Геодезический купол

Эта статья нуждается в дополнительных ссылках для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Неисходный материал может быть оспорен и удален. Найдите источники:  «Геодезический купол»  —  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( апрель 2010 г. ) ( узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Монреальская биосфера , бывший американский павильон на выставке Expo 67 , работы Р. Бакминстера Фуллера , на острове Сент-Элен , Монреаль , Квебек

Геодезический купол представляет собой полусферическую тонкостенную конструкцию (решетка-оболочка) на основе геодезического многогранника . Треугольные элементы купола конструктивно жесткие и распределяют структурное напряжение по всей конструкции, благодаря чему геодезические купола способны выдерживать очень большие нагрузки для своего размера.

История

Космический корабль Земля в Эпкот

Оранжерея Climatron в Ботаническом саду Миссури , построенная в 1960 году по проекту Томаса С. Ховарда из Synergetics, Inc., послужила источником вдохновения для создания куполов в научно-фантастическом фильме « Тихий бег » .

Первый геодезический купол был спроектирован после Первой мировой войны Вальтером Бауэрсфельдом ^[1] , главным инженером оптической компании Carl Zeiss , для планетария , в котором разместился его планетарный проектор. Был запатентован первый небольшой купол, построенный фирмой Dykerhoff and Wydmann на крыше завода Zeiss в Йене , Германия . Купол большего размера, названный «Чудо Йены», открылся для публики в июле 1926 года ^.

Двадцать лет спустя Бакминстер Фуллер ввел термин «геодезические» в результате полевых экспериментов с художником Кеннетом Снельсоном в колледже Блэк-Маунтин в 1948 и 1949 годах. Хотя Фуллер не был первоначальным изобретателем, ему приписывают популяризацию в США идеи, за которую он получил Патент США 2682235A от 29 июня 1954 г. ^[3] Самый старый сохранившийся купол, построенный самим Фуллером, находится в Вудс-Хоул, штат Массачусетс , и был построен студентами под его руководством в течение трех недель в 1953 г. ^[4]

Геодезический купол понравился Фуллеру, потому что он был чрезвычайно прочным для своего веса, его «многотреугольная» 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 целей, таких как 21 купол линии дальнего раннего предупреждения, построенный в Канаде в 1956 году ^[5] купол Union Tank Car Company 1958 года недалеко от Батон-Руж, штат Луизиана , разработанный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. ... и специальные здания, такие как алюминиевые купола Kaiser (построены во многих местах в США, например, в Вирджиния-Бич, штат Вирджиния ), зрительные залы, 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 вертолетами . 30-футовый геодезический купол из дерева и пластика был поднят и перенесен на вертолете со скоростью 50 узлов без повреждений, что привело к изготовлению стандартного магниевого купола компанией Magnesium Products of Milwaukee. Испытания включали сборку, в ходе которой ранее неподготовленные морские пехотинцы смогли собрать 30-футовый магниевый купол за 135 минут, подъем вертолета с авианосца и испытание на прочность, в ходе которого закрепленный купол успешно выдержал без повреждений дневную скорость 120 миль в час (120 миль в час). 190 км/ч) пропеллерная струя двух 3000-сильных двигателей стоящего на якоре самолета. ^[6]

Золотой купол 1958 года в Оклахома-Сити, штат Оклахома, использовал дизайн Фуллера для использования в качестве здания банка. Другим ранним примером был Центр Степана в Университете Нотр-Дам , построенный в 1962 году. ^[7]

Купол был представлен широкой публике как павильон для Всемирной выставки 1964 года в Нью-Йорке, разработанный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. Этот купол теперь используется в качестве вольера зоопарком Квинс в парке Флашинг-Медоуз-Корона после его был переработан TC Howard из Synergetics, Inc.

Еще один купол от Экспо 67 на Всемирной выставке в Монреале , где он был частью американского павильона. Покрытие конструкции позже сгорело, но само строение все еще стоит, и под названием « Биосфера » в настоящее время в нем находится интерпретирующий музей о реке Святого Лаврентия .

В 1970-х годах Zomeworks лицензировала планы структур, основанных на других геометрических телах, таких как тела Джонсона , архимедовы тела и каталонские тела . ^[8] Эти структуры могут иметь некоторые грани, которые не являются треугольными, являясь квадратами или другими многоугольниками.

В 1975 году на Южном полюсе был построен купол , 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 Уолта Диснея в Бэй-Лейк , штат Флорида , недалеко от Орландо . Здание и поездка внутри него названы одним из известных терминов Бакминстера Фуллера, космическим кораблем Земля , мировоззрение, выражающее озабоченность по поводу использования ограниченных ресурсов, доступных на Земле, и побуждающее всех на нем действовать как слаженная команда, работающая на благо. хорошо. Здание является символом Эпкота, представляющим весь парк.

Для Всемирной выставки 1986 года (Expo 86) главный архитектор выставки Бруно Фрески спроектировал геодезический купол , вдохновленный Бакминстером Фуллером , который служил выставочным центром выставки. 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» . ^[9]

В 2000 году в чилийской Патагонии был построен первый в мире полностью устойчивый отель с геодезическим куполом, EcoCamp Patagonia [ ^10] , который открылся в следующем году, в 2001 году. коренной народ Кавескар . Геодомы также становятся популярными в качестве глэмпинга (гламурного кемпинга).

Методы строительства

В деревянных куполах просверлено отверстие по ширине стойки . Лента из нержавеющей стали соединяет отверстие стойки со стальной трубой. С помощью этого метода стойки могут быть обрезаны до нужной длины. Затем к стойкам прибиваются треугольники из внешней фанеры. Купол обернут снизу вверх несколькими скрепленными скобами слоями толя для защиты от воды и отделаны черепицей. Этот тип купола часто называют куполом со ступицей и распоркой из-за использования стальных ступиц для соединения распорок вместе.

Панельные купола построены из отдельно стоящих бревен, покрытых фанерой. Три элемента, составляющие треугольную раму, часто обрезаются под сложными углами, чтобы обеспечить плоскую подгонку различных треугольников. Отверстия просверливаются в элементах в точных местах, а затем стальные болты соединяют треугольники, образуя купол. Эти элементы часто имеют размеры 2x4 или 2x6, что позволяет увеличить изоляцию , чтобы поместиться в треугольник. Техника панелей позволяет строителю прикреплять фанерную обшивку к треугольникам, безопасно работая на земле или в удобном магазине в непогоду. Этот метод не требует дорогих стальных ступиц.

Временные купола теплицы «Magidomes» можно построить, прикрепив пластиковую пленку к куполу, сделанному из обычных пиломатериалов. Результат теплый, подвижный вручную и доступный. Он должен быть закреплен на земле, чтобы предотвратить его перемещение ветром.

Стальной каркас может быть легко изготовлен из электропроводки. Один расправляет конец стойки и просверливает отверстия под болты на необходимой длине. Одиночный болт фиксирует вершину стоек. Гайки обычно устанавливаются с помощью съемного стопорного герметика или, если купол переносной, имеют корончатую гайку со шплинтом . Это стандартный способ изготовления куполов для спортивных залов в стиле джунглей .

Купола также могут быть изготовлены из легкого алюминиевого каркаса, который можно либо скрепить болтами, либо сварить вместе, либо соединить более гибким соединением узловой точки/ступицы. Эти купола обычно покрыты стеклом, которое удерживается на месте с помощью колпачка из ПВХ , который можно герметизировать силиконом, чтобы сделать его водонепроницаемым. В некоторых конструкциях допускается двойное остекление или крепление теплоизоляционных панелей к каркасу.

Бетонные и пенопластовые купола обычно начинаются со стального каркаса купола, обмотанного мелкоячеистой сеткой и проволочным экраном для усиления. Проволочная сетка и экран привязываются к каркасу проволочными стяжками. Затем на раму напыляется или формуется слой материала. Испытания следует проводить с маленькими квадратиками, чтобы добиться правильной консистенции бетона или пластика. Как правило, необходимо несколько слоев внутри и снаружи. Последним шагом является пропитка бетонных или полиэфирных куполов тонким слоем эпоксидного компаунда для отвода воды.

Некоторые бетонные купола были построены из сборных, предварительно напряженных, армированных сталью бетонных панелей, которые можно закрепить болтами. Болты находятся в приподнятых сосудах, покрытых небольшими бетонными крышками для отвода воды. Треугольники перекрываются, чтобы пролить воду. Треугольники в этом методе можно формовать в формах, вылепленных из песка с деревянными узорами, но бетонные треугольники обычно настолько тяжелы, что их нужно ставить с помощью подъемного крана. Эта конструкция хорошо подходит для куполов, потому что вода не может скапливаться на бетоне и просачиваться сквозь нее. Металлические крепления, соединения и внутренние стальные рамы остаются сухими, что предотвращает повреждение от мороза и коррозии. Бетон устойчив к солнцу и атмосферным воздействиям. Для предотвращения сквозняков над стыками необходимо поместить какую-либо форму внутреннего герметика или герметика. Купол Синерама 1963 годапостроен из сборных железобетонных шестиугольников и пятиугольников.

Теперь купола можно печатать на высоких скоростях с помощью очень больших мобильных «3D-принтеров», также известных как машины для аддитивного производства. Материал, используемый в качестве нити, часто представляет собой бетон, нагнетаемый воздухом, или пенопласт с закрытыми порами.

Учитывая сложную геометрию геодезического купола, строители куполов полагаются на таблицы длин опор или «коэффициенты хорды». В книге «Геодезическая математика и способы ее использования » Хью Кеннер пишет: «Таблицы коэффициентов хорд, содержащие основную информацию о конструкции сферических систем, в течение многих лет охранялись как военная тайна . из Popular Science Monthly , были все, кто не входил в круг лицензиатов Фуллера». (стр. 57, издание 1976 г.). Другие таблицы стали доступны после публикации Domebook 1 Ллойда Кана (1970 г.) и Domebook 2 (1971 г.).

Купольные дома

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

Жилые геодезические купола оказались менее успешными, чем те, которые использовались для работы и / или развлечений, в основном из-за их сложности и, как следствие, более высоких затрат на строительство. Профессиональных опытных подрядчиков по купольным конструкциям, хотя их и трудно найти, они существуют и могут устранить большую часть перерасхода средств, связанного с фальстартами и неправильными оценками. Сам Фуллер жил в геодезическом куполе в Карбондейле, штат Иллинойс , на углу Форест-авеню и Черри-стрит. ^[11] Фуллер думал о жилых куполах как о доставляемых по воздуху продуктах, производимых аэрокосмической промышленностью. Собственный купольный дом Фуллера все еще существует, Купольный дом Р. Бакминстера Фуллера и Энн Хьюлетт , и группа под названием RBF Dome NFP пытается восстановить купол и зарегистрировать его какНациональный исторический памятник . Он находится в Национальном реестре исторических мест .

В 1986 году компания American Ingenuity из Рокледжа, Флорида, получила патент на технологию строительства купола, включающую треугольники из полистирола , ламинированные к железобетону снаружи и стеновым панелям внутри. Технология строительства позволяет изготавливать купола в виде комплекта и монтировать домовладельцу. Этот метод делает швы самой прочной частью конструкции, тогда как швы и особенно ступицы в большинстве куполов с деревянным каркасом являются самым слабым местом конструкции. У него также есть преимущество в том, что он водонепроницаем.

Другие образцы были построены в Европе. В 2012 году алюминиевый и стеклянный купол был использован в качестве покрытия купола для экодома в Норвегии ^[12] , а в 2013 году в Австрии был построен купольный дом, облицованный стеклом и деревом. ^[13]

В Чили примеры геодезических куполов с готовностью используются для размещения в отелях либо в виде геодезических куполов шатрового типа, либо в виде куполов со стеклянным покрытием. Примеры: EcoCamp Patagonia, Чили; ^[14] и Эльки Домос, Чили. ^[15]

Недостатки

Хотя купольные дома пользовались популярностью в конце 1960-х - начале 1970-х годов, как жилищная система купол имеет много недостатков и проблем. Бывший сторонник купольных домов Ллойд Кан , написавший о них две книги ( Domebook 1 и Domebook 2).) и основал Shelter Publications, разочаровался в них, назвав их «умными, но не мудрыми». Он отметил следующие недостатки, которые он перечислил на веб-сайте своей компании: Готовые строительные материалы (например, фанера, стружечная плита) обычно имеют прямоугольную форму, поэтому некоторые материалы, возможно, придется утилизировать после разрезания прямоугольников на треугольники. , удорожание 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 электропроводка стоит дороже из-за увеличения трудозатрат. Даже ситуации, связанные с проводкой владельца, обходятся дорого, потому что для строительства купола требуется больше определенных материалов.Расширение и разделение также затруднены. Кан отмечает, что купола трудно, если вообще возможно, построить из натуральных материалов, обычно для этого требуются пластмассы и т. Д., Которые загрязняют окружающую среду и портятся на солнце.

Стратификация воздуха и распределение влаги внутри купола необычны. Условия, как правило, быстро разрушают деревянный каркас или внутреннюю обшивку.

Конфиденциальность трудно гарантировать, потому что купол трудно разделить удовлетворительно. Звуки, запахи и даже отраженный свет имеют тенденцию передаваться через всю конструкцию.

Как и в случае любой изогнутой формы, купол образует области стен, которые могут быть трудны для использования, и оставляет некоторые периферийные области пола с ограниченным использованием из-за недостатка места над головой. Круглым формам в плане не хватает простой модульности, обеспечиваемой прямоугольниками. Мебельщики и установщики проектируют, ориентируясь на плоские поверхности. Размещение стандартного дивана у внешней стены (например) приводит к тому, что полумесяц позади дивана теряется.

Строителям куполов, использующим обшивочный материал из досок (распространенный в 1960-х и 1970-х годах), трудно герметизировать купола от дождя из-за множества швов. Кроме того, эти швы могут подвергаться нагрузке, потому что обычное солнечное тепло изгибает всю конструкцию каждый день, когда солнце движется по небу. Последующее добавление ремней и гибкой внутренней отделки из гипсокартона практически устранило это движение, заметное во внутренней отделке.

Наиболее эффективным методом гидроизоляции деревянного купола является обшивка купола черепицей. Остроконечные заглушки в верхней части купола или для изменения формы купола используются там, где уклон недостаточен для ледяного барьера. Также используются цельные железобетонные или пластиковые купола, а некоторые купола были построены из треугольников из пластика или вощеного картона, которые перекрываются таким образом, чтобы пропускать воду.

Бывший студент Бакминстера Фуллера Дж. Болдуин настаивал на том, что нет никаких причин для протечки правильно спроектированного, хорошо сконструированного купола и что некоторые конструкции «не могут» протечь. ^[16]

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 науке управления и совещательных структурах в качестве концептуальной метафоры , особенно в работе Стаффорда Бира , чей метод «трансмиграции» настолько конкретно основан на дизайне купола, что только фиксированное количество люди могут принимать участие в процессе на каждом этапе обсуждения .

Крупнейшие геодезические купольные сооружения

Согласно Книге рекордов Гиннеса, по состоянию на 30 мая 2021 года ^[17] Jeddah Super Dome , Джидда , Саудовская Аравия ( 21°44′59″N 39°09′06″E / 21,7496403 / 21.7496403; 39.1516230 °N 39,1516230°E ) , 210 м (690 футов) - самый большой в настоящее время геодезический купол.

По данным Института Бакминстера Фуллера в 2010 г. ^[18] 10 крупнейших в мире геодезических куполов по диаметру в то время были:

• Seagaia Ocean Dome (シーガイアオーシャンドーム): Миядзаки , Япония ( 31°57′18″N 131°28′09″E / 31,9551 ^° N 131,4691°E ), 216,5 м (718 футов) — разрушено 2017.  / 31,9551; 131.4691
• Купол Нагоя (ナゴヤドーム): Нагоя , Япония ( 35°11′09″N 136°56′51″E / 35,1859 °N 136,9474°E ), 187,2 м (614 футов) ^[18]  / 35.1859; 136,9474
• Superior Dome : Университет Северного Мичигана . Маркетт, Мичиган , США ( 46 ° 33'37 "с.ш. 87 ° 23'38" з.д. / 46,5603 ° с.ш. 87,3938 ° з.д. ), 163,4 м (536 футов) ^[19]  / 46,5603; -87,3938
• Tacoma Dome : Такома, Вашингтон , США ( 47°14′12″N 122°25′37″W / 47,2367 °N 122,4270°W ), 161,5 м (530 футов)  / 47,2367; -122,4270
• Walkup Skydome : Университет Северной Аризоны . Флагстафф, Аризона , США ( 35°10′50″N 111°39′10″W / 35,1805 °N 111,6529°W ), 153 м (502 фута) ^[20]  / 35.1805; -111,6529
• Раунд-Вэлли-Энсфера : Спрингервилль - Игар, Аризона , США ( 34°07′13″N 109°17′06″W / 34,1204 °N 109,2849°W ), 134 м (440 футов)  / 34.1204; -109,2849
• Бывший ангар Spruce Goose : Лонг-Бич, Калифорния , США ( 33 ° 45'05 "N 118 ° 11'20" W /  33,7513 ° N 118,1889 ° W ), 126 м (413 футов) - сейчас принадлежит Carnival Cruise Line .  / 33,7513; -118.1889
• Склад Formosa Plastics : Майляо , Тайвань ( 23 ° 48'03 "N 120 ° 11'41" E /  23,8007 ° N 120,1947 ° E ), 122 м (400 футов) - одиннадцать куполов.  / 23.8007; 120.1947
• Предприятие технического обслуживания цистерн Union : Батон-Руж, Луизиана , США ( 30 ° 34'58 "N 91 ° 14'04" W /  30,5827 ° N 91,2344 ° W ), 117 м (384 фута) - снесен в 2007 году.  / 30.5827; -91.2344
• Склад цемента Lehigh Portland: Union Bridge, Мэриленд , США ( 39 ° 33'32 "N 77 ° 10'18" W /  39,5590 ° N 77,1718 ° W ), 114 м (374 фута)  / 39.5590; -77.1718

Список Института Фуллера теперь датирован. Несколько важных куполов были упущены или построены позже и сейчас входят в десятку лучших. В настоящее время многие геодезические купола имеют диаметр более 113 м. ^[21]

• Полиедро-де-Каракас («Арена Каракас-Полиэдр»), Каракас , Венесуэла ( 10 ° 26'02 "с.ш. 66 ° 56'19" з.д. / 10,4338 ° с.ш. 66,9385 ° з.д. ), 143 м (469 футов) ^[22]  / 10.4338; -66.9385
• Шахта Сан-Кристобаль (MSC) Купол, муниципалитет Колча "К" , Боливия ( 21 ° 07'29 "ю.ш. 67 ° 12'35" з.д. / 21,1246 ° ю.ш. 67,2096 ° з.д. ), 140 м (460 футов) ^[23]  / -21.1246; -67.2096
• Купол нефтеперерабатывающего завода Рувайс, Рувайс , Объединенные Арабские Эмираты ( 24 ° 08′45 ″ с.ш. 52 ° 44′21 ″ в.д. / 24,1459 ° с.ш. 52,7392 ° в.д. ), 135 м (443 фута) ^[21]  / 24.1459; 52.7392

Смотрите также

использованная литература

внешняя ссылка

• Часто задаваемые вопросы Р. Бакминстера Фуллера: геодезические купола
• Примечания к геодезическим куполам : представлено 57 вариантов куполов (от 1 до 10 В) из различных твердых тел (икоса, куб, окта и т. д.)
• Статья о Куполах Эдема (файл PDF 5,1 МБ)
• Geodaetische Kuppeln (Геодезические купола) Т. Е. Дорозинского
• Метагеодезический купол - из четырехугольников вместо треугольников, автор Ф. Тучек.