建筑用仿生保温耐冲击材料研发

1、

意义背景

自然界中的生物大多是经过亿万年的生物进化和自然选择后保存下来的，

它们在结构、形态和功能等方面都得到了全面优化。人类完全有必要研究和借
鉴这些生物的优点，以改善人类的生存条件和生活质量。仿生学在土木建筑、
航空航天和机械等诸多领域都有良好的应用前景。

建筑仿生学作为仿生学的一个重要分支，是以某些生物体的功能组织和

形态构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，以丰富和完
善建筑设计，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。
建筑仿生不仅是建筑创新的有效手段，也是建筑与自然和谐共生的实现途径，
是未来建筑发展的方向。

随着人口的高速增长和城市建筑兴起，建筑的节能和安全问题是社会关

注的热点。仿生技术在建筑的设计中也得到了广泛的应用。把仿生学与建筑学
和结构工程学进行学科交叉，也是进一步发展建筑学和结构工程学、促进建筑
学与结构工程学合作关系的一条有效途径。据统计，建筑的能耗约占全社会总
能耗的 30％。如果不加大建筑节能技术研究开发力度，随着经济的快速发展，
建筑能耗的比例将快速上升到 35％以上。可见我国急需发展绿色节能建筑来降
低能源损耗，而就建筑而言，仿生学元素也为建筑师开展了新的思路，提供
了新的节能形式。

2、

生物原型与仿生原理

竹子是空心的，但竹节处却有横膈相连，这些横膈与竹身构成一个整体，

协调变形，共同参与抗弯作用。当竹子受倾覆力矩时，竹子一侧受拉，一侧受
压，产生一个与倾覆力矩相反的力偶，从而减小了水平位移，增加了抗弯刚
度；六边形的蜂窝，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建成的，却占有最大的空间面
积，而结构稳定性为最佳；在汶川地震中,大量房屋倒塌，而许多树木却安然
无恙。根据观察,树木枝干具较有好的整体性,根须发达,与土层紧密连接,具有良
好的稳定性；白蚁是自然界出色的建筑师，它们巧妙地把微风从蚁丘底部引
进由凉爽湿泥构成的蚁室，再把经过冷却的空气送到蚁丘顶端。靠不断地建造
新通风口，关闭旧通风口，精确地调节温度。即便在白天温度超过38℃，夜间
温度低至5℃以下的非洲平原，蚁丘内的温度也能始终保持在30℃左右；鸟骨
内部有许多相互连接的细小管状结构，这些结构不仅使鸟骨具有很高的强度，
而且大大地减轻了它的自重。如果建筑利用上述生物模型的原理，这将增强建
筑的保温和耐冲击性能。

3、

研究内容

1.

基于竹子增加了耐冲击特性的原理

竹子是空心的，但竹节处却有横膈相连，这些横膈与竹身构成一个整体 ，

协调变形，共同参与抗弯作用。当竹子受倾覆力矩时，竹子一侧受拉，一侧受
压，产生一个与倾覆力矩相反的力偶，从而减小了水平位移，增加了抗弯刚
度。受竹子这种结构的启示，许多框架一内简体系的建筑，在设备层或避难层