Архитектурная бионика

194

Архитектурная бионика

Дюкан-Банкон, "первоначальный смысл" в качестве "образа действия", при котором части целого организуются между собой. Мы подразумеваем под структурой конструкцию, или как ее определил Д.Ж.Эммерих: "...ансамбль, состоящий из узлов, соединительных стержней и зон" [8]. Экономичность сетчатых, ребристых и решетчатых конструкций, связанная с пространственным принци ­ пом их механической работы, надежность, относитель ­ ная простота монтажа, особенно после того, как были найдены удачные решения узлов и стыкования стер ­ жней (системы "МАрхИ", "Триодетик", предложения инженеров ГДР и др.) , возможность вариантности архитектурных форм, способность конструкций пере ­ крывать большие безопорные пространства застав ­ ляет думать, что эти конструкции — одни из самых перспективных в архитектуре. Необходимо их и даль ­ ше совершенствовать и развивать, а для этого стоит обратиться к органической природе, в которой подоб ­ ные конструктивные системы встречаются чаще, чем какие-либо другие. Уже имеющийся практический опыт использования конструктивных структур орга ­ нического мира.подтверждает это. П.Л.Нерви часто обращается к формам и конструк ­ циям окружающего нас мира живой природы. Он ис ­ пользует природный принцип усиления материала тканей по линии главных напряжений, который на ­ блюдается в листьях и семенных коробках растений, морских раковин и т.д. Взяв за основу нерватуру листа водяного экзотического цветка Виктории регии, он конструирует плоское ребристое покрытие фабрики "Гатти" и пространственное покрытие Большого зала Туринской выставки (1949 г.) [9]. В одном из последних своих произведений, в "зале приемов", он также использует природный принцип конструирования по типу ребристой поверхности. Рассматриваемые природные структуры стали об ­ разцами для многих произведений архитектуры на ­ ших дней (рис.16) . Большие и результативные иссле ­ дования вел в этом направлении с 1942 г. француз ­ ский инженер Робер Ле Риколе, изучающий мельчайшие морские организмы — радиолярии и диатомеи. Сложной, кинематической стержневой системой в живой природе являются скелет человека, скелеты животных. Такая подвижная система благодаря шар ­ нирным соединениям (и мышцам) может переклю ­ чать свои действия в соответствии с изменением ве ­ личины и положения нагрузок. Инженер К.Н.Илленко (институт Союзспортпроект, Москва) сделал предложение по конструированию кинематических ферм с целью уменьшения изгибаю ­ щих моментов. Предлагаемые им системы выполня ­ ются по схемам безраскосных с подвижными опорами шарнирных ферм, находящихся в устойчивом равно ­ весии до тех пор, пока мгновенная скорость растянутого пояса больше мгновенной скорости сжатого пояса. Такие кинематические системы могут найти приме ­ нение в самоуравновешивающихся конструкциях, сбрасывающих неожиданную нагрузку и возвращаю ­ щихся в первоначальное положение. Различие между предложенной К.Н.Илленко системой и скелетом жи ­ вотных заключается наряду с другими моментами в том, что движение элементов скелета осуществля ­ ется мышцами, а в конструкции К.Н.Илленко — раз ­ ностью усилий в поясах ферм. В рассмотренном нами типе конструкций отчет ­ ливо проявляется, конечно, в своеобразном виде закон дифференциации. Стержневантовые, вантовые, мембранные и тенто ­ вые конструкции. Стержневантовые несущие конструк ­ ции — переходные от стержневых к вантовым. рассматривая их

ции их элементов разделены по виду напряжений: стерж ­ ни обязаны работать только на сжатие, ванты — только на растяжение (рис. 17). Такое разделение дает большой эффект. Вместо того чтобы растянутые элементы стерж ­ невых систем делать из стержней со значительным превышением запаса прочности, утяжеляя тем самым систему, конструкторы решили заменить их тонкими стальными нитями — вантами и получить, таким обра ­ зом, облегченную конструкцию. Поскольку стальные нити в ненапряженном состоянии эластичны, то таким системам дали еще одно название — мгновенно-жесткие. Принцип их работы можно сравнить с костно-мус ­ кульной системой человека, животного, птицы. Без нагрузки мышцы рук человека находятся в расслаб ­ ленном состоянии. Но стоит человеку взять в руки какой-либо груз, мышцы-ванты моментально натянут ­ ся, напрягутся и зафиксируют в определенном положе ­ нии стержни-скелеты. В результате в одно мгновение система "скелет — мышцы" становится "жесткой". Как мы уже говорили, костно-мышечная система — система синергетическая, т.е. самонапрягающаяся. Стержневантовые конструкции тоже можно сделать самонапрягающимися (или самовозводящимися) , под ­ ключив к ним автоматику. Но в общем виде ее фикса ­ ция из "расслабленной" системы в жесткую осуществля ­ ется путем натяжения вант. На кафедре архитектурного проектирования в МАрхИ в 1966 г. проф. М.С. Туполевым, доц. А.А. По ­ повым и тогда еще студентами, а ныне архитекторами В.Ф. Колейчуком и Ю.А. Смоляровым была сконструи ­ рована стержневантовая система, состоящая из треуголь ­ ников и образующая сферу. Одна сторона треуголь ­ ника представляла собой стальной стержень, две дру ­ гие — стальные нити. Вне'сферы треугольник был изме ­ няемой системой, а в сфере под натяжением всех вант он становился жестким. Стержневантовые системы выгодны по сравнению с стержневыми: они более чем в два раза легче таких же конструкций, но состоящих только из стерженьков. У них очень хорошее соотношение между полезной нагрузкой и собственной массой. Однако они имеют и один недостаток — их трудно соединить с жесткими ограждающими элементами. Правда, для покрытия мож ­ но применять тенты. Стержневантовые системы позволяют делать кон ­ струкции зданий переменной формы, т.е. при необхо ­ димости возможна их быстрая перестройка. Кроме того, их можно перевозить в сложенном состоянии. Вантовые несущие конструкции комбинируются та ­ ким образом, что они воспринимают лишь растягиваю ­ щие усилия, но для своего натяжения требуют опор — устоев. Они представляют собой натянутые различным способом стальные нити, которые бетонируются или по которым укладывается изолирующий строительный материал. Несущие конструкции, выполненные из вант, отличаются еще большей легкостью, чем стержневан ­ товые. Такие конструкции широко распространены в живой природе, что дает возможность живым организмам зна ­ чительно экономить материал. Это — паучьи паутины, склеренхимные и колленхимные нити в стеблях и листьях растений, подобные стальной арметуре в тол ­ ще бетона (сорвите подорожник и в толще его стебля вы обнаружите такие нити), мышцы и сухожилия животных, лианы и т.д. Например, в Южной Америке пауки способны стро ­ ить мосты через широкие ущелья. Делается это следу ­ ющим образом. С высоты какого-либо дерева или усту ­ па скалы паук спускает длинную нить, на конце кото ­ рой он раскачивается как на качелях. Ветер переносит его вместе с концом нити (а на это паук и "рассчиты ­ вает") на другую сторону ущелья — и канатная дорога