Геодезический купол - Geodesic dome

В Монреаль Биосфер, бывший Американский павильон Экспо 67, автор Р. Бакминстер Фуллер, на Île Sainte-Hélène, Монреаль, Квебек

А геодезический купол это полусферический тонкостенная структура (решетчатая оболочка) на основе геодезический многогранник. В треугольный элементы купола конструктивно жесткие и распределяют структурные стресс по всей конструкции, делая геодезические купола способными выдерживать очень большие нагрузки для своего размера.

История

Космический Корабль Земля в Epcot.
Климатрон теплица на Ботанический сад Миссури, построенный в 1960 году и спроектированный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc., вдохновил купола в научно-фантастическом фильме. Бесшумный бег
Science World в Ванкувере
Science World в Ванкувере, построенный для Экспо 86, и вдохновленный Бакминстер Фуллер Геодезический купол.

Первый геодезический купол был спроектирован после Первая Мировая Война от Вальтер Бауэрсфельд,[1] главный инженер Карл Цейсс оптическая компания, для планетарий для размещения его проектора планетария. Был запатентован первый небольшой купол, построенный фирмой Dykerhoff and Wydmann на крыше завода Zeiss в г. Йена, Германия. Большой купол, названный «Чудо Йены», открылся для публики в июле 1926 года.[2]

Двадцать лет спустя Бакминстер Фуллер придумал термин «геодезический» из полевых экспериментов с художником Кеннет Снельсон в Black Mountain College в 1948 и 1949 годах. Хотя Фуллер не был первым изобретателем, ему приписывают популяризацию идеи в США, за которую он получил Патент США 2682235A. 29 июня 1954 г.[3] Самый старый сохранившийся купол, построенный самим Фуллером, находится в Вудс-Хоул, 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 применений, таких как 21 Линия дальнего раннего предупреждения купола, построенные в Канаде в 1956 году,[5] 1958 год Union Tank Car Company купол рядом Батон-Руж, Луизиана, спроектированный Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc., а также специальные здания, такие как Кайзер Алюминий купола (построенные во многих местах в США, например, Вирджиния-Бич, Вирджиния ), залы, 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 вертолет -доставные геодезические купола. 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]

1958 год Золотой купол в Оклахома-Сити, штат Оклахома, использовали дизайн Фуллера для использования в качестве здания банка. Еще одним ранним примером был Степан Центр на Университет Нотр-Дам, 1962 года постройки.[7]

Купол был представлен широкой публике как павильон 1964 года. Всемирная выставка в Нью-Йорк разработан Томасом С. Ховардом из Synergetics, Inc. Этот купол теперь используется как вольер посредством Зоопарк Квинса в парке Корона Флашинг Медоуз после того, как он был переработан TC Howard of Synergetics, Inc.

Другой купол из Экспо 67 на Монреаль Всемирная выставка, где он был частью американского павильона. Покрытие сооружения позже сгорело, но само сооружение до сих пор стоит и под названием Biosphère, в настоящее время находится переводчик музей о Река Святого Лаврентия.

В 1970-е годы Zomeworks лицензированные планы конструкций на основе других геометрических тел, таких как Твердые тела Джонсона, Архимедовы тела, и Каталонские твердые вещества.[8] Эти структуры могут иметь некоторые грани, которые не являются треугольными, квадратными или многоугольниками.

В 1975 году был построен купол в Южный полюс, где важна его устойчивость к снеговым и ветровым нагрузкам.

1 октября 1982 года один из самых известных геодезических куполов, Космический Корабль Земля в Epcot в Мир Уолта Диснея в Bay Lake, Флорида, недалеко от Орландо открыт. 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 ней действовать как слаженная команда, работающая на благо. Здание является символом Эпкот, а также включено в логотип парка.

Для 1986 Всемирная выставка (Expo 86), а Бакминстер Фуллер Геодезический купол был спроектирован главным архитектором Экспо. Бруно Фрески служить выставочным центром ярмарки. Строительство началось в 1984 году и было завершено к началу 1985 года. Купол и здание теперь служат центром искусств, науки и технологий и были названы Научный мир.[9]

В 2000 году был построен первый в мире экологически чистый отель с геодезическим куполом EcoCamp Patagonia. Чилийский Патагония,[10] открытие в следующем году, в 2001 году. Дизайн купола отеля является ключом к сопротивлению сильным ветрам региона и основан на жилищах коренных Кавескар люди. Геодомы также становятся популярными как глэмпинг (гламурный кемпинг) юнит. Первым сайтом в Великобритании, который их использовал, был Экопод в North Cornwall в 2009.

Способы строительства

Зеленый купол Лонг-Айленда

В деревянных куполах просверлено отверстие шириной стойка. 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 дегтярная бумага, чтобы пролить воду, и закончил 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 бывают 2х4 или 2х6, что позволяет изоляция вписаться в треугольник. 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 съемным фиксирующим составом или, если купол переносной, имеют зубчатый орех с шплинт. Это стандартный способ возведения куполов для тренажерные залы 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. В проволочная сетка и экран привязаны к каркасу проволочными стяжками. 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 эпоксидная смола соединение для проливания 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. 1963 год Купол Синерамы был построен из сборный бетон шестиугольники и пятиугольники.

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 Геодезическая математика и как ее использовать, Хью Кеннер пишет: «Таблицы хордовых коэффициентов, содержащие основную конструктивную информацию для сферических систем, в течение многих лет хранились как военные секреты. Еще в 1966 году около трехν фигурки икоса из Ежемесячный научно-популярный журнал все, кто не входит в круг лицензиатов Фуллера, должны были продолжить »(стр. 57, издание 1976 г.). Другие таблицы стали доступны после публикации Ллойда Кана Купольная книга 1 (1970) и Купольная книга 2 (1971).

Купольные дома

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

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 купола, 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 Карбондейл, Иллинойс, на углу Лесного проспекта 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 Р. Бакминстера Фуллера и Энн Хьюлетт Доум, и группа под названием RBF Dome NFP пытается восстановить купол и зарегистрировать его как Национальный исторический памятник. Это на Национальный реестр исторических мест.

В 1986 г. был получен патент на технологию строительства купола с участием полистирол треугольники, ламинированные к железобетону снаружи, и стеновые панели внутри были награждены американским изобретением из Рокледжа, Флорида. Технология строительства позволяет собирать купола в виде комплекта и возводить домовладельцем. Этот метод делает швы самой прочной частью 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 купола для эко-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

Собственный дом Бакминстера Фуллера, на реставрации после износа

Хотя купольные дома пользовались большой 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 (Купольная книга 1 и Купольная книга 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 они бывают прямоугольной формы, поэтому после разрезания прямоугольников на треугольники, возможно, придется утилизировать некоторый материал, что увеличивает 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 купол исключает конденсацию влаги, которая характерна для куполов.[нужна 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 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 напряжены, потому что обычное солнечное тепло сгибает 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 метод гидроизоляции с деревянным куполом - это галька купол. Остроконечные заглушки наверху купола или для изменения формы купола используются там, где уклон недостаточен для ледяной преграды. Цельный усиленный бетон или пластик Купола также используются, и некоторые купола были построены из треугольников из пластика или вощеного картона, которые перекрываются таким образом, чтобы проливать воду.

Бывший студент 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.[16]

Связанные шаблоны

Построение очень прочных, устойчивых конструкций из армирующих треугольников чаще всего встречается в палатка дизайн. Он был применен абстрактно в других Индустриальный дизайн, но даже в Наука управления и совещательный структуры как концептуальная метафора, особенно в работе Стаффорд пиво, чей метод «переселения» основан настолько конкретно на конструкции купола, что только определенное количество людей может принимать участие в процессе на каждом обсуждение сцена.

Крупнейшие геодезические купольные сооружения

Основная статья: Список самых больших куполов в мире

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:

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]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Первый геодезический купол: планетарий в Йене 1922 г. вкл. патентная информация В архиве 19 марта 2013 г. Wayback Machine
  2. ^ "Zeiss-Planetarium Jena: Geschichte". Planetarium-jena.de. Архивировано из оригинал на 2015-08-31. Получено 2015-08-30.
  3. ^ Более подробный исторический отчет см. В главе «Геодезические, купола и пространство-время» в книге Тони Ротмана. Наука в моде, Princeton University Press, 1989.
  4. ^ "Купол Вудс Хоул". Получено 2019-07-02.
  5. ^ «Аудиоинтервью с Бернардом Киршенбаумом на куполах линии DEW». Bernardkirschenbaum.com. Получено 2010-10-17.
  6. ^ Фуллер, Р. Бакминстер; Маркс, Роберт (1973). Мир Dymaxion Бакминстера Фуллера. Якорные книги. п. 203. ISBN  0-385-01804-5.
  7. ^ Архивы, Нотр-Дам (17 сентября 2010 г.). "Модерн середины века". Нотр-Дам Архив Новости и заметки. Получено 15 июля 2019.
  8. ^ Геодезические купола чаще всего основываются на Платоновы тела, особенно икосаэдр.
  9. ^ Мир науки - Театр OMNIMAX - Факты об OMNIMAX В архиве 2006-06-26 на Wayback Machine
  10. ^ [1]
  11. ^ «Карбондейл, Иллинойс, Лес и Вишня - Карты Google». Maps.google.com. 1970-01-01. Получено 2010-10-17.
  12. ^ "naturhuset - Vi skal bygge et Naturhus og en selvforsynende hage pĺ Sandhornřya i Nordland. Prosjektet er sterkt inspirert av arkitekt Bengt Warne, den russiske Bokserien.. Naturhuset.blogg.no. Получено 2015-08-30.
  13. ^ KristallSalzWelt В архиве 2016-03-04 в Wayback Machine
  14. ^ «ЭкоКемп Патагония Купола» ЭкоКемп Патагония ». Ecocamp.travel. Получено 2015-08-30.
  15. ^ [2] В архиве 21 июля 2013 г. Wayback Machine
  16. ^ (Bucky Works: современные идеи Бакминстера Фуллера)
  17. ^ а б c «10 крупнейших куполов мира». Институт Бакминстера Фуллера. Архивировано из оригинал 12 апреля 2010 г.
  18. ^ "Superior Dome | Wildcat Athletics в Университете Северного Мичигана". Webb.nmu.edu. Получено 2010-10-17.
  19. ^ WWSI. "Western Wood Structures, Inc. - Клееные балки, арки и мосты". Westernwoodstructures.com. Получено 2010-10-17.
  20. ^ а б «Купола более 100м». geometrya.com. Получено 2019-05-04.
  21. ^ «Послевоенные разработки в большепролетном строительстве». britannica.com. Получено 2017-06-07.
  22. ^ «Самый большой купол в Южной Америке». geometrya.com. Получено 2017-06-07.

внешние ссылки