Как правильно рассчитать купольный дом. Расчет и конструирование элементов сферического покрытия

Теплица на даче давно стала не только подспорьем в выращивании овощей, но еще и возможностью реализовать свои творческие амбиции. Среди всех новаторских решений особого внимания заслуживает геодезический купол – детище современной архитектуры. Интерес к оригинальной конструкции объясняется просто – установить такую теплицу на своем участке под силу даже неопытному мастеру – полусфера легко собирается из простых деталей, а производительность ее грядок не уступает урожаям из стандартных сооружений.

Геодезический купол – красиво, практично и просто

Рост популярности купольных теплиц объясняется несколькими факторами:

Для установки не нужен прочный фундамент, так как ее конструкция значительно легче, чем аналогичные по площади привычные укрытия.
Сооружение легко монтируется и разбирается, при необходимости его несложно перенести на новое место.
Полусферическая форма отличается высокой прочностью и стабильностью. Ячеистый каркас лучше противостоит сильным ветрам, легко выдерживает снегопады и обладает хорошей сейсмоустойчивостью.
По сравнению с традиционными формами укрытий, строительство теплицы-купола обходится дешевле, так как для монтажа не требуется сложное оборудование. В строительстве используются простые доступные материалы – деревянные бруски или пластиковые трубки для каркаса, шурупы, поликарбонат, агроволокно или парниковую пленка для обшивки.
За счет уникальной секционной структуры отпадает необходимость в установке внутренних опор, а это существенно экономит стройматериалы.
В отличие от прямоугольных теплиц в полусфере, не нужно ориентировать грядки относительно сторон света – растения всегда хорошо освещены.

В геокуполе легко обеспечить необходимый микроклимат для выращивания нескольких урожаев огородных культур за год. Грунт всегда хорошо прогревается, а для поддержания стабильности температуры используются экологичные тепловые аккумуляторы – резервуары с водой.

Зимой геокупол способен выдержать даже сильный снегопад

Как самостоятельно построить купольную теплицу

Построить такое сооружение на своем участке несложно. Для этого потребуется рассчитать размеры секций, распечатать схему сборки, подготовить детали каркаса, расчистить место для установки теплицы и можно приступать к монтажу.

Варианты купольных теплиц

Принципы конструирования купольного каркаса

По своей сути все геодезические купола – это многогранники, грани которых образовывают поверхность, максимально приближенную по форме к сфере. Форма граней может быть разной, но треугольник считается самым стабильным и устойчивым. Поэтому в большинстве случаев основным структурным элементом для создания полусферического каркаса является треугольник.

Треугольные секции – основа обтекаемого и устойчивого каркаса

Для строительства каркаса малых купольных строений на дачных участках – теплиц, беседок, гостевых домиков – чаще всего применяют каркасно-щитовую технологию на основе равнобедренных треугольников разного размера. Чем меньше размер секций, тем больше их потребуется для создания сферического парника. Принцип их соединения между собой похож на пошив футбольного мяча – треугольники соединяются в выпуклые шести- и пятиугольники, которые объединены в устойчивую полусферу.

Совет! Если при расчете геокупола не учитывались углы соединения фрагментов, то монтаж лучше проводить при помощи коннекторов с 4, 5 и 6 лопастями.

Формула расчета длины элементов купола

Чтобы не ошибиться в процессе сборки, нужно заранее все высчитать длину всех ребер, правильную последовательность их чередования, углы соединения элементов. Для составления оптимальной схемы необходимо пользоваться специальными формулами. В основу расчета геодезического купола ложатся конкретные размеры:

радиус основы сооружения;
высота теплицы (выраженная в дробном отношении к диаметру сферы, H);
частота разбивки на секции (V).

Деревянные бруски для монтажа

Чем выше числовой индекс V (1, 2, 3…), тем больше типов ребер потребуется подготовить. Купол 1V – это усеченный икосаэдр, все ребра одной длины. Такое сооружение больше похоже на пирамиду с пятью гранями. Для строительства домашней теплицы лучше всего подходят купола 2V (два вида ребер, H= радиусу) и 3V (ребра А, В, С, высота сооружения Н= 5/8, 7/12, 5/12 диаметра).

Длина каждого вида ребер (La, Lв, Lс…) рассчитывается по формуле L=R*K, где R – это радиус основания каркаса, а K – коэффициент по частоте разбивки.

Таблица коэффициентов

Для вычисления необходимого количества материала для обшивки используют формулу расчета площади сферы: S=2π *R*H, где R – радиус основания, а H – вычисленная высота теплицы. Например, при радиусе основания 3V теплицы 4 м и высоте 3/8d, расчет площади будет таким:

S=2*3,14*4*(3/8*8) = 75,36 м2

Подготовка к монтажу каркаса

При строительстве геодезического купола своими руками для каркаса нужно выбирать легкий и прочный материал – деревянные бруски, нетяжелые металлические пруты или пластиковые трубы. Деревянные бруски перед покраской лучше пропитать противогрибковым составом. При подготовке фрагментов крайне важно соблюдать точность разметки – все детали одного типа должны быть взаимозаменяемы.

Совет! Окрашивайте ребра одинаковой длины одним цветом. Например: ребра А – красные, В – синие, С – желтые. Для облегчения работы с цветной схемой сборки маркировка готовых ребер должна совпадать с маркировкой на чертеже.

Количество ребер по типам и коннекторов для монтажа каждого вида купола высчитывается по схемам.

Полевые работы и монтаж основания

Для установки геодезического купола на даче необходимо выбрать открытый незатененный участок. Плодородную почву с площадки можно временно удалить, а саму поверхность засыпать глиной и тщательно выровнять и утрамбовать. Если почва неустойчивая, то под основание придется залить небольшой фундамент или вбить опорные сваи под каждый угол основы (форма фигуры повторяет очертания нижнего ряда схемы – десяти-, восьми- или двенадцатиугольник).

Высота основания зависит от того, как предполагается использовать постройку – для легкого летнего парника хватит 15-20 см, а для зимней теплицы с теплыми грядками лучше поднять стенки на 50-70 см. Основу обычно изготавливают из толстого бруса или деревянных щитов. Невысокое временное сооружение можно установить прямо на кирпичи или камни, уложенные под углы нижнего ряда каркаса.

Монтаж основы купольной теплицы

Сборка и обшивка каркаса

Конструкцию собирать лучше снизу-вверх, соединяя ребра коннекторами или шурупами в соответствии со схемой. Вершину купола удобнее собрать на земле, и только потом прикрепить к каркасу. Заниматься монтажом такого «конструктора для взрослых» лучше с помощником – так удобнее фиксировать детали. Для входа во время сборки вместо нескольких элементов купола вставляется дверная коробка.

Совет! Для вентиляции установите в верхней части купола 2 рамки-форточки, изготовленные по внутренним размерам треугольного элемента.

Следующий этап – обшивка каркаса. Для этих работ выбирается плотный прозрачный материал – парниковая пленка, поликарбонат или стекло. Существует несколько способов укрыть купольную теплицу:

готовый каркас обтягивают пленкой поверху;
вырезают треугольники из поликарбоната (по размеру каждой ячейки каркаса) и крепятся, как мозаика;
в ячейки каркаса вставляют стекло.

После того как купол полностью обшит, нужно проверить его герметичность. При необходимости места соединения реек и обшивки дополнительно герметизируют.

Проект теплицы с грядками

Внутреннее обустройство геотеплицы

Сборка геокупола своими руками завершена, самое время обустроить его внутри. До закладывания грядок необходимо подготовить системы обогрева, полива и вентиляции. Внутри купола по северной стороне необходимо закрепить блестящий материал (фольгу, металлизированную пленку) – так растения и резервуары с водой получат больше света и тепла.

Температура в теплице поддерживается с помощью самодельных аккумуляторов тепла – под светоотражающим щитом устанавливают несколько бочек с водой. Вода за день нагреется, благодаря чему ночью внутри будет поддерживаться необходимая температура. Эту же воду можно использовать для капельного полива.

Примерная схема внутреннего устройства геодезической теплицы

Для обогрева грядок под слоем почвы можно уложить гофрированные трубы, в которые будет подаваться теплый воздух.

Трубы засыпают слоем навоза или компоста. Теплый воздух циркулирует по системе под грядками благодаря вентилятору, подключенному к солнечной батарее. Дополнительно для аккумуляции тепла в центре теплицы можно установить несколько пятилитровых фляг, также заполненных водой. Кроме встроенных форточек, можно установить автоматическую систему вентиляции для проветривания по расписанию.

Грядки в купольной теплице располагают по периметру.

Ширину грядки лучше делать не больше, чем 1,5 м, иначе тяжело ухаживать за растениями. Какую именно грядку обустроить – дело вкуса. Можно построить стандартные – до 40 см в высоту, высокие или теплые, вертикальные или двухъярусные. При большом радиусе основания в центре обычно обустраивают грядку-клумбу, на которой высаживают высокорослые или вьющиеся культуры.

Грядки в два яруса хорошо освещаются под прозрачным сводом

Геодезические теплицы на природном обогреве подходят для выращивания любых культур в период с ранней весны и до ноября. При достаточно большом объеме купола и наличии дополнительного отопления и подсветки такие теплицы пригодны для круглогодичного использования даже в районах с умеренным климатом.

Как видите, самостоятельно построить на участке оригинальную теплицу-купол несложно. И если учесть, что затраты на ее создание и содержание несколько меньше, чем для других укрытий, то можно смело сказать, что популярность таких сооружений будет расти с каждым годом.

Расчет геодезического купола производится по заданному радиусу (площади поверхности основания), с целью получить:

Расчетные размеры ребер и их количество
Количество и тип требуемых коннекторов
Значения углов между ребрами
Требуемые высоту, общую площадь постройки
Площадь поверхности купола

Площадь основания купола рассчитывается по заданному радиусу - S=π *R 2 . При этом надо учитывать, что реальная площадь получится несколько меньше, вследствие того, что радиус купола считается, обычно, по внешней поверхности полусферы (по "вершинам"), и стенки купола имеют также определенную толщину.

Высота геодезического купола определяется по заданному диаметру, и может быть для четной частоты разбиения 1/2, 1/4 диаметра (при большой частоте может быть и 1/6, 1/8). Для нечетной - 3/8, 5/8 диаметра (и т.д.).


4V, 1/4 сферы	4V, 1/2 сферы

Площадь поверхности геодезического купола рассчитывается по известной формуле расчета площади сферы - S=4π *R 2 . Для купола, равного 1/2 сферы, формула будет иметь вид - S=2π *R 2 . В более сложному случае, когда речь идет о площади сегмента, сферы, формула расчета - S=2π *RH , где H - высота сегмента.

Расчет конструктивных элементов геодезического купола можно производить с использованием готовых таблиц, в которых заданы:

Количество ребер купола одинаковой длины - ребра A, B, C, D, E, F, G, H, I. У купола с частотой 1V одно ребро - A. У купола с частотой 2V два ребра - A, B. У купола с частотой 3V три ребра - A, B, C. И т.д.
Количство и тип используемых коннекторов - 4-х конечные, 5-ти конечные, 6-ти конечные.
Коэффициенты пересчета длин ребер купола на радиус купола. К примеру, если вы хотите построить купол с частотой 2V высотой 1/2 и радиусом 3,5 метра, вам надо величину радиуса (3,5) умножить на коэффициент 0,61803 для определения длины ребра А, и умножить на коэффициент 0,54653 для определения длины ребра B. Получим: А=2,163м, В=1,912м.

1V купол

2V купол

Ребра	Коэффициенты	Количество для 1/2
A	0,61803	35
B	0,54653	30
4-х конечный коннектор		10
5-ти конечный коннектор		6
6-ти конечный коннектор		10

3V купол

Ребра	Коэффициенты	Количество для 3/8	Количество для 5/8
A	0,34862	30	30
B	0,40355	40	55
C	0,41241	50	80
4-х конечный коннектор		15	15
5-ти конечный коннектор		6	6
6-ти конечный коннектор		25	40

4V купол

Ребра	Коэффициенты	Количество для 1/2
A	0,25318	30
B	0,29524	30
C	0,29453	60
D	0,31287	70
E	0,32492	30
F	0,29859	30
4-х конечный коннектор		20
5-ти конечный коннектор		6
6-ти конечный коннектор		65

5V купол

Ребра	Коэффициенты	Количество для 5/8
A	0,19814743	30
B	0,23179025	30
C	0,22568578	60
D	0,24724291	60
E	0,25516701	70
F	0,24508578	90
G	0,26159810	40
H	0,23159760	30
I	0,24534642	20
4-х конечный коннектор		25
5-ти конечный коннектор		6
6-ти конечный коннектор		120

Заказать проектирование и строительство купольного дома под ключ Вы сможете на сайте dizayndoma.ru , где также представлено подробное описание всех этапов работ и финансирования с указанием стоимости.

Подробным калькулятором для расчета длин стропильных частей купольного дома вы можете воспользоваться на Интернет-ресурсе - www.acidome.ru , очень удобный калькулятор с описанием для применения. А мы также предоставляем видео, которое можно использовать как видео-инструкцию по пользованию данным калькулятором.

На видеоролике видно, каким образом нужно использовать калькулятор и как правильно выбирать длину стропильной части элементов купольного дома. Вы сможете самостоятельно рассчитать длину и изготовить все деревянные стропила, чтобы в последствии построить купольный дом своими руками.

В нашей компании вы можете заказать вентиляцию бризер для дома цена Тион о2 составляет 21 300 руб. Возможны различные комплектации вентиляционной установки дополнительными фильтрами для очистки воздуха по медицинским стандартам. Использвание Бризер Тион О2 является отличной профилактикой таких заболеваний дыхательной системы, как астма, бронхит или аллергия.

Отправить заявку на строительство купольного дома можете

Помимо расчета длин конструктивных элементов, видео покажет, как правильно обработать поверхности всех деревянных деталей, где просверлить отверстия под крепление болтовыми соединениями и как соединить все конструктивные элементы коннекторами.

Вам нужен надежный кондиционер? Рекомендуем заказать инверторную сплит-систему Gree с современным дизайном внутренних блоков. Для оформления заказа перейдите по ссылке.

Применяемое оборудование и инструменты

Конечно, необходимо будет использовать сверлильный и токарный станки, а также другой ручной инструмент, но вы хотя бы наглядно увидите, как это сделать правильно.

Просмотр данного видеоролика вам позволит произвести сборку купольной конструкции вашего дома своими руками, вы увидите подробную технологию строительства конструкции и ответы на многие вопросы, связанные с возведением вашего дома-купола.

Калькулятор для расчета деталей купольного дома показывает в разных цветах различные конструктивные детали, это очень удобный инструмент, без которого вам просто не обойтись при самостоятельном проведении строительных работ.

Как правильно производить расчет длин стропильных частей?

Обязательно обратите внимание, при пользовании калькулятором, на то, что использование коннектора другого вида, который отличается от представленного в видеоролике, может повлечь за собой необходимость в изготовлении стропильных частей других длин.

Всё будет зависеть от того, какое расстояние между болтовыми соединениями стропильных частей, исходя из этого, уже и следует производить правильный расчет длины.

Также обратите внимание и на то, что коннекторы могут быть пятилучевыми или шестилучевыми, все зависит от места их размещения в конструкции самого каркаса купольного дома и от того, сколько стропил, они будут соединять.

На въезде вашей территории загородного дома мы рекомендуем установить ворота с автоматикой и аксессуарами безопасности. Такими автоматическими воротами будет не только комфортно управлять, но и совершенно безопасно.

Назначаю стрелку подъема вычисляют радиус сферы купола (рис. 6).Стрелка подъема куполаf:

Радиус сферы:

Центральный угол сферы определяется:

Длина дуги купола в вертикальной плоскости:

Половину длин дуги следует разделить на целое число ярусов щитов покрытия и выделить радиус верхнего центрального кольца. Принимаю длину щита по дуге окружности
при этом радиус центрального кольца согласно рис. 6.:

- уплотняют после расчета радиальных ребер. Определяю число щитов в одном ярусе, исходя из ширины щита по опорному кольцу
Количество щитов в одном ярусе:

принимаем

Рис. 6. Схема ребриста – кольцевого купола.

Купол собирается из трех типов трапециевидных щитов, изготовленных на заводе. Расчетными элементами купола являются:

Радиальные ребра;

Промежуточные кольца;

Опорное кольцо;

Ширина щитов:

Сбор нагрузок на купол.

Нагрузки вертикального направления определяются по формуле:

Направленные вниз;

Направленные вверх;

где
- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузке по высоте:

По интрополяции для местности типа В коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, имеет величину К=0,770.

где
- дляIII района;
(п. 6)

- знак «-» учтен направлением ветровой нагрузки на покрытие.

Нагрузки горизонтального направления на верхнюю часть резервуара (0,4Н) учитывают:

Нагрузки, вызывающие сжатие опорного кольца купола в виде активного давления ветра и вакуума, определяют по формуле:

где
. Коэффициент К находится на высоте

Нагрузки, вызывающие растяжение опорного кольца;

ветровой откос и избыточное давление по формуле:

Вертикальная сосредоточенная нагрузка на узел пересечения радиального ребра с кольцом определяется по формуле:

Для 1-го кольца, при

Направленная вверх:

Направленная вниз:

Для 2-го кольца, при

Направленная вниз:

Направленная вверх:

Расчет радиального ребра купола.

Наиболее напряженным будет радиальное ребро между опорным и вторым кольцами. Расчетная схема радиального ребра изображена на рисунке 7.

Найдем углы наклона касательной с осью Х в уровнях опорного кольца (
) и
2-го кольцапо формуле:

;

Рис. 7. Расчетные схемы радиального ребра купола на нагрузки:

а – горизонтальную; б – вертикальную; в – местную.

;
.

Вычислим в уровне первого кольца при

Для опорного радиального ребра средний угол наклона касательных:

;

то же для ребра между вторым и первым кольцами:

Определенная вертикальная нагрузка на опорное радиальное ребро находится:

;

Продольные сжимающие усилия в опорном ребре:

;

, где

Суммарное продольное сжимающее усилие в опорном ребре определяется по формуле:

Найдем наибольшее значение изгибающего момента в опорном радиальном ребре от распределенной нагрузки (рисунок 8):

Левая опорная реакция:

Рис. 8. Схема загружения опорного ребра распределенной нагрузкой.

Найдем положение сечения с наибольшим изгибающим моментом по формуле:

где

Максимальное значение изгибающего момента:

Радиальные ребра конструирую из двух прокатных швеллеров (рисунок 9), из стали марки ВСт3пс6-1 (
). Ребро работает на сжатие с изгибом, т.е. на внецентренное сжатие.

Рис. 9. Сечение радиального ребра. Швеллер № 30.

Считаю, что настил приваривается к радиальным и поперечным ребрам щитов, тем самым обеспечивается устойчивость ребра. Поэтому радиальное ребро буду рассчитывать только на прочность. Задаюсь швеллером №30 () и проверим радиальное ребро на прочность по формуле:
;

Проверяю принятое сечение радиального ребра на другую комбинацию нагрузок (и), вызывающих растяжение.

Продольные растягивающие усилия в ребре:

;

Распределенные нагрузки:

;

Поскольку интенсивность распределенной нагрузки, направленной вверх, меньше интенсивности, направленной вниз, то проверку на прочность ребра по растягивающим усилиям проводить не следует.

Уточню радиус центрального кольца
из условия закрепления в нем радиальных ребер щитов из двух швеллеров № 30 (
). Учитывая, что ширина двух полок швеллера
; толщина промежуточного ребра
; зазор 5мм; ширина опирания ребра составит., тогда радиус центрального кольца:
.

Длина щита верхнего яруса купола составит:

Радиальные ребра радиусов щитов испытывают меньшие нагрузки: и др. Поэтому можно оставить сечение радиальных ребер постоянным из двух швеллеров № 30.

Можно исходя из одного параметра подобрать другие, посчитаются автоматически. Радиус основания может отличаться от радиуса сферы только при круглении края фигуры.

Ребра

Внимание! Длина указана по верхнему краю (обычно он длиннее), в некоторых случаях (например, ? сферы) общая длина изделия может быть больше за счет нижнего края. Так происходит при выравнивании (до окружности) края фигуры, ибо ЭВМ-программа пытается сориентировать ребра кромки в одну общую для них плоскость, это нужно для удобства установки конструкции на плоскость (поверхность планеты, например).

Учтите, что длины ребер указаны от-точки-до-точки, таким образом коннекторы (в каком бы они ни были исполнении) "съедают" часть длины с каждой стороны.

Как узнать угол пяти угольного и шести угольного сигмента? Угол то есть кладём его по плоскости и центр оттягиваем на верх!??? Очень надо помогите пожалуйста

Каркас купола

Есть несколько способов сборки каркаса купола. Самый простой и доступный – бесконнекторный способ, которым можно спокойно собирать купола до 40 м в диаметре.

Сравнение по кол-ву материалов

На производство рубленого дома площадью 250 м 2 требуется более 150 м 3 . оцилиндрованного 22-го бревна, строительного и отделочного пиломатериала. В это же время, на строительство одного пассивного деревянного геодезического купола 14 м в диаметре, с тремя этажами, общей площадью 350 м 2 требуется 10м 3 пиломатериала, 12 м 3 плитного материала (ЛВЛ, ОСБ3, ФСФ). ВСЁ !!!