Ludzie budowali kopuły od wieków. Starożytne ludy, takie jak Rzymianie, wykorzystały swoje umiejętności murarskie — i swoją wiedzę o łuku — do stworzenia masywnych kopuł. Ale te kopuły potrzebowały równie wielkich ścian nośnych, aby cała konstrukcja nie rozbiła się o ziemię. Krótko mówiąc, ogromne, stare kopuły były ciężkie i w pewnym momencie musiały zawieść.
Kopuły geodezyjne są inne. Nie tylko łączą w sobie siłę mocnego łuku, ale także składają się z wielu trójkątów. Połącz kopuły z trójkątami, a otrzymasz niezwykle wytrzymałą strukturę. Trójkąty są najsilniejszym kształtem, ponieważ mają stałe kąty.
Reklama
Większość tej trwałości wynika z właściwości trójkątów, które są superbohaterami kształtów. Trójkąty są najmocniejszym kształtem, ponieważ mają stałe kąty i nie odkształcają się bardzo łatwo.
Michael Busnick, właściciel firmy American Ingenuity, która sprzedaje domy kopułowe, mówi, że trójkąty są kluczem do uczynienia kopuł mocnymi. „(Kopuły) są trójwymiarowymi strukturami wykorzystującymi stabilne trójkąty zbliżone do sfer, aby stworzyć wiele ścieżek przenoszenia obciążeń z punktu obciążenia do punktu podparcia. Trójkąt jest jedynym układem elementów konstrukcyjnych, który jest stabilny sam w sobie, nie wymagając dodatkowych połączeń w punktach przecięcia, aby zapobiec wypaczeniu geometrii.”
Innymi słowy, wywierając nacisk na jedną krawędź trójkąta, siła ta jest równomiernie rozprowadzana na pozostałe dwa boki, które następnie przenoszą nacisk na sąsiednie trójkąty. Ta kaskadowa dystrybucja ciśnienia jest sposobem, w jaki kopuły geodezyjne skutecznie rozkładają naprężenia wzdłuż całej struktury, podobnie jak skorupka jajka.
Wzór tych trójkątów jest krytyczny dla struktury kopuł geodezyjnych. Aby zrozumieć dlaczego, rozważmy najpierw podstawowy, czteroboczny kwadrat. Jeśli położysz wiele kwadratów prostopadle (pod kątem prostym) do siebie, mogą one ułożyć się w płaską płaszczyznę.
To samo nie dotyczy pięciokątów i sześciokątów. Spróbuj położyć te kształty płasko w taki sam sposób jak kwadrat, a to się nie uda. Ale przechylić te kształty do wewnątrz w kształcie kuli lub sfery i boki pasują do siebie ładnie jako teselacje, które są po prostu wzory, które mogą być powtarzane, aby utworzyć inny kształt bez nakładania się lub przestrzeni między kształtami. Tak się składa, że pięciokąty i sześciokąty można zgrabnie podzielić na trójkąty, które są podstawą kopuł geodezyjnych, więc są one również niezwykle wytrzymałe.
Różne teselacje dają w rezultacie różne projekty kopuł. Na następnej stronie przeczytasz więcej o tym, jak projekty ułatwiają — lub utrudniają — montaż kopuł.