Анализ тенденций развития городов

02.10.2012 | Автор: admin

Анализ современных тенденций развития городов позволяет считать, что в общей картине расселения все большее значение приобретут пространственные градостроительные образования в виде крупных городских организмов, усилится вертикальное развитие, связанное с увеличивающимися потребностями городского пространства для жилья, работы и отдыха. Один из возможных путей решения таких образований открывают бионические исследования, в частности, направленные на изучение и использование законов формообразования вертикальных структур живой природы — стебельчатых растений, конструктивная форма которых во многом является следствием тех же механических сил, которые действуют и на архитектурные конструкции искусственных высотных сооружений. Одним из первых обратился к изучению стебля (с точки зрения конструкций и материала живой природы) немецкий инженер С. Швенденер (1877 г.), который пришел к выводу, что растение строит себя, несомненно, по тем же правилам, по которым и инженеры строят здания, но только техника его гораздо тоньше и совершеннее.

Русский исследователь В. Ф. Раздорский писал: «Скелетом растений надо признать систему твердых клеточных стенок, эта система, представляющая собой каркас прочности, является упруго-гибким стержнем и подлежит трактовке с точки зрения статики сооружения».

Иными словами, структура стебля, являющегося не только живым организмом, но и сооружением, представляет большой интерес с точки зрения целесообразности строения. Опорные (или конструктивные) структуры в растительном мире являются определяющими, они выполняют чуть ли не 60-80% объема всех функций, характерных для растений. Эти структуры формируются под воздействием гравитации, ветровых нагрузок, различных теплофизических и химических изменений среды. При этом в природе факторы среды и конструктивные формы живых организмов предельно согласованы. «Как часть природы,- указывал И. П. Павлов,- каждый организм представляет собой сложную обособленную систему, внутренние силы которой каждый момент, покуда она существует как таковая, уравновешиваются с внешними силами окружающей среды». Отсюда и большая рациональность конструктивных форм стеблей, высокая надежность, эффективность. Например, при малых затратах материала наблюдается широкий диапазон приспосабливаемое к жизненным условиям.

Научное объяснение стебельчатых систем на основе глубокого проникновения в структурную организацию их внешнего и внутреннего строения, свойств материалов, исследования элементов, связей и целостных свойств структуры вместе с процессами формообразования и активной деятельности организма во взаимодействии с окружающей средой позволит подойти к решению одной из задач архитектурной бионики. Эта задача заключается в использовании принципов построения и функционирования биологических систем, методов их развития, резервирования и самоорганизации, обеспечивающих биологическим системам исключительно высокую гибкость и надежность в сложных условиях существования с целью создания принципиально новых вертикальных конструктивных систем высотных сооружений. Установлено, что стебель злака представляет собой совершенную пространственную высотную природную структуру с большим коэффициентом стройности, в которой круглые в плане веретенообразные междоузлия, сочлененные прочными диафрагмами-узлами, являющимися одновременно гасителями колебаний, создают в целом устойчивую, упруго гибкую пространственную, высотную структуру, обладающую большой несущей способностью. Стебли злаков сопротивляются большим ветровым нагрузкам и не теряют устойчивости (за исключением критических случаев). Устойчивость обеспечивается благодаря непропорциональному уменьшению длины отдельных междоузлий в направлении возрастания величины изгибающего момента, соотношению между геометрическими размерами стебля в целом, а также амортизирующим приспособлениям, расположенным в узлах стебля злака. Амортизация в структурах живой природы способствует ослаблению нагрузок, в первую очередь, динамических (например, ветровых порывов, атмосферных осадков). Особенно важен принцип пружинности, эластичности, податливости для строительства в особых условиях — районах, подверженных действию сильных разнонаправленных ветров, землетрясений и т. д, Таким образом, высотные структуры приобретают новое качество — гибкость конструкции. Появляется своего рода приспосабливаемость конструкции к воздействиям среды. Английский физик Джордж Томсон в этой связи пишет: «…В целом инженерные конструкции будут постепенно, все больше походить на биологические структуры, допускающие довольно большое растяжение: в более легких, прочных и гибких конструкциях вес самой конструкции… будет играть относительно второстепенную роль».

Упругая гибкость и эластичность стебля достигаются не только пружинностью узлов, но и взаимным расположением прочных и мягких тканей; сочетанием тканей, работающих на сжатие, с тканями, работающими на растяжение; переходом прочных тканей с периферийного расположения в трубке стебля у основания к центрическому в верхней части стебля. В последнем случае стебель становится не трубчатым, а сплошным и более упругим. В функциональном отношении внутреннее построение стебля в значительной степени определено пространственной организацией несущей (опорной) ткани, которая в сочетании с сокопроводящими тяжами, расположенными по внешнему контуру междоузлий, образует систему пространственных несущих оболочек, а также взаимодействием клеток, обеспечивающих вертикальные и горизонтальные связи клеточных пространств. Реализация принципов структурной организации стеблей осуществляется через модели. Их построение и последующая трансформация приводят к требуемому конструктивному решению или указывают путь к его поиску.