Как сделать сферикон

Обновлено: 07.07.2024

Сферикон в виде линейчатой ​​поверхности . Две одинаковые биконусные половинки отмечены разными цветами.

Sphericon представляет собой твердое вещество , которое имеет непрерывную развертывающуюся поверхность с двумя конгруэнтными полукруглыми ребрами и четыре вершин , которые определяют квадрат . Это член особого семейства роликов, которые при катании по плоской поверхности приводят все точки своей поверхности в контакт с поверхностью, по которой они катятся. Он был обнаружен независимо друг от друга плотника Колин Робертс (который назвал его) в Великобритании в 1969 году [1] танцора и скульптор Алан из MOMIX в 1979 году [2] и изобретатель Дэвид Хирш, который запатентовал его в Израиле в 1980 году [ 3]

СОДЕРЖАНИЕ

Сферикон может быть сконструирован из биконуса (двойного конуса ) с углом при вершине 90 градусов путем разделения биконуса вдоль плоскости через обе вершины, поворота одной из двух половин на 90 градусов и повторного соединения двух половин. [4] В качестве альтернативы, поверхность сферика может быть сформирована путем вырезания и приклеивания бумажного шаблона в виде четырех круглых секторов (с центральными углами ), соединенных встык . [5] π / 2 >>

Площадь поверхности сфериона с радиусом определяется выражением р

ровно половина объема сферы того же радиуса.


Чертежи устройства с двумя полудисками для создания меандрового движения и сферикона из патентной заявки Дэвида Хирша.

Примерно в 1969 году Колин Робертс (плотник из Великобритании) сделал сферикон из дерева, пытаясь вырезать ленту Мебиуса без отверстия. [1]

В 1979 году Дэвид Хирш изобрел устройство для создания меандрового движения. Устройство состояло из двух перпендикулярных полудисков, соединенных по своим осям симметрии . Изучая различные конфигурации этого устройства, он обнаружил, что форма, созданная путем соединения двух полудисков точно в их центрах диаметров , на самом деле представляет собой каркасную структуру твердого тела, состоящего из двух полубиконусов, соединенных в своих квадратных поперечных сечениях с угол смещения 90 градусов, и что два объекта имеют точно такое же движение меандра. Хирш зарегистрировал патент в Израиле в 1980 году, а год спустя компания Playskool представила игрушечную игрушку под названием Wiggler Duck, основанную на устройстве Хирша .

Сравнение олоида (слева) и сферикона (справа) -

в изображении SVG наведите курсор на изображение, чтобы повернуть формы


Сейчас мало кого можно удивить новым жилым зданием, однако это правило не относится к популярным сферическим или купольным домам, проекты и цены которых до такой степени разнообразны, что не могут оставить равнодушным ни одного покупателя. Сферические постройки уникальны сами по себе, их конструкция выглядит необычно в любой местности. Причем невероятный внешний облик купольного дома — это не единственное его достоинство.

За счет своей уникальной конструкции каждый проект дома может значительно отличаться от другого, поскольку существует возможность использования кардинально различных деталей. Такие строительные объекты обладают высокой функциональностью. С каждым днем они становятся все популярнее на российском строительном рынке.

Что такое купольный дом: особенности и история возникновения

Под купольным домом принято понимать строительный объект со сферической, закругленной крышей. Однако это лишь общее описание такого типа построек. Многие отмечают, что купольный дом внешне похож на жилище эскимосов (на иглу).

Современные сферические здания выглядят просто невероятно, проекты поражают воображения. Для проектировщиков особой задачей является грамотное совмещение одной главной сферы с пятью боковыми. Готовый результат проекта во многом зависит от фантазии дизайнера и ваших личных предпочтений.

Первые сферические постройки появились еще в Византии, да и эскимосы стали создавать свои жилища в условиях экстремально низких температур еще много лет назад. Из этого можно сделать простой вывод – в древности дома округлой формы пользовались не меньшей популярностью, чем в наши дни, однако тогда для их возведения использовался более прочный материал – натуральный камень.

Северные народы первыми заметили, что сферические постройки обладают высокой ветроупорностью и сейсмоустойчивостью.

В 1951 году американский архитектор Ричард Бакминстер Фуллер предложил использовать сферическую конструкцию в качестве основы для строительства жилых построек.

Основные технологии возведения купольных домов

На сегодняшний день существует несколько технологий строительства, по которым возводятся купольные дома, проекты и цены соответственно тоже "играют" в ту или иную сторону, в зависимости от метода строительства. Они могут быть выполнены из таких материалов, как кирпич, монолит, пенобетон, пенопласт и даже глина. Причем постройки из кирпича, монолита и пенобетона мало чем отличаются от стандартных конструкций жилых домов. Технологии строительства купольных домов классифицируются на возведение:

  • на основе геодезической сферы;
  • на основе пневмокаркаса;
  • на основе несъемной опалубки.

Одной из самых распространенных технологий строительства сферического дома является совместное использование пенопласта и пенополистирола – при этом возведение постройки осуществляется посредством японского метода. Однако такие дома требуют дополнительных манипуляций для обеспечения круглогодичного проживания.

Самой бюджетной и приближенной к стандартным условиям является технология строительства купольных домов, основанная на каркасном методе строения. Как отмечают специалисты, для такого рода построек можно использовать каркас практически из любого материала (с достаточной прочностью и сроком эксплуатации). Для соединения деталей применяют коннекторы различных модификаций и размеров.

Какой фундамент подойдет для купольного дома

Вы определились с участком для возведения строительного объекта, приняли решение о том, что это будет именно дом купол, оформили проект планировки с установленными размерами, значит, пора переходить к возведению фундамента.

Его строительство требует предварительной подготовки – необходимо провести разметку на участке, определить нулевую отметку и другие параметры (для этих целей рекомендуем использовать нивелир – геодезическое устройство по определению разности высот). Не стоит пренебрегать и помощью профессионалов в области геодезических работ.

Сама суть купольного домостроения подразумевает отсутствие потолков и несущих опор. Это дает не только до 30% экономии на материалах стен и перекрытий: конструкция становится легкой и не требует массивного фундамента.

После того, как проведены все подготовительные работы, следует переходить к рытью траншеи под ленточный фундамент (это лучший вариант для создания купольного дома).

Также под дом купол часто применяют свайный вид фундамента.

Ленточный фундамент представляет собой железобетонную конструкцию, оборудованную по периметру всего строительного объекта. Как правило, такая установка состоит из обрешетки (арматурной сетки) и застывшей бетонной смеси. Для создания обрешетки подойдет арматура с диаметром 12 мм с проволочной обвязкой. Далее, проводится заливка цементно-песчанного раствора.

При выборе глубины траншеи учитывайте, что фундамент должен располагаться в месте промерзания грунта (это ниже нулевого уровня на 1500 мм).

При возведении свайного фундамента для постройки купольного дома, как правило, применяют винтовые, забивные или бетонные сваи в зависимости от качества грунта.

Каркасная технология купольного дома

При строительстве, проекты круглого дома, чаще всего подразумевают применение каркасной технологии – она обеспечивает легкость сооружения. Каркас собирается из специальных металлических труб или бруса, после чего получившаяся конструкция обшивается листовым стройматериалом (OSB плита либо фанера). В прослойках между листами укладывается утеплительный элемент (минеральная вата, джут, пенополистирол).

Для возведения каркаса купольного дома может использоваться и монолитный железобетон. Однако такой способ в нашей стране используется очень редко, за счет более низкой цены на пиломатериалы. Да и не стоит забывать о необходимости хорошей теплоизоляции купола, с которой дерево справляется гораздо лучше бетона.

На сегодняшний день существует два варианта каркасной схемы купольных домов: создание стратодезического или геодезического купола. Каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки. В процесс создания проекта постройки осуществляется выбор более подходящей модели каркаса.


Манфредо Массирони был итальянским архитектором, которому нравились сферические формы. Его творчеству принадлежит целая серия мебели, из которых наиболее известны книжная полка 7 на 7, и поменьше 5 на 5 (по количеству поверхностей). Для своей спальни я выбрала вариант с 5 досками, уменьшив размер под габариты комнаты и готова рассказать обо всех этапах ее изготовления и сборки.

Шаг 1: материалы и инструменты



Для изготовления мебели в стиле Массирони необходимо:

  • компьютер с программой CAD;
  • ровные сосновые доски;
  • бумага, карандаш;
  • ленточная пила и лобзик;
  • шлифмашинка и наждачная бумага;
  • долото;
  • 4 винта для крепления кронштейнов;
  • краска (необязательно);
  • рубанок.

Шаг 2: предварительные расчеты



Оригинальная полка от Massironi с 5 досками имеет диаметр 1676 мм и глубину 355 мм. Полка такого размера занимает много места, поэтому было решено уменьшить ее габариты на 2/3 от первоначальных размеров.

В результате расчетов диаметр моей полки составил 1100 мм, глубиной 240 мм.

Говоря о сферических поверхностях полки, диаметр и глубина указываются средней горизонтальной и вертикальной досок.

Шаг 3: измерения






Занимаясь расчетами в компьютерной программе, решено было остановиться на 4 отсеках на полке. Для этого размеры отсеков были выбраны равными 210×220 мм. Поскольку толщина досок составляла 15 мм, отсеки располагались на расстоянии 7,5 мм от центра.

Шаг 4: изготовление шаблона






Чтобы получить размеры в натуральную величину, на бумаге были нарисованы шаблоны, которые затем были перенесены на доски

Этот способ гораздо более безопасный и точный, чем вручную расчерчивать размеры на дереве.

Шаг 5: шлифовка



Все доски для проекта предварительно прошли через фуговальный станок. В результате у них получилась общая толщина в 1,5 см.

Шаг 6: перенос размеров



С помощью шаблонов перенесли все размеры на доски.

Шаг 7: обрезка досок




Вырезав доски по размеру с помощью ленточной пилы, обработали края на шлифовальном станке.

Шаг 8: изготовление пазов





Вначале делается пропил с двух сторон, а затем с помощью долота выбивается кусок дерева.

Шаг 9: сборка





Доски стыкуются в паз, начиная со средних секций. Там, где требовалось чрезмерное усилие для соединения, с помощью напильника пазы немного расширялись.

Не стоит прикладывать силу — древесина может лопнуть.

Шаг 10: установка подвесов





Устанавливаем четыре подвесных кронштейна и прикрепляем полку к стене.

Сосна не имеет большого веса, и 4 кронштейнов будет достаточно. Если же вы будете использовать более тяжелый дуб, необходимо предусмотреть другой способ крепления полки на стену.

Шаг 11: окрашивание





По предварительному плану полка должна была быть покрашена. Но когда она была повешена на стену, решено было подождать, т.к. сосновая древесина становится темнее со временем. Т.е в таком цвете полка должна была остаться минимум на год.

Но через несколько дней пришла новая идея — изменить цвет стены, что и было сделано. После этого полку снова повесили на стену и разместили на ней свои любимые вещи.

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

В представлении большинства людей жилой дом – прямоугольная коробка под скатной крышей.

Дом сфера – прихоть архитектора или подсказка природы?

Обратив внимание на этот природный феномен, инженеры исследовали механические свойства сферических и купольных конструкций. Оказалось, что они не только обладают отличной аэродинамикой, но и намного прочнее прямоугольных.


В наши дни сферические дома из области теоретики перешли в разряд практических технологий экологического строительства. Тысячи людей во всем мире успели оценить их преимущества и не жалеют о своем выборе.

Достоинства круглых построек

Деревянные или иные строения круглой формы обладают определенными достоинствами:

  1. Выдерживают большие нагрузки, к примеру, порывы сильнейшего ветра (до 240 км в час), давление слоя снега (около 700 кг на кв. м.). Таким домам не страшны землетрясения, они более крепкие по сравнению с прямоугольными зданиями.
  2. Занимая меньшую плоскостную площадь, сфера позволяет получать больший объем предполагаемого помещения.
  3. При самом строительстве экономятся материалы, уменьшаются трудозатраты.
  4. Крыши таких строений обычно не подвергаются протеканиям.
  5. Круглый дом, проект которого на сегодня имеет все большую популярность, позволяет применять новые строительные материалы. Технология возведения таких зданий допускает их строительство даже в регионах с суровыми климатическими условиями.



Проект двухэтажного дома круглой формы



Проект современного двухэтажного дома круглой формы

В жаркий период такие строения прогреваются намного меньше, и соответственно, нет нужды в применении кондиционирования.

Вернуться к оглавлению

Примеры и разновидности купольных конструкций

Сферическую конструкцию можно построить двумя способами:

  • В виде геодезического купола (собирается из треугольных каркасных ячеек, стыкуемых с помощью узловых элементов — коннекторов).
  • Из гнутых стоек или сегментов арочной формы, соединяемых вершинами (стратодезический купол).



Геодезический купол



Стратодезический купол



Гнутоклееные деревянные стойки для сборки стратодезического купола

Несмотря на различия во внешнем виде, эти конструкции отличаются минимальным весом, высокой жесткостью и устойчивостью.

Дома в форме сферы можно строить из любого материала, начиная от пенопласта и заканчивая бетоном. Выбор конкретного варианта зависит от технической оснащенности исполнителя. Для возведения жилых зданий чаще всего используют конструкции с деревянным каркасом.

Причин для этого несколько. Древесина – экологичный и прочный материал, обладающий высокой упругостью. Геодезические купола собирают из деревянных балок, соединяя их стальными коннекторами.



Каркас дома на основе геодезического купола

Стратодезические жилые конструкции строят из гнутоклееных балок.



Каркас здания на основе стратодезического купола

Японская технология сферических зданий основана на использовании гнутых пенопластовых блоков с замками. Из них собирают небольшие одноэтажные постройки. Пенопласт в таком доме выполняет сразу две функции: конструкционного материала и утеплителя.

Минимальный вес дома-сферы позволяет возводить его на мелкозаглубленном ленточном или свайном фундаменте. Для утепления секций используют минвату, солому, эковату или пенопласт.


Наиболее распространенный вид кровельного покрытия – мягкая битумная черепица. Этот материал идеально ложится на криволинейные поверхности.



Дом-сфера, покрытый битумной черепицей

Сторонники экостроительства делают выбор в пользу деревянного гонта – тонких дощечек, образующих оригинальное чешуйчатое покрытие.



Деревянный гонт естественно смотрится на сферическом здании



Двухуровневый дом на основе стратодезического купола с гонтовой облицовкой

Как мы уже говорили, материал для строительства сферического дома может быть разнообразным. Если вам больше нравится бетон, нет проблем.



Используя технологию набрызга, можно возводить купольные постройки из легкого бетона

Современные технологии позволяют строить такие дома с помощью пневмоопалубки из ПВХ, на которую наносится вспененный утеплитель. Затем по утеплителю ставят арматурный каркас и наносят на него бетонную смесь методом торкретирования.

Из одних соломенных блоков дом-сферу не построишь. Этот материал используют как утеплитель. Солому плотно набивают в ячейки из досок и собирают из них купол.



Пространственный каркас выполнен из деревянных ячеек, наполненных соломой












Оригинальный вариант: дом из соломы

Необычным вариантом может стать проект круглого дома из соломы. Для его возведения монтируют деревянный каркас, а стены выкладывают из соломенных блоков или смеси соломы и глины.

Обычно круглый дом из соломы строят на столбчатом или ленточном мелкозаглубленном фундаменте. Вначале выполняется обвязка из бруса — основа каркаса. После этого устанавливают стойки и горизонтальные ребра — все строение будет держаться на них. Затем собирается обвязка из соломы: маты-снопы укрепляют между стойками каркаса под углом в 45 градусов.

Далее, когда стены из соломы установлены, их оборачивают сеткой из металла или сверху соломы наносят глину. Изнутри стены также обмазываются глиной, а после ее полного высыхания покрывают побелкой. Кровля устанавливается любая, но лучше всего подойдет крыша жестяная из ондулина либо шифера.



Проект круглого дома из соломы

Важно! Каркасные строения из соломы в силу свойств стройматериала подвержены образованию плесени при повышенной влажности и заселению грызунами. Для борьбы с этими явлениями необходима хорошая паро- и гидроизоляция, увеличение плотности запрессованной в блоки соломы и обработка их раствором гашеной извести. Известь также требуется добавить в штукатурку.

Коттеджи из соломы прекрасно подходят для жилья, так как обладают неоспоримыми положительными качествами:

Археологи в результате раскопок получили подтверждение того, что в далеких друг от друга уголках мира в разные века в строительстве зодчие использовали круглые дома. Решение оправдано с точки зрения прочности конструкций. Такие здания обеспечивают высокий уровень тепло- и шумоизоляции. Проекты строений с круглым основанием начали строить чаще. Ведь это дает простор для создания интересных дизайнерских проектов.

Особенности строительства

Еще совсем недавно дом-купол был строительной экзотикой. За его возведение брались энтузиасты экологического движения и любители оригинальных конструкций. Сегодня интернет наполнен заводскими комплектами сферических домов. Необычное жилище на основе геодезического купола и стратодезическую конструкцию можно купить, не выходя из городской квартиры.


Тем же, кто предпочитает все делать собственными руками, мы рекомендуем остановиться на геодезическом куполе. В сборке он немного сложнее дома-сферы из полуарок, но зато не требует сложного оборудования для гнутья и склеивания древесины.

Самый ответственный узел конструкции – коннектор. От точности его изготовления зависит пространственная стыковка всех элементов. Поэтому для работы лучше купить готовый заводской комплект.


Следующий шаг – подготовка ребер каркаса из деревянных брусков толщиной 50 мм. Их ширина должна быть равной толщине утеплителя (минимум 10 см). Длину ребер выбирают, ориентируясь на сборочную схему геокупола.



Частота разбивки (V) поверхности купола – базовый элемент расчетов
Кроме частоты нужно определиться с диаметром купола и его высотой. Если вы купите готовый комплект коннекторов, то пользоваться онлайн калькулятором для расчета длин ребер вам не придется. Изготовитель делает коннекторы для сборки каркаса заданной высоты и диаметра.


Как показывает практика, купол диаметром 8 метров и высотой 4 метра оптимален для сооружения двухуровневого дачного дома общей площадью 64 м2, зимнего сада или сауны.

Для того, чтобы построить купольный дом своими руками нужно выполнить несколько операций:



Двухуровневый дом-сфера на стадии наружной обшивки плитой OSB
Некоторые застройщики делают первый этаж в виде многогранника, а второй венчают геокуполом.


Дверной проем идеально вписывается в дизайн сферического здания. А вот треугольные окна и доборные элементы дверной коробки обходятся дороже обычных. Их приходится заказывать как нестандартные изделия.


Строительство круглых домов — взгляд в будущее с обращением к корням

Владельцы круглых домов говорят, что их собственность имеет две важные особенности: практичность и дешевизна. На этапе строительства купольные дома на 30% дешевле традиционных, прямоугольных жилых помещений. У такого здания нет крыши и водосточных желобов. Все это одна большая крыша. Они выглядят небольшими снаружи, но впечатляют просторным интерьером внутри. Инновационные дома не требуют финансовых затрат, связанных с текущим ремонтом и дешевле в отоплении.

Читайте также: