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介绍

测地线圆顶是一种空间类型的结构，看起来像一个球或球体的一部分。这个仪器是由三角形网格组成的，最终形成一个球面。三角形的数量越多，就越接近球形的圆顶。(Urner, 2016)使用三角形的硬度和稳定性会使穹顶的强度和各部分的整合将力扩散到所有的球体上，最终使测地线穹顶成为一个有效的结构。

在由5个柏拉图立体构成的测地线圆顶中，主要使用二十面体。

测地线圆顶具有最高的内外空间比例，因此具有最小的热损失水平，并且在这种结构中，所有结构部件均匀地分散力。

在测地线圆顶中有不同大小的三角形，这取决于多面体下部分的划分频率，三角形的所有顶点近似位于球体上。测地线圆顶的横截面几乎是一个大圆。

巴克敏斯特·富勒被认为是测地线圆顶的发明者。

在下面的图片中，我们介绍了建造一个测地线圆顶的各个阶段，并继续介绍它是如何制作的。

测地线圆顶是一种高效的结构，由于材料的使用最少，它们重量轻，与薄层相比，它们覆盖的跨度大。

快速和容易的安装和拆卸结构，因为一个球体的形状，他们站在强大的对抗静止的大风。由于圆顶的结构优势和它们吸引人的形式，如果我们熟悉技术，制造和安装这些结构，它们在今天会非常有用。本文为非专业人士提供了圆顶的一般介绍，并以简单的方式描述了它们的安装。最后笔者根据这一结构给出了一个方案。

本文的标题如下:

1. 介绍
2. 历史
3. 测地线圆顶的优势
4. 力在穹顶内是如何传递的?
5. 我们如何建造一个测地线圆顶?
6. 案例研究:英国伊甸园项目
7. 设计一个带有测地线圆顶的研究中心

结论

测地线圆顶的历史

第一个可以被认为是测地线的圆顶是由Walter Bars Feld设计的，它是为了容纳一个天文馆投影仪，这个设计是作为蔡司工厂的屋顶进行的，由Wydmann & Dykerhoff在德国，它于1922年开放。大约30年后，1954年，美国地质唯物主义者巴克明斯特·富勒提出了圆顶的看似独立的想法，并称之为“测地线圆顶”。

然而，在许多书中，他被认为是测地线圆顶的发明者。他首先为国防部设计了这个圆顶，高17米，在风速达到每秒360公里的海拔高度，利用这项技术，尼克松总统在冷战期间声称:“我们可以在所有美国城市上建造一个屋顶”。

在富勒的时代，人们用这些建筑做了其他的事情，比如一个能容纳1800人的音乐厅在48小时内建成了!

巴克明斯特·富勒花了将近20年的努力才发明了测地线圆顶，这个发明是他关于能量和力的原理的一个出色的展示，事实上，这个发明可以解决建筑中的许多问题。

建筑的魅力和速度是这些建筑发展的原因。(Ghorbanzadeh, 2008)

测地线圆顶的优点

圆顶是非常坚固的结构，实际上随着它们变得越来越大，它们也变得越来越坚固，这与建筑中通常发生的情况相反。(维基百科,2015)

测地线圆顶的主要结构可以在短短几个小时内快速安装，而不是几个月或几年的时间，轻巧的部件可以通过小螺丝安装，直径50米的大圆顶使用最少的材料，可以用最少的车间设备(如起重机)建造，此外，这些圆顶具有空气动力学形式，可以承受非常强的风。没有证据证明这些结构曾经有过问题，也没有风和台风对设计良好的圆顶造成损害。(鲍德温,2015)

如果我们使用透明的盖子，太阳的能量可以被利用。

地震永远不会对结构造成破坏，除非泥土破裂并吞没整个建筑!或者穹顶开始从较低的层分裂成部分，比如南极的穹顶。

测地线圆顶的主要优点是它们的曲率，这使得它们在单层中可以用非常薄的层覆盖很大的地方。

图1:组合六边形构建测地线圆顶 点击此处查看图

图2:如何用 六边形和五边形的组合 点击此处查看图

图3:测地线圆顶复制品的图片，作者 点击此处查看图

今天在这些结构中使用铝的争论创造了对酸性环境的抵抗力，这也将是不锈钢结构，同时它的重量轻了一倍。(Ghorbanzadeh, 2008)

今天，许多公司出售圆顶安装的地图和材料，以便买家可以自己建造。(维基百科,2015)

事实上，测地圆顶是“少花钱多办事”口号的象征，巴克明斯特自己也用了这个词“短暂化”。(鲍德温,2015)

最后我们应该提到的是，虽然测地线圆顶结构是有利可图的结构，但它们也具有很大的建筑吸引力。

一般测地线结构具有以下优点:

1. 速度和精度，因为工厂制造的零件
2. 能够拆卸和重新安装
3. 维修能力强，易维护
4. 不受安装天气条件的影响
5. 能够在不同的颜色运行
6. 室内可用性——就像展览室内的展台一样
7. 耐腐蚀
8. 经济上可接受的-最低限度地使用安装-
9. 太阳能的可用性
10. 能够以最小的厚度覆盖大跨度

如何传递力

测地线穹顶是一种球形空间框架结构，其荷载通过球形穹顶内的线性部分传递给拉索，所有部分均承受相同的张力(拉力或压力)[5]

位于半球形圆顶顶部的所有部件在均匀载荷下都处于压力之下，所有下部部件都处于张力之下，所有靠近的垂直部件都处于压力之下。

测地线圆顶不一定是一个完美的球体，它可以是一个巨大的球体的一部分，半球或一小部分球体。(Ghorbanzadeh, 2008)

如果测地线圆顶是一个半球，它大大减少浮力几乎等于零，因为轴承是彼此相对放置的。

如果测地线圆顶是球体的1/4(1/4)，则5点依赖于脚圆顶，在这种情况下，高浮力将向外。

如果测地线圆顶是球体的3/4(3/4)，它仍然有5个点可以依靠，浮力是向内的，也很强烈。(Ghorbanzadeh, 2008)

在结构施工方面，测地线圆顶远远超出了传统的施工方法(垂直梁和柱)。传统的构造方法效率非常低，因为材料体积大，静态使用少。

我们如何做一个测地线圆顶?

对于由不同部分组成的规则化合物的形成，为了使它们的顶点保持在一个球体上，并不是每个形状都可以使用，测地圆顶由五个单一形状的柏拉图大小组成:三角形或三维，立方体或四维，八边形或8维，12面或12维，20面或20维。(摩尔,2008)

在这个4体积中，所有的多边形都是规则的，所有的边都是相同的，维度的数量等于顶点的数量。

最著名的测地线圆顶形式是一个足球，它是由二十面体的重复三次分割而成的。

然后我们试着用非常简单的材料和一点芦苇，粘合剂来建造一个非常简单的测地线圆顶。(Jonathan, 2015)为了达到这个目的，使用了轻质竹子，你仍然可以用它在花园里做一个住所。这种结构很轻，所以你甚至可以教你的孩子在一个小时内完成它。

这些结构是爬形的，这意味着它是从下到上排列的，从地面开始生长，大约需要35根长约4英尺(约121厘米)的竹子来标记红色条纹，这将有助于建立圆顶。

小吸管长约3英尺6英寸(约106厘米)，并标有蓝色条。(在印刷图片中，它们是黑色和白色的，蓝色手杖比红色手杖颜色更强)

图4：你可以用一些 花园里的稻草(乔纳森，2015) 点击此处查看图

图5：图片为测地线圆顶形式 以上，(乔纳森，2015) 点击此处查看图

图6：展示项目的复制品 在本文中，作者 点击此处查看图

图7：用红色的吸管做外圈 点击此处查看图

图8：构建三角形的第一部分 点击此处查看图

图9:连接三角形的顶点 点击此处查看图

图10:创建上面的三角形 点击此处查看图

图11:在上面的三角形上创建五边形 点击此处查看图

图12:制作天花板 点击此处查看图

图13:如何用铝箔覆盖结构 点击此处查看图

1.Geodesic Structures公司运营的一个项目的案例研究(伊甸园项目(英国康沃尔))项目名称:伊甸园地点:英格兰康沃尔
竣工日期:2001年
面积:23000平方米(247480平方英尺)
结构工程师:Anthony Hunt的工程师
服务工程师:奥雅纳
成本顾问:Davis Langdon & Everest
总承包商:McAlpine Joint Venture Landscape Architecture: Consultants of Land Use (Grimshaw, 2015)

伊甸园计划是一个展示世界上植物多样性的展览。它是一种测地线圆顶结构。

该项目是这一目的的最新场所之一，其形状和形式在过去的千年中似乎非常具有创新性。

该项目是世界上最大的温室和植物储藏室，同时以最经济的方式建造，最清晰、最美丽。

尼古拉斯·格里姆肖和合作伙伴公司在1996年就这个项目的设计进行了谈判，该项目是在滑铁卢国际航站楼项目设计中获得的声誉。这也是格里姆肖做的。

在原型设计中，滑铁卢梁的螺旋和不对称形状受到了千禧年财政委员会的启发。

但是，在详细设计期间进行了一些小的改动，由于海底坑的不平整(在项目设计初期仍然像一个矿山，没有进行大的改动)，不容易适应不同的弧度，以及跨度的多样化。现在该项目已经完成，根据测地线圆顶发明者Buckminster Fuller的想象和梦想，该项目将在最小的地面上提供最大的容量。

外观上的球体是随机排列的七个测地线圆顶，内部连接建立在地面上，它们覆盖了大约2.2公顷的场地。

这些球有不同的半径，以适应不同高度的植物的生活，从18米到65米不等。

形式遵循功能，这是雇主向全球展示人类生活依赖于植物的总体目的的有形表达。

这些球体实际上是为了展示空间和建筑材料的高效率，从建筑的角度来看，每一个球体都是一个两层的空间框架，第一层是一个壳二十面体测地线，它由6个角模块组成，大小在5到11米之间。

每个模块由6根直接压力管道组成，这些管道光滑，相对较小，便于携带。这使得任何6面安装在地面上放置在其原来的位置，并很容易地连接到6面周围与接头(节点)钢。

顶层可安装至第二层具有圆形空心截面的对角线元件。

该结构的静力性能由壳体性能和三维空间交叉圆顶保证。这种行为是通过上层和下层相互连接，这些部分被固定在球体周围的钢筋混凝土基础的窄条上，然后它会到达后面的层。

球体基础(测地线圆顶)由钢筋混凝土组成，环绕球体并到达基础的后墙。

该地基宽约2米，厚5.1米，长约858米。

太阳的运动已经确定了这些球体的确切位置，它显示了一种高级技术，该结构将成为被动式太阳能的主要受益者。

该项目的建筑师利用四氟乙烯乙烯将太阳能转化为球体的利用率提高了一倍。ETFE对广谱的阳光是完全透明的，被认为是一种非常轻的材料，用于结构和建筑物，设计得非常小，同时也非常方便。

四氟化乙烯的特性

乙:

• 重量轻(仅为玻璃重量的1%)
• 高透明度，抗紫外线辐射
• 耐阳光侵蚀的
• 拒尘性
• 高隔离特性的玻璃
• 再循环能力
• 能够承载高达自身重量400倍的重量

有了这种覆盖，我们可以确保充足的日光通过球体覆盖，并为里面的植物提供养分。由于每个框架都被六面三层覆盖，因此可以保持球体的热量。

ETFE的静载是静载的1%，每块玻璃的尺寸更小，而且它坚固，抗静电，可回收，因此作为球体目标在能源意识上的一个切实的例子现在是现实的。(休,2003)

第一期工程是游客中心，于2000年5月15日开放，到2001年1月7日，游客的最终数量几乎达到了491 213人，到2001年3月17日，该网站的年总游客估计为75万人次，事实上，自2001年3月该项目诞生以来，约有191万人参观了它。

图14:植物的伊甸园 点击此处查看图

图15:伊甸园中八个测地线圆顶的几何形状 点击此处查看图

图16:连接支撑板 点击此处查看图

图17:延髓的稳定性 点击此处查看图

图18:现场工作设备 点击此处查看图

图19:球体内部是热带温室 点击此处查看图

图20:大楼的掩护是 四氟乙烯，乙烯 点击此处查看图

用测地线结构设计一个研究中心

本课题由笔者在德黑兰大学美术学院设计技术(3)本科高级技术建筑专业提出。在本工程的结构设计中，采用了测地线圆顶。

在像几何足球一样使用之前，对圆顶的施工方法进行了说明。

穹顶依靠它的4.3点和5点，这5点位于一个混凝土环上，后面是a柱，将荷载传递到地面，如下图所示。如上所述，测地线圆顶结构的体积是环本身的4/3，位于钢筋混凝土环上，85厘米的混凝土柱帮助环将荷载传递给基础。楼板由混凝土板和混凝土柱共同承重至基础。

设计的主要思想是根据课程的主要目标和对该地区可持续建筑的强调来实施的。在设计中，我们更多地考虑了从总体到细节的考虑，同时我们也关心建筑的潜力，使其能够作为建筑的真正结构使用。

由于地球和可持续建筑是这个建筑的主要目标，基本的想法是基于让人联想到地球的体积，一个测地线圆顶的所有部分有4/3(四分之三)在地面上，最好的答案是概念2。

综合体内的空间:

内饰设计基于物理程序呈现，因为综合体的游客被设置为三个社会阶层，内部空间按照公共到私人的顺序组织:

• 一楼和地下室供一般年龄和社会阶层的公众游客使用
• 一、二层为专业爱好者
• 第三层和第四层为新建筑技术专家

当然，对于普通人的知识，公共设施通过玻璃电梯提供给公众，并到达圆顶的最后一层(专家)，有证据证明，这不会对专家和专业人员的工作造成任何干扰(注意第四层的平面图，公共空间与私人空间用无声的隔板隔离)。

我们考虑了综合体内部的全方位空间，根据建筑原则，在这个地方考虑了绿色部分。

楼层的地面在大约1.5米大小的角落开放，允许自然通风和热交换，并根据可持续建筑的原则使更多的空气充足和协调。

地下空间有大厅、咖啡厅和休息区，以及圆形剧场和礼堂。这些设计使它们能够接收自然光，并且在视觉效果方面将原始体积的体积清空。

安装:在供暖和制冷装置的情况下，有一个足够大小的动力装置放置在地下室，我们注意了进入现场的通道，以便方便运输设备。由于我们已经考虑了二层和四层的综合体的管道，因此预计在必要的交叉点上使用管道，管道位于房间的较远的地方。虽然设施的假天花板被认为是管道必不可少的，当然，假天花板与原始平面图和空间几何形状在设计中设置了完全相同的团，以不损害整体空间和秩序。

视图:穹顶的视图是四氟乙烯乙烯，其上覆盖着防止紫外线辐射穿透的保护层。这一层在强光下变暗，它有助于调节进入复合物的光线量。这种视图是双层的，保持设定的温度，并防止热交换与外部空气作为绝缘体的作用。在设计圆顶的视图时，我们试图完全保持透明度，试图反映项目上的天空，这将有助于主要思想。防静电面板用于避免污染和吸收灰尘颗粒，在这种情况下，清洁面板的需求减少，攀爬器1只用于紧急情况!

图21:研究中心场地平面图，作者 点击此处查看图

图22:结构示意图 点击此处查看图

图23:底层，作者 点击此处查看图

图24:项目的部分，Author 点击此处查看图

图25:地下室，作者 点击此处查看图

图26:安装材料的立面和细节，作者 点击此处查看图