Тщательно продуманной структурой конструктивными. Бионика в архитектуре: применение, формы. Предмет и понятие бионики

Раскрывая секреты природных организмов, можно получить новые возможности в современном строительстве и архитектуре. Таким направлением стала бионика, которая объединила в себе познания биологии и технологий. Бионика призвана решать инженерно-технические задачи, основываясь на результатах исследований объектов живой природы.

История

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

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. Обе конструкции внутри полые. А узлы стеблей играют роль колец жесткости.

Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу.

Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей

Первые попытки использовать бионику в строительстве предпринял Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля известен и как «природа, застывшая в камне». Каза Батло, Каза Мила - ничего подобного избалованная архитектурными изысками Европа, да и весь мир, еще не видели.

Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле. В 1921 году бионические идеи нашли отражение в сооружении Рудольфа Штайнера Гетеанум, и с этого момента зодчие всего мира взяли бионику на вооружение.

Со времен Гетеанума и до сегодняшних дней в бионическом стиле было построено большое количество как отдельно взятых зданий, так и целых городов.

Сегодня современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в Шанхае - дом Кипарис, в Нидерландах - здание правления NMB Bank, Австралии - здание Сиднейской оперы, Монреале - здание Всемирного выставочного комплекса, Японии - небоскреб SONY и музей плодов.

В России тоже законы живой природы были воплощены в архитектуре “доперестроечного” периода: Останкинская радиотелевизионная башня в Москве, Олимпийские объекты - велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе - ресторан «Бермет» и др.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни 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.

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.

Что же такое сооружение в бионическом стиле?

Первое впечатление о здании в бионическом стиле - постройки выбиваются из правильной геометрии. Природные формы объекта будят воображение. В бионике стены подобны живым мембранам. Пластичные и протяженные стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов.

Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму.

Прав был Великий Антонио Гауди, сказав, что «архитектор не должен отказываться от красок, а напротив использовать их для придания жизни формам и объемам. Цвет - это дополнение формы и самое яркое проявление жизни».

Только представьте, войдя в органическое здание, вы ощущаете себя погруженным в чудесный мир, наполненный светом прозрачного цвета. Цвет создает особый мир интерьера, оживляя и открывая материалы, просвечивающиеся под слоем краски. Цвет живет и движется по своим законам. Создается впечатление, что он влияет на усиление либо ослабление функций здания и пространства.

В бионическом строении благодаря постоянно меняющемуся балансу взаимодействия желаний и пространственных возможностей человек испытывает ощущение движения - в покое, и покоя - в движении пространства. Малейшее движение сдвигает баланс сил, благодаря чему меняется восприятие пространства.

Постоянство и изменение, симметрия и асимметрия, защищенная индивидуальность и широкая открытость существуют в хрупком равновесии. Заметьте, и в движении, и в покое всегда присутствует ощущение равновесия.

Бионика в Вашем доме

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".

То, какой стиль мы выберем для своего нового дома или дачи, зависит только от нашей фантазии. Бионика доказала, что архитектура – это не только палочки и кирпичики. Применить элементы бионики у себя дома или на участке может каждый.

Так, в интерьере – это, прежде всего, светильники и встроенная мебель c великолепной отделкой. Они позаимствованы у самой природы. Выбирая же строительные материалы для дома, лучше отдать предпочтение тем, которые не просто долговечны, но и лучше сохраняют тепло. Это обеспечит в будущем экономию электроэнергии на обогревателях и кондиционерах.

Ландшафт на участке нетрудно сделать неповторимым. Для этого лишь обратите внимание на уже имеющиеся камни, ветви, трещины и т.д. Применив немного фантазии, можно создать альпийскую горку (сооружение из камней и растительности, присущей высокогорному климату).

Если имеется большое старое дерево, не спешите его пилить. Его дупляные полости можно использовать, например, как бар для напитков или даже как беседку для отдыха. Здесь не нужен будет кондиционер, так как даже в зной дерево обеспечит постоянную температуру примерно 22 градуса.

Как показывает практика, потенциал неизученных секретов природы огромен. Не надо только бояться их изучать, не надо ограждаться от природы стенами построек, разрушая при этом наш общий дом.

В своей сущности бионика, как архитектурный стиль, стремится создать такую пространственную среду, которая бы всей своей атмосферой стимулировала именно ту функцию здания, помещения, для которой последние предназначены. В бионическом доме спальня будет спальней, гостиная - гостиной, кухня - кухней.

Рудольф Штайнер говорил: «Духовный аспект создания бионических форм связан с попыткой осознать предназначение человека. В соответствии с этим архитектура трактуется как место, где раскрывается смысл человеческого бытия».

Природа и люди строят по одним и тем же законам, соблюдая принцип экономии материала и подбирая для создаваемых систем оптимальные конструктивные решения (перераспределение нагрузки, устойчивость, экономию материала, энергии).

Науку, занимающуюся изучением строения и функционирования живых организмов, чтобы использовать это для решения инженерных задач, создания новых приборов и механизмов, называют бионикой (от греческого bios «жизнь»). Этот термин впервые прозвучал 13 сентября 1960 г. в Дайтоне на американском национальном симпозиуме «Живые прототипы - ключ к новой технике» и обозначил новое научное направление, возникшее на стыке биологии и инженерного искусства. Праотцом бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов основаны на строении крыла птицы.

Длительное время бионика развивалась скачкообразно. Сначала инженеры и конструкторы находили удачное решение какой-либо задачи, а через некоторое время обнаруживалось, что у живых организмов существуют аналогичные конструктивные решения и, как правило, оптимальные.

Сегодня бионика имеет несколько направлений. Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

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 чем же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб - одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение ХХ века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1128 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами - перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты - аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить еще несколько таких зданий-городов.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Нервная система живых организмов имеет ряд преимуществ перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком:
1. Гибкое восприятие внешней информации независимо от формы, в которой она поступает (почерк, шрифт, цвет, тембр и т. д.).
2. Высокая надежность: технические системы выходят из строя при поломке одной или нескольких деталей, а мозг сохраняет работоспособность при гибели даже нескольких сотен тысяч клеток.
3. Миниатюрность. Например, транзисторное устройство с таким же числом элементов, как головной мозг человека, занимало бы объем около 1000 м 3 , тогда как наш мозг занимает объем 1,5 дм 3 .
4. Экономичность потребления энергии - разница просто очевидна.
5. Высокая степень самоорганизации - быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.

Эйфелева башня и берцовая кость

К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось воздвигнуть башню, которая символизировала бы и величие Французской революции, и новейшие достижения техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан проект инженера-мостовика Александра Гюстава Эйфеля. В конце ХIХ столетия башня, названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой. 300-метровая башня стала своеобразным символом Парижа. Ходили слухи, будто бы построена башня по чертежам неизвестного арабского ученого. И лишь спустя более чем полстолетия биологи и инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями.

Изучение механизмов памяти ведет к созданию «думающих» машин для автоматизации сложных процессов производства и управления.

Давно известно, что птицы, рыбы, насекомые очень чутко и безошибочно реагируют на изменения погоды. Низкий полет ласточек предвещает грозу. По скоплению медуз у берега рыбаки узнают, что можно отправляться на промысел, море будет спокойным. Животные-«биосиноптики» от природы наделены уникальными сверхчувствительными «приборами». Задача бионики - не только найти эти механизмы, но и понять их действие и воссоздать его в электронных схемах, приборах, конструкциях.

Изучение сложной навигационной системы рыб и птиц, преодолевающих тысячи километров во время миграций и безошибочно возвращающихся к своим местам для нереста, зимовки, выведения птенцов, способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов.

В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Например, термочувствительный орган гремучей змеи различает изменения температуры в 0,0010C; электрический орган рыб (скатов, электрических угрей) воспринимает потенциалы в 0,01 микровольта, глаза многих ночных животных реагируют на единичные кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м3 (=1мкг/л).

Многие живые организмы имеют такие анализаторные системы, которых нет у человека. Например, у кузнечиков на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение. У акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры в 0,10С. Устройство, воспринимающее радиоактивное излучение, имеют улитки, муравьи и термиты. Многие реагируют на изменения магнитного поля (в основном птицы и насекомые, совершающие дальние миграции). Есть те, кто воспринимает инфра- и ультразвуковые колебания: совы, летучие мыши, дельфины, киты, большинство насекомых и т. д. Глаза пчелы реагируют на ультрафиолетовый свет, таракана - на инфракрасный и т. д.

Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что у них есть две системы ориентации - дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя - по запаху (химизм прибрежных вод).

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. А сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов.

А во-вторых, в живой природе постоянство форм и структур биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Их функционирование, как правило, периодично. Эта разница между природными и техническими системами очень существенна с инженерной точки зрения.

Живые системы значительно многообразнее и сложнее технических конструкций. Биологические формы часто не могут быть рассчитаны из-за их необычайной сложности. Мы просто еще не знаем законов их формирования. Тайны структурообразования живых организмов, подробности происходящих в них жизненных процессов, устройство и принципы функционирования можно узнать лишь с помощью самой современной аппаратуры, что не всегда доступно. Но даже при наличии новейшей техники очень многое остается «за кадром».

Быстрее, выше, сильнее!

Изучение гидродинамических особенностей строения китов и дельфинов помогло создать особую обшивку подводной части кораблей, которая обеспечивает повышение скорости на 20–25% при той же мощности двигателя. Называется эта обшивка ламинфло и, аналогично коже дельфина, не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что устраняет турбулентные завихрения и обеспечивает скольжение с минимальным сопротивлением. Такой же пример можно привести из истории авиации. Долгое время проблемой скоростной авиации был флаттер - внезапно и бурно возникающие на определенной скорости вибрации крыльев. Из-за этих вибраций самолет разваливался в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы нашли выход - крылья стали делать с утолщением на конце. Через некоторое время аналогичные утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекозы. В биологии эти утолщения называются птеростигмы. Новые принципы полета, бесколесного движения, построения подшипников и т. д. разрабатываются на основе изучения полета птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Тема: « Бионика в архитектуре »

Выполнила: Лаврентьева Ксения

Самара - 2015 год

Введение

1. Понятие бионика

2. Зарождение бионики

3. Архитектурно - строительная бионика

4. Конусообразные конструкции

5. Конструкции с предварительным напряжением

6. Оболочки

7. Конструкции, имеющие вид спирали

8. Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкции

9. Примеры конструкций

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

Уже к началу XX века архитектура претерпела существенные изменения. Сказались последствия научно-технической революции - появление железобетона и опыт непосредственного использования металла в качестве строительного материала. Сказались также изменения социального порядка - рост городов, промышленных предприятий, демографическая проблема. Необходимость строить быстро, прочно, много, и дешево оказывала давление на архитектуру и обусловила ее характер и тенденции развития в XX-ХХI веках.

Это определило рождение интеграционных дисциплин и течений в науке, технике и искусстве, одним из примеров которых и является архитектурная бионика.

Архитектурно-бионическая практика породила новые, необычные архитектурные формы, целесообразные в функционально-утилитарном отношении и оригинальные по своим эстетическим качествам. Это не могло не вызвать к ним интереса со стороны архитекторов и инженеров.

Использование в технике и в архитектуре законов и форм живой природы вполне правомерно. В мире все взаимообусловлено. Нет вещей и явлений, которые бы не были связаны непосредственно или опосредованно между собой, нет непроходимых барьеров между живой природой и искусственными формами и конструкциями. Существуют законы, объединяющие весь мир в единое целое и порождающие объективную возможность использования в искусственно создаваемых системах закономерностей и принципов построения живой природы и ее форм. Основой этому служит биологическое родство человека и живой природы.

Актуальность темы обусловлена прогрессирующим развитием использования бионических форм в предметной среде, окружающей человека, начиная с древнего мира. Всё больше и больше биоформы оказывают влияние на всё, что создаётся человеком, в частности, на архитектуру. С развитием технологий и появлением всё новых материалов возможности использования бионических форм в архитектуре становятся практически безграничными. Важность изучения дисциплины бионика неоспорима, как неотъемлемая часть архитектуры.

Целью работы является рассмотрение возможности использования бионических форм в архитектуре.

Задачи работы заключаются в изучении самого понятия бионики, бионической архитектуры, в изучении основных направлений бионической архитектуры и примеров использования бионических форм в архитектуре.

1 . Понятие бионика

Бионика -- наука, изучающая живую природу, с целью использования полученных знаний в практической деятельности человека.

Бионика (англ. bionics, от bion -- живое существо, организм; греч. Bioo -- живу).

Термин бионика впервые появился в 1960 г., когда специалисты различных профилей, собравшиеся на симпозиум в Дайтоне (США), выдвинули лозунг: «Живые прототипы -- ключ к новой технике». Бионика явилась своеобразным мостом, связавшим биологию с математикой, физикой, химией и техникой.

Одна из важнейших целей бионики -- установить аналогии между физико-химическими и информационными процессами, встречающимися в технике, и соответствующими процессами в живой природе.

Специалиста-бионика привлекает все многообразие «технических идей», выработанных живой природой за многие миллионы лет эволюции.

Особое место среди задач бионики занимают разработка и конструирование систем управления и связи на основе использования знаний из биологии. Это -- бионика в узком смысле слова.

Бионика имеет важное значение для кибернетики, радиоэлектроники, аэронавтики, биологии, медицины, химии, материаловедения, строительства, архитектуры и др.

К задачам бионики относятся также освоение биологических методов добычи полезных ископаемых, технологии производства сложных веществ органической химии, строительных материалов и покрытий, которые использует живая природа.

Бионика учит искусству рационального копирования живой природы, изысканию технических условий целесообразного использования биологических объектов, процессов и явлений.

Один из возможных путей здесь -- функциональное (математическое, или программное) моделирование, заключающееся в изучении структурной схемы процесса, функций объекта, числовых характеристик этих функций, их назначения и изменения во времени.

Такой подход дает возможность изучать интересующий процесс математическими средствами, а техническое воплощение модели осуществить тогда, когда в принципе установлена ее эффективность и осталось проверить экономические, энергетические и другие возможности конструирования такого рода модели имеющимися техническими средствами.

Существует и другой путь -- физико-химическое моделирование, когда специалист в области бионики изучает биохимические и биофизические процессы с целью исследования принципов превращения (включая разложение и синтез) веществ, происходящих в живом организме. Этот путь более всего примыкает к химико-технологической проблематике и открывает новые возможности в развитии энергетики и химии полимеров.

Третий подход, развиваемый бионикой -- это непосредственное использование живых систем и биологических механизмов в технических системах. Такой подход принято называть методом обратного моделирования, так как в этом случае специалист-бионик изыскивает возможности и условия приспособления живых систем для решения чисто инженерных задач, иначе говоря, пытается моделировать на биологическом объекте техническое устройство или процесс.

Возникшая в ответ на запросы практики бионика послужила началом исследований, основанных на применении биологических знаний во всех областях техники.

бионика архитектура конусообразный конструкция

2 . Зарождение бионики

Достигнув определённого потолка в развитии искусственных механизмов, люди для дальнейшего поступательного движения вперёд стремятся позаимствовать те принципы и методы, с помощью которых созданы и функционируют живые организмы.

Неофициальный титул «отца бионика» принадлежит Леонардо да Винчи. Этот великий гений в истории цивилизации первым попытался использовать опыт природы при построении рукотворных машин. Из его чертежей и записей ясно, что при разработке собственного летательного аппарата главная роль им отводилась воспроизведению того же механизма, с помощью которого птицы машут крыльями и создают подъёмную силу (рис.1) . Эти идеи да Винчи были невостребованными вплоть до прошлого столетия, когда под воздействием развития кибернетики учёные обратили пристальное внимание на деятельность так называемых «живых систем» (то есть объектов природы).

Окончательно, как наука, бионика оформилась в 1960 году на симпозиуме учёных в Дайтоне.

Пионером использования принципов бионики при сооружении зданий стал великий каталонский архитектор конца XIX ? начала XX веков Антонио Гауди. Именно Гауди первым стал не просто привносить в архитектурные сооружения декоративные элементы природы, а придал постройкам характер окружающей среды.

Профессиональные архитекторы, ландшафтные дизайнеры и просто ценители прекрасного до сих пор не перестают восхищаться гениальными архитектурными решениями Гауди при сооружении Парка Гуэля (рис.2): чего стоит только своеобразная колоннада, выполненная в стиле античных портиков, представляющая из себя подобие сросшихся стволов деревьев.

Бионические принципы архитектуры в начале 1920-х годов воспринял и развил Рудольф Штайнер. В 1921 году Рудольф Штайнер создал свой «Гетеанум» (рис. 3), после чего и началось широкое применение бионики при проектировании зданий и сооружений.

Благодаря развитию научных методов, расширению базы знаний и появлению возможности детального математического моделирования архитекторы прошлого пришли к выводу, что большинство архитектурных принципов и законов, над которыми человечество опытным путём проб и ошибок билось тысячелетиями, находилось у нас под самым носом, в природе.

Поэтому главной задачей бионики в архитектуре является поиск в природных биологических системах оптимальных решений возникающих архитектурных задач. Идёт изучение законов формирования и структурообразования живых тканей, конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

3 . Архитектурно - строительная бионика

Архитектурная бионика в недавнем прошлом - это осмысление природных форм в строительных конструкциях, новые возможности архитектурного формообразования.

Архитектурная бионика сегодня (необионика) - это попытка увязать экологические аспекты и высокие технологии с архитектурой.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

Немало замечательных сооружений в далеком прошлом человек создал, копируя архитектурные формы растительного мира. Всмотритесь в легкие африканские постройки, и вы увидите в них очертания ульев (рис.4), древневосточные пагоды напоминают стройные ели с тяжело висящими ветками (рис.5), мраморная колонна Парфенона -- олицетворение стройного ствола дерева (рис.6), колонна египетского храма подобна стеблю лотоса(рис.7), готическая архитектура-- воплощение в бесстрастном камне конструктивной логики, гармонии и целесообразности живого.

Вспомните знаменитые Кижи (рис.8). Их купола напоминают луковицы. Церковь в Филях (рис.9), как живой организм, уменьшается с высотой, развивается от центра к периферии. Вся она как бы трепещет, все в ней тонко и гармонично. Храм Василия Блаженного тот же главный ствол, от которого кверху и в сторону идет разветвление и размельчение форм (рис. 10).

Удивительное родство приемов! Словно зодчие договорились об общности своих творческих принципов. Полистав страницы истории строительного дела, можно найти еще множество примеров копирования человеком архитектоники живой природы. Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что древнее строительное искусство было подобно организации живой природы лишь по форме. У природы зодчие учились гармоничности пропорций, логичному распределению объемов здания, подчинению второстепенного главному, верному сочетанию размеров деталей, конструктивной правде, но они не знали главного -- законов формообразования, секретов самоконструирования живого.

Внутренняя организация живого, конструктивная сторона листа, стебля злака и ствола дерева стали объектом исследования ученых более поздних времен. Эти исследования и заложили основу архитектурной бионики.

Яркий пример шубной архитектурной 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. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб.

Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей -- кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы, в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были придуманы на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Мы выяснили, что есть несколько направлений в архитектурной бионике: Конусообразные конструкции, Конструкции с предварительным напряжением, Оболочки, Конструкции, имеющие вид спирали, Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкции. Сейчас мы их и рассмотрим.

4 . Конусообразные конструкции

В живой природе функция и форма тесно сближены и взаимно обусловлены. Образование механических тканей живых организмов связано с интенсивностью роста и влиянием многих внешних факторов. Поэтому для конструктивной формы, например, стволов и стеблей растений характерно распределение строительного материала по линиям максимальных напряжений. Опорные элементы организма обладают значительной частью его массы.

Одной из опорных форм в природе является конус. Он присутствует в конструктивном построении крон и стволов деревьев, стеблей и соцветий, грибов, раковин и пр. Среди конусообразных форм природы встречаются два начала.

Первое - это начало устойчивости. Оно выражается в форме статичного конуса, или конуса гравитации (конус основанием вниз). Это оптимальная форма для восприятия ветровых нагрузок и действия сил тяжести. Ее легко заметить в кроне или стволе ели (рис.11а), в шляпке или ножке белого гриба, сморчка обыкновенного, у гриба зонтика.

Второе начало - это начало развития, которое выражается в форме динамического конуса, или конуса роста (конус основанием вверх). Примерами конуса роста являются гриб бокальчик(рис.11б), гриб лисичка, слоевища некоторых видов лишайника кладонии.

Но чаще в природе проявляется взаимодействие двух конусов. На основании комбинаций двух одинаковых или разных по своему началу конусов возникают различные формообразования. Примером являются кроны многих деревьев, которые внизу начинают развиваться по принципу конуса роста, а заканчиваются по принципу конуса гравитационного - вершиной вверх. Архитекторы в своем творчестве нередко используют принцип конуса. Так, в конструкции Останкинской телебашни (рис.12) отчетливо виден конус гравитации. Принцип конуса роста лежит в основе построения водонапорной башни в Алжире. Ярким примером взаимодействия двух конусов является конструкция водонапорной башни известного русского архитектора В. Шухова (1896)(рис.13)

5 . Конструкции с предварительным напряжением

Среди травянистых растений нашей средней полосы широко распространено растение манжетка обыкновенная(рис.14). Его легко заметить по складчатой форме листьев и сверкающей капельке влаги, которая часто скапливается у основания листа. Именно благодаря складчатой форме листьев растение и получило свое название - сложенные ровными складочками его листья напоминают старинные кружевные манжеты.

Ребристая форма листа придает ему, по сравнению с такими же листьями, имеющими гладкую поверхность, дополнительную жесткость, прочность и устойчивость в пространстве.

Лист манжетки благодаря ребристой форме удерживает тяжелую каплю воды и не сминается под тяжестью во много раз большей, чем его вес. В этом заключается одна из интереснейших закономерностей природы - сопротивляемость конструкций по форме

Она проявляется не только в складчатых листьях, но и тогда, когда листья или лепестки растений свертываются в трубочку, закручиваются в спираль, образуют причудливые желоба, то есть принимают другую пространственную форму без затрат на это дополнительного строительного материала. Такое изменение формы в пространстве обеспечивает растению, его листьям и цветкам наибольшую прочность и позволяет, например, закрученным длинным листьям рогоза держаться в вертикальном положении, а нежным, длинным лепесткам венерина башмачка противостоять ветру.

Принцип сопротивляемости конструкций по форме, существующий в природе, нашел широкое применение в современном строительстве. Складчатая конструкция - одна из простейших среди многообразия пространственных конструкций. Образованные из плоских поверхностей, они просты в изготовлении и в монтаже. Они могут перекрывать весьма большие сооружения, например, зал ожидания на Курском вокзале (рис.15)или легкоатлетический (рис.16).

6 . Оболочки

В мастерской природы часто встречаются конструкции в виде сводов различных пространственных форм (скорлупа ореха и яйца, панцири и раковины животных, гладкие листья, лепестки растений и др.). Пространственно изогнутые и тонкостенные, они, благодаря непрерывности и плавности формы, обладают свойством равномерного распределения сил по всему сечению. Геометрия формы помогает этим сводчатым конструкциям стать прочнее. Именно потому, что лепесток цветка изогнут, он выдерживает удары капель дождя, садящихся на него насекомых, а тонкие сводные панцири морских ежей, крабов и раковины моллюсков - давление воды в глубине моря.

Идеальную по прочности форму изобрела природа для тонкой яичной скорлупы. В ней также нагрузка из одной точки передается на всю ее поверхность. Но своеобразие этой конструкции не только в особой геометрической форме. Несмотря на то, что толщина скорлупы равна примерно 0,3мм, она состоит из 7 слоев, каждый несет свою определенную функцию. Слои не расслаиваются даже при самых резких изменениях температуры и влажности, представляя собой яркий пример совместимости материалов с различными физико-механическими свойствами. Повышенную прочность яичной скорлупе придает еще тонкая эластичная пленка, которая превращает скорлупу в конструкцию с предварительным напряжением.

С развитием городов и ростом населения перед строителями встала задача проектирования больших по размеру зданий без тяжелых трудоемких покрытий и промежуточных опор. Поэтому легкие и прочные, тонкостенные и экономичные природные сводчатые конструкции заинтересовали архитекторов. Принцип конструкции этих оболочек лег в основу создания легких, большепролетных стальных и железобетонных покрытий различной кривизны, которые нашли широкое применение при строительстве спортивных комплексов, кинотеатров, выставочных павильонов и т. д. Основное качество таких покрытий - легкость, и чем больше пролет, тем легче купол. В современных постройках толщина купола измеряется миллиметрами, и получили такие купола название оболочек-скорлуп.

Примерами таких конструкций являются кровля выставочного павильона в Париже, напоминающая лепесток цветка, она перекрывает без опор пролет более 200 м, крыша выставочного павильона в Ереване, купол цирка в Казани (рис.17), крыша торгового центра в Челябинске (рис.18), имеющая вид оболочки двоякой кривизны, покрывающей без единой промежуточной опоры площадь более гектара.

7 . Конструкции, имеющие вид спирали

Спираль - одна из форм проявления движения, роста и развития жизни. По закону спирали развивается Галактика и живой организм, например, растения. Первым, кто отрыл, что растущее растение описывает спираль, был Чарльз Дарвин. Описывая спираль, вытягиваются стебли растений, двигаясь по спирали, раскрываются лепестки некоторых цветов, например, флоксов, развертываются побеги папоротника.

Спираль в то же время является в природе и сдерживающим началом, направленным на экономию энергии и материала.

Лишь изменяя форму конструкции, придавая ей вид спирали, природа, таким образом, достигает в конструкции дополнительную жесткость и устойчивость в пространстве.

Так, например, завиваются в спираль, приобретая этим дополнительную жесткость, тонкие и длинные стебли огурцов или тыквы, длинные листья рогоза и тонкие ножки грибов. Раковины простейших одноклеточных организмов форманифер и раковины моллюсков, закрученные в одной или разных плоскостях (турбоспирали) - это также проявление способа достижения наибольшей прочности при экономном расходовании материала. Благодаря завитой форме такие тонкостенные конструкции выдерживают большое гидродавление при погружении на глубину.

Закрученная форма природных конструкций, как способ достижения большой устойчивости в пространстве при экономном расходовании «строительного» материала, подсказала архитекторам новую форму спиралевидной основы здания - турбосомы. Турбосома аэродинамична, любые ветры лишь обтекают ее тело, не раскачивая и не принося ей никакого вреда. Она может быть использована при строительстве высотных домов.

Спиральные башни «Mode Gakuen» (рис.19)это 170 метровое, 36-этажное учебное заведение, расположенное на главной улице города Нагоя, перед станцией Нагоя, в префектуре Айти (Aichi), Япония. Форма зданий похожа на крыло - с широкой частью на вершине. Здание постепенно меняет ось вращения с высотой, благодаря чему форма здания образует изгиб. Форма спиральных башен немного меняется при просмотре с разных углов обзора, благодаря чему они выглядят элегантно, но динамично. Сильная внутренняя вертикальная труба опоры виднеется сквозь отверстия между тремя крыльями, что подчёркивает смелый дизайн, но и не выбивается из общего вида.

8 . Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкци и

Широкое распространение в природе имеют плоские и пространственно-изогнутые ребристые, сетчатые и перекрестные (решетчатые) конструкции, в которых основной материал концентрируется по линиям главных напряжений.

Тонкий лист растения или прозрачное крылышко насекомого обладают достаточной механической прочностью благодаря разветвляющейся в них сетке жилок.

Этот каркас выполняет основную (несущую) роль, тогда как другие элементы конструкции, например, пленка листа или мембрана крыла, могут достигать минимального сечения. Это также один из примеров достижения прочности при минимальной затрате материала. Тонкие крылышки стрекозы коромысла делают до 100 взмахов в секунду, шмеля - более 200, комнатной мухи - до 300, а комара дергуна - до 1000 взмахов.

Заинтересовал архитекторов и принцип конструкции листьев растений. Лист растения обладает достаточной механической прочностью, которая в значительной степени зависит от жилок, пронизывающих его плоскость от основания до верхушки.

Особенно привлек к себе внимание лист тропического растения Виктории регии (рис.28), встречающегося в водах Амазонки и Ориноко. Плавающие листья этой крупной водяной кувшинки вырастают до 2-х метров в диаметре и выдерживают, не погружаясь в воду, вес до 50 кг. С нижней стороны этот лист как бы укреплен толстыми и прочными прожилками, похожими на канаты. Продольно изогнутые жилки скреплены между собой серповидными поперечными диафрагмами. Такая конструкция создает прочную основу для размещения между жилками тонкой полупрозрачной пленки листа. Взяв за основу жилкование листа Виктории регии, итальянский архитектор П. Нерви сконструировал плоское ребристое покрытие фабрики Гатти в Риме и покрытие большого зала Туринской выставки, добившись большого конструктивного и эстетического эффекта.

Принцип построения листа Виктории регии использовали наши архитекторы при сооружении потолка фойе Тульского драматического театра (рис.20). Они протянули по потолку железобетонные нервюры, которые несут огромный пролет.

Используется в архитектурной практике и принцип построения природных пространственно-решетчатых систем: радиолярий, диатомовых водорослей, некоторых грибов, раковин, даже микроструктура головки тазобедренной кости. В этих моделях особенно ярко проявляется принцип распределения материала с расчетом на самые случайные и разнонаправленные действия нагрузок. Например, структура головки тазобедренной кости построена так, что никогда не работает на излом, а только на сжатие и растяжение. Подобная система может быть использована в конструировании опорных рам, ферм, подъемных кранов.

9 . Примеры конструкций

На рисунке 21.в. изображена шаровидная морская звезда. Ее опорный скелет (рис. 21.б) состоит из известковых пластинок, соединенных между собой мускулами. Мелкие пластинки образуют кожу. Шарообразное расположение скелетных пластинок подсказало строителям конструкцию жилого дома и других строительных сооружений. По аналогии с шарообразной морской звездой в Англии построено укрытие для радиолокатора (рис.21.а). Диаметр его 33,5 м, оболочка ребристая. Ребра выполнены из алюминиевого сплава. Материалом для оболочки служит полиэфирный стеклопластик. Конструкция состоит из 775 элементов треугольной формы.

Радиолярии (простейшие организмы) обитают в теплых морях. Всю жизнь проводят в движении, образуют планктон - пищу для крупных морских животных. На рисунке 22 изображена радиолярия (организм отряда Nasselaria) в форме решетчатого колокола с перетяжками и многочисленными иглами, а на рисунке 23 - в форме радиально расположенных и одинаково развитых игл (организм отряда Acantharia). В центре радиолярий расположена капсула - скелетное образование для защиты ядра. Стенки капсулы пористые: для связи с окружающей средой. Великий конструктор природа придала им изящный вид.

Их форма заинтересовала архитекторов. По типу, например, решетки радиолярии (рис. 24) (организм отряда Acantharia) выполняется проект строительной конструкции с перекрытием большой площади. В Москве и в других городах нашей страны можно встретить сейчас дома, элементы строительных конструкций которых заимствованы у радиолярий

Заимствуя у природы принцип конуса и другие секреты, строители соорудили Останкинскую телевизионную башню (рис.12), утолщенную у основания и остроконечную. Внешне она напоминает стебель или иглу. Ее общая высота 540 метров 74 сантиметра. Масса ее 55 тысяч тонн. Внутри смонтировано семь лифтов, из них четыре скоростных. За 58с можно подняться на смотровую площадку, на высоту 337 м. При сильном ветре башня может раскачиваться до 10 м, сохраняя при этом свою прочность. Внутри башни протянуты 150 стальных канатов подобно тому, как в стебле пшеницы или бамбука внутри имеются продольные волокна. Они спрятаны под бетонной «рубашкой». Вот почему башня прочная и гибкая. Она может выдерживать ветер в 15 баллов и землетрясение в 8 баллов. Надежность ее рассчитана на 300 лет.

Растения не только выдерживают механические нагрузки, но и реагируют в течение дня на изменение света, температуры, влажности. Эти способности растений использовал советский архитектор Ю.С.Лебедев. На выставке, проходившей в Москве в 1982 г., демонстрировался созданный им макет жилого дома (рис.25), который, словно цветок подсолнечника, поворачивался в течение дня вслед за солнцем.

В Голландии возведены 24 необычных дома (рис.26). Внешне они напоминают деревья. Первый этаж построен в виде ствола, а на нем - гигантские кубы, в которых размещены жилые помещения.

Изучение слоистого строения скорлупы куриного яйца помогает инженерам создать новые строительные слоистые материалы с отличными механическими свойствами, легкие, пропускающие воздух и препятствующие проникновению влаги. На рисунке изображен жилой дом в форме яйца (г. Базель, Швейцария) (рис.27). Наибольший диаметр дома равен 7,2м. Оболочка его трехслойная, замкнутая, эллиптическая, из полиэфирного стеклопластика. Дом без углов, с двумя окнами, на трех опорах. На постройку такого дома расходуется небольшое количество материала.

Заключение

Архитектурная бионика - это новая страница в развитии строительной техники и зодчества, это осознанная, вызванная требованиями нашего времени необходимость изучить инженерные решения природы, познать законы, секреты ее строительного мастерства, это целенаправленный поиск оригинальных архитектурных форм, идеально рассчитанных самой природой.

В том, что архитекторы и строители, как и радиотехники, электроники, кораблестроители, авиаконструкторы, машиностроители и специалисты многих других отраслей техники, обратились к природе, к ее строительному искусству, нет ничего случайного. Ведь архитектурно-строительная мастерская природы без устали работает по крайней мере 2700 млн. лет, в то время как у человека строительная практика исчисляется лишь несколькими тысячелетиями существования материальной культуры.

В живой природе все предельно гармонично. В архитектуре заимствуется гармония содержания и формы, обогащается эстетика. Природа порождает у человека чувство жизнеутверждения, стремления к свету, теплу. Все это архитекторы стремятся отразить в камне, металле, кирпиче, бетоне.

Список использованной литературы

1. Архитектурная бионика. Под редакцией Ю.С. Лебедева - М. Стройиздат, 1990. -269с.

2. Вопросы бионики. Отв. ред. М.Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967.

3. Бондарь, Е.В. Социальная экология: Учебное пособие / В.Бондарь. Ставрополь: Изд-во СГУ, 2005.- 149 с.

4. «Мастерская природы» Художник А.Семенцов-Огиевский -М.: Изобразительное искусство,1981г.

5. Ресурсы интернета: www.wikipedia.org http://www.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Архитектурно-строительная бионика. Принципы "зеленой" (органической) архитектуры. Творчество Р. Пиетиля. Основные постройки Аалто. Проект инженера-мостовика Г. Эйфеля. Аналогия строения стеблей злаков и некоторых современных высотных сооружений.

курсовая работа , добавлен 15.09.2013

Архитектурный стиль как совокупность характерных черт и признаков архитектуры. История и основные этапы развития архитектуры времен Античности, Средневековья, Возрождения, барокко, классицизма. Факторы, повялившие на формирование современной архитектуры.

презентация , добавлен 05.12.2013

Город как природно-техногенная система. Зонирование территории городов - природные аналогии. Физические факторы в городах. Оценка воздействия физических факторов в городской среде. Архитектурная бионика, использование природных аналогий в архитектуре.

реферат , добавлен 15.10.2014

Развитие доминирующих типов монументального строительства. Комбинация базилики и центрического сооружения. Характеристика типов структур и конструкций в архитектуре Византии. Основные композиционные типы церковных сооружений в романской архитектуре.

контрольная работа , добавлен 11.04.2019

Понятие архитектуры как искусства и науки строить, проектировать здания и сооружения. Архитектурные стили, востребованные в архитектуре, их применение в строительстве. Особенности византийского и готического стилей. Связь развития архитектуры и времени.

презентация , добавлен 18.05.2015

Сущность и специфика львовского классицизма, его отражение в архитектуре города. Распространение данного направления в конце XIX века. Исторические предпосылки развития эклектики. Развитие нового направления в архитектуре Львова - модерна в ХХ веке.

презентация , добавлен 18.12.2010

Появление новых течений в архитектуре. Принципы архитектуры постмодернима. Философия Альдо Росси и ее воплощение в архитектуре. Приемы и принципы постмодернистской архитектуры. Работа с архитектурным объектом как с "текстом" и в пространстве смыслов.

реферат , добавлен 30.03.2015

Священные, религиозные и святые здания. Стили храмовой архитектуры. Восточная школа культовой архитектуры. Архитектура Древнего Китая. Религии, оставившие свой след в архитектуре Китая. Основные исторические этапы развития китайской культовой архитектуры.

реферат , добавлен 25.05.2012

История происхождения, особенности формирования и характеристика стиля барокко, его роль в мировой архитектуре. Описание храмовой архитектуры эпохи барокко. Специфические черты русского барокко, сущность и значение пятиглавых храмов в его архитектуре.

реферат , добавлен 17.04.2010

Стиль архитектуры модерна и его принципиальные отличия. Причины его появления и заката. Пути развития и различные течения модерна в России. Орнамент как органическая часть сооружения. Примеры использования живописью и графикой приемов орнаментализации.

Чеснова Карина

В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» проведен анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №9

Г. Выксы Нижегородской области

БИОНИКА В АРХИТЕКТУРЕ:

ПРИРОДА – СТРОИТЕЛЬ, ЧЕЛОВЕК – ПОДРАЖАТЕЛЬ?

Физико-математическое отделение

Секция физическая

Работу выполнила

ученица 10 класса МБОУ СОШ №9

Чеснова Карина Ахлимановна

Научный руководитель:

учитель физики МБОУ СОШ №9

Демина Елена Константиновна.

г.Выкса

2012 г.

Аннотация…………………………………………………………………………3

Введение…………………………………………………………………………..4

1. Теоретическая часть

1.1 История зарождения науки «Бионика»……………………………………...6

1.2 Бионика как современное направление в физике…………………………..8

1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления..………………...10

2 Практическая часть

2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике…...12

2.2 П в архитектуре…………...14

…………………………..15

2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам……………………………………………………….17

2.5 Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен……………………………….18

Заключение…………………………………………………………………...…..21

Список литературы………………………………………………………………22

Аннотация

В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» я провела анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам. Это стало возможным после изучения научной литературы по теме «Бионика. Архитектурные сооружения».

Таким образом, целью данной работы стало

Методы исследования :

изучение научной литературы;

В результате проведенного исследования подтвердилась гипотеза о том, что природа – строитель всего в мире, а человек – ее подражатель.

Думаю, что моя работа «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» будет интересна тем, кто интересуется всем новым, современным и перспективным, кто мечтает о своем теплом и уютном доме по принципам архитектурной бионики.

Введение

Знаете ли Вы, что через 15 лет в Шанхае должен появиться вертикальный город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек)?! Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен "принцип конструкции дерева".

И еще один факт: архитектор П. Солери спроектировал мост через реку длиной более километра по аналогии со свернутым живым листом. Эти примеры можно еще и еще продолжить не менее удивительными примерами.

Мне стало интересно узнать об этом подробнее. В результате моих поисков я познакомилась с одним из направлений современной физики – наукой бионика и ее видом - архитектурная бионика .

И вновь появились вопросы. Например, может ли человек пройти мимо заманчивой идеи - создать своими руками то, что уже создала природа?

Вид человеческий существует около ста тысяч лет. Естественно, в начале человек учился строить у природы. Звери, рыбы, птицы «подсказывали» тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него «инженерные задачи».

А современный человек? Окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей, он снова идет «на поклон» к природе. Почему? Потому что и теперь человек подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравнению со всеми известными в науке. Именно с целеустремленного «подглядывания» за природой родилась новая наука - бионика.

С другой стороны, можно привести совершенно противоположный пример: Человек сконструировал колесо, которое сослужило ему немалую службу. А ведь известно, что в природе нет такого прототипа. Значит, не всегда стоит подражать природе?

Кто же настоящий строитель всего в мире: природа или человек? Каковы принципы архитектурной бионики и ее строительные технологии?

Поиск ответов на эти вопросы и послужили написанием исследовательской работы на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?».

Актуальность исследования. Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Я считаю, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.

Технократическое развитие последних десятилетий почти полностью подчинило себе образ жизни человека. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, экологическая совместимость которой с жизнью живого организма неуклонно стремится к нулю. Одним из способов восстановления равновесия, возврата к природе и может стать архитектурная бионика.

Перед началом исследования я для себя выдвигаю следующую гипотезу : природа – главный строитель всего в мире, а человек – лишь ее подражатель .

Таким образом, целью данной работы стало изучение принципов архитектурной бионики, исследование возможности и эффективности их применения для решения инженерно-технических задач.

Основные задачи исследовательской работы:

1) изучить направления и принципы развития архитектурной бионики;

2) оценить эффективность их применения для решения технических задач;

3) найти соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам;

4) сравнить всемирно известные архитектурные сооружения (Эйфелеву и Шуховскую башни) с точки зрения архитектурной бионики.

Методы исследования :

изучение научной литературы;
сравнительный анализ полученных результатов.

1. Теоретическая часть

1.1 История зарождения науки «Бионика»

С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сначала человек мог только мечтать об этом – научиться делать то, что сделала уже природа применительно к другим живым существам.

Каждое живое существо это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве сооружений.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи , который пытался построить летательный аппарат - орнитоптер , беря за прототип крылья птиц. Так он пытался пытался воссоздать строение птичьего крыла и механизма, приводящего его в движение.

Ученые эпохи Возрождения надеялись достичь желаемого решения посредством проведения строгих математических расчетов и выкладок и создания соответствующих механических конструкций. Ведь тогда механика, опиравшаяся на математику, занимала ведущее место в ряду всех зарождавшихся отраслей механического естествознания; поэтому-то и могло тогда казаться, что все загадки природы будут разгаданы именно с помощью механики и на её основе.

В соответствии с этим человек стремился к созданию механических моделей, которые могли бы имитировать интересовавшие его предметы и явления природы.

Когда прогресс науки привел к открытию фундаментальных законов не только механики, но и физики, химии, биологии и других отраслей естествознания, оказалось следующее: опираясь на эти законы, кладя их в основу соответствующих технических устройств, можно начать осуществлять одну за другой давнишние мечты человека.

Но какими отличными от живых существ оказались конструкции, устройства, инструменты и приборы, созданные человеком!

Достаточно сопоставить орган зрения – глаз – любого животного с некоторыми оптическими приборами и инструментами, сконструированными человеком, чтобы убедиться в том, насколько совершеннее естественный орган по сравнению с искусственным устройством.

В наши дни человек вернулся отчасти к своей первоначальной идее – по возможности полнее и точнее копировать в технике то, что достигнуто в живой природе, воспроизвести это в форме конкретных технических решений. Так зародилась новая наука – бионика.

Как и многие другие, важные направления современного научно-технического прогресса (например, кибернетика), бионика выросла из непосредственных запросов производственной практики. Возникла она на стыке между биологией и техникой, прежде всего, радиоэлектроникой и технической кибернетикой.

Здесь стыкуются такие далеко относящиеся друг от друга отрасли человеческого знания и практической деятельности, как БИОлогия и техНИКА.

Название «бионика» происходит от древнегреческого корня «bion» - элемент жизни, ячейка жизни или, более точно, элементы биологической системы. Суть бионики - синтезировать накопленные в различных науках знания.

Итак , бионика - прикладная наука, изучающая законы формирования и структурообразования живой природы, чтобы объединить познания биологии и техники для решения инженерно – технических задач.

1.2 Бионика как современное направление в физике

Мне стало интересно, а есть ли дата рождения науки «бионика»? Оказалось, что есть. Формальной датой рождения бионики - одной из новых наук, возникшей в недалеком XX в., - принято считать 13 сентября 1960 г . - день открытия первого американского национального симпозиума на тему «Живые прототипы искусственных систем - ключ к новой технике».

Само собой разумеется, что проведение такого симпозиума стало возможным только потому, что к этому времени было накоплено большое количество данных о принципах организации и функционирования живых систем, а также появились возможности практического использования добытых знаний для решения ряда актуальных задач техники .

Различают несколько типов бионики :

- биологическую бионику , изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

- теоретическую бионику , которая строит математические модели этих процессов;

- техническую бионику , применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач.

Сегодня бионика делится на два вида :

нейробионика;
архитектурно - строительная бионика.

Нейробионика - наука об организации технических систем из нейроподобных элементов. Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных, и моделирование нервных клеток - нейронов и нейронных сетей, что дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.

Меня же заинтересовало другое направление бионики - архитектурно - строительная бионика, более подробное описание которой будет дано ниже.

Изучая информацию о бионике из различных источников, я пришла к выводу, что единого мнения о содержании этой науки до сих пор нет .

Многие специалисты считают бионику новой ветвью кибернетики, другие относят ее к биологическим наукам, но, судя по всему, наиболее правы те, кто выделяет бионику в самостоятельную науку. Но одно я поняла для себя точно: бионика - едва ли не самая популярная из молодых наук, возникших в ХХ веке и развивающаяся в XXI веке .
Также я узнала, что у бионики есть символ : скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла ... Этот союз биолога, техника и математика позволяет надеяться, что наука бионика проникает туда, куда не проникал еще никто, и увидеть то, что не видел еще никто... ... Возможно, развитие бионики уже в скором времени сделает многое непривычным в мире техники... И это еще больше меня притягивает в этой науке.

Рис.1 Символ бионики

1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления

К настоящему времени в архитектуре сложилась парадоксальная ситуация. С одной стороны, стремительное развитие технологий строительства, теорий расчета конструкций, производства новых материалов, систем компьютерного проектирования, а с другой - все тот же человек (архитектор, заказчик, будущий потребитель), возможности которого формально ограничены лишь бюджетом и фантазией. В этой ситуации архитекторы поневоле обратили свои взоры к живой природе.

Рассматривая возможности воплощения сложнейших инженерных идей, человек не мог не обратить свое внимание на результат деятельности гениальнейшего архитектора Вселенной – природу. За миллионы лет она создала такие совершенные формы и структуры, которые идеально организованы, гармонично взаимодействуют между собой и находятся в равновесии с окружающей средой. Возможность использования опыта живой природы в строительстве современных архитектурных сооружений и стала предметом изучения этого архитектурного направления.

Архитектурно - строительная бионика – наука, которая изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

К началу 1980-х годов благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов ЦНИЭЛАБ (лаборатория архитектурной бионики) архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектурной науке и практике. Были созданы многочисленные архитектурные проекты, проведены испытания новых конструкций, написаны и опубликованы сотни статей…

В результате многолетних теоретических и экспериментально - проектных работ лаборатории Ю.С.Лебедева сложились основные направления развития архитектурной бионики как науки :

Основные теоретические положения;

Методика архитектурно - бионического моделирования;

Использование форм живой природы в архитектурной практике;

Проблемы формообразования живой природы;

Вопросы обеспечения жизнедеятельности живых систем;

Проблема использования в архитектуре природных проявлений гармонии - пластики, пропорций, ритмов, симметрии - асимметрии;

Исследование тектонических форм живой природы, принципов их трансформации и способности природных конструкций накапливать упругую энергию;

Вопросы гармоничного формирования архитектурно - природной среды (экологический аспект архитектурной бионики).

Каждое из направлений архитектурной бионики имеет относительно самостоятельное значение, однако все они нацелены на решение единой задачи совершенствования архитектурных форм, их гармонизацию.

Архитектурная бионика сегодня, в начале XXI века, приобретает особое значение, так как рассматривает в совокупности систему «живая природа (среда) - архитектура (техника) - человек», благодаря чему социальная и техническая сферы получают возможность развиваться в гармоническом единстве с окружающей природой.

Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Можно сказать, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.

2 Практическая часть

2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике

В ходе исследования я выяснила: оказывается, принципы живой природы в строительстве и технике ранее уже применялись, хотя и, в большинстве случаев, неосознанно.

Например, не так давно, во второй половине XX века, инженеры совершенно неожиданно открыли, что прочность Эйфелевой башни связана с тем, что ее конструкция в точности повторяет строение большой берцовой кости человека (совпадают даже углы между несущими поверхностями), хотя при создании башни инженер не пользовался живыми моделями. Большая берцовая кость - с амая прочная кость нашего скелета, на нее ложится наибольшая тяжесть при поддержании тела в вертикальном положении. Эта кость способна выдержать нагрузку до 1500 кг (хотя ее масса только около 0,5 кг), т.е. примерно в 25 раз больше ее обычной нагрузки. Таков запас технической прочности природной конструкции.

Еще один пример: структура современных высотных сооружений (Останкинская башня, фабричные трубы и др.) полностью аналогична структуре стеблей злаков , которые 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. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей - кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.
___ _ Подобно конструкции листа дерева выполнено покрытие Олимпийского сооружения - велотрека в Крылатском (г.Москва).

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение 20-го века, как застежки «молния» и «липучки » , было сделано на основе строения пера птицы . Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект « Вертикальный бионический город-башня ». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен « принцип конструкции дерева ».
___ _ Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами - перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты - аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи . Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов.
___ _

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, 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. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

2.2 П роблемы формообразования живой природы в архитектуре

Кроме зданий, в конструкции которых используются принципы и структуры живой природы, к бионическом сооружениям относят и те, которые копируют не биологические структуры, а формы .

А первым, кто начал воспроизводить формы природы в архитектуре, считается испанский архитектор Антонио Гауди . И это был прорыв! Пожалуй, самые яркие его творения в бионическом стиле - Дом Висенса и Дом Мила в Барселоне (1883-1888), Эль Каприччо в городке Комильяс (1883-1885). Позднее, в 1900 – 1914 гг., Антонио Гауди построил в Барселоне уникальный архитектурный комплекс – парк Гуэль , многие строения которого не только имитируют разнообразные природные формы – от морских змеев до птичьих гнезд и стволов деревьев, но и буквально врастают в природный ландшафт – холмы и террасы. До сих пор парк именуют не иначе как «природа, застывшая в камне».

В начале 1920-х годов при строительстве своего антропософского центра – Гетеанума природные формы использовал Рудольф Штайнер.

Затем появился небоскреб в форме огурца в Лондоне.

С недавнего времени бионическую архитектуру можно увидеть и в России. В 2003 году в Санкт-Петербурге по проектам архитектора Бориса Левинзона были построен «Дом Дельфин» и оформлен холл известной клиники «Меди-Эстетик».

2.3 Экологический аспект архитектурной бионики

Мы, люди, всегда стремимся к комфортабельному жилью. Для нас всегда важно, чтобы место, где мы живем, работаем, отдыхаем, соответствовало нашему внутреннему мироощущению. Но, к сожалению, в силу определенных обстоятельств Советская стройка не могла дать нам того, чего мы хотели. Только недавно, а именно 10-15 лет назад наше общество смогло воочию убедиться, что «хрущевки» и «свечки» - это все-таки не предел мечтаний. Живя в мегаполисе, человек постоянно находится в состоянии стресса. Однотипные многоэтажки с рядами одинаковых окон, серые тона, бетон и давящие своей высотностью «ультрасовременные» здания оказывают депрессивное воздействие на психику. Снять этот негативный эффект может превращение своего дома в место отдохновения глаз и пункт эстетической подзарядки.

Еще одна концепция бионической архитектуры – создание эко-домов , которые строятся из природных материалов, органично вписываются в природный ландшафт и являются автономными самообеспечивающимися системами.

С этой точки зрения, к бионической архитектуре можно отнести все еще привычные нам деревенские дома, являющиеся частью вполне автономной системы отдельных сельских хозяйств. Все они являются своего рода эко-домами с той лишь разницей, что современная концепция эко-дома шагнула дальше: сегодня при проектировании экологичного жилья большое внимание уделяется разработке систем, которые позволяли бы использовать энергоресурсы природы для обеспечения его обитателя современными благами цивилизации – светом, теплом, горячей водой.

Так или иначе, все направления архитектурной бионики заслуживают внимания. Еще более интересным и целесообразным кажется синтез этих направлений. Многие архитекторы в настоящее время активно работают над проектами, которые объединяют все бионические принципы – и воспроизведение структур и систем живой природы, и подражание ее формам, и экологичность.

Сейчас, например, ученые занимаются глубоким изучением механизма фотосинтеза. С их точки зрения, этот процесс, наряду со многими другими функциями зеленого листа, может быть использован для создания так называемых «дышащих» стен, кровли-мембраны или нового поколения экологически чистых строительных материалов.

Меня же заинтересовали эко-дома из экологически чистой соломы . Солома представляет собой необычайно доступный и дешевый материал. Для того чтобы вырастить достаточное количество соломы для постройки одного дома площадью 70 м 2 , необходимо от 2 до 4 гектаров земли. При этом используется то, что обычно рассматривается в качестве отходов. Ведь основная масса соломы, остающейся после уборки урожая, сжигается. Соломенные блоки являются прекрасным теплоизолятором. Многие их тех, кто живет в соломенных домах, отмечают, что их расходы на отопление всегда в два раза меньше чем у соседей, которые живут в обычных домах.
Теплопроводность у стен, сложенных из соломенных блоков, намного ниже, чем у стен из общепринятых материалов. В частности солома по своим показателям превосходит дерево в 4 раза. Что касается кирпича, то в этом случае речь идет о семикратном превосходстве. Строительство домов из соломенных блоков является перспективной техникой. Прежде всего это связано с низким уровнем строительных затрат и простотой возведения. Кроме того, здесь в значительной мере остается место для эксперимента и проявлений индивидуальной творческой мысли.

Уже сейчас в городах мира появляется все больше «биморфных» зданий, поражающих своей красотой и гармоничностью, все чаще в конструкциях жилых домов и общественных зданий используются солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. Возможно, когда-нибудь наши дома будут похожи на птиц, деревья или цветы, сливающиеся с окружающими пейзажами, а технические решения позволят нам дышать чистым воздухом и жить в естественной природной среде, не причиняя ей вреда.

2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам

После изучения и анализа научной литературы, информации сети Интернет по изучаемой теме я решила весь найденный материал обобщить в кратком виде. Эти данные представлены в сравнительной таблице 1.

Таблица 1 « Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам»

Принцип архитектурной бионики	Биологическая (природная) система	Пример технического сооружения или средства
Структуры живой природы	Строение большой берцовой кости	Эйфелева башня (Париж)
	Структура стеблей злаков	Останкинская телебашня (Москва), фабричные трубы
	Конструкция листа дерева	Велотрек в Крылатском (г. Москва0
	Конструкция свернутого живого листа	Мост длиной 1 км через реку (П.Солери)
	Конструкция дерева	Вертикальный город-башня (Шанхай, через15 лет)
	Пористая поверхность кожи	Облицовка зданий
	Ракушки глубоководных моллюсков	Создание слоистых строительных конструкций, покрытие автомобилей
	Строение пера птиц	Застежки «молния» и «липучка»
	Строение крыла птицы	Летательный аппарат «орнитоптер» Леонардо да Винчи
Формы живой природы	От морских змеев до птичьих гнезд и стволов деревьев	Парк Гуэль А.Гауди (Испания)
	Огурец	Небоскреб в Лондоне
	Дельфин	«Дом Дельфин» в Санкт-Петербурге
		Небоскреб SONY в Японии
		Здание правления NMB Bank в Нидерландах
	Мотивы морских раковин и птичьего крыла	Здание Сиднейской оперы
Экологичность	Экологичные природные материалы: дерево, глина, солома	Эко-дома, пассивные дома
Экологичность	Механизм фотосинтеза: функции зеленого листа	«Дышащие» стены, кровля-мембрана, новое поколение экологически чистых строительных материалов

2.5 Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен

Ярким примером единства закона формирования естественных и искусственных структур я считаю всемирно известную трехсотметровую металлическую ажурную конструкцию – Эйфелеву башню в Париже.

Густав Эйфель в 1889 году построил чертеж Эйфелевой башни. Это сооружение считается одним из самых ранних очевидных примеров использования бионики в инженерии. Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера. 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. Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости. В 1866 году швейцарский инженер Карл Кульман подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем

Я живу в Выксе, в городе с богатым историческим и культурным наследием, который является хранителем богатейших индустриальных традиций. Среди памятников индустриального наследия в Выксе находятся уникальные инженерные сооружения В.Г. Шухова, которые рассматриваются специалистами как потенциальные объекты всемирного культурного наследия.

Мне стало интересно сравнить две всемирно известные башни: Эйфелеву и Шуховскую, особенно, с точки зрения архитектурной бионики.

Оказалось, что принципы архитектурной бионики использовались при конструкции только Эйфелевой башни, а проект конструкции башни Шухова основывается на математическом моделировании однополостного гиперболоида (и это оказалось даже экономически выгодным и широко используемым!). Значит ли это, что человеческая мысль шагнула дальше природной?

Результаты моего исследования представлены в таблице 2.

Таблица 2 «Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен»

Вопросы для сравнения	Эйфелева башня	Шуховская башня
Инженер-конструктор	Александр Гюстав Эйфель (1832-1923)- французский инженер, специалист по проектированию стальных конструкций.	Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939) русский инженер, изобретатель, ученый, почетный академик, Герой Труда, член ЦИК СССР.
Время и место появления	Построена в 1889 году в Париже как входная арка к Всемирной выставке. Принадлежит к замечательнейшим техническим сооружениям XIX века и ставшая впоследствии своеобразным символом столицы Франции.	Построена для Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде , проходившей с 28 мая (9 июня ) по 1 () октября года.
Принцип строительной конструкции	Основание Эйфелевой башни представляет собой квадрат со стороной в 123 метра . Ее нижний ярус, имеющий вид усеченной пирамиды , состоит из четырех мощных опор, решетчатые конструкции которых, соединяясь между собой, образуют огромные арки. Башня имеет несколько платформ и площадок. Во многих вопросах строительства башни Эйфель стал пионером: исследование свойств и напластований грунта, использование сжатого воздуха и кессонов для устройства основания, установка 800-тонных домкратов для регулирования положения башни, специальные монтажные краны для работы на высоте. В процессе работы рождались новинки строительной техники и оборудования.	Однополостный гиперболоид и гиперболический параболоид - дважды линейчатые поверхности , то есть через любую точку такой поверхности можно провести две пересекающиеся прямые, которые будут целиком принадлежать поверхности. Вдоль этих прямых и устанавливаются балки, образующие характерную решётку. Такая конструкция является жёсткой : если балки соединить шарнирно, гиперболоидная конструкция всё равно будет сохранять свою форму под действием внешних сил. Для высоких сооружений основную опасность несёт ветровая нагрузка, а у решётчатой конструкции она невелика. Эти особенности делают гиперболоидные конструкции прочными, несмотря на невысокую материалоёмкость. По форме секции Шуховской башни - это однополостные гиперболоиды вращения, сделанные из 80 прямых стальных балок, упирающихся концами в кольцевые основания. Высота башни - 25м.
Технические характеристики	Башня с удивительной легкостью вздымает на 300 с лишним метров 7 тысяч тонн металлических конструкций, словно сплетенных в удивительное кружево. Вес башни равен 10 000 тонн, причем он распределен на 4 опоры таким образом, что давление не превышает 4 кг на квадратный сантиметр (это такое же давление, как и давление на стул, на котором сидит лишь один человек весом 80 кг). Площадь основания 130 кв.метров, число ступеней лестницы – 1665 в восточной опоре.	Ажурная стальная конструкция сочетает в себе прочность и легкость: на единицу высоты Шуховской башни израсходовано в три раза меньше металла, чем на единицу высоты Эйфелевой башни в Париже. Проект Шуховской башни высотой 350 метров весит около 2200 тонн, а Эйфелева башня при высоте 300 метров весит около 7300 тонн.
Принципы архитектурной бионики	Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости. Конструкция Эйфелевой башни имеет сходное строение с берцовой костью человека, и благодаря этому обладает достаточной прочностью.
Цели эксплуатации	Сначала как арка входа на Всемирную выставку, затем как радиобашня и туристический центр – символ Франции.	Первая башня в Н.Новгороде – водонапорная
Аналогичные известные конструкции	В индийском Мумбаи построят аналог Эйфелевой башни высотой 275 метров. Это небоскреб с эксклюзивными квартирами. Планируется, что в башне будет 90 этажей.	Радиобашня на Шаболовке в Москве (150м) -1922г.; Водонапорная башня на территории Выксунского металлургического завода (40м) – конец 19в. Всего за свою жизнь В.Г.Шухов построил около 200 гиперболоидных башен различного назначения.
Применение в настоящее время	Но не своими характеристиками или уникальными техническими решениями известна Эйфелева башня. Ныне это самая узнаваемая и популярная в мире достопримечательность, ежегодно башню посещает около 6 млн. туристов, а всего за всю историю у башни было около 300 миллионов гостей.	Шуховская башня - одно из величайших архитектурных сооружений и вершина инженерной мысли, объект культурного наследия. Шуховская башня признана международными экспертами одним из высших достижений инженерного искусства.

Заключение

Каждое живое существо - это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве сооружений. С помощью бионики человечество пытается привнести достижения природы в собственные технические и общественные технологии.

В результате работы над исследованием на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» я пришла к следующим результатам и выводам :

познакомилась с определением, историей возникновения и типами науки бионика как одним из направлений современной физики;
изучила принципы архитектурной бионики и нашла им соответствие на практике;
выяснила, что архитектурная бионика - одно из самых современных и перспективных направлений современной инженерной науки, дающее практические неограниченные возможности для создания архитектурных сооружений и решения многих технических задач;
эко-дом – дом будущего;
конструкция Эйфелевой башни имеет в основе бионический принцип, а проект конструкции башни Шухова – нет (математическое моделирование однополостного гиперболоида). И это оказалось даже экономически выгодным и широко используемым!
несмотря на последний вывод, моя гипотеза о том, что природа – строитель всего в мире, а человек – ее подражатель, все-таки, в целом, верна.

Бионические формы проникли в нашу повседневную жизнь и ещё долгое время будут играть в ней значительную роль. Изучение природы человечеством ещё далеко не закончено, но мы уже получили у природы бесценные знания о рациональном строении и формообразовании, что, безусловно, доказывает актуальность и перспективность изучения науки бионики во всех её аспектах.

Одним словом, природа содержит в себе миллионы идей и моделей для созидания.

Список литературы

Крайзмер Л.П., Сочивко В.П., Бионика, 2 изд., М., 1968
Лебедев Ю.С., Рабинович В.И. и др. Архитектурная бионика, Стройиздат, 1990
Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967
Игнатьев М.Б. "Артоника". Статья в словаре-справочнике "Системный анализ и принятие решений". Высшая школа, М., 2004
Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М.Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967
Белькова Е.В. Межпредметный элективный курс «Изобретатель – природа». Статья в журнале «Современный урок» №8. 2009
Нижегородская деловая газета / "Нижегородская деловая газета" № 5 (104) от 03.05.2010 г. / Будет ли Шуховский ренессанс?