Геодезический купол представляет собой полусферическую структуру тонкой оболочки (решетчатую оболочку) на основе геодезического многогранника. Треугольные элементы купола структурно жесткие и распределяют структурные нагрузки по всей конструкции, что делает геодезические купола способными выдерживать очень большие нагрузки для их размера.

история
Первый купол, который во всех отношениях можно было назвать «геодезическим», был разработан после Первой мировой войны Вальтером Бауерсфельдом, главным инженером оптической компании Carl Zeiss, для того, чтобы планетарий разместил свой проектор планетария. Первый небольшой купол запатентован, построенный фирмой Dykerhoff и Wydmann на крыше завода Zeiss в Йене, Германия. Более крупный купол, названный «Чудо Йены», открылся для публики в июле 1926 года. Спустя 20 лет Р. Бакминстер Фуллер назвал купол «геодезической» из полевых экспериментов с художником Кеннетом Снельсоном в колледже Черной горы в 1948 и 1949 годах Хотя Фуллер не был оригинальным изобретателем, ему приписывают популяризацию США идеи, за которую он получил патент США 2682 235 29 июня 1954 года.

Геодезический купол обратился к Фуллеру, потому что он был чрезвычайно сильным для своего веса, его «омнитриангулированная» поверхность обеспечивала по своей природе устойчивую структуру и потому, что сфера охватывает наибольший объем для наименьшей площади поверхности.

Купол был успешно принят для специализированных целей, таких как 21 Дистанционный канал раннего предупреждения, построенный в Канаде в 1956 году, купол компании Union Tank Car Company 1958 года вблизи Батон-Руж, Луизиана, разработанный Томасом К. Говардом из Synergetics, Inc. и специальность таких как кайзерские алюминиевые купола (построенные во многих местах по всей территории США, например, Вирджиния-Бич, Вирджиния), аудиторий, метеорологических обсерваторий и хранилищ. Купол вскоре побил рекорд по покрытой поверхности, закрытому объему и скорости строительства.

Начиная с 1954 года, морские пехотинцы США экспериментировали с геодезическими куполами, поставляемыми вертолетом. 30-футовый деревянный и пластиковый геодезический купол был поднят и перенесен вертолетом на 50 узлов без повреждений, что привело к производству стандартного магниевого купола магниевыми продуктами Милуоки. Испытания включали сборные методы, в которых ранее неподготовленные морские пехотинцы смогли собрать 30-футовый магниевый купол за 135 минут, вертолет поднял авианосцы и испытание на прочность, в котором якорный купол успешно выдерживал дневную 120 миль в час (190 км / ч) взрыва пропеллера от двухмоторных двигателей мощностью 3000 лошадиных сил якорного самолета без повреждений.

Купол был представлен широкой аудитории в качестве павильона для Всемирной выставки 1964 года в Нью-Йорке, разработанной Томасом К. Говардом из Synergetics, Inc. Этот купол теперь используется в качестве вольера в зоопарке Queens в парке Flushing Meadows Corona после него был переработан TC Howard of Synergetics, Inc.

Другой купол — из Экспо 67 на Всемирной выставке в Монреале, где он был частью американского павильона. Покрытие структуры позже сожжено, но сама структура все еще стоит, и под именем Biosphère в настоящее время находится интерпретирующий музей о реке Святого Лаврентия.

В 1970-х годах Zomeworks лицензировала планы структур, основанных на других геометрических твердых телах, таких как твердые частицы Джонсона, архимедовы твердые тела и каталитические твердые тела. Эти структуры могут иметь некоторые грани, которые не являются треугольными, являются квадратами или другими полигонами.

В 1975 году на Южном полюсе был построен купол, где важна устойчивость к снежным и ветровым нагрузкам.

1 октября 1982 года открылся один из самых известных геодезических куполов — Spaceship Earth в Центре EPCOT в Уолт-Дисней-Мире (Бэй-Лейк, Флорида). Здание и поездка внутри него названы одним из знаменитых терминов Бакминстера Фуллера «Космический корабль Земля», мировоззрение, выражающее озабоченность по поводу использования ограниченных ресурсов, доступных на Земле, и поощрение каждого к нему действовать в качестве гармоничного экипажа, работающего в направлении большей хорошо. Здание представляет собой значок Эпкота, а также включено в логотип парка.

В 2000 году первый в мире полностью устойчивый геодезический купольный отель EcoCamp Patagonia был построен в Чилийской Патагонии, открывшейся в следующем году в 2001 году. Дизайн купола отеля является ключевым фактором для сопротивления сильным ветрам в регионе и основан на жилищах коренных жителей Кавескара ,

Методы строительства
Деревянные купола имеют отверстие, просверленное по ширине стойки. Полоса из нержавеющей стали фиксирует отверстие стойки на стальной трубе. С помощью этого метода стойки могут быть отрезаны до необходимой длины. Треугольники внешней фанеры затем прибиты к стойкам. Купол обернут снизу вверх сверху несколькими скрепленными слоями смоляной бумаги, пролить воду и закончить черепицей. Этот тип купола часто называют куполообразным куполом из-за использования стальных ступиц, чтобы связать стойки вместе.

Панелизированные купола построены из отдельно застроенных пиломатериалов, покрытых фанерой. Три элемента, содержащие треугольную раму, часто разрезаются на углы соединения, чтобы обеспечить плоскую подгонку различных треугольников. Отверстия просверливаются через элементы в точном месте, а стальные болты соединяют треугольники с образованием купола. Этими членами часто являются 2×4 или 2x6s, что позволяет использовать больше изоляции в треугольнике. Метод панелирования позволяет строителю прикрепить кожу фанеры к треугольникам, безопасно работать на земле или в удобном магазине вне погодных условий. Этот метод не требует дорогостоящих стальных ступиц.

Временные тепличные купола были построены путем сшивания пластиковых листов на куполе, построенном из квадратного луча на дюйм. Результат теплый, подвижный вручную размером менее 20 футов и дешевый. Он должен быть установлен на землю, чтобы предотвратить его перемещение ветром.

Стальной каркас может быть легко изготовлен из электропровода. Один сглаживает конец стойки и сверляет отверстия для болтов на необходимой длине. Один болт закрепляет вершину распорок. Гайки обычно устанавливаются со съемным фиксирующим соединением или, если купол портативен, имеют зубчатую гайку с шплинтом. Это стандартный способ строительства куполов для спортивных залов в джунглях.

Купола также могут быть изготовлены из легкого алюминиевого каркаса, который может быть закреплен болтами или свариваться вместе или может быть соединен с более гибким узловым узлом / узловым соединением. Эти купола обычно облицованы стеклом, которое удерживается на месте с помощью ПВХ. Копирование может быть герметизировано силиконом, чтобы сделать его водонепроницаемым. Некоторые конструкции также позволяют устанавливать двойное остекление или изолированные панели в каркасе. Это позволяет создать полностью пригодное для жилья здание.

Бетонные и пенопластовые купола обычно начинаются со стального каркасного купола, обернутого куриной проволокой и проволочным экраном для армирования. Куриная проволока и экран привязаны к каркасу проволочными зажимами. Затем слой материала распыляют или формовали на раму. Испытания должны выполняться с небольшими квадратами для достижения правильной консистенции бетона или пластика. Как правило, несколько слоев необходимы как внутри, так и снаружи. Последний шаг — насытить бетонные или полиэфирные купола тонким слоем эпоксидного соединения для пролить воду.

Некоторые бетонные купола были построены из сборных, предварительно напряженных железобетонных панелей, которые можно закрепить на месте. Болты находятся в поднятых сосудах, покрытых небольшими бетонными крышками для пролить воду. Треугольники перекрывают воду. Треугольники в этом методе можно формовать в формах с рисунком на песке с деревянными рисунками, но бетонные треугольники обычно настолько тяжелы, что их нужно разместить с помощью крана. Эта конструкция хорошо подходит для куполов, потому что ни одно место не позволяет воде сливаться с бетоном и просачиваться. Металлические крепежные детали, швы и внутренние стальные рамы остаются сухими, предотвращая коррозию и мороз. Бетон сопротивляется солнцу и выветриванию. Для предотвращения сквозняков необходимо прокладывать некоторую форму внутреннего мигания или уплотнения. Купол Синеманы 1963 года был построен из сборных железобетонных шестиугольников и пятиугольников.

Учитывая сложную геометрию геодезического купола, строители куполов полагаются на таблицы длин стойки или «факторы аккордов». В «Геодезической математике» и «Как ее использовать» Хью Кеннер пишет: «Таблицы факторов аккорда, содержащие, как они составляют основную информацию о конструкции для сферических систем, на протяжении многих лет охранялись как военные секреты. Еще в 1966 году некоторые цифры 3 икоса из Популярная наука Ежемесячно были все, кто за пределами круга обладателей Fuller должен был продолжать ». (стр. 57, издание 1976 года). Другие таблицы стали доступны с публикацией Domebook Lloyd Kahn 1 (1970) и Domebook 2 (1971).

Купольные дома
Фуллер надеялся, что геодезический купол поможет решить кризис послевоенного жилищного строительства. Это соответствовало его предыдущим надеждам на обе версии Dymaxion House.

Жилые геодезические купола были менее успешными, чем те, которые использовались для работы и / или развлечений, в основном из-за их сложности и, как следствие, больших затрат на строительство. Профессиональные опытные подрядчики, которые трудно найти, действительно существуют и могут устранить большую часть перерасхода средств, связанных с ложными запусками и неправильными оценками. Фуллер сам жил в геодезическом куполе в Карбондейле, штат Иллинойс, на углу леса и вишни. Фуллер подумал о жилых куполах как выпускаемой воздухом продукции, произведенной аэрокосмической промышленностью. Дом купола Фуллера по-прежнему существует, Р. Бакминстер Фуллер и Энн Хьюлетт Дом Дом, а группа под названием RBF Dome NFP пытается восстановить купол и зарегистрировать его как национальный исторический ориентир. Он находится в Национальном реестре исторических мест.

В 1986 году был выпущен патент на технологию строительства купола с участием полистирольных треугольников, ламинированных на железобетон снаружи, а настенная панель внутри была присуждена американской изобретательности Рокледж, Флорида. Техника строительства позволяет строить куполообразные формы в форме комплекта и устанавливаться домовладельцем. Этот метод делает швы в самой сильной части конструкции, где швы и особенно ступицы в большинстве деревянных куполов являются самой слабой точкой в ​​структуре. Это также имеет то преимущество, что оно является водонепроницаемым.

Жилые дома с геодезическими куполами из алюминиевой рамы появляются в Норвегии и Австрии. В 2012 году алюминиевый и стеклянный купол был использован в качестве купольного покрытия для эко-дома в Норвегии, а в 2013 году в Австрии был построен дом из стекла и дерева.

В Чили примеры геодезических куполов легко принимаются для размещения в гостиницах либо в виде тентованных геодезических куполов, либо в стеклянных куполах. Примеры: EcoCamp Patagonia, Чили; и Эльки Домос, Чили.

Недостатки
Хотя купольные дома пользовались волной популярности в конце 1960-х и начале 1970-х годов, как жилищная система, купол имеет много недостатков и проблем. Бывший сторонник куполообразных домов Ллойд Кан, который написал две книги о них (Domebook 1 и Domebook 2) и основал публикации «Укрытие», 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 до треугольников , увеличивая стоимость строительства. Пожарные экраны проблематичны; коды требуют их для больших структур, и они дороги. Windows, соответствующая коду, может стоить от 5 до 15 раз больше, чем окна в обычных домах. Профессиональная электропроводка стоит больше из-за увеличения рабочего времени. Даже связанные с владельцами ситуации являются дорогостоящими, потому что для строительства купола требуется больше определенных материалов. Расширение и разбиение также сложны. Кан отмечает, что купола трудно, если не невозможно, построить из натуральных материалов, обычно требующих пластиков и т. Д., Которые загрязняют и ухудшают солнечный свет.

Воздушная стратификация и распределение влаги внутри купола необычны. Условия имеют тенденцию к быстрому разрушению деревянного каркаса или внутренней обшивки. Компания под названием New Age Construction в штате Алабама утверждает, что добавление купола устраняет конденсацию влаги, которая распространена в куполах.

Конфиденциальность трудно гарантировать, потому что купол трудно разделить удовлетворительно. Звуки, запахи и даже отраженный свет, как правило, передаются по всей структуре (но в некоторых случаях это может быть использовано в интересах).

Как и при любой изогнутой форме, купол создает стены, которые могут быть трудными в использовании, и оставляет часть периферийного пола с ограниченным использованием из-за отсутствия запаса. Формы круглого плана не имеют простой модульности, обеспечиваемой прямоугольниками. Меблировка и монтажники проектируются с плоскими поверхностями. Размещение стандартного дивана на внешней стене (например) приводит к получению полумесяца позади расходуемого дивана.

Куполообразные строители, использующие материал для обшивки обшивки (общий в 1960-х и 1970-х годах), затрудняют печать куполов против дождя из-за их многочисленных швов. Кроме того, эти швы могут быть подчеркнуты, потому что обычное солнечное тепло каждый день сгибает всю структуру, когда солнце перемещается по небу. Последующее добавление ремней и внутренней гибкой отделки гипсокартона фактически устранило это движение, замеченное в внутренней отделке.

Самый эффективный метод гидроизоляции с деревянным куполом — это облицовка купола. Пиковые колпачки в верхней части купола или изменение формы купола используются там, где склона недостаточно для ледяного барьера. Также используются цельные железобетонные или пластиковые купола, а некоторые купола выполнены из пластиковых или вощеных картонных треугольников, которые перекрываются таким образом, чтобы пролить воду.

Бывший ученик Бакминстера Фуллера Дж. Болдуин настаивает на том, что нет причин для утечки правильно спроектированного, хорошо построенного купола и что некоторые конструкции «не могут» течь.

Связанные шаблоны
Строительство сильных, устойчивых структур из узоров армирующих треугольников наиболее часто встречается в дизайне тентов. Он был применен в реферате в другом промышленном дизайне, но даже в науке управления и совещательных структурах как концептуальная метафора, особенно в работе Стаффордского пива, метод «переселения» которого основан именно на конструкции купола, что только фиксированные числа люди могут принимать участие в процессе на каждом этапе обсуждения.

Крупнейшие геодезические купольные конструкции
Многие геодезические купола являются одними из самых крупных структур в мире. По данным Института Бакминстера Фуллера в 2010 году, 10 крупнейших геодезических куполов в мире по диаметру:

Seagaia Ocean Dome (シ ー ガ イ ア オ ー シ シ ャ ム ム): Миядзаки, Япония (31.9551 ° N 131.4691 ° E), 216.5 м (710 футов) — Снесено в 2017 году.
Nagoya Dome (ナ ゴ ヤ ド ー ム): Нагоя, Япония (35.1859 ° N 136.9474 ° E), 187,2 м (614 футов)
Superior Dome: Северный Мичиганский университет. Маркетт, Мичиган, США (46,5603 ° N 87,3938 ° W), 163,4 м (536 футов)
Такома: Такома, Вашингтон, США (47,2367 ° с.ш., 122,4270 ° з.д.), 161,5 м (530 футов)
Walkup Skydome: Университет Северной Аризоны. Флагстафф, Аризона, США (35,1805 ° N 111,6529 ° W), 153 м (502 фута)
Круглая долина Энсфер: Спрингервиль-Игар, Аризона, США (34,1204 ° с. Ш. 109,2849 ° з. Д.), 134 м (440 футов)
Бывший еловый гусиный ангар: Лонг-Бич, Калифорния, США (33,7513 ° с.ш., 118,1889 ° з.д.), 126 м (413 фута) — теперь принадлежит карнавальной круизной линии.
Formosa Plastics Storage Facility: Mailiao, Тайвань (23.7921 ° N 120.1840 ° E), 122 м (400 футов) — шесть куполов.
Союз технического обслуживания танковых автомобилей: Батон-Руж, Луизиана, США (30,5827 ° с.ш. 91,2344 ° з. Д.), 117 м (384 фута) — снесено в 2007 году.
Lehigh Portland Cement Storage Facility: Union Bridge, Мэриленд, США (39,5590 ° N 77,1718 ° W), 114 м (374 фута)

Еще один крупный купол в Венесуэле был упущен в первоначальном списке Института Фуллера, а еще два других, построенных позже, также находятся в топ-10. В настоящее время несколько геодезических куполов больше 113 м в диаметре.
Полиэдро-де-Каракас («Каракасская многогранная арена»), Каракас, Венесуэла (10.4338 ° с.ш.) 66.9385 ° з.д.), 143 м (469 футов)
Купол Сан-Кристобал (MSC), Колха, муниципалитет «K», Боливия (21.1246 ° S 67.2096 ° W), 140 м (460 футов)
Ruwais Refinery Dome, Ruwais, Объединенные Арабские Эмираты (24.1459 ° N 52.7392 ° E), 135 m (443 ft)