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ジオデシックドームは、測地線多面体に基づいた半球状の薄殻構造（格子殻構造）です。ドームを構成する剛性の高い三角形の要素が構造全体に応力を分散させるため、ジオデシックドームはそのサイズに比べて非常に大きな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師ヴァルター・バウアーズフェルト[ 1 ]によって、プラネタリウムプロジェクターを収容するためのプラネタリウムとして設計されました。最初の小型ドームは、ドイツのイエナにあるカールツァイス工場の屋上に、ダイカーホフ・アンド・ヴィートマン社によって特許取得され建設されました。より大きなドームは「イエナの驚異」と呼ばれ、1926年7月18日に一般公開されました。[ 2 ] [ 3 ]
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アーティストのケネス・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。フラーはオリジナルの発明者ではないが、このアイデアを米国で普及させた功績が認められており、1954年6月29日に米国特許2682235Aを取得した。 [ 4 ]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、学生たちが3週間かけて建てたものである。[ 5 ] [ 6 ]
フラーがジオデシックドームに魅力を感じたのは、その重量に対して非常に強度が高く、全方位三角形構造の表面が本質的に安定した構造を提供し、さらに球体は最小限の表面積で最大の体積を囲むことができるからだった。
ドームは、1956年にカナダで建設された21基の遠距離早期警戒線ドーム[ 7 ] 、 1958年にルイジアナ州バトンルージュ近郊に建設されたユニオン・タンク・カー・カンパニーのドーム（Synergetics, Inc.のトーマス・C・ハワードが設計）、カイザー・アルミニウム・ドーム（米国各地、例えばバージニア州バージニアビーチに多数建設）、講堂、気象観測所、倉庫などの特殊用途に採用され、成功を収めた。ドームはすぐに、被覆面積、内部容積、建設速度の記録を塗り替えた。
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9.1メートル（30フィート）の木製およびプラスチック製のジオデシックドームは、ヘリコプターで時速93キロメートル（50ノット）で損傷なく吊り上げられ、ミルウォーキーのマグネシウム製品による標準的なマグネシウムドームの製造につながった。テストには、これまで訓練を受けていない海兵隊員が135分で高さ9.1メートル（30フィート）のマグネシウムドームを組み立てることができた組み立て手順、航空母艦からのヘリコプターによる吊り上げ、および係留されたドームが係留された飛行機の3,000馬力のツインエンジンからの時速120マイル（190 km/h）のプロペラ噴射に1日中損傷なく耐えた耐久性テストが含まれていた。[ 8 ]
オクラホマ州オクラホマシティにある1958年のゴールドドームは、銀行の建物に対するフラーの設計を採用した。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る。 [ 9 ]
このドームは、Synergetics, Inc.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、より多くの人々の前で紹介されました。このドームは現在、フラッシング・メドウズ・コロナ・パークにあるクイーンズ動物園の鳥小屋として使用されています。[ 10 ]
もう一つのドームは、モントリオール万国博覧会（Expo 67）のアメリカ館の一部だったものです。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、 「ビオスフィア」という名称で、現在はセントローレンス川に関する解説博物館として利用されています。
1970年代、Zomeworksはジョンソン立体、アルキメデス立体、カタラン立体などの他の幾何学的立体に基づいた構造の設計図をライセンス供与した。[ 11 ]これらの構造には、三角形ではない面、つまり正方形やその他の多角形を持つ面があるかもしれない。
1975年、南極点にドームが建設された。そこでは、雪や風の荷重に対する耐性が重要だった。
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一つであるスペースシップ・アースがオープンしました。この建物と内部のアトラクションは、バックミンスター・フラーの有名な概念である「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利用に対する懸念を表し、地球上のすべての人々が調和のとれた乗組員としてより大きな善のために行動することを奨励する世界観です。この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万国博覧会（Expo 86）のために、博覧会の主任建築家ブルーノ・フレッシは、博覧会のエキスポセンターとして、バックミンスター・フラーに影響を受けたジオデシックドームを設計した。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利用されており、サイエンスワールドと名付けられている。[ 12 ]
2000年、世界初の完全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[ 13 ]、翌年の2001年に開業した。ホテルのドーム型デザインは、この地域の強風に耐える上で重要であり、先住民カウェスカル族の住居に基づいている。ジオドームはグランピング（グラマラス・キャンピング）の宿泊施設としても人気が高まっている。
木製ドームは、支柱の幅に合わせて穴が開けられています。ステンレス製のバンドが支柱の穴を鋼管に固定します。この方法により、支柱を必要な長さに正確に切断できます。次に、三角形の外装用合板を支柱に釘で打ち付けます。ドームは、水をはじくために、底から上までタール紙を何層にも重ねてホッチキスで留め、最後に屋根板で仕上げます。このタイプのドームは、支柱同士を繋ぐために鋼製のハブを使用していることから、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。
パネル式ドームは、別々に組まれた木材に合板を張って作られます。三角形のフレームを構成する3つの部材は、様々な三角形をぴったりと接合できるように、複合角度で切断されることがよくあります。部材には正確な位置に穴が開けられ、鋼製のボルトで三角形同士を接合してドームを形成します。これらの部材は、三角形の中に断熱材をより多く収めることができるよう、2×4材や2×6材がよく使われます。パネル工法を用いることで、作業者は地面の上や天候の影響を受けない快適な作業場で安全に作業しながら、合板の外装を三角形に取り付けることができます。この工法では、高価な鋼製ハブは必要ありません。
鉄骨フレームは電線管を使って簡単に作ることができます。支柱の端を平らにし、必要な長さに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剤で固定しますが、ドームが持ち運び可能な場合は、割りピン付きのキャッスルナットを使用します。これは、ジャングルジム用のドームを作る標準的な方法です。
ドームは、軽量アルミニウム製のフレームで構築することも可能で、フレームはボルト締めまたは溶接で接合することも、より柔軟なノードポイント／ハブ接続で連結することもできます。これらのドームは通常、ガラスで覆われ、ガラスはPVC製の笠木で固定されます。笠木はシリコンで密閉することで防水性を確保できます。一部の設計では、二重ガラスや断熱パネルをフレームに取り付けることも可能です。
コンクリート製および発泡プラスチック製のドームは、一般的に鉄骨フレームを土台とし、補強のために金網とワイヤーメッシュで覆います。金網とメッシュは結束バンドでフレームに固定されます。次に、フレームに材料を吹き付けたり、成形したりします。コンクリートやプラスチックの適切な粘度を得るために、小さな正方形の試験片を用いてテストを行う必要があります。通常、内側と外側に数回の塗布が必要です。最後の工程は、コンクリート製またはポリエステル製のドームにエポキシ樹脂を薄く塗布して、撥水性を高めることです。
コンクリートドームの中には、あらかじめ製造されたプレストレス鋼鉄補強コンクリートパネルをボルトで固定して作られているものもあります。ボルトは、水を排出するための小さなコンクリートキャップで覆われた隆起した受け皿の中にあります。三角形は重なり合って水を排出します。この方法の三角形は、砂で木型を使って型取りすることができますが、コンクリートの三角形は通常非常に重いため、クレーンを使って設置する必要があります。この構造は、コンクリート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、接合部、内部の鋼鉄フレームは乾燥した状態を保ち、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性があります。隙間風を防ぐために、接合部には何らかの内部フラッシングまたはコーキングを施す必要があります。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作られました。
現在では、大型の移動式「3Dプリンター」（積層造形機とも呼ばれる）を用いて、ドームを高速で印刷することが可能になっている。フィラメントとして使用される材料は、多くの場合、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。
ジオデシックドームの複雑な形状を考えると、ドーム建設者は支柱の長さ、つまり「弦係数」の表に頼らざるを得ません。ヒュー・ケナーは著書『ジオデシック数学とその使い方』の中で、「球形システムの設計に不可欠な情報を含む弦係数の表は、長年軍事機密のように厳重に守られてきました。1966年になっても、フラー社のライセンス保有者以外の人々が頼りにできるのは、 『ポピュラーサイエンス・マンスリー』に掲載された3νイコサの図表だけでした」（1976年版、57ページ）と述べています。ロイド・カーンの『ドームブック1』（1970年）と『ドームブック2』 （1971年）の出版により、他の表も入手可能になりました。
フラーは、ジオデシックドームが戦後の住宅危機への対策に役立つことを期待していた。これは、彼が以前から構想していたダイマクションハウスの2つのバージョンに対する期待とも一致していた。
住宅用ジオデシックドームは、その複雑さとそれに伴う建設費の高さから、仕事や娯楽に使用されるものほど成功していません。専門の経験豊富なドーム請負業者は見つけるのが難しいものの、存在しており、誤った開始や不正確な見積もりに関連す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ダールのフォレスト通りとチェリー通りの角にあるジオデシックドームに住んでいました。[ 14 ] フラーは住宅用ドームを航空宇宙産業のような製造による空中配送可能な製品と考えていました。フラー自身のドーム住宅は今も存在し、R.バックミンスター・フラーとアン・ヒューレット・ドーム住宅と呼ばれており、RBFドームNFPと呼ばれるグループがドームを修復し、国定歴史建造物として登録しようとしています。これは国家歴史登録財に登録されています。
1986年、フロリダ州ロックレッジのアメリカン・インジェニュイティ社は、外側にポリスチレン製の三角形を鉄筋コンクリートに積層し、内側に壁板を張るドーム構造技術の特許を取得しました。この工法では、ドームをキット形式でプレハブ化し、住宅所有者が組み立てることができます。この工法では、継ぎ目が構造の中で最も強固な部分となり、従来の木造ドーム構造における継ぎ目、特にハブ部分の弱点を克服しています。また、防水性にも優れているという利点があります。
ヨーロッパでは他にも同様の例が建てられている。2012年にはノルウェーのエコ住宅のドームカバーとしてアルミニウムとガラスのドームが使用され[ 15 ]、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た[ 16 ] 。
ドーム住宅は1960年代後半から1970年代初頭にかけて一時的に人気を博しましたが、住宅システムとしては多くの欠点や問題点があります。ドーム住宅の元支持者で、ドーム住宅に関する2冊の本（『ドームブック1』と『ドームブック2』 ）を執筆し、シェルター出版を設立したロイド・カーンは、ドーム住宅に幻滅し、「スマートだが賢明ではない」と評しました。彼は、自社のウェブサイトに以下の欠点を挙げています。既製の建築材料（合板、ストランドボードなど）は通常長方形の形状をしているため、長方形を三角形に切断した後に材料の一部を廃棄する必要があり、建設コストが増加します。非常階段は問題です。建築基準法では大型建築物に非常階段の設置が義務付けられており、費用がかかります。建築基準法に適合する窓は、従来の住宅の窓の5倍から15倍の費用がかかる場合があります。専門家による電気配線は、作業時間の増加により費用が高くなります。たとえオーナー自身が配線する場合でも、ドーム建設には特定の材料がより多く必要となるため、費用は高額になる。拡張や間仕切りも困難である。カーンは、ドームを天然素材で建設することは不可能ではないにしても困難であり、一般的にはプラスチックなどが必要となるが、それらは環境汚染の原因となり、日光によって劣化すると指摘している。
ドーム内部における空気の層状化と水分分布は異例である。このような状況は、木造の骨組みや内装パネルを急速に劣化させる傾向がある。
ドームは仕切りを設けるのが難しいため、プライバシーを完全に確保することは困難です。音、匂い、さらには反射光さえも、構造全体を通して伝わってしまう傾向があります。
あらゆる曲線形状と同様に、ドーム型は壁面が使いづらい場合があり、頭上空間の不足により、周囲の床面積の一部が制限される。円形の平面形状は、長方形が提供するようなシンプルなモジュール性に欠ける。家具職人や施工業者は、平面を念頭に置いて設計を行う。例えば、標準的なソファを外壁に沿って配置すると、ソファの後ろに三日月形のスペースが無駄になってしまう。
1960年代から1970年代にかけて一般的だった、板張り外装材を使用したドーム建築業者は、継ぎ目が多いため、雨漏りを防ぐのが難しいと感じていました。また、太陽が空を横切るにつれて、通常の太陽熱によって構造全体が毎日たわむため、これらの継ぎ目に負荷がかかる可能性がありました。その後、補強材と柔軟性のある内装用石膏ボード仕上げ材を追加することで、内装仕上げ材に見られるこの動きはほぼ解消されました。
木製ドームの最も効果的な防水方法は、ドームに屋根板を葺くことです。傾斜が氷結防止に不十分な場合は、ドームの頂上に尖ったキャップを取り付けたり、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加工された厚紙の三角形を重ね合わせて水を流す構造のドームもあります。
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、しっかりと建設されたドームが漏水する理由は存在せず、一部の設計は漏水する「ことはあり得ない」と主張した。[ 17 ]
補強三角形のパターンを用いて非常に強固で安定した構造物を構築する手法は、テントのデザインに最もよく見られる。この手法は、他の工業デザインにおいても抽象的に応用されているが、経営科学や審議構造においても概念メタファーとして用いられており、特にスタッフォード・ビアの著作では、彼の「トランスマイグレーション」手法はドームデザインに特化しているため、各審議段階で参加できる人数が限られている。
ギネス世界記録によると、2021年5月30日現在、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（北緯21度44分59秒、東経39度09分06秒、北緯21.7496403度、東経39.1516230度）、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である。 [18]
バックミンスター・フラー研究所によると、2010年時点で直径が世界最大のジオデシックドーム上位10位は以下の通りであった。[ 19 ]
フラー研究所のリストは現在では古くなっています。重要なドームのいくつかはリストに載っていなかったり、後から建てられたりしたものが現在トップ10に入っています。現在、多くのジオデシックドームは直径が113メートル（371フィート）を超えています。 [ 22 ]
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