Рассматриваются несущие структуры и несущие конструкции естественного и искусственного происхождения. Главная задача книги – установить теснейшие связи между техническими и архитектурными проблемами, рассмотреть конструкции не только с точки зрения их несущей способности, материалоемкости и экономичности, но главным образом с позиции их архитектурной выразительности. Предназначена для архитекторов и инженеров-проектировщиков.

Предисловие к русскому изданию
От авторов

1. Введение
Определение понятий
Процесс проектирования несущих структур
Вспомогательные средства проектирования несущих структур

2. Несущие конструкции в живой природе
Введение
Бионика - мост между природой и техникой
Биотехнические интерпретации
Биотехнические познания
Общности и различия в природе и технике
Выводы

3. Несущие конструкции зданий и сооружений
Введение
Стержневые несущие конструкции
Плоские несущие системы
Арки
Своды
Оболочки
Несущие конструкции, работающие на растяжение

Список литературы

Предисловие к русскому изданию

Книга д-ра техн. наук, архит. Оскара Бюттнера и д-ра техн. наук, инж. Эрхарда Хампе "Сооружение — несущая конструкция — несущая структура" посвящена вопросам конструирования. Авторы связывают эту тему с использованием законов конструктивного формообразования живой природы.

Идеи формообразования живой природы все больше проникают в сознание архитекторов и инженеров и переводятся на язык форм современной архитектуры, становясь достоянием строительной техники.

Сейчас уже можно насчитать не единицы и не десятки, а сотни специалистов во всем мире, участвующих в процессе отражения законов живой природы в архитектуре и строительстве.

В начале 1960-х гг. получило развитие новое направление в советской архитектурной науке — "архитектурная бионика".

Некоторыми специалистами бионика трактуется как биология + электроника, другими — как биология + техника. Советские специалисты придают архитектурной бионике более широкий смысл. Этой тематике посвящены статьи, брошюры, книги советских специалистов, на основные из которых ссылаются авторы предлагаемой читателю книги.

Необходимо обратить внимание на то, что ориентация архитекторов на живую природу может носить различный по своей философской концепции характер. Некоторые разновидности этих направлений приобретают формалистические оттенки: "биологическая архитектура" (био-архитектура), "биотектура", "биохимическая архитектура" и др. На практике они предстают в виде механистического воспроизведения био-форм, что по идее не совпадает с концепцией архитектурной бионики, направляющей мысли и действие на реальный подход к освоению форм живой природы.

Такой концепции придерживаются О. Бюттнер и Э. Хампе в своей книге. Они тщательно анализируют линии сходства и различия между архитектурой (техникой) и живой природой, а также уточняют различные аспекты связей с живой природой, ориентируясь в первую очередь на архитектурные конструкции и технологию их производства. Когда О. Бюттнер и Э. Хампе выделяют среди технических направлений "био-архитектуру", они подразумевают под этим бионическое, а не аналогичное по названию формалистическое направление.

Как показал современный опыт, использование принципов формирования конструкций живой природы в архитектуре и строительстве дает весьма эффективные результаты. Бионические конструкции благодаря действующему в них принципу саморегуляции (местной приспособляемости на сосредоточенные и динамические нагрузки) позволяют значительно повысить процент эффективности использования материала и подойти близко к расчетно-теоретическому.

О. Бюттнер и Э. Хампе на многих примерах подробно анализируют эти возможности бионических конструкций, учитывая, однако, имеющееся различие технических задач и средств в природе и архитектуре. Ведущая тема в книге — соединить в одно целое подвергшуюся ломке в условиях научно-технического прогресса систему: проектирование — конструирование — расчет — строительство, т.е. привести в соответствие деятельность архитекторов-художников и инженеров-конструкторов, технологов, строителей).

Не посвященным в тайны естественного строительства может показаться странным, но именно в постройках живой природы абсолютно последовательно осуществляется принцип единства формы, конструкции, строительного материала, способа создания форм (технологии), их гармонии и красоты. В живой природе нет разделения на архитекторов, конструкторов, технологов. В ней один создатель — сама природа, которая и соединяет в себе способности всех специалистов.

Вместе с тем возникает вопрос, что же представляет собой то главное в живой природе, которое должно стать основой бионического конструирования?

Как показал опыт, то, что берется из природы, дает новые результаты в выборе конструктивных форм, в достижении меньшей материалоемкости конструкций, повышении удельной прочности (т.е. соотношения прочностных свойств и массы конструкций) и тд.

Так, прочность паутины значительно выше прочности стали на растяжение, так как в ее тончайших нитях не может быть тех микроскопических трещин, которые возникают в металле, и "сила" паутины в ее системе, в сочетании тысяч ниточек, придающей ей особые конструктивные свойства. Так, в 2,5 кг паутины содержится 40 000 км нитей, что говорит о ее легкости и надежности: порвется десять нитей, останутся еще тысячи. Наиболее интересны и перспективны в бионическом конструировании — саморегулируемые системы: своей перестройкой такие конструктивные формы (в основном покрытия зданий) должны регулировать возникающие напряжения от нагрузок, сводя их к минимуму. В живой природе так и работают конструкции, "выбирая" для себя наиболее удобное положение для облегчения восприятия действующих внешних сил (например, изменение положения скелета человека в соответствии с перекладкой груза из одной руки в другую и т.д.).

О. Бюттнер и Э. Хампе довольно ограниченно использовали материал по трансформируемым конструкциям (коснувшись палатных, сетчатых и надувных сооружений), поскольку трансформируемые сооружения еще очень редки в практике. Однако собранный в предлагаемой читателю книге грандиозный материал по архитектуре разных эпох и народов позволил раскрыть широкую картину возможностей, таящихся для строителей в живой природе, принципы которой нашли свое применение в скромном и одновременно прекрасном народном зодчестве и грандиозных постройках современности. С большой скрупулезностью анализируется интересный материал книги, лаконичны и глубоки ее выводы.

Книга О. Бюттнера и Э. Хампе может стать настольной книгой для опытных архитекторов и инженеров и одновременно учебником по архитектонике конструкций. Ее с большим удовольствием и пользой прочитает рабочий-строитель и каждый интересующийся вопросами архитектуры и бионики.

Председатель комиссии архитектурной бионики ученого совета по комплексной проблеме "Кибернетика" АН СССР, заведующий сектором технических проблем архитектуры и лабораторией архитектурной бионики ЦНИИТИА, канд. архит. Ю.С. Лебедев

От авторов

В последние десятилетия в практической деятельности инженеров и архитекторов произошли значительные изменения, область их работы существенно расширилась, но вместе с тем более жесткой стала и система ограничений, связанных с соответствующими отраслями человеческой деятельности. Все это в значительной степени касается и вопроса разграничения сфер деятельности архитектора и инженера, рубеж между которыми определен не очень четко и порой вызывает весьма ожесточенные дискуссии.

Внутри рассматриваемой области человеческого творчества проектирование несущих структур и разработка несущих конструкций всегда были тем участком работы, где от архитекторов и инженеров требуется тесное сотрудничество. Если эта совместная работа идет согласованно, она дает отличные результаты.

Изучение общностей развития обеих родственных отраслей строительной специальности проводится в высшей школе архитектуры и строительства г. Веймара (ГДР) и находит свое отражение в практике подготовки будущих архитекторов и инженеров. Понимание задач и позиций, как своих собственных, так и специалистов смежной профессии, — неотъемлемая предпосылка успехов молодых специалистов в их будущей практической деятельности.

С помощью предлагаемой вниманию читателя работы авторы надеются способствовать решению поставленной задачи в ограниченной области профессиональных знаний, касающейся несущих структур и несущих конструкций. В книге использован обширный лекционный материал, данные научно-исследовательских работ и опыт, накопленный в процессе практического проектирования и строительства.

Многогранность рассматриваемой темы позволяет по-разному подойти к вопросу подбора и подачи материала. Авторы отдают себе отчет в том, что конкретным содержанием и оформлением данной книги они реализовали лишь одну из многих имеющихся возможностей изложении проблемы.

Авторами в основном преследуется цель ознакомить читателя с несущими структурами и несущими конструкциями в живой природе и в сооружениях, созданных руками человека. Главнейший инструмент этой первой ступени изучения проблемы — изображение, которое представляет собой важнейший результат развития знаний о функциях и совершенствовании несущих структур и конструкций, формирующий у читателя способность к пониманию принципиального характера распределения нагрузок в сооружении.

Если результатом изучения специалистами предлагаемой работы будет хотя бы частичное укрепление творческих связей между архитекторами, инженерами и технологами в процессе их совместной работы над проектированием зданий и сооружений, то авторы могут считать, что задача, которую они ставили перед собой, окажется выполненной.

Авторы выражают глубокую благодарность всем коллегам, участвовавшим в обсуждении материалов, предлагаемых вниманию читателя в этой книге, а также издательствам, предприятиям, организациям, институтам и отдельным лицам, которые помогали в подборе информационного и иллюстративного материала для данной работы.

Веймар, январь 1976 г.