Куполи і склепіння
Купол - оболонка, утворена поверхнею обертання. При рівних товщинах конструкції їм можна перекрити в кілька разів більші прольоти, ніж плоскими плитами.
У галереї «Наші проекти та споруди» представлені приклади проектів перекриття великих просторів структурної купольної конструкцією. У проекті куполів р Салехардаіспользуется одношарова структура, діаметр великого купола - 70 м. В проекті кафе "Шарик" використовуються структурні ферми.
У 30-ті роки ХХ століття Бакминстер Фуллер розробив знамениту просторову конструкцію геодезичного купола - півсфери, зібраної з тетраедрів, яка стала однією з найбільших конструктивних новацій минулого століття. (Див. Галерею)
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.
МІЦНІСТЬ. Чим більше купол, 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 ненесучі прорізи використовувати для обрамлення дверей, вікон, веранд, балконів, зимових садів.
ГЕОМЕТРІЯ. Основний фактор. 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%.
ТЕХНОЛОГІЇ. 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.
ФІЗИКА. 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.
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.
Подвоєння розмірів купола призводить до подвоєння його термоеффектівності.