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整体穹顶

整体穹顶(Monolithic dome 来自希腊语,意思是“一块石头”)是一个单体形式的结构。 表格可能是永久或临时的,可能会或可能不会保留完成结构的一部分。 整体圆顶是一种单体建筑。

历史
圆顶冰屋可能是整体圆顶的最早形式。 虽然它是由压缩积雪块建造而成,但它们会融化并重新冻结,形成一个坚固,均匀的结构。 冰屋的圆屋顶形状展现了圆顶形结构的两大优点:强度高,绝缘性好。 强度是由于拱的自然强度,绝缘是由于球形部分的最小表面积。

第一个现代化的单体穹顶结构建于犹他州普罗沃,于1963年作为溜冰场开放。 在新的业主Paul Ream将其1967年改建为一家综合商店之后称为Turtle Reams,该建筑一直持续到2006年因新建设而被拆除。

Turtle Reams的建造方法是首先在壳体的所需形状上创建一个土堆,一个240英尺(73米)长,160英尺(49米)宽,40英尺(12米)高的椭圆形截面。 然后将土墩覆盖在钢筋网格中,以提供强度,以及一层约4英寸(100毫米)厚的混凝土。 混凝土固化后,通过门口挖出污垢,使屋顶保持原位。 然后倾倒地板完成结构。

今天,单片圆顶被用于各种住宅,商业和工业项目。 由于其强度,耐久性和经济性,它们被用于在水泥,化肥,农业,电力和采矿业中存储大量各种商品。 由于它们的结构完整性,它们被用作一些核电厂的遏制建筑物。 使用几乎所有常见的结构材料(包括支撑气压的织物)已经形成了表格。

目前的施工方法
现代建筑与原来的混凝土污垢方法有很大不同。 目前的方法由爱达荷州的三位兄弟开发:David,Barry和Randy South。 1976年4月在爱达荷州Shelley修建了第一座使用这种方法建造的圆顶:

建造一个钢筋混凝土基础或“环梁”,确定结构基础的形状。
织物形式或空气形式附着在基础上并用鼓风机充气。 空气形式包含一个气闸,以便工人在充气过程中进入表格。
在模板内部喷涂一层聚氨酯泡沫。 (其目的是提高空气结构的刚性,固定钢筋,为喷射混凝土混合物提供支持,并对最终结构进行绝缘。)
钢筋连接到泡沫的外层,使用固定在泡沫上的夹子。
几英寸的混凝土被喷洒在重杆架上。
混凝土凝固后,风机关闭。
空气形式的暴露表面可以保持原样,或者可以应用表面处理,例如油漆,瓷砖等。 (适当选择空气形态的材料将确保防止紫外线辐射造成的长期降解。)
在需要对多个小型和基本住宅进行经济施工的情况下,可以在没有绝缘的情况下建造穹顶,并且在完成后可以移除空气形式并重新使用以建造额外的穹顶。

耐久力
圆顶完成后,会受到地震,龙卷风和飓风的影响(美国联邦紧急事务管理局将它们评定为“F5龙卷风和5类飓风”的近乎绝对保护)。 最近,使用MDI技术构建的一些单体圆顶在重大灾难中幸免于难:

2005年,佛罗里达州的几座整体式圆顶幸存者受到卡特里娜飓风的直接袭击。
许多整体圆顶在俄克拉荷马州和德克萨斯州的2005年和2006年的野火之中,并且只留下轻微的外部泡沫绝缘材料的残留。
2003年,伊拉克一座巨大的圆顶政府大楼直接遭受了5000磅(2,300公斤)的重创。 炸弹。 建筑物的内部被完全摧毁,但穹顶本身仍然站立(见图片)。
雷姆龟的拆除也证明了整体式圆顶结构的耐久性。 破坏球在建筑物的周边周围拆除了几英尺宽的地带,没有坍塌。 当一侧的门口被拉下时,穹顶终于翻倒并倒塌。

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气候控制
整体圆顶,由于多种原因,非常节能。 圆顶的球形部分为其容纳的体积提供最小的表面积,因此与外部空气的热传递表面积较小。 整体式穹顶的单件式结构也消除了许多空气可以泄漏的接缝,尽管通过添加多个门窗可以在一定程度上减轻住宅穹顶中的空气。 通过将绝缘泡沫放置在混凝土外壳的外侧,混凝土在建筑物内起到热质量的作用,减少了内部温度波动,远远超过传统家庭在砖或石头单板内部的绝缘。

缺点
虽然单体式穹顶具有众多工程优势,但工程和社会也存在一些缺点。

工程
单体穹顶结构中使用的技术与常规施工方法有很大不同,因此只有经过特殊培训的施工人员才能使用现代技术制作穹顶。
整体式穹顶结构所固有的曲面通常在分开时导致形状奇怪的房间,这可能导致狭窄角落中的浪费空间。 由于墙壁弯曲和配件家具问题,导致地板空间浪费,类似于Quonset小屋。 这种效果可以通过在杆壁上构造拱顶或通过使用这种形状的空气模型以使地面上的直的垂直墙壁最小化。
整体圆顶缺乏接缝可能会使其密封得太好; 除最干燥的气候外,除湿机都是必需的。

社会
由于类似的形状和非正统的结构,整体穹顶的社会劣势在很大程度上由测地穹顶分享。 这些缺点是:

穹顶的外观完全不同,也降低了它们作为私人住宅的吸引力 – 标准的圆形基地并不适合在许多地区发现的小地块,奇怪的外观和设计可能与邻里建筑公约相违背。 根据具体情况,标准圆形的各种变化可以避免一些问题。
如果当地官员不熟悉整体式圆顶,建筑许可可能很难获得。
由于其非常规的外观,转售整体式圆顶屋可能很困难。

施工记录
世界上最大的单体圆顶是阿拉伯伯明翰的Faith Chapel基督教中心的所在地,它的高72英尺(22米),直径280英尺(85米)。 里面的建筑面积为74,500平方英尺(6920平方米),分为两层。

美国的一些社区选择使用单片圆顶技术来建造新学校。 最近建成的整体圆顶学校的地图可以在这里找到:

佛罗里达州彭萨科拉海滩的一栋住宅,一个巨大的“圆顶屋”,自建成以来经历了数次飓风。

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