возы, вагоны, гидротурбины, автомобили, тракторы и т. п.). Квазипустые сооружения позволяют хорошо и без потерь сохранять урожай зерна, пока его не вывезут на элеваторы.
Весьма эффективно применение воздухоопертых и воздухонесомых сооружений в тех случаях, когда их основное назначение — защита от атмосферных воздействий: дождя, ветра, снега и т. д. Например, над открытым плавательным бассейном можно на зиму установить прозрачный купол, позволяющий пользоваться бассейном круглый год и в любом климате. На рис. 12 показана одна из надувных конструкций "Нильфранс", изготовленная из пропитанной особым составом нейлоновой ткани. Ее длина — 60 м, ширина — 40 м и высота — 19 м. Под таким куполом спортсмены
Рис. 12. Надувная конструкция 'Нильфранс' из пропитанной особым составом нейлоновой ткани
Национального спортивного института в Винсенсе тренируются в любую погоду. Другая надувная конструкция "Нильфранс" была использована для постройки велодрома, на котором проводились тренировки к Олимпийским играм 1964 г. (рис. 13). Для придания такой оболочке определенной формы достаточно надуть ее воздухом.
Рис. 13. Надувная конструкция велодрома
Недавно любители конькобежного спорта в городе Осака (Япония) получили новый крытый каток, здание которого сделано из нового материала — винилона. Для возведения над ледяным полем винилонового шатра, на изготовление которого пошло 8 000 000 м2 синтетической пленки, потребовалось всего около часа — единственным строителем нового здания без единой опоры был ... сжатый воздух.
Рис. 14. Передвижной выставочный павильон. Разрез, план, фрагмент входа, общий вид, 1 — двойная оболочка; 2 — купол реактора; 3 — лекционный зал; 4 — лаборатории
Не менее успешно надувные конструкции используются для сооружения ярмарочных и выставочных павильонов. Примером может служить здание павильона передвижной американской выставки. В павильоне демонстрируется опыт применения атомной энергии в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и энергетике. Он состоит из лабораторий, лекционного зала и помещения для атомного реактора. Длина здания — 92 м, наибольшая ширина — 38 м, высота — 16,3 м. Общая перекрываемая площадь 2500 м2 (рис. 14).
Покрытие павильона образуют две тканевые оболочки. Пространство между наружной и внутренней оболочками разделено на восемь отсеков для сохранения несущей способности оболочки в случае местного прорыва ткани. Воздушная прослойка между оболочками толщиной 120 см служит хорошей тепловой изоляцией, препятствующей чрезмерному перегреванию излучением Солнца, что позволило отказаться от охлаждающих установок. В торцах оболочек установлены жесткие рамы, на которых смонтированы вращающиеся двери для входа и выхода посетителей. К этим рамам примыкают входные навесы в виде арочных воздухо-несомых сводов. В последние временно устанавливают две гибкие диафрагмы, образующие воздушный шлюз, когда в павильон вносят громоздкие экспонаты и оборудование. Форма сооружения и применение тканевых оболочек обеспечивают во внутренних помещениях хорошую акустику.
Общий вес выставочного павильона, включая все металлические элементы (двери, воздуходувки, крепления и т. д.), составляет 28 т. При транспортировке здание занимает объем 175 м3 и размещается в одном железнодорожном вагоне. Для возведения павильона требуется не более 3 — 4 дней и 12 человек. Весь монтаж проводится на уровне земли, без применения кранового оборудования. Оболочка заполняется воздухом за 30 мин (с момента включения нагнетательных устройств); она может выдержать нагрузку, возникающую при скорости ветра до 113 км/час.
Вследствие малой огнестойкости покрытий надувных сооружений они неприменимы для горячих цехов. Однако материалы для пневмоконструкций могут быть и несгораемыми. Ныне имеется уже немало примеров применения пневмосооружений в качестве промышленных цехов, ангаров вертолетов, гаражей, мастерских по ремонту вагонов, цистерн и автомашин.
Синтетические материалы обладают достаточной химической устойчивостью и поэтому могут применяться для промышленных пневмосооружений, предназначенных для производств, связанных с выделениями корродирующих веществ. Такие сооружения можно использовать также в нефтяной и химической промышленности в качестве хранилищ и мягких трубопроводов.
Удобно и весьма эффективно использование надувных систем в качестве цирковых шатров, магазинов, ресторанов и укрытий на строительных работах, в качестве специальных сооружений: мачт, башен, вентиляционных каналов, опалубки для железобетонных труб и оболочек. Наконец, большое будущее, по мнению специалистов, ожидает мягкие оболочки в космонавтике.
Столь широкие возможности применения пневматических конструкций в различных областях народного хозяйства обусловлены множеством достоинств надувных систем. Они позволяют быстро перекрывать большие пролеты без промежуточных опор. Пневматические конструкции лучше всех других можно чрезвычайно легко и экономично использовать для сооружения зданий со сложной планировкой. Они абсолютно сейсмостойки, что имеет большое значение для строительства в сейсмических районах. Надувные сооружения безопасны при авариях: при постепенном истечении воздуха через прорыв поврежденная оболочка в силу своего малого веса опускается медленно и не способна причинить повреждения ни людям, ни оборудованию. Важнейшими же преимуществами надувных систем, сооружаемых из мягких синтетических пленок и тканей, являются дешевизна синтетических материалов, возможность обходиться без обычных строительных материалов (дерево, сталь, кирпич и т. д.) и легкость монтажа, не требующая привлечения квалифицированной рабочей силы. Практика показала, что постройка большой аудитории или зрительного зала с надувным куполом обходится в несколько раз дешевле, чем аналогичные строения с потолком, опирающимся на металлические или деревянные фермы. Следует еще добавить, что удельные капиталовложения для создания заводов, производящих пневматические конструкции, могут быть значительно меньше, чем в случае всех других видов конструкций.
Рис. 15. Мост длиною свыше 1 км, спроектированный в виде полусвернутого листа (архитектор П. Солери)
Отмеченные достоинства надувных систем, в основе которых лежит заимствованный у природы принцип тургора, позволяют ученым сделать смелое предположение: не в столь отдаленном будущем можно будет закрывать надувными куполами целые небольшие города, создавая любой климат для населения этих городов. Во всяком случае, уже появились проекты заполярных городов, укрытых от суровой природы надувными мягкими оболочками, городов с искусственным климатом. И сегодня такие проекты отнюдь не выглядят фантастичными...
Подражая природным структурам, ряд оригинальных сооружений удалось создать и мостовикам. Так, например, французские инженеры возвели один мост, похожий на скелет морской звезды. Он имеет вид равностороннего треугольника. Это значительно надежнее, чем арочные конструкции. Попутно заметим, что выгодно делать треугольными и кирпичи. Стены домов, сложенные из таких кирпичей, приобретают большую, против обычного, прочность.
Нередко листья свертываются в трубку, образуют причудливые желоба, закручиваются в спираль — это обеспечивает их наибольшую прочность. Такая трансформация формы подсказала идею проекта моста через реку в виде полу свернутого листа (рис. 15). Его легкость поразительна, прочность (она обеспечивается загнутыми краями) необычайна. Красотой, экономичностью и долговечностью этот мост полностью обязан природе!
И еще об одной конструкции моста, подсказанной природой. Инженер Сэмюэль Броун работал над проектом моста. Он знал огромное количество разных типов мостов, много их построил сам, но вот профиль и основная конструкция нового моста не получались, никак не вырисовывались в его сознании, несмотря на долгие и мучительные раздумья. Между тем сроки торопили, нужно было как можно скорее найти общий принцип конструкции моста... Инженер вышел в сад. Тысячи тонких нитей паутины провисали между деревьями, тянулись от ветки к ветке, перебрасывались от куста к кусту. Прямо над собой, у дорожки, Броун увидел прообраз искомой им конструкции моста на гибких длинных нитях. Ветер раскачивал ее, но подвесные нити не рвались. Оставалось только рассчитать нагрузки и сечения. Так появились в инженерной практике прочные и красивые подвесные мосты...
Сейчас уже существуют десятки технических структур, созданных инженерами и архитекторами по образу и подобию природных. Мы рассмотрели лишь небольшую их часть. Но и приведенных примеров вполне достаточно, чтобы признать — в бионике появилось новое направление, имя которому — биоархитектура; использование строительного опыта природы значительно повлияло на принципы современной архитектуры.
Рис. 16. Фрагмент нерватуры листа в сильно увеличенном виде (слева) и фрагмент перекрытия выставочного зала в Турине (архитектор П. Нерви) (справа)
Заимствование природных конструкций благотворно сказалось на архитектурных формах современных зданий и сооружений, нашло свое выражение в ряде созданных за последние годы пространственных решетчатых конструкций, которые состоят из большого количества отдельных стержней, подвергающихся продольным усилиям, т. е. растяжению или сжатию. Применяются с этой целью и складчатые конструкции, оболочки, служащие несущими конструкциями и состоящие из искривленных поверхностей: материал таких конструкций в идеальном случае подвергается действию нормальных усилий и усилий сдвига, но не усилий изгиба. Посмотрите на рис. 16 и вы увидите, как удачно итальянский архитектор Пьер Луиджи Нерви использовал принцип конструкции листа дерева в перекрытии зала туринской выставки. Стометровый пролет без опор перекрыла легкая конструкция из армоцемента толщиной всего в 4 см — все перекрытие пронизано креплениями, расположенными абсолютно так же, как и нерва-тура листа. Второй пример успешного копирования природной пространственной системы — изображенный на рис. 17 железобетонный каркас свода (пролет длиной около 200 м), созданный также Нерви.