Lekkie struktury przestrzenne

Należy przypomnieć sobie, jak o tym pisał A. Burow: ,,Stos drewna różni się od współczesnego samolotu drewnianego »Ławoczkin« czy »Mosquito« w zasadzie tym, że warstwy drewna dla samolotu są świadomie ustawiane i łączone żywicą syntetyczną. Nasza architektoniczna psychologia, w sensie pojmowania materiału i nieumiejętności kierowania nim, jest zbliżona do stosu… Należy tak zmienić nasze wyobrażenie o materiale, żeby dom był bliżej samolotu niż stosu drewna. Nie w sensie kształtu nie proponuję kopiować samolotu, a w sensie pojmowania materiału, jego właściwości i jego stosowania. Ale zmienić psychologię architekta, a tym bardziej użytkownika jego twórczości wcale nie jest proste” (program uprawnienia budowlane na komputer).

„Ażeby wykorzystać uzyskane właściwości materiałów, ich wielokrotnie wzmożoną wytrzymałość, w konstrukcjach przyszłości będą przeważać elementy pracujące na rozciąganie, sprężyste i giętkie, na podobieństwo struktur organicznych bezwładne masywy materiałów, ciężkie monolity nieuchronnie będą obumierać w miarę rozwoju techniki budowlanej. Lekkie struktury przestrzenne, systemy wiszące i konstrukcje pneumatyczne, których prototypy już stworzono, prawdopodobnie o wiele lepiej określą charakter zabudowy miast przyszłości…” Autor spróbuje teraz przeanalizować dane przytoczone w dwóch tablicach (program uprawnienia budowlane na ANDROID). Podstawowe wskaźniki pradawnego materiału budowlanego drewna, stali i zbrojonych tworzyw sztucznych.

Włókna szklane

Są to trzy grupy materiałów: drewno, metal oraz zbrojone tworzywa sztuczne, a zatem materiały naturalne, sztuczne i syntetyczne. Łączy je i odróżnia od wielu innych materiałów jedna wspólna właściwość wysoka wytrzymałość na rozciąganie. Ale różnią się one bardzo jeden od drugiego pod względem innych właściwości. Średnia gęstość objętościowa drewna budowlanego waha się mniej więcej w granicach od 0,5 (świerk, sosna) do 0,8 g/cm¹ (dąb) a gęstość objętościowa stali i laminatów szklanych wynosi odpowiednio 7,8 i 1,5-1,9 g/cm¹ (uprawnienia budowlane).

Drewno jest to materiał anizotropowy, jego właściwości wzdłuż i w poprzek włókien różnią się przy pracy na ściskanie mniej więcej 10-15 razy, a na rozciąganie - 20-30 razy. Metale (a stal w szczególności) są izotropowe, ich właściwości fizyczne (wytrzymałość, sprężystość) są jednakowe we wszystkich kierunkach (program egzamin ustny). Dla laminatów szklanych właściwość ta jest w pewnym stopniu odmienna, zależy ona od charakteru i materiału zbrojenia - włókna szklanego, tkaniny szklanej, maty szklanej, jednak osiągnięcie ich całkowitej izotropowości jest praktycznie niemożliwe, gdyż nie ma sposobu, aby równomiernie ułożyć w trzech kierunkach nawet krótkie włókna. Ale też nie jest to konieczne, dlatego że główna zaleta konstrukcyjnych laminatów szklanych polega na anizotropowości i na wykorzystaniu wysokiej wytrzymałości na rozciąganie włókien szklanych (żywica nie wpływa w sposób istotny na ten wskaźnik) (opinie o programie).

Wytrzymałość na rozciąganie drewna (sosny, świerku), mniej więcej 120 MPa, odpowiada sprężystemu odkształceniu materiału (separacji mię- dzyatomowej) o wielkości ok. 1% i wynosi 1/10-1/20 wytrzymałości teoretycznej. Wytrzymałość techniczna na rozciąganie szkła wynosi 60-80 MPa, a włókien szklanych, stosowanych do zbrojenia laminatów szklanych, ok. 2000 MPa (tj. taka sama jak stali o dużej wytrzymałości) (segregator aktów prawnych). Teoretyczna wytrzymałość jest 1000 razy wyższa (80 000 MPa). Osiągnięciu 1/4 wytrzymałości teoretycznej szkła towarzyszy mniej więcej 25-procentowe wydłużenie, a przy 1-2-procentowym wydłużeniu włókien w materiałach konstrukcyjnych wytrzymałość zmienia się zgodnie z prawem Hooke’a. Wymieniona wyżej wytrzymałość na rozciąganie drewna (sosna, świerk) odpowiada sprężystemu odkształceniu materiału, równemu mniej więcej 1% i wynosi 0,1-0,2 jego wytrzymałości teoretycznej (promocja 3 w 1). Jest to wysoki wskaźnik dla materiału konstrukcyjnego. Moduł Younga dla drewna wzdłuż włókien wynosi ok. 12 000-15 000 MPa, a jednostkowy moduł sprężystości podłużnej jest w przybliżeniu równy temu wskaźnikowi dla stali i aluminium. Wskaźnik ten dla drewna jest prawie 1,5 raza większy niż dla zbrojonych tworzyw sztucznych.