Bionika architektury, czyli jak wiele współcześni architekci i konstruktorzy zawdzięczają osiągnięciom natury cd.

2. PRZYKŁADY ANALOGII W NATURZE I ARCHITEKTURZE

2.1. NATURA NIEOŻYWIONA

Czynniki zewnętrzne wyraźnie kształtują otaczający nas krajobraz, który musi poddać się działającym nań siłom. Doskonale uwidacznia się to w formowaniu przez wiatr wydm pustynnych czy „rzeźbieniu” przez wodę otoczaków w strumieniu. Podobnie buduje się obiekty wysokie, nadając im opływowy kształt, aby zmniejszyć opory powietrza i co za tym idzie zwiększyć wytrzymałość całej konstrukcji.[3]

Niewielka ilość wody przyjmuje na płaskiej powierzchni formę kropli, którą konstruktorzy wykorzystali przy tworzeniu zbiorników kroplokształtnych do przechowywania cieczy. Struktura taka wykorzystuje zasadę napięcia powierzchniowego utrzymującego zawsze ten sam kształt kropli, pozwalającą na zmniejszenie do minimum grubości ścian zbiorników (we wszystkich punktach ścian panują jednakowe naprężenia południkowe i równoleżnikowe).[7]



2.2. NATURA OŻYWIONA

2.2.1. KOMóRKA, ORGANIZMY JEDNOKOMóRKOWE

Komórka jest podstawową jednostką budująca każdy żywy organizm. Jej forma ewoluowała na przestrzeni wieków, zawsze jednak posiadła pewne podstawowe cechy wspólne. Składa się ona z zespołu organelli zawieszonych w cytoplazmie i otoczonych ścianą albo błoną komórkową przyjmującą obły kształt. Właśnie ten kształt czyni komórkę podobną do konstrukcji pneumatycznych. W obu przypadkach forma zależy ściśle od różnicy ciśnień pomiędzy wnętrzem, a przestrzenią zewnętrzną i jest specyficznym kompromisem wynikającym z istniejącego rozkładu sił.[1]

Niektóre organizmy jednokomórkowe, jak na przykład radiolaria, tworzą zadziwiające konstrukcje. Gdy przyjrzymy się im pod mikroskopem, mamy jednoznaczne skojarzenia z kopułowymi strukturami prętowymi o dużej nośności w stosunku do ciężaru samej konstrukcji. Zarówno natura, jak i konstrukcja architektoniczna wykorzystują tu zasadę ekonomi w wykorzystaniu materiału budowlanego.[6]



2.2.2. KRóLESTWO ROŚLIN

Procesem niezbędnym dla istnienia roślin jest przeprowadzenie fotosyntezy i wytworzenie dzięki temu energii. Dlatego tak ważnym organem są dla nich liście, które przy wykorzystaniu zdolnościom fototropicznym „podążają” w kierunku promieni słonecznych. Powyższą zasadę wykorzystali twórcy pawilonu Wenezueli na wystawę Expo2000 w Hanowerze. Konstrukcja przypominająca wiązkę liści za pomocą komputera podnosi się lub opada, regulując dopływ promieni słonecznych.[4]

Aby umożliwić liściom ruch rośliny wytworzyły tzw. żyłki, które są ich „zbrojeniem” i pozwalają im uzyskać większą sztywność, niezależnie od czynników zewnętrznych. Analogicznie pracują żebra przenoszące w konstrukcji sklepień główne siły i niosące przeważającą część obciążenia.[8] Kolejnym udoskonaleniem wzmacniającym długie liście jest sam ich kształt. Większość z nich przybiera formę zbliżoną do tarczownicy, co zabezpiecza je przed łamaniem się pod własnym ciężarem.[7]

Rośliny trawiaste posiadają w dość regularnych odstępach charakterystyczne zgrubienia usztywniające je i uodparniające na podmuchy wiatru. Architekci znaleźli podobny sposób, aby poradzić sobie z problemem smukłości budynków wysokich. Co kilka pięter stosują tzw. kondygnację techniczną, spełniającą podobną funkcję.[6]

Prawdziwą kopalnią pomysłów są dla konstruktorów drzewa. Począwszy od ich formy, która jest zwykłym wspornikiem, pracującym na tych samych zasadach, co maszty i wieże, kończąc na koronie będącej inspiracją do kreowania systemów stropów i fundamentów o dużej nośności dzięki równomiernemu rozłożeniu sił.[5]



2.2.3. KRóLESTWO ZWIERZĄT

Żyjące w środowisku wodnym mięczaki o muszlach dwuklapowych stanowiłyby łatwy cel dla drapieżników, gdyby nie wytworzyły specyficznej konstrukcji ochronnej. Ich muszle w przekroju posiadają budowę zestawionych ze sobą powłok walcowych, wykorzystywanych często jako przekrycia hal o dużych rozpiętościach, dzięki możliwości przenoszenia o wiele większych obciążeń, niż analogiczne przekrycie o płaskiej powierzchni oraz zdecydowanie lepszej sztywności.[8] W naturze dość dużą grupę stanowią zwierzęta jajorodne. Swoje przyszłe potomstwo ukrywają one w skorupach jajek będących doskonałym przykładem powłok bardzo cienkich w stosunku do swoich pozostałych wymiarów. Na tej samej zasadzie architekci projektują kilkucentymetrowe powłoki żelbetowe o rozpiętości kilkudziesięciu metrów, a czasem więcej.[3]

Kolejną inspiracją dla konstruktorów mogą być nietoperze, szybujące w powietrzu dzięki rozpiętym między kończynami błoniastym, bardzo wytrzymałym skrzydłom. Podobne błony rozpina się pomiędzy specjalnymi masztami, budując wszelkiego rodzaju konstrukcje membranowe stanowiące lekkie przekrycia dla dużych rozpiętości.[2]

Nie bez znaczenia jest fakt, iż wśród dużych zwierząt pionowa pozycję na lądzie są w stanie utrzymać niemal wyłącznie kręgowce. Pozawala im na to kręgosłup usztywniający cały organizm. Taką samą funkcję pełni w budynkach wysokich trzon połączony z resztą konstrukcji i pracujący na zginanie.[1]

Dla celów naszych rozważań bardzo ciekawe mogą okazać się wyniki badań , które dowodzą, że w nasadzie kości udowej człowieka beleczki kostne układają się równolegle do głównych kierunków sił. Dzięki tej właściwości ich budowę można porównać do kratownicy przestrzennej, a beleczki kostne do prętów, gdyż wykorzystują tą samą zasadę konstrukcji.[7]



2.3. KONSTRUKCJE BUDOWANE PRZEZ ZWIERZĘTA

Pajęczyna stanowi doskonały przykład konstrukcji cięgnowej. Dodatkowo pająki wykorzystują do jej wytworzenia bardzo wytrzymałą na rozciąganie nić. Jej długość zerwania jest zbliżony do włókna szklanego i wynosi około 70 km.[5] Podobną strukturę, przypominającą opartą na masztach pajęczynę, zastosowano przy projektowaniu pawilonu niemieckiego na Wystawę Światową w Montrealu. Niektóre zwierzęta, jak na przykład termity żyją w koloniach przypominających ludzkie siedliska. Ich termitiery są proporcjonalnymi odpowiednikami naszych budynków wysokich z pełnym podziałem funkcji i kontrolą dostępu. Konstrukcja tych kolonii jest bardzo zbliżona do budowli murowych za sprawą wykorzystanej zasady budowania ścian o przekroju zmniejszającym się wraz ze wzrostem wysokości.[1]