lion_rat (lion_rat) wrote,
lion_rat
lion_rat

Таким может быть кирпич в XXI веке

Тенсегрити 5-призма, собраная из десяти бутылок по 0.5 литров, рыболовных снастей, скотча и лески. Весьма возможно, что такая и другие подобные структуры станут строительными кирпичами настоящих домов XXI века, а не того их жалкого подобия, которое строится и проектируется повсеместно сегодня. Посвящается Ольге Бочкарёвой, которая своей попыткой соорудить 3-призму подстегнула моё желание самому взяться за скотч и бутылки :)

DSCN0819.JPG

Не секрет, что отдельные энтузиасты давно уже строят себе дома из бутылок, желая сэкономить на стройматериале и блеснуть оригинальностью. Были даже коммерческие попытки наладить производство бутылок двойного назначения, специально приспособленных для того, чтобы из них удобно было сделать кладку, словно из кирпичей. Но естественно, как и многие другие хорошие начинания в первом, классовом торговом человечестве, это направление строительства кануло в Лету, оставшись уделом энтузиастов. Ни обыватели, ни исполнители-строители не заинтересованы в альтернативных способах строительства: первым либо влом строить самим, либо влом искать новые, более совершенные конструкции (а привычные всем дома устарели уже лет семьдесят назад, как минимум), строителям же выгодно наживаться на лени и невежестве клиентов, продавая им втридорога архаичные конструкции, построенные архаичными же методами. Ну а воровство прорабов, раздолбайство отделывающих помещения людей и.т.п. давно уже стали притчей во языцех, но поскольку ноют обо всём этом опять-таки обыватели (а они обожают жаловаться на жизнь), ничего не меняется.

Однако и дома из бутылок устарели, поскольку уже минимум шестьдесят лет существуют потенциально куда более совершенные конструкции - так называемые "тенсегрити" (от "tension integrity" - "натянутая целостность"). [Внимание! При поиске следует добавлять фамилии Фуллера, Снельсона или слова вроде "структура" и "натяжение", иначе половина результатов окажется шаманством, ибо небезызвестный Карлос Кастанеда присвоил это название для своих, типа, магических, практик]. Тенсегрити чаще всего ассоциируется с Р.Б.Фуллером и К. Снельсоном, хотя у них были и предшественники (например, Леонардо да Винчи), и последователи. Оно восходит к велосипедным колёсам, подвесным мостам, парусному вооружению кораблей и.т.п. структурам, где важнейшую роль играет растяжение, а не сжатие. Ключевая идея - как можно большая часть структуры должна работать на растяжение, которое и поддерживает форму, как можно меньшая часть - на сжатие, при этом работающие на сжатие элементы отделены друг от друга (чтобы сжатие не складывалось, а распределялось равномерно между ними), а все прочие нагрузки, в идеале, исключены. Дело в том, что многие материалы, такие как металлы и полимеры, при растяжении выдерживают гораздо большую нагрузку, чем при сжатии. Поэтому тенсегрити отличаются прочностью и лёгкостью, малой материалоёмкостью. А также - лёгкостью производства, доставки и монтажа, устойчивостью к повреждениям, автоматическим перераспределением нагрузок, возможностью делать из них быстровозводимые здания, транспорт, спускаемые аппараты космических кораблей и даже роботов.

Интервью с Р.Б.Фуллером, где он демонстрирует тенсегрити:



Прыгучесть и устойчивость к повреждениям:



Тенсегрити-тент:



В NASA всерьёз рассматривают тенсегрити как основу для будущих исследовательских аппаратов, забрасываемых на другие планеты:



Университет в Тель-Авиве не отстаёт: тенсегрити-робот с шестиствольным пулемётом :)))



Демонстрация того, как легко превратить плоскую компактную упаковку с тенсегрити в трёхмерную структуру:



Иностранный дядька высказывает гипотезу о том, что тела позвоночных устроены по принципу тенсегрити-структур, и что именно поэтому динозавры и древние безрогие носороги могли жить на суше и не ломать кости под собственным весом - нагрузки в их телах распределялись нетривиальным образом, и не так, как обычно считают инженеры. А на то, что оболочки клеток устроены по принципам тенсегрити, обратили внимание в семидесятых годах прошлого века:



Сам Р.Б.Фуллер полагал, что и всё мироздание устроено сходным образом - колоссальная "натянутая целостность, многочисленные крошечные островки сжатия посреди океана растяжения". Он относил к тенсегрити и свой знаменитый геодезический купол. Он же придумал сферы и купола, внешне похожие на геодезические, но устроеные гораздо более похоже на тенсегрити.

Неудивительно, что архитекторы заглядывались и заглядываются на тенсегрити, рисуют различные конструкции в 3D-редакторах и получают патенты, но увы, пока тенсегрити в архитектуре остаётся, по большей части, пробой пера для студентов зарубежных архитектурных вузов да объектом экспериментов для отдельных энтузиастов. Одна из причин - уже упомянутый консерватизм строительной отрасли. Другая - тенсегрити при всей простоте устройства тяжело проектировать и сложно расчитывать. Единой теории расчёта этих структур, насколько мне известно, не существует. Имеются лишь частные решения для некоторых вариантов.

Вернёмся теперь к 5-призме в начале поста. Призмы считаются наиболее простыми и понятными разновидностями тенсегрити. Самая простая из них - это 3-призма:



У неё три элемента сжатия (стержни) и девять элементов, натянутых между ними. Форма призмы сохраняется именно благодаря этим растяжкам. По тому же принципу можно сделать 4-призму, 5-призму и.т.д., при большом количестве элементов получается вот что:




Нетрудно заметить, что во всех этих призмах - от трёхстержневой до многострержневой - элементы сжатия и боковые растяжки образуют два вложенных друг в друга однополостных гиперболоида вращения, известных своими замечательными свойствами. Таким образом, Т-призмы являются ещё и гиперболоидными конструкциями, которые в начале ХХ века прославили русского инженера В.Г.Шухова. Как и те, старые конструкции, основанные только лишь на свойствах гиперболоидов, эти тенсегрити-гиперболоиды можно делать сужающимися и расширяющимися, строить из них башни и колонны вроде знаменитой Шуховской башни, а также делать из них цилиндрические балки и обтекаемые каркасы в форме конусов и веретён (например, для дирижаблей и самолётов).

Почему используются бутылки? Прямые палки или трубы нужной длины ещё надо найти или сделать, бутылки же - готовые полые строительные элементы стандартных размеров, лёгкие и прочные, легко доступны как в продаже, так и в мусоре. Бутылки являются полыми, а, как известно, использование полых строительных элементов вместо монолитных позволяет достичь большего весового совершенства. Бутылки наполнены воздухом и не тонут, сооружение из них можно ставить хоть прямо на воде. Наконец, использование бутылок восходит к идеям самого Р.Б.Фуллера, который как раз считал, что в идеале элементами сжатия в тенсегрити и геодезических конструкциях должны быть баллоны, заполненые... газированными жидкостями :) Жидкости сами по себе несжимаемы, и попытка сжать такой баллон только заставит его стенки работать на растяжение. В то же время газы, растворённые в жидкости, сжимаемы, и при резких нагрузках играют роль амортизаторов, принимая удар на себя. Такое устройство Фуллер подсмотрел у деревьев, внутри которых имеется сложная гидравлическая система. По его словам, именно благодаря ей живые деревья выдерживают очень большие нагрузки, возникающие из-за силы тяжести, ветра и осадков.

Для простоты монтажа использовались рыболовные карабины, вертлюги и поводки, а стержни из бутылок получались путём скрепления их скотчем. Однако при желании можно обойтись одной лишь леской или проволокой, или даже прочными нитями (девушки, можете пробовать собственные длинные волосы :)) - только надо аккуратно отмерять длину растяжек и уметь вязать узлы.

Исходные компоненты: 10 бытылок по 0.5 литров из-под Кока-Колы, 15 вертлюгов, 15 вертлюгов с карабинами, 10 поводков длиной 15 см, 5 поводков длиной 28 см, рулон скотча, катушка с тонкой леской. В дальнейшем, однако, выяснилось, что 15 см поводки слишком длинные, и пришлось их заменять на дополнительные 10 вертлюгов с карабинами, а 28 см поводки слишком короткие, и пришлось их нарастить десятью вертлюгами с карабинами двух разных длин.

DSCN0776.JPG

Как превратить бутылки в полые палки с помощью скотча: плотно прижать донцами так, чтобы зубцы одной вошли в углубления другой, положить на ленту скотча, намотать.

DSCN0785.JPG

Теперь, когда бутылки зафиксированы относительно друг друга, надо обмотать их скотчем, достаточно десяти оборотов:

DSCN0786.JPG

Прежде чем отрезать скотч, надо растянуть ленту для новой пары бутылок:

DSCN0788.JPG

Из 0.5 литров бутылок из-под Кока-колы получаются полые стержни длиной около 45 сантиметров:

DSCN0790.JPG

Минимальный размер бутылок был выбран из того соображения, что в тенсегрити чем меньше отдельные элементы и чем их больше, тем прочнее и легче получается структура. Дело в том, что несущие свойства сосредоточны в основном в тонком слое у поверхности элемента, а при уменьшении размеров объём убывает быстрее поверхности (закон куба-квадрата). Иначе говоря, структура облегчается быстрее, чем теряет несущие свойства. И чем больше элементов, тем меньше нагрузка на каждый, что снижает требования к прочности материала и повышает устойчивость к повреждениям.

После привязывания рыболовных снастей леской к горлышкам бутылок (самая долгая и трудоёмкая операция), сборки и изменения длин растяжек получается 5-призма:

DSCN0820.JPG

Проверка на прочность монографией В.Н.Дворянинова:

DSCN0831.JPG

Стопка книг весит килограмм 4-5, если не больше, тогда как 5-призма едва ли больше килограмма. При этом неизвестно, сколько она может выдержать ещё, ибо испытания до разрушения не проводились:

DSCN0832.JPG

Теперь стоит в комнате для стимуляции мышления :)

DSCN0841.JPG

Возможные направления совершенствования: увеличение числа стержней, уменьшение их размеров (более мелкие бутылки), составление многоэтажных структур ("Шуховские башни", "каркасы дирижаблей"), также неплохо бы так подобрать параметры элементов (удлинение стержней, их закрутка, длины растяжек), чтобы они не касались друг друга - обычно в описаниях тенсегрити пишут, что элементы сжатия друг друга не касаются, но в реальных конструкциях это скорее исключение, чем правило, и это плохо, поскольку требуется в идеале исключить какие-либо нагрузки на стержень кроме сжатия вдоль его оси. По этой же причине мне представляются сомнительными варианты тенсегрити, где в качестве элементов сжатия используются кольца или дуги.
Tags: Города будущего, Освобождение примером, Тенсегрити, Футурошок
Subscribe

  • Девочки и пушки

    Как известно, женщины давно и успешно осваивают профессии, которые считались или до сих пор считаются чисто мужскими. Похоже что теперь очередь дошла…

  • Когда пишут историю войн - логика страдает.

    Как известно, сомнения в описаниях войн прошлого у людей возникают, когда они начинают задавать очевидные, в общем-то, вопросы, которые, однако,…

  • "Книга Новостей", или пост о лютой "альтернативе".

    Внимание! Нижеследующий текст может вызвать жестокие страдания у некоторых читателей, или же публично выявить у них серьёзные изъяны в психике, будь…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments