数字化时代背景下结构形态设计越趋复杂化,建筑师无论是用力学原理进行优化形态还是运用力学知识塑造造型设计,都常会陷入建筑与结构两个层面的沟通和合作问题。把这些问题放在设计层面上分析,会回归到问题的核心:形式与力学的关系能否找到合适平衡点。一方面是数字技术带来的形式自由与结构理性的矛盾,另一方面是数字设计一体化与传统建筑结构学科分离的矛盾,这两个矛盾加剧了“形”与“力”的矛盾。面对矛盾,本文站在系统科学的角度并且回归数字建筑设计的方法和思维,揭示“形”与“力”特征规律并建构起“形”与“力”数字化协同关系,这是当前数字建筑领域具有重要意义的研究课题。本文将国际上对数字化建筑与结构设计整合的理论进行运用、吸收和再创造,并且结合国内数字化建筑的发展及相关理论研究,运用参数化设计等主要研究方法,建构起面向数字建筑的结构形态协同设计理论,从而指导数字建筑中结构形态设计和实践。本研究围绕数字建筑设计范畴,站在建筑师视角对进行“形”与“力”的剖析,从结构形态学出发分别对“形”与“力”进行了新的认识,并且归纳总结出“形”与“力”的复杂化、生态化、数字化特点。在此基础上发现“形”与“力”的缺失问题和协同的现实意义,提出面向数字建筑的结构形态协同设计理论。本研究从协同的理论基础、协同的根本、协同的实质、协同的理想目标、技术路径、实现途径、内容框架等方面进行认识论层面的理论建构,并提出参数化的结构形态协同设计新方法。文本主要从以下几个方面进行论述:第一部分是课题的提出:数字建筑背景下结构形态设计存在着形式自由与结构理性的矛盾以及设计一体化与建筑结构学科分离的矛盾,同时面临着发展机遇和挑战,在这样的背景下引出研究主题和对象,并且介绍了研究的目的和意义,以及研究综述、研究方法、创新点以及研究框架。第二部分是数字建筑中结构形态“形”与“力”剖析:从结构形态学出发,深入剖析“形”与“力”的内涵和拓展数字建筑层面的意义,指出影响数字建筑中结构形态设计的重要因素——设计秩序的复杂性演变、结构理念的生态性溯源、数字手段的创新性变革,析出“形”与“力”的复杂化、生态化、数字化特点和两者的联系性,为下一部分的理论建构提供依据和指导。第三部分是理论的建构:在上述分析基础上发现“形”与“力”协同的缺失问题以及协调的现实意义,结合相关理论基础提出“面向数字建筑的结构形态协同设计理念”,并从协同理念的理想目标(高效性、适应性、动态性的统一)和内涵进行全面的理念诠释,包括协同的基础(客观物理世界的结构合理性)、协同的实质(形式与力学性能的物质规则统一)、协同技术路线(“形”与“力”的关联分析——“形”与“力”的数字建构——“形”与“力”的数字调度)、实现途径(基于结构原型的结构形态生成、基于结构仿生的结构形态生成、基于拓扑优化的结构形态生成)、设计框架。该部分将理论的分析视角转向指导应用实践的理论建构。第四部分主要是方法应用部分:在第四、五、六章,分别从基于结构原型的结构形态生成、基于结构仿生的结构形态生成、基于拓扑优化的结构形态生成三个方面,以“形”与“力”的关联分析——“形”与“力”的数字建构——“形”与“力”的数字调度作为技术路径,研究并提出较为具体的“形”与“力”协同设计方法,该部分也成为了本文的重要内容。最后在结论部分对全文进行了概括,总结了研究成果并指出研究的不足,同时也对未来建筑中结构形态的“形”与“力”协同设计进行了展望。