История современных куполов периода

Купола, построенные в XIX и XX веках, получили более эффективные методы производства чугуна и стали, а также успехи в структурном анализе.

Металлоконструкции куполов 19-го века часто имитировали более ранние конструкции куполообразных куполов в самых разных стилях, особенно в церковной архитектуре, но также использовались для создания стеклянных куполов над торговыми пассажами и теплицами, куполами над локомотивными сараями и выставочными залами, а также куполами чем любые другие в мире. Разнообразие куполообразных зданий, таких как парламенты и здания капитолия, газометры, обсерватории, библиотеки и церкви, было обеспечено за счет использования железобетонных ребер, легкого папир-маше и триангулированного каркаса.

В 20 веке планетарийные купола подтолкнули изобретение Вальтера Бауерсфельда как тонких оболочек железобетонных, так и геодезических куполов. Использование стали, компьютеров и анализ конечных элементов обеспечили еще большие масштабы. Натяжная мембранная структура стала популярной для куполообразных спортивных стадионов, которые также были новинками с жесткими убирающимися купольными крышами.

Девятнадцатый век

Железо
Новые технологии производства позволили производить чугун и кованое железо как в больших количествах, так и при относительно низких ценах во время промышленной революции. Железо использовалось вместо древесины, где огнестойкость была приоритетом. В России, где были большие запасы железа, можно найти некоторые из самых ранних примеров архитектурного использования материала. Андрей Воронихин построил большой кованый железный купол над Казанским собором в Санкт-Петербурге. Построенный между 1806 и 1811 годами, внешний купол собора 17,7 метра был одним из самых ранних железных куполов.

Хотя производство железа во Франции отставало от Великобритании, правительство стремилось способствовать развитию своей отечественной металлургической промышленности. В 1808 году правительство Наполеона одобрило план замены сгоревшего деревянного купола из амфитеатра Halle au Blé в Париже с куполом из железа и стекла, «самым ранним примером металла со стеклом в куполе». Купол был 37 метров в диаметре и использовал 51 ребро из чугуна, чтобы сходиться на коврах с кованым железом, шириной 11 метров, с стеклянным и кованым железным просветом. Внешняя поверхность купола была покрыта медью, с дополнительными окнами, вырезанными возле основания купола, чтобы получить больше света во время модификации 1838 года. Чугунные купола были особенно популярны во Франции.

Ранним примером из Великобритании является причудливый купол с железным каркасом над центральным зданием Королевского павильона в Брайтоне, начатый в 1815 году Джоном Нэшем, персональным архитектором короля Георга IV.

В 1828 году восточная перекрестная башня собора Майнца была перестроена Георгом Моллером с кованым железным куполом. Купол был сделан из плоских секций железа и укреплен галстуками, которые проходили через внутреннюю часть купола. Такое усиление купола было одним из двух установленных методов, а другое – использованием комбинации горизонтальных колец и вертикальных ребер. Позднее он был удален в пользу нынешней структуры.

Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге был построен к 1842 году с одним из крупнейших куполов в Европе. Чугунный купол шириной около 26 метров, у него был технически совершенный трехслойный дизайн с железными фермами, напоминающими собор Святого Павла в Лондоне. Также напоминает купол Св. Павла и Пантеона в Париже, оба из которых посетил первоначальный дизайнер, купол церкви Св. Николая в Потсдаме был добавлен в здание с 1843-49. Купол был включен как возможность в оригинальном позднем неоклассическом дизайне 1830 года, но как деревянная конструкция. Железо использовалось вместо более поздних архитекторов.

Битва за стили
Неоклассический стиль, популярный в это время, был оспариван в середине девятнадцатого века готическим возрождением в архитектуре, в так называемой «битве стилей». Это продолжалось примерно с 1840 года до начала двадцатого века, с различными стилями в классицизме, такими как возрождение, барокко и возрождение Рококо, также соперничающее за популярность. Последние три десятилетия этого периода включали необычные комбинации этих стилей.

Британская музейная библиотека построила новый читальный зал во дворе своего здания музея между 1854 и 1857 годами. Круглый зал диаметром около 42,6 метра и вдохновленный Пантеоном был увенчан куполом с кольцом окон у основания и окуль наверху. Скрытый металлический каркас поддерживал подвесной потолок из папье-маше. Чугунный купол был построен между 1860 и 1867 годами над читальным залом Национальной библиотеки в Париже. Вдохновленный престижным читальным залом Британского музея, первый железный купол в Канаде был построен в начале 1870-х годов в читальном зале здания Библиотечного парламента в Оттаве. В отличие от комнаты Британского музея, библиотека, открывшаяся в 1876 году, использует готический стиль. Купол здания Библиотеки Конгресса Томаса Джефферсона, также вдохновленный куполом читального зала в Британском музее, был построен между 1889 и 1897 годами в классическом стиле. Это 100 футов в ширину и поднимается на 195 футов над полом на восьми опорах. Купол имеет относительно низкий внешний профиль, чтобы избежать затенения соседнего купола Капитолия США.

Нынешний купол над зданием Капитолия Соединенных Штатов, хотя и окрашен в белый цвет и венчает кирпичное здание, также выполнен из чугуна. Купол был построен между 1855 и 1866 годами, заменив нижний деревянный купол медной кровлей с 1824 года. Он имеет диаметр 30 метров. Он был завершен всего через два года после здания суда округа Сент-Луис, у которого есть первый чугунный купол, построенный в Соединенных Штатах. Первоначальный дизайн купола столицы был под влиянием ряда европейских церковных куполов, в частности, Св. Павла в Лондоне, Святого Петра в Риме, Пантеона в Париже, Инвалидов в Париже и Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге. Архитектор, Томас У. Уолтер, разработал интерьер с двойным куполом, основанный на том, что у Пантеона в Париже. Купольная конструкция для государственных капитолийских зданий и окружных судов в Соединенных Штатах процветала в период между Гражданской войной в США и Первой мировой войной. Многие американские государственные капитолийские купола были построены в конце 19-го или начале 20-го века в стиле американского ренессанса и охватывали rotundas открыты для публики как памятные места. В качестве примера можно привести Дом штата Индиана, Капитолий штата Техас и Капитолий штата Висконсин.

Купол над базиликой Сан-Гауденцио (начатый в 1577 году) в Новаре, Италия, был построен между 1844 и 1880 годами. Реконструкции архитектора во время строительства превратили изначально барабан, полусферический купол и фонарь 42,22 метра в высоту структура с двумя наложенными барабанами, огивальный купол и тридцатиметровый шпиль, достигающий 117,5 метров. Архитектор Алессандро Антонелли, который также построил Моле Антонеллиана в Турине, Италия, объединил неоклассические формы с вертикальным акцентом готического стиля.

Дворец Рейхстаг, построенный между 1883 и 1893 годами для размещения Парламента новой Германской империи, включал купол из железа и стекла в рамках его необычной смеси компонентов эпохи Возрождения и Барокко. Спорно, 74 метровый купол стоял семь метров выше купола императорского дворца в городе, используя критику со стороны кайзера Вильгельма II.

Здание венгерского парламента было построено в готическом стиле, хотя большая часть конкурсных работ 1882 года использовала нео-ренессанс, и в нем есть куполообразный центральный зал. Большой, ребристый, яйцевидный купол, увенчанный шпилем, находился под влиянием купола храма Марии-вом-осады в Вене. У этого есть шестнадцатисторонняя внешняя оболочка с железным скелетом, который поднимается на 96 метров в высоту, а внутренний раковинный звездный свод поддерживается на шестнадцати каменных столбах. Купольный зал используется для отображения коронационной короны Венгрии и статуи монархов и государственных деятелей. Купол был структурно завершен к концу 1895 года.

Другие разработки
Историзм 19-го века привел к тому, что многие купола были перераспределением больших куполов прошлого, а не дальнейшими стилистическими событиями, особенно в священной архитектуре. Исключая купола, которые просто имитировали многокамерную кладку, главным развитием простой куполообразной формы в столетии могут быть купола с металлическим каркасом, такие как эллиптический купол Королевского Альберт-Холла в Лондоне (от 57 до 67 метров в диаметре) и круговой купол Halle au Бле в Париже.

Практика создания вращающихся куполов для размещения больших телескопов была начата в 19 веке, с ранних примеров использования папье-маше для минимизации веса.

Уникальные стеклянные купола, выпрямлявшиеся прямо с уровня земли, использовались для теплиц и зимних садов, таких как Пальмовый дом в Кью (1844-48) и зимний сад Лаекен под Брюсселем (1875-1876). Разработка крытых торговых пассажей, таких как Galleria Vittorio Emanuele II в Милане и галерея Umberto I в Неаполе, включала большие глазированные купола на пересечении их пересечений.

Самый большой купол в мире был построен в 1881-1882 годах над круглым двором Королевской больницы Девоншира в Англии с диаметром 156 футов. Большие купола 19-го века также включали выставочные здания и функциональные конструкции, такие как газометры и локомотивные навесы. «Первый полностью триангулированный обрамленный купол» был построен в Берлине в 1863 году Иоганном Вильгельмом Шведлером на газометре для Имперской континентальной газовой ассоциации, и к началу 20-го века аналогичные триангулированные кадровые купола стали довольно распространенными. Владимир Шухов также был первым пионером того, что позже будет называться сеткой решетки, а в 1897 году он использовал их в куполообразных выставочных павильонах на Всероссийской промышленной и художественной выставке.

Хотя купола, изготовленные полностью из железобетона, не были построены до 1900 года, церковь Сен-Жан-де-Монмартр была спроектирована Анатолем де Бодо с небольшим кирпичным купол с железобетонными ребрами.

По словам Ирины Джустины, строительство купола было одной из самых сложных архитектурных проблем, по крайней мере, до конца девятнадцатого века из-за недостатка знаний о статике.

Двадцатое столетие
Плитка Guastavino
В конце 19-го и начале 20-го веков семья Гуаставино, команда отца и сына, которая работала на восточном побережье Соединенных Штатов, дополнительно развила кладочный купол. Они усовершенствовали традиционную испанскую и итальянскую технику для светлых, без центра рельефа, используя слои плитки в быстрорастворимом цементе, плотно прилегающем к поверхности кривой, а не перпендикулярно к ней. Отец, Рафаэль Гуаставино, новаторствовал с использованием портландцемента в качестве раствора, а не традиционных известковых и гипсовых растворов, что позволило использовать мягкий стальной стержень для противодействия силам напряженности. Его использование в последнее время развития графической статики позволило ему проектировать и строить недорогие фуникулерные купола с минимальной толщиной и без лесов. Хранилища обычно составляли 3 дюйма, а рабочие, стоящие на завершенных участках, использовали простые шаблоны, провода и струны для согласования своей работы.

Семья построила своды в сотнях зданий, в том числе купола базилики Святого Лаврентия в Эшвилле, Северной Каролине и римско-католической церкви Св. Франциска де Пилла в Филадельфии, штат Пенсильвания. Купол над перекрестком собора Иоанна Богослова в Нью-Йорке был построен сыном в 1909 году. Частичный сферический купол, он измеряет 30 метров в диаметре от вершины его слияющих подвесок, где встроены стальные стержни в бетоне действует как удерживающее кольцо. Со средней толщины 1 / 250th его пролета и стальных стержней, также встроенных в подвески, купол «с нетерпением ожидает современной конструкции корпуса из железобетона».

Сталь и бетон
Купола, построенные из стали и бетона, смогли достичь очень больших пролетов. Отель West Baden Springs в Индиане был построен в 1903 году с самым большим куполом в мире на высоте 200 футов. Его металлическая и стеклянная кожа поддерживалась стальными фермами, опирающимися на металлические ролики, что позволяло расширять и сокращать температурные изменения. Это было превзойдено в пролете Столетним залом Макса Берга. Купол 1911 года в читальном зале публичной библиотеки Мельбурна, предположительно вдохновленный Британским музеем, имел диаметр 31,5 метра и был вкратце самым широким железобетонным куполом в мире до завершения столетнего зала. Столетний зал был построен из железобетона в Бреслау, Германия (сегодня Польша), с 1911-13 годов, чтобы отметить 100-летний юбилей восстания против Наполеона. С центральным куполом шириной 213 фута, окруженным ступенчатыми кольцами вертикальных окон, это было самое большое здание такого типа в мире. Другие примеры ребристых куполов, выполненных исключительно из железобетона, включают в себя Методистский зал в Вестминстере, Лондоне, Аугсбургскую синагогу и Театр Орфей в Бохуме. В Лейпцигском Рыночном Зале 1928 года Дешингер и Риттер были представлены два 82-метровых купола.

В начале 1920-х годов тонкая внутренняя оболочка была развита с построением двух куполов в Йене, Германия. Чтобы построить жесткий планетарный купол, Вальтер Бауэрсфельд построил триангулированную рамку из легких стальных стержней и сетки с подвесной опалубкой, подвешенной под ней. Путем распыления тонкого слоя бетона на опалубочную опалубу и раму он создал 16-метровый купол толщиной всего 30 миллиметров. Второй купол все еще был тоньше шириной 40 метров и толщиной 60 миллиметров. Они обычно считаются первыми современными архитектурными тонкой оболочкой. Они также считаются первыми геодезическими куполами. Начиная с одного для Немецкого музея в Мюнхене, к 1930 году в Европе были построены 15 купольных проекционных планетариев с использованием бетонных раковин шириной до 30 метров, а в этом году Планетарий Адлера в Чикаго стал первым планетарием, который откроется в Западном полушарии.

Испанский инженер-архитектор Эдуардо Торроя, с Мануэлем Санчесом, спроектировал Рыночный зал в Альхесирасе, Испания, с тонким корпусом из бетона. Построенный в 1933-34, мелкий купол шириной 48 метров, толщиной 9 сантиметров и поддерживается в точках по всему периметру. Популяризированный статьей 1955 года о работе Феликса Канделы в Мексике, архитектурные раковины имели свой расцвет в 1950-х и 1960-х годах, завоевывая популярность незадолго до широкого внедрения компьютеров и метода конечных элементов структурного анализа. Известные примеры куполов включают Аудиториум Kresge в Массачусетском технологическом институте, который имеет сферическую оболочку шириной 49 метров и толщиной 89 миллиметров, а также Palazzetto dello Sport с куполом 59 метров, спроектированным Пьер Луиджи Нерви. В ранних примерах использовалась относительно толстая граничащая балка для стабилизации открытых краев. Альтернативные методы стабилизации включают в себя добавление изгиба на этих краях, чтобы усилить их или увеличить толщину самой оболочки на краях и вблизи опор.

Геодезические купола
Структурно геодезические купола также считаются оболочками, когда нагрузки переносятся поверхностными многоугольниками, как в куполе Кайзера, но рассматриваются как пространственные сетчатые структуры, когда нагрузки переносятся между двумя точками. Хотя первые примеры были сделаны 25 лет назад Вальтером Бауерсфельдом, термин «геодезические купола» был придуман Бакминстером Фуллером, который получил патент на них в 1954 году. Геодезические купола использовались для радаров, теплиц, жилья и метеорологических станций ,

Ранние примеры в Соединенных Штатах включают 53-футовый купол для Ford Rotunda в 1953 году и купол диаметром 384 фута для объекта Baton Rouge в Union Tank Car Company в 1958 году, крупнейшая структура с четким пролетом в мир в то время. Павильон США на выставке Expo 67 в Монреале, Квебек, Канада, был окружен куполом высотой 76,5 метра и 60-метровым куполом из стальных труб и акриловых панелей. Он используется сегодня как центр мониторинга воды. Другие примеры включают Станцию ​​Южного полюса Амундсена-Скотта, которая использовалась с 1975 по 2003 год, и проект Eden в Великобритании, построенный в 2000 году.

Натяжение и мембраны
Тенсегритные купола, запатентованные Бакминстером Фуллером в 1962 году из концепции Кеннета Снелсона, представляют собой мембранные структуры, состоящие из радиальных ферм, изготовленных из стальных тросов под напряжением, с вертикальными стальными трубами, распространяющими кабели в форму фермы. Они были сделаны круглыми, эллиптическими и другими формами для покрытия стадионов из Кореи во Флориду. В то время как первыми постоянными воздухопроницаемыми мембранными куполами были радарные купола, спроектированные и построенные Уолтером Бердом после Второй мировой войны, временная мембранная структура, разработанная Дэвидом Гейгером для покрытия павильона Соединенных Штатов на выставке Expo70, была знаковой конструкцией. Решение Гейгера на 90% сокращение бюджета для проекта павильона было «низкопрофильной кабельной сдержанной крышей с воздушным покрытием, использующей сверхсветовое кольцо сжатия периметра». Его очень низкая стоимость привела к разработке постоянных версий с использованием стекловолокна с тефлоновым покрытием, и в течение 15 лет большинство купольных стадионов по всему миру использовали эту систему, в том числе Silverdome в Понтиаке, штат Мичиган. Сдерживающие кабели таких куполов проложены по диагонали, чтобы избежать провисания периметра, обнаруженного со стандартной сеткой.

Конструкция натяжной мембраны зависела от компьютеров, и увеличение доступности мощных компьютеров привело к тому, что в последние три десятилетия 20-го века произошли многие события. Погодные дефляции некоторых крыш, поддерживаемых воздухом, привели Дэвида Гейгера к разработке модифицированного типа, более жесткого «Cabledome», который включал идеи Фуллера о тенсегрити и подвеске, а не о поддержке воздуха. Плиссированный эффект, наблюдаемый в некоторых из этих куполов, является результатом более низких радиальных кабелей, растягивающихся между этими формирующими фермами, чтобы удерживать мембрану в растяжении. Используемая легкая мембранная система состоит из четырех слоев: водонепроницаемого стекловолокна снаружи, изоляции, пароизоляции, а затем акустического изоляционного слоя. Это является полупрозрачным, достаточным для удовлетворения большинства потребностей в освещении дневного освещения под куполом. Первыми крупными примерами были два Сеула, Южная Корея, спортивные арены, построенные в 1986 году для Олимпийских игр, шириной 93 метра и шириной 120 метров. Купол Georgia, построенный в 1992 году по овальному плану, вместо этого использует триангулированный рисунок в системе, запатентованной как «Tenstar Dome». Купол Millennium Dome был завершен как самый большой кабельный купол в мире с диаметром 320 метров и использует другую систему мембранной поддержки, причем кабели простираются от 12 мачт, которые проникают в мембрану. Первый кабельный купол для использования жестких стальных каркасных панелей в качестве кровли вместо полупрозрачной мембраны был начат для атлетического центра в Северной Каролине в 1994 году.

Выдвижные купола и стадионы
Более высокий расход жестких куполов большого пролета сделал их относительно редкими, хотя жестко движущиеся панели – самая популярная система для спортивных стадионов с убирающейся кровлей. С пролетом 126 метров в Civic Arena Питтсбурга появился самый большой убирающийся купол в мире, когда он был завершен для Оперы Civic Light в 1961 году. Шесть из восьми его разделов могли вращаться за двумя другими в течение трех минут, а в 1967 году он стал дома хоккейной команды Pittsburgh Penguins.

Первый куполообразный бейсбольный стадион Astrodome в Хьюстоне, штат Техас, был завершен в 1965 году с жестким 641-футовым стальным куполом, заполненным 4,596 световых люков. Другие ранние примеры жестких куполов стадиона включают стальную раму Superdome Нового Орлеана и цементный Kingdome of Seattle. Стокгольмский «Эрикссон Глобус» 1989 года, арена для хоккея с шайбой, заработал титул самого большого полусферического здания в мире диаметром 110 метров и высотой 85 метров.

На Олимпийском стадионе в Монреале в 1988 году была установлена ​​убирающаяся мембранная крыша, хотя повторное раздирание привело к замене нерасшиваемой крышей. SkyDome of Toronto открылся в 1989 году с жесткой системой в четырех частях: фиксированной, двумя, которые скользят горизонтально, и одной, которая вращается вдоль края ширины 213 метров. В Японии в купе Fukuoka 1993 года был установлен 222-метровый купол в трех частях, два из которых повернулись под третьим. Стадион Ōita был построен в 2001 году как почти сплошная полусферическая крыша шириной 274 метра с двумя обширными панелями с мембраной, которые могут скользить вниз от центра к противоположным сторонам.

Двадцать первый век
Разнообразие современных куполов над спортивными стадионами, выставочными залами и зрительными залами было обеспечено разработками в таких материалах, как сталь, железобетон и пластмассы. Их использование в универмагах и «футуристических развлекательных центрах для видео-голограмм» использует множество нетрадиционных материалов.