Бионика в архитектуре — Архитектура и дизайн — LiveJournal

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Яркий пример архитектурно-строительной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой.

Стремление к комфорту, к добротному, уютному и красивому жилью присуще человечеству с давних пор. Каждый из нас хочет, чтобы окружающее пространство входило в резонанс с его внутренним миром. Cейчас у каждого из нас есть шанс построить свой идеальный дом. Может это будет садовый дом с мансардой, как у героев Чехова. А возможно, коттедж с
террасой в американском стиле. Важно то, что он может сочетать в себе все элементы удивительного архитектурного стиля — «бионическая архитектура».

Появлению необычных архитектурных стилей мы обязаны гениям от зодчества. Талант вечно в поиске. Доказательства этому встречаются на каждом шагу в виде памятников архитектуры, разбросанных по всему миру. На протяжении многих лет стили сменяют друг друга, каждый из них неповторим. Современность предлагает новый подход к архитектуре. Одно из новых направлений — бионика, заслуживает особого внимания.

Бионика в переводе с греческого означает «живущий». Изучив строение и способ жизни растений и животных, архитекторы применяют в инженерных сооружениях те же принципы. До сих пор среди исследователей не существует единогласного мнения, творчество каких архитекторов следует отнести к направлению “живой архитектуры”. И все же основоположником бионики можно считать Антонио Гауди, ещё в девятнадцатом столетии построивший первые уникальные дома. Надменная и пресытившаяся архитектурными находками Европа пришла в восторг от творений мастера. А бионика получила мощный толчок к развитию. Уже в начале 20-го века основатель антропософии Рудольф Штейнер создал проект удивительного сооружения под названием Гетеанум. Проект был воплощён в жизнь.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни (см. заметку Суперсооружения: Эйфелева башня (Париж)) основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

Фон Мейер обнаружил, что головка кости покрыта изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка удивительным образом перераспределяется по кости. Эта сеть имела строгую геометрическую структуру, которую профессор задокументировал.

В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Сейчас многие столицы мира украшены зданиями в бионическом стиле. То там, то здесь возникают новые «живущие» сооружения. Голландия и Австралия, Китай и Япония, Канада и даже Россия могут похвалиться бионическими шедеврами.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Бионика стремится максимально раскрыть назначение каждого помещения в жилище. Никакой взаимозаменяемости комнат. Спать нужно в спальне, готовить на кухне, а гостей принимать в гостиной. Каждая комната предназначена для отведённой ей роли и оборудована для этого с наибольшим комфортом. Дом не будет иметь привычной геометрической формы. Скорее он будет напоминать объект живой природы. Мягкие плавные линии стен, окон, перетекая друг в друга, создадут ощущение движения. Внутри органического дома создаётся впечатление волшебного мира, поскольку этот архитектурный стиль предусматривает обилие света во всех комнатах. Зачастую используются цветные стёкла, поэтому и свет может быть необычного оттенка. Одновременное чувство движения и покоя — вот, пожалуй, главное достоинства дома, выполненного в органическом стиле. Под разными углами зрения неуловимо меняется и само помещение.

Это лишь малая часть того, что можно рассказать о стиле, созданном для человека, стремящегося раскрыть свой внутренний мир, душевный и духовный потенциал. Теперь и архитектура берёт на себя эту непростую задачу.

Оригинал — тут.

Tags: бионика

Архитектурная бионика: архитектура через призму биологии

Стандартна ли живая природа? Чем достигается одновременное единство и бесконечное разнообразие ее форм и красок? Эта проблема все более занимает умы не только биологов, но и архитекторов и строителей. Ею занимается архитектурная бионика. Группа прогрессивных архитекторов пытались применить принципы развития живой природы для создания особо удобных, экономичных и красивых архитектурных комплексов, связи архитектуры с климатом, солнцем. Вдруг заимствование «опыта» живой природы даст возможность соединить в гармоничное целое мир «природы № 1» с «природой № 2», создаваемой человеком?

К слову об архитекторах, если вы ищите рейтинг архитекторов в Киеве, то такие лучшие архитектори могут быть найдены по этой ссылке.

Важнейший вопрос при создании любого архитектурного проекта — найти эффективное соотношение между затратой средств (в широком смысле слова) и их отдачей. И тут, внимательно рассмотрев структуры многих живых организмов, мы увидим в них максимальное соответствие экономии энергии и свободного развития. Ветви, стволы и корни деревьев, раковины конусовидны — это «конусы устойчивости» (экономия энергии) и у них же «конусы роста и развития» (трата энергии).

Растения или их части нередко закручиваются в виде спирали; и форма такая не случайна — она тоже дает возможность тщательно сохранять энергию. В архитектуре такое закручивание можно смоделировать достаточно просто: при помощи непрерывного, по прямым и криволинейным, направляющим, вращения стандартных элементов. Получаются закрученные поверхности. Такие оболочки-скорлупы могут стать основой и для перекрытий средних пролетов, и для строительства высотных сооружений с небольшой площадью опоры: ветры будут бессильно скользить по витой поверхности, не причиняя вреда сооружению.

Кости и мышцы животных работают как предварительно напряженные конструкции: кости — на сжатие и изгиб, мышцы и сухожилия — на растяжение, как арматуры. Такой принцип проектирования архитектурных сооружений даст возможность значительно экономить материал. Внутри стеблей трав и стволов деревьев действует система перераспределения и ослабления сил от ветровых нагрузок. Познание ее чрезвычайно интересно для проектирования высоких зданий и сооружений, особенно в районах Севера.

Целесообразность, с которой устроен стебель растения, вызывает восхищение. Он вытянут резко вверх, получает огромное количество тепла, света и воздуха и несет нагрузки, в сотни раз превосходящие его массу.

Отношение площади основания стебля к его высоте характеризует стойкость конструкции по отношению к ветровым нагрузкам. «Коэффициент стройности» у тростника равен 1:200, у ржи 1:500, и еще при этом стебель ржи несет колос, масса которого в 1.5 раза больше массы стебля.

В конструкции Останкинской телебашни растягивающая сила от собственных колебаний башни передается на предварительно-напряженные, туго натянутые стальные канаты, проходящие внутри башни. Канаты стягивают отдельные цилиндрические блоки, что имитирует вертикальные волокна стеблей и деревьев. Это помогло преодолеть огромные силы ветровой нагрузки. Однако «коэффициент стройности» телебашни лишь 1:30 — несравнимо меньше, чем у стеблей злаков.

У стебля есть узлы — демпферы, особо устроенные упругие шарниры, играющие важную роль в перераспределении изгибающих сил. Но как их смоделировать?

В современной архитектуре применяют конструкции, названные скорлупами по аналогии с природными оболочками. Чрезвычайно важная особенность их работы, как сказал итальянский инженер, создатель олимпийских комплексов в Риме П. Л. Нерви, «принцип работы по форме», то есть единство геометрических и механических свойств конструкции. Испанский архитектор Э. Торроха говорит по этому поводу: «Лучшим сооружением является то, надежность которого обеспечивается главным образом за счет его формы, а не за счет прочности материала. Последнее достигается просто, тогда как первое, наоборот, с большим трудом». И приводит пример работы тела животного «по форме» — леопард способен втягивать на дерево свою жертву, вес которой может пятикратно превышать его собственный. Итак, от скорлупы ореха до тела леопарда, все может «пригодиться» в архитектурной бионике.

Привлекает также комплексность свойств оболочек-скорлуп живой природы — способность сопротивляться механическим нагрузкам и одновременно быть тепло-, гидроизоляцией. В лаборатории архитектурной бионики теории и истории архитектуры исследуют именно такие природные оболочки, с тем, чтобы смоделировать их, найти оптимальные формы и физические свойства. Эти оболочки похожи на закручивающиеся поверхности стеблей растений или опорных костей животных, их называют «турбосомы» («турбо» — вращение, «сома» — тело).

Все заимствования у живой природы должны быть максимально простыми, технологичными и рассчитаны главным образом на индустриальное исполнение. Турбосомы вполне отвечают этим требованиям.

В бионической лаборатории получают удивительно точные копии живых объектов. Воспроизводятся самые сложные, с мельчайшими деталями формы. На смоделированном листочке дерева видна каждая прожилка и даже зафиксировалась капля воды. Для этого понадобилось найти особые модельные материалы. Бионические исследования лаборатории решают, разумеется, и главное: насколько удобна, красива, технически рациональна будет для архитектуры форма живой природы. Скажем, в живой природе часто встречаются конструкции в виде разнообразных ребристых, решетчатых и тому подобных систем: структура мельчайших морских организмов — радиолярий и диатомей, нерватура листа растений, грудная клетка животных и птиц и т. д. Тонкая прозрачная пленка листа дерева поддерживается жестким каркасом — его нерватурой, по которой, образно говоря, и растекаются несущие силы. В архитектуре также давно известно разделение несущих и несомых (ограждающих) элементов конструкций.

Большого конструктивного и эстетического эффекта добился П. Л. Нерви в покрытии Главного зала Туринской выставки. Он заимствовал для покрытия основные структурные элементы листа виктории-регии. В этом покрытии сочетается оболочка-скорлупа и решетчатая структура.

Байтовые (канатные) конструкции напоминают паутину. А мембранные и тентовые (палаточные) конструкции вполне аналогичны кожным покровам, широким мышцам и сухожилиям животных, перепонкам водоплавающих птиц, крыльям летучих мышей, плавникам рыб.

Способность мембранных конструкций выдерживать большие растягивающие усилия использовал самым оригинальным способом архитектор Г. Б. Борисовский. Это проекты «падающих» домов. Представим себе две поставленные на достаточно большом расстоянии железобетонные колонны. Заставим их падать в противоположные стороны друг от друга, но между ними подвесим прочный стальной канат, основания колонн зафиксируем шарнирами. Канат удержит колонны от падения, сам натянется, как струна. Подпорные колонны приобретут устойчивость, а канат превратится в жесткую конструкцию. Если заставить «падать» два ряда колонн (или две стены), а между ними натянуть по этажам сетки или мембраны, то они натянутся и превратятся в междуэтажные перекрытия. «Падать» могут даже два параллельно стоящие дома с натянутой между ними сеткой. Тогда сетку можно использовать самыми разными способами, например, подвесить «сады Семирамиды». Паук, кстати, также рассчитывает на натяжение своей паутины наклонными (падающими) ветвями, к которым прикреплены ее нити.

Складывающиеся листья растений, раскрывающиеся лепестки цветов наталкивают архитекторов на идеи трансформируемых складывающихся систем. Бионические исследования помогают решить весьма трудную задачу: удачно сочетать единообразие с разнообразием.

Архитектурная бионика не только «скользит по поверхности», но и «заглядывает вглубь» — изучает структуры растений и животных с точки зрения создания новых эффективных строительных материалов. Ткани растений и животных, самые различные по физическим свойствам, работают как единая система. Заполнение пространства между микрофибрилами (тонкими белковыми нитями) лигнином приводит к значительному повышению способности растительных оболочек работать на сжатие и растяжение.

Строители и архитекторы с древнейших времен так или иначе использовали формы и «технику» природы или стремились «вписать» свои сооружения в природный ландшафт. Изучая механические особенности работы стеблей растений, Галилей создал формулу статического расчета балки, этой формулой пользовались вплоть до начала XIX столетия. Зодчий итальянского Возрождения Ф. Брунеллески, проектируя купол Флорентийского собора, взял за образец форму скорлупы птичьего яйца.

Сегодня перспективы архитектурной бионики трудно переоценить. Без нее не решить значительных проблем архитектуры — ее комплексного развития, ее внутреннего единства техники, функции и эстетики, сохранения живой природы. И вообще создания гармоничной архитектурно-природной среды нашего с вами существования.

Автор: А. Вайсман.

Кости архитектуры — Объявления

Кости архитектуры
18 июня – 15 сентября 2019 г.

Garagem Sul | Lisbon
Praça do Império
Centro Cultural de Belém Foundation
1449-003 Lisbon
Portugal

Часы:
Вторник-воскресенье 10:00-18:00

Т +351 21 361 2614

гаражmsul@ccb. pt

www.ccb.pt

С: Brandlhuber+, 6a architects, Bruther, Johansen Skovsted Arkitekter, Alejandro Bernabeu, Ingegneri Pedrazzini Guidotti и Rui Furtado

Помимо многих элементов, формирующих внешний вид здания, его физические предпосылки остаются наиболее важными: те, которые скрепляют здание и поддерживают его устойчивость. Как у животных есть кости, так и у каждого здания есть структура. Здания подчиняются фундаментальным и непреложным законам, которые налагают формы, модели, порядки и ограничения. В то время как структура представляет власть над физической формой здания, общий дизайн может манипулировать концепцией самой структуры. Таким образом, дизайн и концепция структуры являются отправной точкой для бесконечно разнообразных подходов к созданию архитектурной формы.

Выставка Кости архитектуры посвящена выращиванию структур на службе архитектуры. Семь европейских архитекторов и инженеров демонстрируют свои индивидуальные работы и подходы, размышляя о правилах, стратегиях и методах проектирования конструкций. Некоторые стремятся внедрить структурные компоненты в общую строительную ткань, другие создают четко читаемый скелет, который раскрывает свое назначение через существенное присутствие. Иногда структурные образования тесно и непосредственно прослеживают индивидуальное пространство через проекцию программы; напротив, они также могут предоставлять долгосрочные постпрограммные услуги, определяя надежные пространства, которые можно присвоить в соответствии с новыми пользователями или потребностями.

Для каждого из семи офисов было выбрано три проекта, чтобы продемонстрировать и изучить различные стратегии дизайна. Выбранные проекты организованы и объединены, чтобы обеспечить множественные связи между ними, отражая их основную структурную концепцию, используемые материалы, используемые методы и пространства, воображаемые или созданные.

Куратор выставки Марио Ринке.

Открытие выставки сопровождается коллоквиумом 19 июня. Два публичных диалога с участниками со всей Европы будут посвящены вопросам взаимосвязи структур и архитектуры, пространств и сил. См. дополнительную информацию здесь: Коллоквиум «Кости».

Участники коллоквиума: Брутер (Стефани Брю и Александр Териот), Atelier da Bouça (Филипа Геррейро и Тьяго Коррейя), Джозеф Шварц, Руи Фуртадо, Йохансен Сковстед Архитектор (Сёрен Йохансен и Себастьян Сковстед), Андреа Педраццини, Алехандро Бернабеу, Фала (Ана Луиза Соареш, Филипе Магальяйш и Ахмед Бельходжа), Андре Таварес и Марио Ринке.

О Garagem Sul
Garagem Sul — это пространство, посвященное архитектуре в Centro Cultural de Belém, культурном центре Лиссабона, известном своей музыкальной, танцевальной и театральной программой. Размещенный в бывшем гараже, Garagem Sul предлагает уникальную атмосферу для презентации архитектурных работ и идей. Проекты в «Гараже» стремятся представить широкий спектр различных позиций, с помощью которых архитекторы могут пересмотреть свою роль в обществе и исследовать новые способы построения нашего мира.

Связанные события
В течение лета Garagem Sul будет приветствовать другие архитектурные мероприятия, такие как посещение выставки и города, серию экскурсий по Кости архитектуры и по всему Лиссабону; Каменные сады, временная конструкция из пробки, сделанная португальским ателье Барбасом Лопесом; и показ под открытым небом «Мои родители».

Каркас здания, вдохновленный биоструктурой кости, от TECTONICA

Пуэрториканская фирма TECTONICA Architecture, в свете разрушительного разрушения зданий по всему миру в результате сильных землетрясений, опубликовала исследование, которое они провели в немедленное применение структуры костей человека (особенно бедренной кости) к новому способу проектирования железобетонных каркасов. Мы опубликовали аналогичный проект, целью которого было применить эффективность кости и к автомобильным рамам. Дополнительные изображения и эксклюзивное интервью прилагаются.

Вы не можете не думать о работе Гауди с откровенно органичным характером соединений рамы в проекте, но будьте уверены, что теория и инженерия, стоящие за этим проектом, нетронуты и очевидны. Предложение, в значительной степени основанное на работе архитектора Вильфредо Мендеса (AIT) в рамках его диссертации на степень магистра архитектуры «Принципы биотектонической культуры » в Школе архитектуры Университета Пуэрто-Рико, подчеркивает сильные стороны применения структурных характеристик человека. поперечное сечение кости к строительным материалам. Диссертация представляет собой руководство по структурному проектированию, основанное на принципах биологической адаптации к железобетонной морфологии. Используя биомимикрию в качестве теоретической платформы, Уилфредо стремится определить стратегии проектирования конструкций, которые уменьшают сейсмическую уязвимость железобетонных конструкций, назвав предложение Stick.S (или Stick System).

Мы узнали об этом из их пресс-релиза, касающегося особого использования костей в качестве модели структурной формы:

«Бедренная кость является самой прочной человеческой костью, а ее конструкция с полым цилиндром обеспечивает максимальную прочность при минимальном весе. Эти основные характеристики представляют собой идеальные параметры для снижения интенсивности землетрясений в конструкции здания. Кроме того, анатомия кости отражает общие напряжения, с которыми она сталкивается, чтобы адаптировать ее морфологию к обычному механическому воздействию. Чтобы добиться биоструктурной адаптации, компания STICK.S использовала колонны и балки с полым валом, морфология которых была адаптирована к диаграмме изгибающего момента. Полученная в результате непризматическая форма помогает предлагаемой раме лучше, чем обычная призматическая рама, реагировать на боковые нагрузки, обычно возникающие во время землетрясения. С другой стороны, параметр полого вала служит для сокращения примерно на 30 процентов железобетона по конструкционному компоненту».

«STICK.S становится специальной рамой сопротивления моменту (SMRF). Подобно костям человеческого скелета, каждая колонна и балка точно рассчитаны в соответствии с конкретными условиями нагрузки и собственной диаграммой изгибающего момента. Параметр полого вала уменьшает примерно 0,32 кубических метра (11,18 футов ³ ) железобетона, кроме того, он уменьшает 761 кг и до 118 фунтов CO ₂ по конструктивному элементу (колонне или балке). Кроме того, поскольку железобетонная рама адаптирована к своим обычным напряжениям за счет боковых нагрузок, прогиб значительно уменьшился по сравнению с обычной железобетонной рамой при тех же условиях нагрузки. Форма, как результат силовой диаграммы, непосредственно абстрагированной от парадигмы морфологии костей, делает предлагаемую раму почти в 3 раза более жесткой, чем традиционная. При дальнейшем анализе сдвиг основания рамы (сейсмическая интенсивность) был значительно снижен на 35 процентов.

В заключение, поскольку параметры человеческого скелета были адаптированы к традиционной системе конструкций, что способствует эффективному использованию бетона и снижению веса здания, сейсмическая уязвимость здания была значительно снижена, что повысило его адаптацию к характеристикам местности. Адаптация отражается на эффективности, которая становится ключом к улучшению структурных характеристик и созданию соответствующих устойчивых результатов».

Как вы можете заметить, применение формы было очень хорошо продумано. Нам удалось связаться с Вильфредо и TECTONICA, чтобы пролить больше света на их идеи, и у нас была эта короткая переписка:

BA: if Вы должны были резюмировать с точки зрения непрофессионала, каковы основные преимущества применения характеристик поперечного сечения человеческой кости в строительстве зданий?

TEC: Поперечное сечение кости растет и трансформируется в соответствии с законом Вольфа, который подразумевает, что ее анатомия отражает общие напряжения, с которыми она сталкивается (форма в виде диаграммы силы). Это означает, что костная ткань растет только там, где она будет функциональной. Короче говоря, одним из наиболее важных преимуществ преобразования параметров морфологии поперечного сечения кости в конструкцию здания является эффективное использование строительных материалов при изготовлении или строительстве. Эта эффективность напрямую выражается в производительности формы и устойчивых характеристиках.

BA: что потребуется для фактического внедрения этой технологии, с точки зрения затрат насколько дороже (или, возможно, дешевле) будет эта система по сравнению со стандартными или сопоставимыми методами, используемыми сегодня в сейсмоопасных районах ( т. е. железобетонные каркасы или усиленные стальные рамы с поперечными связями).

TEC: На самом деле, это исследование разрабатывается как предложение для оценки Национального научного фонда с целью проведения лабораторного анализа предлагаемой структурной системы.