геодезический купол (дом и другие сооружения)
Отсюда
http://www.woodgu.ru/article-99-1.htm
геодезический купол
Давно посещали меня мысли о строительстве собственного дома, но как-то в виде интересных идей, которые замечал у других в жизни или СМИ. Представил тут, как выглядел бы дом, воплощающий все эти идеи - лисья нора (землянка), переходящая в зеркальную сферу, висящую на дереве :D. В общем, идейный трансформер что снаружи что внутри.
Сейчас увлекся геодезическими куполами и технологиями применения этих принципов для строительства жилых домов и других полезных и производственных сооружений (например, навесов, бань, теплиц, сараев, цехов, мастерских, ангаров).
Этим летом (2011) довелось живьем наблюдать, и даже немного помог в строительстве жилого геодезического купола (фото слева).
А сейчас наткнулся на интересную информацию по ним, зарылся, и решил писать статью на будущее… своеобразную шпаргалку, чтобы быстро можно было вспомнить и найти. Так что по мере поступления информации буду статью дополнять. Уверен и читателям сайта будет полезно.
Вкратце об истории и что значит "геодезический".
Как обычно все новое - это хорошо забытое старое.
Гео - наш земной шар Земля
Остаток на Д… - делить (древние греки делили и измеряли ее… и не только они)
Так что, если не вдаваться в пространственную и дифферинциальную геометрию искривленных пространств ))), то геодезический купол - это купол из части сферы, вернее сферического многогранника, так как измеряют землю по точкам, на ее поверхности, которые в нашем случае являются вершинами этого многогранника. Важной особенностью является оптимально-распределенное расположение вершин и граней стремящихся к идеальной сфере. Строится обычно на основе икосаэдра (20 треугольных граней) или додекаэдра (12 пятиугольных граней).((немного о Пифагоре и "магических фигурах"... икосаэдр - стихия воды, а додекаэдр - вселенная))
Наибольшее распространение получили геодезические дома и сооружения на основе икосаэдра. Продвигал это дело Ричард Бакминстер Фуллер (американский архитектор, инженер, дизайнер и изобретатель). Пишут, что плотно начал этим заниматься с 1947 года. Из наших к этой теме приложились М.С. Туполев, Г.Н. Павлов...
Вообще, кроме геодезических, видов куполов очень много.
Характеристками геокупола обычно служат:
- частота разбиения грани исходного многогранника купола при апроксимации к сфере (обозначается буквой V)
- и доля сферы, которая образует купол
Как видно купола с высокой частотой разбиения имеют более сферическую форму и большее количество деталей, соответственно большее количество соединений. Также видно что точные полусферы 1/2 есть у геокуполов с четным разбиением 2v, 4v, 6v…
Грани разного цвета обозначают грани, разных размеров.
Каждый уровень приводит к существенному увеличению количества запилов или коннекторов, т.е. каждая новая вершина - это плюс от 10 до 24 сложных в двух плоскостях запилов под разными непрямыми углами (при безконнекторной технологии) или плюс 10-12 простых отрезов доски в размер под прямым углом и один коннектор (при использовании коннекторов).
Приведу наглядный пример, как увеличивается объем работ при увеличении сложности купола.
Возмем купол 10 метров в диаметре и просчитаем его в 5 вариантах, как на рисунке выше.
При использовании доски сечением 200*50 мм получатся:
1v - 1/4 (доли: 3/4; h = 2,76 м; вершин = 6 шт; l max = 5,276 м; досок = 10 шт; дерева = 0,51 м3; S = 47,55 м2) тут половины сферы нет… есть цилиндр из одного ряда треугольников в 1/2 сферы и две крышки как на рисунке… проще классическую «коробку» построить;
2v -1/2 (доли: 1/4, 3/4; h = 5 м; вершин = 26 шт; l max = 3,093 м; досок = 65 шт; дерева = 1,84 м3; S = 73,47 м2) - треугольники из трехметровых досок надо бы все равно укреплять перемычками, да и материал для обшивки трудновато найти таких габаритов... хотя если использовать ЛВЛ-брус, то все возможно;
3v - 5/12 (доли: 1/4, 7/12, 3/4; h = 4,14 м; вершин = 46 шт; l max = 2,064 м; досок = 120 шт; дерева = 2,28 м3; S = 73,87 м2) - вполне рабочий вариант, только делать лучше 7/12 или юбку добавить;
4v -1/2 (доли: 1/4, 3/8, 5/8, 3/4; h = 5 м; вершин = 91 шт; l max = 1,625 м; досок = 250 шт; дерева = 3,59 м3; S = 77,25 м2) для такого размера купола один из оптимальных... при диаметре купола 8,9 м треугольники обшивки почти без остатка кроят из листа OSB шириной 1,25 м
5v - 9/20 (доли: 1/4, 7/20, 11/20, 13/20, 3/4; h = 4,48 м; вершин = 126 шт; l max = 1,308 м; досок = 350 шт; дерева = 3,99 м3; S = 76,81 м2) - уже перебор и с материалами и количеством работ
…
Пояснения к примеру:
доли - возможное деление сферы, кроме расчетного (слева) и 1/1
h - высота купола;
вершин - количество вершин многогранника = количество коннекторов, если они есть;
l max - длина самой длинной доски;
досок - количество досок для каркаса купола;
дерева - количество дерева в м3 необходимое для постройки каркаса;
S - площадь основания.
данные получены с помощью калькулятора для геодезических куполов acidome.ru
Кроме этого геодезические купола можно разделять по следующим критериям:
1. материала, из которого сделан каркас:
- дерево (универсально в использовании);
- металл (обычно используется для тентовых, декоративных и полностью застекляемых куполов... можно и гипсокартонные профиля пристроить для небольшого купола);
- пластик (можно использовать для небольших куполов и сфер со сравнительно малой нагрузкой);
- композитные материалы.
2. технологии изготовления купола:
- каркасные
* безконнекторные
+ конический (надежный, но сложный в запилах)
+ простой (есть слабые места, но запилить можно торцовкой)
+ гудкарма (как простой, только досок в и запилов в два раза больше, но надежность на высоте и монтаж треугольными рамками может быть проще)
* с применением специальных соединителей - коннекторов
При использовании металлических коннекторов надо учитывать что они могут служить мостиками холода и при перепадах температур и конденсировать на себе влагу, что будет со временем разрушать древесину, да и для утеплителей и самого коннектора не есть гуд.
- бескаркасные (обычно только оболочка в виде "чешуек", которые крепятся внахлест)
Видел из прямоугольных, пяти/шестиуголных и трапецевидных "чешуек".
Такая тонкая оболочка за счет купольной формы достаточно жесткая и крепкая. Проемы под окна и двери надо усиливать.
- сегментные/блочные/панельные (обычно готовые треугольники или пяти- шестиугольники из дерева или армированного бетона и в данной статье они почти не рассматриваются)
Преимущества геодезических куполов:
* феншуйно выглядит, а внутри много света и воздуха;
* очень устойчивая, легкая, обтекаемая и самоподдерживающаяся конструкция практически для любых размеров куполов (можно накрыть обычный дом с участком);
* в строительстве обходится значительно дешевле обычных «коробок» за счет:
- сравнительной легкости монтажа каркаса даже для нескольких человек и без подъемной техники,
- доступности материалов для его изготовления,
- соотношения поверхности (считай материалов) геодезического купола и его объема меньше того же соотношения для «коробки» с тем же объемом,
- меньшего веса конструкции можно делать более простой и дешевый фундамент;
- отсутствия внутренних несущих стен (плюс простор для фантазии дизайнера)
* экономичен в эксплуатации за счет того же соотношения поверхности обогреваемых изнутри и охлаждаемых снаружи стен и полезного объема;
* можно поставить купол и заниматься обустройством внутреннего пространства в сухости и тепле;
* теоретически можно построить почти четырехэтажный дом диаметром 25 м и высотой 12,5 м даже одному человеку! (можно пересчитать по пальцам случаи, когда сознательно ставлю восклицательный знак);
* многогранные купола обычно имеют "геометрически устойчивую" форму, поэтому их стыковые соединения могут решаться более просто, чем в обычных деревянных домах... многогранные покрытия приобретают "геометрическую устойчивость" после установки в проектное положение 70-90% панелей, а до этого конструкция может "дышать" и для сохранения ее формы могут требоваться специальные леса или временные крепления;
* …
Недостатки геодезических куполов
Одним из недостатков почему-то считается высокий уровень отходов. Объясняется он тем, что в геодезических куполах используются в основном плоские треугольники, а почти все стройматериалы прямоугольной формы. Хотя, те же треугольники отлично вписываются в них, при грамотных расчетах каркаса купола. В любом случае получается дешевле.
Реальным неудобством такой геодезической формы, по-моему, можно считать только использование специальных окон. И мансардные и обычные, только нестандартной формы, например, треугольные, стоят дороже, чем стандартные окна.
Есть аналогичный вопрос с мебелью, но при расстановке ее вдоль внутренних перегородок или в центре функциоональных зон, он решается просто.
Увеличить экономию при эксплуатации можно за счет:
- достаточной теплоизоляции купола;
- использование эффекта теплицы (большая площадь эффективного застекления направленного на сбор солнечного света в зимнее время);
- использования альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветровых и водных генераторов...);
- использование для отопления печей с высоким КПД (например печи Кузнецова);
- использование рекуператоров которые отлавливают остаточный теплый воздух из "трубы";
- изолированных входных тамбуров, которые отсекают холодный или горячий воздух при входе в дом
- ...
Укрупненные примерные этапы строительства каркасных геокуполов:
- теоретические расчеты;
- подготовка основания, фундамента с предварительной закладкой жизнеобеспечивающих систем, если они предусмотрены;
- подготовка граней каркаса(если это доски, то запил по расчетным размерам и углам);
- сборка каркаса с использованием коннекторов или по безконнекторной технологии;
- прокладка электро- водо- и других коммуникационных систем
- обшивка каркаса листовым материалом (треугольниками из OSB, фанеры…)или использование экоутеплетилей в виде соломенных блоков и других саманных технологий;
- защита купола кровельными материалами
- закладывание во внутренние «соты» утеплителя
- внутренняя обшивка
- монтаж внутренних перегородок и внутренняя отделка
- …
Кровля
Давно беспокоила мысль об оптимальном материале для кровли геокупола. Единственным приемлемым вариантом казалась битумная черепица. Через пару лет появились новинки, которые мне нравятся много больше чем такая черепица. Приведу сначала "старые возможности":
- собственно битумная черепица
- рубероид
- листовой цветмет
Природные материалы:
- тросник, солома
- дранка (шиндель, гонт)
- камень
- живая дерновая кровля (лужайка на крыше)
Новые материалы:
- жидкая пробка (измельченная пробка обычно в акриловом связующем)
- жидкая резина
- резиновая краска
- и другие полимерные составы образующие тонкое эластичное покрытие (например Энесал ХР, Корунд... возможно mascoat, альфатек, tsm ceramic, теплос-топ... надо проверять)
Некоторые нюансы:
Устройство вентиляционных зазоров.
При использовании в качестве утеплителя паропроницаемых материалов, например минеральной или базальтовой ваты, желательно обеспечить хорошую вентиляцию, дабы в них не скапливалась влага из воздуха. Это может привести к существенному ухудшению теплоизоляционных свойств этих материалов и постепенному разрушению балок и других деревянных элементов конструкции.
Можно набивать планки на готовый каркас и через них уже крепить треугольные грани обшивки как на фото:
Natural Spaces Domes, например решает эту задачку V-образными пропилами в верхних гранях балок, которые примыкают к плоскости внешней обшивки. Плюс используют дистанционные прокладки из теплоизоляционного материала перед укладкой утеплителя.
http://www.woodgu.ru/img/art_pics/00000099/vent2_250.jpg
Эффект самоохлаждения геокупола.
"Баки (Ричард Бакминстер Фуллер) обнаружил этот феномен, устанавливая свой первый Модуль Развертывания Димаксион (DDU). Он обнаружил, что куполообразные «консервные банки», без теплоизоляции, были удовлетворительно прохладны внутри, когда металл оболочки был разогрет до температуры достаточной, чтобы жарить яичницу. Эксперименты с дымом показали противоинтуитивный факт: теплый интерьерный воздух двигался вниз и наружу, под нижний край купола, когда прохладный воздух сильно всасывался через отверстие в апексе. Что это было?
Баки пришел к мнению, что светлый купол DDU и светлая поверхность вокруг купола, отражали солнечное тепло, а нагретые воздушние массы, поднимаясь создавали пониженное давление вокруг нижней части купола, у поверхности. Так воздух из купола высасывался наружу из под края в восходящий поток, понижая давление внутри купола.
По мере того, как теплый воздух поднимается, он охлаждается. Более холодный, следовательно - более плотный воздух над куполом, всасывается в относительно небольшое отверстие в апексе купола. Это маленькое отверстие работает как трубка Вентури, ускоряя поток воздуха, и понижая давление. По мере того, как стремительный поток холодного воздуха устремляется внутрь купола, он внезапно расширяясь, компенсируя разницу давлений, еще больше охлаждается эффектом Берноули, процессом, который похож на работу испарителя в холодильном оборудовании. Эффекту Берноули мы обязаны за газировку, шампанское и сквозняки. Когда мы открываем бутылку, газ расширяется, и охлаждает жидкость. Баки называл самоохлаждаемые купола - «охлаждающие машины»."
Цитата из источника: valpak.ru/images/book.pdf - © Adam Gagarin, вроде проект Гравитониум (раньше у них был сайт гравитониум.ру, но сейчас он занят кем-то другим)
Интересная информация о Фуллере.
Полезная информация:
- чем больше частота разбивки сферы (3v, 4v, 5v и выше), тем крепче и устойчивей конструкция купола при том же сечении доски и размерах купола, так как укорачивается доска и появляется много дополнительных граней-перемычек (значит можно использовать более тонкие доски при увеличении проработки геосферы);
- исходя из этого, если увеличивать размер купола за счет увеличения разбивки (с 3v до 4v, например) с сохранением размеров доски (например, ≈1200*150*40) меньшего купола, то можно сохранить исходные конструктивные параметры по прочности и надежности купола с меньшей проработкой;
- чем тоньше ребра-доски, тем толще и жестче нужно делать обшивку... и наоборот;
- дерево желательно обрабатывать противогрибковыми и антисептическими составами;
- желательно выносить проемы под окна чуть выше уровня сферы, дабы вода стекала вокруг окна (такой вынос видно на самой первой фотографии) ;
- …
Идеальный выбор материалов
(приоритет отдан качеству):
- использование в качестве каркаса ЛВЛ-бруса (из шпона около 3мм толщиной, склеенного волокнами в одну сторону) вместо досок
- ...
Полезные ресурсы / источники:
Просчитать размеры деталей и получить немного дополнительной полезной информации по геодезическому куполу с вашими размерами можно в различных калькуляторах:
acidome.ru (некоторые рисунки и информация в статье - информация с этого ресурса)
Делал наш соотечественник. Довольно много настроек, вплоть до четрежей деталей каркаса и обшивки.
simplydifferently.org
Забугорный. Наглядно можно увидеть много видов и форм куполов, но подробной информации по деталям там нет.
www.desertdomes.com
Калифорнийский. Ресурс по строительству геокуполов. Предлагает выбрать нужной частоты 1v-6v и ввести радиус постройки. Выдает количество и размеры одинаковых деталей от вершины до вершины многогранника. Т.е. для деталей из трубы это будет от крепежного отверстия до отверстия (нужно прибавлять к этому размеру), а при использовании коннекторов - до центра коннектора (нужно вычитать из этого размера "диаметр" коннектора). Еще есть количество и формат (4-х, 5-и, 6-иконечные) коннекторов для купола.
www.desertdomes.com
Тот же, только реверсивный. Выбираем частоту и вводим длину одного из ребер (длину доски или трубы...) и получаем радиус купола.
www.tedward.org
Сразу показывает длину ребер/досок и их количество у куполов с разным разбиением 1V-6V. Удобно для выбора оптимального варианта. Вводить надо радиус геодома.
Сайты о геодезических домах / источники:
Сообщество куполостроителей
Есть много полезной информации и ссылок на ресурсы этих куполостроителей
На их форуме есть возможность скачать проекты шаблонов для некоторых видов геодезических куполов под SolidWorks и насладиться дискуссиями участников. Полезный ресурс.
Союз Русских Куполостроителей.
Своеобразная подача материала. Мне читать некомфортно . Но, можно выудить много полезной информации.
dreamhillresearch.com
Интересный англоязычный ресурс с очень подробным описанием проектирования и строительства одного геодезического дома.
Good Karma Domes
Тоже известная фирма, которая строит геодома по безконнекторной панельной технологии. Гудкарма - одноименный название безконнекторной технологии соединения ребер/досок в треугольники и сборка геодезического купола из этих каркасных треугольников или полуготовых панелей.
Natural Spaces Domes
Известная фирма, которая давно на рынке куполостроения. Использует запатентованные коннекторы и другие наработки на несколько десятков лет.
EconOdome
Интересный вариант безконнекторных домов с коническими запилами. Каркас собирается с уже готовыми декоративно-конструктивными планками, которые будет видно внутри купола. Внутренние треугольные панели видимо вставляются снаружи, потом утеплитель и зашиваются внешними панелями. Получается симпатично.
Геодом BY
Сайт о геодомах (Беларусь). И есть как по мне более интересное и подробное ЖЖ автора сайта о постройке собственного дома-геокупола.
Ukraine Geodesic
Сайт о геокуполах (Украина)
Литература / источники:
(можно найти в интеренете)
1. Пространственные деревянные конструкции. 2003.
Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н.
2. Купольные конструкции: формообразование, расчет, конструирование, повышение эффективности. 2004.
Тур В.И.
http://www.woodgu.ru/article-99-1.htm
геодезический купол
Давно посещали меня мысли о строительстве собственного дома, но как-то в виде интересных идей, которые замечал у других в жизни или СМИ. Представил тут, как выглядел бы дом, воплощающий все эти идеи - лисья нора (землянка), переходящая в зеркальную сферу, висящую на дереве :D. В общем, идейный трансформер что снаружи что внутри.
Сейчас увлекся геодезическими куполами и технологиями применения этих принципов для строительства жилых домов и других полезных и производственных сооружений (например, навесов, бань, теплиц, сараев, цехов, мастерских, ангаров).
Этим летом (2011) довелось живьем наблюдать, и даже немного помог в строительстве жилого геодезического купола (фото слева).
А сейчас наткнулся на интересную информацию по ним, зарылся, и решил писать статью на будущее… своеобразную шпаргалку, чтобы быстро можно было вспомнить и найти. Так что по мере поступления информации буду статью дополнять. Уверен и читателям сайта будет полезно.
Вкратце об истории и что значит "геодезический".
Как обычно все новое - это хорошо забытое старое.
Гео - наш земной шар Земля
Остаток на Д… - делить (древние греки делили и измеряли ее… и не только они)
Так что, если не вдаваться в пространственную и дифферинциальную геометрию искривленных пространств ))), то геодезический купол - это купол из части сферы, вернее сферического многогранника, так как измеряют землю по точкам, на ее поверхности, которые в нашем случае являются вершинами этого многогранника. Важной особенностью является оптимально-распределенное расположение вершин и граней стремящихся к идеальной сфере. Строится обычно на основе икосаэдра (20 треугольных граней) или додекаэдра (12 пятиугольных граней).((немного о Пифагоре и "магических фигурах"... икосаэдр - стихия воды, а додекаэдр - вселенная))
Наибольшее распространение получили геодезические дома и сооружения на основе икосаэдра. Продвигал это дело Ричард Бакминстер Фуллер (американский архитектор, инженер, дизайнер и изобретатель). Пишут, что плотно начал этим заниматься с 1947 года. Из наших к этой теме приложились М.С. Туполев, Г.Н. Павлов...
Вообще, кроме геодезических, видов куполов очень много.
Характеристками геокупола обычно служат:
- частота разбиения грани исходного многогранника купола при апроксимации к сфере (обозначается буквой V)
- и доля сферы, которая образует купол
Как видно купола с высокой частотой разбиения имеют более сферическую форму и большее количество деталей, соответственно большее количество соединений. Также видно что точные полусферы 1/2 есть у геокуполов с четным разбиением 2v, 4v, 6v…
Грани разного цвета обозначают грани, разных размеров.
Каждый уровень приводит к существенному увеличению количества запилов или коннекторов, т.е. каждая новая вершина - это плюс от 10 до 24 сложных в двух плоскостях запилов под разными непрямыми углами (при безконнекторной технологии) или плюс 10-12 простых отрезов доски в размер под прямым углом и один коннектор (при использовании коннекторов).
Приведу наглядный пример, как увеличивается объем работ при увеличении сложности купола.
Возмем купол 10 метров в диаметре и просчитаем его в 5 вариантах, как на рисунке выше.
При использовании доски сечением 200*50 мм получатся:
1v - 1/4 (доли: 3/4; h = 2,76 м; вершин = 6 шт; l max = 5,276 м; досок = 10 шт; дерева = 0,51 м3; S = 47,55 м2) тут половины сферы нет… есть цилиндр из одного ряда треугольников в 1/2 сферы и две крышки как на рисунке… проще классическую «коробку» построить;
2v -1/2 (доли: 1/4, 3/4; h = 5 м; вершин = 26 шт; l max = 3,093 м; досок = 65 шт; дерева = 1,84 м3; S = 73,47 м2) - треугольники из трехметровых досок надо бы все равно укреплять перемычками, да и материал для обшивки трудновато найти таких габаритов... хотя если использовать ЛВЛ-брус, то все возможно;
3v - 5/12 (доли: 1/4, 7/12, 3/4; h = 4,14 м; вершин = 46 шт; l max = 2,064 м; досок = 120 шт; дерева = 2,28 м3; S = 73,87 м2) - вполне рабочий вариант, только делать лучше 7/12 или юбку добавить;
4v -1/2 (доли: 1/4, 3/8, 5/8, 3/4; h = 5 м; вершин = 91 шт; l max = 1,625 м; досок = 250 шт; дерева = 3,59 м3; S = 77,25 м2) для такого размера купола один из оптимальных... при диаметре купола 8,9 м треугольники обшивки почти без остатка кроят из листа OSB шириной 1,25 м
5v - 9/20 (доли: 1/4, 7/20, 11/20, 13/20, 3/4; h = 4,48 м; вершин = 126 шт; l max = 1,308 м; досок = 350 шт; дерева = 3,99 м3; S = 76,81 м2) - уже перебор и с материалами и количеством работ
…
Пояснения к примеру:
доли - возможное деление сферы, кроме расчетного (слева) и 1/1
h - высота купола;
вершин - количество вершин многогранника = количество коннекторов, если они есть;
l max - длина самой длинной доски;
досок - количество досок для каркаса купола;
дерева - количество дерева в м3 необходимое для постройки каркаса;
S - площадь основания.
данные получены с помощью калькулятора для геодезических куполов acidome.ru
Кроме этого геодезические купола можно разделять по следующим критериям:
1. материала, из которого сделан каркас:
- дерево (универсально в использовании);
- металл (обычно используется для тентовых, декоративных и полностью застекляемых куполов... можно и гипсокартонные профиля пристроить для небольшого купола);
- пластик (можно использовать для небольших куполов и сфер со сравнительно малой нагрузкой);
- композитные материалы.
2. технологии изготовления купола:
- каркасные
* безконнекторные
+ конический (надежный, но сложный в запилах)
+ простой (есть слабые места, но запилить можно торцовкой)
+ гудкарма (как простой, только досок в и запилов в два раза больше, но надежность на высоте и монтаж треугольными рамками может быть проще)
* с применением специальных соединителей - коннекторов
При использовании металлических коннекторов надо учитывать что они могут служить мостиками холода и при перепадах температур и конденсировать на себе влагу, что будет со временем разрушать древесину, да и для утеплителей и самого коннектора не есть гуд.
- бескаркасные (обычно только оболочка в виде "чешуек", которые крепятся внахлест)
Видел из прямоугольных, пяти/шестиуголных и трапецевидных "чешуек".
Такая тонкая оболочка за счет купольной формы достаточно жесткая и крепкая. Проемы под окна и двери надо усиливать.
- сегментные/блочные/панельные (обычно готовые треугольники или пяти- шестиугольники из дерева или армированного бетона и в данной статье они почти не рассматриваются)
Преимущества геодезических куполов:
* феншуйно выглядит, а внутри много света и воздуха;
* очень устойчивая, легкая, обтекаемая и самоподдерживающаяся конструкция практически для любых размеров куполов (можно накрыть обычный дом с участком);
* в строительстве обходится значительно дешевле обычных «коробок» за счет:
- сравнительной легкости монтажа каркаса даже для нескольких человек и без подъемной техники,
- доступности материалов для его изготовления,
- соотношения поверхности (считай материалов) геодезического купола и его объема меньше того же соотношения для «коробки» с тем же объемом,
- меньшего веса конструкции можно делать более простой и дешевый фундамент;
- отсутствия внутренних несущих стен (плюс простор для фантазии дизайнера)
* экономичен в эксплуатации за счет того же соотношения поверхности обогреваемых изнутри и охлаждаемых снаружи стен и полезного объема;
* можно поставить купол и заниматься обустройством внутреннего пространства в сухости и тепле;
* теоретически можно построить почти четырехэтажный дом диаметром 25 м и высотой 12,5 м даже одному человеку! (можно пересчитать по пальцам случаи, когда сознательно ставлю восклицательный знак);
* многогранные купола обычно имеют "геометрически устойчивую" форму, поэтому их стыковые соединения могут решаться более просто, чем в обычных деревянных домах... многогранные покрытия приобретают "геометрическую устойчивость" после установки в проектное положение 70-90% панелей, а до этого конструкция может "дышать" и для сохранения ее формы могут требоваться специальные леса или временные крепления;
* …
Недостатки геодезических куполов
Одним из недостатков почему-то считается высокий уровень отходов. Объясняется он тем, что в геодезических куполах используются в основном плоские треугольники, а почти все стройматериалы прямоугольной формы. Хотя, те же треугольники отлично вписываются в них, при грамотных расчетах каркаса купола. В любом случае получается дешевле.
Реальным неудобством такой геодезической формы, по-моему, можно считать только использование специальных окон. И мансардные и обычные, только нестандартной формы, например, треугольные, стоят дороже, чем стандартные окна.
Есть аналогичный вопрос с мебелью, но при расстановке ее вдоль внутренних перегородок или в центре функциоональных зон, он решается просто.
Увеличить экономию при эксплуатации можно за счет:
- достаточной теплоизоляции купола;
- использование эффекта теплицы (большая площадь эффективного застекления направленного на сбор солнечного света в зимнее время);
- использования альтернативных источников энергии (солнечных батарей, ветровых и водных генераторов...);
- использование для отопления печей с высоким КПД (например печи Кузнецова);
- использование рекуператоров которые отлавливают остаточный теплый воздух из "трубы";
- изолированных входных тамбуров, которые отсекают холодный или горячий воздух при входе в дом
- ...
Укрупненные примерные этапы строительства каркасных геокуполов:
- теоретические расчеты;
- подготовка основания, фундамента с предварительной закладкой жизнеобеспечивающих систем, если они предусмотрены;
- подготовка граней каркаса(если это доски, то запил по расчетным размерам и углам);
- сборка каркаса с использованием коннекторов или по безконнекторной технологии;
- прокладка электро- водо- и других коммуникационных систем
- обшивка каркаса листовым материалом (треугольниками из OSB, фанеры…)или использование экоутеплетилей в виде соломенных блоков и других саманных технологий;
- защита купола кровельными материалами
- закладывание во внутренние «соты» утеплителя
- внутренняя обшивка
- монтаж внутренних перегородок и внутренняя отделка
- …
Кровля
Давно беспокоила мысль об оптимальном материале для кровли геокупола. Единственным приемлемым вариантом казалась битумная черепица. Через пару лет появились новинки, которые мне нравятся много больше чем такая черепица. Приведу сначала "старые возможности":
- собственно битумная черепица
- рубероид
- листовой цветмет
Природные материалы:
- тросник, солома
- дранка (шиндель, гонт)
- камень
- живая дерновая кровля (лужайка на крыше)
Новые материалы:
- жидкая пробка (измельченная пробка обычно в акриловом связующем)
- жидкая резина
- резиновая краска
- и другие полимерные составы образующие тонкое эластичное покрытие (например Энесал ХР, Корунд... возможно mascoat, альфатек, tsm ceramic, теплос-топ... надо проверять)
Некоторые нюансы:
Устройство вентиляционных зазоров.
При использовании в качестве утеплителя паропроницаемых материалов, например минеральной или базальтовой ваты, желательно обеспечить хорошую вентиляцию, дабы в них не скапливалась влага из воздуха. Это может привести к существенному ухудшению теплоизоляционных свойств этих материалов и постепенному разрушению балок и других деревянных элементов конструкции.
Можно набивать планки на готовый каркас и через них уже крепить треугольные грани обшивки как на фото:
Natural Spaces Domes, например решает эту задачку V-образными пропилами в верхних гранях балок, которые примыкают к плоскости внешней обшивки. Плюс используют дистанционные прокладки из теплоизоляционного материала перед укладкой утеплителя.
http://www.woodgu.ru/img/art_pics/00000099/vent2_250.jpg
Эффект самоохлаждения геокупола.
"Баки (Ричард Бакминстер Фуллер) обнаружил этот феномен, устанавливая свой первый Модуль Развертывания Димаксион (DDU). Он обнаружил, что куполообразные «консервные банки», без теплоизоляции, были удовлетворительно прохладны внутри, когда металл оболочки был разогрет до температуры достаточной, чтобы жарить яичницу. Эксперименты с дымом показали противоинтуитивный факт: теплый интерьерный воздух двигался вниз и наружу, под нижний край купола, когда прохладный воздух сильно всасывался через отверстие в апексе. Что это было?
Баки пришел к мнению, что светлый купол DDU и светлая поверхность вокруг купола, отражали солнечное тепло, а нагретые воздушние массы, поднимаясь создавали пониженное давление вокруг нижней части купола, у поверхности. Так воздух из купола высасывался наружу из под края в восходящий поток, понижая давление внутри купола.
По мере того, как теплый воздух поднимается, он охлаждается. Более холодный, следовательно - более плотный воздух над куполом, всасывается в относительно небольшое отверстие в апексе купола. Это маленькое отверстие работает как трубка Вентури, ускоряя поток воздуха, и понижая давление. По мере того, как стремительный поток холодного воздуха устремляется внутрь купола, он внезапно расширяясь, компенсируя разницу давлений, еще больше охлаждается эффектом Берноули, процессом, который похож на работу испарителя в холодильном оборудовании. Эффекту Берноули мы обязаны за газировку, шампанское и сквозняки. Когда мы открываем бутылку, газ расширяется, и охлаждает жидкость. Баки называл самоохлаждаемые купола - «охлаждающие машины»."
Цитата из источника: valpak.ru/images/book.pdf - © Adam Gagarin, вроде проект Гравитониум (раньше у них был сайт гравитониум.ру, но сейчас он занят кем-то другим)
Интересная информация о Фуллере.
Полезная информация:
- чем больше частота разбивки сферы (3v, 4v, 5v и выше), тем крепче и устойчивей конструкция купола при том же сечении доски и размерах купола, так как укорачивается доска и появляется много дополнительных граней-перемычек (значит можно использовать более тонкие доски при увеличении проработки геосферы);
- исходя из этого, если увеличивать размер купола за счет увеличения разбивки (с 3v до 4v, например) с сохранением размеров доски (например, ≈1200*150*40) меньшего купола, то можно сохранить исходные конструктивные параметры по прочности и надежности купола с меньшей проработкой;
- чем тоньше ребра-доски, тем толще и жестче нужно делать обшивку... и наоборот;
- дерево желательно обрабатывать противогрибковыми и антисептическими составами;
- желательно выносить проемы под окна чуть выше уровня сферы, дабы вода стекала вокруг окна (такой вынос видно на самой первой фотографии) ;
- …
Идеальный выбор материалов
(приоритет отдан качеству):
- использование в качестве каркаса ЛВЛ-бруса (из шпона около 3мм толщиной, склеенного волокнами в одну сторону) вместо досок
- ...
Полезные ресурсы / источники:
Просчитать размеры деталей и получить немного дополнительной полезной информации по геодезическому куполу с вашими размерами можно в различных калькуляторах:
acidome.ru (некоторые рисунки и информация в статье - информация с этого ресурса)
Делал наш соотечественник. Довольно много настроек, вплоть до четрежей деталей каркаса и обшивки.
simplydifferently.org
Забугорный. Наглядно можно увидеть много видов и форм куполов, но подробной информации по деталям там нет.
www.desertdomes.com
Калифорнийский. Ресурс по строительству геокуполов. Предлагает выбрать нужной частоты 1v-6v и ввести радиус постройки. Выдает количество и размеры одинаковых деталей от вершины до вершины многогранника. Т.е. для деталей из трубы это будет от крепежного отверстия до отверстия (нужно прибавлять к этому размеру), а при использовании коннекторов - до центра коннектора (нужно вычитать из этого размера "диаметр" коннектора). Еще есть количество и формат (4-х, 5-и, 6-иконечные) коннекторов для купола.
www.desertdomes.com
Тот же, только реверсивный. Выбираем частоту и вводим длину одного из ребер (длину доски или трубы...) и получаем радиус купола.
www.tedward.org
Сразу показывает длину ребер/досок и их количество у куполов с разным разбиением 1V-6V. Удобно для выбора оптимального варианта. Вводить надо радиус геодома.
Сайты о геодезических домах / источники:
Сообщество куполостроителей
Есть много полезной информации и ссылок на ресурсы этих куполостроителей
На их форуме есть возможность скачать проекты шаблонов для некоторых видов геодезических куполов под SolidWorks и насладиться дискуссиями участников. Полезный ресурс.
Союз Русских Куполостроителей.
Своеобразная подача материала. Мне читать некомфортно . Но, можно выудить много полезной информации.
dreamhillresearch.com
Интересный англоязычный ресурс с очень подробным описанием проектирования и строительства одного геодезического дома.
Good Karma Domes
Тоже известная фирма, которая строит геодома по безконнекторной панельной технологии. Гудкарма - одноименный название безконнекторной технологии соединения ребер/досок в треугольники и сборка геодезического купола из этих каркасных треугольников или полуготовых панелей.
Natural Spaces Domes
Известная фирма, которая давно на рынке куполостроения. Использует запатентованные коннекторы и другие наработки на несколько десятков лет.
EconOdome
Интересный вариант безконнекторных домов с коническими запилами. Каркас собирается с уже готовыми декоративно-конструктивными планками, которые будет видно внутри купола. Внутренние треугольные панели видимо вставляются снаружи, потом утеплитель и зашиваются внешними панелями. Получается симпатично.
Геодом BY
Сайт о геодомах (Беларусь). И есть как по мне более интересное и подробное ЖЖ автора сайта о постройке собственного дома-геокупола.
Ukraine Geodesic
Сайт о геокуполах (Украина)
Литература / источники:
(можно найти в интеренете)
1. Пространственные деревянные конструкции. 2003.
Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н.
2. Купольные конструкции: формообразование, расчет, конструирование, повышение эффективности. 2004.
Тур В.И.