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六面体几何结构-结构的几何语言

时间:2023-09-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:无论是基本单元还是后面的组合单元,在空间中呈现的都是正六面体的几何形态,相同的正六面体在空间中比较容易首尾相连、闭合循环,因此不少同学都选择了正六面体作为这项结构设计的基础几何形态。基本单元中单件之间90°夹角的几何关系在结构的组合单元中得到保持,因此结构整体呈现出六面体的几何形态。结构单元间相对简单的几何关系可以使结构搭建变得简单,同时对于结构的实际应用是有利的。

六面体几何结构-结构的几何语言

这个结构的单件只包含一个单片,设计比较精简。结构的基本单元由三个等腰直角三角形的单件构成,为了不使用胶水,我们尝试在单件上增加节点设计,让单件之间能够互相卡接。基本单元在空间中的几何形态是一个四面体,这个四面体的底面是等边三角形,其他三个面均是等腰直角三角形。这个结构的基本单元有两种类型,一种为顺时针插接,另一种为逆时针插接。第二层级的组合单元包含两个顺时针插接的基本单元和两个逆时针插接的基本单元。基本单元旋转平移形成第二层级的组合单元,第二层级的组合单元旋转180°后可以闭合成第三层级的组合单元。由于第三层级的组合单元在空间中呈现出周期性的闭合延展方式,所以这个结构的结构基元就是第三层级的组合单元。结构基元在空间中的几何形态是以正六面体的形式发展的。

模型效果

对称插接

模型效果

第二层级的组合单元

模型效果

模型效果

这个结构的设计只用了一种单片,这使得结构插接较为轻松,容易操作。模型搭建过程中产生的误差较小,但由于结构形成空间形态的密度较高,所以耗费的木板材料也较多。这个模型可以在水平方向上不断延展,形成像桥一样的结构形态,也可以在垂直方向上延伸组合。由于这个结构在第二层级的组合单元实体搭接过程中使用了胶水,所以我们提议修改节点或者增加连接器,在后期的模型推导设计时增加一个L形连接片,以此来固定四个基本单元,增加这个结构的强度和稳定性。

模型效果

作品四 周意易

这个模型在空间中呈现出一个矩阵形态的立方体,这是一种完全约束且具备旋转对称性和镜像对称性的周期性结构。这个结构的基本单元由三个不同的单件插接而成,在空间中构成长方体的几何形态。每个单件由一个单片构成,在单片上对节点设计进行优化,以此简化单件的形式和数量。四个基本单元构成第二层级的组合单元,第二层级的组合单元在空间中旋转180°后能够与之插接,合成第三层级的组合单元,即这个结构的基元,结构的闭合扩展已经形成了明确的周期性。

这个结构的搭建较为轻松,节点设计参考了传统的榫卯方式中较为简单的直角榫,而且充分考虑了木材的厚度。因此,结构的插接简单明确,造型美观。一开始我们选用卡纸作为实验材料,但是卡纸比较柔软,抗压性弱,稳定性和强度较差,也容易发生弯曲。于是,我们改用强度较好的木材作为结构搭建的材料。木材是一种力学各向异性的材料,质量轻而强度高,能够兼顾重量和强度的性能。根据施加应力的方式和方向的不同,它有顺纹抗拉抗压、横纹抗压以及抗弯等特点。横纹木材在垂直于其纹理方向上的抗拉能力较低,因此在搭建过程中特别容易折断,尤其是在比较脆弱的节点处,所以我们尽量选用顺纹的木材。

模型效果

模型效果

单片/单件

基本单元

第一层级的组合单元

第二层级的组合单元

结构基元

提拿效果

这个结构具有几个明显的优势:结构搭建过程中完全没有使用胶水;结构只用了三个单件,单件设计简约,节点设计合理,搭建方式简单易操作;搭建过程产生误差较小,稳定性较高;结构所形成的空间形态明确,容易在实际应用中实现。

模型效果

作品五 范诗意

这个结构也在空间中呈现明确的周期性,并且同时具备旋转对称性和平移对称性。最初,这个结构的最基本部分是由两种形式的木片叠加而成的。为了达到更高的结构强度和稳定性,我们在实验过程中逐渐做了一些调整,前后总共设计了八个不同尺寸的单片,粘贴成七个单件,七个单件又可以组合成八种基本单元。这个结构的空间发展是比较复杂的。八种基本单元在空间第二层级的组合单元有四种类型,四种第二层级的组合单元可以构成两个第三层级的组合单元,后者两两插接可以构成结构基元。无论是基本单元还是后面的组合单元,在空间中呈现的都是正六面体的几何形态,相同的正六面体在空间中比较容易首尾相连、闭合循环,因此不少同学都选择了正六面体作为这项结构设计的基础几何形态。

但是,由于这个结构的单片和单件过多,且在单片组合成单件以及单件组合成基础单元过程中都使用了胶水,所以组装起来并不便捷。我们建议尽可能简化模型的单件和单片,并且减少它们在基础单元中的数量。此外,这个结构搭到一定规模就会发生弯曲,结构的稳定性就会降低,强度也会变弱。

模型效果

单片

单件

基本单元

第二层级的组合单元

第三层级的组合单元

结构基元

模型效果

结构周期性

模型效果(www.xing528.com)

模型效果

作品六 施越

这个结构只有一种类型的单片,三个单片叠合形成一个单件。结构的基本单元由三个单件以90°夹角相互交错组合而成,形成第一层级的空间结构。可以想象,采用四个这样的基本单元能够在空间上形成闭合,也就构成了结构第二层级的组合单元。

由于基本单元的单件之间以90°夹角相互交错构成,结构在空间上发展的几何关系也会保持这样的直角关系。

模型效果

单片

基本单元

第一层级的组合单元

第二层级的组合单元

第三层级的组合单元

第四层级的组合单元

组合单元

第三层级的组合单元

模型效果

模型效果

提拿效果

作品七 陈玫宏

这个结构采用了两种单片,一种是长方形木片,另一种是带尖角的木片。将这两种单片垂直叠合在一起,就构成了这个结构的两个单件。两个单件之间在空间上以90°角垂直交错组合,便形成了具有空间结构的基本单元。然后,六个基本单元在空间上形成闭合,在空间中构成第二层级的组合单元。这个结构的第二层级有三种不同的闭合,可以构成三种形态的组合单元。当这个结构在空间上继续搭建时,结构可以在空间中不断闭合延展。第二层级的组合单元在结构延展过程中呈现出周期性排列的几何形态。因此,在这个结构中,第二层级的组合单元就是结构基元。基本单元中单件之间90°夹角的几何关系在结构的组合单元中得到保持,因此结构整体呈现出六面体的几何形态。这种结构基元在空间中三个方向上的扩展是比较一致的,形成很有规律的周期性排列,而且结构的对称性也非常明确。结构单元间相对简单的几何关系可以使结构搭建变得简单,同时对于结构的实际应用是有利的。

模型效果

第一层级的组合单元的构成(类型一)

三种形态的组合单元

这个结构的单件是用单片以胶水粘贴形成的,这种方式是我们在设计中不推荐的。实际上,可以通过优化单片和节点设计来构成结构的单件。

模型效果

模型效果

模型效果

作品八 沈铂骐

这个结构的单片设计比较简约,只采用了一种长方形单片。三个长方形单片叠合在一起,形成结构的单件,用胶水粘贴固定。结构的基本单元由两个单件在空间上以90°角垂直交错组合而成。将六个基本单元组合在一起,闭合后在空间中构成第二层级的组合单元。基本单元之间也保持了直角关系,这使得结构的整体呈现出六面体的几何形态。这个结构的组合单元在空间中继续组合,并不断闭合延展,使得组合单元在空间中呈周期性排列。因此,这个组合单元就是这个结构的结构基元。

单片

基本单元

模型效果

模型效果

模型效果

模型效果

作品九 张杰妮

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