Geodetická kopule - Geodesic dome

Dóm je polokulová struktura tenké skořepiny (mříž-shell) na základě geodetické mnohostěnu . Tyto trojúhelníkové prvky kopulí jsou strukturálně rigidní a distribuovat strukturní napětí v celé struktuře, takže geodetické kopule vydržet velmi těžkých břemen na jejich velikost.

Dějiny

Skleník Climatron v Missouri Botanical Gardens , postavený v roce 1960 a navržený Thomasem C. Howardem ze Synergetics, Inc., inspiroval kopule ve sci -fi filmu Tichý běh .
Svět vědy ve Vancouveru
Science World ve Vancouveru, postavený pro Expo 86 a inspirovaný geodetickou kupolí Buckminster Fuller

První dóm byl navržen po první světové válce podle Walther Bauersfeld , hlavní inženýr Carl Zeiss optické společnosti, a to pro planetárium do domu svého planetarium projektor. První, menší kopule byl patentován, postavený firmou Dykerhoff a Wydmann na střeše závodu Zeiss v Jena , Německo . V červenci 1926 se veřejnosti otevřela větší kupole s názvem „Div Jeny“.

O dvacet let později Buckminster Fuller vytvořil termín „geodetický“ z terénních experimentů s umělcem Kennethem Snelsonem na Black Mountain College v letech 1948 a 1949. Ačkoli Fuller nebyl původním vynálezcem, je mu připisována americká popularizace myšlenky, za kterou obdržel US Patent 2682235A dne 29. června 1954. Nejstarší dochovaná kopule postavená samotným Fullerem se nachází ve Woods Hole v Massachusetts a byla postavena studenty pod jeho vedením po dobu tří týdnů v roce 1953.

Geodetická kopule oslovila Fullera, protože byla extrémně silná na svoji hmotnost, její „omnitriangulovaný“ povrch poskytoval inherentně stabilní strukturu a protože koule uzavírá největší objem na nejmenší povrch.

Kopule byla úspěšně přijata pro specializovaná použití, jako kupole 21 Distant Early Warning Line postavené v Kanadě v roce 1956, kopule Union Tank Car Company z roku 1958 poblíž Baton Rouge, Louisiana , navržená Thomasem C. Howardem ze Synergetics, Inc. a specialitou budovy, jako jsou kupole Kaiser Aluminium (postavené na mnoha místech v USA, např. Virginia Beach, Virginie ), hlediště, observatoře počasí a skladovací zařízení. Kopule brzy lámala rekordy v krytém povrchu, uzavřeném objemu a rychlosti stavby.

Počínaje rokem 1954 experimentovali američtí námořníci s geodetickými kopulemi dodávanými helikoptérami . 30 stopová dřevěná a plastová geodetická kopule byla zvednuta a nesena helikoptérou rychlostí 50 uzlů bez poškození, což vedlo k výrobě standardní kopule hořčíku firmou Magnesium Products z Milwaukee. Testy zahrnovaly montážní postupy, při nichž dříve neškolení námořníci dokázali sestavit 30metrovou kupoli z hořčíku za 135 minut, vrtulník se zvedá z letadlových lodí a test odolnosti, při kterém ukotvená kopule úspěšně vydržela bez poškození, celodenní 120 mph ( 190 km/h) výbuch vrtule z dvojitých 3 000 koňských motorů ukotveného letadla.

1958 Gold Dome v Oklahoma City, Oklahoma, využil Fullerův design pro použití jako bankovní budova. Dalším raným příkladem bylo Stepan Center na univerzitě Notre Dame , postavené v roce 1962.

Kopule byla představena širšímu publiku jako pavilon Světové výstavy 1964 v New Yorku, kterou navrhl Thomas C. Howard ze společnosti Synergetics, Inc. Tato kopule je nyní využívána jako voliéra v zoo Queens ve Flushing Meadows Corona Park. byl přepracován společností TC Howard of Synergetics, Inc.

Další kupole je z Expo 67 na světové výstavě v Montrealu , kde byla součástí amerického pavilonu. Kryt konstrukce později shořel, ale samotná stavba stále stojí a pod názvem Biosphère v současné době sídlí interpretační muzeum o řece svatého Vavřince .

V 70. letech společnost Zomeworks licencovala plány struktur založených na jiných geometrických tělesech, jako jsou Johnsonova tělesa , Archimedova tělesa a katalánská tělesa . Tyto struktury mohou mít některé tváře, které nejsou trojúhelníkové, jsou to čtverce nebo jiné mnohoúhelníky.

V roce 1975 byla na jižním pólu postavena kupole , kde je důležitá její odolnost vůči zatížení sněhem a větrem.

1. října 1982, jeden z nejslavnějších dómů, kosmické lodi u Epcot v Walt Disney World Resort v Bay Lake , na Floridě , jen kousek od Orlando otevřel. Budova a jízda v ní jsou pojmenovány jedním ze slavných výrazů Buckminstera Fullera, Kosmická loď Země , světový pohled vyjadřující znepokojení nad využíváním omezených zdrojů dostupných na Zemi a povzbuzující všechny v ní, aby jednali jako harmonická posádka pracující směrem k většímu dobrý. Budova je ikonou Epcotu, která představuje celý park.

U tohoto roku 1986 světové výstavě (Expo 86) , je Buckminster Fuller inspirovaný kupole navrhl Expo je hlavní architekt Bruno FRESCHI sloužit jako veletrhu Expo Center. Stavba začala v roce 1984 a byla dokončena počátkem roku 1985. Kopule a budova nyní slouží jako centrum umění, vědy a technologie a dostala název Science World .

V roce 2000 byl v chilské Patagonii postaven první plně udržitelný geodetický kopulovitý hotel na světě, EcoCamp Patagonia, který se otevřel následující rok v roce 2001. Design kopule hotelu je klíčem k odolnosti proti silnému větru v regionu a vychází z obydlí domorodého Kaweskaru lidí . Geodomy se také stávají populární jako jednotka pro glamping (okouzlující kempování).

Způsoby stavby

Zelený dóm na Long Islandu

Dřevěné kopule mají otvor vyvrtaný v šířce vzpěry . Nerezový pásek uzamkne otvor vzpěry k ocelové trubce. Pomocí této metody lze vzpěry zkrátit na potřebnou přesnou délku. Na vzpěry jsou pak přibity trojúhelníky vnější překližky. Kopule je od spodu nahoru zabalena několika sešitými vrstvami dehtového papíru , aby prolila vodu, a je zakončena šindelem. Tento typ kopule se často nazývá kupole s nábojem a vzpěrou kvůli použití ocelových nábojů ke spojování vzpěr dohromady.

Panelové kupole jsou konstruovány ze samostatně zarámovaných trámů pokrytých překližkou. Tři členy tvořící trojúhelníkový rám jsou často řezány ve složených úhlech, aby se zajistilo ploché přizpůsobení různých trojúhelníků. V prutech jsou na přesných místech vyvrtány otvory a ocelové šrouby poté spojují trojúhelníky a vytvářejí kopuli. Tyto členy jsou často 2x4s nebo 2x6s, což umožňuje větší izolaci, aby se vešla do trojúhelníku. Panelizovaná technika umožňuje staviteli připojit překližkovou kůži k trojúhelníkům při bezpečné práci na zemi nebo v pohodlném obchodě mimo počasí. Tato metoda nevyžaduje drahé ocelové náboje.

Dočasné skleníkové kopule „Magidomy“ lze postavit sešitím plastových fólií na kopuli vyrobenou ze společného řeziva. Výsledek je teplý, pohyblivý ručně a cenově dostupný. Měla by být vsazena na zem, aby se zabránilo jejímu pohybu větrem.

Ocelovou konstrukci lze snadno postavit z elektrického potrubí. Jeden zploští konec vzpěry a vyvrtá otvory pro šrouby v potřebné délce. Jediný šroub zajišťuje vrchol vzpěr. Matice jsou obvykle opatřeny odnímatelnou zajišťovací směsí, nebo pokud je kopule přenosná, mají matici se zámkem a závlačkou . Toto je standardní způsob stavby kopulí pro prolézačky .

Kopule mohou být také zkonstruovány s lehkou hliníkovou konstrukcí, kterou lze buď přišroubovat nebo svařit dohromady, nebo je lze spojit pružnějším spojením uzlů bod/náboj. Tyto kopule jsou obvykle pokryty sklem, které je drženo na místě pomocí PVC krytí , které lze utěsnit silikonem, aby bylo vodotěsné. Některé konstrukce umožňují dvojité zasklení nebo upevnění izolovaných panelů v rámu.

Betonové a pěnové plastové kopule obvykle začínají ocelovou rámovou kopulí, která je vyztužena kuřecím drátem a drátěným sítem. Kuřecí drát a plátno jsou vázány na rámce s drátěnými vazbami. Poté se na rám nastříká nebo vylisuje vrstva materiálu. Zkoušky by měly být prováděny s malými čtverečky, aby se dosáhlo správné konzistence betonu nebo plastu. Obecně je zapotřebí několik vrstev na vnitřní i vnější straně. Posledním krokem je nasycení betonových nebo polyesterových kopulí tenkou vrstvou epoxidové směsi, aby se zbavila vody.

Některé betonové kopule byly vyrobeny z prefabrikovaných, předpjatých, ocelobetonových panelů, které lze přišroubovat na místo. Šrouby jsou ve vyvýšených nádobách pokryté malými betonovými uzávěry, které prolévají vodu. Trojúhelníky se překrývají a prolévají vodu. Trojúhelníky v této metodě mohou být tvarovány do forem se vzorem v písku s dřevěnými vzory, ale betonové trojúhelníky jsou obvykle tak těžké, že musí být umístěny pomocí jeřábu. Tato konstrukce je vhodná pro kopule, protože žádné místo neumožňuje, aby se voda shromažďovala na betonu a prosakovala. Kovové spojovací prvky, spoje a vnitřní ocelové rámy zůstávají suché, což zabraňuje poškození mrazem a korozí. Beton odolává slunci a povětrnostním vlivům. Nějaká forma vnitřního lemování nebo tmelení musí být umístěna přes spoje, aby se zabránilo průvanu. Cinerama Dome z roku 1963 byl postaven z prefabrikovaných betonových šestiúhelníků a pětiúhelníků.

Kopule lze nyní tisknout vysokou rychlostí pomocí velmi velkých mobilních „3D tiskáren“, známých také jako aditivní výrobní stroje. Materiál používaný jako vlákno je často formou vzduchem vstřikovaného betonu nebo plastové pěny s uzavřenými buňkami.

Vzhledem ke komplikované geometrii geodetické kopule stavitelé kopulí spoléhají na tabulky délek vzpěr neboli „akordové faktory“. V zeměměřického Math a jak ji používat , Hugh Kenner píše: „Tabulky akordů faktorů, obsahující jako to dělají informaci základní konstrukce pro sférické systémy, byly po mnoho let střežených jako vojenská tajemství. Až do roku 1966, některé 3 VCO ICOSA postavy z Popular Science Monthly byli všichni, kdo mimo kruh Fullerových držitelů licence museli pokračovat. “ (strana 57, vydání z roku 1976). Další tabulky byly k dispozici s vydáním Domebooku 1 Lloyda Kahna 1 (1970) a Domebooku 2 (1971).

Kupole domů

Fuller doufal, že geodetická kopule pomůže vyřešit poválečnou krizi bydlení. To bylo v souladu s jeho předchozími nadějemi pro obě verze domu Dymaxion .

Obytné geodetické kopule byly méně úspěšné než ty, které se používají pro práci a/nebo zábavu, a to především kvůli jejich složitosti a následným vyšším stavebním nákladům. Profesionální zkušení dodavatelé kopulí, i když je těžké je najít, existují a dokáží eliminovat velkou část překročení nákladů spojenou s chybnými starty a nesprávnými odhady. Sám Fuller žil v geodetickém dómu v Carbondale ve státě Illinois na rohu ulic Forest Ave a Cherry St. Fuller si představoval obytné kupole jako výrobky dodávané vzduchem vyráběné průmyslem podobným letectví a kosmonautice. Fullerův vlastní kopulovitý dům stále existuje, R. Buckminster Fuller a Anne Hewlett Dome Home a skupina s názvem RBF Dome NFP se pokouší kopuli obnovit a nechat ji zaregistrovat jako národní kulturní památku . Je na národním registru historických míst .

V roce 1986 byl patent na techniku ​​stavby kopule zahrnující polystyrenové trojúhelníky laminované na železobeton na vnější straně a stěnové desky na vnitřní straně udělen společnosti American Ingenuity of Rockledge na Floridě. Konstrukční technika umožňuje, aby kopule byly prefabrikované ve formě stavebnice a postaveny majitelem domu. Tato metoda dělá švy do nejsilnější části konstrukce, kde švy a zejména náboje ve většině kopulí s dřevěným rámem jsou nejslabším místem ve struktuře. Má také tu výhodu, že je vodotěsný.

Další příklady byly postaveny v Evropě. V roce 2012 byla hliníková a skleněná kopule použita jako kryt kopule ekologického domu v Norsku a v roce 2013 byl v Rakousku postaven kopulovitý a dřevem oděný dům.

V Chile jsou příklady geodetických kopulí pro hotelové ubytování snadno přijímány jako geodetické kopule ve stylu stanu nebo kopule pokryté sklem. Příklady: EcoCamp Patagonia, Chile; a Elqui Domos, Chile.

Nevýhody

Buckminster Fuller vlastní dům , prochází restaurováním po zhoršení

Ačkoli kopulovité domy se na konci šedesátých a na začátku sedmdesátých let těšily vlně popularity, jako systém bydlení má kupole mnoho nevýhod a problémů. Bývalý zastánce kopulovitých domů Lloyd Kahn , který o nich napsal dvě knihy ( Domebook 1 a Domebook 2 ) a založil společnost Shelter Publications, z nich byl rozčarován a označil je za „chytré, ale ne moudré“. Všiml si následujících nevýhod, které uvedl na webových stránkách své společnosti: Běžné stavební materiály (např. Překližka, dřevotřísková deska) mají obvykle obdélníkové tvary, proto může být nutné po vyřezání obdélníků až na trojúhelníky sešrotovat nějaký materiál , což zvyšuje náklady na stavbu. Požární úniky jsou problematické; kódy je vyžadují u větších struktur a jsou drahé. Okna vyhovující kódu mohou stát pětkrát až patnáctkrát tolik než okna v běžných domech. Profesionální elektrické vedení stojí více kvůli delší pracovní době. Dokonce i situace, kdy je zapojen vlastník, jsou nákladné, protože pro stavbu kopule je zapotřebí více určitých materiálů. Obtížné je také rozšíření a rozdělení. Kahn poznamenává, že kupole je obtížné, ne -li nemožné, stavět z přírodních materiálů, obecně vyžadujících plasty atd., Které jsou znečišťující a zhoršují se na slunečním světle.

Stratifikace vzduchu a distribuce vlhkosti v kupole jsou neobvyklé. Podmínky mají tendenci rychle degradovat dřevěné rámy nebo vnitřní obložení.

Zabezpečení soukromí je obtížné zaručit, protože kopuli je obtížné uspokojivě rozdělit. Zvuky, vůně a dokonce i odražené světlo bývají přenášeny celou strukturou.

Jako u všech zakřivených tvarů, kopule vytváří oblasti stěn, které mohou být obtížně použitelné, a ponechává některé okrajové podlahové plochy omezené použití kvůli nedostatku prostoru nad hlavou. Kruhové půdorysné tvary postrádají jednoduchou modularitu poskytovanou obdélníky. Zařízení nábytku a zámečníků navrhují s ohledem na rovné povrchy. Umístění standardní pohovky na vnější stěnu (například) má za následek promarnění půlměsíce za pohovkou.

Stavitelé kopulí, kteří používají materiál pláště z řezané desky (běžný v 60. a 70. letech 20. století), kvůli mnoha švům obtížně utěsňují kupole před deštěm. Tyto švy mohou být také namáhány, protože běžné sluneční teplo každý den ohýbá celou strukturu, jak se slunce pohybuje po obloze. Následné přidání popruhů a vnitřních flexibilních sádrokartonových desek prakticky eliminovalo tento pohyb, který byl zaznamenán ve vnitřních úpravách.

Nejúčinnější hydroizolační metodou s dřevěnou kopulí je šindel kopule. Špičaté čepice v horní části kopule nebo k úpravě tvarů kopule se používají tam, kde sklon není dostatečný pro ledovou bariéru. Používají se také jednodílné železobetonové nebo plastové kopule a některé kopule byly vyrobeny z plastových nebo voskovaných trojúhelníků z kartonu, které se překrývají tak, aby prolévaly vodu.

Bývalý student Buckminster Fullera J. Baldwin trval na tom, že neexistuje důvod, aby správně navržená, dobře postavená kopule unikla a že některé designy „nemohou“ uniknout.

Související vzory

Budova velmi pevných a stabilních struktur ze vzorů vyztužujících trojúhelníků je nejčastěji vidět v konstrukci stanu . Abstrakt byl aplikován v jiném průmyslovém designu , ale dokonce i v manažerské vědě a deliberativních strukturách jako konceptuální metafora , zejména v práci Stafforda Beera , jehož metoda „transmigrace“ je tak specificky založena na designu kopule, že pouze pevný počet lidé se mohou procesu účastnit v každé fázi projednávání .

Největší geodetické kopulovité struktury

Podle Guinnessových světových rekordů je k 30. květnu 2021 současná největší geodetická kopule Jeddah Super Dome , Jeddah , Saúdská Arábie ( 21,7496403 ° N 39,1516230 ° E ), 210 m (690 ft). 21 ° 44'59 "N 39 ° 09'06" E /  / 21,7496403; 39,1516230

Podle institutu Buckminster Fuller v roce 2010 bylo 10 největších geodetických kopulí na světě v té době:

Seznam Fullerova institutu je nyní datován. Několik důležitých kopulí bylo opomenuto nebo postaveno později, je nyní v top 10. V současné době je mnoho geodetických kopulí větších než 113 m v průměru.

Viz také

Reference

externí odkazy