Архитектурная бионика

Глава УI I. Тектоника архитектурных и природных форм Эти и другие вопросы возникают перед каждым, кто занимается сравнительным исследованием несущих конструкций естественных и технических. Прежде чем ответить на эти вопросы, мы должны констатировать ряд фактов: многие прогрессивные решения, которые были от ­ крыты благодаря творческим способностям архитек ­ торов и инженеров в области несущих конструкций за последнее столетие, независимо от каких-либо естест ­ венных прототипов часто представляют собой разработ ­ ки, параллельные природным структурам; различные принципы, которыми определяется в при ­ роде рост и образование форм, связаны с особеннос ­ тями живых организмов и соответственно порождают ­ ся этими особенностями- Сюда относится многофунк ­ циональное использование всех частей живых организ ­ мов, а также тот факт, что в процессе роста организм изменяет свои размеры и несущую часть, но он не меня ­ ет, однако, своего качества. Сюда относится и то, что органические части естест ­ венной окружающей среды, растения и животные имеют определенные размеры, свои порядки величин, которые зависят как от находящегося в распоряжении природы "строительного материала", так и от сложившихся в природе принципов строения несущих конструкций. Перенос в другие масштабы, в другие порядки вели ­ чин невозможен из-за различия реакций, обусловленных силой тяжести и пределом прочности несущих конст ­ рукций; некоторые принципы, которыми пользуется природа для решения своих задач, связанных с осуществлением функции опоры, порождаются прежде всего кинемати ­ ческими условиями, которые должны реализоваться живыми движущимися организмами. Из-за преимуще ­ ственно статического характера строительных соору ­ жений неапробированный перенос таких принципов в область техники кажется нецелесообразным. С другой стороны, разработка строительных сооружений с под ­ вижными частями (трансформируемые кровли) стано ­ вится исходным пунктом устранения таких различий в плане кинематики между несущими конструкциями ес ­ тественной и искусственно созданной среды; несущие конструкции естественной среды должны удовлетворять в основном только тем условиям, кото ­ рые имеют отношение к поддержанию существования, к функционированию и выживанию самого организма; строительные несущие конструкции должны удовлет ­ ворять потребности людей в защите, обеспечении их функционирования. Это приводит к значительным раз ­ личиям в отношении требований, которые несущие конструкции искусственной среды по сравнению с кон ­ струкциями естественной среды должны выполнять с точки зрения их способности к преобразованию и со ­ ответственно с точки зрения пределов такой способ ­ ности к преобразованию; существование единства процессов роста, жизни и регенерации в природе может быть использовано для осуществления попытки достичь при создании строи ­ тельных конструкций более тесного переплетения про ­ цессе строительства, функционального использования зданий и их реконструкции. Исходя из вышесказанного, в вопросе о взаимодей ­ ствии между природой и техникой в областй несущих конструкций и возможности использования данных, относящихся к естественным структурам в технике, мы считаем возможным занять следующую позицию: прототипы из мира природы следует внимательно анализировать и по возможности использовать во всех случаях, когда речь идет о реализации принципов об ­ легченных конструкций и когда естественно несущие конструкции не обнаруживают большой разницы в по ­ ложении покоя и в положении движения;

ные сечения с концентрацией материала по периферии колонны или стоек по отношению к изгибающим напря ­ жениям ведут себя иначе, чем по отношению к сжимаю ­ щим или скручивающим напряжениям (рис. 56); часто встречающаяся в природе мобильная активи ­ зация частей несущей конструкции при наличии опреде ­ ленных воздействий (например, напряжение мускулов и т.д.) в строительных несущих конструкциях пока находит относительно небольшое применение. В проти ­ воположность этому в сфере строительства мы доволь ­ но часто сталкиваемся с принципами предварительного напряжения (предварительное включение напряжений, противостоящих предполагаемым нагрузкам) . В природе имеется бесчисленное множество поворот ­ ных механизмов. Например, отдельные кости скелета подвижно связаны между собой. При вращательном дви ­ жении они описывают в некотором приближении дугу. В данном примере подвижный элемент (головка тазо­ бедренного сустава) прочно сидит в суставной впадине и в то же время шарнирно соединен с ней при помощи связок таким образом, что обеспечивается восприятие этим соединением до определенных пиковых величин напряжений сжимающих, растягивающих и скручиваю ­ щих. Кажущиеся нам такими сложными движения на ­ ших рук, всего нашего тела или движения крыльев птиц фактически складываются из движений множества подвижных членов; несущая способность плоскостных несущих конст ­ рукций или их элементов опраделяется в основном способностью выдерживать растягивающие напряжения (мембраны) или сжимающие напряжения (оболочки) , за счет кривизны формы (простые — цилиндрические оболочки, сферические оболочки и др.) ; приспособление плоскостных несущих конструкций для осуществления требующихся функций в природе задано с самого начала. В строительной технике в пос­ ледние годы наблюдаются случаи решения этой задачи путем осуществления дополнительных конструктивных мероприятий; пространственные стержневые конструкции представ ­ ляют собой комбинации линейных элементов, общее действие которых подобно действию плоскостных не ­ сущих конструкций. Аналогии между пространственны ­ ми стержневыми конструкциями и, например, деталь ­ ным строением костей были открыты сравнительно давно (Кульман и др.) ; аналогии между строением диатомовых водорослей и пространственными стержневыми конструкциями рас ­ пространяются прежде всего на их внешнюю форму, хотя в данном случае встречаются и некоторые общие для тех и других принципы, например концентрация элементов по краям конструкции или на участках концентрированного приложения сил; заполняющие пространство структуры могут анало ­ гично прототипам формироваться с минимальными затратами материала, если ставится задача создания упаковок в соответствии с принципами, действующими в природе- Так, объемные пенообразные структуры, упакованные из многогранников Кельвина, могут благодаря перегородкам обеспечить, с одной стороны, эффективное использование пространства, а с другой — оптимальную передачу и распределение действия сил в структуре. Какое же значение все-таки имеет ознакомление с несущими структурами, существующими в природе? Служит ли оно для подтверждения правильности техни ­ ческих разработок и проектов? Или его можно исполь ­ зовать как инструмент контроля, позволяющий прове ­ рить эффективность определенных конструктивных решений? Стимулирует ли оно дальнейшее развитие? Является ли оно основой копирования естественных конструкций?