Конструкция купольного дома

Купольный дом, в основе которого лежит конструкция геодезического купола, строится, как правило, по хорошо известной технологии каркасного строительства.

Особенность представляет возведение самого геодезического купола, обеспечение вентиляции кровли, гидроизоляция, установка окон, дверей, и т.д.

Широкое распространение получили четыре способа постройки геодезических куполов:

1. Коннекторный, когда купол собирается с помощью коннекторов и ребер (отрезков бруса). Пример - универсальные конструкции фирмы Natural Spaces Domes
hubs sleeve t07 june04school19

2. Бесконнекторный, когда купол собирается из готовых треугольных панелей. Пример - панельные конструкции фирмы Good Karma Domes

Vertical boom 3layers leaven8

3. Бесконнекторный, когда купол собирается из точно подогнанных отрезков бруса. Пример - великолепные постройки EconOdome

vt38frminprogress vt38fittingnode Vt38foamn vt38sealing

4. Легкие геодезические конструкции из отрезков металлической/пластиковой трубы с тентом. Пример - ажурные конструкции Dome Company

DSC00354a DSC00350a 36ft_shelter_dome1 36ft_shelter_dome7

Вряд ли стоит ожидать, что в нашей стране такой способ постройки жилья из легкого каркаса, укрытого тентом, приживется... Впрочем, зарубежный опыт демонстрирует высокую жизнестойкость конструкции, возможность ее использования даже в условиях суровой канадской зимы и альпийского высокогорья:

5-432 wood-stove-1-432 Domes_087 1094

Фундамент. Легкость самого купола, и меньший - минимум на 30% - вес всей конструкции купольного дома в сравнении с традиционной постройкой, делают возможным использование  облегченного ленточного фундамента. Более того, инженеры фирмы Natural Spaces Domes считают возможным использовать в качестве фундамента  Frost Protected Shallow Footing (FPSF) - теплоизолированный мелкозаглубленный фундамент, изготовленный из... дерева!

1 3 5 8

Предварительно собранные секции стен фундамента из высококачественной пропитанной древесины, имеют, по оценке Федерального управления жилищного строительства США, срок службы - минимум 100 лет. К слову, Natural Spaces Domes строит свои купола с основаниями из обработанной древесины с 1975 года.

Нередко купольные дома ставят без фундамента - на сваи, на деревянную платформу.

Выбор частоты купла - обычно 2V или 3V - обуславливается тремя основными факторами:

  1. Размерностью конструкции (диаметром купола).
  2. Желанием использовать стандартные окна и двери
  3. Здравым смыслом

Купол большого диаметра (больше 14 метров) трудно построить с частотой меньше, чем 3V, так как уже при этой частоте максимальная длина ребер граней геодезического купола приближается к 3 метрам, и сборка купола из таких длинномерных материалов становится проблематичной. С другой стороны, купол диаметром до 8 метров вполне можно построить с частотой 2V, при этом длины ребер купола составят 2,47 и 2,18 метра, что вполне приемлемо, и в размерность треугольников (граней купола) из таких ребер легко можно вписать стандартные окно или дверь.

Лучше всего (красивее) будет смотреться купол с большей частотой. Он будет более круглым, "гладким"... - Но против такого подхода возражает здравый смысл, ведь число конструктивных элементов купола с большой частотой просто огромное...

Выбор сегмента сферы. В конструкции купольного дома используется, как правило, сегмент сферы, равный 1/2, 3/8, или 5/8 ее части. Выглядит это так:

canvas12

1/2 сферы

canvas38

3/8 сферы

canvas58

5/8 сферы

Авторство картинок -

Acidome calculator - толковый российский on-line калькулятор

Сегмент 1/2 сферы используется редко - в основном в небольших по размеру постройках диаметром до 8-10 метров. Это обусловлено тем, что частота купола при использовании половины сферы может быть только кратная 2, при этом мы получаем для купола с частотой 2V ограничение по размеру (8-10 метров), для купола с частотой 4V действует ограничение "по здравому смыслу" - такой купол нецелесособразно использовать для самых популярных размеров - от 8 до 14 метров. Примеры конструкций с использованием 1/2 сферы:

22b13c604b5c48470058750d1699920c DSC00523 1 dome4

Первые два рисунка демонстрируют, что купольный дом по своей конструкции не всегда, и даже очень редко, имеет вид "чистого" сегмента сферы. Практикуется создание так называемой "юбки" - части дома с вертикальными стенками, на которой крепится непосредственно купол. Такая юбка позволяет эффективно использовать в конструкции купольных домов сегмент 1/2, 3/8 сферы частотой 2V и 3V. Юбка создает привычные нам вертикальные стены, увеличивая жилой объем помещений, и позволяет "регулировать" высоту потолков на этапе проектирования при двух- и трехэтажном строительстве. Обычно высота юбки от 0,8 до 2,0 м.

Дома из "чистого" сегмента сферы:

2640037838_360a5bf5f2_b WalkerDome 371480343_0c0252c3af_b 2559593792_b55d27a9d0_b

Дома с вертикальной стенкой ("юбкой"):

7c9960f07ddb8c5dd18ffe36e4df7463 100_1116_sized 1716940707_06426d3c0a_o shinglesi1

Использование вертикальной стенки представляется нам более предпочтительным вариантом конструкции купольного дома, так как это дает возможность рациональнее использовать внутренний объем, и является единственно возможным решением при строительстве небольшого дома диаметром до 8 метров, иначе дом имел бы вид и внутренний объем большой туристической палатки...

Конструкция юбки:

02082008018-001 DSC00510 Вертикальная стенка может быть отдельной строительной конструкцией из кирпича, ракушняка, бетона, дерева, и т.д., к которой крепится купол.
step_1 step_5 Вертикальная стенка как составная часть конструкции купола.

Устройство окон, дверей, входная группа. Ни с чем несравнимая эстетика купольного дома - это большой соблазн остеклить как можно большую площадь поверхности. Здесь мы встречаем два препятствия: 1). широкое остекление увеличивает потери тепла; 2). использование окон нестандартных размеров приводит к удорожанию проекта.

dormers6 sb1_58lg Для первого этажа часто применяют прямоугольные или треугольные окна в вертикальном исполнении, которые крепят в специально создаваемых для этого, защищенных от осадков "эркерах"
Conklin1 293 Мансардные окна также могут быть стандартными, прямоугольными...

Но никто не станет спорить, что окна, повторяющие по форме грани купола, будут смотреться лучше всего:

2640032898_93fe5a951f_b bear_creek2 cedar_shakes skylights-sedona

В сегмент сферы большого диаметра и малой частоты, где длина ребер превышает 2,5 метра, легко вписать типовую дверь. Купол большей частоты или меньшего диаметра придется модифицировать, удаляя или меняя часть элементов конструкции:

gd3_20ft_doorx2 gd3_base_30ft gd3bo_model_20ft_d3 pst_per

На практике проблему установки входных дверей и обустройства входной группы чаще всего решают двумя способами:

Dec 503837290_6c7e79202e_o Путем возведения предбанника (тамбура) - как пристройки к куполу
24-dome-2 2639194967_f549c9f3bc_b Вписывая двери в конструкцию купола таким образом, чтобы добиться максимального остекления входной группы

Многоэтажный купольный дом. Технологически второй (иногда и третий) этаж создается аналогично, с той лишь разницей, что при строительстве "обычного" каркасного дома сначала возводятся все этажи, после чего устраивается крыша, а купольный дом строится наоборот - вначале ставится крыша (купол), после чего - в тепле, вне воздействия осадков - строится второй этаж и создается внутренняя планировка.

100_0008 _H0009 _H0011 E0002-1

Устройство кровли и вентиляция купола. Купольный дом имеет хорошую естественную вентиляцию стен (купола), поэтому, как правило, в устройстве специальной вентиляции кровли в классическом ее виде не нуждается.

086

Уникальная вентиляция купола. Иллюстрация из книги Domebook 2.

Сочетание открытых вентиляционных отверстий (окон) в верхней части купола и в его основании позволяет не принимать специальные меры для обеспечения вентиляции кровли и дает существенную экономию электроэнергии, затрачиваемой на кондиционирование помещения летом.

 

46806 livingroom03 Часто для улучшения вентиляции под потолком устанавливают вентилятор.

Именно поэтому устройство кровли купольного дома очень простое: обшитый фанерными или OSB-панелями купол накрывают гидроизоляционной пленкой или другим гидроизолирующим материалом, поверх которого укладывают гибкую битумную черепицу:

101 111 283 297

Утепление купольного дома. Внутренние "треугольники" купола - это уже готовые ячейки для укладки теплоизолирующего материала - минеральной ваты, пенопласта, стекловаты, и т.д.. Если ребра купола имеют большую длину, тогда грани изнутри делятся дополнительными "распорками", придающими граням необходимую жесткость, и помогающими удерживать теплоизолирующий материал.

302 100_0003 jan0044 a150f10f5a6cd4beb38a3334d3455c0c

Однако, в многоэтажных конструкциях эффект естественной вентиляции купола ограничен делением купола на две или три части (этажа), поэтому, для обеспечения эффективной вентиляции подкровельного пространства утеплитель не закладывают на всю глубину ниши, а в нижней и верхней частях купола делают отверстия для входа и выхода воздуха, который проходит между слоем утеплителя и внешней обшивкой купола, обеспечивая вентиляцию кровли.

250 251 188 Пенопластовые полоски обеспечивают вентиляционный зазор между утеплителем к обшивкой.

Внутренняя обшивка купола. После укладки утеплителя ячейки зашивают треугольными панелями, вырезанными из фанеры, OSB-плиты, гипсокартона. Неплохой результат получается при использовании вагонки.

panels 2124115026_57d433c08a_b 46 44

Отопление купольного дома. В небольших, особенно одноэтажных сооружениях эффективной системой отопления может быть небольшая печь или камин, установленные ближе к центру купола. При этом, в отсутствии хозяев или в ночное время достаточная температура в доме (10-14С) поддерживается с помощью электрических батарей, а при возвращении домой можно очень быстро поднять температуру в доме до комфортных 20-24С растопив печь или камин. Широкое распространение получила также установка системы "теплый пол".

61 s23252 pex Rebar