Геодезический купол - Geodesic dome

Montreal биосферных , бывший американский павильон Expo 67 , Р. Бакминстер Фуллер , на Иль - Sainte-Helene , Монреаль , Квебек

Геодезический купол является полусферический структурой тонкой оболочки (решетки-оболочка) на основе геодезического многогранника . В треугольных элементах купола являются структурно жесткими и распределение структурных напряжений по всей структуре, что делает геодезические купола способны выдерживать очень большие нагрузки для их размера.

История

Теплица Climatron в Ботаническом саду Миссури , построенная в 1960 году и спроектированная Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc., послужила вдохновением для создания куполов в научно-фантастическом фильме « Бесшумный бег» .
Science World в Ванкувере
Science World в Ванкувере, построенный для Expo 86 и вдохновленный геодезическим куполом Бакминстера Фуллера.

Первый геодезический купол был разработан после того, как мировой войны I по Бауэрсфельд , главный инженер Карл Цейсс оптической компании, для планетария в дом свой планетарий проектор. Был запатентован первый небольшой купол, построенный фирмой Dykerhoff and Wydmann на крыше завода Zeiss в Йене , Германия . Большой купол, названный «Чудо Йены», открылся для публики в июле 1926 года.

Двадцать лет спустя Бакминстер Фуллер ввел термин «геодезический» из полевых экспериментов с художником Кеннетом Снельсоном в колледже Блэк-Маунтин в 1948 и 1949 годах. Хотя Фуллер не был первоначальным изобретателем, ему приписывают популяризацию идеи в США, за которую он получил Патент США 2682235A от 29 июня 1954 года. Самый старый сохранившийся купол, построенный самим Фуллером, находится в Вудс-Холе, штат Массачусетс , и был построен студентами под его опекой в ​​течение трех недель в 1953 году.

Геодезический купол понравился Фуллеру, потому что он был чрезвычайно прочен для своего веса, его «омнитриангулированная» поверхность обеспечивала по своей природе стабильную структуру, а также потому, что сфера заключает в себе наибольший объем при наименьшей площади поверхности.

Купол был успешно адаптирован для специализированных применений, таких как 21 купол линии дальнего раннего предупреждения, построенный в Канаде в 1956 году, купол Union Tank Car Company в 1958 году возле Батон-Руж, штат Луизиана , разработанный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. такие здания, как алюминиевые купола Kaiser (построенные во многих местах по всей территории США, например, в Вирджиния-Бич, Вирджиния ), аудитории, метеорологические обсерватории и складские помещения. Вскоре купол побил рекорды по покрытой поверхности, закрытому объему и скорости строительства.

Начиная с 1954 года, морские пехотинцы США экспериментировали с геодезическими куполами, доставляемыми с вертолета . 30-футовый геодезический купол из дерева и пластика был поднят и перенесен вертолетом со скоростью 50 узлов без повреждений, что привело к изготовлению стандартного магниевого купола компанией Magnesium Products of Milwaukee. Испытания включали методы сборки, в которых ранее не обученные морские пехотинцы могли собрать 30-футовый магниевый купол за 135 минут, вертолет поднимался с авианосцев, а также испытание на прочность, в котором закрепленный купол успешно выдержал без повреждений дневную скорость 120 миль в час ( 190 км / ч) от двух двигателей по 3000 лошадиных сил стоящего на якоре самолета.

Золотой купол 1958 года в Оклахома-Сити, штат Оклахома, использовал дизайн Фуллера для использования в качестве здания банка. Еще одним ранним примером был Степан-центр в Университете Нотр-Дам , построенный в 1962 году.

Купол был представлен более широкой аудитории как павильон для Всемирной выставки 1964 года в Нью-Йорке, спроектированный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. Этот купол теперь используется в качестве вольера в зоопарке Куинс в парке Флашинг Медоуз Корона. был переработан TC Howard из Synergetics, Inc.

Другой купол взят с выставки Expo 67 на Всемирной выставке в Монреале , где он был частью американского павильона. Покрытие сооружения позже сгорело, но само сооружение все еще стоит и под названием Biosphère в настоящее время является музеем интерпретации реки Святого Лаврентия .

В 1970 - х годах, Zomeworks лицензированы планы структур , основанных на других геометрических телах, такие как твердый Джонсон , Архимед твердые и твердые каталонской . Эти структуры могут иметь некоторые грани, которые не являются треугольными, квадратными или другими многоугольниками.

В 1975 году был построен купол на Южном полюсе , где важна его устойчивость к снеговым и ветровым нагрузкам.

1 октября 1982 года открылся один из самых известных геодезических куполов, космический корабль Земля в Эпкот на курорте Уолт Дисней Уорлд в Бэй-Лейк , Флорида , недалеко от Орландо . Здание и аттракцион внутри него названы одним из известных терминов Бакминстера Фуллера - космический корабль Земля , - мировоззрение, выражающее озабоченность по поводу использования ограниченных ресурсов, доступных на Земле, и побуждающее всех на нем действовать как слаженная команда, работающая во имя большего. хороший. Здание - это икона Эпкота, представляющая весь парк.

Для 1986 Всемирной выставки (Expo 86) , Buckminster Фуллер вдохновил геодезический купол был разработан главным архитектором Экспо Бруно Фреши , чтобы служить в качестве выставочного центра ярмарки. Строительство началось в 1984 году и было завершено к началу 1985 года. Купол и здание теперь служат центром искусств, науки и технологий и получили название « Мир науки» .

В 2000 году в чилийской Патагонии был построен первый в мире экологически чистый отель с геодезическим куполом, EcoCamp Patagonia, который открылся в следующем 2001 году. Дизайн купола отеля является ключом к сопротивлению сильным ветрам в регионе и основан на жилищах коренных жителей Кавескара. люди . Геодомы также становятся популярными как место для глэмпинга (гламурного кемпинга).

Способы строительства

Зеленый купол Лонг-Айленда

В деревянных куполах просверлено отверстие в ширину стойки . Лента из нержавеющей стали фиксирует отверстие стойки на стальной трубе. С помощью этого метода стойки можно обрезать до необходимой длины. Затем к стойкам прибивают треугольники из наружной фанеры. Купол обернут снизу вверх несколькими скрепленными слоями битумной бумаги , чтобы пролить воду, и отделан черепицей. Этот тип купола часто называют куполом со ступицей и распоркой из-за использования стальных ступиц для связывания распорок вместе.

Панельные купола построены из отдельно обрамленных бревен, обшитых фанерой. Три элемента, составляющие треугольную раму, часто разрезаются под составными углами, чтобы обеспечить плоскую посадку различных треугольников. В элементах просверливаются отверстия в точных местах, а затем стальные болты соединяют треугольники, образуя купол. Эти элементы часто имеют размер 2х4 или 2х6, что позволяет разместить больше изоляции внутри треугольника. Панельная техника позволяет строителю прикреплять фанерную обшивку к треугольникам, безопасно работая на земле или в удобной мастерской вне погодных условий. Этот метод не требует дорогих стальных ступиц.

Временные купола теплиц «Magidomes» можно построить, прикрепив пластиковую пленку к куполу, построенному из обычных пиломатериалов. В результате получается теплый, переносимый вручную и доступный по цене. Он должен быть прикреплен к земле, чтобы его не сдвинул ветер.

Стальной каркас легко может быть изготовлен из кабелепровода. Разглаживают конец стойки и просверливают отверстия под болты нужной длины. Один болт фиксирует вершину распорок. Гайки обычно устанавливаются с помощью съемного стопорного компаунда или, если купол переносной, имеют зубчатую гайку с шплинтом . Это стандартный способ возведения куполов для спортивных залов в джунглях .

Купола также могут быть сконструированы с легким алюминиевым каркасом, который может быть либо скреплен болтами, либо сварен вместе, либо может быть соединен с помощью более гибкого соединения узловая точка / ступица. Эти купола обычно одетый со стеклом , которое удерживается на месте с ПВХ колпачком , который может быть герметизирован силиконом , чтобы сделать его водонепроницаемым. В некоторых конструкциях допускается двойное остекление или крепление теплоизоляционных панелей в каркас.

Бетонные и пенопластовые купола обычно начинаются со стального каркаса купола, обернутого проволочной сеткой и проволочной сеткой для армирования. Курица провод и экран привязаны к каркасу с помощью проволочных связей. Затем на раму распылением или формованием наносится слой материала. Испытания следует проводить с небольшими квадратами, чтобы добиться правильной консистенции бетона или пластика. Как правило, необходимо нанести несколько слоев внутри и снаружи. Последний шаг - пропитать бетонные или полиэфирные купола тонким слоем эпоксидного компаунда для удаления воды.

Некоторые бетонные купола были построены из сборных предварительно напряженных железобетонных панелей, которые можно закрепить болтами. Болты находятся в приподнятых емкостях, закрытых маленькими бетонными крышками для отвода воды. Треугольники перекрывают друг друга, чтобы пролить воду. Треугольники в этом методе могут быть отформованы в формы с узором из песка с деревянными узорами, но бетонные треугольники обычно настолько тяжелы, что их приходится размещать с помощью крана. Эта конструкция хорошо подходит для куполов, потому что там нет места, где вода может скапливаться на бетоне и просачиваться сквозь нее. Металлические крепежи, соединения и внутренние стальные рамы остаются сухими, что предотвращает повреждение от мороза и коррозии. Бетон устойчив к солнцу и атмосферным воздействиям. Чтобы предотвратить сквозняки, поверх стыков необходимо нанести какой-либо внутренний гидроизоляционный слой или уплотнение. Купол Синерамы 1963 года был построен из сборных железобетонных шестиугольников и пятиугольников.

Купола теперь можно печатать на высокой скорости с помощью очень больших мобильных «3D-принтеров», также известных как машины для аддитивного производства. Материал, используемый в качестве волокна, часто представляет собой бетон или пенопласт с закрытыми порами.

Учитывая сложную геометрию геодезического купола, строители куполов полагаются на таблицы длин распорок или «хорды». В геодезической математике и как использовать его , Хью Кеннер пишет, «Таблицу коэффициентов аккорда, содержащую , как они делают информацию существенной конструкции для сферических систем, были на протяжении многих лет охраняли как военные секреты. Еще в 1966 году, некоторые 3 v , цифры Икоса из Popular Science Monthly, были все, кто вне круга лицензиатов Fuller должен был продолжить ». (стр. 57, издание 1976 г.). Другие таблицы стали доступны после публикации книги Ллойда Кана 1 (1970) и книги 2 (1971).

Купольные дома

Фуллер надеялся, что геодезический купол поможет решить послевоенный жилищный кризис. Это соответствовало его прежним надеждам на обе версии Дома Димаксион .

Жилые геодезические купола оказались менее успешными, чем купола, используемые для работы и / или развлечений, в основном из-за их сложности и, как следствие, более высоких затрат на строительство. Профессиональные опытные подрядчики по куполу, хотя их трудно найти, все же существуют, и они могут устранить большую часть перерасхода средств, связанного с фальстартами и неверными оценками. Сам Фуллер жил в геодезическом куполе в Карбондейле, штат Иллинойс , на углу Форест-авеню и Черри-Стрит. Фуллер думал о жилых куполах как о продуктах, доставляемых по воздуху, которые производятся в аэрокосмической отрасли. Собственный дом-купол Фуллера все еще существует, Дом-купол Р. Бакминстера Фуллера и Энн Хьюлетт , и группа под названием RBF Dome NFP пытается восстановить купол и зарегистрировать его как национальный исторический памятник . Он внесен в Национальный реестр исторических мест .

В 1986 году патент на технологию строительства купола с использованием треугольников из полистирола, ламинированных на железобетон снаружи и стеновых панелей внутри, был выдан компании American Ingenuity из Рокледжа, Флорида. Технология строительства позволяет собирать купола в виде комплектов и возводить домовладельцем. Этот метод превращает швы в самую прочную часть конструкции, где швы и особенно ступицы в большинстве куполов с деревянным каркасом являются самым слабым местом в конструкции. Он также имеет то преимущество, что он водонепроницаем.

Другие образцы были построены в Европе. В 2012 году купол из алюминия и стекла использовался в качестве купола для эко-дома в Норвегии, а в 2013 году в Австрии был построен купольный дом, облицованный стеклом и деревом.

В Чили примеры геодезических куполов с готовностью принимаются для размещения в гостиницах либо в виде геодезических куполов в виде шатров, либо в виде куполов со стеклянным покрытием. Примеры: EcoCamp Patagonia, Чили; и Эльки Домос, Чили.

Недостатки

Собственный дом Бакминстера Фуллера , реставрируемый после разрушения

Хотя купольные дома пользовались большой популярностью в конце 1960-х - начале 1970-х годов, как жилищная система у купола есть много недостатков и проблем. Бывший сторонник купольных домов Ллойд Кан , написавший о них две книги ( Domebook 1 и Domebook 2 ) и основавший Shelter Publications, разочаровался в них, назвав их «умными, но не мудрыми». Он отметил следующие недостатки, которые он перечислил на веб-сайте своей компании: Стандартные строительные материалы (например, фанера, стружечная плита) обычно имеют прямоугольную форму, поэтому некоторые материалы, возможно, придется утилизировать после разрезания прямоугольников на треугольники. , увеличивая стоимость строительства. Пожарные лестницы проблематичны; коды требуют их для более крупных структур, и они дороги. Окна, соответствующие коду, могут стоить от пяти до пятнадцати раз дороже, чем окна в обычных домах. Профессиональная электромонтажная работа обходится дороже из-за увеличенного рабочего времени. Даже ситуации, связанные с проводкой собственником, обходятся дорого, потому что для строительства купола требуется больше определенных материалов. Расширение и разбиение также затруднено. Кан отмечает, что купола сложно, если вообще возможно, построить из натуральных материалов, обычно требующих пластика и т. Д., Которые загрязняют окружающую среду и портятся на солнце.

Расслоение воздуха и распределение влаги внутри купола необычны. В таких условиях деревянный каркас или внутренняя обшивка быстро портятся.

Трудно гарантировать конфиденциальность, потому что купол трудно удовлетворительно разделить. Звуки, запахи и даже отраженный свет, как правило, передаются через всю конструкцию.

Как и в случае любой изогнутой формы, купол создает области стен, которые могут быть трудными в использовании, и оставляет некоторую периферийную площадь пола с ограниченным использованием из-за отсутствия высоты над головой. Круглые формы в плане лишены простой модульности, обеспечиваемой прямоугольниками. Мебелировщики и монтажники проектируют с учетом плоских поверхностей. Размещение стандартного дивана у внешней стены (например) приводит к тому, что полумесяц позади дивана теряется.

Строители куполов, использующие обшивочный материал из обрезной доски (распространенный в 1960-х и 1970-х годах), сталкиваются с трудностями при герметизации куполов от дождя из-за множества швов. Кроме того, эти швы могут быть подчеркнуты, потому что обычное солнечное тепло прогибает всю конструкцию каждый день, когда солнце движется по небу. Последующее добавление ремней и внутренней гибкой отделки из гипсокартона практически устранило это движение, заметное во внутренней отделке.

Самый эффективный способ гидроизоляции с деревянным куполом - это оклейка купола гонтом . Остроконечные заглушки в верхней части купола или для изменения формы купола используются там, где уклон недостаточен для ледяной преграды. Также используются цельные железобетонные или пластиковые купола, а некоторые купола были построены из пластиковых или вощеных картонных треугольников, которые перекрываются таким образом, чтобы проливать воду.

Бывший ученик Бакминстера Фуллера Дж. Болдуин настаивал на том, что нет никаких причин для протекания правильно спроектированного и хорошо сконструированного купола и что некоторые конструкции «не могут» протекать.

Связанные шаблоны

Построение очень прочных, устойчивых конструкций из армирующих треугольников чаще всего встречается в конструкции палаток . Он применялся абстрактно в другом промышленном дизайне , но даже в управленческой науке и совещательных структурах в качестве концептуальной метафоры , особенно в работе Стаффорда Бира , чей метод «переселения» основан настолько конкретно на дизайне купола, что только фиксированное количество люди могут принимать участие в процессе на каждом этапе обсуждения .

Крупнейшие геодезические купольные конструкции

Согласно Книге рекордов Гиннеса, по состоянию на 30 мая 2021 года, Джидда Супер Доум , Джидда , Саудовская Аравия ( 21,7496403 ° N, 39,1516230 ° E ), 210 м (690 футов) является нынешним самым большим геодезическим куполом. 21 ° 44′59 ″ с.ш., 39 ° 09′06 ″ в.д. /  / 21.7496403; 39.1516230

По данным Института Бакминстера Фуллера в 2010 году, 10 крупнейших геодезических куполов в мире по диаметру на то время были:

Список Института Фуллера устарел. Несколько важных куполов были пропущены или построены позже, теперь они входят в десятку лучших. В настоящее время многие геодезические купола имеют диаметр более 113 м.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки