Как своими руками построить купольную теплицу: особенности расчета и монтажа геокупола

Особенности строительства

Еще совсем недавно дом-купол был строительной экзотикой. За его возведение брались энтузиасты экологического движения и любители оригинальных конструкций. Сегодня интернет наполнен заводскими комплектами сферических домов. Необычное жилище на основе геодезического купола и стратодезическую конструкцию можно купить, не выходя из городской квартиры.

Тем же, кто предпочитает все делать собственными руками, мы рекомендуем остановиться на геодезическом куполе. В сборке он немного сложнее дома-сферы из полуарок, но зато не требует сложного оборудования для гнутья и склеивания древесины.

Самый ответственный узел конструкции – коннектор. От точности его изготовления зависит пространственная стыковка всех элементов. Поэтому для работы лучше купить готовый заводской комплект.

Следующий шаг – подготовка ребер каркаса из деревянных брусков толщиной 50 мм. Их ширина должна быть равной толщине утеплителя (минимум 10 см). Длину ребер выбирают, ориентируясь на сборочную схему геокупола.

Частота разбивки (V) поверхности купола – базовый элемент расчетов

Кроме частоты нужно определиться с диаметром купола и его высотой. Если вы купите готовый комплект коннекторов, то пользоваться онлайн калькулятором для расчета длин ребер вам не придется. Изготовитель делает коннекторы для сборки каркаса заданной высоты и диаметра.

Как показывает практика, купол диаметром 8 метров и высотой 4 метра оптимален для сооружения двухуровневого дачного дома общей площадью 64 м2, зимнего сада или сауны.

Для того, чтобы построить купольный дом своими руками нужно выполнить несколько операций:

• Разметить на участке фундамент под каркас (ленточный, столбчатый, «шведская плита» или свайный).
• На стадии бетонирования заложить в фундамент анкера. Они нужны для крепления подкладочного бруса, к которому фиксируют первый ряд «треугольников» каркаса.
• Сборку ведут параллельными рядами, связывая ребра каркаса в пространственную конструкцию с помощью коннекторов.
• Завершив монтаж, купол изнутри обшивают деревянной вагонкой или гипсокартонном.
• В ячейки каркаса закладывают утеплитель, накрывают его ветрозащитной мембраной и обшивают снаружи плитой Изоплат или OSB.
• В местах установки окон обшивку не делают. В зоне установки дверей каркас «разрывают», оставляя  в нем нишу нужного размера. Жесткость геодезического купола очень высокая, поэтому дверные проемы не могут ее существенно уменьшить.

Двухуровневый дом-сфера на стадии наружной обшивки плитой OSB

Некоторые застройщики делают первый этаж в виде многогранника, а второй венчают геокуполом.

Дверной проем идеально вписывается в дизайн сферического здания. А вот треугольные окна и доборные элементы дверной коробки обходятся дороже обычных. Их приходится заказывать как нестандартные изделия.

Результаты измерений

Содержимое блока «результаты измерений» становится видимым при щелчке по заголовку этого блока «результаты измерений».

Название каждого поля отвечает само за себя.

В блоке «Размеры» указано количество размеров и количество самих элементов:

«Грани» — первое число указывает количество размеров, второе число показывает количество граней. На схеме грани одного размера показаны одним цветом.

«Ребер» — первое число указывает количество размеров, второе число показывает количество рёбер. На схеме рёбра одного размера показаны одним цветом и обозначены одинаковыми буквами.

«Вершин» — первое число указывает количество вершин к которым подводятся разные рёбра без учета того, что к вершинам у снования подводится меньше рёбер. Второе число показывает количество вершин.

Аэро и термодинамика

Теплопотери здания находятся в прямой пропорции к его аэродинамическому сопротивлению. Ветер плавно скользит поверх и вокруг купола, создавая недостаточные завихрения и воронки, чтобы нарушить пограничный слой воздуха, который крепится к поверхности любого объекта интермолекулярной микрогравитацией. Благодаря аэродинамическому эффекту конструкции ветер огибает купол с меньшим сопротивлением.

Искривленная поверхность внутри купола способствует натуральной циркуляции воздуха и эффективному воздухообмену в помещениях. Натуральные «кольцеобразные» течения воздуха, предотвращают расслоение, и температура воздуха остается одинаковой по всему объему купола, от пола до апекса. Аэродинамический эффект конструкции экономит немалые средства на отоплении и кондиционировании.

У прямоугольного же здания очень высокая парусность. Ветер ударяется прямо в вертикальную стену, срывает теплоизолирующую прослойку воздуха, создает область высокого давления. А подветренная сторона здания в это время находится под влиянием турбулентных потоков и частичного вакуума.

Завихрения охлаждают здание, а вакуум высасывает из помещения нагретый воздух не только через щели вокруг дверей и окон, но и любые мельчайшие несовершенства конструкции на этой стороне здания. Теплый воздух, высосанный из помещения, замещается холодным, с подветренной стороны, через подобные щели, микротрещины и микропоры. Даже в современных домах совокупная площадь таких щелей и пор составляет эквивалент открытого окна. Расширяясь в помещении плотный, холодный воздух, дополнительно охлаждается за счет эффекта Берноули и превращается в сквозняк, влекомый всасыванием. Конструкция купола лишена таких сквозняков.

Положительное соотношение площади к объему — не единственная причина удивительных термальных характеристик куполов; меньший процент огороженного воздуха соприкасается с оболочкой, где происходят потери тепловой энергии, или нежелательный нагрев. Удвоение размеров купола приводит к удвоению его термоэффективности. Это законы аэро и термодинамики на службе купола.

Источник формулировок: раздел «Купольный дом» сайта apxu.ru

Схема купола

В правой части калькулятора отображается схема заданного купола. Купол можно вращать мышкой и приближать и отдалять его колесом мыши.

В калькуляторе можно посмотреть: каркас, кровлю, схему и план, нажав соответствующую кнопку. Их также можно вращать, увеличивать и уменьшать.

Схема на вкладке «Кровля» позволяет исключать из расчёта отдельный грани и рёбра конструкции. Для исключения грани, нужно щёлкнуть по ней мышкой. Для исключения ребра нужно исключить примыкающие к нему с обеих сторон грани.

При исключении из расчёта граней и рёбер во вкладке «Кровля» значения в других вкладах и разделах калькулятора пересчитываются автоматически.

Данная функция может быть полезна для анализа возможных проёмов в конструкции, например для дверей и окон.

Во вкладке план можно увидеть проекцию нижних рёбер конструкции на плоскость в основании. А также размеры от центра сферы до концов проекций и высоту концов рёбер.

Выделив мышкой отдельные рёбра, можно увидеть аналогичную информацию для любого ребра купола.

Повторный щелчок мыши снимает выделение.

Если во вкладке «Кровля» исключена грань купола, то при переходе на вкладку «План» автоматически подсветятся рёбра этих граней.

Чтобы увидеть план основания полностью, вращайте схему мышкой.

Немного истории

Геодезические купола — архитектурные сооружения с несущей сетчатой оболочкой впервые появились в конце 40-х годов прошлого века. Патент на это изобретение получил американец Ричард Фуллер. Необычные строения должны были решить проблему быстрого возведения недорогого комфортабельного жилья. Для массовой застройки идея не прижилась, но активно используется для строительства футуристических кафе, бассейнов, стадионов.

Геодезический купол обладает большой несущей способностью, к тому же его можно построить из простых материалов в самые короткие сроки без привлечения бригад специалистов и техники. Так, купол высотой в 50 метров можно построить силами трех человек без привлечения строительного крана.

Дом сфера – прихоть архитектора или подсказка природы?

Начнем с того, что многие выдающиеся изобретения человек позаимствовал у природы, наблюдая за жизнью животных

Давайте обратим внимание на «технологии», используемые птицами при строительстве своих жилищ. Нетрудно заметить, что здесь нигде нет прямых углов

Полусферы, шары, окружности – только такие формы признает природа. Получается, что столь любимая нами жилая «коробка» вовсе не является венцом творения.

Обратив внимание на этот природный феномен, инженеры исследовали механические свойства сферических и купольных конструкций. Оказалось, что они не только обладают отличной аэродинамикой, но и намного прочнее прямоугольных

Энергетически сферическая поверхность безупречна. При максимальном внутреннем объеме она имеет минимальную площадь. Поэтому в купольном строении потери тепла во внешнюю среду в несколько раз меньше, чем в обычном доме. Не зря обитатели арктики эскимосы веками строили сферические домики «иглу» из снега. Практический опыт подсказал им, какой должна быть ветростойкая и энергоэффективная конструкция.

В наши дни сферические дома из области теоретики перешли в разряд практических технологий экологического строительства. Тысячи людей во всем мире успели оценить их преимущества и не жалеют о своем выборе.

Размеры и способ соединения

Поле «размеры и способы соединения» позволяет задать размеры сферы и выбрать способ соединения ребер купола. Параметры поля:

«Радиус сферы, м

» — задается радиус сферы.

В выпадающем списке можно выбрать следующие варианты соединений:

• «Piped» — способ соединения с использованием коннекторов. При выборе данного способа соединений появляется дополнительное поле, в котором можно задать диаметр трубы, составляющей коннектор.
• «GoodKarma» — безконнекторный способ соединения, при котором каждое ребро составляют два бруса. При выборе данного способа соединения появляется дополнительное поле, в котором можно задать способ соединения рёбер по часовой стрелке или против часовой стрелки.
• «Semikone» — безконнекторный способ соединения, при котором каждое ребро составляют два бруса.
• «Cone» — безконнекторный способ соединения, при котором каждое ребро состоит из одного бруса.
• «Joint» — безконнекторный способ соединения, при котором каждое ребро состоит из одного бруса. При выборе данного способа соединения появляется дополнительное поле, в котором можно задать способ соединения рёбер по часовой стрелке или против часовой стрелки. Способ «Joint» не доступен для купола в форме фулерена.
• «Nose» — безконнекторный способ соединения, при котором каждое ребро состоит из одного бруса. Возможность выбора данного способа соединения предусмотрена только для купола в форме фулерена. Чтобы данный способ соединения появился в списке вариантов соединения, нужно предварительно задать форму купола в виде фулерена в поле «Фулерен» в разделе «Исходные данные». Для этого в поле «Фулерен» нужно выбрать один из вариантов: «Вписанный» или «Описанный». При выборе данного способа соединения появляется дополнительное поле, в котором можно задать способ соединения рёбер по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Для всех способов соединения рёбра у основания купола состоят из одного бруса.

Особенности строительства купольных домов

Купольные дома своими руками возводятся на разных видах оснований. Конкретных требований к фундаменту таких построек не существует, так как дом будет обладать незначительным весом. В качестве наиболее подходящего варианта выступает ленточный мелкозаглубленный фундамент. Если одновременно планируется использовать внутреннюю и наружную отделку, при возведении стен следует применять брус увеличенного сечения. Для сопряжения деревянных элементов конструкции следует использовать коннекторы. Существуют 5- и 6-лучевые коннекторы. Данные элементы используются при возведении купольных построек большой площади. Если возводится небольшой купольный дом, можно исключить использование коннекторов.

Когда выстраиваются купольные дома своими руками, важно правильно монтировать кровлю, для этого может быть использована гибкая черепица, листовые кровельные материалы на базе алюминия, а также рубероид. Необходимо помнить о том, что технология строительства хоть и считается достаточно сложной, у нее есть масса преимуществ, одно из которых выражено в экономии денежных и временных средств

Исходные данные.

Область «Исходные данные» предназначена для задания геометрии каркаса. В ней можно задавать параметры в следующих полях:

«Частота, V

» — количество разбиений вершин. При увеличении частоты, увеличивается количество вершин и ребер соответственно. Чем больше это значение, тем больше форма каркаса приближается к сфере и тем меньше длина рёбер.

Икосаэдр — многогранник, у которого значение частоты разбиения V равно 1.

Значение частоты разбиения равное единице соответствует конструкции в виде икосаэдра. При увеличении частоты происходит разбиение рёбер икосаэдра на части. Количество рёбер равно частоте разбиения.

Частота разбиения

«Класс разбиения

» — этот пункт отвечает за выбор формы многогранника.

При частоте разбиения равной двум и более возможны различные варианты каждого разбиения. Эти варианты делятся на классы. Если спроецировать разбиение на грань икосаэдра, то классы разбиения можно представить в виде схемы.

Классы разбиения купольных конструкций.

В калькуляторе римскими цифрами обозначены основные классы, всего их три. Арабскими цифрами обозначены вариации основных классов.

«Метод разбиения

» — позволяет сделать выбор между «Равные хорды», «Равные дуги» и «Мексиканец».

«Осевая симметрия

» — выбор оси симметрии, которая учитывается при отсечении части купола от сферы и выстраивании купола по вертикали. Возможные варианты:

• Pentad — ось симметрии проходит через вершину, в которой сходится 5 рёбер.
• Cross — ось симметрии проходит через вершину, в которой сходится 6 рёбер.
• Triad — ось симметрии проходит через грань.

«Фулерен

» — выбор формы купола в виде фулерена, который вписывается («вписанный») в сферу, или описывает её («описанный»). Поле «Фулерен» не доступно при выборе варианта соединения «Joint».

«Выравнивание основания

» — позволяет выравнивать основание относительно плоскости основания за счет изменения параметров рёбер у основания купола. Поле «Выравнивание основания» не доступно при выборе способа соединения «Cone» или выборе формы фулерена.

«Часть сферы

» — выбор части сферы, из которой будет состоять купол. Для куполов разной частоты возможны различные пропорции отсечения.

Достоинства и интерьер купольных домов

Кроме упомянутых преимуществ – уникальной прочности и ветростойкости, сферические строения обладают и другими достоинствами:

• экономичностью (за счет легкого фундамента, сборки без привлечения кранов, использования эффективного утеплителя);
• возможностью свободной планировки жилого пространства благодаря отсутствию внутренних стен;
• отличными звукоизоляционными качествами;
• привлекательным внешним видом и уникальным интерьером.

Внутри круглые здания на удивление вместительны и красивы. Большая высота позволяет без проблем размещать в них второй этаж.

Даже под небольшим 4-х метровым куполом можно разместить комфортную баню. Сферическая форма и центральное расположение печи обеспечивают экономию тепла и равномерный прогрев помещений.

Сауна под куполом – компактно и удобно

Характер отзывов о купольных домах в большинстве своем положителен. Владельцам нравится оригинальная форма, комфорт и вместительность этих построек.

Из субъективных положительных эмоций следует отметить покой и умиротворенность, ощущаемые человеком в таком доме.

Примеры и разновидности купольных конструкций

Сферическую конструкцию можно построить двумя способами:

• В виде геодезического купола (собирается из треугольных каркасных ячеек, стыкуемых с помощью узловых элементов — коннекторов).
• Из гнутых стоек или сегментов арочной формы, соединяемых вершинами (стратодезический купол).

Геодезический купол

Стратодезический купол

Гнутоклееные деревянные стойки для сборки стратодезического купола

По технологии стратодезического купола собирают «маковки» православных храмов. Геодезический купол пришел к нам из Америки. Его изобретателем считают инженера Фуллера.

Несмотря на различия во внешнем виде, эти конструкции отличаются минимальным весом, высокой жесткостью и устойчивостью.

Дома в форме сферы можно строить из любого материала, начиная от пенопласта и заканчивая бетоном. Выбор конкретного варианта зависит от технической оснащенности исполнителя. Для возведения жилых зданий чаще всего используют конструкции с деревянным каркасом.

Причин для этого несколько. Древесина – экологичный и прочный материал, обладающий высокой упругостью. Геодезические купола собирают из деревянных балок, соединяя их стальными коннекторами.

Каркас дома на основе геодезического купола

Стратодезические жилые конструкции строят из гнутоклееных балок.

Каркас здания на основе стратодезического купола

Японская технология сферических зданий основана на использовании гнутых пенопластовых блоков с замками. Из них собирают небольшие одноэтажные постройки. Пенопласт в таком доме выполняет сразу две функции: конструкционного материала и утеплителя.

Современный домик-«иглу» строится не из снега, а из пенопластовой «скорлупы»

Минимальный вес дома-сферы позволяет возводить его на мелкозаглубленном ленточном или свайном фундаменте. Для утепления секций используют минвату, солому, эковату или пенопласт.

Наиболее распространенный вид кровельного покрытия – мягкая битумная черепица. Этот материал идеально ложится на криволинейные поверхности.

Дом-сфера, покрытый битумной черепицей

Сторонники экостроительства делают выбор в пользу деревянного гонта – тонких дощечек, образующих оригинальное чешуйчатое покрытие.

Деревянный гонт естественно смотрится на сферическом здании

Двухуровневый дом на основе стратодезического купола с гонтовой облицовкой

Недавно на рынке появились новые материалы, идеально адаптированные для создания бесшовного кровельного ковра. Это «жидкая пробка» (частицы пробкового дерева в акриловом полимере) и жидкая резина.

Как мы уже говорили, материал для строительства сферического дома может быть разнообразным. Если вам больше нравится бетон, нет проблем.

Используя технологию набрызга, можно возводить купольные постройки из легкого бетона

Современные технологии позволяют строить такие дома с помощью пневмоопалубки из ПВХ, на которую наносится вспененный утеплитель. Затем по утеплителю ставят арматурный каркас и наносят на него бетонную смесь методом торкретирования.

Из одних соломенных блоков дом-сферу не построишь. Этот материал используют как утеплитель. Солому плотно набивают в ячейки из досок и собирают из них купол.

Пространственный каркас выполнен из деревянных ячеек, наполненных соломой