Надутые ветром паруса кораблей и вертящиеся крылья ветряных мельниц всегда служили наглядными примерами использования людьми энергии ветра. Воздушный шар, дирижабль и парашют — это тоже примеры использования воздуха в технических целях. Эти конструкции, можно считать предшественниками пневматических несущих структур, применяемых в строительстве.

Ф.Отто принадлежит заслуга широкого и систематического внедрения пневматических несущих структур как "самых легких конструкций" во многие сферы строительного дела. Данное им определение пневматических несущих структур звучит следующим образом: "Пневматическими считаются такие конструкции, в которых формирование и обеспечение устойчивости структуры осуществляется полностью или в значительной степени за счет разности давлений, вызываемой с помощью газов, жидкостей, пеноматериалов или насыпных материалов. Прототипом может служить знакомый всем аэростат: обвисшая оболочка при заполнении газом приобретает заранее заданную форму и в результате оказывается способной воспринимать не только само давление газа, но и дополнительную полезную нагрузку. Работающие на растяжение пневматические конструкции могут быть выполнены без больших затрат труда из легких, прочных пленок, легко складываемых и транспортируемых. Этим конструкциям придается большое значение ввиду их малого веса.

В пневматических конструкциях предварительное напряжение обеспечивается за счет разности давлений подобно тому, как это мы наблюдаем в емкостях, замкнутых со всех сторон и находящихся под давлением изнутри своего объема (например, баллон со сжатым газом). Оболочки открытых резервуаров, заполненных жидкостями, могут натягиваться и обеспечивать тем самым заданную форму за счет давления собственной массы жидкости. Такая система уже не может считаться предварительно напряженной в том случае, когда внутреннее заполнение в ней отсутствует и, следовательно, в ней не могут возникать напряжения, обеспечивающие ей необходимую форму и устойчивость . ..

Работающие на растяжение пневматические конструкции принадлежат к большой группе висячих и растянутых конструкций".

В живой природе мы сталкиваемся с большим количеством жизненно важных органов, обладающих растягивающими и трансформирующими свою форму оболочками. Примерами таких структур, к которым вполне применимо приведенное определение Ф.Отто, являются желудок, мочевой пузырь и грудная клетка животных, а также находящийся в области гортани большой голосовой мешок самца одного из видов древесных лягушек, который при заполнении его воздухом раздувается так сильно, что становится больше, чем голова лягушки.

Растягивающаяся и напрягаемая брюшная стенка живота у человека и других млекопитающих работает благодаря мышечным тяжам по тому же принципу, что и эластичная емкость, заполняемая воздухом.

Помимо мембран или пленок растительного происхождения, по аналогичному принципу построена, например, несущая структура подводного воздушного колокола водяного паука, которую можно сравнить со строительным объемом, образованным за счет давления воздуха.

Несущая структура, не испытывающая сжатия, - взаимодействие натянутых тросов (строп) и работающей на растяжение мембраны парашютного купола. В отличие от свободно падающего предмета, который испытывает ничтожное сопротивление воздуха, парашют с помощью воздушной подушки на небольшой скорости опускается вниз.

Разомкнутая пневматическая система парашют, парус. Несущая структура, не испытывающая сжатия, взаимодействие натянутых тросов (строп) и работающей на растяжение мембраны воздушного шара.

Давление газа растягивает оболочку воздушного шара. Подъем обеспечивается в том случае, когда общая масса конструкции, находящаяся под воздействием газа, меньше наружного давления воздуха на шар.

Замкнутая пневматическая система: притяжение воздушный шар, аэростат.

Несущая структура, не испытывающая сжатия, - взаимодействие натяжных тросов, обеспечивающих устойчивость структуры, и трубообразиой мембраны, работающей на растяжение.

К.Зигель отмечает, что при одинаковой прочности всех стенок заполненный жидкостью эластичный резервуар, покоящийся на плоском основании, принимает пластичную форму, которая может быть заранее определена без наличия какой бы то ни было творческой интуиции, а исключительно с помощью оперирования определенными физико-математическими закономерностями. Здесь уместна и правомерна аналогия формообразования, основанная на применении естественнонаучных законов в природе и в технике, которая иллюстрируется на примере противопоставления форм нефтехранилища и водяной капли. Форма складчатой медузы тоже подчиняется тем же закономерностям.

Как известно, надуваемые сжатым воздухом резиновые купола давно и с успехом применяются французскими строителями в качестве опалубки; этот способ строительства и сегодня находит широкое применение при монтаже полусфер.

Говоря о развитии несущих структур, устойчивость которых обеспечивается за счет их пневматических свойств, следует констатировать, что проекты, программы и патенты, связанные с сооружением пневматических несущих структур, в которых были использованы знания и опыт, полученные при строительстве дирижаблей и воздушных шаров, начали появляться уже в 1917 г. Однако всем проектам надувных домов суждено было тогда оставаться воздушными замками, ибо в тот период ощущался недостаток подходящих материалов для изготовления достаточно надежных и воздухонепроницаемых мембран.

Только после второй мировой войны целенаправленное научное развитие и производство поддерживаемых давлением воздуха мембран, изготовляемых на основе биостойких синтетических пленок, армированных тканью, позволили, по мнению специалистов, широко применять пневматические несущие структуры в строительстве сооружений с различными эксплуатационно-технологическими характеристиками.

Пневматические своды и купола доказали свои преимущества в качестве гибких покрытий, особенно для сооружений временного характера. Их выгодно применять для устройства складских помещений в промышленности и сельском хозяйстве, для обеспечения возможности ведения строительных работ в зимнее время, для возведения крытых спортивных сооружений (например, плавательных бассейнов, гимнастических залов, конных манежей), для покрытия больших объемов в случае каких-либо катастроф.

Минимально необходимая разность давлений для обеспечения устойчивости несущей структуры должна составлять 20 — 30 мм водяного столба. Такое избыточное давление соответствует нормальному перепаду давления для высоты 20—30 м, т.е. той разнице давлений, которая существует между первым и десятым этажами многоэтажного здания.

Надувная сферическая оболочка диаметром 48,8 м и собственной массой около 13 т выполнена из ткани, покрытой слоем пластмассы (общая толщина 1,8 мм). Оболочка постоянно находится под небольшим избыточным внутренним давлением воздуха (около 37 мм вод. ст.), которого достаточно, чтобы обеспечить надежность конструкции даже при скорости ветра в 160 км/ч.