Архитектурная бионика

192

Архитектурная бионика строительство, но не дает возможности варьировать их форму, т.е. использовать их самое ценное качество, а отсюда ограничивает и поиски архитектурных * реше ­ ний. Оболочки живой природы интересны не только в смысле геометрии форм, сочетаемой с принципами распределения в них напряжений от действующих нагрузок. Привлекает также комплексность их свойств. Возьмем в качестве примера череп человека, вернее, черепную коробку, как ее называют по-немецки Schadeldach "черепная крыша", или черепное покрытие (рис. 14). Основная функция черепной коробки — за ­ щитная как от механических воздействий, так и от статических (компрессивного характера) .' Форма черепа при этом имеет очень большое значение. С морфологической точки зрения, черепная коробка представляет собой сфероид, образованный (если брать средний возраст человека) из примерно одинако ­ вой по толщине оболочки, плавно изменяющей свою кривизну. Именно благодаря своему равномерному сеченрю (за исключением оснований черепа, где обо ­ лочка становится толще) черепная коробка по принципу своей механической работы сближается с современными искусственными оболочками. Строение костей черепа по поверхности изменяется от средней части к надбровным дугам и к затылку, где толщина кости увеличивается и в ней возникают пазухи: в первом случае пазуха, заполненная воздухом, во втором — жидкость. Особо жизненно важные районы мозга тщательно предохраняются, так как такая кон ­ струкция хорошо амортизирует силовые воздействия. Но думается, что здесь проявляется и общая законо ­ мерность тектоники конструкций вообще, и, в частнос ­ ти, оболочек. Было бы противоестественно, если бы в оболочках их толщина нарастала кверху, к вершине свода. Несомненно, что здесь действует и закон тяготе ­ ния, требующий устойчивости системы и приближения центра тяжести к ее основанию, а также — необходи ­ мость нейтрализации "распора", возникающего в обо ­ лочках, у основания конструкции. Хотелось бы обратить также внимание на асиммет ­ ричность контура оболочки черепа, что подтверждает многостороннее приспособление конструктивной фор ­ мы к выполняемым ею функциям. При равномерном сжатии черепной коробки с двух сторон по вертика ­ ли в ней возникают ближе к основанию растягиваю ­ щие напряжения и к темени — сжимающие. При одно ­ стороннем динамическом сжатии разрывы появляют ­ ся в районе действия силы. В противоположность, например, яйцу черепная ко ­ робка не представляет собой монолитное поле, а сос ­ тоит из различных костей. Примечательно их соеди ­ нение, к которому с вниманием должны отнестись конструкторы. Это соединительно-тканевые швы, на ­ поминающие рисунок орнамента меандра и образован ­ ные входящими друг в друга тупыми зубцами сосед ­ них костей черепа. Соединительно-тканевые швы не исключают необходимой жесткости черепа, но в то же время придают ему упругость, являющуюся хоро ­ шим амортизирующим фактором по отношению к динамическим нагрузкам и вместе с тем позволяет снизить затраты материала на "строительство" тка ­ ней по отношению к возможной статической наг ­ рузке. Микроструктура оболочки черепа — слоистая. Если проследить ее строение снаружи внутрь, то первым слоем будет кожа, затем сухожилия, костная ткань, имеющая пористое строение, и на границе с мозго ­ вым веществом — витринная (полированная) ткань. Между коробкой и витринной тканью располагается пограничный слой, представляющий собой частый ряд перегородок , предназначенных для локализации

Рис. 14. Оболочковые кон-

Рис. 15. Жилые домики для зоны отдыхе под Серпухо ­ вом из армоцемента. Авто ­ ры — архитекторы Ю.С. Ле- бедав, Н.И. Александрова, геометр Г.В. Брандт

струкции

распространения трещин в случае повреждения череп ­ ной коробки в столь важном слое, каким является витринная поверхность. Большой интерес представляет такая природная оболочка, как скорлупа птичьего яйца — геометрия его формы, структура скорлупы и т.д. Многие ученые занимались этим, казалось бы, простым объектом, но до сих пор, насколько известно, не было выведе ­ но достаточно убедительное уравнение его формы. Советский инженер и математик Г.В.Брандт (ВЗИСИ, Москва) вывела уравнение целого семейства двухфокусных парабол и исследовала поверхность, образованную вращением этой кривой вокруг оси симметрии [7]. Ее формула

гда J3= c/a' фокусами.

— половина большой оси; с — расстояние между