Беседы о бионике

В последнее время в отечественной и зарубежной печати много пишут о так называемых "надувных сооружениях". Этой новинкой инженеры также всецело обязаны "изобретательству" природы. Ранней весной то тут, то там можно увидеть "чудо": нежные ростки растений взламывают асфальтовую "броню" толщиной 8 — 10 см. Подобное чудо повторяется ежегодно несметное число раз. Разрушение асфальта нежными ростками невольно поражает воображение. Откуда такая "прочность" у этих маленьких и хрупких созданий? Какая сила помогает им пробить асфальт, чтобы выбраться на волю, к теплу и солнцу?

У растительных клеток есть протоплазма и оболочка. При проникновении в клетку воды увеличивается объем клеточного сока, заключенного в особые пузырьки, вкрапленные в протоплазму. Вследствие этого облегающая пузырьки протоплазма плотно прижимается к клеточным оболочкам и растягивает их, подобно тому как надутые автомобильные камеры растягивают шины. Это напряжение клеточных оболочек, вызванное внутриклеточным давлением, называется тургором. Тур-гор и является той "силой", которая позволяет росткам "взрывать" асфальт, пробиваясь к теплу и свету. Он же создает упругость листьев и стеблей. Когда на ваших глазах сорванные и увядшие цветы "отходят" в воде, в их тканях нарастает тургор.

При нормальных условиях абсолютная величина внутриклеточного давления колеблется в пределах от 5 до 10 атм, а в отдельных случаях она во много раз превышает давление пара в котлах самых мощных локомотивов и достигает 108 атм. Здесь весь материал, как это нередко наблюдается в природе, работает на растяжение.

В 1951 г. советский инженер Л. Арсеньев, используя принцип тургора, разработал конструкцию надувного здания. Это новшество поначалу многие расценили как "весьма сомнительное", "практически неосуществимое". Но прошло несколько лет, и использование принципа тургора привело к появлению совершенно новой области строительной техники — к созданию пневматически напряженных конструкций. Пневматическое напряжение, создаваемое избыточным давлением газа или жидкости, обеспечивает гибкой герметичной оболочке несущую способность и устойчивость при любых видах нагрузок. Сейчас принцип тургора получил широкое применение в аэро- и гидростатической архитектуре США, Англии, Франции, Польши, СССР и других стран.

Различают два основных типа пневматических конструкций — воздухоопертые и еоздухонесомые (рис. 5 и 6). Возможны и комбинации конструкций этих двух типов, а также использование пневматических элементов в сочетании с жесткими конструкциями.

Рис. 5. Схема воздухоопертого купола. 1 — оболочка; 2 — анкерующий балласт; 3 — воздуходувка; 4 — тамбур (шлюз)

К воздухоопертым относятся системы, в которых избыточное давление воздуха порядка 20-100 мм водяного столба создается в самом эксплуатируемом объеме сооружения. Такое давление практически не ощущается человеком. Избыточное давление поддерживается с помощью вентиляторов или воздуходувок низкого давления. Они автоматически регулируются так, чтобы поддерживать внутри здания постоянное давление; при бурях включаются добавочные вентиляторы. На случай перерывов в подаче тока к моторам, приводящим в действие вентиляторы, воздухоопертое сооружение оборудуется запасной насосной установкой.

Рис. 6. Схема воздухонесомого арочного свода. 1 — пневматическая арка; 2 — компрессор; 3 — ограждающая оболочка; 4 — опорная пята арки

Герметичность сооружения обеспечивается воздухонепроницаемостью материала оболочки и ее плотным сопряжением с основанием. Основанием надувного здания в самом простом случае служит контурная труба из мягкого материала, заполненная водой или песком, которая располагается прямо на выровненной площадке. В более капитальных сооружениях делается сплошное бетонное основание, на котором укрепляется оболочка. Варианты крепления оболочки к основанию очень разнообразны. Чтобы слегка сжатый воздух не уходил из надувного здания при входе и выходе людей, здание оборудуется специальными герметическими дверями.

Таким образом, сооружение воздухоопертого типа состоит в общем случае из следующих конструктивных элементов: гибкой тканевой или пластмассовой оболочки, анкерных устройств различных типов, входного шлюза, имеющего две попеременно открывающиеся двери, и автоматических устройств для подачи воздуха и поддержания постоянной разности давлений.