Written by Administrator Wednesday, 22 February 2012 09:46

โดมผิวโค้ง คือโดมที่มีรูปทรงเหมือนเปลือกหอยทรงกลมหรือกลมบางส่วน หรืออาจเป็นเปลือกโครงตาข่ายขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อวงกลม(ผิวโค้ง)ที่ใหญ่ที่อยู่บริเวณขอบนอกของทรงกลม บริเวณที่ผิวโค้งมาชนกันนั้น จะทำให้เกิดส่วนที่เป็นรูปทรงสามเหลี่ยม ซึ่งบริเวณของสามเหลี่ยมเองนั้นจะมีความแข็งแรง และส่งผ่านความแข็งแรงไปยังส่วนอื่นของโดม เมื่อการเกิดทรงกลมสมบูรณ์ มันจะเรียกว่า ?อาณาจักรผิวโค้ง? ?geodesic sphere? โดมนี้เป็นโดมที่เป็นระบบปิด ไม่เหมือนกับทรงโค้งอื่นที่เป็นระบบเปิด เช่นไม้ปีนในสนามเด็กเล่น
โดยปกติการออกแบบโดมผิวโค้งเริ่มด้วยรูปทรงยี่สิบหน้า (icosahedrons) ในลักษณะเป็นทรงกลมสมมุติ จนกระทั่งแต่ละหน้าตัดของทรงสามเหลี่ยมได้สัมผัสกันกับสามเหลี่ยมที่เล็กกว่า ทำให้สวนยอดของแต่ละแผ่นสามเหลี่ยมได้พุ่งตรงไปยังรูปทรงกลม การเชื่อมต่อของรูปทรงกลมจะสมบูรณ์เมื่อจุดสิ้นสุดของการเชื่อมต่อนั้นได้พุ่งตรงไปยังขอบนอกของรูปทรงกลม ถ้านี่เป็นโดมจริง ขอบของสามเหลี่ยมแต่ละอันจะมีความยาวต่างกันเล็กน้อยทำให้เกิดการเชื่อมต่อหลายๆขนาด ในการลดความแตกต่างได้ทำให้เกิดการสร้างที่ง่ายขึ้น ผลลัพธ์ก็คือทำให้มุมของแต่ละสามเหลี่ยมวางตัวในแนวเดียวกับทรงกลม ขอบของสามเหลี่ยมแต่ละอันได้กลายเป็นส่วนของผิวโค้ง โดยคลุมขอบนอกของทรงกลม
รูปแบบผิวโค้งนี้สามารถนำมาใช้สร้างส่วนโค้งหรือพื้นที่ปิดใดก็ได้ รูปแบบมาตรฐานมักจะนำมาใช้เนื่องจากรูปแบบอื่นค่อนข้างซับซ้อนและค่าใช้จ่ายสูงในด้านการตกแต่งของส่วนรองรับ, จุดสูงสุดและแผงควบคุม
โดมแห่งแรกที่สามารถเรียกว่าเป็นโดมผิวโค้งได้รับการออกแบบหลังสงครามโลกครั้งที่ 1 โดยหัวหน้าวิศวกรของบริษัท Carl Zeiss optical company ชื่อ นาย Walther Bauersfeld ซึ่งได้ออกแบบสำหรับการสร้างเป็นหอดูดาว โดมนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรและถูกสร้างขึ้นโดยนาย Dykerhoff และ Wydmann บนหลังคาของอาคารบริษัท Zeiss ที่เมือง Jena ประเทศเยอรมัน และมีการเปิดสู่สาธารณชนในเดือนก.ค.ปี 1926 หลังจากนั้น 20 กว่าปี นักวิทยาศาสตร์ชื่อ R. Buckminster Fuller และศิลปินชื่อ Kenneth Snelson ได้ตั้งชื่อโดมนี้ว่า ?ผิวโค้ง? (geodesic) ณ. วิทยาลัย Black Mountain ในปี 1948 และ 1949 ตามลำดับ Snelson และ Fuller ได้ทำงานร่วมกันเพื่อพัฒนาสิ่งที่พวกเขาให้นิยามว่าแรงตึงสัมพันธ์ (tensegrity) (เป็นหลักการทางวิศวกรรมเพื่อเปรียบเทียบระหว่างความตึงเครียดแบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง ที่จะทำให้ผิวของโดมเกิดการปกป้องโดยสามารถใช้ตาข่ายน้ำหนักเบาจากการประสานกันของทรงยี่สิบหน้าได้) ถึงแม้ว่า Fuller จะไม่ใช่คนแรกที่คิดประดิษฐ์ แต่เขาได้พัฒนาโครงสร้างภายในของโดมซึ่งทำให้แนวคิดนี้เป็นที่นิยม ทำให้เขาได้รับสิทธิบัตรของอเมริกาลำดับที่ 2,682,235 เมื่อวันที่ 29 มิ.ย. 1954
|
|
![]() The Climatron greenhouse at Missouri Botanical Gardens, built in 1960 and designed by Thomas C. Howard of Synergetics, Inc., inspired the domes in the science fiction movie Silent Running. |
โดมผิวโค้งตามแนวคิดของ Fuller เป็นที่นิยมเพราะ มันแข็งแรงอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับน้ำหนัก และผิวนอกที่เป็นลักษณะ ?ล้อมรอบด้วยทรงสามเหลี่ยม? ยังให้ความคงตัวต่อโครงสร้าง รวมไปถึงการเกิดทรงกลมที่มีปริมาตรสูงสุดโดยที่มีพื้นที่ผิวน้อยที่สุด
อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติการก่อสร้างโดมผิวโค้งก็มีข้อด้อยหลายอย่าง มันมีจำนวนขอบค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับโครงสร้างแบบดั้งเดิมที่จะมีเพียงผิวเรียบไม่กี่แผ่น แต่ละรอยขอบต้องมีการป้องกันไม่ให้เกิดการรั่วซึม ซึ่งมันค่อนข้างท้าทายสำหรับรูปทรงผิวโค้ง ดังนั้นพื้นที่ภายในที่ถูกโอบล้อมจึงค่อนข้างไม่เสถียรเมื่อเทียบกับพื้นที่ที่ถูกโอบด้วยขอบเขตที่เป็นผิวเรียบ (เพราะมันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างโซฟาที่มีรูปร่างโค้ง มันจำเป็นต้องสร้างในลักษณะตรง ซึ่งทำให้เกิดพื้นที่ไร้ประโยชน์จำนวนมากเมื่อวางโซฟาในพื้นที่ผิวโค้ง)
โดมนี้ประสบความสำเร็จในการนำมาใช้เฉพาะกิจ เช่นโดมที่ชื่อ the 21 Distant Early Warning Line สร้างในแคนาดาเมื่อปี 1956 และในปี 1958 โดมของบริษัท Union Tank Car Company ถูกสร้างขึ้นใกล้กับเมือง Baton Rouge, Louisiana ออกแบบโดยนายโธมัส (Thomas C) บริษัท Howard of Synergetics, Inc. and specialty ได้สร้างโดมคล้ายกับ theKaiser Aluminum domes (สร้างขึ้นหลายแห่งในสหรัฐอเมริกา เช่น Virginia Beach, VA) เพื่อเป็นโรงละคร, หอสังเกตสภาพอากาศ, และโรงเก็บของ เร็วๆนี้โดมเพิ่งทำลายสถิติของการสร้างพื้นที่ร่ม ปริมาตรปิดและความเร็วในการก่อสร้าง
จากประโยชน์จากความแข็งแรงของโดม กองทัพอากาศสหรัฐอเมริกาได้ทดสอบโดยนำมาใช้เป็นยูนิตสำหรับขนส่งเฮลิคอปเตอร์
โดมได้เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในลักษณะของศาลา(pavilion) ในปี 1964 ในงาน World's Fair ที่เมือง New York ซึ่งได้รับการออกแบบโดยนายโธมัส (Thomas C.) จากบริษัท Howard of Synergetics, Inc. ปัจจุบันโดมได้ถุกนำมาใช้เป็นกรงนกในสวนสัตว์ควีน (Queens Zoo) ที่สวนสาธารณะ Flushing Meadows Corona Park หลังจากที่ได้รับการออกแบบใหม่จากนายโธมัส บรัษัท Howard of Synergetics, Inc.
โดมอีกหลังได้นำมาใช้ในงาน Expo 67 ที่ Montreal World's Fair ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ American Pavilion ภายนอกของโครงสร้างได้ถูกไฟไหม้ในภายหลัง แต่โครงสร้างจริงๆของโดมยังคงอยู่ภายใต้ชื่อว่า Biosph?re, ซึ่งปัจจุบันเป็นที่ตั้งของพิพิธภัณฑ์ที่สื่อถึง เซนต์ลอเรนซ์ ริเวอร์ (Saint Lawrence River)
โดมได้ปรากฏบนภาพยนตร์เมื่อปี 1967 ในเรื่อง James Bond ตอน You Only Live Twice และได้สร้างแรงบันดาลใจแก่นักออกแบบภาพยนต์เรื่อง Austin Powers ตอน The Spy Who Shagged Me จึงได้นำโดมนี้มาสร้างเป็นฐานทัพบนดวงจันทร์ของ Dr Evil
ระหว่างช่วงปี 1970 ได้มีการสร้างโรงภาพยนต์ผิวโค้ง ที่สวนสนุก Ontario place ที่เมืองโตรอนโต ประเทศแคนาดา ในปี 1975 โดมได้ถูกสร้างขึ้นที่เมือง South Pole เพื่อวัตถุประสงค์ในการต้านหิมะและแรงลม
โดมที่สร้างมาจากไม้ ไม้ค้ำจะถูกเจาะรูในแนวกว้าง รูของไม้ค้ำถูกล็อคให้ติดกับท่อเหล็กด้วยเส้นสแตนเลส วิธีนี้ไม้ค้ำสามารถตัดในความยาวที่ต้องการได้ ไม้อัดทรงสามเหลี่ยมจะถูกตอกที่ภายนอกให้ติดกับไม้ค้ำอีกที โดมจะถูกห่อจากจุดที่ต่ำสุดไปถึงจุดสูงสุดด้วยกระดาษน้ำมันดิน (tar paper) หลายๆชั้นเพื่อให้กันน้ำและจบด้วยการมุงด้วยไม้ โดมในลักษณะนี้มักเรียกว่าโดมแบบมีศูนย์กลางและไม้ค้ำ (hub-and-strut dome) เพราะการใช้เหล็กเป็นแกนในการผูกไม้ค้ำเข้าด้วยกัน

Construction details of a permanently installed tent-type Charter-Sphere dome designed by Synergetics. Inc. non- geodesic.
โดมแบบแผงจะถูกสร้างจากไม้เป็นชิ้นๆที่ถูกคลุมด้วยไม้อัด ส่วนประกอบสามชิ้นประกอบด้วยกรอบสามเหลี่ยมที่มักถูกตัดบริเวณมุมเพื่อให้ระนาบของแผ่นไม้พอดีกับสามเหลี่ยมหลากหลายขนาด รูจะถูกเจาะผ่านแต่ละส่วนประกอบในตำแหน่งที่กำหนดและใช้น๊อตเหล็กในการเชื่อมต่อให้แต่ละสามเหลี่ยมต่อกันเพื่อสร้างเป็นโดม ส่วนประกอบเหล่านี้มักมีขนาด 2x4 นิ้ว หรือ 2x6 นิ้ว ซึ่งจะทำให้เกิดความแข็งแรงมากขึ้นในการเชื่อมต่อระหว่างสามเหลี่ยม วิธีการสร้างแบบแผงนี้ทำให้ผู้สร้างสามารถติดแผ่นไม้อัดเข้ากับสามเหลี่ยมได้ขณะที่ทำงานอย่างปลอดภัยบนพื้นดิน หรือในห้องทำงาน วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้แกนเหล็กที่มีราคาแพง
โดมสำหรับเป็นโรงเพาะชำแบบชั่วคราวถูกสร้างจากคานสี่เหลี่ยมขนาด 1 นิ้วที่ถูกคลุมด้วยแผ่นพลาสติกเหนือโดม ผลลัพธ์ที่ได้คือความร้อนภายใน, เคลื่อนย้ายได้ด้วยมือ ด้วยขนาดที่เล็กกว่า 20 ฟุต และยังราคาถูก มันควรยึดกับพื้นดินเพื่อป้องกันการเคลื่อนที่จากแรงลม
โดมที่สร้างจากโครงข่ายเหล็ก สามารถสร้างได้อย่างง่ายจากท่อไฟ ปลายของไม่ค้ำข้างหนึ่งจะทำให้แบนลงและเจาะรูสำหรับใส่น็อตในความยาวที่ต้องการ น็อตหนึ่งตัวจะให้ความแข็งแรงในแนวดิ่งของไม้ค้ำ น็อตจะแต่ละตัวมักจะติดกับส่วนประกอบที่เคลื่อนย้ายได้ หรือถ้าโดมเป็นแบบพกพา มันจะมีน็อตตัวแกนที่มีหมุดสลักร่วมด้วย นี่เป็นวิธีมาตรฐานในการสร้างโดมสำหรับโรงยิมแบบปีนไต่ (jungle-gyms)
โดมจากคอนกรีตและพลาสติกโฟม โดยปกติจะสร้างจากโดมโครงข่ายเหล็กแล้วห่อด้วยลวดไก่ (chicken wire) และลวดแผ่น (wire screen) เพื่อเป็นการเสริมแรง ตัวลวดไก่และแผ่นลวดจะถูกผูกเข้ากับโครงข่ายด้วยลวดสำหรับผูก หลังจากนั้นโครงสร้างจึงถูกพ่นหรือหล่อขึ้นรูปด้วยวัสดุที่นำมาใช้คลุม การทดสอบจะถูกทำขึ้นบนพื้นที่สี่เหลี่ยมขนาดเล็กโดยรอบเพื่อให้ได้ความแม่นยำของความแข็งแรงของโครงสร้างคอนกรีตและพลาสติก โดยทั่วไปจำเป็นต้องคลุมหลายครั้งทั้งภายในและภายนอก ขั้นตอนสุดท้ายคือการทำให้โดมคอนกรีตหรือโพลีเอสเตอร์ (polyester) ถูกเคลือบบางๆด้วยส่วนประกอบของอีพ๊อกซี่ (epoxy) เพื่อให้กันน้ำได้
โดมคอนกรีตบางอันถูกสร้างจากชิ้นส่วนของคอนกรีตเสริมใยเหล็กสำเร็จรูปที่สามารถติดสลักกับพื้นที่ได้เลย สลักเกลียวในตัวรับที่ถูกยกขึ้นจะถูกคลุมด้วยเปลือกคอนกรีตเพียงเล็กน้อยเพื่อกันน้ำ สามเหลี่ยมแต่ละอันจะซ้อนเหลื่อมกันเพื่อกันน้ำ สามเหลี่ยมในวิธีการนี้สามารถขึ้นรูปเพื่อสร้างโครงสร้างบนทรายจากแบบไม้ แต่สามเหลี่ยมคอนกรีตมักมีน้ำหนักมากจนต้องใช้รถเครนในการวางตำแหน่ง โครงสร้างแบบนี้เหมาะมากสำหรับการสร้างโดมเพราะไม่มีตำแหน่งน้ำขังหรือจุดรั่วบนคอนกรีต ตำแหน่งที่เชื่อมเหล็กรวมถึงข้อต่อและแผงเหล็กภายในจะแห้งและถูกป้องกันจากความเย็นรวมถึงความเสียหายจากการกัดกร่อน ตัวคอนกรีตทนทานต่อแสงแดดและสภาพอากาศ บริเวณข้อต่อภายในจำเป็นต้องใช้การเชื่อมหรือการยาแนวปิดรูเพื่อป้องกันลมเข้า ในปี 1963 โดมCinerama ได้ถูกสร้างขึ้นจากคอนกรีตสำเร็จรูปทรงหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยม

Fuller เคยหวังว่าโดมผิวโค้งจะสามารถเป็นที่อยู่อาศัยหลังวิกฤติน้ำท่วม ซึ่งความหวังนี้ได้สอดคล้องกับบ้านของDymaxion ทั้งสองรูปแบบ
การสร้างโดมผิวโค้งเป็นที่อยู่อาศัยไม่ค่อยประสบความสำเร็จเท่ากับการใช้เป็นที่ทำงานหรือสถานบันเทิง สาเหตุหลักเนื่องจากความยุ่งยากของการก่อสร้างและค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นภายหลังค่อนข้างมาก ตัว Fuller เองเคยอาศัยในโดมผิวโค้งในเมือง Carbondale, Illinois ตั้งบริเวณรอยต่อของป่าและสวนเชอร์รี่ Fullerได้คิดเกี่ยวกับการสร้างโดมเป็นที่อยู่อาศัยในลักษณะของการขนส่งทางอากาศซึ่งถูกสร้างโดยโรงงานอุตสาหกรรมทางการบิน โดมของFuller เองนั้นปัจจุบันยังคงอยู่ในชื่อว่า the R. Buckminster Fuller and Anne Hewlett Dome Home และหน่วยงานที่เรียกตัวเองว่า RBF Dome NFP ได้พยายามคงสภาพโดมไว้และได้ลงทะเบียนเป็นสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์แห่งชาติ
ในปี 1986 สิทธิบัตรสำหรับเทคนิคการก่อสร้างโดมได้รวมถึงแผ่นไม้สามเหลี่ยมของ EPS ในการเสริมความแข็งแรงของคอนกรีตด้านนอก และผนังที่บุด้านได้ได้รับรางวัลจาก American Ingenuity of Rockledge Florida เทคนิคการสร้างนี้ได้ทำให้โดมกลายเป็นชุดสำเร็จรูปที่สามารถสร้างขึ้นได้เองโดยเจ้าของบ้าน วิธีการนี้ทำให้รอยต่อกลายเป็นจุดที่มีความแข็งแรงที่สุดในโครงสร้าง ในขณะที่โดมแบบกรอบไม้จะมีรอยต่อเป็นจุดที่เปราะบางที่สุด นอกจากนี้ยังมีข้อดีคือไม่มีน้ำรั่วซึม
Disadvantages of dome homes (ข้อเสียของการสร้างบ้านโดม)
ข้อเสียจำนวนมากที่จะกล่าวต่อไปข้างล่างนี้ไม่พบแล้วในปัจจุบัน เนื่องจากมีการพัฒนาวัตถุดิบและเทคนิคในการก่อสร้างแบบใหม่
กระแสความนิยมในช่วงปลายทศวรรษที่ 1960 และต้นทศวรรษที่ 1970 ในแง่ของระบบที่อยู่อาศัย โดมมีข้อเสียและปัญหามากมาย Lloyd Kahn ผู้ก่อตั้งบริษัท Shelter เป็นผู้ที่เขียนถึงบ้านโดมและสนับสนุนความคิดนี้ เขาได้เก็บคำวิจารณ์มากมายและร่างเป็นรายการลงในเวปไซด์ของบริษัทของเขา
รูปร่างของบ้านโดมทำให้มันยากที่จะทำให้สอดคล้องกับโค้ดที่ต้องการสำหรับการวางตำแหน่งของช่องระบายอากาศและปล่องไฟ วัสดุสำหรับการก่อสร้างก็ไม่มีจำหน่ายในท้องตลาด (เช่น ไม้อัด, กระดานเส้นใย) ซึ่งโดยปกติจะมีรูปทรงสี่เหลี่ยมและวัสดุจำนวนมากที่เสียทิ้งไปหลังจากตัดแผ่นสี่เหลี่ยมให้เป็นสามเหลี่ยม ทำให้เพิ่มค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างมากขึ้น การหนีไฟก็เป็นอีกปัญหา โค้ดจำเป็นต้องใช้มากขึ้นจากโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นและมันค่อนข้างแพง หน้าต่างที่จะสอดคล้องกับโค้ดแต่ละจุดราคาแพงกว่าหน้าต่างของบ้านปกติ 5-15 เท่า การเดินสายไฟระดับมืออาชีพก็ทำให้เสียค่าใช้จ่ายมากขึ้น เพราะใช้เวลาติดตั้งมากขึ้น แม้แต่ผู้ที่มีสายไฟของตัวเองก็ยังเสียค่าใช้จ่ายมากเพราะวัสดุหลายอย่างเป็นแบบเฉพาะที่จำเป็นต้องใช้ในการก่อสร้างโดม
การแบ่งชั้นของอากาศและการกระจายของความชื้นภายในโดมไม่เหมือนทั่วไป และด้วยเหตุนี้ทำให้โครงไม้และส่วนแผงภายในมีแนวโน้มเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติ ความเป็นส่วนตัวก็ยากที่จะรับประกัน เพราะการสร้างผนังกั้นห้องในโดมทำให้พึงพอใจได้ยาก เสียง, กลิ่น และแม้แต่แสงสะท้อนก็มักจะมีแนวโน้มส่งผ่านไปทั้งโครงสร้าง
เช่นเดียวกับรูปร่างโค้งอื่นๆ โดมทำให้เกิดผิวผนังที่ใช้งานยาก และทำให้เกิดพื้นที่บางส่วนที่ใช้งานได้จำกัดเนื่องจากช่องว่างไม่พอ รูปร่างวงกลมขาดลักษณะเรียบง่ายของต้นแบบที่เป็นสี่เหลี่ยม นักออกแบบตกแต่งมักออกแบบโดยใช้พื้นผิวเรียบในการออกแบบ ยกตัวอย่างเช่น การวางโซฟาแบบปกติจะทำให้เกิดพื้นที่สูญเปล่าหลังโซฟาในลักษณะเป็นรูปพระจันทร์ซีก การแก้จุดนี้ต้องใช้การออกแบบอย่างเฉพาะเพื่อให้พอดีกับโครงสร้างซึ่งทำให้เพิ่มค่าใช้จ่ายขึ้นอีก
ผู้สร้างโดมที่ใช้วัสดุเป็นแผ่นกระดานที่ถูกตัด (ซึ่งเคยเป็นที่นิยมในช่วงปีทศวรรษที่ 1960 และ 1970) พบว่ามันยากที่จะปิดผนึกโดมจากฝนเพราะมันมีรอยต่อที่มาก นอกจากนี้รอยต่ออาจเกิดความตึงเครียดเพราะความร้อนจากแสงแดดปกติจะสะท้อนไปทั่วโครงสร้างในแต่ละวันเนื่องจากพระอาทิตย์เคลื่อนที่ข้ามท้องฟ้า
วิธีกันน้ำที่ได้ผลดีที่สุดสำหรับโดมไม้คือการมุงหลังคาโดมด้วยไม้ แต่แม้แต่วิธีนี้ก็ยังอาจเป็นปัญหาที่ตำแหน่งสูงสุดของโดมเนื่องจากเป็นตำแหน่งที่ความชันน้อยกว่าความชันที่ต้องการจากหลังคาที่ทำจากวัสดุอื่นๆ (ทางออกหนึ่งก็คือการเพิ่มหมวกแหลมที่ตำแหน่งสูงสุดของโดมหรืออาจปรับรูปร่างของโดม) ชิ้นส่วนหนึ่งมาเสริมโดมคอนกรีตหรือพลาสติกก็นำมาใช้เช่นกัน และโดมบางอันก็ถูกสร้างจากพลาสติกหรือกระดาษแข็งสามเหลี่ยมที่ถูกขัดมันที่ซ้อนกันเพื่อกันน้ำ J.Baldwin อดีตนักเรียนของ Fuller ยืนยันว่าไม่มีเหตุผลสำหรับการออกแบบอย่างถูกต้องที่จะเกิดการรั่วซึม และมีบางรูปแบบที่ไม่สามารถรั่วซึมได้ (Bucky Works: Buckminster Fuller's Ideas for Today) อย่างไรก็ตามหลังจากที่ Lloyd Kahn ได้เขียนหนังสือเกี่ยวกับโดม 2 เล่ม (Domebook 1 and Domebook 2) ก็ได้เกิดความผิดหวังกับโดม เขาเรียกโดมว่า ?ดูดีแต่ไม่ฉลาด? และได้รวบรวมคำวิจารณ์มากมายดังเช่นได้กล่าวมาข้างต้น
ที่มาของบทความและรูปภาพ : http://en.wikipedia.org/
Last Updated on Monday, 09 April 2012 15:11