Kopuła geodezyjna zawsze przyciąga uwagę. Różni się od większości bardziej klasycznych schronów tym, że łączy w sobie design, elegancję i funkcjonalność.
Kiedy na nią patrzymy, często zachwyca nas jej niekonwencjonalny kształt, harmonia, wyjątkowa geometria i piękno.
Celem tego artykułu jest przedstawienie przeglądu kopuły geodezyjnej poprzez omówienie samego wynalazku, jego zalet, technik budowlanych i najlepszych zastosowań dla tej niezwykłej formy architektonicznej.
Niektóre z największych i najbardziej niezwykłych kopuł na świecie można zobaczyć w miejscach publicznych, takich jak ogrody botaniczne, muzea czy parki rozrywki.
Oto dwa przykłady:
Telus World of Science – Vancouver, Kanada:
Szklana kopuła geodezyjna w Muzeum Dali, Figueres, Hiszpania:
Praktyczne zastosowanie kopuły geodezyjnej w architekturze
Jeśli wymienimy jego najczęstsze zastosowania, okaże się, że kopuła geodezyjna jest używana do różnych celów, a czasem ze względu na jej zapierający dech w piersiach efekt.
Wśród tych praktycznych zastosowań są: domy geodezyjne (zwane również domami bąbelkowymi lub domami kopułowymi), szklarnie geodezyjne (szklarnie kopułowe), namioty geodezyjne (zwane również namiotami kopułowymi), pokoje hotelowe na świeżym powietrzu, ogrody zimowe, woliery, studia fotograficzne, pergole, altany ogrodowe, bungalowy, sale lekcyjne na świeżym powietrzu, kawiarnie, sale do jogi, sale zabaw dla dzieci, sklepy typu pop-up…
Pierwsza kopuła geodezyjna powstała w 1922 roku w Ienie w Niemczech, jako powierzchnia dla projektora planetarium Zeissa.
Później amerykański architekt R. Buckminster Fuller rozwinął ten pomysł i opatentował konstrukcję. Od tego czasu, kopuły geodezyjne stały się coraz bardziej popularne i są obecnie prawdziwym trendem.
Główne zalety kopuły geodezyjnej
Ponieważ kopuła jest uważana za rodzaj Świętej Geometrii, przypisuje się jej wiele mistycznych właściwości.
Mówi się, że każdy, kto znajdzie się wewnątrz kopuły, będzie lepiej połączony z wszechświatem i kosmiczną energią, i będzie się czuł jak w łonie matki.
Uważa się również, że kopuła pomaga dwóm półkulom mózgowym lepiej się połączyć i zharmonizować poprzez stworzenie specjalnego stanu relaksu dla mózgu.
Pomijając wszystkie te duchowe i energetyczne korzyści, istnieją inne, które są o wiele bardziej namacalne.
- NIŻSZY KOSZT POCZĄTKOWY
Kształt kopuły pozwala zamknąć maksymalną ilość przestrzeni w minimalnej przestrzeni, zmniejszając w ten sposób koszty materiałów i energii potrzebnej do budowy i klimatyzacji.
- DOSKONAŁA WENTYLACJA
Ponieważ kopuła jest powierzchnią kulistą, wentylacja jest doskonała. Powietrze cyrkuluje nieprzerwanie od dołu do góry i do środka, ograniczając w ten sposób rozprzestrzenianie się wilgoci, grzybów i bakterii.
- NIESKAZITELNA AKUSTYKA
Akustyka wewnątrz kopuły jest fenomenalna i szczególnie doceniana przez muzyków
- NIESKOŃCZONA PRZESTRZEŃ
Wrażenie nieskończonej przestrzeni, przy braku filarów i kolumn.
- DUŻĄ WYTRZYMAŁOŚCIĄ
Duża odporność na burze, trzęsienia ziemi, śnieg i gwałtowne wiatry huraganów, a nawet tornada. Z tego powodu na Antarktydzie powstało wiele kopuł.
Ale czym dokładnie jest kopuła geodezyjna? Struktura techniczna.
Sfera geodezyjna to zespół wielokątów w kształcie kuli. Kopuła geodezyjna jest częścią sfery geodezyjnej. Budynki lub dachy są zbudowane z kopuł geodezyjnych, które są 5 do 100% kuli.
Kopuły używane do budowy domów są zazwyczaj serią trójkątów, które stanowią 3 lub 5 ósmych części sfery geodezyjnej.
Kopuły geodezyjne są efektywnymi konstrukcjami pod wieloma względami.
Trójkąt jest bardzo stabilnym kształtem. Na przykład, siła przyłożona do rogu prostokąta może go zdeformować w równoległobok, ale ta sama siła nie zdeformuje trójkąta.
To właśnie sprawia, że kopuły geodezyjne są bardzo odporne, szczególnie na opady śniegu, trzęsienia ziemi, wiatr, a nawet tornada.
Powierzchnia kopuły geodezyjnej to tylko 38% powierzchni budynku w kształcie sześcianu o tej samej powierzchni użytkowej. Budynki te mają mniejszą powierzchnię narażoną na wahania temperatury zewnętrznej, co czyni je mniej podatnymi na ciepło i zimno niż konstrukcja równoległoboczna.
Kopuły geodezyjne można szybko zbudować bez większego sprzętu. Używając prefabrykowanych elementów, tylko kilka osób jest potrzebnych do wzniesienia żywej kopuły o powierzchni 2 000 stóp kwadratowych (185 m²) w ciągu 10 godzin lub mniej.
Kopuła geodezyjna jest samonośna bez potrzeby stosowania słupów lub wewnętrznych ścian nośnych. Ta właściwość czyni te konstrukcje bardzo odpowiednimi dla kościołów, aren sportowych i hal wystawowych.
Estetyka wysokich sufitów czyni je również bardzo atrakcyjnymi jako pomieszczenia mieszkalne, a całe lub częściowe pierwsze piętra mogą być łatwo zawieszone w połowie wysokości bez żadnego wsparcia poza samym systemem mocowania kopuły.
Historia: wynalezienie i popularyzacja kopuły geodezyjnej.
Pierwsza kopuła geodezyjna: Iena, Niemcy.
W 1919 roku, szukając sposobu na zbudowanie większego planetarium, niemiecki inżynier Walter Bauersfeld postanowił zamontować ruchome projektory wewnątrz nieruchomej kopuły.
Do tego czasu kopuły planetarium obracały się, gdy światło zewnętrzne wpadało przez otwory w kopule, aby symulować gwiazdy i planety. Ograniczało to jednak wielkość kopuły i liczbę osób, które mogła pomieścić.
Koncepcja projekcji wewnętrznej Bauersfelda zakładała pracę w większej kopule. Pierwszy zbudowany model miał ponad pół kuli i 16 metrów średnicy.
Bauersfeld rozwiązał problem, jak zbudować tak dużą kulę, aproksymując ją dwudziestościanem foremnym (bryłą o 20 równych trójkątnych ścianach) i dzieląc każdy bok na mniejsze trójkąty.
Trójkąty wykonał z około 3.500 cienkich żelaznych prętów. Aby zbudować kulistą powłokę na tej ramie, skonstruował on kulistą drewnianą formę wewnątrz ramy i natrysnął na nią pastelową mieszankę.
Skorupka została zaprojektowana w takich samych proporcjach, jeśli chodzi o grubość, jak skorupka jajka w stosunku do jego średnicy – proporcjach, które później zostaną uznane za szczególnie odpowiednie dla kopuł geodezyjnych.
R. Buckminster Fuller – amerykański architekt, który oficjalnie wynalazł kopułę geodezyjną
Trzydzieści lat później R. Buckminster Fuller, amerykański architekt, inżynier, poeta i filozof, niezależnie wynalazł podobny system konstrukcyjny.
Po II wojnie światowej Fuller chciał stworzyć niedrogą i wydajną przestrzeń mieszkalną, którą można by szybko zbudować z masowo produkowanych elementów.
Otwarty na niekonwencjonalne podejścia, Fuller najpierw pracował z formami kulistymi, ponieważ pozwalały mu one zamknąć daną przestrzeń przy minimalnej powierzchni.
Zaczął od obramowania kul siecią pasm zbliżonych do kół wielkich (kół na kuli, których środki pokrywają się ze środkami kuli); pasma te przecinając się tworzyły trójkąty.
Nazwał swój produkt „kopułą geodezyjną”, duże okręgi znane są jako geody (od greckiego słowa oznaczającego „dzielić ziemię”). W końcu Fuller zaczął formować kule z sześciokątów i pięciokątów (jak fasety piłki nożnej) i dzielić je na trójkąty, aby uzyskać wytrzymałość i łatwość konstrukcji.
W 1953 r. Fuller wykorzystał swój nowy system do pokrycia dziedzińca o średnicy 28 metrów otoczonego budynkiem siedziby głównej Ford Company.
Budynek nie został zaprojektowany tak, aby utrzymać duży ciężar tradycyjnej kopuły, ale dzieło Fullera było o 95% lżejsze. Projekt i budowę zrealizował w ciągu zaledwie trzech miesięcy.
Tymczasowy maszt wzniesiony na środku dziedzińca podtrzymywał kopułę podczas budowy, a konstrukcja była stopniowo podnoszona i obracana po ukończeniu każdej nowej sekcji.
Konstrukcja składała się z 12 000 aluminiowych stężeń, ważących w sumie 1700 kg, połączonych w trójkąty, a następnie podniesionych na miejsce i przynitowanych do rosnącej struktury.
Po zakończeniu budowy kopuły, została ona delikatnie opuszczona na słupy zainstalowane na istniejącym budynku. Następnie w każdym trójkącie zainstalowano przezroczysty panel z włókna szklanego, aby dopełnić kopułę. W 1954 r. Fuller otrzymał patent na kopuły geodezyjne.
JAK ZBUDOWAĆ KOPUŁĘ GEODEZYJNĄ?
Możesz zdecydować się na zakup kopuły geodezyjnej od producenta, który sprzedaje je lub możesz zdecydować się na samodzielne zbudowanie jednego przy użyciu zestawu montażowego. Do mniejszych projektów, takich jak kopuła, ogrodowe igloo, klatka dla ptaków, kopuła dla dzieci, można użyć zestawu łączników Hubs. Przeczytaj cały artykuł tutaj.
Kupno kopuły geodezyjnej
Zakup domu kopuły, szklarni kopuły, lub geodezyjnych kopuły ogrodu na przykład jest atrakcyjną opcją, ponieważ pozwala określić dokładnie to, co chcesz, bez konieczności iść do kłopotów, jeśli w ogóle, wznoszenia struktury.
Istnieje wielu producentów kopuł geodezyjnych na całym świecie, w tym Francja, Belgia, Szwajcaria, Kanada.
Ceny mogą się znacznie różnić w zależności od wielkości kopuły, projektu (rodzaj częstotliwości), materiałów użytych (drewno, stal, plastik, płyta gipsowo-kartonowa, karton, aluminium, beton, bambus, papier, pcv, płótno, słoma, materiały z recyklingu), rodzaj izolacji itp.
Samodzielnie zbudować kopułę geodezyjną?
Druga opcja jest naturalnym wyborem dla tych, którzy lubią budować duże rzeczy. Przyjrzymy się temu, na czym polega budowa kopuły geodezyjnej, a także różnym elementom, które muszą być użyte do tego celu.
Projekt
Tak jak sporządzenie planu jest genezą budowy współczesnego budynku, tak przygotowanie projektu jest punktem wyjścia do budowy kopuły geodezyjnej.
W kopułach geodezyjnych można stosować różne konstrukcje, co skutkuje różnorodnością typów kopuł geodezyjnych. Najprostszą konstrukcją jest dwudziestościan foremny w kształcie trójkątów równobocznych.
Trójkąty te mogą być dalej dzielone na mniejsze trójkąty. Inne wzory używają innej liczby trójkątów równobocznych, trójkątów równoramiennych lub obu.
Większa liczba trójkątów spowoduje powstanie większej kopuły geodezyjnej. Programy komputerowe są często używane do znalezienia jeszcze bardziej złożonych projektów kopuł geodezyjnych.
Podkładki dystansowe
Spacery odnoszą się do serii prętów, które tworzą strukturę kopuły geodezyjnej. Mogą być one wykonane ze stopów metali lub drewna.
Ich długość będzie zależała od rodzaju kopuły geodezyjnej. Istnieją różne rodzaje kopuł geodezyjnych, ze względu na złożoność sieci trójkątnych elementów. Wraz ze wzrostem złożoności wzrasta również klasa kopuły geodezyjnej.
Kopuły geodezyjne najniższej klasy mają zazwyczaj rozpórki o tej samej długości. Kopuły wyższej klasy wymagają rozpórek o innej długości, aby zapewnić idealną kulę.
Na szczęście w Internecie dostępne są wzory, które pomogą w określeniu długości rozpórek i promieni kopuł geodezyjnych.
Materiały
Trójkątne panele można pokryć drewnem, płytami gipsowo-kartonowymi, tworzywem sztucznym, betonem itp. Z różnych materiałów powstają również różne rodzaje kopuł geodezyjnych.
Stal jest najczęstszym materiałem używanym do produkcji piast, które łączą sieć przekładek (zwanych również łącznikami lub kształtkami).
Niektóre kopuły geodezyjne wykonane są z elementów wykonanych z materiałów nadających się do recyklingu, co czyni je jeszcze bardziej przyjaznymi dla środowiska.
Montaż kopuły geodezyjnej
Przed zmontowaniem wszystkich elementów konieczne jest przeprowadzenie kilku kontroli. Przede wszystkim podkładki dystansowe muszą mieć odpowiednią długość.
Po drugie, końce rozpórek muszą być spłaszczone, aby zapewnić, że po połączeniu znajdą się w tej samej płaszczyźnie.
Wreszcie, te spłaszczone końce muszą być również lekko zaokrąglone. Istnieje wzór pozwalający na dokładne określenie potrzebnej krzywizny. Następnie można rozpocząć montaż kopuły geodezyjnej od dołu do góry.
Gdy konstrukcja jest już gotowa, można pokryć trójkątne elementy wybranym materiałem spośród tych wymienionych powyżej.
Montaż kopuły geodezyjnej nie jest tak zniechęcający, jak może się to wydawać na początku. Jest to jedna z tych rzeczy, które łatwiej jest zrobić niż powiedzieć.
Korzystanie z zestawu do budowy kopuły geodezyjnej
Jednakże, co może uprościć swoje zadanie ogromnie jest kupić zestaw kopuły geodezyjnej. Zestaw zawiera zazwyczaj plan budowy kopuły oraz przygotowane już materiały wraz z niezbędnymi instrukcjami.
Odkryj kompletny zestaw do budowy kopuły geodezyjnej – Ekodome! Kliknij tutaj, aby przeczytać pełną prezentację.
Jak samodzielnie zbudować kopułę geodezyjną – przykład i szybki przewodnik.
Użyj tego kalkulatora kopuły dostępnego online TUTAJ.
Oto przykład procesu budowy kopuły o średnicy 5 metrów krok po kroku:
- Wybieranie i cięcie drewna.
- Opracowanie trójkątów.
- Fundamenty i izolacja podłoża.
- Montaż konstrukcji.
- Pokrycie arkuszami materiału wodoodpornego.
- Wykonanie konstrukcji stalowej do opracowania drzwi.
- Umiejscowienie podłogi i okien.
PRZEKSZTAŁCENIE DWUDZIESTOŚCIANU FOREMNEGO W KOPUŁĘ GEODEZYJNĄ
Kopuły geodezyjne są zaprojektowane z wielościanu zwanego dwudziestościanem foremnym, składającego się z 20 trójkątów równobocznych. Rzutując krawędzie tych płaskich trójkątów na powierzchnię kulistą, powstają zakrzywione trójkąty równoboczne, a tym samym kopuła, czyli kopuła geodezyjna.
Jak wspomniano wcześniej, konstrukcja kopuły geodezyjnej opiera się na połączeniu trójkątów, które z kolei tworzą pięciokąty i sześciokąty.
Tak więc, im większa liczba trójkątów (a więc pięciokątów i sześciokątów), tym mniejszy rozmiar każdej figury i tym bardziej kulista staje się kopuła. To się nazywa „częstotliwość”.
Jaką częstotliwość powinienem wybrać?
Częstotliwość V4: jest to jedna z najczęściej używanych, ponieważ jest idealną półsferą: jeśli jest umieszczona na płaskiej powierzchni, wszystkie boki jej podstawy spoczywają na niej, co pozwala uniknąć wielu problemów podczas budowy. Z połączenia dwóch kopuł V4 powstałaby kompletna kula.
Częstotliwość V3: Utworzona półkula jest niedoskonała. Jeśli miałby być zamontowany na płaskiej powierzchni, tylko końce boków jego podstawy stykałyby się z podłożem, co czyni konstrukcję bardziej skomplikowaną i niestabilną.
Częstotliwość V5: również tworzy doskonałą półsferę, ale liczba trójkątów do wykonania znacznie wzrasta. Częstotliwość ta jest zatem interesująca tylko dla dużych kopuł. Im wyższa częstotliwość, tym większa liczba trójkątów i tym bardziej wytrzymała będzie konstrukcja.
Wniosek
Podsumowując, oto ponownie znaczące zalety kopuł geodezyjnych
Idealny kształt
Fuller mocno wierzył, że kopuła geodezyjna jest idealną naturalną strukturą. Dlaczego? Po prostu dlatego, że otacza największą możliwą powierzchnię przy użyciu najmniejszej ilości materiału.
Pozostając w harmonii z otoczeniem, kopuła podtrzymuje się sama bez żadnych wewnętrznych kolumn czy ścian. Otwarta przestrzeń, którą tworzy, daje nieskończone możliwości wykorzystania.
Szybki montaż
Spójrz na kopułę geodezyjną, a zobaczysz, że wygląda ona jak kula przecięta na pół, lub półkula. Przyjrzyj się bliżej, a odkryjesz, że składa się on z sieci trójkątów.
Te trójkątne podpory pozostają w stanie stałego napięcia, co czyni konstrukcję praktycznie niezniszczalną. Obecnie kopuła o powierzchni 110 metrów kwadratowych może być zbudowana przez 4-6 osób w czasie krótszym niż jeden dzień, a mniejsze kopuły są montowane w ciągu kilku godzin.
Choć w praktyce nigdy nie jest możliwe uzyskanie idealnej kuli w architekturze, to można się do niej bardzo zbliżyć, a kopuły geodezyjne są niemal idealnymi ułamkami takich kul.
Wydajność
Gdybyś miał stworzyć dwie struktury o podobnych rozmiarach, jedną prostokątną, a drugą kopulastą, druga wymagałaby o 30% mniejszej powierzchni. Co to dokładnie oznacza?
Do jej zbudowania potrzeba by było o 1/3 mniej materiału (i byłaby bardziej wytrzymała niż konstrukcja prostoliniowa). Oznacza to również, że zaoszczędzisz na rachunkach za ogrzewanie i chłodzenie, ponieważ jest mniej powierzchni do ogrzania lub chłodzenia!
Ekstremalna solidność
Kopuły geodezyjne są fascynujące z wielu powodów, z których nie mniej ważnym jest ich wyjątkowa trwałość. Łączą one solidny kształt łuku z trójkątami, najmocniejszym znanym człowiekowi kształtem geometrycznym.
Rezultatem jest niezwykle mocna konstrukcja, która może wytrzymać ogromne obciążenia. Ze względu na swoje stałe boki, trójkąty tworzące konstrukcję kopuły przenoszą siły bardziej równomiernie przez swoje boki niż inne kształty.
Mówi się nawet, że kopuły geodezyjne wytrzymywały pożary i trzęsienia ziemi lepiej niż konstrukcje oparte na kształcie prostokątnym.
Lekkość
Wróćmy na chwilę do najstarszego planetarium na świecie (i pierwszej kopuły geodezyjnej). Konstrukcja Bauersfelda dla fabryki Zeissa musiała być wyjątkowo lekka – kopuła musiała być umieszczona na dachu.
Musiała być również wystarczająco szeroka, aby pomieścić dużą liczbę odwiedzających, wystarczająco okrągła, aby zapewnić dobrą powierzchnię do projekcji kosmicznych i wystarczająco mocna, aby wytrzymać tornado.
I tak właśnie się stało. Masa powietrza gromadzi się wewnątrz, a siły rozkładają się równomiernie na całej powierzchni.
Szacunek dla środowiska
W świetle namacalnych skutków globalnego ocieplenia, rządy uchwalają coraz surowsze prawa, aby narzucić jak najmniejszy ślad ekologiczny we wszystkich dziedzinach. Rozwiązaniem są kopuły.
Inżynierowie budowlani dokładają wszelkich starań, aby projekty kopuł nie pozostawiały miejsca na błędy ekologiczne.
Kopuły są więc zgodne z zasadami ekoodpowiedzialnego projektowania i opierają się na idei ochrony ograniczonych zasobów Ziemi.
Celem jest optymalizacja ich wykorzystania bez zakłócania naturalnych procesów zachodzących na naszej planecie. Kopuły są energooszczędne, wykonane z materiałów nadających się do recyklingu, a niektóre z nich nie wymagają użycia fundamentów – wszystko po to, by zachować naturalną równowagę.
Harmonijnie łączą one architekturę, ekologię i środowisko, stanowiąc doskonały przykład zrównoważonego projektowania, które przynosi korzyści ludzkości.