Kubah Geodesi
Latar Belakang
Bola geodesik adalah susunan poligon yang mendekati bola sejati. Kubah geodesik adalah bagian dari bola geodesik. Bangunan atau atap telah dibangun dari kubah geodesik yang berkisar 5-100% dari bola. Kubah yang digunakan untuk rumah biasanya berupa susunan segitiga yang membentuk tiga atau lima per delapan bola geodesik.
Kubah geodesik adalah struktur yang efisien dalam beberapa cara. Segitiga adalah bentuk yang sangat stabil; misalnya, gaya yang diterapkan pada sudut persegi panjang dapat mengubah bentuknya menjadi jajaran genjang, tetapi gaya yang sama tidak akan mengubah bentuk segitiga. Hal ini membuat bangunan kubah geodesik sangat tahan terhadap kekuatan seperti penutup salju, gempa bumi, angin, dan bahkan tornado. Luas permukaan kubah geodesik hanya 38% dari luas permukaan bangunan berbentuk kotak yang menutupi ruang lantai yang sama. Ada lebih sedikit permukaan yang terkena fluktuasi suhu di luar ruangan, membuat bangunan lebih murah untuk dipanaskan dan didinginkan daripada struktur bujursangkar. Kubah geodesik dapat dibangun dengan cepat tanpa alat berat. Dengan menggunakan komponen prefabrikasi, hanya dibutuhkan beberapa orang untuk mendirikan kubah untuk rumah seluas 185 meter persegi dalam 10 jam atau kurang.
Kubah geometris menopang dirinya sendiri tanpa memerlukan kolom internal atau dinding penahan beban interior. Properti ini membuat struktur seperti itu menarik untuk digunakan sebagai gereja, arena olahraga, dan ruang pameran. Daya tarik estetis dari langit-langit yang tinggi membuatnya menarik sebagai rumah, dan lantai penuh atau sebagian lantai dua dengan mudah digantungkan di tengah-tengah penutup tanpa penyangga apa pun selain pemasangan pada kubah itu sendiri.
Sejarah
Pada tahun 1919, mencari cara untuk membangun planetarium yang lebih besar, insinyur Jerman Walter Bauersfeld memutuskan untuk memasang proyektor bergerak di dalam kubah stasioner. Sampai saat itu, kubah planetarium berputar sementara cahaya eksternal masuk melalui lubang pada cangkang kubah untuk mensimulasikan bintang dan planet. Ini membatasi ukuran praktis kubah dan jumlah orang yang bisa ditampungnya. Konsep proyeksi interior Bauersfeld akan bekerja di kubah yang jauh lebih besar. Model pertama yang dibangun lebih dari setengah bola; 52 kaki (16 m) dengan diameter. Bauersfeld memecahkan masalah bagaimana membangun bola sebesar itu dengan mengaproksimasikannya dengan ikosahedron (padatan 20 sisi dengan wajah segitiga yang sama) dan membagi setiap wajah menjadi segitiga yang lebih kecil. Dia membingkai segitiga dari hampir 3.500 batang besi tipis. Untuk membangun cangkang bulat di atas kerangka ini, ia mendirikan bentuk kayu bulat di dalam bingkai dan menyemprotkan campuran beton pucat. Cangkangnya dirancang dengan ketebalan proporsional yang sama dengan cangkang telur dibandingkan dengan diameternya, rasio yang kemudian dianggap sesuai untuk kubah geodesik.
Tiga puluh tahun kemudian, R. Buckminster Fuller, seorang arsitek, insinyur, penyair, dan filsuf Amerika, secara independen menemukan sistem struktur serupa. Setelah Perang Dunia II, Fuller ingin merancang perumahan yang terjangkau dan efisien yang dapat dibangun dengan cepat dari komponen yang diproduksi secara massal. Bersedia untuk melihat di luar pendekatan konvensional, Fuller mulai bekerja dengan bentuk bola karena mereka menutupi ruang tertentu dengan luas permukaan minimum. Dia pertama-tama membingkai bola dengan jaringan strip yang mendekati lingkaran besar (lingkaran pada bola dengan pusat yang bertepatan dengan pusat bola); strip membentuk segitiga saat mereka saling bersilangan. Dia menyebut produk tersebut sebagai kubah geodesik karena lingkaran besar dikenal sebagai geodesik (dari kata Yunani yang berarti membelah bumi). Akhirnya, Fuller mulai membentuk bola dari segi enam dan segi lima (seperti panel pada bola sepak) dan membaginya menjadi segitiga untuk kekuatan dan kemudahan konstruksi.
Pada tahun 1953, Fuller menggunakan sistem barunya untuk menutupi halaman berdiameter 93 kaki (28 m) yang dikelilingi oleh gedung kantor pusat Ford Motor Company. Bangunan itu tidak dirancang untuk menopang berat kubah tradisional yang besar, tetapi kreasi Fuller memiliki bobot 95% lebih ringan. Dia menyelesaikan desain dan konstruksi hanya dalam tiga bulan. Tiang sementara yang didirikan di tengah halaman menopang kubah selama konstruksi, dan strukturnya dinaikkan dan diputar secara bertahap setelah penyelesaian setiap bagian baru. Rangka terdiri dari 12.000 penyangga aluminium dengan berat total 3.750 lb (1.700 kg) yang dihubungkan untuk membentuk segitiga dan kemudian diangkat ke posisinya dan dipaku ke rangka yang sedang tumbuh. Ketika kubah selesai, kubah itu diturunkan dengan hati-hati ke atas tunggangan yang telah dipasang di gedung yang ada. Panel fiberglass bening dipasang di setiap segitiga untuk melengkapi kubah.
Pada tahun 1954, Fuller menerima paten pada kubah geodesik. Selama tahun 1960-an dan 1970-an, era di mana ketidakkonvensionalan dihargai, kubah geometris menjadi populer sebagai cara murah bagi orang yang sadar lingkungan untuk membangun rumah mereka sendiri. Instruksi tersedia secara luas, tetapi kualitas bahan (termasuk pilihan aneh seperti mesin kertas dan kaleng bekas) dan keterampilan pembuat do-it-yourself tidak konsisten. Kubah buatan amatir cenderung bocor saat hujan, penggunaan insulasi yang tidak memadai membatasi efisiensi energinya, dan jumlah skylight yang tidak memadai membuat interior menjadi suram.
Fuller memperkirakan bahwa sejuta kubah geodesik akan dibangun pada pertengahan 1980-an, tetapi pada awal 1990-an, perkiraan menempatkan jumlah di seluruh dunia antara 50.000 dan 300.000. Sebuah kontingen kecil tapi gigih dari pembangun rumah yang tidak konvensional terus membangun rumah kubah geodesik, terutama dari kit. Namun, Hari Berita melaporkan pada tahun 1992 bahwa sebagian besar struktur kubah geodesik telah dibangun untuk rumah kaca, gudang penyimpanan, tempat perlindungan pertahanan, dan tempat wisata. Salah satu yang paling dikenal adalah bola berdiameter 165 kaki (48 m) di Epcot Center Walt Disney World. Dibangun dari panel komposit plastik etilen dan aluminium pada tahun 1982, struktur ini menampung wahana yang disebut Spaceship Earth, istilah yang diciptakan oleh Fuller sendiri.
Bahan Baku
Kubah geodesik memiliki berbagai ukuran dari arena olahraga Poliedro de Caracas 460 kaki (143 m) di Venezuela hingga tempat penampungan sementara yang berdiameter 15 kaki (5 m) atau kurang. Akibatnya, bahan konstruksi sangat bervariasi. Struktur sederhana yang dapat dipindahkan dapat dibuat dari pipa polivinil klorida (PVC) atau rangka saluran baja galvanis yang dilapisi dengan terpal plastik atau kanopi parasut. Struktur besar dan permanen seperti arena dan pabrik telah dibangun dari bahan seperti aluminium dan penyangga rangka baja yang dilapisi dengan panel aluminium, tembaga, gipsum struktural, akrilik, atau kaca.
Sebagian besar produsen kit kubah perumahan menggunakan komponen kayu, terutama struts cemara Douglas yang dikeringkan dengan kiln yang dilapisi dengan kayu lapis kelas eksterior atau struktural 0,5 inci (1,3 cm). Kit tersebut mencakup berbagai desain konektor untuk mengencangkan penyangga kayu dengan aman dalam konfigurasi yang tepat; aluminium berkekuatan tinggi, atau baja yang dilapisi dengan seng, epoksi, atau primer industri biasanya digunakan untuk konektor. Baut baja berlapis seng mengamankan konektor dan panel dipaku.
Beberapa produsen kit menggunakan bahan alternatif untuk membuat panel prefabrikasi yang menggabungkan bingkai dan penutup eksterior. Satu, misalnya, membuat panel fiberglass yang dicetak. Pasokan lain panel beton bertulang; jaring baja yang memanjang dari tepi panel tumpang tindih dengan jaring dari panel yang bersebelahan, dan sambungannya disegel dengan beton.
Kebanyakan kit kubah dibangun di atas pelat pondasi beton. Seringkali, lempengan ini tersembunyi ke dalam tanah untuk menyediakan tingkat basement. Dinding pondasi dan dinding riser (dinding vertikal di bawah kubah yang dapat digunakan untuk menaikkan ketinggian keseluruhan) biasanya terbuat dari beton atau kayu. Insulasi interior umumnya Membangun kubah geodesik. terdiri dari batting fiberglass atau busa plastik urethane, selulosa, atau Icynene yang disemprotkan.
Desain
Meskipun rumah kubah dibangun dari kit yang diproduksi, desainnya fleksibel. Sebanyak setengah dari segitiga di baris terendah kubah dapat dihilangkan tanpa melemahkan strukturnya, sehingga bukaan pintu dan jendela dapat berlimpah. Ekstensi berdinding vertikal dapat dibangun dari bukaan tersebut untuk menambah ruang lantai. Kubah dapat diletakkan langsung di atas pijakan di permukaan tanah (dinding pendek yang tersembunyi ke dalam tanah untuk menahan beban bangunan), atau dapat didirikan di atas dinding yang lebih tinggi hingga setinggi 2,5 m.
Ruang harus disediakan antara dinding interior dan eksterior untuk mengakomodasi insulasi. Beberapa pabrikan membuat ruang ini dengan membuat penyangga dari kayu setebal 4-8 inci (10-20 cm). Yang lain membuat ruang ini setebal 14,5-21 in (37-53 cm) dengan menggunakan penyangga majemuk yang terdiri dari dua strip kayu yang disambung dengan gusset kayu lapis.
Proses Pembuatan
Berikut ini adalah gabungan dari teknik yang digunakan oleh beberapa individu menggunakan kit dari berbagai produsen.
Substruktur
- 1 Setelah membersihkan dan meratakan lokasi rumah, parit digali untuk pondasi pijakan, mengikuti gambar detail yang disediakan oleh produsen kit. Dasar kubah tidak melingkar; melainkan dibatasi oleh lima dinding pendek yang berselang-seling dengan lima dinding panjang (dua kali panjang dinding pendek). Formulir ditempatkan untuk pondasi; banyak pembangun suka menggunakan formulir styrofoam permanen yang tidak perlu dilepas. Beton kemudian dituangkan ke dalam cetakan pondasi.
- 2 Lapisan pasir dapat digunakan untuk lebih meratakan permukaan dan menyediakan dasar untuk pelat pondasi. Batang baja tulangan diikat menjadi satu dalam kotak, dan beton dituangkan untuk membentuk fondasi.
- 3 Dinding pondasi dibangun di atas pijakan, kira-kira setinggi permukaan tanah. Jika diinginkan, dinding riser (yang disediakan sebagai bagian dari kit) dipasang di atas dinding pondasi dan dibaut satu sama lain.
- 4 Balok lantai dipasang dengan papan kayu 2x12 (1,5x1,5 inci [3.8x29.2]) berdiri dengan jarak 16 inci (40 cm) di atas fondasi. Balok dipaku ke bingkai kayu perimeter dan balok kayu. Lembaran kayu lapis setebal tiga perempat inci (1,9 cm) diletakkan di atas balok dan dipaku di tempatnya.
Bangunan atas
Superstruktur biasanya terdiri dari 60 panel segitiga. Tergantung pada ukuran kubah yang diinginkan, panel biasanya berukuran 6-10 kaki (1,8-3 m) di samping. Mereka mungkin dibuat dengan panel eksterior terpasang, atau mereka dapat dibangun di lokasi dari kayu precut dan konektor logam.
Jika panel kubah disertakan dengan kit, panel tersebut dipasang di atas fondasi atau dinding riser dan dihubungkan satu sama lain dalam urutan yang ditentukan oleh pabrikan. Sampai panel yang cukup terhubung untuk menopang dirinya sendiri, panel tersebut harus disangga dengan tiang yang memancar keluar dari balok di tengah lantai. Langkah-langkah berikut menjelaskan kasus pemasangan rangka yang lebih umum diikuti dengan pemasangan panel eksterior:
- 5 Pelat dasar dipasang di atas fondasi atau dinding riser. Potongan kayu 4x6 inci (lOx15-cm) yang dimiringkan dengan tepat ini memberikan transisi antara tepi atas horizontal dinding dan segitiga yang sedikit miring dari strip panel bawah kubah.
- 6 Sesuai dengan kode warna pada penyangga kayu dan konektor logam kit, segitiga dibentuk dan diamankan dengan baut. Segitiga diangkat ke posisinya dan dibaut ke dinding dan/atau ke segitiga yang berdekatan. Baris berturut-turut elemen segitiga ditempatkan sampai kubah benar-benar terbentuk. Karena bobotnya yang ringan, segitiga tidak memerlukan penyangga tambahan untuk menahannya di tempatnya selama konstruksi.
- 7 Kancing kayu dipaku di dalam setiap segitiga. Berjalan tegak lurus ke satu sisi segitiga, mereka ditempatkan sekitar 16 inci (40 cm) terpisah. Jika jumlah stud yang digunakan ganjil, stud yang berada di tengah diamankan pada balok tegak lurus di dekat titik sudut segitiga, daripada memanjang ke titik sudut.
- 8 Tepi berkode warna yang serasi, panel kayu lapis diangkat ke posisinya di bagian luar setiap segitiga dan dipaku pada tempatnya. Dengan bekerja ke bawah dari atas kubah, pekerja dapat berdiri di atas kerangka terbuka di bawah sambil memasang setiap panel.
- 9 Dinding dan atap vertikal dibingkai untuk setiap ekstensi yang diinginkan yang akan menonjol keluar dari kubah. Panel kayu lapis dipaku ke permukaan luar ekstensi. Ekstensi atap juga dapat dipasang untuk jendela lantai dua.
Menyelesaikan
- 10 Jendela, skylight, dan pintu luar dipasang.
- 11 Atapnya dilapisi dengan terpal karet, dan digunakan bahan atap konvensional (seperti sirap atau genteng).
- 12 Bahan dinding konvensional (seperti plesteran atau dinding vinil) diaplikasikan pada bagian luar dinding riser.
- 13 Insulasi ditempatkan di antara strut dan stud di dalam kubah dan dinding ekstensi.
- 14 Dinding dibingkai untuk membagi interior menjadi ruangan. Lembaran drywall konvensional dipotong sesuai dengan pola yang disertakan dalam kit, dan dipaku ke dinding interior dan permukaan bagian dalam kubah dan dinding riser. Karena banyaknya sudut antara bagian segitiga kubah, pembangun amatir sering menyewa seorang profesional untuk merekatkan sambungan drywall.
Kontrol Kualitas
Struktur kubah geodesik yang berkualitas kedap udara dan kokoh secara struktural. Ini adalah faktor-faktor yang menurunkan biaya energi, pertimbangan utama saat membangun rumah geodesik. Karena strukturnya pada dasarnya kedap udara, kondensasi terkadang bisa menjadi masalah. Biasanya dikendalikan oleh sistem pemanas dan pendingin, tetapi ketika rumah ditutup selama beberapa hari, kelembapan dapat menumpuk. Ini mudah diselesaikan dengan menyalakan sistem udara atau membuka pintu atau jendela.
Richard Buckminster Lebih Lengkap.
Richard Buckminster Fuller lahir 12 Juli 1895, di Milton, Massachusetts. Dia masuk Universitas Harvard pada tahun 1913 tetapi dikeluarkan dua tahun kemudian. Pada tahun 1917, ia menikah dengan Anne Hewlett dan membentuk sebuah perusahaan konstruksi. Pada tahun 1923, Fuller menemukan metode peletakan batu bata benteng—batu bata dengan lubang vertikal yang diperkuat dengan beton. Pada tahun 1927 ia merancang rumah Dymaxion rakitan pabrik, unit mandiri yang digantung di tiang pusat dengan sistem daur ulang lengkap. Dymaxion adalah istilah yang dia gunakan untuk apa pun yang menghasilkan output maksimum dari input minimum. Fuller juga merancang mobil Dymaxion—kendaraan omnidirectional yang memberikan hambatan angin minimum—pada tahun 1928. Kendaraan ini dapat menampung 12 kursi, berbelok 180°, berlari dengan mudah pada kecepatan 120 mph (193 km/jam), dan rata-rata 28 mi/gal (12 km/jam). I) tetapi tidak menguntungkan karena produsen mobil tidak akan memproduksinya secara massal.
Kehancuran finansial Fuller datang pada tahun 1940 dengan Dymaxion Deployment Unit (DDUj, unit tempat tinggal berpendingin sendiri melingkar dengan ruang baja bergelombang berbentuk kue. Inggris menggunakan DDU pada Perang Dunia II. Pada tahun 1949, Fuller mulai mengerjakan geodesik kubah. Dia mengajukan paten pada tahun 1951 dan menerima kontrak pada tahun 1953 dari Ford Motor Company untuk membangun kubah di atas halaman kantor pusat mereka di Detroit. Departemen Pertahanan AS menjadi pelanggan terbesar Fuller, menggunakan kubah sebagai unit perumahan sementara dan untuk melindungi peralatan radar dari lingkungan yang keras.
Pada saat kematiannya pada tahun 1983, kubah Fuller digunakan di seluruh dunia. Pada tahun 1985, fullerene ditemukan. Fullerene adalah atom karbon yang disusun dalam bentuk seperti bola dengan wajah pentagonal dan heksagonal, mirip dengan kubah geodesik. "Bola bucky" ini memiliki hingga 980 atom karbon.
Masa Depan
Penyempurnaan masa depan dalam konstruksi kubah geodesik mungkin berasal dari bahan bangunan yang ditingkatkan. Misalnya, pada tahun 1997 sebuah pabrik balok beton mengembangkan balok segitiga berongga, miring, dengan tepi bergaris yang dapat saling mengunci dengan balok yang berdekatan. Dibentuk dengan benar, balok-balok seperti itu dapat digunakan untuk membangun kubah.
Inovasi lain melibatkan merancang kubah berdasarkan premis matematika yang berbeda. Dalam kubah geodesik sejati, tepi elemen segitiga sejajar membentuk lingkaran besar. Meskipun bukan geodesik, desain baru yang dipatenkan pada tahun 1989 menggunakan segi enam dan segi lima untuk membentuk kubah dengan penampang elips. Karena derivasi matematisnya, desain ini disebut geotangen.
Meskipun kubah geodesik memaksimalkan kekuatan sambil meminimalkan bahan konstruksi, kubah profil elips menawarkan dua keuntungan berbeda. Mereka dapat menutupi area melingkar tanpa naik setinggi kubah bola. Dan mereka dapat menutupi area yang memanjang atau tidak beraturan dengan ketinggian yang bervariasi. Terletak di Meksiko utara, kubah industri terbesar di dunia adalah sepasang bangunan manufaktur yang ditutupi dengan atap elips dengan panjang 735 kaki (224 m) dan lebar 260 kaki (80 m).