ジオデシックドーム

ジオデシックドームは、ジオデシック多面体に基づいた半球形の 薄いシェル構造(ラティス シェル)です。ドームの剛性のある三角形の要素が構造全体に応力を分散するため、ジオデシック ドームはサイズの割に非常に重い荷重に耐えることができます。

最初のジオデシックドームは、第一次世界大戦後に光学会社カールツァイスイエナの主任技術者ヴァルター・バウアースフェルト^{[1]がプラネタリウムプロジェクターを収容する}プラネタリウム用に設計した。当初の小さなドームは、ドイツのイエナにあるカールツァイスヴェルケの屋上に、ダイカーホフ・アンド・ワイドマン社によって特許が取得され建設された。「イエナの驚異」と呼ばれるより大きなドームは、1926年7月に一般公開された。^[2]

20年後、バックミンスター・フラーは1948年と1949年にブラックマウンテン・カレッジで芸術家のケネス・スネルソンと行ったフィールド実験から「ジオデシック」という用語を作り出した。フラーは最初の発明者ではなかったが、このアイデアを米国で普及させた功績があり、1954年6月29日に米国特許2682235Aを取得した。 ^[3]フラー自身が建てた現存する最古のドームはマサチューセッツ州ウッズホールにあり、1953年に彼の指導の下、学生たちによって3週間かけて建てられた。^[4]

ジオデシック ドームは、重量の割に非常に強度が高く、その「全三角形」の表面が本質的に安定した構造を提供し、球体は最小の表面積で最大の容積を囲むため、フラーにとって魅力的でした。

ドームは、1956年にカナダで建設された21の遠距離早期警戒線のドーム、 ^[5] 1958年にSynergetics, Inc.のThomas C. Howardが設計したルイジアナ州バトンルージュ近郊のUnion Tank Car Companyのドーム、カイザーアルミニウムドーム（バージニア州バージニアビーチなど米国各地で建設された）、講堂、気象観測所、貯蔵施設などの特殊な建物など、特殊な用途に採用され成功を収めました。ドームはすぐに、覆われた表面、密閉された容積、建設速度の記録を更新しました。

1954年から、米海兵隊はヘリコプターで運搬可能なジオデシック・ドームの実験を行った。高さ30フィートの木とプラスチックでできたジオデシック・ドームがヘリコプターで時速50ノットで運搬されたが損傷はなかった。この結果、ミルウォーキーのマグネシウム・プロダクツ社が標準的なマグネシウム・ドームを製造することになった。テストには、訓練を受けていない海兵隊員が高さ30フィートのマグネシウム・ドームを135分で組み立てるという組み立て実習、ヘリコプターによる空母からの離陸、アンカーで固定されたドームがアンカーで固定された飛行機の3,000馬力のエンジンから一日中120mph (190 km/h) のプロペラを噴射しても損傷なく耐えるという耐久性テストなどがあった。^[6]

1958年にオクラホマ州オクラホマシティに建てられたゴールドドームは、銀行の建物として使用するためにフラーの設計を採用しました。別の初期の例としては、1962年に建てられたノートルダム大学のステパンセンターがあります。 ^[7]

このドームは、シナジェティクス社のトーマス・C・ハワードが設計した1964年のニューヨーク万国博覧会のパビリオンとして広く一般に公開されました。このドームは現在、フラッシング・メドウズ・コロナ・パークのクイーンズ動物園の鳥小屋として使用されています。^[8]

もう一つのドームは、モントリオール万国博覧会のアメリカ館の一部であったExpo 67のものです。この構造物の覆いは後に焼失しましたが、構造物自体は今も残っており、現在は「バイオスフィア」という名前で、セントローレンス川に関する解説付き博物館になっています。

1970年代にゾムワークスはジョンソン立体、アルキメデス立体、カタラン立体など他の幾何学立体に基づいた構造物の設計図のライセンスを取得した。^[9]これらの構造物には三角形以外の面、つまり正方形やその他の多角形の面があることもある。

1975年、雪や風の荷重に対する耐性が重要視される 南極にドームが建設されました。

1982年10月1日、フロリダ州オーランド郊外のベイレイクにあるウォルト・ディズニー・ワールド・リゾートのエプコットに、最も有名なジオデシック・ドームの1つであるスペースシップ・アースがオープンしました。建物と中の乗り物は、バックミンスター・フラーの有名な言葉の1つである「スペースシップ・アース」にちなんで名付けられました。これは、地球上の限られた資源の使用に対する懸念を表現し、地球上のすべての人がより大きな利益のために調和のとれた乗組員として行動することを奨励する世界観です。建物はエプコットの象徴であり、パーク全体を象徴しています。

1986年にバンクーバーで開催された世界博覧会（エキスポ86）では、博覧会の主任建築家ブルーノ・フレッシが、バックミンスター・フラーにヒントを得たジオデシック・ドームを博覧会のエキスポセンターとして設計した。建設は1984年に始まり、1985年初頭に完成した。ドームと建物は現在、芸術、科学、技術センターとして機能し、サイエンスワールドと名付けられている。^[10]

2000年、世界初の完全に持続可能なジオデシックドームホテル、エコキャンプ・パタゴニアが チリのパタゴニア地方にあるカウェスカル国立公園に建設され、^[11]翌年の2001年にオープンしました。このホテルのドーム設計は、この地域の強風に耐えるための鍵であり、先住民族カウェスカル人の住居に基づいています。ジオドームは、グランピング（グラマラスキャンプ）ユニット としても人気が高まっています。

木製ドームには、支柱の幅に合わせて穴が開けられています。ステンレス スチールのバンドで、支柱の穴をスチール パイプに固定します。この方法では、支柱を必要な長さに正確に切断できます。次に、三角形の外装合板を支柱に釘で固定します。ドームは、水をはじくために、底から上まで、数層のタール紙をホッチキスで留めて巻き、屋根板で仕上げます。このタイプのドームは、支柱を結び付けるためにスチール製のハブを使用しているため、ハブ アンド ストラット ドームと呼ばれることがよくあります。

パネル ドームは、別々に組み立てられた木材を合板で覆って作られています。三角形のフレームを構成する 3 つの部材は、さまざまな三角形を平らに取り付けるために、複合角度で切断されることがよくあります。部材の正確な位置に穴を開け、鋼鉄のボルトで三角形を連結してドームを形成します。これらの部材は 2x4 または 2x6 であることが多く、三角形内により多くの断熱材を収めることができます。パネル化技術により、ビルダーは安全に地上で作業したり、天候の影響を受けない快適な作業場で作業したりしながら、合板のスキンを三角形に取り付けることができます。この方法では、高価な鋼鉄のハブは必要ありません。

スチール製のフレームは、電気配線で簡単に作ることができます。支柱の端を平らにし、必要な長さのボルト穴を開けます。1 本のボルトで支柱の頂点を固定します。ナットは通常、取り外し可能なロック コンパウンドで固定されますが、ドームが持ち運び可能な場合は、割りピン付きの溝付きナットを使用します。これは、ジャングルジムのドームを作る標準的な方法です。

ドームは軽量のアルミニウム フレームワークで構築することもできます。このフレームワークはボルトで固定するか溶接するか、より柔軟なノード ポイント/ハブ接続で接続できます。これらのドームは通常、PVCコーピングで固定されたガラスで覆われており、シリコンで密封して防水することができます。一部のデザインでは、二重ガラスや断熱パネルをフレームワークに固定できます。

コンクリート製および発泡プラスチック製のドームは、通常、鉄骨のフレーム ドームから始まり、補強のために金網と金網スクリーンで包まれます。金網とスクリーンは、金網タイでフレームに結び付けられます。次に、フレームに材料のコーティングをスプレーするか、成形します。コンクリートまたはプラスチックの適切な粘稠度を得るには、小さな四角でテストを行う必要があります。通常、内側と外側に複数のコーティングが必要です。最後のステップは、コンクリートまたはポリエステル ドームをエポキシ化合物の薄い層で飽和させて水をはじくことです。

コンクリートドームの中には、プレハブでプレストレスト加工された鉄筋コンクリートパネルから作られ、ボルトで固定できるものもあります。ボルトは、水をはじくための小さなコンクリートのキャップで覆われた隆起した容器の中にあります。三角形は重なり合って水をはじきます。この方法の三角形は、木型を砂で模様付けした型で成型できますが、コンクリートの三角形は通常非常に重いため、クレーンで設置する必要があります。この構造は、コンクリートの上に水が溜まって漏れる場所がないため、ドームに適しています。金属製の留め具、ジョイント、内部の鉄骨は乾いたままなので、霜や腐食による損傷を防ぎます。コンクリートは日光や風化に耐えます。隙間風を防ぐために、ジョイントの上に何らかの内部フラッシングまたはコーキングを配置する必要があります。1963 年のシネラマ ドームは、プレキャスト コンクリートの六角形と五角形 で建てられました。

ドームは、現在では、付加製造機械としても知られる、非常に大型で移動可能な「3D プリンター」を使用して高速で印刷できます。フィラメントとして使用される材料は、空気注入コンクリートまたは独立気泡プラスチック フォームであることが多いです。

ジオデシック ドームの複雑な形状のため、ドームの建築者は支柱の長さ、つまり「弦係数」の表を頼りにしています。ヒュー ケナーは『ジオデシック数学とその使い方』の中で、「弦係数の表は球状システムの基本設計情報を含んでいるため、長年軍事機密のように守られてきました。1966 年になっても、フラーのライセンスを所有していない人は、ポピュラー サイエンス マンスリーの 3 νイコサの図しか頼りにできませんでした」と書いています (1976 年版、57 ページ)。ロイド カーンのDomebook 1 (1970 年) とDomebook 2 (1971 年) の出版により、他の表も利用できるようになりました。

フラーは、ジオデシック ドームが戦後の住宅危機の解決に役立つことを期待していました。これは、ダイマキシオン ハウスの両方のバージョンに対する彼の以前の期待と一致していました。

住宅用のジオデシック・ドームは、作業用や娯楽用のものに比べてあまり成功していません。その主な理由は、その複雑さと、その結果生じる建設コストの高さです。ドーム工事を専門に請け負う業者は見つけるのが難しいものの、存在し、誤った出発や不正確な見積もりから生じるコスト超過の多くを排除することができます。フラー自身は、イリノイ州カーボンデールのフォレスト・アベニューとチェリー・ストリートの角にあるジオデシック・ドームに住んでいました。 ^[12] フラーは、住宅用ドームを、航空宇宙産業のような産業によって製造される、空輸可能な製品だと考えていました。フラー自身のドーム型住宅、R・バックミンスター・フラーおよびアン・ヒューレット・ドーム・ホームは現在も存在しており、RBFドームNFPと呼ばれる団体が、ドームを修復して国定歴史建造物に登録しようとしています。このドームは、国家歴史登録財に登録されています。

1986 年、外側はポリスチレンの三角形を鉄筋コンクリートに貼り、内側は壁板で覆うドーム建築技術の特許が、フロリダ州ロックレッジの American Ingenuity に与えられました。この建築技術により、ドームをキットの形でプレハブ化し、住宅所有者が建てることができます。この方法により、継ぎ目が構造の最も強い部分になります。ほとんどの木造ドームでは継ぎ目、特にハブが構造の最も弱い部分です。また、防水性があるという利点もあります。

ヨーロッパでも他の例が建てられています。2012年にはノルウェーのエコ住宅のドームカバーにアルミニウムとガラスのドームが使用され^[13]、2013年にはオーストリアでガラスと木材で覆われたドーム住宅が建てられました^{[14] 。}

チリでは、テント型のジオデシックドームやガラス張りのドームとして、ホテルの宿泊施設にジオデシックドームが積極的に採用されています。例: チリのエコキャンプ・パタゴニア^{[15]およびチリのエルキ・ドモス[16]}。

ドーム型住宅は 1960 年代後半から 1970 年代前半にかけて人気が高まったが、住宅システムとしては多くの欠点や問題を抱えている。ドーム型住宅のかつての提唱者で、ドーム型住宅に関する 2 冊の本 ( Domebook 1およびDomebook 2 ) を執筆し、Shelter Publications を設立したロイド・カーンは、ドーム型住宅に幻滅し、「スマートだが賢明ではない」と述べた。彼は、自社の Web サイトにリストした以下の欠点を指摘した。既製の建築資材 (合板、ストランドボードなど) は通常長方形であるため、長方形を三角形に切断した後で一部の資材を廃棄しなければならない場合があり、建設コストが増加する。非常階段は問題があり、大型の建物には法令で義務付けられており、高価である。法令に準拠した窓は、従来の住宅の窓の 5 倍から 15 倍のコストがかかることがある。専門的な電気配線は、労働時間が増えるためコストが高くなる。オーナーが配線する場合でも、ドームの建設には特定の材料がさらに必要になるため、コストがかかります。拡張や分割も困難です。カーンは、ドームを自然素材で建てるのは不可能ではないにしても困難であり、通常は汚染物質を発生し、日光で劣化するプラスチックなどが必要になると指摘しています。

ドーム内の空気の成層と湿度分布は異常です。この状況により、木製のフレームや内部のパネルが急速に劣化する傾向があります。

ドームは十分に仕切るのが難しいため、プライバシーの確保が困難です。音、匂い、反射光さえも、構造全体に伝わってしまいます。

あらゆる曲面形状と同様に、ドーム型では壁面の使用が困難になる可能性があり、また、天井高が不足しているために周囲の床面の一部が使用制限されることになります。円形の平面形状には、長方形のような単純なモジュール性がありません。家具業者や取り付け業者は、平面を念頭に置いて設計します。たとえば、標準的なソファを外壁に沿って配置すると、ソファの後ろの三日月部分が無駄になります。

カットボードの外装材 (1960 年代と 1970 年代に一般的) を使用するドーム建築者は、継ぎ目が多いため、雨からドームを密閉するのが難しいと感じています。また、太陽が空を横切るたびに、通常の太陽熱によって構造全体が毎日曲がるため、継ぎ目にストレスがかかる可能性があります。その後、ストラップと内部の柔軟な乾式壁仕上げが追加され、内部仕上げで見られるこの動きは事実上なくなりました。

木製ドームの防水に最も効果的な方法は、ドームに屋根板を張ることです。傾斜が氷の障壁として不十分な場合は、ドームの上部に尖ったキャップを付けたり、ドームの形状を変更したりします。一体型の鉄筋コンクリート製またはプラスチック製のドームも使用されており、プラスチック製またはワックスを塗った厚紙製の三角形を重ねて水をはじくように構築されたドームもあります。

バックミンスター・フラーの元教え子であるJ・ボールドウィンは、適切に設計され、しっかりと構築されたドームが雨漏りする理由はなく、雨漏りが「あり得ない」設計もあると主張した。^[17]

補強三角形のパターンから非常に強く安定した構造を構築する方法は、テント設計で最もよく見られます。これは、他の工業デザインでも抽象的に適用されていますが、経営科学や審議構造にも概念的なメタファーとして適用されており、特にスタッフォード・ビアの作品では、その「移行」方法がドーム設計に非常に特化しているため、各審議段階でプロセスに参加できるのは一定数の人だけです。

ギネス世界記録によると、2021年5月30日現在、^[18]サウジアラビアのジェッダにあるジェッダ・スーパードーム（ 21°44′59″N 39°09′06″E / 21.7496403°N 39.1516230°E / 21.7496403; 39.1516230）の高さ210メートル（690フィート）が現在最大のジオデシックドームとなっている。

2010年のバックミンスター・フラー研究所によると、^[19]当時、直径で世界最大のジオデシックドームトップ10は以下の通りでした。

• シーガイア オーシャン ドーム(シーガイア オーシャンドーム):宮崎県、日本(北緯 31 度 57 分 18 秒 東経 131 度 28 分 09 秒 / 北緯 31.9551 度 東経 131.4691 度 / 31.9551; 131.4691 )、216.5 m (710 フィート) ^{[ 19]} — に取り壊された2017年。
• ナゴヤドーム(ナゴヤドーム):名古屋、日本 (北緯35度11分09秒 東経136度56分51秒 / 北緯35.1859度 東経136.9474度 / 35.1859; 136.9474 )、187.2 m (614フィート) ^[19]
• スペリオルドーム：ノーザンミシガン大学。ミシガン州マルケット、アメリカ合衆国（46°33′37″N 87°23′38″W / 46.5603°N 87.3938°W / 46.5603; -87.3938）、163.4メートル（536フィート）^[20]
• タコマ ドーム:アメリカ合衆国ワシントン州タコマ( 47°14′12″N 122°25′37″W / 47.2367°N 122.4270°W / 47.2367; -122.4270 )、161.5 メートル (530 フィート)
• ウォークアップ・スカイドーム：ノーザンアリゾナ大学。アリゾナ州フラッグスタッフ、アメリカ合衆国（35°10′50″N 111°39′10″W / 35.1805°N 111.6529°W / 35.1805; -111.6529）、153メートル（502フィート）^[21]
• ラウンド バレー球面:スプリンガービル-イーガー、アリゾナ州、米国 ( 34°07′13″N 109°17′06″W / 34.1204°N 109.2849°W / 34.1204; -109.2849 )、134 メートル (440 フィート)
• 旧スプルース・グース格納庫：アメリカ合衆国カリフォルニア州ロングビーチ（北緯33°45′05″ 西経118°11′20″ / 北緯33.7513° 西経118.1889° / 33.7513; -118.1889 ）、126メートル（413フィート） — 後にカーニバル・クルーズ・ラインとグーグルが所有。
• 台湾プラスチック貯蔵施設:台湾、麦寮( 23°48′03″N 120°11′41″E / 23.8007°N 120.1947°E / 23.8007; 120.1947 )、122 m (400 フィート) — ドーム 11 個。
• ユニオン タンク車整備施設:米国ルイジアナ州バトンルージュ( 30°34′58″N 91°14′04″W / 30.5827°N 91.2344°W / 30.5827; -91.2344 )、117 メートル (384 フィート) — 2007 年に解体。
• リーハイ・ポートランド・セメント貯蔵施設:ユニオン・ブリッジ、メリーランド州、米国 ( 39°33′32″N 77°10′18″W / 39.5590°N 77.1718°W / 39.5590; -77.1718 )、114 m (374 フィート)

フラー研究所のリストは時代遅れになっています。見逃されたり、後から建てられたりした重要なドームがいくつか、現在トップ10に入っています。現在、多くのジオデシックドームの直径は113メートル（371フィート）を超えています。^[22]

• ポリエドロ デ カラカス(「カラカス多面体アリーナ」)、カラカス、ベネズエラ (北緯 10 度 26 分 02 秒 西経 66 度 56 分 19 秒 / 北緯 10.4338 度 西経 66.9385 度 / 10.4338; -66.9385 )、143 m (469フィート) ^[23]
• サン・クリストバル鉱山（MSC）ドーム、コルチャ「K」市、ボリビア（21°07′29″S 67°12′35″W / 21.1246°S 67.2096°W / -21.1246; -67.2096）、140メートル（460フィート）^[24]
• ルワイス製油所ドーム、ルワイス、アラブ首長国連邦（24°08′45″N 52°44′21″E / 24.1459°N 52.7392°E / 24.1459; 52.7392）、135メートル（443フィート）^[22]

• 測地線グリッド – 測地線多面体に基づく空間グリッド
• フライズアイドーム
• ホバーマン球 – ジオデシックドームに似た構造

• R. バックミンスター フラー FAQ: ジオデシック ドーム
• ジオデシック ドーム 注記: さまざまな立体 (イコサ、立方体、オクタなど) の 57 種類のドーム バリエーション (1V から 10V) が紹介されています。
• エデンドームに関する記事 (PDF ファイル 5.1 MB)
• TE ドロジンスキーによるジオデシック ドーム
• メタジオデシックドーム - 三角形ではなく四角形で作られた、F. トゥチェク作
• 砂漠のドーム、ドームの作成に関するリソース