Jak powstają kopuły monolityczne – kilka faktów o nowoczesnym budownictwie

Opublikowano: 24-04-2018

Pomimo, że domy kopułowe nie są w budownictwie czymś całkiem nowym, nadal zaskakują i wzbudzają ciekawość. Przykładem pierwszej monolitycznej kopuły jest najprawdopodobniej igloo. Swoją wytrzymałą konstrukcję zawdzięcza ono blokom ściśniętego śniegu, który na przemian topi się i zamarza, tworząc silną i jednorodną strukturę. Igloo ukazuje dwie najważniejsze zalety takich konstrukcji, a mianowicie ich dużą wytrzymałość oraz doskonałe właściwości izolacyjne. Swoją odporność kopuły monolityczne zawdzięczają głównie naturalnej wytrzymałości łuku, a dobra izolacja spowodowana jest minimalną powierzchnią przekroju sferycznego.

Pierwszą współczesną kopułą monolityczną było lodowisko zbudowane w Provo (stan Utah USA) w 1963 roku. Cztery lata później zostało ono przebudowane i przekształcone w market. W takiej formie pierwsza konstrukcja monolityczna funkcjonowała aż do momentu jej wyburzenia w 2006 roku. W Polsce najbardziej rozpoznawalną konstrukcją kopułową jest tzw. „kosmiczne miasteczko”, w którym mieści się siedziba Radia RMF FM.

Współcześnie kopuły monolityczne wykorzystywane są w różnych projektach architektonicznych, zarówno mieszkaniowych, jak i przemysłowych oraz usługowych. Ze względu na swoją wytrzymałą strukturę, konstrukcje monolityczne mogą pełnić rolę magazynów w przemyśle cementowym, nawozowym, energetycznym, rolniczym i wydobywczym. Często wykorzystywane są także jako tzw. budynki ograniczające promieniowanie w elektrowniach jądrowych, a zawdzięczają to głównie swojej integralności strukturalnej.

Etapy budowy kopuły monolitycznej

Nowoczesne kopuły monolityczne budowane są głównie za pomocą metody opracowanej w Stanach Zjednoczonych przez trzech braci: Davida, Barry’ego i Randy’ego South. Pierwsza tego typu kopuła została zbudowana w Shelley w Idaho w kwietniu 1976 r. Tworzenie kopuł monolitycznych za pomocą tej metody opiera się na kilku etapach, wykonywanych w ściśle określonej kolejności.

Pierwszy etap polega na przygotowaniu terenu pod budowę. W tym celu wykonywany jest betonowy fundament w kształcie pierścienia, wzmocniony stalowymi prętami zbrojeniowymi. Wyprowadzone na zewnątrz fundamentu pręty, służą do powiązania konstrukcji z dalszym zbrojeniem właściwym konstrukcji. Tworzy się w ten sposób monolit o bardzo dużej wytrzymałości strukturalnej.

Drugim etapem budowy kopuły monolitycznej jest zamocowanie pneumatycznej formy powietrznej do pierścienia. Następnie jest ona pompowana aż do uzyskania właściwej postaci. Otrzymuje się w ten sposób finalny kształt konstrukcji.

W kolejnym kroku do gry wchodzą poliuretany. Od wewnątrz kopuły nakładana jest warstwa piany poliuretanowej, która po utwardzeniu pełni rolę izolacji dla całej konstrukcji oraz stanowi oparcie dla jej dalszego zbrojenia. Na tym etapie można wykorzystać m.in. gotowe systemy poliuretanowe dostępne w ofercie Grupy PCC, które umożliwiają wytwarzanie wysokiej jakości powłok izolacyjnych. Przykładem takich produktów są serie Ekoprodur i Crossin®. Izolacyjne systemy poliuretanowe pozwalają na uzyskanie doskonałej izolacji termicznej i akustycznej, dzięki zastosowaniu pian półsztywnych i sztywnych. Tego typu izolacje posiadają bardzo szerokie spektrum zastosowań. Aplikuje się je na fundamenty, podłogi, ściany wewnętrzne i zewnętrzne, dachy i poddasza. Dzięki zastosowaniu produktów serii Crossin® możliwe jest osiągnięcie bardzo dobrych współczynników przewodności cieplnej. Oprócz gotowych systemów poliuretanowych portfolio produktowe Grupy PCC zawiera również półprodukty, takie jak poliole polieterowe z serii Rokopol®, a także środki uniepalniające (seria Roflam) oraz kompatybilizatory i środki emulgujące, które są wykorzystywane do produkcji wysokiej jakości pian montażowych typu OCF. Wszystkie te wyroby chemiczne znajdują szerokie zastosowanie w nowoczesnym budownictwie.

Czwarty etap budowy kopuł monolitycznych, to montaż stalowych prętów wzmacniających na nałożoną uprzednio piankę poliuretanową za pomocą specjalnie zaprojektowanego układu obręczy. Małe kopuły wymagają prętów o niewielkiej średnicy z szerokimi odstępami. W przypadku większych konstrukcji konieczne jest zastosowanie szerszych prętów umieszczonych w mniejszych odległościach.

Ostatni etap konstrukcji kopuł monolitycznych polega na natryskiwaniu betonu na wykonane w poprzednim etapie zbrojenie. Warstwa ta zazwyczaj nie przekracza grubości 8 cm i dokładnie pokrywa stalowe pręty, tworząc cienkościenny monolityczny szkielet. Po wyschnięciu beton tworzy wyjątkowo sztywną i wytrzymałą konstrukcję. Aby poprawić właściwości betonu natryskowego, często stosowane są specjalne dodatki modyfikujące, takie jak np. produkty serii Rofluid (M, H, P, T).  Tego typu dodatki do betonu, stosowane są one jako bardzo efektywne opóźniacze wiązania betonu, które obniżają granicę płynięcia mieszanki betonowej. Dodatkowo, dzięki swojej chemicznej budowie i niskiej zawartości chlorków, Rofluidy nie powodują korozji stali zbrojeniowej.

Zalety i wady kopuł monolitycznych

Kopuły monolityczne posiadają szereg zalet. Przede wszystkim charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami nośnymi i izolacyjnymi. Cechy te zawdzięczają głównie swojemu kształtowi. Ich unikalna budowa sprawia, że potrafią wytrzymać nawet największe katastrofy naturalne, takie jak burze, tornada, a nawet trzęsienia ziemi. Budowle monolityczne cieszą się zatem szczególną popularnością w regionach świata najbardziej narażonych na kataklizmy.

Brak konieczności stawiania ścian nośnych w konstrukcjach monolitycznych sprawia, że można w dogodny sposób rozplanować układ pomieszczeń. Dodatkowo, dzięki unikalnej konstrukcji zostaje wyeliminowana konieczność wykonania dachu. Wiąże się to ze znacznym obniżeniem kosztów inwestycji, a także z oszczędnością czasu budowy konstrukcji. Spore oszczędności uzyskuje się również dzięki wykorzystaniu znacznie mniejszej ilości materiałów budowlanych niż w standardowym budownictwie.

Wśród wad i trudności napotykanych podczas budowania kopuł monolitycznych należy wymienić konieczność zaangażowania doświadczonych specjalistów dysponujących specjalistycznym sprzętem. Może się to wiązać ze stosunkowo wysokim kosztem wykonania takiej konstrukcji. Ponadto, zakrzywione powierzchnie we wnętrzu kopuły, wymagają dostosowania całego wystroju wnętrza i umeblowania. Do optymalnego wykorzystania powierzchni, zwłaszcza jej trudniej dostępnych fragmentów, niezbędne jest najczęściej wykonanie mebli na zamówienie. Oryginalny wygląd tego typu budowli również może stanowić wadę, zwłaszcza na terenach o tradycyjnej zabudowie, gdzie kopuły monolityczne zbytnio się wyróżniają.

0 Schowek