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

Пневматические системы . Если сорвать молодой стебель, лист лопуха или какого-либо другого растения, то через некоторое время они обвиснут и обмякнут — увянут. Это явление связано с потерей внутриклеточного давления и тургора. При этом организм уже не представляет собой напряженную систему, хотя его ткани и могут сохранять свою прочность по отношению к растягивающим усилиям (их мы используем в технике в виде волокна). В этом случае организм теряет какое-то одно из'своих опорных свойств.
Что же такое внутриклеточное давление в растении и тургор?
Давление в клетках возникает в связи с образованием клеточного сока, представляющего собой раствор в воде минеральных солей и органических соединений. Вода движется по клеткам в сторону наибольшей концентрации раствора (т.е. туда, где не хватает воды), или, как говорят биологи, диффундирует. В этом случае вещество раствора как бы всасывает воду, действуя наподобие насоса2, В результате в клетках создается так называемое "осмотическое давление" — давление клеточного сока на полупроницаемую мембрану — стенку клетки. При достаточном насыщении раствора это давление препятствует поступлению воды. Если имеются излишки воды в организме, то она выделяется через поры наружу — испаряется, если недостаток — то растение "вянет", теряет упругость своих форм.
Но стенки клетки должны противодействовать осмотическому давлению, которое может достигать 100 атм (выше давления пара в самых сильных локомотивах) . В большей степени благодаря сильному давлению клеточного сока подорожники, например, могут пробить себе путь к свету через асфальтовые покрытия улиц, а альпийские подснежники — разрушить весеннюю, достаточно толстую корку льда, покрывающего землю. Противодействуя осмотическому давлению, стенки живых клеток соответствующим образом строят свой материал: они упруги, но одновременно и эластичны. Эластичность достигается за счет их пористости и особого волокнистого строения. Сопротивление клеточной оболочки осмотическому давлению называется тургорным давлением, а давление содержимого клетки на оболочку, уравновешенное сопротивлением растянутой оболочки, называется клеточным тургором. Тургор придает упругость органам растений.
Однако стенки живых растущих клеток в общем очень тонкие, и можно просто удивляться, каким образом они выдерживают большие давления. Но это становится понятным, если представить себе сумму клеток, одинаково напряженных соком и как бы поддерживающих друг друга (по такому принципу можно сделать упругую кладку буквально из пузырей, заключив их в соответствующую обойму, подобную коре или кожице растения, в виде тонкой, но твердой скорлупы) .
Взаимосодерживающие и уравновешивающие друг друга силы в живой природе, подобные росту кожицы, коры дерева, основной ткани; одинаковые по силе, но противоположные по направлению давления в соседних клетках; спиральные вращения клеточного сока и протоплазмы и т.д. можно назвать полярными напряжениями. Эти напряжения помогают живой природе строить структуры с гораздо меньшими затратами материала.
Напряжение в клетках и тканях, вызванное давлением клеточного сока и протоплазмы, можно отнести к гидростатическому (или гидродинамическому)
1 Раздел написан Ю.С. Лебедевым и С.Б. Вознесенским, Стенки клеток имеют поры.
давлению. Но кроме давления, оказываемого жидкостью, в клетках может возникать давление, порожденное газообразными веществами. Его называют аэростатическим (или аэродинамическим) давлением. Как гидростатика, так и аэростатика приобретают все большее значение в архитектуре и строительстве. На их основе проектируются .и строятся так называемые пневматические (и гидростатические) конструкции.
Пожалуй, не найдется ни одной области хозяйства, в которой не были бы полезными пневматические сооружения. Рациональность же и экономичность их просто удивительны.
На основе пневматических сооружений возводятся выставочные павильоны, спортивные сооружения, рестораны, кафе, промышленные здания, туристические лагеря в высокогорных районах, зерноовощехра-нилища.
Например в Ярославле несколько лет назад был установлен воздухоопорный зерносклад пролетом 20 м. Опытное хранение 1000 т зерна показало благоприятные результаты — зерно, пролежавшее зимние месяцы, не снизило своего качества.
Недалеко от Таллина надувной оболочкой перекрыт кинотеатр. Надувные купола удобны и в качестве тепляков для производства строительных работ в зимнее время. В Сыктывкаре под надувным куполом в зимнее время производятся кровельные работы.
Под надувными прозрачными "пузырями", отражающими инфракрасные солнечные лучи и пропускающие ультрафиолетовые, строятся стадионы в жарких странах. С целью создания постоянного благоприятного микроклимата проектируются из пленок города под куполом для других крайних условий проживания — Заполярья.
Однако в конструировании пневматических оболочек остается еще много проблем, в решении которых должна помочь живая природа. В частности, пневматические конструкции с точки зрения статики пока недостаточно устойчивы (деформируются от сильных ветровых нагрузок). В результате возникает необходимость применения более плотных и тяжелых по массе материалов, чтобы сократить потери давления, и более мощных электромоторов для пред-напряжения конструкций, что ограничивает размеры последних. Одно из основных направлений решения этого вопроса — поиски таких форм конструкций, геометрия которых в данных конкретных условиях максимально сокращает силу действия ветров, дождей, снегозаносов, а в воде — водных потоков, т.е. позволяет получить минимальный аэрогидродинамический коэффициент сопротивления.
Конкретные формы живой природы оптимально аэрогидродинамичны. Причем, достижению этого в живой природе способствуют, как уже говорилось, те же конструктивные принципы и средства, которые действуют и применяются в пневмогидросистемах: преднапряженность клеток водой и воздухом, а также эластичность живых тканей. Примером могут служить стебли и листья растений, -лепестки и чашелист-ники цветов, кактусы, а в воде — медузы, морские ежи, рыбы.
Груша, апельсин, кокосовый орех — тоже фактически, аэрогидродинамические системы. Их формы обтекаемы, но каждая приобретает свой характер в зависимости от условий среды, в которых она находится, и наследственности (рис. 19).
Каждая построенная человеком аэрогидродинамическая форма должна также максимально отвечать характерным динамичным факторам среды или места строительства. Только в этом случае можно говорить об их рациональности. Пока что формы аэрогид-
родинамических конструкций идут не дальше сферы, цилиндра и шара.
На поиски аэродинамических форм направлены совместные исследования лаборатории пневматических конструкций ЦНИИСК Госстроя СССР и лаборатории бионики ЦНИИТИА Госгражданстроя.
Интересным и перспективным для строительства на основе пневмогидроконструкций живой природы является принцип автоматической регуляции живых форм и их изменения по мере изменения силы действия нагрузок. 'Представим себе пневматическую конструкцию в виде 3/4 сферы при "нормальных" ветровых нагрузках. Вдруг поднимается сильный ветер однонаправленного действия. В подветренную часть сферы электромоторы, получая команду от соответствующих рецепторов и датчиков, начинают подавать больше воздуха. Форма в этой части сферы начинают меняться. Другая часть сферы находится в менее напряженном состоянии, как бы отдыхает. По такому же принципу действуют и мышцы человека во время движения или физической работы. Что же получилось бы, если бы человек всегда был в напряжении, настроенном на возможную максимальную нагрузку?

сканируется...
Рис. 19. Лепестки цветка ириса (пример гидропневматики)
Рис. 20. Поиски форм на основе пневматики. Архит. Г,Б. Борисовский и Я.Я.Тит-тер

Он недолго бы прожил. Поэтому значительно менее долговечны, чем могли бы быть и наши пневматические конструкции, в которых давление равномерно по всей конструкции рассчитывается на предельные нагрузки. Конструкция одинаково напряжена и в тихую погоду, и в бурю.
Природа открывает еще одну возможность, а именно, использования принципов формирования поверхностей фактуры тканей, имеющей большое значение в сокращении силы трения, не говоря уже о самом строении тканей.
Сейчас в строительстве ведутся поиски комбинированных пневмокаркасных и пневмовантовых сооружений, более устойчивых к ветровым нагрузкам. Проектируются комплексы на основе синхронизированной пневматической системы, в частности и в экстремальных условиях — под водой.
Интересны в образном отношении поиски форм на основе стандартной пневматической оболочки (рис. 20), осуществленные Г.Б.Борисовским и Я.Я.Титтером.
Бионические конструкции, как и всю живую систему, нельзя рассматривать в отрыве от среды, включая источники питания и энергии, необходимые для функционирования организма. Живые организмы живут и умирают (так же, как и архитектурные "организмы") и их составляющие, их тектоника на различных этапах индивидуального развития (онтогенеза) различны.
Для понимания формирования конструкций необходимо исследование комплекса вопросов, связанных с фундаментальными проблемами формообразования систем природы, в которых основным является действие энергетического фактора. Сохранение жизнеспособности (высокой степени организации) требует, чтобы живые организмы непрерывно принимали вещества и энергию из окружающей среды и выбрасывали отработанные химические вещества, сохраняя гомеостатическое (динамическое) равновесное состояние.

. 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.