Kupolhus – konstruktionsteknik

I artikeln kommer vi att prata om kupolkonstruktionstekniken, om kupolhusens funktioner och fördelar, om de tre mest kända metoderna för att bygga sådana byggnader. Men det viktigaste är att vi kommer att presentera dig för beräkningen av ekonomiska kostnader, vars resultat gav kupolhusen en obestridlig fördel..

Användningen av kupolkonstruktionsteknik gör det möjligt att halvera kostnaden för byggnadsmaterial och reducera konstruktionstiden tre gånger. Lösningen på problemet beror bara på den tekniska omutrustningen på byggarbetsplatserna, eftersom alla nödvändiga material redan har använts i konstruktionen så länge. Denna teknik har framgångsrikt använts i USA och Västeuropa sedan slutet av 1900-talet. Lyckligtvis har nu en bra och solid grund lagts i det efter-sovjetiska utrymmet för utveckling av kupolbyggnad..

Lite om ursprungshistorien

Du bör börja bekanta dig med kupolhus genom att studera deras ursprungshistoria. Sedan antiken har människan känt med säkerhet väsen i harmoni med omvärlden, delvis uttryckt i form av byggnader. Ett exempel på detta är de många prototyperna på forntida bostäder som skapats i form av en halvklot: igloos av eskimos, wigwams av nordamerikanska indier, tält av afrikanska stammar. Det är också vanligt att många kulter och religiösa valörer använder kupoler som element eller baser för tempel, katedraler och kapell..

I den moderna världen går tekniken för kupolbostadskonstruktion tillbaka till första hälften av det tjugonde århundradet, då den amerikanska ingenjören Richard Fuller patenterade en byggteknik som kunde ge efterkrigstidens Europa prisvärda bostäder. Tyvärr sprang idén inte, men efter femtio år började de prata om kupolhus igen, och den här gången – på allvar..

Ursprungligen blev invånarna intresserade av idén om hus i form av en halvkula endast på grund av sin ursprungliga form. Lite senare insåg folk de obestridliga fördelarna med sådana byggnader och deras antal i den moderna världen växer ständigt..

Design egenskaper

På grund av sin speciella form kan de kupoliga byggnaderna säkert klassificeras som konstverk. De ser ganska små ut, men den här bilden lurar: trots de yttre kompakterna är dessa hus mycket rymliga. Man kan få intrycket av bräcklighet och opålitlighet i designen, men ett attraktivt utseende i detta fall innebär inte alls att det finns tekniska brister. Kupolhus är överlägsna i alla avseenden med konventionella kubikbyggnader.

Grunden för att bygga ett hus

Själva kärnan i kupolbyggnad innebär att det inte finns tak och stöd. Detta ger inte bara upp till 30% besparingar på vägg- och golvmaterial: strukturen blir lätt och kräver inte en massiv bas.

De uppenbara besparingarna från byggandet av ett kupolhus syns redan i byggnadens första skede – under byggandet av grunden. Den lätta grunden sparar 50% av de pengar som spenderas på produktion av mark- och betongarbeten. En rems- eller högfundament används vanligtvis som bas..

Konstruktion av byggnader baserade på en geodetisk sfär

Den första kända metoden för implementering av kupolbyggnader var en teknik baserad på en ram i form av en triangulär halvkula. Metoden bygger på användning av triangulära block med lika stor storlek, som med ökande höjd lutar topparna mer och mer mot mitten och därmed bildar en kupol. När de är anslutna bildar blocken en ram, upp till fyrtio centimeter tjock.

Utanför är huset färdigt med pressad cellulosa impregnerad med bitumen, metallhölje eller helt enkelt gipsad. Huvudkravet för yttermaterial är absolut vattenbeständighet. Från insidan sys väggarna med brädor, och mineralull med medel densitet används som isolering. Problemet med naturligt ljus i huset löses med triangulära dubbelglasade fönster i en plastram, tillverkad enligt måtten på en standardram. Om glasenheten är innesluten i en förstärkt metallram kan intilliggande celler i ramen kombineras, vilket ger en icke-standardisk geometrisk form på fönstret.

Det speciella med denna metod är att byggnaderna är gjorda av miljövänliga material. Den geodesiska kupolen används idag som bas i utställningspaviljonger, växthus och idrottsanläggningar.

Dome-konstruktion baserad på pneumo-ram

En annan erektionsmetod har blivit tillgänglig relativt nyligen och är skyldig den snabba utvecklingen av polymermaterial. Denna teknik är den mest ovanliga och komplexa, men det är tack vare den att tiden för att bygga ett hus kan reduceras till ett minimum. Frågan om den här metodens användbarhet beror direkt på tillgången på specialutrustning i konstruktionsområdet: installationer för sprutning av betongblandningar och utrustning för installation av pneumatiska ramar.

Grunden för huset är som alltid en lätt remsfundament i form av en ring eller en solid monolitisk platta. Längs fundamentets omkrets med ett indrag från ytterkanten på 20 cm ”svansar” av vertikala förstärkningselement. Stängerna ska skjuta ut minst 40 cm, och avståndet mellan dem är från 30 till 50 cm, beroende på strukturens storlek och stavens diameter. Armeringen måste användas i profil, med en tjocklek på minst 12 millimeter. Det är bättre att överlåta uppgiften att beräkna betongstrukturen och armeringsplanen till en organisation som är specialiserad på arkitektonisk design. Även om tekniken för att bygga kupolhus inte regleras av specifika statliga bestämmelser, fastställdes metoden för att beräkna styrkan och de tekniska egenskaperna för sfäriska betongkonstruktioner under förra seklet..

Nästa steg är konstruktionen av väggarmeringsnätet. Stålstänger med nominell diameter, vars längd är lika med en fjärdedel av omkretsen av sfärens centrala sektion, läggs till den utskjutande förstärkningen med hjälp av svetsning eller gängad anslutning. Efter förlängning böjs stavarna mot byggnadens axel och bildar en kupol. Vanligtvis väljs längden på de längsgående stavarna med en marginal, vilket avskärar överskottsarmering vid parning, som sedan används för ytterligare anslutning av elementen i förstärkningsnätet.

Följande kan användas som en slutanslutning:

• en ring med en I-balk eller kanalprofil, om du planerar att göra toppen av kupolen transparent;
• gränssnitt mellan två runda stålplåtar;
• anslutningsavsnitt i form av en stjärna gjord av rör med motsvarande diameter (antalet vertikaler är lika med antalet längsgående element i armeringsnätet).

När ramen har fått formen på en halvkula läggs tvärgående de vertikala stavarna genom svetsning eller stickning med tråd.

Denna teknik bör innebära en förtillverkad pneumatisk ram. Den är tillverkad individuellt och, när den blåses upp, följer konturerna av kupolens inre yta. På de platser där fönster och dörrar ska vara, har ramen utsprång av en viss form och storlek. Tillverkning av en pneumatisk ram är det mest kostsamma och svåraste konstruktionssteget, men eftersom tekniken halverar byggkostnaderna lönar det sig priset.

Du kan beställa en ram från företag som tillverkar uppblåsbara trampoliner, förfabrikerade pneumatiska strukturer eller vattenrutschbanor. Som material är det bättre att välja ett tyg med hög densitet med latex- eller PVC-impregnering. Kostnaden för ramen kommer att vara från 50 tusen rubel, produktionstiden är ungefär två månader. Efter användning kan produkten säljas till alla byggföretag..

Allt efterföljande arbete utförs i steg:

1. Pneumatisk ram är ordentligt fixerad inuti stålkisten och blåses upp.
2. På platserna för dörrar och fönster på armeringsnätet markeras måtten på framtida öppningar i form av utsprång på ramen.
3. Ramen tappas av och tas bort under svetsningen.
4. Armeringen skärs ut enligt markeringarna. Öppningarna är kantade från alla fyra sidor med profilbeslag i 2-3 rader.
5. Ramen behandlas med en hydrofob förening och installeras på plats.

Det sista arbetet är sprutning av basmaterialet på kupolen. Processen är indelad i flera steg: kompositionen appliceras lag för lager med en skikttjocklek av 3,5 till 8 cm, beroende på materialtyp. Efter det att det första skiktet har applicerats men ännu inte frusna, nedsänks specialstänger-beaconer med fast längd vinkelrätt mot ramens plan, längs vilken väggens tjocklek och sprutningens enhetlighet kommer att kontrolleras. Cementpolymer eller skottbetong, expanderad polystyren eller en kombination av olika material kan användas som huvudväggsmaterial. Exempelvis är de yttre och inre sprutlagren gjorda av skottbetong, vilket ger ökad ytstyrka.

Efter den slutliga härdningen av blandningen demonteras ramen, sprutningsfelema i öppningarna elimineras, varefter processen för uppförande av kupoländarna.

Kupolhus på grundval av fast formning och fabriksbyggnader

Kupolkonstruktion har blivit utbredd i Ryssland till stor del på grund av systemen med permanent polystyrenformning och sfäriska byggnader av blocktyp. Den första uppgiften för dessa tekniker är implementeringen av objekt med den så kallade snabba konstruktionen. I detta fall tar byggandet av kupolhus högst två veckor (exklusive byggandet av grunden och internt arrangemang).

Båda teknologierna har ett antal liknande funktioner:

1. Huvudelementen i byggnader tillverkas i husbyggnader, varefter de transporteras till platsen och monteras där..
2. Expanderad polystyren används som utgångsmaterial för blocken..
3. Byggnaderna kännetecknas av ökad energieffektivitet: kupolhuset blir i själva verket en slags ”termos” på grund av det höga innehållet i värmeisolerande material i strukturen. Ytterbehandling i båda fallen utförs genom applicering av vattentät fasadputs.
4. Alla typer av fundament kan användas som bas, inklusive en lätt bas för ett ramhus.
5. Leveranssatsen innehåller nästan alltid en teknisk design av byggnaden och rekommendationer för byggarbete.

Det finns också flera skillnader:

1. Blockhus kräver inte ytterligare betongarbete.
2. Den prefabricerade strukturen för färdiga block kan demonteras och flyttas. Mycket ofta är användningen av sådana hus säsongsbetonad..
3. Teknologier skiljer sig i metoderna för arrangemang av dörr- och fönsteröppningar.
4. Blockbyggnader, i motsats till formarbeten, levereras ofta fullt utrustade (inklusive dörrar, fönster, ventilationssystem etc.).
5. Användningen av fast formning begränsar något olika former och storlekar..

När det gäller konstruktionstekniken är det ganska enkelt. Strukturelementen, efter leverans till byggarbetsplatsen, sorteras och indelas i grupper. Den första är källarnivån: den är fäst vid basen med hjälp av konsoler eller ankare. Bakom det är konstruktionen av den kuplade delen. Blocken är i form av honungskakor av samma storlek och form. De är fästa vid varandra med lås eller mekaniska anslutningar.

Om vi ​​talar om byggnader med permanent formning, kan betonghällning utföras både efter fullständig montering och i dess process. I vilket fall som helst, när huvudstrukturen uppförs, är en förstärkningsram monterad inuti den. Övre delen av kupolen är en separat levererad flerskiktsenhet som kan tillverkas som en dubbelglasad enhet i en plastram.

Efter att väggarna har uppförts:

1. Installation av dörrar och fönster:
   • i forskalningshus förblir fönster- och dörröppningar smidigt. Installation sker på vilket som helst tillgängligt sätt;
   • blockstrukturer har ofta fabriksspår och lås (mekaniska) anslutningar, vilket underlättar installationsprocessen.
2. Tätningsfogar med polyuretanskum.
3. Utomhusdekoration, installation av fönsterbrädor, ventilationsgaller och andra tillbehör.
4. Installation av fundamentblindområde och installation av dräneringskanaler.

Yttre efterbehandling av formarbeten kräver ett lager grovt gips med glasfibernät. I blockhus har det yttre lagret av delar en speciell beläggning (till exempel polymercement), som underlättar processen med fasaddekoration, eller en färdig vattentät yta med dekorativa element.

Installation av golv och partitioner

Enheten med gränslofter är främst tillhandahållen i kupolhus baserade på geosfären och pneumoramen. Tak kan vara antingen prefabricerade eller armerade betong. Byggprocessen är ganska enkel:

1. Först monteras huvudramen av metall- eller träbjälkar. I det första fallet används T-balkar eller I-balkar med ”dimes” i ändarna. Stålbalkar är fästa med förankringar eller genomgående konsoler, och skruvstift används för att fixera träbjälkar, som är skruvade in från utsidan av byggnaden.
2. Stödstrukturer är anslutna med band.
3. Det prefabricerade trägolvet är fyllt med mineralull och sys upp med kanter eller träplatta.
4. Om det är nödvändigt att hälla armerad betong installeras ett armeringsnät med en maskstorlek på 10×10 cm och en trådtjocklek på minst 6 mm i mellanrummen mellan stödbalkarna.
5. Forskalning för att hälla betong är gjord av OSB-plattor, som är fästa vid balkarna med galvaniserad tråd. Som regel krävs en linjär meter av en balk från fem förankringspunkter.
6. Forskalningen ska täckas med polyeten, varefter betongblandningen kan hällas.

Funktioner och fördelar med kupolhus

Hus byggda med någon av kupolbyggnadsteknologierna har ett antal specialegenskaper som inte kan uppnås med traditionella konstruktionsmetoder. Det är tack vare dessa skillnader att kupolbyggnader inte bara är ett alternativ till kubiska hus. De representerar en helt ny typ av strukturer som kan lösa de flesta av de pressande dagliga problemen i frånvaro av materialkostnader..

Energibesparande funktioner

Att värma ett kupolhus på vintern kräver 20–30% mindre energi än konventionella byggnader. För det första uppnås detta på grund av husets unika form: med samma område är volymen på den kupoliga byggnaden mycket mindre. Dessutom hjälper rumets sfäriska form att upprätthålla konstant naturlig luftcirkulation, vilket innebär att varmare luft inte kommer att samlas upp i rummet. Denna funktion är perfekt synlig vid inspektion av termisk avbildning. Det finns ytterligare ett trick, tack vare vilket du kan uppnå ytterligare besparingar på uppvärmning: om du placerar panoramavlasning eller en transparent topp av kupolen i byggnadens övre del, kommer huset att värmas ytterligare på grund av växthuseffekten.

Oöverträffade styrkaegenskaper

Idealt jämn fördelning av belastningen på strukturen säkerställs av dess sfäriska form. Oavsett vilken del av strukturen som utsätts för mekanisk påverkan, kommer den att distribueras effektivt över hela matrisen. Den här egenskapen är särskilt uttalad i hus byggda på basis av en triangulär ram på grund av en balanserad placering av förstyvningar och pivots. För regioner med ett instabilt klimat är kupolhus bäst lämpade: på grund av sin strömlinjeformade form, förblir de immun mot vindkast på upp till 230 km / h.

Maximal besparing

Som nämnts ovan sparar cirka 50% av pengarna genom att bygga ett hus med kuppelteknologi. Låt oss kolla detta uttalande genom att jämföra ett kupolhus med ett traditionellt..

Jämförelse av materialkostnader för byggande av hus av olika slag

Jämförelsekriterier	Standard envåningshus	Hus byggt med kuppelteknologi
Den huvudsakliga parametrar byggnad	Total yta: 100 m2 Minsta möjliga omkretslängd: 40 m Inre omkretslängd: 34,4 m	Total yta: 100,24 m2 Yttergränsradie: 5,65 m Inre gränseradie: 5,25 m Yttre omkrets: 35,48 m Inre omkrets: 35,08 m
Data om grunden	Horisontellt område: 26,04 m2 Minsta tillåtna höjd: 0,7 m Betongvolym: 18,23 m3	Horisontellt område: 13,69 m2 Minsta tillåtna höjd: 0,4 m Betongvolym: 5,48 m3
Data om ytterväggarna	Väggtjocklek: 0,6 m Byggnadshöjd: 2,7 m Väggarrayvolym: 59,62 m3	Väggtjocklek: 0,4 m Byggnadshöjd: 4,7 m Väggarrayvolym: 57,94 m3
Dekorativ efterbehandling	Yttre väggyta: 108 m2 Inre väggyta: 92,88 m2	Yttre väggyta: 157,08 m2 Inre väggyta: 132,95 m2
Takläggning	Nödvändig	Krävs inte

Uppskattad kostnad för de viktigaste typerna av material, gnugga.
Utnämning	För ett standardhus	För hem i geosfären	För hem på pneumo-ram
fundament (endast betong)	Per kubikmeter m: 2900 Totalt: 52 867	Per kubikmeter m: 2900 Helt: 15,892 + 20%* = 19,070	Per kubikmeter m: 2900 Totalt: 15 892
väggar	Askblock + tegel Per kubikmeter m: 3250 Totalt: 193 765	Betong Per kubikmeter m: 2900 Totalt: 168 026	Trä + Minvata Per kubikmeter m: 2300 Totalt: 133 262
Tak	Per kvm m: 2850 Totalt: 359 100	Krävs inte	Krävs inte
Takplatta	Per kvm m: 1100 Helt: 110 000	Krävs inte	Krävs inte
Fasad Finishing	Per kvm m: 950 Full: 102 600	Per kvm m: 1300 Totalt: 204 204	Per kvm m: 500 Totalt: 78 540
Den slutliga kosta	818.332	391.300	227.696

^* Remsfundament i detta fall är nästan en fjärdedel högre.

Optimal rymdfördelning och oöverträffad komfort

På grund av det faktum att det inte finns några bärande väggar har kupolhuset inga planeringsbegränsningar. Det kan enkelt kombinera vardagsrum och matsalar i ett rymligt rum med högt i tak. Ett avkopplingsrum kan uppta minst hälften av hela huset, och det kommer inte att vara några problem med att installera en jacuzzi i badrummet. Det är anmärkningsvärt att under översynen kan layouten ändras genom att överföra de förfabrikerade partitionerna. I kupolhus finns det inget behov av att isolera dig i stängda rum och försöka skydda dig mot irriterande medel: sfären absorberar effektivt ljud och låter samtidigt inte ljud från gatan.