ジオデシックドーム：設計、建設、応用

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背景

ジオデシック球面は真球を近似する多面体配置。ジオデシックドームはジオデシック球面の一部分です。建築物や屋根として5〜100%球面率のドームが建設されてきました。住宅用ドームは通常三角形アレイで球面の3/8または5/8を構成。

ジオデシックドームは複数面で効率的構造。三角形は極めて安定形状：長方形隅に力加えると平行四辺形へ変形するが、三角形は同力で変形せず。この特性で積雪、地震、風、竜巻等外力に高耐性。同一床面積箱型建築比表面積38%のみ、外気温変動露出面積少なく冷暖房コスト削減。重機不要で迅速建設可能。プレハブ部品使用で2,000平方フィート（約185平方メートル）住宅ドームを数名で10時間以内建設可能。

幾何学ドームは内部柱や耐力壁不要で自立。教会、スポーツアリーナ、展示ホール等大空間用途に魅力的。高天井美的魅力で住宅人気、全面或部分二階床をドーム取付のみで中間高度吊下げ可能。

歴史

1919年、ドイツ技師ヴァルター・バウアーズフェルドが大型プラネタリウム建設模索中、可動投影機を固定ドーム内設置着想。当時プラネタリウムドーム回転、外光が殻穴から入射し星・惑星模擬。実用サイズと収容人数制限されていた。バウアーズフェルドの内部投影概念なら大型ドーム可能。初モデル半球超、直径16m（52フィート）。正二十面体（等面三角形20面体）で球近似、各面細分化三角形化で建設問題解決。約3,500本細鉄筋で三角形フレーム構築。内部に球形木製型枠立てペースト状コンクリート吹付け殻形成。殻厚は卵殻直径比同比率、後世ジオデシックドーム適正比率と判断。

30年後、アメリカ建築家・技師・詩人・哲学者R・バックミンスター・フラーが独立同種構造系発明。第二次大戦後、大量生産部品で迅速建設可能な安価効率的住宅設計目指す。従来手法外へ目を向け、与えられた空間を最小表面積で包む球形状着目。最初ストリップネットワークで大円（球上中心一致円）近似、交差で三角形形成。「大円は測地線（ギリシャ語で地球分割意）」ゆえ「ジオデシックドーム」命名。後にサッカーボールパネル様に正六角形・正五角形で球形成、強度と施工容易性で三角形分割。

1953年、フラー新システムでフォード自動車本社ビル中庭直径28m（93フィート）覆い。既存建物伝統ドーム重量不支持だがフラー作品95%軽量。設計施工わずか3ヶ月。中庭中央仮設マストで施工中支持、各セクション完成毎に段階的ジャッキアップ・回転。フレーム：アルミストラット12,000本、総重量1,700kg（3,750ポンド）、三角形形成し連結、成長フレームへリベット留め。完成後既存建物設置マウントへ緩やか降下。各三角形へ透明FRPパネル取付完了。

1954年フラージオデシックドーム特許取得。1960-70年代型破り尊重時代、環境意識高い層へ安価自建住宅として普及。指南書広く出回ったが、材料品質（パルプや廃缶等異質選択含む）とDIY建設者技量バラツキ大。素人建設ドームは雨漏り多発、断熱不十分で省エネ限定的、天窓不足で室内薄暗い課題。

フラー1980年代中期まで100万棟予測も、1990年代初頭世界推定5万〜30万棟。少数ながら根強い非伝統住宅建設者継続、主にキット利用。しかし1992年『ニューズデイ』報道：大半ジオデシックドーム構造物は温室、倉庫、防衛シェルター、観光アトラクション向け建設。最著名例：ウォルトディズニーワールド・エプコットセンター直径48m（165フィート）球体。1982年エチレンプラスチック・アルミ複合パネル建設、「スペースシップ・アース」ライド収容、フラー造語。

原材料

ジオデシックドームサイズ範囲広大：ベネズエラ・ポリエドロ・デ・カラカススポーツアリーナ直径143m（460フィート）から直径5m（15フィート）以下簡易シェルターまで。建設材料多様。簡易移動構造：PVCパイプ或ガルバニズド鋼管フレーム、プラスチックシート或パラシュートキャノピー被覆。アリーナ・工場等大型永久構造：アルミ・鋼フレームストラット、アルミ・銅・構造用石膏・アクリル・プレキシガラスパネル被覆。

多く住宅キットメーカー木材採用、主に乾燥ダグラスファーストラット、1.3cm（0.5インチ）外装用或構造用合板被覆。キットには木ストラット所定配置確実固定用各種コネクタ含有、高強度アルミ、或亜鉛メッキ・エポキシ・工業用プライマー処理鋼コネクタ常用。亜鉛メッキボルトでコネクタ・パネル固定。

一部キットメーカー代替材料でプレハブパネル（フレームと外装一体化）供給。例：成形FRPパネル製造社、鉄筋コンクリートパネル供給社（パネル縁鋼メッシュ重ね合わせコンクリート充填継手シール）。

多くドームキットコンクリート基礎スラブ上建設。多くスラブ地中埋込み地下階確保。基礎壁とライザーウォール（ドーム下垂直壁、全高調整用）通常コンクリート或木材。内部断熱材一般に ジオデシックドーム建設. ガラス繊維バット或吹付ウレタン、セルロース、アイシネンプラスチックフォーム。

設計

キット住宅ながら設計柔軟。ドーム最下段三角形半分まで除去しても構造弱化せず、ドア窓開口豊富可能。垂直壁延長部を開口から張出し床面積拡大可。ドーム直置き地面足場（建物荷重支える地中埋込短壁）或最大2.5m（8フィート）ライザーウォール上設置選択可能。

内外壁間に断熱スペース確保必須。一部メーカー10〜20cm（4〜8インチ）厚材ストラットで確保、他合成ストラット（二枚合板ガセット接合材）で37〜53cm（14.5〜21インチ）厚確保。

製造工程

以下は複数キットメーカー利用者諸技法合成。

サブストラクチャー（下部構造）

• 1 敷地整地後、キットメーカー供給詳細図面基づき基礎フーチング溝掘削。ドーム底面円形でなく、短壁5本と長壁5本（短壁2倍長）交互配列外周。フーチング型枠設置、多く永久スチロール型枠採用（撤去不要）。コンクリート打設。
• 2 砂層で面整え基礎スラブベース確保。配筋格子組み、コンクリート打設し基礎スラブ形成。
• 3 フーチング上に基礎壁構築、地表面付近まで。希望時ライザーウォール（キット付属）設置、相互ボルト固定。
• 4 根太設置：基礎上へ2×12材（3.8×29.2cm）40cm間隔立て配置。根太を周囲木枠と木製横桁へ釘留め。1.9cm（3/4インチ）合板敷き詰め釘止め。

スーパーストラクチャー（上部構造）

スーパーストラクチャー典型的60三角パネル構成。希望ドームサイズによりパネル一辺通常1.8〜3m（6〜10フィート）。キット付属外装パネル済みプレハブ或現場プレカット材・金属コネクタ組立二通り。

プレハブパネル付属時、基礎或ライザーウォール上設置、メーカー指定順序で相互接続。自立十分パネル連結迄中心ブロック放射状支柱で仮支保。以下はより一般的フレーム建て後外装パネル取付ケース手順：

• 5 基礎或ライザーウォール上へベースプレート設置。ドーム底部パネル列わずか傾斜と水平壁頂部遷移用精密面取り4×6インチ（10×15cm）木材。
• 6 キット色分けストラットとコネクタ照合し三角形形成ボルト固定。三角形吊上げ位置決め、壁及/或隣接三角形へボルト固定。連続列積み上げドーム完成。軽量故施工中補強不要自立保持。
• 7 三角形内側へ木スタッド釘打ち。三角形一辺垂直方向40cm間隔配置。奇数本時中央スタッド頂点延長せず垂直ブロックへ固定。
• 8 色分け縁合わせ合板パネル三角形外側へ吊上げ釘打ち。ドーム頂点から下向き作業で開放フレーム立位作業可能。
• 9 望む張出部（エクステンション）垂直壁と屋根フレーム組立。合板外装取付。二階窓用ドーマー張出しも設置可能。

仕上げ

• 10 窓、天窓、外部ドア取付。
• 11 ルーフィング：ゴムシート被覆、従来屋根材（シングル或瓦）施工。
• 12 ライザーウォール外装へ従来サイディング（スタッコ或ビニールサイディング）施工。
• 13 ストラット・スタッド間と延長壁内部へ断熱材充填。
• 14 内部間仕切り壁フレーム組立。キット付属パターンで石膏ボード切断、内部壁とドーム・ライザーウォール内面へ釘止め。三角形セクション間多数角度存在し素人建設者はドライウォールジョイントテープ処理プロ雇用常套。

品質管理

高品質ジオデシックドーム構造は気密性と構造健全性両立。これらが省エネ主因。基本気密故結露問題発生可能。通常冷暖房システム制御可能も数日閉め切りで湿気蓄積。空調稼働或窓ドア開放で容易解決。

リチャード・バックミンスター・フラー。

リチャード・バックミンスター・フラーは1895年7月12日マサチューセッツ州ミルトン生まれ。1913年ハーバード大学入学も2年後退学。1917年アン・ヒューレット結婚、建設会社設立。1923年ストッケードレンガ積み工法発明——垂直孔コンクリート補強レンガ。1927年工場製ダイマクションハウス設計——中央マスト吊下げ自立ユニット、完全リサイクルシステム搭載。「ダイマクション」は最小投入最大産出派生物全般呼称。1928年ダイマクションカー設計——全方位車両、最小風阻、12人乗り、180°旋回、193km/h巡航容易、12km/L平均燃費も自動車メーカー量産拒否で不採算。

フラー財政的ブレーク1940年ダイマクション展開ユニット（DDU）、扇形波板鋼室円形自冷ユニット。英国軍第二次大戦採用。1949年ジオデシックドーム着手。1951年特許出願、1953年フォード自動車本社中庭ドーム建設契約獲得。米国防総省最大顧客、臨時住宅・レーダー保護用ドーム採用。

1983年没時フラードーム世界的普及。1985年フラーレン発見。フラーレンは五角形・六角形面持つ球状炭素原子配列、ジオデシックドーム類似。「バッキーボール」最大980炭素原子。

将来展望

ジオデシックドーム建設今後改良は建材進化から期待。例：1997年コンクリートブロックメーカーが中空面取り三角ブロック開発、刻み目で隣接ブロック互いに嵌合。適切形状化でドーム建設可能。

別革新：異数学前提ベースドーム設計。真正ジオデシックドームでは三角形辺が大円形成整列。非ジオデシックだが1989年特許六角形・五角形で楕円断面ドーム形成。数学的派生ゆえ「ジオタンジェント」命名。

ジオデシックドームが最小材料で最大強度追求する一方、楕円断面ドームは二別利点提供。球面ドームより低高度で円形領域カバー可能。標高変化ある細長或不規則形状領域カバー可能。メキシコ北部、世界最大工業用ドームは全長224m（735フィート）、幅80m（260フィート）楕円屋根一対製造棟。