Геодезический купол

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Геодезический купол»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( апрель 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

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 [ править ]

Космический корабль Земля в Эпкот .

Теплица Climatron в Ботаническом саду Миссури , построенная в 1960 году и спроектированная Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc., вдохновила на создание куполов в научно-фантастическом фильме « Тихий бег».

Первый геодезический купол был разработан после Первой мировой войны по Бауэрсфельд , ^[1] 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», был открыт для публики в июле 1926 года ^[2].

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 первым изобретателем, ему приписывают популяризацию идеи в США, за которую он получил Патент США 2682235A от 29 июня 1954 года. ^[3] 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. ^[4]

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 охватывает 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 компании Union Tank Car Company в 1958 году возле Батон-Руж, штат Луизиана , спроектированный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. .. и специальные здания, такие как алюминиевые купола Kaiser (построенные во многих местах по всей территории США, например, в Вирджиния-Бич, Вирджиния ), аудитории, метеорологические обсерватории и складские помещения. Купол вскоре 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 морпехи могли собрать 30-футовый магниевый купол за 135 минут, вертолет поднимался с авианосцев, а также испытание на прочность, в ходе которого 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. ^[6]

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 ^[7].

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 . ^[8] Эти конструкции 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» . ^[9]

В 2000 году впервые в мире полностью устойчивое геодезический купол отеля, EcoCamp Патагонии, был построен в чилийской Патагонии , ^[10] открытие в следующем году в 2001 году дизайн купола отеля является ключом к сопротивляются сильных ветров региона и основывается на жилищах коренной народ Кавескар . Геодомы также становятся популярными как место для глэмпинга (гламурного кемпинга). Первым сайтом в Великобритании, который использовал их, был Ekopod в Северном Корнуолле в 2009 году.

Способы строительства [ править ]

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 нужной 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, покрытых 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 были построены путем прикрепления пластиковой пленки к куполу, построенному из квадратных балок в один дюйм. В результате получается тепло, его можно перемещать вручную размером менее 20 футов и дешево. Он должен быть прикреплен к земле, чтобы его не сдвинул ветер.

Металлический каркас можно легко построить из кабелепровода. Разглаживают конец стойки и просверливают отверстия под болты нужной длины. Один болт фиксирует вершину распорок. Гайки обычно устанавливаются со съемным стопорным соединением, или если купол является портативным, 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 облицованы стеклом, которое удерживается на месте колпачком из ПВХ. Колпачок можно герметизировать силиконом, чтобы сделать его водонепроницаемым. Некоторые конструкции также позволяют закрепить в каркасе стеклопакеты или изолированные панели. Это позволяет сформировать полностью жилое здание.

Бетонные и пенопластовые купола обычно начинаются со стального каркаса купола, обернутого проволочной сеткой и проволочной сеткой для усиления. Курица провод и экран привязаны к каркасу с помощью проволочных связей. Затем на раму напыляется или формуется 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 отвода 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 нет места, где вода 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. Чтобы избежать сквозняков, поверх стыков необходимо нанести какой-либо внутренний гидроизоляционный слой или уплотнение. Купол Синерамы 1963 годабыл построен из сборных железобетонных шестиугольников и пятиугольников.

Купола теперь можно печатать на высоких скоростях, используя очень большие мобильные «3D-принтеры», также известные как машины для аддитивного производства. Материал, используемый в качестве нити, часто представляет собой бетон с нагнетанием воздуха 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 [ править ]

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. ^[11] Фуллер думал о жилых куполах как о продуктах, доставляемых по воздуху, которые производятся в аэрокосмической отрасли. Собственный купольный дом 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 какНациональный 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 комплекта и возводить домовладельцем. Этот метод делает швы в самой прочной части 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 был использован в качестве покрытия купола для экологического дома в Норвегии ^[12], а в 2013 году в Австрии был построен дом с куполом из стекла и дерева. ^[13]

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

Недостатки [ править ]

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 основал 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. Профессиональный электромонтаж 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.

Стратификация воздуха и распределение влаги внутри купола необычны. В таких условиях деревянный каркас или внутренняя обшивка быстро портятся. Компания New Age Construction из Алабамы утверждает, что добавление купола устраняет конденсацию влаги, характерную для куполов. ^{[ необходима цитата ]}

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 участки стен, которые могут быть трудными в использовании, и оставляет некоторую периферийную площадь пола с ограниченным использованием из-за отсутствия высоты над головой. В круглых формах в плане отсутствует простая модульность, обеспечиваемая прямоугольниками. Меблировщики и слесари 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 обрезных досок (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 повреждены, 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 наверху купола или для изменения формы купола используются там, где уклон недостаточен для ледяной преграды. Также используются цельные железобетонные или пластмассовые купола, а некоторые купола были построены из треугольников из пластика или вощеного картона, которые перекрываются таким образом, чтобы проливать воду.

Бывший ученик Бакминстера Фуллера Дж. Болдуин настаивал на том, что не существует причин для протекания правильно спроектированного и хорошо сконструированного купола и что некоторые конструкции «не могут» протекать. ^[16]

Связанные шаблоны [ править ]

Построение очень прочных, устойчивых конструкций из армирующих треугольников чаще всего встречается в конструкции палаток . Он был применен абстрактно в другом промышленном дизайне , но даже в науке об управлении 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 конструкции [ править ]

Многие геодезические купола являются одними из крупнейших прозрачных сооружений в мире. По данным Института Бакминстера Фуллера в 2010 году ^[17] , 10 крупнейших геодезических куполов в мире по диаметру:

• Купол Seagaia Ocean Dome (シ ー ガ イ ア オ ー シ ャ ン ド ー ム): Миядзаки , Япония ( 31,9551 ° N 131,4691 ° E ), 216,5 м (710 футов) ^[17] - снесен в 2017 году.31 ° 57′18 ″ с.ш. 131 ° 28′09 ″ в.д. /  / 31.9551; 131,4691
• Nagoya Dome (ナ ゴ ヤ ド ー ム): Нагоя , Япония ( 35,1859 ° N 136,9474 ° E ), 187,2 м (614 футов) ^[17]35 ° 11′09 ″ с.ш., 136 ° 56′51 ″ в.д. /  / 35.1859; 136,9474
• Superior Dome : Университет Северного Мичигана . Маркетт, Мичиган , США ( 46,5603 ° N 87,3938 ° W ), 163,4 м (536 футов) ^[18]46 ° 33′37 ″ с.ш. 87 ° 23′38 ″ з.д. /  / 46.5603; -87.3938
• Купол Такома : Такома, Вашингтон , США ( 47,2367 ° с.ш., 122,4270 ° з.д. ), 161,5 м (530 футов)47°14′12″N 122°25′37″W /  / 47.2367; -122.4270
• Walkup Skydome : Университет Северной Аризоны . Флагстафф, Аризона , США ( 35,1805 ° с.ш., 111,6529 ° з.д. ), 153 м (502 фута) ^[19]35°10′50″N 111°39′10″W /  / 35.1805; -111.6529
• Энсфера Round Valley : Спрингервилль - Игар, Аризона , США ( 34,1204 ° с.ш., 109,2849 ° з.д. ), 134 м (440 футов)34°07′13″N 109°17′06″W /  / 34.1204; -109.2849
• Бывший ангар Spruce Goose : Лонг-Бич, Калифорния , США ( 33,7513 ° с.ш., 118,1889 ° з.д. ), 126 м (413 футов) - теперь принадлежит компании Carnival Cruise Line .33°45′05″N 118°11′20″W /  / 33.7513; -118.1889
• Хранилище пластмасс Formosa : Майяо , Тайвань ( 23,8007 ° N 120,1947 ° E ), 122 м (400 футов) - Одиннадцать куполов.23°48′03″N 120°11′41″E /  / 23.8007; 120.1947
• Центр технического обслуживания цистерн Союза : Батон-Руж, Луизиана , США ( 30,5827 ° с.ш., 91,2344 ° з.д. ), 117 м (384 фута) - снесен в 2007 году.30°34′58″N 91°14′04″W /  / 30.5827; -91.2344
• Портлендское цементное хранилище Lehigh : Union Bridge, Мэриленд , США ( 39,5590 ° с.ш., 77,1718 ° з.д. ), 114 м (374 фута)39°33′32″N 77°10′18″W /  / 39.5590; -77.1718

Еще один большой купол в Венесуэле не был включен в первоначальный список Института Фуллера, в то время как два других, построенных позже, также входят в десятку лучших. В настоящее время несколько геодезических куполов имеют диаметр более 113 м. ^[20]

• Полиедро-де-Каракас («Каракасская многогранная арена»), Каракас , Венесуэла ( 10,4338 ° с.ш., 66,9385 ° з.д. ), 143 м (469 футов) ^[21]10°26′02″N 66°56′19″W /  / 10.4338; -66.9385
• Рудник Сан-Кристобаль (MSC) Купол, муниципалитет Колча "К" , Боливия ( 21,1246 ° ю.ш., 67,2096 ° з.д. ), 140 м (460 футов) ^[22]21°07′29″S 67°12′35″W /  / -21.1246; -67.2096
• Ruwais Refinery Dome, Рувайс , Объединенные Арабские Эмираты ( 24,1459 ° N 52,7392 ° E ), 135 м (443 фута) ^[20]24°08′45″N 52°44′21″E /  / 24.1459; 52.7392

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Часто задаваемые вопросы Р. Бакминстера Фуллера: Геодезические купола
• Примечания к геодезическому куполу : 57 вариантов купола (от 1 В до 10 В) из различных твердых тел (икоса, куб, окта и т. Д.)
• Статья о Куполах Эдема (PDF-файл, 5,1 МБ)
• Geodaetische Kuppeln (Геодезические купола) Т.Е. Дорозинского
• Мета-геодезический купол - сделанный из четырехугольников вместо треугольников, Ф. Тучек