Разработка и изготовление прототипа геодезического купола
с использованием современных технологий
Наша Команда
The smartest people work every day
- Кириллова Милана
АркадьевнаКапитан, проектировщик - Казаков Алексей
ВладимировичНаставник - Медведева Анна
ИвановнаПроектировщик
Проблематика проекта
В мире быстро развивающихся технологий и инноваций, технологии быстро возводимого строительства становятся все более актуальными. Они имеют особое значение для решения задач, связанных с решением проблем в удаленных и крайне недоступных районах – климат суров, затраты высоки, а традиционные методы строительства сопровождаются серьезными трудностями в данных условиях. Существующие решения, такие как вагончики или палатки, не обеспечивают достаточный уровень комфорта и защиты от холода. Это снижает производительность труда, замедляет реализацию проектов и ограничивает освоение новых областей.
Актуальность
Почему проект так важен и нужен
Быстровозводимые строения – геокуполы (геодезические куполы) становятся все более востребованными благодаря своей универсальности, простоте сборки и минимальному воздействию на окружающую среду. Их можно собрать за считанные часы без специальных навыков. Такие конструкции, обеспечивающие комфортное и надёжное укрытие в любых климатических условиях, могут использовать строители, геологи, учёные, изучающие окружающую среду, путешественники и пр.
Аналоги
как таковых аналогов, специализирующихся на быстроте сборки куполов нет. Однако есть компании, продающие геокуполы. К примеру: НЕОСПЕЦТЕНТ, АБСОЛЮТСФЕРА или FULLERDOME.
Чем мы лучше
- Скорость сборкинаш крепёж с кнопочным механизмом позволяет собирать купол в 2-3 раза быстрее, чем классические винтовые соединения.
- Минимум деталейне нужны гайки, шайбы, ключи – меньше риска что-то потерять.
- Доступностьнаш подход дешевле в производстве, чем полностью готовые купольные комплекты.
Цель
Спроектировать и изготовить с помощью современных технологий в материале прототип купольного строения в масштабе 1:10.
Целевая аудитория проекта
Портрет людей, потенциально заинтересованных в приобретении нашего продукта
Для кого проект?
- Архитекторы и дизайнеры – ищут инновационные и эстетичные решения.
- Строительные компании – интересуются быстровозводимыми, энергоэффективными конструкциями.
- Учебные и научные учреждения – изучают современные строительные технологии.
- Эко-энтузиасты и владельцы частных домов – хотят экологичное жильё, теплицы, беседки.
- Организаторы мероприятий – используют купола для выставок, фестивалей, глэмпинга.
Проект геодезического купола ориентирован на архитекторов, строительные компании и эко-энтузиастов, заинтересованных в инновационных, энергоэффективных и эстетичных решениях. Среди них – частные владельцы домов, ищущие нестандартное жильё или садовые конструкции, а также бизнес (отели, ивент-пространства) и госучреждения (научные станции, образовательные объекты).
Аудиторию объединяет интерес к экологичности, современным технологиям и быстрому монтажу. Доход – от среднего (частные покупатели) до корпоративных и бюджетных (организации). География – как города с запросом на «умные» дома, так и сельские территории с развитием эко-туризма.
Аудиторию объединяет интерес к экологичности, современным технологиям и быстрому монтажу. Доход – от среднего (частные покупатели) до корпоративных и бюджетных (организации). География – как города с запросом на «умные» дома, так и сельские территории с развитием эко-туризма.
Потенциальные заказчики и стейкхолдеры проекта
1. Заказчики (кто будет покупать)
- Частные лица:
- Владельцы загородных домов, эко-поселений (например, жители коттеджных поселков в Чувашии и соседних регионах).
- Фермеры и садоводы (для теплиц, складов, беседок).
- Государственные и муниципальные заказчики:
- Администрации городов Чувашии (благоустройство парков, туристических зон).
- Минстрой Чувашии (пилотные проекты энергоэффективного жилья).
- Образовательные учреждения (ЧГУ им. И.Н. Ульянова, детские технопарки «Кванториум»).
- Строительные и девелоперские компании:
- «Чувашстрой», – внедрение новых технологий в жилищное строительство.
- Застройщики эко-поселков («Зеленый квартал» в Новочебоксарске).
2. Стейкхолдеры (кто может влиять на проект)
- Региональные власти:
- Минэкономразвития Чувашии (гранты на инновации).
- Корпорация развития Чувашии (поддержка стартапов).
- Банки и инвесторы:
- Россельхозбанк, Сбербанк (программы кредитования фермеров и малого бизнеса).
- Научное сообщество:
- Профессора ЧГУ (экспертиза технологий).
- Архитекторы (Чебоксарский архитектурный институт).
- Эко-активисты и СМИ:
- Сообщество «Зеленая Чувашия»(продвижение эко-проектов).
- Региональные СМИ («Pro Город Чебоксары», «Советская Чувашия»).
Экономика проекта
прототип икосаэдрического геодезического купола
Расчет себестоимости икосаэдрического геодезического купола.
- Металлический профиль (10×10 мм, 1 м)
- Кол-во: 65 шт.
- Цена за шт.: ~180 ₽
- Итого: 65 × 180 = 11 700 ₽
- Пластик (крепежи)
- Итого: 300 ₽
- Общая себестоимость каркаса (без покрытия):
- 11 700 ₽ + 300 ₽ = 12 000 ₽
Стоимость с покрытием
3 варианта покрытия
ETFE-ПЛЕНКА
- Цена за м²: 800–1 200 ₽
- Стоимость материала: 15 × 1 000 ₽ = 15 000 ₽
- Итого: 15 000 ₽
- Итого (купол +ETFE-плёнка): 27 000₽
ОРГСТЕКЛО (3-5 мм)
- Цена за м²: 1 200–1 800 ₽
- Стоимость материала: 15 × 1 500 ₽ = 22 500 ₽
- Итого: 22 500 ₽
- Итого (купол + оргстекло): 34 500 ₽
СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ (алюминий + пенополиуретан, 50–80 мм)
- Цена за м²: 2 500–3 500 ₽
- Стоимость материала: 15 × 3 000 ₽ = 45 000 ₽
- Итого: 45 000 ₽
- Итого (купол + Сэндвич-панели): 57 000 ₽
проектирование
Проектирование геодезического купола. Изготовление деталей икосаэдрического геокупола.
Задачи проекта
шаги для реализации проекта
Задача 1
Изучить и проанализировать традиционные типы жилищ кочевых народов России.
Задача 2
Спроектировать в масштабе вариант геодезического купола.
Задача 3
Спроектировать в векторной программе и изготовить из листового материала (фанера, акрил) на лазерном станке с СО2 ребра (брусочки) купольного строения.
Задача 4
Спроектировать в программе САПР Autodesk Inventor крепежи геодезического купола и напечатать на 3D принтере Creality. Выполнить сборку геодезического купола.
Задача 5
Продумать варианты покрытия спроектированных купольных систем, изготовить образцы.
Задача 6
Изучить возможности применения геокуполов в современном мире. Предложить варианты по внедрению в жизнь нашей идеи.
В рамках проекта стояла задача выбрать наиболее подходящую форму здания, которая соответствовала бы требованиям прочности, комфорта, портативности (легкой, быстрой и недорогой сборки), а также эстетической привлекательности. Для этого мы провели исследование альтернативных форм и конструкций, которые строили кочевые народы России: 1) юрта; 2) чум; 3) яранга
Юрта
Юрта - переносное каркасное жилище с войлочным покрытием у тюркских и монгольских кочевников. Конструкция юрты практически одинакова у всех народов. Сначала изготавливается деревянный решётчатый каркас, обтянутый кольцами. Затем на него натягивают войлок или современные его заменители. В центре всегда оставляют открытое отверстие, с одной стороны, для доступа света, а с другой – для выхода дыма из очага, размещённого внутри и в центре кочевого жилища
Чум
Чум– традиционное жилище конической формы, состоит из рамы, которая составляется из жердей. В зависимости от обычаев или сезона покрывается корой (например, берёстой или корой лиственницы), оленьими шкурами или войлоком.
Конусообразная форма чума позволяет снегу скользить по его поверхности и не накапливаться на строении, а кроме того, делает его более устойчивым к ветру.
Конусообразная форма чума позволяет снегу скользить по его поверхности и не накапливаться на строении, а кроме того, делает его более устойчивым к ветру.
Яранга
Яранга – традиционное жилище народов Чукотки и Коряки, имеющее коническую форму с каркасом из деревянных жердей, покрытого оленьими шкурами или кожей для защиты от холода и ветра. Внутри она разделена на жилую зону с очагом для обогрева и хозяйственной частью, а собственная широкая конструкция обеспечивает устойчивость к сильному ветру. Яранга легко разбирается и перевозится, что делает ее идеальной для кочевого образа жизни.
Проектирование геодезического купола. Изготовление деталей икосаэдрического геокупола.
Геодезический купол (геокупол)
сферическое архитектурное сооружение, собранное из стержней (брусков), образующих геодезическую структуру, благодаря которой сооружение в целом обладает хорошими несущими качествами.
Форма купола образуется благодаря особому соединению балок: в каждом узле сходятся ребра слегка различной длины, которые в целом образуют многогранник, близкий по форме к сегменту сферы.
Форма купола образуется благодаря особому соединению балок: в каждом узле сходятся ребра слегка различной длины, которые в целом образуют многогранник, близкий по форме к сегменту сферы.
Геодезический Икосаэдрический купол
наш выбор
Форма представляет собой 1/2 сферы. В отличие от традиционных икосаэдров, данная форма обладает идеальной симметрией, и равносторонними геометрическими многогранниками, придавая куполу особую красоту. Состоит из двух видов ребер.
Схема сборки
РАЗМЕРЫ ПРОТОТИПА
Диаметр: 0.50 м
Высота: 0.25 м
ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ РАЗМЕР
Диаметр: 3.00 м
Высота: 1.50 м
Крепежи для прототипа икосаэдра
Крепежи для икосаэдра
Для икосаэдра предусмотрены готовые крепежи с заданными углами: 15,86° и 18°. Мы разработали по два варианта для 5- и 6-угольных крепежей.
Первый вариант — цельный, с уже выставленными углами.
Второй — составной, состоящий из лучей крепления и основания.
Лучи крепежей также представлены в двух вариантах:
Первый вариант — цельный, с уже выставленными углами.
Второй — составной, состоящий из лучей крепления и основания.
Лучи крепежей также представлены в двух вариантах:
- С отверстиями под винт – классическое соединение.
- С кнопочным механизмом – не требует дополнительных деталей (винтов, гаек), что ускоряет сборку купола.
Материал покрытия и его особенности
ETFE-ПЛЕНКА
Сегментированные треугольники с помощью термической обработки собираются в одно большое плотно.
Благодаря отверстиям на крепежах с помощью заклепок пленку можно крепить к куполу
Благодаря отверстиям на крепежах с помощью заклепок пленку можно крепить к куполу
ОРГСТЕКЛО (3-5 мм)
Используются сегментированные треугольники, которые крепятся к самому куполу.
Размеры:
Икосаэдра:
•ААВ х30(55,57°, 55,57°, 68,86°)
•ВВВ х10(60,00°, 60,00°, 60,00°)
Размеры:
Икосаэдра:
•ААВ х30(55,57°, 55,57°, 68,86°)
•ВВВ х10(60,00°, 60,00°, 60,00°)
СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ (алюминий + пенополиуретан, 50–80 мм)
Состоят из алюминиевого листа 0.3 мм,
пенополиуретана 60мм, двухслойной стеклоткани 0.8 мм, что сопоставимо по теплопроводности с кирпичной стеной толщиной 1м.
пенополиуретана 60мм, двухслойной стеклоткани 0.8 мм, что сопоставимо по теплопроводности с кирпичной стеной толщиной 1м.
ETFE-ПЛЕНКА
1) Светопропускание (она в 100 раз легче стекла, но при этом обладает более высокими показателями светопропускания);
2) Устойчивость (пленка устойчива к атмосферным воздействиям, химическим веществам, плесени, бактериям);
3) Прочность (пленка обладает высокой прочностью на растяжение и разрыв);
4) Длительный срок службы.
1) Светопропускание (она в 100 раз легче стекла, но при этом обладает более высокими показателями светопропускания);
2) Устойчивость (пленка устойчива к атмосферным воздействиям, химическим веществам, плесени, бактериям);
3) Прочность (пленка обладает высокой прочностью на растяжение и разрыв);
4) Длительный срок службы.
Оргстекло
1) Прочность;
2) Низкая теплопроводность (сохранение тепла внутри помещения);
3) Небольшой удельный вес (позволяет использовать тонкие опоры);
4) Высокая устойчивость к влаге;
5) Длительный срок службы;
6) Безопасность
1) Прочность;
2) Низкая теплопроводность (сохранение тепла внутри помещения);
3) Небольшой удельный вес (позволяет использовать тонкие опоры);
4) Высокая устойчивость к влаге;
5) Длительный срок службы;
6) Безопасность
Сэндвич-панели
1) Хорошая тепло-, звуко- и гидроизоляция;
2) Небольшой вес;
3) Прочность;
4) Замковые соединения;
5) Влагостойкость.
1) Хорошая тепло-, звуко- и гидроизоляция;
2) Небольшой вес;
3) Прочность;
4) Замковые соединения;
5) Влагостойкость.
Известно, что купольные сооружения отличаются надёжностью и прочностью, способны противостоять практически любым погодным условиям, включая снег, сильный ветер и даже землетрясения. Такая форма не только стильная и привлекательная, но и представляет собой одну из самых устойчивых конструкций, оказывающих минимальное воздействие на окружающую среду.
Особенности геокупола
Прочность и устойчивость | Купольная форма обладает высокой прочностью и устойчивостью к ветру, снегу и другим внешним воздействиям. |
Энергоэффективность | Купольные конструкции хорошо сохраняют тепло зимой и прохладу летом, снижая затраты на отопление и кондиционирование. |
Равномерное освещение | Купольная форма обеспечивает равномерное распределение света внутри помещения. |
Простор и отсутствие внутренних опор | Купольные сооружения могут создавать большие пространства без внутренних опор, что удобно для различных целей. |
Оригинальный дизайн | Купольные конструкции имеют привлекательный внешний вид, что делает их интересным архитектурным решением. |
Представление проекта
Изготовленные нами прототипы геокуполов, были представлены на республиканском мероприятии «Лучшие на селе». Перед делегацией мероприятия, куда входили глава Чувашской республики, министры сельского хозяйства, образования, представители предприятий аграрной отрасли были раскрыты возможности применения данных конструкций в качестве теплиц, оранжерей, беседок и летних строений в условиях сельской местности.
| Представление проекта Также, проект был представлен на дне науки учащихся, студентов и молодых ученых, организованной Министерством образования Чувашской Республики. Главой Чувашской Республики Олегом Алексеевичем Николаевым было предложено при изготовлении геокупола в реальном масштабе использовать алюминиевые профили, выпускаемых ЗАО «Сеспель». На данный момент руководство детского технопарка «Кванториум» г.Чебоксары вышло с письмом к руководству ЗАО «Сеспель» о сотрудничестве по созданию демонстрационного образца геокупола. |
| Представление проекта Подразумевается, что мы спроектируем крепежи в реальном масштабе под конкретный вид алюминиевого профиля. И ставим задачу по изучению возможностей по изготовлению крепежей из вторичного сырья – ПЭТ бутылок, алюминиевых банок. Для этого мы уже изучаем технологию литья в песчаные формы. |
Значимость проекта для участников
Этот проект стал для меня отличной практикой в инженерном деле. Я улучшила свои навыки работы в CAD-программе и проектировании деталей в 3D. Разрабатывая цельные и составные крепежи, я еще лучше освоила принципы конструирования и прототипирования. Эти навыки очень пригодятся в будущем, если я стану инженером или конструктором – теперь я лучше понимаю, как создавать функциональные и удобные в сборке узлы. Проект подтвердил мой интерес к техническим специальностям и дал ценный опыт!
Кириллова Милана
капитан, проектировщик
Этот проект помог мне прокачать навыки инженера. Я уже работала в CAD-программах, но здесь пришлось глубже разбираться в расчётах и проектировании. Создавая два типа крепежей для икосаэдра, я поняла, как небольшие изменения влияют на удобство сборки и прочность конструкции. Работа над проектом подтвердила мой интерес к инженерному делу и дала практический опыт, который точно пригодится в будущей профессии конструктора или проектировщика.
Медведева Анна
проектировщик
Наши контакты
Кириллова Милана
Phone: +7 917 067 8186
Email: milana55008@gmail.com
telegram: @HDHMilash
Phone: +7 917 067 8186
Email: milana55008@gmail.com
telegram: @HDHMilash
Казаков Алексей
Phone: +7 927 849 8708
Email: kazakov81_81@mail.ru
Phone: +7 927 849 8708
Email: kazakov81_81@mail.ru
Медведева Анна
Phone: +7 960 304 8497
Email: medvedeva_anna_09@mail.ru
telegram: @mandari_anjel
Phone: +7 960 304 8497
Email: medvedeva_anna_09@mail.ru
telegram: @mandari_anjel