Опыт практической реализации архитектурно-бионического метода в формообразовании пространственных покрытий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт практической реализации архитектурно-бионического метода в формообразовании пространственных покрытий

С.М. Агафонова

студентка Санкт-Петербургского государственного

архитектурно-строительного университета

Аннотация

В работе проведен анализ принципов формообразования природных аналогов пространственных покрытий. В частности, исследовалось строение костно-мышечной системы хордовых животных. Это научное направление обладает большим потенциалом, поскольку объект ее исследования - конструкции, прошедшие стадии эволюционного отбора в течении миллионов лет.

Ключевые слова: архитектурная бионика, многозвенные конструкции, покрытие, природный аналог.

EXPERIENCE OF PRACTICAL IMPLEMENTATION OF ARCHITECTURAL AND BIONIC METHOD IN THE FORMING OF SPATIAL SURFACES

S. Agafonova

Summary. In work the analysis of principles of formation of natural analogues of spatial surfaces. In particular, we studied the structure of the musculoskeletal system of chordate animals. This research area has great potential, because the object of its study - the design, the last stage of evolutionary selection over millions of years.

Keywords: architectural bionics, multi-tier structures, surface, natural analogue.

В работе рассмотрена методика исследования, которая базируется на уже существующем опыте использования природных аналогов в строительстве и архитектуре. Сущность предлагаемой методики в следующем:

1) архитектурный этап. В структуре сооружения вычисляются основные компоненты, которые могут оказать существенное влияние на его форму.

2) биологический этап. Для каждого рассматриваемого компонента подбираются природные аналоги, сходные с ним по форме, конструктивному решению или выполняемой функции.

3) теоретический этап. Определяются общие закономерности, объединяющие выбранные аналоги, и производится их архитектурно-конструктивная интерпретация.

4) архитектурно-практический этап. На основе выявленных закономерностей разрабатываются экспериментальные предложения по формообразованию сооружений, их новые модификации.

Комплексный анализ формообразующего потенциала каждого из компонентов сооружения позволяет оценить возможности конструктивной системы, установить характер взаимосвязи между внутренней и внешней структурой. Подобный подход стал возможным благодаря тому, что изучение явления сегментации, широко распространенной в живой природе, занимает важное место в науке. Явление сегментации можно наблюдать в строении не только скелета, но и наружного покрова многих животных, в процессах роста и деления клеточных организмов. Она стала причиной повышения двигательной активности животных. А усложнение характера их движения привело к совершенствованию конструкции сегментов. Сходные процессы происходят при развитии конструктивного решения мобильных построек, что допускает возможность их периодического перемещения в процессе эксплуатации.

Этап. 1. Анализ особенностей сегментации скелета животных. Сегменты скелета животных объединены между собой сложной системой продольных (подвижных, неподвижных) и поперечных (тканевидных) связок.

Подвижные (суставные) соединения. Анализ конструктивных особенностей подвижных соединений позволил выявить ряд закономерностей, которые полезно учитывать при формообразовании многозвенных строительных конструкций:

1) соединение сегментов с помощью нити, проходящей внутри суставов, не нашло широкого применения в природе вследствие его конструктивного несовершенства, хотя такая конструкция придает гибкость организмам, а используемая в архитектуре обеспечивает вариантность форм; шире распространены соединительные пояса, проходящие по внешней грани суставов;

2) продольные оси суставов и соединительного пояса обычно не параллельны и расположены на удалении друг от друга, что увеличивает момент инерции данной конструкции;

3) в промежутках между торцами суставов размещаются мягкие прокладки; величина податливости таких соединений зависит от соотношения толщин суставов и прокладок.

Эти закономерности подтвердили принципиальную возможность создания несущей многозвенной мачты с раздвинутыми под углом осями сжатого и растянутого поясов. Мачта может быть использована в роли подвижной опоры, к которой крепится легкое тканевое или сетчатое покрытие.

Тканевидные соединения. Тканевые связки встречаются в конструкции конечностей рукокрылых животных, причем площадь перепонки у них растет за счет последовательной сегментации конечности животного и усложнения системы мышечных связок между пальцами. По аналогии рассмотрены варианты тканевиднойкровли и перегородки, натяжение которых осуществляется путем раздвижки концов многозвенной арки. Ткань выполняет функцию гибкого соединительного пояса между звеньями, что позволяет уменьшить вес каркаса сооружения.

Этап 2. Варианты сегментации наружных покровов животных. Сегментированный покров рыб, пресмыкающихся является вариантом покрытия, в наибольшей степени приспособленного к деформациям опорного остова. Чешуйки можно крепить к покрытию с поверхностью самой различной кривизны, получая изящный светотеневой рисунок [2].

Анализ показал, что в большинстве случаев чешуйки зажаты в «кармашках», образованных пересекающимися под углом волокнами мезодермы. При этом чешуйки укладываются паркетно- или черепицеобразно по ходу волокон, параллельными или диагональными рядами.

Анализ рисунка чешуек на различных участках тела позволил установить зависимость между формой, размерами, способами крепления чешуек и величиной податливости участков, на которых они закреплены:

1) на наиболее подвижных участках тела нет смещений между рядами чешуек, места стыков между чешуйками открыты; чешуйки на этих участках мелки и имеют форму, приближающуюся к ромбической;

2) повышение пространственной жесткости наружного покрова достигается за счет увеличения размеров чешуек, придания им неправильной или шестиугольной формы, за счет паркетной стыковки их торцов.

Выявленные закономерности смогут найти применение в выборе чешуевидной кровли для сборноразборных покрытий [3].

Этап 3. Анализ схем роста и деления клеточных организмов.

Анализ схем деления клеток и схем образования колоний простейших организмов позволил установить следующее: наибольшее распространение в живой природе получили линейная и радиально-лучевая схемы роста; эти схемы обеспечивают минимальную длину соединительных швов между образуемыми сегментами, а также их однотипность.

Проведенный анализ подтвердил рациональность традиционных сборочных схем, уже нашедших применение в сводах и куполах из многозвенных конструкций [1].

В результате работы установлено следующее:

1) использование многозвенных конструкций в производственных сооружениях связано с выполнением ряда требований, предъявляемых к подобным постройкам. Помимо цилиндрических сводов, уже нашедших широкое практическое применение, возможны варианты построек из сборно-разборных трубчатых конструкций, к которым сверху крепятся криволинейные «панели» из многозвенных сеток. Кроме того, в структуру производственных построек могут быть включены динамические элементы (многозвенные жалюзи, подвижная кровля).

2) в наибольшей степени формообразующие возможности многозвенных конструкций раскроются в сооружениях общественного назначения и в малых архитектурных формах. Разнохарактерность этих конструкций позволит сочетать криволинейные поверхности положительной и отрицательной кривизны, применять различные комбинации цветовых и светотеневых решений. В малых архитектурных формах найдет практическую реализацию податливость многозвенного каркаса, его способность восстанавливать первоначальную форму после снятия приложенной нагрузки.

архитектурный бионический пространственный покрытие

Литература

1. Колейчуг В.Ф. Новые архитектурно-конструктивные структуры. - М.: Стройиздат, 1978. - С. 115.

2. Поляков Е.Н. Разновидности природных аналогов и их роль в процессе проектирования // Архитектурная бионика. Проблемы теории и практики. - М., Союз архитекторов СССР, 1982. - С. 73.

3. Поляков Е.Н. Применение гибких систем в формообразовании купольных сооружений // Исследования по основам архитектурного проектирования. - Томск: ТГУ, 1983. - С. 14-18.

References

1. Koleychuk V. F. New architectural and constructive structure. - M.: Stroiizdat, 1978. - P. 115.

2. Polyakov E. N. Varieties of natural analogues and their role in the process of design / Architectural bionics. Problems of theory and practice. - M., USSR Union of architects, 1982. - P. 73.

3. Polyakov E. N. The use of flexible systems in the forming dome structures, Studies in the basics of architectural design. - Tomsk: Tomsk state University, 1983. - S. 14-18.

Размещено на Allbest.ru