Eine monolithische Kuppel (griechisch-monolithisch, was „ein Stein“ bedeutet) ist eine Struktur, die in einer einteiligen Form gegossen wird. Das Formular kann dauerhaft oder vorübergehend sein und kann Teil der fertigen Struktur sein oder nicht. Monolithische Kuppeln sind eine Form der monolithischen Architektur.

Geschichte
Der Iglu kann die früheste Form der monolithischen Kuppel sein. Während Blöcke aus komprimiertem Schnee aufgebaut sind, schmelzen und gefrieren diese Blöcke zu einer starken, homogenen Struktur. Die kuppelartige Form des Iglus weist die zwei Hauptvorteile einer kuppelförmigen Struktur auf: große Festigkeit und gute Isolierung. Die Festigkeit ist auf die natürliche Stärke des Bogens zurückzuführen, und die Isolierung beruht auf der minimalen Oberfläche eines kugelförmigen Abschnitts.

Die erste moderne monolithische Kuppelkonstruktion wurde in Provo, Utah, errichtet und 1963 als Eisbahn eröffnet. Nach seiner Umwandlung von 1967 in einen Gemischtwarenladen durch den neuen Eigentümer Paul Ream wurde das Gebäude „Turtle Reams“ genannt. Das Gebäude stand bis zum Abriss im Jahr 2006 für den Neubau.

Turtle Reams wurde gebaut, indem zuerst ein Erdhügel in der gewünschten Form der Schale erzeugt wurde, ein ellipsoidaler Abschnitt, 240 Fuß (73 m) lang, 160 Fuß (49 m) breit und 40 Fuß (12 m) hoch. Der Hügel wurde dann in einem Gitter aus Bewehrungsstahl bedeckt, um Festigkeit bereitzustellen, und eine Betonschicht von ungefähr 4 Inch (100 mm) Dicke. Nachdem der Beton ausgehärtet war, wurde der Schmutz durch die Türöffnungen ausgegraben und das Dach an seinem Platz stehen gelassen. Der Boden wurde dann gegossen, um die Struktur zu vervollständigen.

Heute werden monolithische Kuppeln in einer Vielzahl von Wohn-, Gewerbe- und Industrieprojekten eingesetzt. Aufgrund ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit werden sie zur Lagerung großer Mengen verschiedener Rohstoffe in der Zement-, Düngemittel-, Landwirtschafts-, Energie- und Bergbauindustrie verwendet. Aufgrund ihrer strukturellen Integrität werden sie in einigen Kernkraftwerken als Containment-Gebäude verwendet. Formen wurden unter Verwendung von fast jedem üblichen Strukturmaterial, einschließlich luftdruckunterstütztem Gewebe, hergestellt.

Aktuelle Bauweisen
Die moderne Konstruktion unterscheidet sich wesentlich von der ursprünglichen Beton-über-Schmutz-Methode. Die aktuellen Methoden wurden von drei Brüdern aus Idaho entwickelt: David, Barry und Randy South. Die erste Kuppel, die mit dieser Methode gebaut wurde, wurde im April 1976 in Shelley, Idaho gebaut:

Ein Stahlbetonfundament oder „Ringbalken“ wird konstruiert, der die Form der Basis der Struktur definiert.
Die Stoffform oder Luftform wird an dem Fundament befestigt und mit einem Luftgebläse aufgeblasen. Die Luftform enthält eine Luftschleuse, damit die Arbeiter während des Befüllens in die Form gelangen können.
Eine Schicht Polyurethanschaum wird auf das Innere der Form gesprüht. (Ihre Zwecke sind, der Luftform Starrheit zu geben, die Widerstange an Ort und Stelle zu befestigen, Unterstützung für das Einspritzen der Betonmischung bereitzustellen und die endgültige Struktur zu isolieren.)
Bewehrungsstab wird an der äußeren Schaumschicht befestigt, indem Clips verwendet werden, die am Schaum befestigt sind.
Mehrere Zoll Beton werden über den Widerstangenrahmen gesprüht.
Nachdem der Beton ausgehärtet ist, wird das Gebläse ausgeschaltet.
Die freiliegende Oberfläche der Luftform kann so belassen werden, wie sie ist, oder es kann eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. Farbe, Fliesen usw., angewendet werden. (Die richtige Auswahl von Luftformmaterial gewährleistet die Verhinderung einer Langzeitdegradation durch ultraviolette Strahlung.)
In Fällen, in denen die Notwendigkeit einer wirtschaftlichen Konstruktion für mehrere kleine und einfache Wohnungen erforderlich ist, kann die Kuppel ohne Isolierung gebaut werden und die Luftform kann nach Fertigstellung entfernt und wiederverwendet werden, um zusätzliche Kuppeln zu bauen.

Haltbarkeit
Die Kuppel, wenn sie fertig ist, ist Erdbeben, Tornado und Hurrikan-resistent (die US-amerikanische Federal Emergency Management Agency bewertet sie als „fast absoluten Schutz“ von F5 Tornados und Kategorie 5 Hurrikane). Kürzlich hat eine Reihe von monolithischen Kuppeln, die mit MDI-Techniken konstruiert wurden, große Katastrophen überlebt:

Mehrere monolithische Kuppeln in Florida überlebten 2005 direkte Hits von Hurricane Katrina.
Viele monolithische Kuppeln waren in den Laufbahnen von 2005 und 2006 in Oklahoma und Texas zu finden und überlebten mit nur geringer Verkohlung der äußeren Schaumisolierung.
Im Jahr 2003 überstand ein monolithisches Regierungsgebäude im Irak einen direkten Treffer von 5.000 Pfund (2.300 kg). Bombe. Das Innere der Struktur wurde völlig zerstört, aber die Kuppel selbst blieb stehen (siehe Bild).
Der Abriss von Reams Turtle zeigte auch die Haltbarkeit der monolithischen Kuppelstruktur. Eine Abrissbirne zerstörte einen mehrere Meter breiten Streifen um den Umfang der Struktur, ohne zu kollabieren. Als eine Tür auf einer Seite heruntergezogen wurde, kippte die Kuppel schließlich um und brach zusammen.

Klimakontrolle
Die monolithische Kuppel ist aus einer Reihe von Gründen sehr energieeffizient. Die kugelförmigen Abschnitte der Kuppel bieten eine minimale Oberfläche für das Volumen, das sie enthalten, so dass weniger Fläche für die Wärmeübertragung mit der Außenluft vorhanden ist. Die einteilige Konstruktion der monolithischen Kuppel beseitigt auch viele der Nähte, durch die Luft austreten kann, obwohl dies bis zu einem gewissen Grad in Wohndomen durch die Hinzufügung von mehreren Türen und Fenstern gemildert wird. Durch die Platzierung des Dämmschaums auf der Außenseite der Betonschale wirkt der Beton als thermische Masse im Inneren des Gebäudes, wodurch Innentemperaturschwankungen viel stärker als bei der traditionellen Hausisolierung innerhalb eines Ziegel- oder Steinfurniers reduziert werden.

Nachteile
Während die monolithische Kuppel zahlreiche demonstrierte technische Vorteile aufweist, gibt es auch einige Nachteile, sowohl ingenieurtechnischer als auch sozialer Art.

Ingenieurwesen
Die Techniken, die in der monolithischen Kuppelkonstruktion verwendet werden, unterscheiden sich sehr von den normalen Konstruktionsverfahren, so dass nur speziell ausgebildete Bautrupps geeignet sind, eine Kuppel unter Verwendung der modernen Techniken zu bauen.
Die gekrümmten Oberflächen, die der monolithischen Kuppelkonstruktion innewohnen, führen oft zu merkwürdig geformten Räumen, wenn sie aufgeteilt werden, was in engen Ecken Platz verschwenden kann. Es gibt Probleme mit verschwendeter Bodenfläche aufgrund der Wandkrümmung und Probleme beim Zusammenbau von Möbeln, ähnlich denen von Quonset-Hütten. Dieser Effekt kann minimiert werden, indem die Kuppel an einer Stielwand konstruiert wird, oder indem eine Luftform von solcher Form verwendet wird, um gerade, vertikale Wände in Bodennähe zu ermöglichen.
Die fehlenden Nähte der monolithischen Kuppel können es zu gut abgedichtet machen; Entfeuchter sind in allen außer den trockensten Klimazonen erforderlich.

Sozial
Soziale Nachteile von monolithischen Kuppeln werden in hohem Maße durch geodätische Kuppeln geteilt, aufgrund der ähnlichen Form und unorthodoxen Konstruktion. Diese Nachteile sind:

Die radikal andere Erscheinung der Kuppeln verringert auch die Attraktivität für ihre Verwendung als private Residenzen – die standardmäßige kreisförmige Basis passt nicht gut zu kleinen Grundstücken, die in vielen Bereichen zu finden sind, und die seltsame Erscheinung und das Design können mit Bündnisbund-Vereinbarungen kollidieren. Abhängig von der Situation kann eine große Vielfalt von Variationen, die von der Standardkreisform verfügbar sind, einige dieser Probleme vermeiden.
Baugenehmigungen können schwierig zu erhalten sein, wenn lokale Beamte die monolithische Kuppel nicht kennen.
Der Wiederverkauf einer monolithischen Kuppel nach Hause kann aufgrund seiner unkonventionellen Erscheinung schwierig sein.

Bauaufzeichnungen
Die größte monolithische Kuppel der Welt ist die Heimat des Faith Chapel Christian Center in Birmingham, AL, das 72 Fuß (22 m) hoch und 280 Fuß (85 m) im Durchmesser ist. Innen ist eine Grundfläche von 6.920 m2 in zwei Ebenen.

Einige Gemeinden in den Vereinigten Staaten haben sich für den Bau neuer Schulen für die monolithische Dome-Technologie entschieden. Eine Karte der kürzlich gebauten monolithischen Kuppelschulen finden Sie hier:

Ein Wohnhaus, die monolithische „Kuppel eines Hauses“ in Pensacola Beach, Florida, hat seit seinem Bau mehrere Hurrikane erlebt.