Mensen bouwen al eeuwenlang koepels. Oude volkeren zoals de Romeinen pasten hun vaardigheden in het metselen – en hun kennis van de boog – toe om enorme koepels te bouwen. Maar die koepels hadden even grote steunmuren nodig om te voorkomen dat de hele constructie op de grond zou storten. Kortom, enorme oude koepels waren zwaar en gedoemd te mislukken op een bepaald punt.
Geodetische koepels zijn anders. Niet alleen hebben ze de sterkte van een sterke boogvorm, maar ze zijn ook opgebouwd uit vele driehoeken. Koppel koepels aan driehoeken, en je hebt een extreem duurzame constructie. Driehoeken zijn de sterkste vorm omdat ze vaste hoeken hebben.
Aanbeveling
Veel van die duurzaamheid komt voort uit de eigenschappen van driehoeken, die de superhelden onder de vormen zijn. Driehoeken zijn de sterkste vorm omdat ze vaste hoeken hebben en niet gemakkelijk vervormen.
Michael Busnick, eigenaar van American Ingenuity, dat koepelwoningen verkoopt, zegt dat driehoeken de sleutel zijn om koepels sterk te maken. “(Koepels) zijn driedimensionale structuren die gebruik maken van stabiele driehoeken die bollen benaderen om meerdere lastdragende paden te creëren van punt van belasting naar punt van ondersteuning. De driehoek is de enige opstelling van constructiedelen die op zichzelf stabiel is zonder dat er extra verbindingen op de snijpunten nodig zijn om kromtrekken van de geometrie te voorkomen.”
Met andere woorden, oefen druk uit op één rand van een driehoek, en die kracht wordt gelijkmatig verdeeld over de andere twee zijden, die vervolgens druk overbrengen op aangrenzende driehoeken. Die trapsgewijze drukverdeling is de manier waarop geodetische koepels de druk efficiënt over de hele structuur verdelen, net als de schaal van een ei.
Het patroon van die driehoeken is van cruciaal belang voor de structuur van geodetische koepels. Om te begrijpen waarom, beschouw eerst een vierkant met vier zijden. Als je veel vierkanten loodrecht (haaks) op elkaar legt, kunnen ze netjes in een plat vlak liggen.
Hetzelfde geldt niet voor vijfhoeken of zeshoeken. Probeer deze vormen plat te leggen op dezelfde manier als het vierkant en het zal niet lukken. Maar als je deze vormen naar binnen kantelt tot een bol of bolvorm, dan komen de zijden mooi overeen als vlakvullingen, dat zijn gewoon patronen die kunnen worden herhaald om een andere vorm te maken zonder overlapping of ruimte tussen de vormen. En het toeval wil dat vijfhoeken en zeshoeken netjes kunnen worden verdeeld in driehoeken, de basis van geodetische koepels, dus ze zijn ook buitengewoon sterk.
Verschillende vlakvullingen resulteren in verschillende ontwerpen voor koepelgebouwen. Op de volgende pagina leest u meer over hoe ontwerpen het gemakkelijker maken – of juist veel moeilijker – om koepels in elkaar te zetten.