Архитектурная бионика

256 Архитектурная бионика ной стройностью объекты независимо от их формы и соответствующих материалов. Bic и Л могут быть при ­ менены без исключения (по меньшей мере в пример ­ ном исчислении) для всех материальных объектов. Для типичных конструктивных форм из природы и техники уже получены определенные характеристики значений Bic и Л . В некоторых областях проводятся тщательные исследования. Имеются налицо оценки одно-, двух-, трехразмерных конструкций из твердых материалов с учетом осевого сжатия и растяжения или изгибаемых конструкций, а также различного ро­ да двух- и трехосных направлений действия сил и напря ­ жений. Установленные Bic и Л оценки прошедших испытание объектов сведены в диаграммы. Именно Bic и Л -диа ­ грамма дает возможность проводить сравнения мате ­ риалоемкости различных объектов (рис. 8). В процессе проводимых экспериментальных иссле ­ дований для определения Bic в отобранных объектах для успеха эксперимента необходимо, чтобы непосредст ­ венно в процессе испытаний были твердо определены следующие параметры: трансляция силы 5 в состоянии разрушения или мак ­ симально приближающейся к нему деформативности (измеренной в метрах) ; нагрузка F , которая приводит к разрушению или вследствие которой возникают предельные деформа ­ ции (измеренные в Н, или Кр) ; масса объекта д. Здесь должны быть зафиксирован ­ ными (поскольку это измерено) также и другие пара ­ метры, например влажность объекта и состояние окру ­ жающего воздуха перед и после испытаний, а также температура. Должно быть решено: Тга = £ Nm, или KpmJ; Bic = М iTra. Гд /Nm, или д/Кргп]. Относительная стройность [ tnfTN, или ittl' /Кр], причем при действии многих сил должна быть опреде ­ лена сумма линий: -У = Тта /£Г ■ Результаты оценок Bic и Л сводятся в диаграмму. Каждый прошедший испытания объект имеет в Bic и Л-диаграмме свое место. Приведенный "эскиз" Bic и X -диаграммы раскры ­ вает в упрощенной форме, в каких областях лежат типичные строительные конструкции, которые рассчи ­ тываются на растяжение, сжатие или изгиб. ВЫСОТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ * Когда египтяне воздвигли пирамиды в Гизе и Сак- кара, они, по-видимому, осознали, абстрагируясь от знаний действия физических законов, что подобные высотные сооружения могут быть созданы только в таких формах. 1500 годами позднее была построена Вавилонская башня; ее высота была лишь 90 м в то время, как высота пирамиды Хеопса сегодня составляет 146 м. Более высокой Вавилонская башня и не могла быть. Материал, из которого она была построена, а главное, выбранная форма не позволяли сделать ее значитель ­ но более высокой. Высокие храмы в Ассирии и Шу- мери и распались, поскольку их формы были слишком прямолинейными (отвесными) . Здесь стихийно сформи ­ ровались конусообразная насыпь (конус устойчивости) с естественным углом откоса, соответствующим данно ­ му материалу. Пирамиды отвечают примерно этой иде ­ альной форме .конуса устойчивости. Высота конуса ус ­ тойчивости определяется в зависимости от материала,

Рис. 9. Пальмы в бурю,- Действие упругогибких сил стволов пальм помогает им сократить ветровую нагрузку

например у базальта она составляет около 8 км, что с точки зрения Bic является оптимальным и характеризу ­ ет конструкцию как относительно легкую и эффектив ­ ную. Знали ли древние народности о глубоких законах формирования этих конструкций — неизвестно. По всей вероятности, пирамиды произошли на почве ана ­ логии с "божественными горами", например вулка ­ нами Атлас, Килиманджаро и др., и были больше сим ­ волом вечного, непроходящего, чем конструкциями, удовлетворяющими определенным функциям. Со времени культовых башен древней культуры не было больше построено башен подобной высоты. Вместо этого строили иглообразные монументы, строй ­ ные колонны, закрепленные в фундаменте, или башни, преднапряженные стальными канатами — вантами. Проблема строительства стройных (высотных) ба ­ шен заключается в опасности их опрокидывания. При приземистых башнях типа пирамид такая опасность исключена; в этом случае оказывает свое действие собственная масса и минимально возможная опро ­ кидывающая сила. Материал может быть полностью использован, если башня сделана по закону формы. Материал и сила становятся "конструкторами". Для изящных форм башен, напротив, свойственны собст­ венные колебания (гибкость) , а ветровые нагрузки на определенной высоте могут стать настолько опас ­ ными, что башня разрушится (сломается) раньше, чем работа материала в целом достигнет предела проч ­ ности. Известно, как ломаются высокие стволы де ­ ревьев (или мачты высокого напряжения) . Дерево смягчает силу ветра благодаря способности накло ­ няться. Максимальное значение изгибающего момента приходится на подножие дерава, и в соответствии с этим оно сконструировано. Своими корнями дерево заанкеривает себя в земле; однако эта система не­ избежно должна отказать, если изгибающие напря ­ жения выше его конструктивных возможностей. Только благодаря способности ослаблять действие внешних сил в связи со своей гибкостью деравья могут дости ­ гать очень большой высоты (например, эвкелипты в Южной Америке достигают высоты 200 м — Ю.Л.) . Свободно стоящие башенные конструкции, такие, как радиомачты, мачты на кораблях и в тентовых сооружениях, имеют максимальный момент в средней части сооружения, поскольку конструкция их осно-

* © Thywissen С., Schmall 1., Schneider R. (BRD) .