组合梁桥为工程背景, 分别建立平面杆系和空间实体有限元模型, 综合考虑活载纵向和横向最不利的加载位置, 分析在不同组合作用下平面模型和空间模型纵向应力和主拉应力计算值的差异, 将平面模型计算值和空间模型计算值进行对比, 通过模型计算对刚构—连续组合梁桥的空间应力情况进行研究。
1 工程概况
某高架桥结构形式采用刚构—连续组合体系, 跨径布置为35 m+60 m+90 m+60 m+35 m, 中间三跨采用刚构形式, 两侧边跨采用连续梁, 总长为280 m, 如图1所示。桥面全宽12.0 m, 横向布置为10.5 m行车道+2×0.75 m防撞护栏。桥梁设计荷载采用公路—Ⅰ级。上部结构为预应力混凝土箱梁, 截面形式为单箱单室箱形截面, ②号、③号主墩采用柔性双薄壁墩。箱梁和主墩均采用C50混凝土, 中跨跨中箱梁高度为2 m, 主墩墩顶箱梁为5 m, 主墩与中跨跨中之间的梁高按二次抛物线变化。
2 有限元模型
2.1 平面杆系模型
该桥边跨连续梁部分采用支架法施工, 而中间刚构部分采用悬臂浇筑施工, 平面杆系模型采用桥梁博士V3.3建立, 划分单元时可以将0号块、1号块、2号块、3号块……作为独立单位, 平面杆系模型采用挂篮单元来模拟悬臂施工阶段, 主墩和箱梁采取共用节点的方式模拟墩梁固结, 全桥的平面杆系单元离散图[6]如图2所示。
2.2 空间实体模型
该桥的空间实体模型采用ANSYS建立。为分析该桥的空间效应, 采用空间实体单元模拟箱梁和薄壁墩。箱梁截面高度在纵向桥按二次抛物线变化, 底板和腹板的厚度随箱梁高度的变化也不尽相同, 箱室内部包括齿块、横隔板等局部构件, 空间几何形状比较复杂, 若采用直接法建模, 网格划分后节点和单元数量繁多, 坐标复杂, 不符合实际情况, 所以本文采用K-V和K-L两种方式相结合的由底向上的建模方法。在实体单元中, 六面体单元在映射网格划分方面操作方便, 由于箱梁横截面设置倒角, 可以将箱梁顶板、底板、腹板和倒角处均划分为四边形, 从而实现箱梁单元的组成部分都是六面体。横向、竖向和纵向预应力单元单独划分, 形成独立网格。预应力和箱梁混凝土之间的连接通过节点自由点耦合实现, 将预应力钢束的节点与邻近混凝土六面体单元节点耦合起来, 从而形成刚臂[7]。全桥实体及预应力钢束有限元模型, 如图3, 图4所示。
3 有限元模型应力结果对比
3.1 最不利荷载位置分析
1) 活载纵向最不利布载。弯矩和剪力最不利的位置在平面杆系有限元模型中可以很方便的得出, 对于刚构—连续组合梁桥, 在正常使用极限状态下, 跨中截面一般是弯矩最不利的位置;支点截面一般是剪力最不利的位置[8]。弯矩和剪力均最不利的位置一般都不会相同, 也就是说在弯矩最不利的位置, 剪力可能很小, 而在剪力最不利的位置, 弯矩可能很小, 因此除需找出弯矩、剪力单一效应最不利的位置, 还需找到剪力和弯矩组合最不利截面位置。综合分析平面杆系有限元模型得出的弯矩包络图和剪力包络图, 可知中跨跨中、中跨L/4跨、主墩支点、次边跨跨中、边跨跨中是活载纵向最不利的加载位置。
2) 活载横向最不利布载。活载在箱梁横向作用位置不同所产生的应力效应也不相同, 进行活载布置时, 可以按照箱梁横向应力影响线确定不利的布置方式, 一般包括横向对称布载和偏心布载两种特殊情况[9], 活载横向具体布置图如图5所示。实际工程简化分析中, 只需考虑横向按两列车偏载情况, 下文的分析结果是基于活载横向偏心布置的。
3) 荷载组合选择。综合考虑纵向和横向最不利荷载的布置, 具体工况和荷载组合见表1, 其中组合2考虑中跨L/4跨剪力最不利情况, 组合3考虑中跨跨中弯矩最不利情况。
3.2 应力结果对比
通过平面杆系模型和空间实体模型可以计算出三种组合作用下各典型截面顶板和底板的纵向应力、主应力及腹板的主应力, 计算结果见表2和表3, 其中拉应力为“+”, 压应力为“-”。
通过表2和表3可以看出:
1) 表2计算结果表明在三种组合作用下, 纵向应力均为压应力, 全桥纵向处于受压状态。平面杆系计算的纵向应力在总体上小于空间实体的计算值, 但两者的变化趋势保持一致。说明了利用平面杆系计算刚构—连续组合梁桥的纵向应力具有一定的保守性, 在设计中采用平面杆系验算纵向应力偏于安全。
2) 表3计算结果表明空间实体主拉应力的计算值大于平面杆系的计算值, 主要原因是空间模型可以考虑箱梁桥的横隔板、倒角等局部应力集中区域的空间效应。在桥梁支座附近箱梁横向结构受到支座的约束, 空间实体模型可以体现这种约束作用, 平面杆系则不可以, 空间实体采用的刚度矩阵大于平面杆系采用的刚度矩阵, 从而导致空间实体主拉应力的计算值大于平面杆系的计算值。
3) 表2和表3中空间分析的结果显示在组合2和组合3的作用下与组合1作用下的应力计算值相差不大, 说明汽车荷载与其他荷载组合和结构在自重和预应力荷载组合的应力值接近, 应力分布在除自重和预应力荷载外变化不显著, 自重和预应力效应对结构的应力分布影响较大。
MPa
MPa
4) 通过表3空间分析可知, 在主墩附近截面底板的主拉应力值较大, 组合1作用下最大值就可达到4.43 MPa, 而C50混凝土的抗拉强度设计值为1.83 MPa, 计算值是设计限值的2.4倍左右;平面杆系模型无法考虑底板的横向应力分布情况, 用于设计时计算值偏小, 从而导致结构在该区域容易出现应力超限现象, 甚至产生裂缝。
5) 桥梁横向应力在平面杆系模型中无法体现, 只有通过空间分析才能反映横向应力的分布情况。通过对三种组合作用下的空间应力进行分析, 可知在箱梁顶板范围内横向应力效应显著;悬臂板部分和两腹板之间的顶板部分应力分布的差别较大。两腹板之间的顶板部分应力分布情况非常复杂, 在纵桥向存在较大变化。
4 结语
本文以某35 m+60 m+90 m+60 m+35 m刚构—连续组合梁桥为工程背景, 建立平面杆系和空间实体有限元模型, 对该桥的空间应力分布情况进行了研究, 可以得到以下结论:
1) 从边跨至中跨关键截面, 平面杆系和空间实体有限元模型纵向应力计算值变化趋势总体保持一致;空间实体模型考虑了各局部应力区域, 与平面杆系分析相比, 主拉应力计算值较大。
2) 箱梁的横向应力效应明显, 在箱梁顶板范围内, 悬臂部分应力分布较简单, 两腹板间的顶板区域应力分布复杂, 沿纵桥向变化很大。
摘要：采用有限元分析软件桥梁博士和ANSYS建立某刚构—连续组合梁桥的平面杆系模型和空间实体模型, 综合考虑汽车荷载在纵桥向和横桥向最不利的加载位置, 通过对三种不同组合作用下的空间应力进行分析, 指出空间实体模型分析刚构—连续组合梁桥的应力较符合实际情况。
关键词：刚构—连续组合梁桥,空间应力,平面杆系,空间实体
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建筑空间组合分析 篇7
大吨位臂架起重机的主臂常采用人字形组合结构, 主要有环轨式起重机、浮式起重机、半潜式起重船三种类型。随着起升高度的不断提高和高强度钢材的应用, 臂架稳定性问题已经成为限制此类设备性能的重要因素[1,2]。工程设计中常借助有限元软件进行仿真分析[3,4], 复杂的人字形组合臂架的稳定性计算耗时耗力, 在臂架设计之初需要简易算式进行快速准确验算。目前世界上主要工业大国的起重机设计规范和钢结构规范对于压弯构件静力稳定性都给出了校核计算公式, 一般思路是将空间格构式压弯杆等效为实体式压弯构件, 运用换算长细比法进行计算[5,6,7,8,9,10,11], 但对于人字形组合臂架的稳定性验算却无能为力。起重机臂架结构稳定性的理论研究基本上集中在单柱臂架 (有的带副臂) 方面[1,2,12,13,14,15], 而双柱臂架尤其是人字形组合臂架方面的稳定性研究几乎空白。相对于单柱臂架而言, 人字形组合结构大大提高了回转平面内的整体稳定性, 所以研究其整体稳定性的关键在于研究变幅平面内的稳定性。线性稳定性即一阶稳定, 认为在失稳前结构变形忽略不计[16], 着眼于结构的整体稳定性, 通常运用平衡法或能量法获得结构线性失稳载荷表达式, 求解其最小特征值即为结构整体失稳载荷, 便于简易计算[17]。线性失稳载荷是非线性失稳载荷的上限[4,18], 也是非线性稳定分析的基础[19]。李文军等[20]采用等效实体欧拉公式法和柔度法推导了人字形组合臂架的线性失稳载荷算式, 算例验证具有一定的精度, 但在回转平面内将组合臂架单柱顶端的连接简化为铰接, 忽略了单柱的横向剪力, 同时在变幅平面内将臂架底端的法向铰约束 (旋转中心线垂直于变幅平面) 简化为斜向铰约束 (旋转中心线与变幅平面的夹角为锐角, 垂直于臂架单柱中心线) , 这两个简化便于直接运用欧拉公式进行推导, 却使得理论分析与实际不符。
基于上述问题, 考虑组合臂架结构的单柱横向剪力和实际约束条件, 对已有的人字形组合臂架线性失稳载荷算式[20]进行修正。针对两种典型杆件截面形式的28种臂架结构, 结合SAP2000有限元方法对组合结构进行精确模拟, 得到结构线性屈曲载荷, 检验修正算式的准确性。
1 人字形组合臂架线性失稳载荷
某公司的大型臂架起重机如图1所示, 人字形组合臂架 (简称为组合臂架) 上端与变幅系统铰接, 下端与平衡梁上的支座铰接, 铰轴中心线理论上平行于水平面。组合臂架顶部采用刚度较大的结构, 将两个格构柱连接起来;组合臂架底部有相对较短的基础节, 两侧基础节相互平行, 之间有横梁结构, 将两个单柱的载荷传递到下端铰支座上。为了便于理论推导和设计验算, 忽略长度短、刚性大的基础节部分, 对人字形组合臂架进行理论定义和失稳分析。
1.人字形组合臂架2.横梁3.滑靴及平衡梁4.轨道5.配重6.撑杆7.变幅系统8.吊具9.塔头
人字形组合臂架是指组合臂架上端最小距离近似为零的人字形空间组合杆系结构, 如图2所示。在组合臂架内侧, 上端到下端的垂直距离称为组合臂架的长度LH, 下端内侧之间的水平距离称为组合臂架的宽度W, 人字形组合压杆长宽比 (简称长宽比) 为K=LH/W, 两臂架单柱的顶端通过一刚性框架固接。如图3a所示, 文献[20]在分析组合臂架时, 将臂架顶部和根部的销轴视为倾斜安装, 与臂架单柱中心线垂直, 实际上, 由于臂架需绕销轴旋转变幅, 所以销轴与水平面平行, 如图3b所示, 臂架端部铰约束应为法向铰约束。结合文献[21]对轮式起重机主吊臂的力学简化模型, 人字形组合臂架在主视图平面可视为下端固定、上端自由的组合结构, 取长度为L的臂架单柱进行稳定性分析 (图2中A向视图) , 由于臂架端部的销轴水平安装, 对单柱而言, 相当于在臂架端部附加了弯矩约束。由于组合臂架的对称性, 结构整体线性失稳时单柱也将失稳, 因此求解整体失稳载荷转化为求解单柱失稳载荷问题。
1.根部销轴2.人字形臂架3.顶部销轴
1.1 单柱载荷分析
如图4所示, 从实体式人字形结构出发, 进行受力分析。该结构与组合臂架结构约束相同, 即下端的两个铰点只能绕X轴方向转动, 上端的铰点只能绕X轴方向转动和沿Z轴方向移动。
设作用在顶端的载荷为F, 考虑其对两单柱的横向剪力, 产生单柱的轴向力为FN。两单柱顶部刚接, 主视图为平面三次超静定结构, 采用柔度法计算[18], 得到单柱轴向力为
式中, β为主视图内单柱与水平面的夹角, 即组合角;L为单柱的长度;E为材料的弹性模量;G为材料的剪切模量;Ih为单柱截面绕y轴的惯性矩;A为单柱的截面积;k为剪应力沿截面分布不均匀系数, 与截面形状有关, 矩形截面k=6/5, 圆形截面k=10/9;k/ (GA) 是主视图平面内单柱受单位剪力引起的剪切角。
1.2 单柱近似失稳载荷
组合臂架在轴向载荷下, 容易在变幅平面发生失稳, 所以在图4中A向视图内对单柱进行失稳分析。当β=90°时单柱为两端铰接, M0为零;当β=0°时单柱为两端固定, M0较大。两端铰接受压柱的欧拉公式对单柱稳定性分析已不适用, 应考虑不同组合角对失稳载荷的影响, 本文提出了一种近似求解单柱失稳载荷的方法:通过算例进行数值分析, 应用有限元方法精确计算法向铰约束条件下单柱失稳载荷, 将此载荷与欧拉公式解相除得到比值, 再采用非线性拟合技术分析组合角对比值的影响, 最后导出法向铰约束条件下的单柱近似失稳载荷算式。
算例1如图4所示, 单柱长度L=2m, 单柱截面为50mm×50mm, 材料为Q345。SAP 2000是美国CSI公司出品的结构通用有限元分析程序, 它可以通过对特征值方程求解, 来确定结构屈曲时的极限载荷和破坏形态[4]。图5所示为β=70°时的模型, 限制节点1的X、Y、RY、RZ自由度 (约定X为X向平动自由度, RX为绕X轴旋转的自由度, 其他类似) , 限制节点2和节点3的X、Y、Z、RY、RZ自由度, 在节点1的-Z向施加单位载荷。线性屈曲分析后, 得到第一阶屈曲模态 (变幅平面内失稳) 如图6所示, 屈曲载荷为Fcr=515 557.802N。将该值代入式 (1) , 得到单柱失稳轴向力为FNcr=274 299.910N。由材料力学可知, 对于两端铰接的压杆, 压力F0使其失稳的欧拉载荷为FNE=π2EI/L2[2], 则单柱欧拉失稳载荷为FNE=257 020.948N。定义单柱的失稳载荷与其欧拉失稳载荷的比值f (β) 为等效约束系数, 则f (β) =FNcr/FNE=1.067 228。同理, 运用SAP2000计算β角不同时的结构屈曲载荷, 代入式 (1) 得到单柱失稳载荷, 见表1。
当β接近0°时, 结构发生跳跃失稳[17], 这时采用SAP2000进行线性屈曲分析得到的失稳载荷并不准确, 而实际工程中组合角较大, 故从β=10°开始讨论。当β=90°时, 单柱为两端铰接的受压柱, f (β) 应等于1, 对表1中求得的f (β) 作等比例放大修正。将等效约束系数修正值和组合角进行非线性拟合, 考虑到β的尺度标准问题, 取sinβ进行拟合, 得到3阶多项式为
则实体式单柱的近似失稳载荷可按下式计算:
式中, Ib为单柱截面绕X轴的惯性矩。
为了验证式 (3) 、式 (4) 的准确性, 取算例2和算例3进行验证。
算例2如图4所示, 单柱长度L=10m, 单柱截面为Ф75mm, 材料为Q345。
算例3如图4所示, 单柱长度L=120m, 单柱截面为50mm×50mm, 材料为Q345。
SAP线性屈曲分析得到β不同时的结构失稳载荷, 与式 (1) ~式 (4) 计算得到的结果进行对比, 见表2和表3。为了直观地反映法向铰约束对人字形结构失稳载荷的影响, 不计等效约束系数f (β) , 计算结构的失稳载荷, 并统计其误差列于表2、表3中。
由表2和表3可知, 算式的计算结果与仿真值相近, 误差在3.5%以内。但是若不考虑法向铰约束的影响, 即不计等效约束系数, 尤其在组合角较小时, 误差明显增大, 这说明式 (3) 、式 (4) 基本消除了法向铰约束的影响。
当单柱为格构柱时, 需要考虑剪力的不利影响, 参照文献[21]对FNE作如下修正:
其中, 为单柱 (A向视图) 单位剪力引起的剪切角, 需根据不同的腹杆体系进行推导, 文献[20]给出了十字形腹杆体系 (图7) 的单位剪力引起的剪切角:
式中, Ad为弦杆的截面面积;Ap为直腹杆的截面面积;Aq为斜腹杆的截面面积。
1.3 组合结构失稳载荷
根据式 (1) ~式 (6) , 推导出格构式人字形组合结构线性失稳载荷的算式:
式中, 为单柱 (主视图) 单位剪力引起的剪切角, 计算方法同式 (5) 的。
2 算例计算与结果分析
2.1 算例计算
算例4如图2和图7所示。W=18.4m, 标准节节数n=12, 14, …, 38, 共14种不同长度的空间组合结构。十字型腹杆体系, 弦杆截面400mm×20mm, 直腹杆截面121mm×8mm, 斜腹杆截面152mm×10mm, 材料均为Q345, a=1.7m, Lo=3a, L'o=5.7m, b=2.1m, w=1.6m。
算例5弦杆截面400mm×400 (18) mm, 直腹杆截面120mm×120 (8) mm, 斜腹杆截面150mm×150 (10) mm, 其他参数与算例4相同。使用式 (7) 计算算例4、算例5结构的失稳载荷Fcr值, 见表4和表5。
2.2 仿真实验
运用SAP 2000建立算例4、算例5的有限元模型, 图8为n=12时模型图。分别将节点2、3 (下端标准节底端平面中心) 和相应底部标准节底端平面所有节点的6个自由度束缚在一起, 模拟刚性基础节, 限制节点2、3的X、Y、Z、RY、RZ;将节点1 (组合结构两个单柱几何中心线交点) 和顶部标准节顶端平面所有节点的6个自由度束缚在一起, 模拟刚性框架;限制节点1的X、Y、RY、RZ。释放所有腹杆端弯矩M3 (绕杆件自身3轴弯矩) [4]模拟铰接。在节点1的-Z向施加单位载荷。屈曲分析得到第一阶屈曲模态 (变幅平面内失稳) 如图9所示, 屈曲载荷值为303 429 040N。同样地, 仿真计算不同标准节数时的结构屈曲载荷值F'cr, 按e= (Fcr-F'cr) /F'cr计算修正算式误差, 见表4和表5。
2.3 结果分析
根据表4、表5计算结果, 绘制出本文和文献[20]不同长宽比时线性失稳载荷计算误差, 见图10。考虑组合臂架结构的单柱横向剪力和实际法向约束后, 修正算式计算精度有了显著的提高。随着臂长的增大, 长宽比K增大, 在K=2.743和K=4.620两处本文误差出现了波动, 但精度仍高于文献[20];当K>3 (大型人字形组合臂架的长宽比均在此范围) 时, 误差基本呈减小趋势, 并保持在-3.2%以内;当K<3时, 误差陡增, 文献[20]最大误差为-11.758%, 而本文最大误差为-9.037%。
3 结论
(1) 在结构小变形假设下, 考虑组合臂架的单柱横向剪力和端部法向约束, 修正了人字形组合臂架空间压杆的线性失稳载荷算式, 在长宽比K为1.790~5.865大范围内计算精度得到了显著提高。
(2) 实际工程中需要考虑结构变形、材料塑性等非线性因素, 才能较为准确地求解出臂架的失稳载荷, 简易算式计算的线性失稳载荷是结构失稳载荷的上限, 为非线性分析提供了依据。
建筑空间组合分析 篇8
导弹折叠翼面能缩小导弹的横向尺寸,节省发射装置的贮运空间,便于导弹的箱筒式发射,提高车辆、舰艇和飞机的运载能力,提高机动性与战斗力。导弹折叠翼面展开机构是保证弹翼顺利折叠与展开的关键机构,其性能直接影响弹翼的稳定性、快速性及可靠性,在战术导弹和巡航导弹中已得到了广泛的应用。目前大量采用折叠翼面的导弹有中国的东风41型洲际弹道导弹、俄罗斯的白杨-M导弹及美国的MX“和平卫士”导弹等,这些导弹在发射前将导弹翼面折转叠合至发射箱(筒)内壁,发射后瞬间在展开力作用下自动展开到位并锁定,完成对预定目标的打击任务。在折叠翼面的展开过程中,展开执行机构在传递载荷的同时必须满足规定的运动功能要求,即连接稳定、折叠可靠、展开到位、锁紧安全等。目前,对导弹折叠翼面展开机构的研究已涉及结构与机构设计、气动特性与可靠性分析、展开运动学与动力学分析及展开性能试验等[1,2,3],但分析对象均为一次性的展开机构。本文提出一种新型的导弹折叠翼面重复展开机构——空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构,此机构除具有准确的折展与锁解功能外,还便于实现机构的地面模拟试验、发射后姿态的调节及发射故障后的回收。基于空间凸轮机构与螺旋机构组合的方式,实现了导弹翼面的折叠展开与锁紧定位的驱动、传动、执行一体化设计,简化了展开装置结构,保证了展开动作的准确、可靠,并可通过调整空间凸轮机构的廓线参数来满足折叠翼面不同的展开运动规律。
1 折叠翼面展开机构工作原理
空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构采用电机驱动有源横向展开,其翼面采用对称布置,在折叠状态下翼面需满足规定的空间尺寸要求,并具有良好的稳定性;展开运动则必须满足展开时间、展开角度和展开同步性要求。折叠翼面展开到位的同时翼面应准确定位,可靠锁定,且对弹身姿态干扰应减至最小。空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构包括:动力源(电机驱动经联动轮输出)为翼面展开机构提供驱动力;螺旋传动机构将丝杠转动转换为螺母(圆柱凸轮)的移动;圆柱凸轮展开机构(包括导轨、左右旋圆柱凸轮、锁解销等)保证翼面稳定展开及可靠锁紧;导弹翼面为导弹提供升力,保证飞行过程的稳定性和机动性。机构与三维模型如图1所示。
空间凸轮-螺旋组合式折叠翼面展开机构的工作原理是:电机驱动联动轮逆时针转动,带动螺旋传动机构内上下端具有左右旋螺纹的螺杆转动,与之配副的螺母(具有左右旋槽道廓线的圆柱凸轮)沿其导轨向上、向下相向移动,圆柱凸轮机构的从动件(导弹翼面)则沿圆柱凸轮槽道运动,实现导弹翼面的转动展开,直到圆柱凸轮端面的锁解销与翼面上对应的销孔配合即完成展开的到位锁紧。这里,锁解销的应用保证了导弹翼面折叠、展开终了位置的可靠冗余锁定。
2 空间圆柱移动凸轮机构设计
空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构中的关键部件为圆柱移动凸轮机构,从动件运动规律选择、槽道设计及滚子半径确定直接关系到折叠翼面能否顺利展开、准确定位与锁定,其设计要求是展开时间t≤8s,弹翼完全展开角为90°。
2.1 从动件运动规律设计
空间圆柱移动凸轮机构运动规律通常依据展开机构的工作性质、从动件的运动和动力特性及其加工工艺等条件设计。通过综合比较从动件运动规律的应用场合与特性,选定五次多项式运动规律为空间圆柱移动凸轮机构的从动件运动规律[4]。对从动件的运动参数进行无因次化分析,可确定五次多项式运动规律的运动特征为:位移轨迹为摆线;行程始末速度为0,中点处速度最大,其最大速度比值为2;行程始末加速度均为0,最大加速度比值为1.23;行程始末和中点处理论上无冲击,噪声和磨损较小,但其实际性能主要取决于加工制造的精度[5,6]。
由此,设凸轮的最大位移为ymax,移动速度为v,则翼面展开所需时间t0=ymax/v,与其对应的x轴的位移为xmax。导弹折叠翼面即为空间圆柱移动凸轮机构的从动件,得到其展开运动模型为
(1)
2.2 空间圆柱移动凸轮轮廓设计
2.2.1 凸轮廓线设计
空间圆柱移动凸轮的轮廓设计包括理论廓线、实际廓线、压力角及廓线曲率半径的设计。因导弹折叠翼面固连在圆柱移动凸轮机构的从动件上,若将空间圆柱移动凸轮展开,则展开后它在x轴、y轴的合成运动轨迹即为从动件滚子中心的运动轨迹。由此,空间圆柱移动凸轮的理论廓线方程如下:
折叠解锁阶段
x=0,y=v t t∈[0,t1] (2)
展开阶段
x=rpf(t),y=v t t∈[t1,t2] (3)
完全展开锁定阶段
x=rpf(t2),y=v t t∈[t2,t3] (4)
式中,rp为圆柱半径;t1、t2、t3分别为解锁阶段、展开阶段、完全展开锁定阶段所需时间。
基于包络线原理[7,8],获得空间圆柱移动凸轮的实际廓线方程如下:
折叠解锁阶段
X=∓rT,Y=v t t∈[0,t1] (5)
展开阶段
(6)
t∈[t1,t2]
完全展开锁定阶段
X=rpf(t2)∓rT,Y=v t t∈[t2,t3] (7)
式中,“∓”、“±”分别表示理论廓线的外包络线与内包络线;f(t)为翼面转角函数,即φ=f(t);rT为滚子半径。
在折叠解锁与完全展开锁定两阶段,翼面均无转动,其压力角为90°。在展开阶段,导弹翼面绕其转轴转过90°,其压力角可表示为
2.2.2 廓线曲率半径确定
在导弹折叠翼面展开阶段,其滚子的理论廓线曲率半径为
式(9)中
将式(10)代入式(9),得
为使空间圆柱移动凸轮实际廓线不发生冗切,要求其滚子半径rT满足rT≤ρmin。据此,可得实际廓线的曲率半径为
ρ′=ρ±rT (12)
其中,“+”、“-”分别表示实际轮廓线的内外包络线曲率半径。
若将空间圆柱移动凸轮的实际轮廓线还原为绕于半径为rp的圆柱上,则可得空间圆柱凸轮的轮廓曲面方程,用圆柱坐标系表示为
θ=X/rp,Z=Y (13)
若将圆柱半径rp用变量r表示,则得到任意圆柱半径的廓线,其集合为空间圆柱移动凸轮的轮廓曲面方程,即
式中,b为从动件滚子高度。
3 空间凸轮-螺旋组合式展开机构运动特性分析
3.1 空间凸轮-螺旋组合式展开机构运动学理论建模
当空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面在弹体上布置时[9],它在理想状态下展开到某一位置时如图2所示。
由于采用电机驱动螺旋机构进而带动空间圆柱移动凸轮机构使翼面横向展开,导弹翼面相对弹体轴线对称布置,故选单侧折叠翼面为研究对象,以图2所示的翼面转轴中点为坐标原点o建立坐标系xoy。因两圆柱凸轮关于坐标原点对称,故取x轴正方向的圆柱移动凸轮为研究对象,取从动件末端滚子的回转中心为动点P,且动参考系与空间圆柱移动凸轮固连。令圆柱凸轮移动的位移为X(t),翼面转过角度为θ(t),则折叠翼面的展开运动学模型为
R(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k (15)
根据点速度合成定理,得P点合成速度为
vPa=vPr+vPe (16)
P点相对速度、牵连速度为
将式(17)、式(18)代入式(16),得
则P点的角速度、角位移为
w(t)=|vPa|/r (21)
θ(t)=∫t0w(t)dt (22)
根据点加速度合成定理得P点的合成加速度为
aPa=aPr+aPe (23)
P点相对加速度、牵连加速度为
将式(24)、式(25)代入式(23),得
P点的角加速度为
α(t)=|aPa|/r (28)
由此,得到折叠翼面展开运动学模型为
(29)
式中,θ(t)、ω(t)、ε(t)分别为折叠翼面的角位移、角速度及角加速度。
基于折叠翼面展开运动学理论模型,应用MATLAB求解得到折叠翼面展开过程的角位移、角速度和角加速度曲线如图3所示。
由图3可知,空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构能够满足在8s内完全展开翼面至90°的设计要求。因此,空间圆柱凸轮机构从动件运动规律和圆柱移动凸轮槽道廓线设计符合折叠翼面的展开规律。
4 结论
(1)将解析法与反转法相结合,设计折叠翼面展开机构用空间圆柱移动凸轮机构从动件的运动规律,确定了其理论和实际廓线方程、压力角及廓线曲率半径。
(2)构建了折叠翼面展开机构运动学模型,求解了折叠翼面的运动学参数,包括角位移、角速度和角加速度曲线,验证了所设计的空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构符合其运动规律与设计参数要求。
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