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系統識別號 U0002-2708201304282900
中文論文名稱 參數化體育館框架結構設計之研究
英文論文名稱 The parameterized stadium frame structure design
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 陳維剛
研究生英文姓名 Wei-Kang Chen
學號 600360431
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-03
論文頁數 114頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
指導教授-宋立文
委員-施宣光
委員-賴怡成
中文關鍵字 參數化設計  體育館  類型  數位設計  數位製造 
英文關鍵字 Parametric Design  Stadium  Typology  Digital Design  Digital Fabrication 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 透過分析Pier Luigi Nervi先生所設計的的Palazzetto Dello Sport和Norfolk Scope Arena,可以發現這兩座體育館在外形上有很大的相似之處。利用參數化軟體Grasshopper插件重新詮釋Palazzetto Dello Sport和Norfolk Scope Arena,嘗試以Grasshopper改變參數就繪製出這兩座體育館。首先研將Palazzetto Dello Sport以參數化建模的方式呈現,只要改變其參數值,就可以產生體育館的變形體,例如:幾何形狀,柱子數量、形狀、結構、與等關係。並利用Grasshopper產生不同的體育館平面、透視、與結構,做為下一步的操作分析的基礎。

第二部分則透過上述的分析開始產生新體育館的,將原本的Palazzetto Dello Sport利用Grasshopper產生其他不同類型的結構。由於結構在不同大小的情況下,建築的意義也就被重新詮釋。利用這些不同形態的結構,重新置入真實空間機能來想像不同用途的體育館。

第三部分,為了驗證在虛擬的電腦空間裡建築結構,導入了數位製造。在數位製造的部分,首先使用3D Printer製作出真實的立體模型。之後利用LunchBox參數化插件,快速的生成結構。並透過雷射切割機,製造出結構單元,並組裝完成,也驗證了結構數位製造的可行性,並將可行的結構重新導入電腦設計不同的體育館。

在每一種形態中,透過適度的參數調整,可以改變其形態。而參數化設計突破以往的設計思維,在短時間內可以快速地幫我們生成不同形態的建築,這也重新闡釋了建築設計的另一種可能。在建築設計工具的快速發展下,利用數位化和參數化可以激發未來建築設計的突破和想像。
英文摘要 A great similarity of appearance could be discovered between Pier Luigo Nervi’s Palazzetto Dello Sport and Norfolk Scope Arena through analysis. With the reinterpretation of Palazzetto Dello Sport and Norfolk Scope Arena in parametric design, the two famous gymnasiums has drawn out by the parameterization in Grasshopper and its plug-in. The first study focuses on parametric modeling of Palazzetto Dello Sport. With a simple change in parametric values, the transformation of the gymnasium has generated by geometry, column number, shape, structure, etc. Furthermore, the variation of stadium plane, perspective and structure are produced as the basis of analysis for the next operation.

The second part of the study produces new gymnasiums which has generated different types of structure with the original Palazzetto Dello Sport in Grasshopper through the previous analysis. The architectural significance could be reinterpreted due to the proportion of structural difference; the consideration of real-function embedding with diversities of structural forming provides numerous imaginations of the stadium.

Digital manufacturing has introduced to the third part in order to validate the construction of architecture in virtual computational space. First, using 3D Printer to fabricate real three-dimensional model; after a fast structure generation through LunchBox, the parametric plug-in, the structural units has produced by laser cutter and later accomplished with the assemblage. This has verified the feasibility of digital manufacturing; in addition, the workable structure could be re-inputted into computer for dissimilar stadium design.

Every form could change its shape through a moderation of parametric adjustment. Parametric design breaks through the heretofore design thinking, and rapidly generates different forms in architecture within a short period of time, which could as well reinterprets the possibility of architectural design. With the express development of architectural design tools, the use of digitalization and parameterization could inspire the imagination and guides a conceptual blockbusting for architecture design in the future.
論文目次 目錄:
第一章 緒論 2
1.1.研究動機 2
1.1.1.學習過程中對於數位製造產生興趣 2
1.1.2.發展仿生結構設計 3
1.1.3.個人對於鋼彈組合模型之喜愛 4
1.1.4.以電腦模擬結構行為 4
1.1.5.數位設計與研究可變動結構 5
1.1.6.發展數位時代新的結構形式 5
1.2.研究目的 6
1.2.1.著重框架結構之探討 6
1.2.2.可收納與可變動框架之研究 6
1.2.3.以參數化設計探討結構行為 6
1.2.4.研究最近發展的電腦輔助結構分析方式 6
1.2.5.落實電腦模型於真實世界中 7
1.2.6.應用跨領域知識於建築結構設計 7
第二章 文獻回顧 9
2.1.案例 9
2.1.1.Fish Sculpture 9
2.1.2.Museo Guggenheim Bilbao 10
2.1.3. Forest Park Pavilion Bamboo Roof 11
2.1.4.北京國家體育場 11
2.1.5.高雄世運場館 12
2.2.參考書籍 14
2.2.1. Santiago Calatrava's Creative process 14
2.2.2.世界建築的八種工業學解剖 15
2.2.3.異規 informal 16
2.2.4.新構築 16
2.3. 工程師與建築師 18
2.3.1.Pier Luigi Nervi 18
2.3.2.Frei Otto 19
2.3.3.Richard Buckminister Fuller 21
2.3.4.Santiago Calatrava 23
第三章 第一階段設計操作:結構分析及探討 27
3.1.設計發想 27
3.1.1.Study Pier Luigi Nervi的Palazzetto Dello Sport 27
3.1.2. 參數化 28
3.1.3. Grasshopper 29
3.1.4. 使用的設計參數 31
3.2. Palazzetto Dello Sport分析 33
3.2.1. 單一參數 33
3.2.2. 複合參數 38
3.2.3. 整理 39
3.3. Palazzetto Dello Sport變形 40
3.3.1. Palazzetto Dello Sport柱子參數化 40
3.3.2. Palazzetto Dello Sport穹頂變形 46
3.4. 結構系統 52
3.4.1. Palazzetto Dello Sport無比例的結構 52
3.4.2. 不同的結構形式 52
3.4.3. 不同尺度建築物 53
3.5.1.體育場館類型 55
3.5.2.體育場館形狀之分析 57
3.5.3.體育館結構之分析 60
3.5.4.體育場結構之分析 67
第四章 第二階段設計操作:皺褶建築探討 75
4.1.有機形態結構系統 75
4.1.1.設計前言 75
4.1.2.建築穹頂與皺褶 75
4.1.3.建築互惠結構 76
4.1.4.LunchBox 76
4.2.有機形態變形 79
4.2.1.穹頂切割 79
4.2.2.形態變化 80
4.3.數位製造工具 82
4.3.1. CNC雷射切割練習 83
4.3.2. CNC雷射切割與3D Printer 89
4.4.設計與應用 92
4.5.結論整理 94
第五章 結論與心得 96
5.1.參數化設計與數位製造思考 96
5.1.1.結論 96
5.1.2.體育館參數化設計之研究 96
5.1.3.對於研究目的之回應 97
5.1.4.本論文之優缺點 97
5.1.5.參數化與本論文之意義 98
5.1.6.數位製造之意義 98
5.2. 後續研究與建議 99
第六章 參考文獻與附錄 101
6.1.參考文獻 101
6.2.附錄 103

圖目錄:
【圖1.1.1.1】CNC模擬圖 2
【圖1.1.1.2】Grasshopper 2
【圖1.1.1.2】製作過程 3
【圖1.1.2.1】仿生獸 3
【圖1.1.1.2】鋼彈製作過程 4
【圖2.1.1.1】Fish Sculpture 10
【圖2.1.2.1】Museo Guggenheim Bilbao 11
【圖2.1.3.1】Forest Park Pavilion Bamboo Roof 11
【圖2.1.4.1】北京國家體育場 12
【圖2.1.5.1】高雄世運場館 13
【圖2.2.1.1】process 14
【圖2.2.2.1】書本 15
【圖2.2.3.1】異規 16
【圖2.2.4.1】新構築 16
【圖2.3.2.1】Pier Luigi Nervi 18
【圖2.3.1.1.1】Palazzetto Dello Sport 19
【圖2.3.1.2.1】St. Mary's Cathedral 19
【圖2.3.2.1】Frei Otto 19
【圖2.3.2.1.1】EXPO' 67 Germany Pavilion 20
【圖2.3.2.2.1】慕尼黑奧運會體育館 21
【圖2.3.3.1】Richard Buckminister Fuller 21
【圖2.3.3.1.1】富勒球 22
【圖2.3.3.2.1】EXPO' 67 United States Pavilon 22
【圖2.3.4.1】Santiago Calatrava 23
【圖2.3.4.1.1】厄恩斯廷工廠 24
【圖2.3.4.2.1】瓦倫西亞科技中心天文館 24
【圖2.3.4.3.1】密爾瓦基藝術博物館 25
【圖3.1.1】Palazzetto Dello Sport 27
【圖3.1.2】Norfolk Scope Arena 27
【圖3.1.3.1】Palazzetto Dello Sport : Grasshopper參數化 29
【圖3.1.3.2】Palazzetto Dello Sport 3D模擬圖 29
【圖3.1.3.3】Norfolk Scope : Grasshopper參數化 30
【圖3.1.3.4】Norfolk Scope Arena 3D模擬圖 30
【圖3.2.1.1】Palazzetto Dello Sport : Grasshopper參數化 33
【圖3.3.1.1】Palazzetto Dello Sport 柱子3D模擬圖 40
【圖3.3.1.2】Palazzetto Dello Sport 柱子Grasshopper參數 40
【圖3.3.2.1】紅色部分是Palazzetto Dello Sport穹頂的Grasshopper參數 46
【圖 3.3.2.2】藉由Grasshopper參數所產生Palazzetto Dello Sport穹頂的3D模型 46
【圖3.3.2.3】圈選起來的地方,透過更換不同的參數,可以得到不同的形狀 47
【圖 3.3.2.4】透過圖3.3.2.3的Grasshopper參數調整所產生新的穹頂形狀3D模擬圖 47
【圖3.4.2.1】木構造 52
【圖3.4.2.2】鋼筋混凝土 52
【圖3.4.2.3】桁架系統 53
【圖3.4.2.4】鋼索 53
【圖3.5.2.1】體育館Graddhopper參數 57
【圖3.5.1.2】新的體育館Grasshopper參數 58
【圖3.5.1.3】新的體育館 3D模擬圖 58
【圖3.5.1.5】體育場3D模擬圖 59
【圖3.5.3.1】籃球館3D模擬圖 66
【圖3.5.3.2】游泳館館3D模擬圖 66
【圖3.5.4.1】棒球場3D模擬圖 73
【圖3.5.4.2】田徑場3D模擬圖 73
【圖4.1.2.1】Palazzetto Dello Sport 75
【圖4.1.2.2】Disney Concert Hall 76
【圖4.1.4.1】Lunchbox插件 76
【圖4.1.4.2】Quad Panels 【圖4.1.4.3】Diagrid Structure 77
【圖4.1.4.4】Grasshopper插件 77
【圖4.1.4.5】Cube做十字切割 77
【圖4.1.4.6】Grasshopper插件 78
【圖4.1.4.7】正確的結構系統 78
【圖4.1.4.8】當參數為基數產生的錯誤結構系統 78
【圖4.2.1.1】改變Grasshopper結構插件 79
【圖4.2.1.2】利用不同的插件產生不同的結構形式 79
【圖4.2.2.1】Grasshopper產生不同的形式 80
【圖4.4.1】應用Grasshopper軟體設計體育館 92
【圖4.4.2】體育館屋頂之結構 92
【圖4.4.3】體育館立面 93
【圖4.4.4】體育館透視 93
參考文獻 中文書籍

1.Alexander Tzonis 著/ 趙欣等譯
《Santiago Calatrava The Complete Works》2005 大連理工大學出版社

2.Architectural Institute of Japan編/ 杜怡萱等 譯
《世界建築的八種工學解剖》2011 田園城市出版

3. Cecil Balmond 著/ 李寒松 譯
《異規 informal》

4.Curt Siegei 著/ 鐘英光 譯
《現代建築之結構造型》1991 基隆書店出版

5. Reiser, Jesse/ Umemoto, Nanako 著/ 李涵/ 胡妍 譯
《新興建構圖集》2006 中國建築工業出版社

6.劉育東/ 林楚卿
《新構築》2009田園城市出版


外文書籍

1. Daniel Lopez-Peter/ Garrick Ambrose/ Ben Fortunato/ Ryan Ludwig/ Ahmadreza Schricker
《The Function of Form》2009 Actar and The President and Fellows of Harvard College

2. Fulvio Wirz
《Parametric Architecture With Grasshopper》2010 Tecnostampa s.n.c


參考論文

1.彭智謙
《數位模擬之材料實驗與製造》2011淡江大學建築研究所論文

2.陳少喬
《參數化建築皮層設計》2012淡江大學建築研究所論文

3.王博謙
《參數化穹頂結構形態與類型設計》2012淡江大學建築研究所論文


參考網站

1.Grasshopper
http://www.grasshopper3d.com/
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-08-27公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2013-08-27起公開。


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