Беседы о бионике

Не так давно известный польский инженер и архитектор Адам Карвовский применил в строительстве жилых домов опыт пчел в сооружении восковых сот. Они представляют собой десятки тысяч шестигранных призм, расположенных параллельными рядами. Основание каждой призмы состоит из трех ромбов, образующих вместе пирамиду. Пчелиные соты обладают многими достоинствами. Унификация элементов здесь доведена до предела: главным и единственным конструктивным элементом всей пчелиной постройки служит шестигранная ячейка, сделанная из воска. Другое достоинство сот — их прочность. Каждый ряд ячеек пчелы кладут с "перевязкой", как каменщики кирпичную стену. Но прочность здесь — относительная, конечно, — выше, чему кирпичной стены. Соты изотропны; это значит, что их прочность одирткова во всех направлениях. Именно этими достоинствами пчелиных сооружений и решил воспользоваться Адам Карвовский при изготовлении по сотовому методу крупных панелей (рис. 3). Из шести видов панелей, изображенных на рис. 4, собираются ныне в Польской Народной Республике дома любой формы и с разным числом этажей.

Сотовые панели можно делать из самых разных материалов: из обычного железобетона, древесно-волокнистых плит, синтетических смол, шлаковой ваты, различных отходов. Вместо стали для армирования применяют пластмассы. Дома, собранные из панелей Гданьского конструкторского бюро, в 5 раз легче обычных, а затраты труда на их постройку в 20 раз меньше!

Рис. 4. Шесть видов сотовых панелей, из которых можно собирать дома любой формы и с разным числом этажей

У пчелиных сот имеется еще одно чрезвычайно важное достоинство, весь секрет которого заключается в рационально выбранной форме, в геометрическом построении восковой ячейки. Ученые не раз производили самые точные вычисления размеров главного конструктивного элемента пчелиных сот и неизменно приходили к одному и тому же результату: все острые углы трех ромбов, образующих основание каждого шестигранника, равны 70°32'. Математики доказали, что при шестигранной форме именно такая величина углов обеспечивает наибольшую вместимость сотовой ячейки при минимальных затратах строительного материала на ее сооружение.

Небезынтересно отметить, что однажды все же возникло сомнение в точности "вычислений", которые "сделали" пчелы. Один английский ученый пришел к выводу, что острый угол каждого ромба должен равняться не 70°32', а 70°34'. И стало быть, пчелы все же немного ошиблись. Неизвестно, как долго длился бы этот спор, если бы не случилось одно неожиданное происшествие, не имевшее к пчелам никакого отношения.

А случилось вот что. В бурю перевернулся и затонул недалеко от берега английский корабль. Следствие установило, что он был неправильно рассчитан, так как кораблестроители пользовались изданием логарифмических таблиц, в котором были опечатки. Вот тогда-то и выяснилось, что этим же изданием логарифмических таблиц пользовался английский ученый, заявивший, что пчелы неверно решили задачу о наибольшей вместимости ячеек. Когда же он проверил свои вычисления по другим таблицам, то выяснилось, что правы были пчелы!

Итак, за миллионы лет эволюции пчелам удалось методом проб и ошибок найти самую экономичную и самую емкую форму сосуда для хранения меда.

А нельзя ли нам, людям, воспользоваться опытом мохнатых тружениц и тоже хранить в сотах, но только железобетонных, разные продукты, например зерно? Безусловно, можно! И не только можно, но и настоятельно необходимо. Ведь ежегодно в нашей стране строятся десятки элеваторов для хранения зерна. А обычный элеватор — это просто ряд труб — силосов. Совершенства здесь мало, а железобетона расходуется много. Толщина стенок круглых монолитных башен весьма велика. И не потому, что прочность этого требует, их иначе сделать невозможно. В тонкий зазор — щель между кольцами опалубки — бетонную смесь не заложишь и уплотнительный вибратор не вставишь, волей-неволей приходится делать силосы массивными.

Иное дело сотовый элеватор, конструкцию которого разработали советские инженеры. Он строится просто и быстро. Уже в первом, высотой в пятнадцатиэтажный дом, сотовом элеваторе, сооруженном в Купино, в степи под Новосибирском, стенки силосов, собранные всего лишь из двух типовых железобетонных элементов, стали намного тоньше, бетона пошло меньше, а надежность конструкции значительно возросла. Следом за купинским поднялся в Целинограде еще более совершенный элеватор сотовой конструкции. На него ушло примерно на 30% меньше бетона, чем на его монолитного "предка", а затраты труда сократились вдвое!

Но тысячевековой опыт пчел в сооружении сот оказался полезным не только строителям жилых домов и зернохранилищ. Его весьма успешно используют при строительстве плотин, шлюзов и многих других сложных и ответственных объектов.