Дом-купол

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(филиал) федерального государственного  автономного образовательного

высшего профессионального  образования

«Национальный исследовательский  технологический университет «МИСиС»

им. А.А.Угарова

 

 

 

 

Кафедра ПГС

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине: «Инновации в строительстве»

На тему: «Дом-купол.»

 

 

 

 

Выполнил: студент                                                          Приняла: к.н.т., доцент

гр.ПГС-09-1д                                                                     Лосев Ю.Г.

Лаптева Л.А. 

 

__________                                                                        ________ 

                                                                                            (подпись)

(подпись)                                                                                                                                                                                                             

                                                                                            “__”___________2013г.                               

                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Старый Оскол,

2013

Введение

Развитие современного строительства возможно только на основе экономически эффективных, надежных, технологичных  конструкций с применением прогрессивных  направлений проектирования и строительства, обеспечивающих универсальность планировки и многофункциональность помещений, располагаемых в здании.

В условиях сурового российского климата строительные площадки должны стать монтажными площадками, где производится сборка подготовленных на заводе несущих и ограждающих  конструкций. Только тогда наше строительство  станет не сезонным, а круглогодичным.

Одним из направлений  повышения эффективности строительного  производства является широкое применение легких пространственных конструкций, а именно куполов. В настоящее  время в мире на объектах гражданского, промышленного и сельскохозяйственного  назначения построено более 5 000 современных  пространственных систем разных конструкций  и размеров. Эффективность применения этих конструкций по сравнению с  традиционными стоечно-балочными  системами обусловлено снижением  материалоемкости несущего каркаса, снижением  трудоемкости изготовления и монтажа, возможностью перекрывать как малые, так и большие пролеты, создавать здания универсального назначения высокой архитектурной выразительности. Эти конструкции преимущественно изготавливаются на заводе, компактны при транспортировке, легко собираются, и в качестве экологически чистого материала применяют древесину.

Купола являются одними из наиболее древних пространственных систем покрытия.

Но и сегодня  купола благодаря свое конструктивной форме перекрывают рекордные (200 - 250 м) пролеты, и они наиболее экономичны по сравнению с любыми другими   жесткими конструкциями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почему купольные  дома?

 

На протяжении последних  нескольких миллионов лет большинство  людей жило в круглых, куполообразных сооружениям. Даже сегодня многие до сих пор живут так. Эти сооружения, сделанные из веток, грязи, соломы, кожи, листьев, камней или снега используют натуральные материалы естественным образом (в природе нет прямых линий или прямых углов). Эти сооружения также подтверждают факт того, что выпукло кривые поверхности прочнее плоских и большинство материалов прочнее в напряжении, чем под давлением, что создание напряжение в элементах путем формирования их в виде кривых добавляет прочности,  и что полусфера охватывает больше пространства с меньшими материалами чем любая другая форма. Короче говоря, "примитивные" вигвамы, юрты, иглу, и т.п. подтверждают положительное отношение к самым очень изысканным инженерным принципам! Более того, глумясь над нашими предками за то, что они жили в хижинах, мы должны гордиться их способностью создавать элегантные решения сложных проблем с ограниченными ресурсами. 

Если простые и элегантные купольные дома служили так долго  и так хорошо, почему же они вышли  из употребления? Почему наши настоящие  здания так

ошеломляюще прямоугольные? Ответ вероятно лежит в увеличении изощренности инструментов и материалов. Для того, чтобы построить более  амбициозные структуры,  как дворцы, храмы и укрепления, человек счел необходимым изменить доступные натуральные материалы. Сооружение маленькой хижины может быть сделано путем проб и ошибок, и что не подошло в одном месте, возможно прекрасно подойдет где-нибудь еще. Однако, для того, чтобы сконструировать большие сооружения в соответствии с заранее подготовленными планами,  все же были необходимы материалы одинаковых размеров. Вскоре стало ясно, что простые геометрические формы были легким решением. Твердый прямоугольник быстро стал стандартом. Его было легко делать и проверять, и он будет всегда точно подходить с другим таким же прямоугольником. Поэтому мы имеем известняковые блоки Египетских пирамид, и кирпичи Вавилонских зиккурат. Можете ли вы придумать другую форму кирпича, которая по-прежнему имеет смысл? 

Как только прямоугольная  форма была установлена, она сразу  же начинает оказывать сильное влияние  на само сооружение. Прямоугольник  стал натуральной формой для сооружения зданий с прямоугольными планами. Любой, кто когда-либо играл с детским  набором кубиков, поймет это. Это  было не без преимуществ. Прямоугольник  имеет полезное свойство, что он может быть разделен на меньшие прямоугольники, или расширен для того чтобы создать  больший. для большей части записанной истории, прямоугольник был не обсуждаемый. Купол использовался только для  мистических или церемониальных целей, где небольшие сверх усилия были призваны угодить богам или  духам мертвецов.

Однако за это была плата: тусклость, монотонность, неиспользуемые углы. Прямоугольная форма стала  такой скучной, что стало необходимым "преукрашать" ее нефункциональным орнаментом. Мир был готов к переменам.

В 1919 году доктор Вальтер  Бауэрсфельд из Carl Zeiss в Йене, Германия завершил строительство полусферического купола как копию неба для планетария. Он отрезал вершины сильно поделенного икосаэдра таким образом, что новая поверхность состояла из 12 пяти-и 20 шестиугольников, расположенных на больших кругах. Проекторы были расположены в центре купола, для чтобы создать 32 звездных полей на оболочку купола.

 

Когда сложный скелет из 3480 стойки был завершен, Бауэрсфельд привлек компанию Dyckerhoff и Wydman, лидера в Армоцементе, для того чтобы покрыть купол сферы несколькими тонкими слоями цемента, для формирования гладкой поверхности, которая затем была покрыта белой краской.

 

Основывая конструкцию на отношении толщины яичной скорлупы к ее диаметру, Бауэрсфельд построил первый в мире бетонный купол с легкой тонкой оболочкой. Он также создал первый купол, состоящий из геометрических фигур, который сейчас называют геодезическим куполом. 

 

Бакминстер Фуллер развил концепцию купола больше, чем кто-либо и известен как давший имя "геодезический" этому типу многогранного купола.

В 1951 году Бакминстер Фуллер запатентовал метод сооружения сферической поверхности путем разделения ее на треугольники. Геодезические купола восходили естественным образом от изучения правильных тел. Сфера покрывает наибольшее количество пространства с наименьшим количеством материалов. Треугольники являются единственной от природы жесткой структурной конфигурацией. Применяя их в комбинации, они делают геодезический дом прочнее, легче, самой эффективной системой сооружения когда-либо разработанной. 

Поскольку купол представляет собой наименьшую возможную поверхность, он сберегает тепло лучше чем  другие формы. Форма купола также  поддерживает естественную циркуляцию воздуха, делает купольные дома легкими  в плане обогрева и охлаждения.

Сеть скрепленных треугольников  делает купольный дом очень прочным. Приложенная к любой точке  нагрузка распространяется по смежным  элементам и распределяется между ними. Вследствие этого, неубедительно выглядящие материалы, после того как они собраны в форму купола, могут выдерживать удивительные нагрузки.

Купольный дом представляет большие объемы чистого пространства свободные от балок и колонн. Чем  больше купол, тем более эффективным  он становится в плане охватывающего  пространства. Фуллер начертил планы купольных домов, которые покроют целые города. Выступая в качестве защиты от погоды, купольный дом существенно уменьшает затраты на обогрев и изоляцию. Стены необходимы только для звукоизоляции и уединения.

По причине использования  множества идентичных частей, геодезические  дома идеально подходят для массового  производства. Благодаря своей простоте, купол может быть легко возведен неопытными рабочими. Из-за легкого  веса, купольный дом может быть доставлен по воздуху.

Благодаря всем этим причинам, купольный дом быстро набирает популярность. Он доказал свою приспособленность  ко всем климатическим условиям. Тысячи людей во всем мире построили купольные  дома, от глиняных до новых купольных домов исследовательской баз в Антарктике. Вековые формы купольных домов уверенно возвращаются в формы космической эры. 

Это интересно, как многие люди становятся энтузиастами купольных домов без знания каких-либо фактов о них. Мы откроем некоторые возможные причины этого.

Первая причина возможно в том, что нам просто наскучила  обычная кубическая геометрия. Мы больше не получаем удовольствия от изучения нашего личного пространства, т.к. это  становится слишком монотонным.

Другая причина - это визуальный призыв купольных домов. Это простая, природная и очень удобная  форма. Купола очень симметричны. Узор купола, сформированный стойками купола имеет калейдоскопическое богатство. Одно из таких богатств - это постоянное видение нового дизайна в нем.

Мы также верим, что  купола имеют сильный психологический  призыв. Купол защищает вас как  скорлупа яйца или возведенные ладони рук - мягко и нежно. В куполе внутренний фокус. Вы ощущаете, что вы в центре вещей. Просто не представляется возможным, чтобы вас запихнули в угол!

 

Другой интересный аспект о купольных домах, что они  настолько новы, что к ним еще  не прикрепили исторические ассоциации. Как бы мы воспринимали купольные  дома, если бы Бастилия была куполом? Или  Зимний Дворец? Купольные дома призывают  ко многим вещам, т.к. они не имеют  связи со старым стилем жизни. Они часть еще не написанной истории.

 

Принципы формообразования сетчатых куполов

Общие сведения

Выбор и расчет геометрической схемы является первой и очень  ответственной стадией проектирования, т.к. именно от этого зависит число  типоразмеров элементов, конструкция  узлов сопряжений, способы изготовления и монтажа элементов и, в конечном итоге, эффективность конструкции.

В процессе формообразования купола можно выделить три этапа: 

• Выбор поверхности;
• Выбор способа разрезки (под термином "разрезка" понимается способ нанесения на выбранную поверхность "сети геометрический линий каркаса купола");
• расчет координат узлов.

Поверхности сетчатых куполов  в основном ограничиваются двумя  классами: поверхности параллельного  переноса (эллиптический параболоид, круговая поверхность переноса, гиперболический  параболоид) и поверхности вращения (сфера) и т.п.

Преобладающее количество куполов  построено на сфере, и "Купольный  дом" также использует поверхность  сферы при проектировании строительстве  купольных домов.

Способов разрезки существует некоторое количество.

Меридионально-кольцевая  система разрезки

Суть этой системы заключается  в членение поверхности вращения меридиональными и параллельными  плоскостями на треугольные (у полюса) и трапециевидные элементы. Число  типоразмеров треугольных и трапециевидных элементов при этой системе разрезки определяется числом ярусов между параллельными  сечениями и не зависит от числа  меридиональных сечений, а также  от формы меридиональной образующей кривой. 

 

 

 

Звездчатая система

Первичная разбивка звездчатой системы меридиональная. На сферу  наносится сеть меридианов. Каждый полученный участок делится четырехугольными ячейками таким образом, чтобы два  противоположных узла ячейки располагались  на одном меридиане,а два других - на одной параллели. обнаруживаются две разновидности сетей, применяемых для этой системы разрезки, - правильная сеть Чебышеваи сеть локсодромий. Применение правильной сети Чебышева приводит к сгущению сетки по мере приближения к полюсу купола. Использование сети локсодромий  (линий, имеющих постоянный угол наклона к меридиану) частично устраняет этот недостаток, однако значительное уменьшение длины боковых сторон треугольников также вызывает сгущение сетки.

Система Кайвитта

Первичная разбивка системы  меридиональная. Основание каждого полученного сектора делится на определенное количество равных участков, а затем проводятся кольцевые сечения. число которых равно числу членений основания. Каждое кольцевое сечение делится на равные части, число которых  в каждом последующем сечении, считая от основания сектора, уменьшается на единицу.

Полученные точки соединяются, и таким образом образуется сеть треугольников, основание которых  вдоль каждого яруса, как и  в звездчатой системе равны. однако полученные треугольники в отличие  от звездчатой схемы не равнобедренные. Поэтом число их типоразмеров соответствует  квадрату числа членений (ярусов).  

Система "Ромб-1"

Сущность этой системы  заключается в первичном меридиональном делении купола на сектора с последующем  членении каждого сектора на ромбовидные  ячейки путем нанесения правильной сети Чебышева.