Geodätische Kuppel

Eine geodätische Kuppel ist eine kugelförmige oder teilweise-kugelförmige Schale-Struktur oder Gitter-Schale, die auf einem Netz von großen Kreisen (geodesics) auf der Oberfläche eines Bereichs gestützt ist. Die geodesics schneiden sich, um Dreieckselemente zu bilden, die lokale Dreiecksstarrheit haben und auch die Betonung über die Struktur verteilen. Wenn vollendet, um einen ganzen Bereich zu bilden, ist es ein geodätischer Bereich. Eine Kuppel wird verschieden von offenen geodätischen Strukturen wie Spielplatz-Bergsteiger eingeschlossen.

Normalerweise beginnt ein geodätisches Kuppel-Design mit einem in einem hypothetischen Bereich eingeschriebenen Ikosaeder, jedes Dreiecksgesicht mit kleineren Dreiecken mit Ziegeln deckend, dann die Scheitelpunkte jedes Ziegels zum Bereich planend. Die Endpunkte der Verbindungen des vollendeten Bereichs sind die geplanten Endpunkte auf der Oberfläche des Bereichs. Wenn das genau getan wird, ist jeder Subdreieck-Rand eine ein bisschen verschiedene Länge, Verbindungen vieler Größen verlangend. Um das zu minimieren, werden Vereinfachungen gemacht. Das Ergebnis ist ein Kompromiss von Dreiecken mit ihren Scheitelpunkten, die ungefähr auf dem Bereich liegen. Die Ränder der Dreieck-Form kommen geodätischen Pfaden über die Oberfläche der Kuppel näher.

Geodätische Designs können verwendet werden, um jeden gekrümmten, eingeschlossenen Raum zu bilden. Standarddesigns neigen dazu, verwendet zu werden, weil ungewöhnliche Konfigurationen kompliziertes, teures kundenspezifisches Design jeder Spreize, Scheitelpunkts und Tafel verlangen können.

Geschichte

Die erste Kuppel, die "geodätisch" in jeder Hinsicht genannt werden konnte, wurde nach dem Ersten Weltkrieg von Walther Bauersfeld, Chefingenieur des Carl Zeiss optische Gesellschaft für ein Planetarium entworfen, um seinen Planetarium-Kinoprojektor aufzunehmen. Die Kuppel wurde patentiert, vom Unternehmen von Dykerhoff und Wydmann auf dem Dach des Werks von Zeiss in Jena, Deutschland gebaut, und hat sich zum Publikum im Juli 1926 geöffnet. Ungefähr 20 Jahre später hat R. Buckminster Fuller die Kuppel "geodätisch" von Feldexperimenten mit dem Künstler Kenneth Snelson in der Schwarzen Berguniversität 1948 und 1949 genannt. Snelson und Fuller haben gearbeitet entwickelnd, was sie "tensegrity", einen Technikgrundsatz der dauernden Spannung und diskontinuierlichen Kompression genannt haben, die Kuppeln erlaubt hat, ein Leichtgewichtsgitter von ineinander greifenden Ikosaedern einzusetzen, die mit einem Schutzdeckel enthäutet werden konnten. Obwohl Fuller nicht der ursprüngliche Erfinder war, hat er die innere Mathematik der Kuppel entwickelt, dadurch Popularisierung der Idee erlaubend - für den er Patent der Vereinigten Staaten 2,682,235 https://www.google.com/search?q=2682235&tbm=pts am 29. Juni 1954 erhalten hat.

Die geodätische Kuppel hat an den Volleren appelliert, weil es für sein Gewicht äußerst stark war, hat seine "Omnitriangulated"-Oberfläche eine von Natur aus stabile Struktur zur Verfügung gestellt, und weil ein Bereich das größte Volumen für kleinste Fläche einschließt.

Jedoch, von einer praktischen Perspektive, haben geodätische Aufbauten einige Nachteile. Sie haben eine sehr hohe Zahl von Rändern im Vergleich mit herkömmlicheren Strukturen, die gerade einige große flache Oberflächen haben. Jeder der Ränder muss gehindert werden zu lecken, der für eine geodätische Struktur ziemlich schwierig sein kann. Außerdem neigen innerhalb von gekrümmten Grenzen eingeschlossene Räume dazu, weniger verwendbar zu sein, als innerhalb von flachen Grenzen eingeschlossene Räume. (Da es unpraktisch sein würde, um Couchs mit jeder möglichen gekrümmten Gestalt zu erzeugen, werden sie normalerweise entlang Geraden gebaut, und so hat Erlaubnis Raum, wenn gelegt, in einen gekrümmten Raum vergeudet.)

Die Kuppel wurde für den Spezialgebrauch wie die 21 Entfernten Frühwarnlinienkuppeln erfolgreich angenommen, die in Kanada 1956, der 1958-Kuppel von Union Tank Car Company in der Nähe vom Keule-Rouge, Louisiana gebaut sind, das von Thomas C. Howard von Synergetics, Inc. und Spezialisierungsgebäuden wie die Kaiser Aluminiumkuppeln entworfen ist (gebaut in zahlreichen Positionen über die Vereinigten Staaten, z.B, Virginia Beach, VA), Auditorien, Wettersternwarten und Lagerungsmöglichkeiten. Die Kuppel brach bald Aufzeichnungen für die bedeckte Oberfläche, das eingeschlossene Volumen und die Baugeschwindigkeit.

Die Stabilität der geodätischen Kuppel stärkend, hat die US-Luftwaffe mit hubschrauberlieferbaren Einheiten experimentiert.

Die Kuppel wurde in ein breiteres Publikum als ein Pavillon für 1964 Messe In der Welt in von Thomas C. Howard von Synergetics, Inc entworfenem New York City eingeführt. Diese Kuppel wird jetzt als ein Vogelhaus durch den Königin-Zoo im Flushing Meadows Corona Park verwendet, nachdem es von TC Howard von Synergetics, Inc. neu entworfen wurde

Eine andere Kuppel ist von Ausstellung 67 an Montreal Messe In der Welt, wo es ein Teil des amerikanischen Pavillons war. Die Bedeckung der Struktur später verbrannt, aber die Struktur selbst steht noch und, unter dem Namen Biosphère, nimmt zurzeit ein interpretierendes Museum über den Heiligen Lawrence River auf.

Eine im 1967-James Bond erschienene Kuppel lässt sich verfilmen Sie Leben Nur Zweimal, den Produktionsentwerfer von Austin Powers Der Spion begeisternd, Den Shagged Ich, um eine Kuppel für den Mond von Dr Evil zu verwenden, stützen.

Während der 1970er Jahre wurde die Kuppel von Cinesphere am Platz-Vergnügungspark von Ontario in Toronto, Kanada gebaut. 1975 wurde eine Kuppel am Südpol gebaut, wo sein Widerstand, um Lasten zu schneien und zu winden, wichtig ist.

Methoden des Aufbaus

Holzkuppeln ließen ein Loch in der Breite einer Spreize bohren. Ein Band des rostfreien Stahls schließt das Loch der Spreize zu einer Stahlpfeife. Mit dieser Methode können die Spreizen zur genauen erforderlichen Länge geschnitten werden. Dreiecke des Außensperrholzes werden dann zu den Spreizen genagelt. Die Kuppel wird vom Boden bis die Spitze mit mehreren gehefteten Schichten von Teerpappe gewickelt, um Wasser, und beendet mit Schindeln zu verschütten. Dieser Typ der Kuppel wird häufig eine Kuppel des Mittelpunkts-Und-Spreize wegen des Gebrauches von Stahlmittelpunkten genannt, um die Spreizen zusammen zu binden.

Kuppeln von Panelized werden getrennt eingerahmter im Sperrholz bedeckter Bauhölzer gebaut. Die drei Mitglieder, die den Dreiecksrahmen umfassen, werden häufig in zusammengesetzten Winkeln geschnitten, um für eine flache Anprobe der verschiedenen Dreiecke zu sorgen. Löcher werden durch die Mitglieder an genauen Positionen gebohrt, und Stahlbolzen verbinden dann die Dreiecke, um die Kuppel zu bilden. Diese Mitglieder sind häufig 2x4's oder 2x6's, die mehr Isolierung berücksichtigen, um innerhalb des Dreiecks zu passen. Die panelized Technik erlaubt dem Baumeister, die Sperrholz-Haut den Dreiecken beizufügen, während sie am Boden oder in einem bequemen Geschäft aus dem Wetter sicher arbeitet. Diese Methode verlangt teure Stahlmittelpunkte nicht.

Vorläufige Gewächshaus-Kuppeln sind durch klammernden Plastik sheeting auf eine von einzölligen Quadratbalken gebaute Kuppel gebaut worden. Das Ergebnis ist warm, mit der Hand in Größen weniger als 20 Fuß beweglich und preiswert.

Es sollte zum Boden gesetzt werden, um es zu verhindern, durch den Wind bewegt werden.

Stahlfachwerk-Kuppeln können der elektrischen Röhre leicht gebaut werden. Man macht das Ende einer Spreize glatt und bohrt Bolzen-Löcher an der erforderlichen Länge. Ein einzelner Bolzen sichert einen Scheitelpunkt von Spreizen. Die Nüsse werden gewöhnlich mit der absetzbaren sich schließen lassenden Zusammensetzung gesetzt, oder wenn die Kuppel tragbar ist, haben Sie eine Schlossnuss mit einer Schließkeil-Nadel. Das ist die Standardweise, Kuppeln für Klettergerüste zu bauen.

Beton und Schaum-Plastikkuppeln fangen allgemein mit einer Stahlfachwerk-Kuppel an, die mit dem Maschendraht und Leitungsschirm für die Verstärkung gewickelt ist. Der Maschendraht und Schirm werden an das Fachwerk mit Leitungsbanden gebunden. Ein Mantel des Materials wird dann zerstäubt oder auf den Rahmen geformt. Tests sollten mit kleinen Quadraten durchgeführt werden, um die richtige Konsistenz des Betons oder Plastiks zu erreichen. Allgemein sind mehrere Mäntel auf der Innen- und Außenseite notwendig. Der letzte Schritt ist, Beton oder Polyester-Kuppeln mit einer dünnen Schicht der Epoxydharz-Zusammensetzung zu sättigen, um Wasser zu verschütten.

Einige konkrete Kuppeln sind vom vorgefertigten, vorgespannten, Stahlstahlbeton-Tafeln gebaut worden, die in den Platz zugeriegelt werden können. Die Bolzen sind innerhalb von erhobenen mit kleinen konkreten Kappen bedeckten Containern, um Wasser zu verschütten. Die Dreiecke überlappen, um Wasser zu verschütten. Die Dreiecke in dieser Methode können in Formen geformt werden, die in Sand mit Holzmustern gestaltet sind, aber die konkreten Dreiecke sind gewöhnlich so schwer, dass sie mit einem Kran gelegt werden müssen. Dieser Aufbau ist zu Kuppeln gut passend, weil es keinen Platz für Wasser gibt, um auf dem Beton und der Leckstelle durch ein Kartell zu bilden. Die Metallverschlüsse, Gelenke und inneren Stahlrahmen bleiben trocken, Frost und Korrosionsschaden verhindernd. Der Beton widersteht Sonne und Verwitterung. Eine Form der inneren Verwahrung oder des Abdichtens muss über die Gelenke gelegt werden, um Entwürfe zu verhindern. Die Cinerama 1963-Kuppel wurde von vorgefertigten konkreten Sechsecken und Pentagon gebaut.

Kuppel-Häuser

Voller hat gehofft, dass die geodätische Kuppel helfen würde, die Nachkriegsunterkunft-Krise zu richten. Das war mit seinen vorherigen Hoffnungen für beide Versionen des Dymaxion Hauses im Einklang stehend.

Geodätische Wohnkuppeln sind weniger erfolgreich gewesen als diejenigen, die für das Arbeiten und/oder die Unterhaltung, größtenteils wegen ihrer Kompliziertheit und folgender größerer Aufbaukosten verwendet sind. Voller selbst hat in einer geodätischen Kuppel in Carbondale, Illinois, an der Ecke vom Wald und Cherry gelebt.

Fuller hat an Wohnkuppeln als luftlieferbare durch eine raumfahrtähnliche Industrie verfertigte Produkte gedacht. Die eigene Kuppel von Fuller besteht nach Hause noch, der R. Buckminster Fuller und Anne Hewlett Dome Home und eine Gruppe genannt RBF Dome NFP versucht, die Kuppel wieder herzustellen und sie eingeschrieben als ein Nationaler Historischer Grenzstein zu haben.

1986 wurde ein Patent für eine Kuppel-Bautechnik, die mit EPS Dreiecken verbunden ist, die zu Stahlbeton auf der Außenseite und Sperrholz auf dem Inneren lamelliert sind, dem amerikanischen Einfallsreichtum des Rockledge Floridas zuerkannt. Die Bautechnik erlaubt den Kuppeln, in der Bastelsatz-Form vorgefertigt und durch einen Hausbesitzer aufgestellt zu sein. Diese Methode macht die Nähte in den stärksten Teil der Struktur, wo die Nähte und besonders die Mittelpunkte in am meisten holzeingerahmten Kuppeln der schwächste Punkt in der Struktur sind. Es ist auch im Vorteil, wasserdicht zu sein.

Nachteile von Kuppel-Häusern

Viele der Nachteile, die unten nicht mehr beschrieben sind, gelten wegen neuer Materialien und moderner Bautechniken.

Als ein Unterkunft-System, eine Welle der Beliebtheit gegen Ende der 1960er Jahre und Anfang der 1970er Jahre genießend, kann die Kuppel zahlreiche Nachteile und Probleme haben. Ehemaliger Befürworter für, und Autor über, Kuppel-Häuser Lloyd Kahn ist der Gründer von Schutz-Veröffentlichungen. Er hat viele der Kritiken gesammelt und sie auf der Website seiner Gesellschaft verzeichnet:

Die Gestalt eines Kuppel-Hauses macht es schwierig sich anzupassen, um Voraussetzungen für das Stellen von Abwasserleitungsöffnungen und Schornsteinen zu codieren. Standardbaumaterialien (z.B, Sperrholz, Ufer-Ausschuss) kommen normalerweise in rechteckigen Gestalten, und so viel Material kann nach dem Kürzen von Rechtecken zu Dreiecken ausrangiert werden müssen, so die Kosten des Aufbaus vergrößernd. Feuertreppen sind problematisch; Codes verlangen sie für größere Strukturen, und sie sind teuer. Windows, das sich dem Code anpasst, kann überall von 5 bis 15mal so viel kosten wie Fenster in herkömmlichen Häusern. Telegrafierende elektrische Berufskosten mehr wegen der vergrößerten Arbeitszeit. Sogar eigentümerverdrahtete Situationen sind kostspielig, weil mehr von bestimmten Materialien für den Kuppel-Aufbau erforderlich sind.

Luftschichtung und Feuchtigkeitsvertrieb innerhalb einer Kuppel sind ungewöhnlich, und diese Bedingungen neigen dazu, das Holzgestalten oder die Innentäfelung schnell zu erniedrigen. Gemütlichkeit ist schwierig zu versichern, weil eine Kuppel zur Teilung hinreichend schwierig ist. Töne, Gerüche und sogar widerspiegeltes Licht neigen dazu, durch die komplette Struktur befördert zu werden.

Als mit jeder gekrümmten Gestalt erzeugt die Kuppel Wandgebiete, die schwierig sein können zu verwenden und eine peripherische Bodenfläche mit dem eingeschränkten Gebrauch erwartet verlassen, von headroom zu fehlen. Kreisförmige Plan-Gestalten haben an der einfachen durch Rechtecke zur Verfügung gestellten Modularität Mangel. Lieferanten und Installateure gewöhnlich Design mit flachen Oberflächen im Sinn, und so eine Standardcouch legend, laufen (zum Beispiel) auf einen Halbmond hinter der Couch hinaus, die wird vergeudet. Das wird am besten durch speziell angefertigte Ausstattungen überwunden, obwohl es zu Kosten beiträgt.

Kuppel-Baumeister-Verwenden-Kürzungsausschuss, der Materialien einzieht (wie in den 1960er Jahren und 1970er Jahren üblich war), findet, dass es hart Kuppeln gegen den Regen wegen ihrer vieler Nähte siegelt. Außerdem können diese Nähte betont werden, weil gewöhnliche Sonnenhitze die komplette Struktur jeden Tag beugt, als die Sonne den Himmel bewältigt.

Die wirksamste waterproofing Methode mit einer Holzkuppel ist zu Schindel die Kuppel, aber sogar das kann ein Problem an der Oberseite von der Kuppel sein, wo der Hang weniger ist als das, das durch die meisten Deckungsmaterialien erforderlich ist. (Eine Lösung ist, eine kulminierte Kappe zur Spitze der Kuppel hinzuzufügen oder die Kuppel-Gestalt zu modifizieren.) Sind Einteiliger Stahlbeton oder Plastikkuppeln auch im Gebrauch, und einige Kuppeln sind vom plastischen gebaut worden oder haben Pappdreiecke gewachsen, auf die auf solche Art und Weise übergegriffen wird, um Wasser zu verschütten. Der ehemalige Student von Buckminster Fuller J. Baldwin besteht darauf, dass es keinen Grund für eine richtig bestimmte, gut gebaute Kuppel gibt, um zu lecken, und dass einige Designs nicht lecken können (Bucky Arbeiten: Die Ideen von Buckminster Fuller für Heute). Jedoch ist Lloyd Kahn, nach dem Schreiben von zwei Büchern auf dem Thema (Domebook 1 und Domebook 2), von Kuppeln nüchtern geworden. Er nennt Kuppeln "klug, aber nicht klug", und hat viele der Kritiken gesammelt, die oben gegeben sind.

Akkord-Faktoren

Der mathematische Gegenstand "Akkord" des "geodätischen Bereichs" entspricht der Struktur"Spreize" der physischen "geodätischen Kuppel". Ein Akkord ist ein (gerades) Liniensegment, das sich zwei Punkten auf einer Kurve anschließt. Für einfache geodätische Kuppeln folgen Kurven der Oberfläche eines Bereichs, der ein regelmäßiges Polyeder mit Dreiecksgesichtern, (Tetraeder, Ikosaeder oder Oktaeder) umschreibt. Die gewünschte Frequenz des nachfolgenden geodätischen Bereichs oder der Kuppel ist die Zahl von Teilen oder Segmenten, in die eine Seite (Rand) des zu Grunde liegenden polyedrischen Dreiecks unterteilt wird. Die Frequenz ist durch den griechischen Brief "" (nu) historisch angezeigt worden. Durch das Anschließen wie Punkte entlang den unterteilten Seiten wird ein natürlicher Dreiecksbratrost auf jedem Gesicht des Polyeders gebildet. Jedes Segment des Bratrostes wird dann als ein "Akkord" auf die Oberfläche des Umgrenzen-Bereichs geplant. Die technische Definition eines Akkord-Faktors ist das Verhältnis der Akkord-Länge zum Radius des Umgrenzen-Bereichs. Es ist deshalb günstig, an den Umgrenzen-Bereich zu denken, der so zum Radius = 1 schuppig ist, in dem "Akkord-Faktoren" dasselbe sind wie "Akkord-Längen", (Bruchwerte weniger als ein).

Für geodätische Bereiche ist eine wohl bekannte Formel, um jeden "Akkord-Faktor" zu berechnen:

wo "" der entsprechende Winkel des Kreisbogens für den gegebenen Akkord, d. h. der "Hauptwinkel ist, der" durch den Akkord in Bezug auf das Zentrum des Umgrenzen-Bereichs abgemessen ist. Die Bestimmung des Hauptwinkels verlangt gewöhnlich eine nichttriviale sphärische Geometrie.

In der Geodätischen Mathematik, und Wie man Es Verwendet, schreibt Hugh Kenner, "Tische von Akkord-Faktoren, enthaltend, weil sie die wesentliche Designinformation für kugelförmige Systeme tun, wurden viele Jahre lang wie militärische Geheimnisse geschützt. Erst 1966, einige icosa Zahlen von der Populären Wissenschaft waren Monatlich alles, was jeder außerhalb des Kreises von Volleren Lizenznehmern weitergehen musste." (Ausgabe der Seite 57, 1976). Andere Tische sind verfügbar mit der Veröffentlichung des Domebook von Lloyd Kahn 1 (1970) und Domebook 2 (1971) geworden. Mit dem Advent von Personalcomputern ist die Mathematik lösbarer geworden. Die Kuppel-Softwareproduktionen von Rick Bono eine Schrift, die mit dem POV-Strahl raytrace verwendet werden kann, um 3D-Bilder von Kuppeln zu erzeugen. Kuppeln, die auf dem Fachwerk von verschiedenen zu Grunde liegenden Polyedern zusammen mit verschiedenen Methoden gestützt sind, um sie zu unterteilen, werden ziemlich verschiedene Ergebnisse erzeugen. Mathematische Formeln, die von Peter W. Messer entwickelt sind, um Akkord-Faktoren und zweiflächige Winkel für den allgemeinen geodätischen Bereich zu berechnen, erscheinen im Anhang von 1999 Ausgabe von Dover von Kugelförmigen Modellen durch Magnus J. Wenninger.

Zusammenhängende Muster

Ähnliche geodätische Strukturen können auf das Muster von Rändern basieren, und Scheitelpunkte von bestimmten platonischen Festkörpern, oder nach verschiedenen Vergrößerungen von diesen haben Festkörper von Johnson genannt. Solche Strukturen können aus Spreizen der gleichförmigen Länge zusammengesetzt werden, während man Gesichter außer Dreiecken wie Pentagon oder Quadrate hat, oder diese Gesichter können durch Spreizen von anderen unterteilt werden als die grundlegende Länge. Pläne und Lizenzen für solche Strukturen sind auf Lizenzen der Volleren Patente zurückzuführen gewesen wurden während der 1970er Jahre von Zomeworks (jetzt ein Hersteller von Sonnenspürenlesern) erzeugt. Sowohl geodätische als auch nichtgeodätische Strukturen können ähnlich von den archimedean Festkörpern und katalanischen Festkörpern abgeleitet werden.

Das Gebäude von starken stabilen Strukturen aus Mustern, Dreiecke zu verstärken, wird meistens im Zelt-Design gesehen. Es ist im Auszug in anderem Industriedesign angewandt worden, aber sogar in der Verwaltungswissenschaft und beratende Strukturen als eine Begriffsmetapher, besonders in der Arbeit von Stafford Beer, dessen Migrationsmethode so spezifisch auf dem Kuppel-Design basiert, dass nur festgelegte Zahlen von Leuten am Prozess bei jeder Überlegung Stufen teilnehmen können.

Größte geodätische Kuppel-Strukturen

Viele geodätische gebaute Kuppeln sind noch im Gebrauch. Gemäß dem Buckminster Volleren Institut sind die zehn größten Kuppeln in der Welt:

Siehe auch

  • Wolke neun (Bereich von Tensegrity)
  • Konkrete Kuppel
  • Kuppel
  • Gewölbte Stadt
  • Fullerenes, Moleküle, die der geodätischen Kuppel-Struktur ähneln
  • Geodätische Zelle
  • Geodätischer Bratrost
  • Geodätische Zelte
  • Gridshell
  • Bereich von Hoberman
  • Hugh Kenner, der Geodätische Mathematik geschrieben hat, und Wie man Sie Verwendet
  • Monolithische Kuppel
  • Dodekaeder von Pentakis
  • Radome
  • Struktur von Shell
  • Stiller Laufender 1972-Sciencefictionsfilm, der prominent geodätische Kuppeln zeigt.
  • Sindome Ein Online-Cyberpunk RPG, der in einer riesigen geodätischen Kuppel stattfindet.
  • Raum rahmt ein
  • Zentrum von Stepan
  • Synergetics
  • Gestutztes Ikosaeder
  • Bruchband
Referenzen

Links


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