Монолитный купол

Монолитный купол (от греческого моно-и-литового, что означает «один камень») представляет собой структуру, отлитую в виде цельной формы. Форма может быть постоянной или временной и может оставаться или не оставаться частью готовой структуры. Монолитные купола — это форма монолитной архитектуры.

история
Иглоу может быть самой ранней формой монолитного купола. В то время как он построен из блоков сжатого снега, эти блоки расплавляются и снова замерзают, образуя сильную однородную структуру. Куполообразная форма иглу демонстрирует два основных преимущества куполообразной конструкции: отличная прочность и хорошая изоляция. Прочность обусловлена ​​естественной прочностью арки, а изоляция обусловлена ​​минимальной площадью поверхности сферического сечения.

Первая современная монолитная куполообразная конструкция была построена в Прово, штат Юта, и открылась в 1963 году как ледовый каток. Названный Turtle Reams после его перехода 1967 года в общий магазин новым владельцем Полом Ремом, здание стояло, пока оно не было снесено в 2006 году для нового строительства.

Turtle Reams была построена сначала, создавая насыпь грязи в желаемой форме оболочки, эллипсоидальную секцию длиной 240 футов (73 м), ширину 160 футов (49 м) и высоту 40 футов (12 м). Затем курган был покрыт сеткой из арматуры, чтобы обеспечить прочность и слой бетона толщиной примерно 4 дюйма (100 мм). После того, как бетон был излечен, грязь была раскопана через дверные проемы, оставив крышу стоять на своем месте. Пол был вылит, чтобы закончить структуру.

Сегодня монолитные купола используются в различных жилых, коммерческих и промышленных проектах. Из-за прочности, долговечности и экономики они используются для хранения большого количества различных товаров в цементной, удобряющей, сельскохозяйственной, энергетической и горнодобывающей промышленности. Из-за их структурной целостности они используются в качестве хранилищ на некоторых атомных электростанциях. Формы были изготовлены с использованием почти всех стандартных конструкционных материалов, включая ткань, поддерживающую давление воздуха.

Современные методы строительства
Современное сооружение значительно отличается от первоначального метода бетона и грязи. Нынешние методы были разработаны тремя братьями из Айдахо: Дэвидом, Барри и Рэнди Югом. Первый купол, построенный с использованием этого метода, был построен в апреле 1976 года в Шелли, штат Айдахо:

Конструируется железобетонный фундамент или «кольцевой луч», определяющий форму основания конструкции.
Форма ткани или форма воздуха прикрепляются к основанию и накачиваются воздуходувкой. Воздушная форма содержит воздушный шлюз, позволяющий рабочим войти в форму, пока она раздута.
Слой полиуретановой пены распыляется во внутренней части формы. (Его цель — обеспечить жесткость к воздушной форме, закрепить ре-бар на месте, обеспечить опору для распыления в бетонной смеси и изолировать окончательную структуру.)
Арматура прикрепляется к внешнему слою пены, используя зажимы, которые прикреплены к пене.
Несколько сантиметров бетона опрыскивают поверх рамы.
После того, как бетон установлен, вентилятор выключается.
Открытая поверхность воздушной формы может быть оставлена ​​как есть, или может применяться поверхностная обработка, такая как краска, плитка и т. Д. (Правильный выбор материала в форме воздуха обеспечит предотвращение долговременной деградации из-за ультрафиолетового излучения).
В тех случаях, когда необходимость требует экономичной конструкции для нескольких небольших и основных помещений, купол можно построить без изоляции, а воздушную форму можно удалить после завершения и повторно использовать для сборки дополнительных куполов.

долговечность
Купол, когда он закончен, является землетрясением, смерчем и ураганом (Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям США оценивает их как «почти абсолютную защиту» от торнадо F5 и ураганов категории 5). В последнее время ряд монолитных куполов, построенных с использованием методов MDI, пережил крупные катастрофы:

Несколько монолитных куполов во Флориде пережили прямые хиты урагана Катрина в 2005 году.
Многие монолитные купола находились на пути лесных пожаров 2005 и 2006 годов в Оклахоме и Техасе и сохранились лишь с небольшим обугливанием внешней изоляции пены.
В 2003 году монолитное здание правительства купола в Ираке пережило прямой удар на 5000 фунтов (2300 кг). бомбить. Внутренняя часть сооружения была полностью разрушена, но сам купол остался стоять (см. Рисунок).
Снос черепахи Райма также продемонстрировал долговечность монолитной куполообразной структуры. Разрушительный шар уничтожил полосу шириной в несколько футов по всему периметру конструкции без обвала. Когда дверной проем с одной стороны был снесен, купол наконец опрокинулся и рухнул.

Климат-контроль
Монолитный купол по ряду причин очень энергоэффективен. Сферические секции купола обеспечивают минимальную площадь поверхности для объема, который они содержат, поэтому для передачи тепла с наружным воздухом имеется меньше поверхности. Конструкция одного куска монолитного купола также устраняет многие швы, через которые может течь воздух, хотя в некоторой степени это смягчается в жилых куполах путем добавления нескольких дверей и окон. Помещая изоляционную пена на внешней стороне бетонной оболочки, бетон действует как тепловая масса внутри здания, уменьшая колебания температуры внутри помещения намного больше, чем традиционная внутренняя изоляция внутри кирпичного или каменного шпона.

Недостатки
Хотя монолитный купол имеет многочисленные продемонстрированные технические преимущества, есть и некоторые недостатки, как инженерные, так и социальные.

инженерия
Методы, используемые в монолитной конструкции купола, сильно отличаются от обычных методов строительства, поэтому только специально подготовленные строительные бригады подходят для строительства купола с использованием современных технологий.
Изогнутые поверхности, присущие монолитной конструкции купола, часто приводят к тому, что комнаты с нечеткой формой разделяются, что может привести к растрачиванию пространства в узких углах. Есть проблемы с пустым пространством из-за кривизны стены и проблем с мебелью, подобной той, что находится в хижинах Quonset. Этот эффект можно свести к минимуму, построив купол на стенке штока или используя воздушную форму такой формы, чтобы обеспечить прямые вертикальные стены на уровне земли.
Отсутствие швов монолитного купола может сделать его слишком хорошо запечатанным; осушители требуются во всех, кроме сухих климатических условиях.

Социальное
Социальные недостатки монолитных куполов в значительной степени разделены геодезическими куполами из-за аналогичной формы и неортодоксальной конструкции. Эти недостатки:

Радикально другой внешний вид куполов также уменьшает привлекательность их использования в качестве частных резиденций — стандартная круговая база не подходит хорошо на небольших участках, найденных во многих областях, и странный внешний вид и дизайн могут противоречить соглашениям о строительстве кварталов. В зависимости от ситуации большое разнообразие вариантов, доступных из стандартной круглой формы, может избежать некоторых из этих проблем.
Разрешения на строительство могут быть труднодоступными, если местные чиновники не знакомы с монолитным куполом.
Перепродажа дома из монолитного купола может быть затруднена из-за его нетрадиционной внешности.

Строительные работы
Самый большой монолитный купол в мире — это дом христианского центра Веры в Бирмингеме, штат Алабама, который имеет высоту 72 фута (22 м) и 280 футов (85 м). Внутри находится площадь 74 500 квадратных футов (6 920 м2) на двух уровнях.

Некоторые общины в Соединенных Штатах решили использовать монолитные купольные технологии при строительстве новых школ. Карта недавно построенных монолитных купольных школ можно найти здесь:

Жилой дом, монолитный «Купол дома» на пляже Пенсакола, штат Флорида, пережил несколько ураганов с момента его постройки.