З огляду на зрослі ціни на будівельні матеріали, багато індивідуальні (тобто ми з вами) забудовники, стали шукати способи здешевлення будівництва при збереженні корисної площі. Таким варіантом може бути геодезичний купол. Геодезичний купол відомий з давніх часів як особливо міцна конструкція на грам використовуваного матеріалу, яким можна накривати великі площі з використанням найменшої кількості будівельних матеріалів.
Чим більше геокупол, тим, легше і міцніше його конструкція (пропорційно до зміни його розміру), тому що мережу геодезичних ліній пропонує геометрію найміцнішою і економічною структурної системи, а геодезична решітка поширює напруга і натяг в найекономічнішою манері з усіх можливих.
Рівномірність розподілу навантаження по оболонці купола дозволяє вилучити до 50% трикутників, а не несучі отвори використовувати для обрамлення дверей, вікон, веранд, балконів, зимових садів.
Основний фактор, що впливає на раціональне використання матеріалів та енергоефективність конструкції - це форма.
Сфера має найменше відношення площі зовнішніх стін до внутрішнього об'єму будівлі серед всіх фігур однакової ємності. Чим менше загальна площа стін і даху, тим вище ККД енерговитрат на контроль клімату в приміщенні.
Купольні будинки найбільш привабливі і економічні, в сукупності з сучасними матеріалами і правильним проектуванням витрати на опалення (і охолодження) в них менше на 70-90%. Це геометрія на службі купола.
Поверхня кулі приблизно на чверть менше, ніж поверхня куба такого ж обсягу, а значить і матеріалів для будівництва купола потрібно на чверть менше. Крім цього, у купола, на 60-70% менше деталей в самому каркасі конструкції, що дозволяє заощадити додатково 5-10% енергії на відсутності «містків холоду» через однорідності матеріалу захисних огороджень і ще заощадити 40% часу на збірці. Це технології на службі купола.
Позитивне співвідношення площі до обсягу дає дивну термальну характеристику куполів. Площа поверхні схильною до впливу навколишнього середовища має набагато більше впливу на енергетичну ефективність будинку, ніж якість замазки в швах, і товщина його стін, а тепловтрати фундаменту залежать не від площі підлоги, а від довжини периметра. Це закони фізики на службі купола.
Аеро і термодинаміка
Тепловтрати будівлі знаходяться в прямій пропорції до його аеродинамічному опору. Вітер плавно ковзає поверх і навколо купола, створюючи недостатні завихрення і воронки, щоб порушити прикордонний шар повітря, який кріпиться до поверхні будь-якого об'єкта інтермолекулярной мікрогравітації. Завдяки аеродинамічному ефекту конструкції вітер огинає купол з меншим опором.
Викривлена поверхня всередині купола сприяє натуральної циркуляції повітря і ефективному повітрообміну в приміщеннях. Натуральні «кільцеподібні» течії повітря, запобігають розшарування, і температура повітря залишається однаковою по всьому об'єму купола, від підлоги до апекса. Аеродинамічний ефект конструкції економить чималі кошти на опаленні і кондиціонуванні.
У прямокутного же будівлі дуже висока парусність. Вітер вдаряється прямо в вертикальну стіну, зриває теплоизолирующую прошарок повітря, створює область високого тиску. А підвітряного боку будівлі в цей час знаходиться під впливом турбулентних потоків і часткового вакууму.
Завихрення охолоджують будівля, а вакуум висмоктує з приміщення нагріте повітря не тільки через щілини навколо дверей і вікон, а й будь-які дрібні недосконалості конструкції на цій стороні будівлі. Тепле повітря, висмоктаний з приміщення, заміщається холодним, з підвітряного боку, через подібні щілини, мікротріщини і мікропори. Навіть в сучасних будинках сукупна площа таких щілин і пір складає еквівалент відкритого вікна. Зростаючи в приміщенні щільний, холодне повітря, додатково охолоджується за рахунок ефекту Берноулі і перетворюється в протяг, покликаний всмоктуванням. Конструкція купола позбавлена таких протягів.
Позитивне співвідношення площі до обсягу - не єдина причина дивовижних термальних характеристик куполів; менший відсоток огородженого повітря стикається з оболонкою, де відбуваються втрати теплової енергії, або небажаний нагрів. Подвоєння розмірів купола призводить до подвоєння його термоеффектівності. Це закони аеро і термодинаміки на службі купола.
Основні переваги геодезичних будинків куполоподібної форми:
1) Легкість купольної конструкції не вимагає додаткових витрат на дорогий потужний фундамент;
2) Можливість численного скління, яка не вплине на характеристики міцності будинку-купола;
3) При будівництві купольного будинку витрачається будівельних матеріалів на 30-40% менше, ніж при будівництві звичайного прямокутного будинку тієї ж корисної площі (крім економії на фундаменті, будинок купол не має несучих стін, що знову ж таки економічно вигідно при його будівництві);
4) Висока сейсмостійкість і міцність конструкції сферичної форми за рахунок з'єднань трикутниками;
5) Руйнування навіть 40% частин сферичної конструкції не призведе до обвалення всього геокупола;
6) Розміщення геодезичного купольного будинку на території ділянки може бути в будь-якому напрямку (круглий будинок залишиться круглим, що його не поверни);
7) Рівномірний розподіл навантажень по всій поверхні геодезичного купола, призводить до відсутності небезпечних аномальних зон для людини всередині купольного будинку;
8) Конструктивні елементи геокупола можна виготовити з дерева хвойних порід і це зробить купольний будинок екологічно чистим для проживання;
9) Необхідна аерація повітря всередині геокупола виключає місця застою повітря усередині нього;
10) Витрат на вентиляцію і опалення будинку-купола потрібно менше на 35%, ніж на опалення і вентиляцію звичайного будинку прямокутної форми;
11) Сферична форма геодезичного купольного будинку обдуваема вітрами, що зберігає вдома подібної форми від руйнівних властивостей ураганів і цунамі (геодезичні купольні будинки стали дуже популярні на берегах Японії і Сполучених штатів Америки);
12) феншуйно виглядає, а всередині багато світла і повітря;
Основні недоліки геодезичних конструкцій і способи їх усунення:
1) Відома складність розрахунків. Геодезичний купол неможливо креслити і розраховувати тільки в двох площинах. Необхідно мати розвинуте просторова уява і непогані пізнання в програмах 3D-графіки. - Хорошим рішенням може бути іспользваніе готових платних / безкоштовних програм для розрахунків або покупка готового проекту.
2) Нюанси й тонкощі споруди купольних конструкцій не описані в класичній літературі з будівництва, про них не знають викладачі будівельних вузів, з ними не стикаються досвідчені будівельники в повсякденній практиці. - Звертайтеся на спеціалізовані форуми, як правило люди охоче діляться інформацією.
3) При будівництві купольного споруди (будинки, ресторани, кемпінгу) виникає більше відходів будівельних матеріалів в порівнянні кількістю відходів, які неминучі при зведенні прямокутної споруди. Це пов'язано з тим, що будівельні матеріали поставляються, як правило, в прямокутному вигляді, а основний будівельний «цеглина» купола - трикутник ... - Гострота проблеми знижується, якщо враховувати при розрахунках розміри застосовуваних будівельних матеріалів і вдало розташовувати на них викрійки трикутних деталей.
4) усталені стереотипи з прямокутними конструкціями.
Як матеріал з якого зроблений каркас можна використовувати:
- дерево (універсально у використанні);
- метал (зазвичай використовується для тентових, декоративних і повністю склити куполів. Можна і гіпсокартонні профілю прилаштувати для невеликого купола);
- пластик (можна використовувати для невеликих куполів і сфер з порівняно малим навантаженням);
- композитні матеріали.
Розглянемо деякі технології виготовлення купольних конструкцій:
конічний (надійний, але складний в запив)
простий (є слабкі місця, але запив можна торцовкой)
гудкарма (як простий, тільки дощок в і запив в два рази більше, але надійність на висоті і монтаж трикутними рамками може бути простіше)
Із застосуванням спеціальних з'єднувачів - конекторів
фірмові «зірочки» (наприклад коннектори Natural Spaces Domes)
саморобні (копії і зварні викликають сумніви в міцності і довговічності. робити з запасом міцності і використовувати нержавійку або оцинковувати)
труба + металева стрічка (ті ж сумніви)
металевий кухоль і інші коннектори
При використанні металевих конекторів треба враховувати що вони можуть служити містками холоду і при перепадах температур і конденсувати на собі вологу, що буде з часом руйнувати деревину, так і для утеплювачів і самого коннектора немає гуд.
Вивчивши безліч матеріалу з геодезичного куполу, я приходжу до висновку, що будувати його можна і потрібно. І розміщувати геокупол краще не на класичному стрічковому фундаменті, а на монолітній плиті (так звана УШП). У неї є ряд незаперечних переваг перед класичними видами фундаментів.
1. Висока стійкість на рухливих і рухливих грунтах.
2. УШП є і фундаментом і підлогою першого поверху одночасно.
3. Плита є акумулятором тепла, так як у купольної конструкції немає таких властивостей як у класичних стін, то саме плита буде продовжувати віддавати тепло коли опалення вже вимкнено
4. У плиті можна зробити тепла підлога, що так само посприяє економії на обігріві.
Підводячи підсумок можна сказати, що геокупол є чудовою альтернативою звичайним будинкам.