측지 돔

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배경

측지 구는 실제 구에 가까운 다각형 배열입니다. 측지 돔은 측지 구의 일부입니다. 건물이나 지붕은 구의 5-100% 범위에 있는 측지 돔으로 건설되었습니다. 주택에 사용되는 돔은 일반적으로 측지 구의 3/8 또는 5/8를 형성하는 삼각형 배열입니다.

측지 돔은 여러 면에서 효율적인 구조입니다. 삼각형은 매우 안정적인 모양입니다. 예를 들어 직사각형의 모서리에 가해지는 힘은 직사각형을 평행사변형으로 변형할 수 있지만 동일한 힘은 삼각형을 변형하지 않습니다. 이로 인해 측지 돔 건물은 눈 덮음, 지진, 바람, 심지어 토네이도와 같은 힘에 매우 강합니다. 측지 돔의 표면적은 같은 바닥 공간을 둘러싸는 상자 모양의 건물 표면적의 38%에 불과합니다. 외부 온도 변동에 노출되는 표면이 적어 직선형 구조보다 건물의 냉난방 비용이 저렴합니다. 측지 돔은 중장비 없이 빠르게 건설할 수 있습니다. 조립식 구성 요소를 사용하여 10시간 이내에 2,000제곱피트(185제곱미터) 주택용 돔을 세우는 데 몇 사람만 있으면 됩니다.

기하학적 돔은 내부 기둥이나 내부 하중 지지 벽이 필요 없이 자체적으로 지지됩니다. 이 속성은 이러한 구조를 교회, 스포츠 경기장 및 전시장으로 사용하기에 매력적으로 만듭니다. 높은 천장의 미적 매력으로 인해 집처럼 매력적이며 전체 또는 부분적인 2층 바닥은 돔 자체에 부착하는 것 외에 다른 지원 없이 인클로저의 중간에 쉽게 매달 수 있습니다.

연혁

1919년에 더 큰 천문관을 건설할 방법을 모색하던 독일 엔지니어 Walter Bauersfeld는 고정 돔 안에 이동식 프로젝터를 설치하기로 결정했습니다. 그 전까지는 플라네타륨 돔이 회전하면서 외부 빛이 돔 쉘의 구멍을 통해 들어와 별과 행성을 시뮬레이션했습니다. 이것은 돔의 실제 크기와 수용할 수 있는 사람의 수를 제한했습니다. Bauersfeld의 내부 투영 개념은 훨씬 더 큰 돔에서 작동합니다. 구성된 첫 번째 모델은 구의 절반 이상이었습니다. 52피트(16m) 직경. Bauersfeld는 20면체(삼각형 면이 같은 20면체)로 근사하고 각 면을 더 작은 삼각형으로 세분화하여 큰 구를 구성하는 방법의 문제를 해결했습니다. 그는 거의 3,500개의 얇은 철봉으로 삼각형을 만들었습니다. 이 프레임워크 위에 구형 쉘을 구성하기 위해 그는 프레임 내부에 구형의 나무 형태를 세우고 반죽 같은 콘크리트 혼합물을 뿌렸습니다. 껍질은 직경에 비해 달걀 껍질의 두께와 동일한 비례 두께로 설계되었으며, 이 비율은 나중에 측지 돔에 적합한 것으로 간주되었습니다.

30년 후, 미국 건축가, 엔지니어, 시인, 철학자인 R. Buckminster Fuller는 유사한 구조 시스템을 독립적으로 발명했습니다. 제2차 세계 대전 이후, Fuller는 대량 생산된 구성 요소로 신속하게 건설할 수 있는 저렴하고 효율적인 주택을 설계하기를 원했습니다. 기존 접근 방식에서 벗어나고자 하는 Fuller는 주어진 공간을 최소한의 표면적으로 둘러싸기 때문에 구형으로 작업하기 시작했습니다. 그는 먼저 큰 원(구의 중심과 일치하는 중심이 있는 구의 원)에 가까운 스트립 네트워크로 구를 구성했습니다. 스트립은 서로 교차하면서 삼각형을 형성했습니다. 그는 이 제품을 측지 돔이라고 불렀습니다. 그 이유는 대원이 측지학(지구 분할을 의미하는 그리스어 단어에서 유래)으로 알려져 있기 때문입니다. 결국, Fuller는 육각형과 오각형(축구공의 패널과 같은)으로 구를 만들고 강도와 구성 용이성을 위해 삼각형으로 나누기 시작했습니다.

1953년 Fuller는 Ford Motor Company의 본사 건물로 둘러싸인 93피트(28m) 직경의 안뜰을 덮기 위해 새로운 시스템을 사용했습니다. 건물은 전통적인 돔의 큰 무게를 지탱하도록 설계되지 않았지만 Fuller의 작품은 무게가 95% 더 적었습니다. 그는 단 3개월 만에 설계와 시공을 마쳤다. 안뜰 중앙에 세워진 임시 돛대는 공사 기간 동안 돔을 지지했으며, 새로운 섹션이 완성될 때마다 구조를 점진적으로 올리고 회전했습니다. 프레임은 무게가 총 3,750lb(1,700kg)인 12,000개의 알루미늄 스트럿으로 구성되어 삼각형을 형성한 다음 제자리로 들어 올려 성장하는 프레임에 리벳으로 고정되었습니다. 돔이 완성되면 기존 건물에 설치되어 있던 마운트 위로 천천히 내려갔다. 각 삼각형에는 투명한 유리 섬유 패널을 설치하여 돔을 완성했습니다.

1954년 Fuller는 측지 돔에 대한 특허를 받았습니다. 1960년대와 1970년대에는 틀에 얽매이지 않는 것을 중시하던 시대에 환경을 생각하는 사람들이 자신의 집을 지을 수 있는 저렴한 방법으로 기하학적 돔이 인기를 얻었습니다. 지침은 널리 이용 가능했지만 재료의 품질(종이 가루와 버려진 깡통과 같은 이상한 선택 포함)과 DIY 건축업자의 기술은 일관성이 없었습니다. 아마추어가 만든 돔은 비가 오면 새는 경향이 있었고 단열재를 충분히 사용하지 않아 에너지 효율성이 제한되었으며 채광창 수가 부족하면 실내가 황량해졌습니다.

Fuller는 1980년대 중반까지 100만 개의 측지 돔이 건설될 것이라고 예측했지만 1990년대 초반까지 전 세계적으로 50,000에서 300,000 사이의 추정치로 추정했습니다. 작지만 끈질긴 비전통적인 주택 건설업자들은 주로 키트로 측지 돔 주택을 계속 짓고 있습니다. 그러나 Newsday 1992년에 보고된 바에 따르면 대부분의 측지 돔 구조는 온실, 저장 창고, 방어 대피소 및 관광 명소를 위해 건설되었습니다. 이들 중 가장 잘 알려진 것 중 하나는 월트 디즈니 월드의 엡콧 센터에 있는 165피트(48m) 직경의 구체입니다. 1982년 에틸렌 플라스틱과 알루미늄의 복합 패널로 지어진 이 구조물에는 풀러 자신이 만든 우주선 지구라는 놀이기구가 있습니다.

원자재

측지 돔의 크기는 베네수엘라의 460피트(143m) 폴리에드로 데 카라카스(Poliedro de Caracas) 스포츠 경기장에서 직경이 15피트(5m) 이하인 임시 대피소에 이르기까지 다양합니다. 따라서 건축 자재는 매우 다양합니다. 단순하고 움직일 수 있는 구조는 폴리염화비닐(PVC) 파이프 또는 플라스틱 시트 또는 낙하산 캐노피로 덮인 아연 도금 강철 도관 프레임으로 만들 수 있습니다. 경기장 및 공장과 같은 크고 영구적인 구조물은 알루미늄, 구리, 구조용 석고, 아크릴 또는 플렉시 유리 패널로 덮인 알루미늄 및 강철 프레임 스트럿과 같은 재료로 건설되었습니다.

대부분의 주거용 돔 키트 제조업체는 목재 구성요소, 주로 0.5인치(1.3cm) 외부 또는 구조 등급 합판으로 덮인 가마 건조 더글러스 전나무 스트럿을 사용합니다. 이러한 키트에는 적절한 구성으로 목재 버팀대를 함께 단단히 고정하기 위한 다양한 디자인의 커넥터가 포함됩니다. 고강도 알루미늄 또는 아연, 에폭시 또는 산업용 프라이머로 코팅된 강철이 커넥터에 일반적으로 사용됩니다. 아연 도금된 강철 볼트는 커넥터를 고정하고 패널은 못을 박습니다.

일부 키트 제조업체는 프레임과 외부 덮개를 결합한 조립식 패널을 만들기 위해 대체 재료를 사용합니다. 예를 들어 하나는 성형 유리 섬유 패널을 만듭니다. 다른 하나는 철근 콘크리트 패널을 공급합니다. 패널 가장자리에서 연장되는 철망은 인접한 패널의 메쉬와 중첩되고 조인트는 콘크리트로 밀봉됩니다.

대부분의 돔 키트는 콘크리트 기초 슬래브 위에 제작됩니다. 종종 이러한 슬래브는 지하실 수준을 제공하기 위해 지면으로 움푹 들어가 있습니다. 기초 벽과 라이저 벽(전체 높이를 높이는 데 사용할 수 있는 돔 아래의 수직 벽)은 일반적으로 콘크리트나 나무로 만들어집니다. 일반적으로 내부 단열재 측지 돔 건설. 유리 섬유 배팅 또는 스프레이된 우레탄, 셀룰로오스 또는 Icynene 플라스틱 폼으로 구성됩니다.

디자인

돔 주택은 제조된 키트로 제작되지만 설계는 유연합니다. 돔의 가장 낮은 줄에 있는 삼각형의 절반 정도는 구조를 약화시키지 않고 제거할 수 있으므로 문과 창 개구부가 풍부할 수 있습니다. 바닥 공간을 늘리기 위해 이러한 개구부에서 수직 벽 확장을 만들 수 있습니다. 돔은 지면 기반 기초(건물의 무게를 지탱하기 위해 지면으로 움푹 들어간 짧은 벽)에 직접 앉거나 최대 2.5m(8피트) 높이의 라이저 벽 위에 세울 수 있습니다.

단열재를 수용할 수 있도록 내벽과 외벽 사이에 공간을 제공해야 합니다. 일부 제조업체는 4-8인치(10-20cm) 두께의 나무로 버팀대를 만들어 이 공간을 만듭니다. 다른 사람들은 합판 거싯으로 결합된 두 개의 목재 스트립으로 구성된 복합 버팀대를 사용하여 이 공간을 37-53cm(14.5-21인치) 두께로 만듭니다.

제조 공정

다음은 다양한 제조업체의 키트를 사용하여 여러 개인이 사용하는 기술의 합성입니다.

하위 구조

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1 홈 사이트를 청소하고 수평을 맞춘 후 키트 제조업체에서 제공한 세부 도면에 따라 기초 기초를 위한 도랑을 팝니다. 돔의 바닥은 원형이 아닙니다. 오히려 그것은 5개의 긴 벽(짧은 벽의 길이의 2배)과 교대하는 5개의 짧은 벽으로 윤곽이 잡힙니다. 기초에 대한 양식이 배치됩니다. 많은 건축업자는 제거할 필요가 없는 영구적인 스티로폼 형태를 사용하기를 좋아합니다. 그런 다음 콘크리트가 기초 형태로 부어집니다.

2 표면을 더욱 평평하게 하고 기초 슬래브의 기초를 제공하기 위해 모래 층을 사용할 수 있습니다. 철근을 그리드로 묶고 콘크리트를 부어 기초를 형성합니다.

3 기초 벽은 대략 지면 수준까지 기초 위에 건설됩니다. 원하는 경우 라이저 벽(키트의 일부로 제공됨)을 기초 벽 위에 설치하고 서로 볼트로 고정합니다.

4개의 바닥 장선은 기초 위에 40cm(16인치) 떨어진 곳에 2x12(1.5x1.5인치[3.8x29.2]인치) 나무 판자를 세워 설치합니다. 장선은 주변 나무 프레임과 나무 가로대에 못을 박습니다. 1.9cm(3/4인치) 두께의 합판 시트를 장선을 가로질러 놓고 제자리에 못을 박습니다.

상부 구조

상부 구조는 일반적으로 60개의 삼각형 패널로 구성됩니다. 원하는 돔 크기에 따라 패널은 일반적으로 한 면이 6-10피트(1.8-3m)입니다. 외부 패널이 설치된 상태로 사전 제작되거나 사전 절단된 목재 및 금속 커넥터로 현장에서 구성될 수 있습니다.

돔 패널이 키트와 함께 제공된 경우 기초 또는 라이저 벽 위에 설치되고 제조업체에서 지정한 순서대로 서로 연결됩니다. 충분한 패널이 스스로를 지탱할 수 있을 때까지 연결될 때까지 바닥 중앙에 있는 블록에서 방사되는 기둥으로 지지해야 합니다. 다음 단계는 프레임 설치 후 외부 패널 설치의 일반적인 경우를 설명합니다.

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5 베이스 플레이트는 기초 또는 라이저 벽 위에 설치됩니다. 이 정확하게 경사진 4x6인치(10x15cm) 목재 스트립은 벽의 수평 상단 가장자리와 돔 하단 패널 스트립의 약간 기울어진 삼각형 사이의 전환을 제공합니다.

6 키트의 나무 지지대와 금속 커넥터의 색상 코딩을 일치시켜 삼각형을 형성하고 볼트로 고정합니다. 삼각형이 제자리로 들어 올려지고 벽 및/또는 인접한 삼각형에 볼트로 고정됩니다. 돔이 완전히 형성될 때까지 삼각형 요소의 연속적인 행이 배치됩니다. 무게가 가볍기 때문에 삼각형은 건설 중에 제자리에 고정하기 위해 추가 버팀대가 필요하지 않습니다.

7개의 나무 스터드가 각 삼각형 내부에 못을 박습니다. 삼각형의 한 면에 수직으로 40cm(16인치) 정도 떨어져 있습니다. 홀수 개의 스터드를 사용하는 경우 중앙에 있는 스터드가 꼭짓점까지 확장되지 않고 삼각형의 꼭짓점 근처에 있는 수직 블록에 고정됩니다.

8 색상으로 구분된 모서리와 일치하도록 합판 패널을 각 삼각형 외부의 제자리로 들어 올려 제자리에 못으로 고정합니다. 작업자는 돔 상단에서 아래로 작업하여 각 패널을 부착하면서 아래 열린 프레임워크에 설 수 있습니다.

9 수직 벽과 지붕은 돔에서 바깥쪽으로 돌출되는 원하는 확장을 위한 프레임입니다. 합판 패널은 확장의 외부 면에 못을 박습니다. 지붕창 확장은 2층 창을 위해 세울 수도 있습니다.

마무리

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10 창호, 채광창 및 외부 문을 설치합니다.

11 지붕은 고무 시트로 덮고 기존 지붕 재료(예:슁글 또는 타일)를 적용합니다.

12 라이저 벽의 외부에 기존 사이딩 재료(예:치장 벽토 또는 비닐 사이딩)가 적용됩니다.

13 돔과 확장 벽 내부의 스트럿과 스터드 사이에 단열재를 배치합니다.

14개의 벽이 프레임으로 되어 있어 내부를 방으로 나눕니다. 기존 건식 벽체 시트는 키트에 포함된 패턴에 따라 절단되어 내부 벽과 돔 및 라이저 벽의 내부 표면에 못으로 고정됩니다. 돔의 삼각형 섹션 사이의 각도가 많기 때문에 아마추어 건축업자는 종종 전문가를 고용하여 건식 벽체 조인트를 테이프로 붙입니다.

품질 관리

고품질 측지 돔 구조는 기밀하고 구조적으로 건전합니다. 이들은 측지 주택을 지을 때 주요 고려 사항인 에너지 비용을 낮추는 요소입니다. 구조가 기본적으로 밀폐되어 있기 때문에 때때로 결로가 문제가 될 수 있습니다. 일반적으로 난방 및 냉방 시스템에 의해 제어되지만 집이 며칠 동안 닫혀 있으면 습기가 쌓일 수 있습니다. 이것은 공기 시스템을 켜거나 문이나 창문을 열면 쉽게 해결됩니다.

Richard Buckminster Fuller.

Richard Buckminster Fuller는 1895년 7월 12일 매사추세츠 주 밀턴에서 태어났습니다. 그는 1913년에 하버드 대학교에 입학했지만 2년 후에 퇴학당했습니다. 1917년 앤 휴렛(Anne Hewlett)과 결혼하여 건설 회사를 설립했습니다. 1923년 Fuller는 콘크리트로 보강된 수직 구멍이 있는 벽돌인 방벽 벽돌 쌓기 방법을 발명했습니다. 1927년에 그는 공장에서 조립된 Dymaxion 하우스를 설계했습니다. 이 하우스는 완전한 재활용 시스템을 갖춘 중앙 마스트에 매달린 독립형 유닛입니다. Dymaxion은 그가 최소 입력에서 최대 출력을 도출하는 데 사용하는 용어였습니다. Fuller는 또한 1928년에 최소한의 바람 저항을 제공하는 전방향성 차량인 Dymaxion 자동차를 설계했습니다. 이 차량은 12인승, 180° 회전, 120mph(193kmph)로 쉽게 달릴 수 있으며 평균 28mi/gal(12km/ I) 그러나 자동차 제조업체가 대량 생산하지 않기 때문에 수익성이 없었습니다.

Fuller는 1940년에 Dymaxion Deployment Unit(DDUj, 파이 모양의 골판지 강철 방이 있는 원형 자체 냉각 거실 단위)로 재정적 위기를 맞았습니다. 영국군은 제2차 세계 대전에서 DDU를 사용했습니다. 1949년 Fuller는 측지선 작업을 시작했습니다. 그는 1951년에 특허를 출원했고 1953년에 Ford Motor Company로부터 디트로이트에 있는 본사 안뜰 위에 돔을 건설하는 계약을 받았습니다. 미국 국방부는 돔을 임시 주택으로 사용하고 열악한 환경에서 레이더 장비를 보호하십시오.

1983년 그가 사망할 당시 Fuller의 돔은 전 세계적으로 사용되었습니다. 1985년에 풀러렌이 발견되었습니다. 풀러렌은 측지 돔과 유사한 오각형 및 육각형 면이 있는 구형 모양으로 배열된 탄소 원자입니다. 이 "버키 볼"은 최대 980개의 탄소 원자를 가지고 있습니다.

미래

측지 돔 ​​건설의 향후 개선 사항은 개선된 건축 자재에서 비롯될 수 있습니다. 예를 들어, 1997년에 콘크리트 블록 제조업체는 인접한 블록과 맞물릴 수 있는 모서리가 있는 중공의 경사진 삼각형 블록을 개발했습니다. 적절한 모양의 이러한 블록은 돔을 구성하는 데 사용할 수 있습니다.

또 다른 혁신에는 다른 수학적 전제를 기반으로 하는 돔 설계가 포함됩니다. 진정한 측지 돔에서는 삼각형 요소의 가장자리가 정렬되어 큰 원을 형성합니다. 측지식은 아니지만 1989년에 특허를 받은 새로운 디자인은 육각형과 오각형을 사용하여 단면이 타원형인 돔을 형성합니다. 수학적 파생으로 인해 이 설계를 Geotangent라고 합니다.

측지 돔은 건축 자재를 최소화하면서 강도를 최대화하지만 타원형 프로파일 돔은 두 가지 다른 이점을 제공합니다. 그들은 구형 돔만큼 높이 올라가지 않고 원형 영역을 덮을 수 있습니다. 그리고 높이가 다양한 길거나 불규칙한 모양의 영역을 덮을 수 있습니다. 멕시코 북부에 위치한 세계 최대의 산업용 돔은 길이 224m, 너비 80m의 타원형 지붕으로 덮인 한 쌍의 제조 건물입니다.