القبة الجيوديسية هي بنية رخوة نصف كروية (شبيكة شعرية) على أساس متعدد الوجوه الجيوديسي. العناصر المثلثة للقبة هي جامدة هيكليا وتوزع الإجهاد الهيكلي في جميع أنحاء الهيكل ، مما يجعل القباب الجيوديسية قادرة على تحمل الأحمال الثقيلة جدا لحجمها.

التاريخ
تم تصميم القبة الأولى التي يمكن تسميتها “الجيوديسية” من جميع النواحي بعد الحرب العالمية الأولى من قبل فالتر باورسفيلد ، كبير مهندسي شركة كارل زايس البصرية ، لإنشاء القبة السماوية لإيواء جهاز العرض الضوئي الخاص به. أول قبة صغيرة تم تسجيل براءة اختراعها ، شيدتها شركة Dykerhoff و Wydmann على سطح مصنع زايس في يينا ، ألمانيا. افتتحت القبة الأكبر ، المسماة “عجائب جينا” ، للجمهور في يوليو 1926. وبعد مرور 20 عامًا ، سمّى ر. بكمنستر فولر القبة “الجيوديسية” من التجارب الميدانية مع الفنان كينيث سلينسون في كلية بلاك ماونتن في 1948 و 1949. على الرغم من أن فولر لم يكن المخترع الأصلي ، إلا أنه يعود إلى تعميم الولايات المتحدة للفكرة التي حصل عليها من براءة الاختراع الأمريكية 2،682،235 29 يونيو 1954.

وناشدت القبة الجيوديسية فولر لأنها كانت قوية للغاية بالنسبة لوزنها ، حيث أن سطحها “المغلق” يوفر بنية مستقرة بطبيعتها ، ولأن الكرة تحيط بأكبر حجم لأقل مساحة سطح.

تم بنجاح اعتماد القبة للاستخدامات المتخصصة ، مثل قبب خط الإنذار المبكر البعيدة رقم 21 التي تم بناؤها في كندا في عام 1956 ، وقبة شركة يونيون تانك كار 1958 بالقرب من باتون روج بولاية لويزيانا ، والتي صممها توماس سي. هاورد من شركة سينيرجيتكس ، وشركة والتخصص المباني مثل قبب الألمنيوم كايزر (التي شيدت في العديد من المواقع في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، على سبيل المثال ، فيرجينيا بيتش ، فيرجينيا) ، وقاعات المحاضرات ، ومراصد الطقس ، ومرافق التخزين. وسرعان ما حطمت القبة الأرقام القياسية للسطح المغطى والمساحة المغلقة وسرعة البناء.

وبدءًا من عام 1954 ، جرب جنود المارينز الأمريكيون القباب الجيوديسية التي يمكن تسليمها. تم رفع قبة جيوديسية من الخشب والبلاستيك طولها 30 قدما وحملتها بطائرة هليكوبتر بسرعة 50 عقدة دون حدوث أضرار ، مما أدى إلى تصنيع قبة مغنسيوم قياسية بواسطة منتجات المغنيسيوم في ميلووكي. وشملت الاختبارات ممارسات التجميع التي تمكن فيها جنود مشاة البحرية غير المدربين سابقاً من تجميع قبة مغنسيوم طولها 30 قدماً في 135 دقيقة ، ورفع طائرات الهليكوبتر من حاملات الطائرات ، واختبار المتانة الذي نجحت فيه القبة الراسية في الصمود على مدى 120 ميلاً في الساعة (190 كم / ح) انفجار المروحة من المحركات المزدوجة التي تبلغ قدرتها 3،000 حصان في الطائرة الراسية دون حدوث أي ضرر.

تم تقديم القبة إلى جمهور أوسع كجناح للمعرض العالمي لعام 1964 في مدينة نيويورك الذي صممه توماس سي هوارد من Synergetics، Inc. هذه القبة تستخدم الآن كطيور من حديقة حيوانات كوينز في متنزه Flushing Meadows Corona Park تم إعادة تصميمه من قبل TC Howard of Synergetics، Inc.

قبة أخرى هي من معرض 67 في معرض مونتريال العالمي ، حيث كانت جزءا من الجناح الأمريكي. تم لاحقاً إحراق غطاء الهيكل ، لكن الهيكل نفسه لا يزال قائماً ، وتحت اسم Biosphère ، يضم حالياً متحفًا تفسيريًا حول نهر Saint Lawrence.

في 1970s ، مرخص Zomeworks خطط للهياكل القائمة على المواد الصلبة الهندسية الأخرى ، مثل المواد الصلبة جونسون ، المواد الصلبة Archimedean ، والمواد الصلبة الكاتالانية. قد تحتوي هذه البنيات على بعض الوجوه غير المثلثية أو المربعات أو المضلعات الأخرى.

في عام 1975 ، تم بناء قبة في القطب الجنوبي ، حيث تعتبر مقاومتها لأحمال الثلج والرياح مهمة.

في 1 أكتوبر 1982 ، افتتحت واحدة من القباب الجيوديسية الأكثر شهرة ، Spaceship Earth في مركز EPCOT في عالم والت ديزني (باي ليك ، فلوريدا). تمت تسمية المبنى والركوب داخله بأحد مصطلحات بكمينستر فولر الشهيرة ، Spaceship Earth ، وهي وجهة نظر عالمية تعبر عن القلق بشأن استخدام الموارد المحدودة المتاحة على الأرض وتشجيع الجميع على العمل كطاقم متناغم يعمل نحو أكبر جيد. المبنى هو رمز Epcot ، ويتم تضمينه أيضًا في شعار الحديقة.

في عام 2000 ، تم بناء أول قبة جيوديسية مستدامة بالكامل في العالم ، EcoCamp Patagonia ، في تشيلي باتاغونيا افتتحت في العام التالي في عام 2001. تصميم القبة للفندق هو مفتاح مقاومة الرياح القوية في المنطقة ويستند إلى مساكن شعب Kaweskar الأصليين .

طرق البناء
تحتوي القبب الخشبية على ثقب محفور في عرض دعامة. يمسك شريط من الفولاذ المقاوم للصدأ بفتحة الانبثاق إلى أنبوب فولاذي. مع هذه الطريقة ، قد يتم قطع الدعامات إلى الطول المطلوب بالضبط. ثم يتم مسمر مثلثات من الخشب الرقائقي الخارجي إلى الدعامات. يتم لف القبة من الأسفل إلى الأعلى مع عدة طبقات من ورق القطران ، لإلقاء الماء ، وتنتهي مع القوباء المنطقية. هذا النوع من القبة غالباً ما يطلق عليه قبة المحور و التبختر بسبب استخدام محاور فولاذية لربط الدعامات معاً.

بنيت القبب المغطاة بألواح من خشب ذو إطار منفصل مغطى بالخشب الرقائقي. غالباً ما يتم قطع الأعضاء الثلاثة الذين يتكونون من الإطار الثلاثي عند الزوايا المركبة لتوفير تركيبات مسطحة من المثلثات المختلفة. يتم حفر الثقوب من خلال الأعضاء في مواقع دقيقة ومسامير الصلب ثم ربط المثلثات لتشكيل القبة. هذه الأعضاء غالباً ما تكون 2x4s أو 2x6s ، والتي تسمح لمزيد من العزل لتناسب داخل المثلث. تسمح تقنية الألواح المعدنية للبانيء بإرفاق جلد الخشب الرقائقي إلى المثلثات أثناء العمل بأمان على الأرض أو في متجر مريح بعيدًا عن الطقس. لا تتطلب هذه الطريقة محاور فولاذية غالية الثمن.

تم بناء قبب الدفيئة المؤقتة عن طريق تدبيس الأغطية البلاستيكية على قبة مبنية من عوارض مربعة ذات بوصة واحدة. والنتيجة هي دافئة ، متحركة باليد في أحجام أقل من 20 قدما ، ورخيصة. يجب أن يتم وضعه على الأرض لمنع نقله بواسطة الرياح.

يمكن بناء إطار الفولاذ بسهولة من القناة الكهربائية. واحد يسطح نهاية تبختر ويحفر ثقوب الترباس في الطول المطلوب. مسمار واحد يؤمن رأسًا من الدعامات. عادةً ما يتم ضبط المكسرات بمركب قفل قابل للإزالة ، أو إذا كانت القبة محمولة ، يكون لها صمولة مزينة بقبضة كوتر. هذه هي الطريقة القياسية لبناء قباب لصالات رياضية الأدغال.

يمكن أيضًا بناء القباب باستخدام هيكل من الألمنيوم خفيف الوزن يمكن تثبيته أو ربطه معًا أو يمكن توصيله بموصل / نقطة توصيل أكثر مرونة. عادةً ما تكون هذه القبب مكسوة بالزجاج الذي يتم تثبيته في مكانه باستخدام مواسير PVC. يمكن إغلاق المواكبة بالسيليكون لتجعل الماء مشدودًا. تسمح بعض التصاميم أيضًا بتثبيت ألواح زجاجية مزدوجة أو ألواح معزولة في الإطار. هذا يسمح لبناء مبنى للسكن بالكامل.

تبدأ القباب الخرسانية والبلاستيكية الرغوية بشكل عام بقبة إطار فولاذي ملفوفة بأسلاك الدجاج وشاشة سلكية للتعزيز. ترتبط سلك الدجاج والشاشة بالإطار مع روابط الأسلاك. ثم يتم رش طبقة من المادة أو تشكيلها على الإطار. يجب إجراء الاختبارات باستخدام مربعات صغيرة لتحقيق التناسق الصحيح للخرسانة أو البلاستيك. عموما ، العديد من المعاطف ضرورية في الداخل والخارج. تتمثل الخطوة الأخيرة في تشبع القباب الإسمنتية أو البوليستر بطبقة رقيقة من مركب الإيبوكسي لإلقاء الماء.

وقد تم بناء بعض القباب الخرسانية من ألواح خرسانية مسبقة الصنع ومسبقة الإجهاد ومثبتة بالفولاذ يمكن تثبيتها في مكانها. توجد المسامير داخل أوعية مرتفعة مغطاة بأغطية خرسانية صغيرة لتسليط الماء. تتداخل المثلثات مع الماء. يمكن تشكيل المثلثات في هذه الطريقة في أشكال منقوشة بالرمل مع أنماط خشبية ، ولكن المثلثات الخرسانية عادة ما تكون ثقيلة بحيث يجب وضعها مع رافعة. هذا البناء مناسب تمامًا للقباب لأنه لا يوجد مكان يسمح للماء بالتجمع على الخرسانة والتسرب من خلاله. تبقى أدوات التثبيت والمفاصل والأطر الداخلية من المعدن جافة ، مما يمنع حدوث الصقيع والتلف. يقاوم الإسمنت الشمس والشمس. يجب وضع بعض أشكال اللمعان الداخلي أو السد على المفاصل لمنع المسودات. تم بناء Cinerama Dome عام 1963 من سداسيات خرسانية مسبقة الصنع وخماسية.

نظرا للهندسة المعقدة للقبة الجيوديسية ، يعتمد بناة القبة على جداول أطوال الدعامات ، أو “عوامل الوتر”. في كتاب الرياضيات الجيوديسية وكيفية استخدامها ، كتب هيو كينر ، “كانت جداول عوامل الوتر ، التي تحتوي على معلومات التصميم الأساسية للأنظمة الكروية ، لسنوات عديدة حراسة مثل الأسرار العسكرية. في أواخر عام 1966 ، كانت هناك بعض الأرقام 3 × كان العلم الشعبي الشهري كل شخص خارج دائرة مرخصي Fuller كان يجب أن يستمر. ” (الصفحة 57 ، طبعة 1976). أصبحت جداول أخرى متاحة مع نشر Domebook 1 لويد كاهن (1970) و Domebook 2 (1971).

منازل قبة
وأعرب فولر عن أمله في أن تساعد القبة الجيوديسية في معالجة أزمة الإسكان في فترة ما بعد الحرب. وكان هذا يتفق مع آماله السابقة لكلا الإصدارين من بيت Dymaxion.

كانت القباب الجيوديسية السكنية أقل نجاحًا من تلك المستخدمة في العمل و / أو الترفيه ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تعقيدها وتكاليف بناء أكبر. المقاولون المحترفون ذوو الخبرة القبة ، بينما يصعب العثور عليهم ، وهم موجودون ، ويمكن أن يزيلوا الكثير من التجاوزات في التكاليف المرتبطة بالبدايات الخاطئة والتقديرات غير الصحيحة. عاش فولر نفسه في قبة جيوديسية في كاربونديل ، إلينوي ، عند زاوية الغابة والكرز. فكر أكمل في القباب السكنية كمنتجات يتم تسليمها بواسطة الهواء تصنعها صناعة تشبه صناعة الطيران. لا يزال منزل قبة فولر الخاص موجودًا ، بينما تحاول مجموعة R. Buckminster Fuller و Anne Hewlett Dome Home ، ومجموعة تسمى RBF Dome NFP استعادة القبة وتسجيلها كمعلم تاريخي وطني. هو على السجل الوطني للأماكن التاريخية.

في عام 1986 ، تم منح براءة اختراع لتقنية بناء القبة التي تنطوي على مثلثات البوليسترين المغلفة بالخرسانة المسلحة في الخارج ، وتم منح لوح الحائط من الداخل إلى Ingenuity الأمريكية من Rockledge ، فلوريدا. تسمح تقنية البناء للقباب بأن تكون مسبقة الصنع في شكل طقم وتركيب من قبل صاحب المنزل. هذا الأسلوب يجعل اللحامات في الجزء الأقوى من الهيكل ، حيث تكون الدرزات ، وخصوصًا المحاور في معظم القباب ذات الإطار الخشبي ، هي أضعف نقطة في الهيكل. كما أنه يتميز بكونه مانع للماء.

منازل القبة الجيوديسية ذات إطار الألمونيوم الصالحة للسكن آخذة في الظهور في النرويج والنمسا. في عام 2012 ، تم استخدام قبة ألومنيوم وزجاج كغطاء قبة لمنزل صديق للبيئة في النرويج وفي عام 2013 تم بناء منزل قبة من الزجاج والخشب في النمسا.

في تشيلي ، يتم تبني أمثلة على القبب الجيوديسية بسهولة للإقامة في الفنادق إما كقباب جيوديسية على شكل خيمة أو قباب مغطاة بالزجاج. أمثلة: EcoCamp Patagonia ، شيلي ؛ وإلكوي دوموس ، شيلي.

سلبيات
على الرغم من أن منازل القبة تتمتع بموجة من الشعبية في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات من القرن العشرين ، كنظام إسكان ، إلا أن القبة لها العديد من العيوب والمشاكل. وأصبح المؤيد السابق لمنازل القبة ، لويد كان ، الذي كتب كتابين عنهما (Domebook 1 و Domebook 2) وأسس دار النشر Shelter Publications ، خائبين من ذلك ، واصفا إياهم “بالذكاء ولكن ليس الحكمة”. وأشار إلى العيوب التالية ، التي أدرجها على موقع شركته: مواد البناء الجاهز (مثل الخشب الرقائقي ، لوحة الجدائل) عادة ما تأتي بأشكال مستطيلة ، لذلك قد يتم إلغاء بعض المواد بعد قطع مستطيلات إلى مثلثات ، زيادة تكلفة البناء. تهرب النار هي إشكالية ؛ تتطلب الرموز لهياكل أكبر ، وهي غالية الثمن. يمكن أن يتطابق Windows المطابق للرمز في أي مكان من خمسة إلى خمسة عشر ضعفاً مثل النوافذ في المنازل التقليدية. تكاليف الأسلاك الكهربائية المهنية أكثر بسبب زيادة وقت العمل. ﺣﺘﻰ اﻷوﺿﺎع اﻟﺴﻠﻜﻴﺔ ﻟﻠﻤﺎﻟﻚ ﻣﻜﻠﻔﺔ ، ﻷن اﻟﻤﺰﻳﺪ ﻣﻦ اﻟﻤﻮاد اﻟﻤﻄﻠﻮﺑﺔ ﻟﺒﻨﺎء اﻟﻘﺒﺔ. التوسع والتقسيم هو أيضا صعب. يلاحظ خان أن القباب صعبة إذا لم يكن من المستحيل صنعها باستخدام مواد طبيعية ، تتطلب البلاستيك بشكل عام ، وما إلى ذلك ، والتي تتلوث وتتدهور في ضوء الشمس.

الهواء الطبقية وتوزيع الرطوبة داخل القبة غير عادية. تميل الظروف إلى تحطيم الإطارات الخشبية أو الألواح الداخلية بسرعة. تزعم شركة تدعى New Age Construction في ألاباما أن إضافة قبة تقضي على تكاثف الرطوبة الشائع في القباب.

الخصوصية أمر يصعب ضمانه لأن القبة يصعب تقسيمها بصورة مرضية. عادةً ما يتم نقل الأصوات والروائح وحتى الضوء المنعكس من خلال الهيكل بأكمله (ولكن في بعض الحالات يمكن استخدام هذا للميزة).

كما هو الحال مع أي شكل منحني ، تنتج القبة مناطق حائط يمكن أن يكون من الصعب استخدامها وتترك بعض المساحة الأرضية الطرفية مع الاستخدام المقيد بسبب عدم وجود مساحة خالية. تفتقر الأشكال المخطط الدائري إلى النموذج البسيط الذي توفره المستطيلات. تصميم الأثاث والمصممين مع الأسطح المستوية في الاعتبار. وضع أريكة قياسية مقابل جدار خارجي (على سبيل المثال) ينتج عنه هلال خلف الأريكة.

إن بناة القبة الذين يستخدمون مواد تغليف الألواح المقطوعة (الشائعة في الستينيات والسبعينيات) يجدون صعوبة في إغلاق القباب ضد الأمطار بسبب العديد من طبقاتها. أيضا ، يمكن التأكيد على هذه اللحامات لأن الحرارة الشمسية العادية تنعكس الهيكل بأكمله كل يوم بينما تتحرك الشمس عبر السماء. وقد أدت الإضافة اللاحقة للأشرطة والتشطيبات المرنة الداخلية الجافة إلى القضاء على هذه الحركة التي تم ملاحظتها في التشطيبات الداخلية.

إن طريقة العزل المائي الأكثر فعالية مع القبة الخشبية هي تضييق القبة. تستخدم قبعات ذروتها في أعلى القبة ، أو لتعديل أشكال القبة عندما يكون المنحدر غير كاف للحاجز الجليدي. كما يتم استخدام القباب الخرسانية أو البلاستيكية المقواة من قطعة واحدة ، وقد تم بناء بعض القباب من مثلثات من الورق المقوى بالبلاستيك أو الشمع المتراكب بطريقة تتخللها المياه.

يصر جيه بولدوين ، وهو طالب سابق في باكمينستر فولر ، على أنه لا يوجد سبب لوجود قبة مصممة بشكل جيد ومصممة بشكل جيد لتسريبها ، وأن بعض التصاميم “لا تستطيع” التسرب.

الأنماط ذات الصلة
إن بناء هياكل قوية ومستقرة من أنماط المثلثات المعززة هو الأكثر شيوعًا في تصميم الخيام. تم تطبيقه في الملخص في التصميم الصناعي الآخر ، ولكن حتى في علوم الإدارة والهياكل التداولية كمجاز مفاهيمي ، خاصة في أعمال ستافورد بير ، التي تعتمد طريقة “الترانسفير” الخاصة بها على تصميم القبة التي لا تحتوي إلا على أعداد ثابتة من يمكن للناس المشاركة في العملية في كل مرحلة من مراحل التداول.

أكبر الهياكل القبة الجيوديسية
العديد من القباب الجيوديسية هي من بين أكبر الهياكل الواضحة في العالم. وفقا لمعهد باكمنستر فولر في عام 2010 ، فإن أكبر 10 قبب جيوديسية في العالم من حيث القطر هي:

Seagaia Ocean Dome (Sea ー ガ イ ア オ ー シ ャ ン ド ー ム): ميازاكي ، اليابان (31.9551 N 131.4691 درجة شرق) ، 216.5 م (710 قدم) – هدمت في عام 2017.
ناغويا دوم (ナ ゴ ヤ ド ー ム): ناغويا ، اليابان (35.1859 ° شمالاً 136.9474 ° شرقًا) ، 187.2 مترًا (614 قدمًا)
قبة سوبيريور: جامعة ميتشيغان الشمالية. ماركيت ، ميشيغان ، الولايات المتحدة الأمريكية (46.5603 ° شمالاً 87.3938 غرباً) ، 163.4 م (536 قدم)
Tacoma Dome: Tacoma، Washington، USA (47.2367 ° N 122.4270 ° W)، 161.5 m (530 ft)
Walkup Skydome: جامعة ولاية اريزونا الشمالية. فلاغستاف ، أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية (35.1805 ° شمال 111.6529 غربًا) ، 153 مترًا (502 قدمًا)
Round Valley Ensphere: Springerville-Eagar، AZ، ​​USA (34.1204 ° N 109.2849 ° W) ، 134 مترًا (440 قدمًا)
سابروز جوس حظيرة سابقة: لونج بيتش ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية (33.7513 ° شمال 118.1889 غربًا) ، 126 مترًا (413 قدمًا) – مملوك حاليًا لكرنفال كروز لاين.
منشأة تخزين البلاستيك Formosa: Mailiao ، تايوان (23.7921 ° N 120.1840 ° E) ، 122 م (400 قدم) – ستة قباب.
مرفق يونيون كار لصيانة السيارات: باتون روج ، لويزيانا ، الولايات المتحدة الأمريكية (30.5827 شمالاً 91.2344 ° غرباً) ، 117 م (384 قدماً) – تم هدمه في عام 2007.
مرفق تخزين الأسمنت بورتلاند ليهاي: يونيون بريدج ، ميريلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية (39.5590 درجة شمالاً 77.1718 غرباً) ، 114 م (374 قدم)

قبة واحدة كبيرة أخرى في فنزويلا تم تفويتها في قائمة معهد فولر الأصلي ، في حين أن اثنين آخرين تم بناؤها في وقت لاحق هي أيضا في أعلى 10. حاليا ، هناك العديد من القباب الجيوديسية التي يزيد قطرها عن 113 متر.
Poliedro de Caracas (“Caracas Polyhedron Arena”) ، كراكاس ، فنزويلا (10.4338 ° شمال 66.9385 غربًا) ، 143 مترًا (469 قدمًا)
منجم سان كريستوبال (MSC) دوم ، بلدية كولشا “K” ، بوليفيا (21.1246 ° جنوبا 67.2096 غرباً) ، 140 م (460 قدم)
Ruwais Refinery Dome، Ruwais، الإمارات العربية المتحدة (24.1459 ° N 52.7392 ° E)، 135 m (443 ft)