ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ . Архи.всЁ

Архивная версия / archive version:

Проект «Архи всЁ» переехал на сайт www.cih.ru
This project was moved to the www.cih.ru

данная версия не обновляется и может быть недоступной через некоторое время

^{см. также: СНиПы | Архитектура | Модерн | Новости | Строительство}

Вы можете найти необходимую информацию на сайте cih.ru / You can find the necessary information on the cih.ru website:

index / архи.всё -> архи . бионика
ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ

Аналогии между пространственными стержневыми конструкциями и, например, детальным строением костей были открыты сравнительно давно (Кульман и др.);
аналогии между строением диатомовых водорослей и пространственными стержневыми конструкциями распространяются 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 аналогично 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 технических разработок и проектов? Или его можно использовать как инструмент контроля, позволяющий проверить эффективность определенных конструктивных решений? Стимулирует ли оно дальнейшее развитие? Является ли оно основой копирования естественных конструкций?

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 открыты благодаря творческим способностям архитекторов и инженеров в области несущих конструкций за последнее столетие, независимо от каких-либо естественных прототипов часто представляют собой разработки, параллельные природным структурам;
различные принципы, которыми определяется в природе рост и образование форм, связаны с особенностями живых организмов и соответственно порождаются этими особенностями. Сюда относится многофункциональное использование всех частей живых организмов, а также тот факт, что в процессе роста организм изменяет свои размеры и несущую часть, но он не меняет, однако, своего качества.
Сюда относится и то, что органические части естественной 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 величин невозможен из-за различия реакций, обусловленных силой тяжести и пределом прочности несущих конструкций;
некоторые принципы, которыми пользуется природа для решения своих задач, связанных с осуществлением функции опоры, порождаются прежде всего кинематическими условиями, которые должны реализоваться живыми движущимися организмами. Из-за преимущественно статического характера строительных сооружений неапробированный перенос таких принципов в область техники кажется нецелесообразным. С другой стороны, разработка строительных сооружений с подвижными частями (трансформируемые кровли) становится исходным пунктом устранения таких различий в плане кинематики между несущими конструкциями естественной и искусственно созданной среды;
несущие конструкции естественной среды должны удовлетворять в основном только тем условиям, которые имеют отношение к поддержанию существования, к функционированию и выживанию самого организма;
строительные несущие конструкции должны удовлетворять потребности людей в защите, обеспечении их функционирования. Это приводит к значительным различиям в отношении требований, которые несущие конструкции искусственной среды по сравнению с конструкциями естественной среды должны выполнять с точки зрения их способности к преобразованию и соответственно с точки зрения пределов такой способности к преобразованию;
существование единства процессов роста, жизни и регенерации в природе может быть использовано для осуществления попытки достичь при создании строительных конструкций более тесного переплетения процесса строительства, функционального использования зданий и их реконструкции.
Исходя из вышесказанного, в вопросе о взаимодействии между природой и техникой в области 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 облегченных конструкций и когда естественно несущие конструкции не обнаруживают большой разницы в положении покоя и в положении движения;
прототипы из мира природы могут эффективно использоваться (интерпретироваться) в технике в тех случаях, когда в природе и технике существуют сходные "технические" условия. На рис. 56 приведены некоторые результаты анализа естественных структур и изложены рекомендации в отношении их использования в технике.

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ БИОНИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ

Конструктивные системы организмов строятся по принципу экономии материала, энергии с одновременным обеспечением надежности. Эти характеристики, определяющие глобальные условия устойчивого существования и развития организмов живой природы, в настоящее время начинают использоваться инженерами и архитекторами как в отечественной (Н.Никитин, С. Вознесенский, В. Шульгин, Г. Гельферт и др.), так и в зарубежной строительной практике (П.Л. Нерви, Р. Ле Рико-ле, Ф. Отто и др.) [91
Оптимизация конструкций в общем виде представляет собой многоэкстремальную задачу. Поиск глобального экстремума такой задачи затрудняется нелинейностью целевой функции и особенно нелинейностью ограничений. Поэтому задача даже с несколькими десятками переменных может оказаться непосильной для мощных вычислительных машин.
В то же время принципы бионического конструирования, в частности, траекториального строения решеток конструкций, накопления упругой энергии в конструкциях (резильянс), плотной упаковки покрытий, гетерогенного размещения слоев материала в конструкциях и т.д., отражают закономерность развития конструктивных систем во времени, исчисляемом миллионами лет эволюции.
Это позволяет видеть, в каком направлении следует искать оптимальные конструктивные системы, минуя ненужный поиск или перебор вариантов с использованием ЭВМ, экономя при этом время и средства.
Процесс оптимизации в технике и живой природе. При проектировании инженерных конструкций проектировщик сталкивается с такими требованиями, как эффективность, надежность, долговечность, технологичность, а также с требованиями, связанными с выбором ресурсов материалов и индустриальными возможностями. Эти требования противоречат друг другу, а потому при проектировании конструкций необходимо учитывать каждое из них. Так, самая надежная конструктивная система может оказаться неэкономичной и самая экономичная — ненадежной. Как видно, оценить влияние одним показателем невозможно. Оптимизация технических систем состоит в том, чтобы найти такую конструктивную систему, которая, обеспечивая достаточно большую надежность, требовала бы минимум затрат, т.е. найти компромиссное решение [ 16].
Задачи, в которых число функций равно числу критериев и которые надо оптимизировать, относятся к классу задач векторной оптимизации [17]. Реализация этих задач в настоящее время сопряжена с большими математическими и вычислительными трудностями [18].
Одним из определяющих показателей качества оптимальных конструктивных систем (плиты, оболочки, купола и т.д.) является минимум массы. В этом направлении ведутся большие экспериментально-теоретические исследования [ 19, 20]. Критерий минимума массы позволяет не только установить оптимальное количество материала, необходимого для изготовления конструкций, снизить вес, но и оценить, насколько близки или далеки от оптимальных по массе систем традиционные конструкции, применяемые в строительстве.
Однако и задачи оптимизации конструктивных систем по массе, особенно при многих загружениях, в силу их многоэкстремального характера и значительного числа параметров относятся к сложным, большим задачам нелинейного программирования. Поиск глобального экстремума затрудняется нелинейностью, не- • выпуклостью рассматриваемых задач. Кроме того, с ростом размерности задач возникают сложности, вызванные заполненностью, обусловленностью, обращением слабозаполненных матриц, с которыми приходится иметь дело в задачах оптимизации [21, 22]. Все это отрицательно сказывается на возможностях реализации, результатах вычислений, на времени счета стержневых систем.

. страницы:

1	11	21
2	12	22
3	13
4	14
5	15
6	16
7	17
8	18
9	19
10	20

. содержание:

. архи.Лекции

. архи.проекты:

. архи.поиск: [keywords], [global]

. архи.другое:

. архи.дизайн:

, ссылайтесь...

Всё.