Звід

Готичні зведення Сен-Шапель

Звід (від "зводити" - з'єднувати, змикати) - в архітектурі тип перекриття або покриття споруд, конструкція, яка утворюється опуклою криволінійною поверхнею.

Склепіння дозволяють перекривати значні простори без додаткових проміжних опор, використовуються переважно в круглих, багатокутних або еліптичних в плані приміщеннях.


1. Конструктивна робота

Barrel vault top force.jpg

Склепіння, як правило, зазнають навантаження від власної ваги, плюс від знаходяться вище конструктивних елементів будівлі (і погодних впливів). Під навантаженням звід працює переважно на стиснення. Виник вертикальне зусилля стиснення склепіння передають на свої опори. У багатьох типах склепінь виникає додаткове зусилля - горизонтальне, тобто вони починають працювати ще й на розпір. Горизонтальний розпір може бути мінімальним, або ж погашатися в тілі кільцевої затягування чи іншої закладеної в тілі зводу арматури.

Склепіння підрозділяють на:

  • Підвищені - відношення стріли зводу або підйому до прольоту зводу більше 1/2.
  • Знижені - відношення стріли зводу до прольоту коливається від 1/4 до 1/2.
  • Плоскі - відношення менше 1/4.

У Росії теорією рівноваги склепінь активно займалися знамениті вчені, такі як академік Петербурзької Академії наук С. Є. Гур'єв [1].


2. Еволюція склепінних перекриттів

Стояково-балочна система перекриттів (Греція): стійки - колони, балки - архітрави
Арочно-купольна система перекриттів (Рим): навантаження розподіляється не змикається під прямим кутом балками і стійками, а округленими арками

Конструкції склепінь, тобто арочно-купольна система перекриттів з'явилася наступним кроком у розвитку архітектури. Їй передувала стоечно-балочна система, в основі якої лежить використання деревних стовбурів в якості головного будівельного матеріалу. Незважаючи на те, що блоки каменю та цегла незабаром замінили деревину, стійко-балочна система (тобто конструкція, елементи якої змикаються під прямим кутом) залишалася основним принципом будівництва в Стародавньому світі - в архітектурі Стародавнього Єгипту і Стародавній Греції. Величина міцності каменя на вигин обмежувала в стійко-балкової конструкції ширину прольоту приблизно до 5 м. (Ті склепіння, які все-таки зустрічаються в архітектурі цих періодів, наприклад, каземати акрополя Тірінфа і шахтового гробниці носять назву помилкових зведень, тому на відміну від класичних варіантів, не передавали зусиль розпору і нагадували їх лише зовні).

Ситуація змінилася лише з винаходом достатньо надійних сполучних - таких розчинів, як цемент і бетон, а також з розвитком науки, яка дозволила розраховувати більш складні криволінійні конструкції. Застосування криволінійних склепінь, де камінь працює вже не на вигин, а на стиск, тому виявляє більш високу міцність, дозволило значно перевищити зазначений вище розмір прольоту від 5 метрів балочної-стійкового системи. [2]

Хоча циліндричні зводи з'явилися вже в 4-3 тис. до н.е. в Єгипті та Месопотамії, масове використання арочно-купольної системи перекриттів почалося лише в архітектурі Стародавнього Риму. До цього часу прийнято відносити винахід арки і купола, а також основних типів склепінь, в основі яких лежать два цих конструктивних елемента. З часом число цих типів збільшилася.

Склепіння в давньоримському будівництві, а також у її спадкоємців - романської і візантійській архітектурі були досить важкими, тому, для того щоб витримувати вагу перекриттів, стіни-опори для цих склепінь зводилися дуже товстими і масивними. Навантаження в таких конструкціях передавалася безпосередньо на стіни. Наступний етап у розвитку склепінь настав у готичної архітектури, будівельники якої винайшли новий варіант розподілу навантаження.

Два варіанти розподілу навантажень: Романіка і готика
Руїни православного храму. Видно залишки арок циліндричних зводів, що спираються на масивні стовпи
Готичне склепіння після землетрусу: обрушився цегляний криволінійний стеля (запалубка), а ребра-нервюри, на яких трималася кладка стелі, вистояли.

Масивна стіна, що служила опорою для важкого зводу, була замінена на систему контрфорсів і аркбутанів. Тепер зусилля стало передаватися не безпосередньо вертикально вниз, а розподілятися і відводитися вбік по аркбутанів, йдучи в контрфорси. Це дозволило набагато стоншити стіни, замінивши їх на кілька надійних опорних контрфорсів. Крім того, відбулася зміна в кладці власне склепінь - якщо раніше вони цілком викладалися з масивних каменів і були однакові по всій товщині, то тепер звід став представляти собою жорсткі ребра ( нервюри), службовці для опори і розподілу навантаження, а проміжки між нервюрами викладалися легким цеглою, який виконував тепер лише загороджувальну, але не несучу функцію. Це відкриття дозволило архітекторам готики перекривати конструктивно новими типами склепінь небачено великі простори соборів і створювати запаморочливо високі стелі.

Нарешті, наступна і на сьогоднішній день завершальна віха в еволюції склепінь наступила в XIX столітті з винаходом залізобетону. Якщо до цього інженерам доводилося розраховувати склепіння, викладені по опалубці з цегли з допомогою цементу, або з каменю з допомогою бетону (а вони могли розсипатися в разі невдалих розрахунків або помилок у кладці), то тепер бетон армується залізом і формується в заливальних формах. Це додало йому незвичайну міцність, а також дало максимальну свободу фантазії архітекторів. З 2-ї половини XIX в. склепіння нерідко створювалися з металевих конструкцій. У ХХ в. з'явилися різні типи монолітних і збірних залізобетонних тонкостінних склепінь-оболонок складної конструкції. Вони застосовуються для покриттів великопрольотних будівель і споруд. З середини ХХ ст. поширюються також дерев'яні клеєні склепінчасті конструкції. [2]

Станція метро " Маяковська "по суті являє собою ряд осередків, перекритих варіантом купола на вітрилах

2.1. Призначення

Склепінчасті перекриття протягом століть використовувалися, в першу чергу, для релігійних і громадських приміщень, оскільки при правильному розрахунку зводу він може покрити величезний простір - в той час як балка, незалежно від матеріалу, має межу довжини. (Саме тому в приватному будівництві, навіть у тих же панельних будинках, досі переважає балочної-стоякова система, так як там немає потреби у великому метражі і високих стелях). Найбільша різноманітність типів склепінь демонструє сакральна архітектура, яка зобов'язана була поєднувати місткість і красу, а в сталінській архітектурі цих параметрах повинне було відповідати метро, ​​тому зараз станції московського метрополітену демонструють велику варіабельність в типах склепінь.


3. Елементи склепінь

Софійський собор (Константинополь) : купол на вітрилах. В парусах - мозаїки із зображенням шестикрилих серафимів. За центральною аркою наступний звід - конха (напівкупол), в свою чергу, має три менші конхи.
Альгамбра : руінірованний декоративний циліндричний звід дає можливість побачити, як він спирається на стіни

В залежності від типу зводу він може мати наступні елементи:

  • Замок, замковий камінь, ключ зводу - середній клінчатую камінь в щелиге арки або зводу. Іноді підкреслюється декором.
  • Дзеркало - горизонтальна, плоска площина дзеркального склепіння, стельовий плафон (спочатку - будь-яка гладка поверхня плит в кам'яній кладці).
  • Лотки - криволінійна площину зводу, одним кінцем спирається на стіну, а іншими - замикається з рештою лотками, тобто частина зводу, що має форму відрізка полуціліндріческой поверхні, розсіченою двома взаємно пересічними площинами.
  • Паддугі (падуги) - бічні циліндричні частини зімкнутого зводу, в дзеркальному зводі - знаходяться під дзеркалом. Спочатку - велика викружками над карнизом, що служить переходом від стіни до стелі.
  • Пазуха зводу - простір між зовнішніми поверхнями суміжних склепінь, або склепінням і стіною.
  • Вітрила - сферичний трикутник, що забезпечує перехід від квадратного в плані підкупольного простору до окружності купола.
  • Підпружних арка - наполеглива арка, зміцнююча або підтримуюча звід.
  • Проліт склепіння - його ширина
  • П'ята склепіння - нижня частина арки, склепіння, що спирається на стіну або стовп; або ж верхній камінь опори, на якому покоїться арка чи звід.
  • Розпалубки - виїмка в циліндричному зводі у вигляді сферичного трикутника. Утворюється перетином двох взаємно перпендикулярних циліндричних поверхонь (зазвичай різного радіусу). Може бути або частиною хрестового зводу, або додатковим склепінням, врізання в циліндричний або дзеркальний. Влаштовується над дверними та віконними прорізами при розташуванні верхньої точки отвору вище п'яти зводу.
  • Стріла зводу - відстань від осі арки в ключі до хорди, що сполучає центри її п'ят.
  • Шелиге (щалига) - верхня лінія або хребет зводу. Також - безперервний ряд замкових каменів (ключ зводу).
  • Щека зводу ( люнет) - торець зводу, його зріз
  • Щічна арка - підпружних бічна арка хрестового зводу, розташована по сторонах прямокутника його плану.
  • Щічна стіна - торцева стіна приміщення, перекритого циліндричним склепінням, навантаження не відчуває.
Готичні конструкції:
  • Нервюри - ребро готичного каркасного зводу. Поділяються на:
    • Ожива - діагональна арка. Майже завжди напівциркульна.
    • Тьерсерон - додаткова нервюра, що йде від опори і підтримуючі посередині ліерни.
    • Ліерни - додаткова нервюра, ідщая від точки перетину оживлений до щелиге щокових арок.
    • Контрліерни - поперечні нервюри, що зв'язують між собою основні (тобто оживити, ліерни і тьерсерони).
  • Запалубка - в нервюрний звід заповнення між нервюрами.
  • Екстерскій собор: замковий камінь у нервюрние склепіння

  • "Пучок колон" завершується "п'ятою" зводу, звідки піднімаються нервюри

  • Розпалублення з люнетом над дверним отвором


4. Основні типи склепінь

У Стародавньому Римі застосовувалися наступні типи - циліндричні, зімкнуті і хрестові. У Візантії застосовувалися циліндричні, парусні, хрестові. В архітектурі Мідії, Індії, Китаю, народів Середньої Азії і Близького Сходу використовувалися переважно стрілчасті. Західноєвропейська готика воліла хрестові склепіння, максимально їх розвинувши в сторону стрілчасті [2].

Ілюстрація Визначення
Barrel vault-scheme.jpg Циліндричний звід - утворює в поперечному перерізі півколо (або половину еліпса, параболи, інш). Це найпростіший і найбільш поширений тип склепінь. Перекриття в ньому спирається на паралельно розташовані опори - дві стіни, ряд стовпів або аркади. В залежності від профілю арки, що ліг в основу, бувають:
  • напівциркульні
  • стрілчасті
  • коробові
  • еліптичні
  • параболічні
Stickvalv.png Коробова звід - різновид циліндричного зводу; відрізняється від нього тим, що утворює в поперечному перерізі не просту дугу, а трехцентровую або багатоцентрових Коробова криву. Він має великий розпір, зазвичай погашаються металевими зв'язками, і служить для перекриття більш великих за площею приміщень, ніж циліндричний звід.
Циліндричний на распалубках.jpg Циліндричний звід з розпалубками - звід, утворений шляхом перетину під прямим кутом одного зводу з іншими меншого прольоту і меншої висоти, тобто - з утворенням распалубок.
Хрестовий свод.jpg Хрестовий звід - утворюється шляхом перетину двох склепінь циліндричної або Коробової форми однакової висоти під прямим кутом. Застосовувався для перекриття квадратних, а іноді прямокутних в плані приміщень. Він може спиратися на вільностоячій опори (стовпи, колони) по кутах, що дозволяє зосередити в плані тиск тільки на кутових опорах.
Klostervalv.png Зімкнутий звід - утворюється похилими по заданій кривій продовженнями стін - лотками (щоками), які спираються по всьому периметру на стіни і сходяться в горизонтальній шелиге зводу при прямокутному плані або в одній точці при перекритті квадратного (на ілл.) В плані приміщення (в останньому випадку також може також називатися "монастирським"). Є похідним від склепіння циліндричного. Передає на стіни вертикальний тиск і розпір по всій довжині. Був відомий в архітектурі Середньої Азії, Риму і готиці, але застосовувався рідко, більш широко поширився в архітектурі Відродження.
  • Звід зімкнутий з розпалубками - наявність распалубок по осях лотків змінює конструктивну систему зводу: зусилля передаються на кути.
Дзеркальний свод.jpg Дзеркальний звід - відрізняється від зімкнутого тим, що його верхня частина являє собою плоску горизонтальну плиту-плафон (т. зв. "Дзеркало"). Зазвичай вона відокремлюється від паддуг (бічних граней) чіткої рамою і часто використовується для живопису. Подібний звід часто застосовується в декоративних цілях, в той час як саме приміщення насправді може бути перекрито балочної або кроквяної конструкцією, до якої підвішується помилковий звід. Набув найбільшого поширення в епоху Відродження.
Byz vault01.jpg Вітрильний звід - вспарушенного зводу на чотирьох опорах. Утворюється відсіканням вертикальними площинами частин сферичної поверхні купола. Умовно розчленований на дві зони: нижню - несучу, і верхню - несомую пологу частину сфери, звану СКУФ. Іноді скуфії надавали напівциркульними форму.
Хрещатий звід - зімкнутий звід, прорізаний двома пересічними навхрест склепіннями іншої форми, на перетині яких стоїть світловий барабан.
Kupolvalv.png Купольний звід - являє собою півкуля, звичайно спирається на циліндричний в плані барабан або на напівкруглі в плані стіни апсид. В останньому випадку називається напівкупольним зводом чи конхой.
Penditifkuppel.png Купол на вітрилах (звід на вітрилах, вітрильний звід) - утворюється відсіканням вертикальними площинами частин сферичної поверхні купола (без барабана).
Byz vault02.jpg Хрестово-купольний звід - купол, поставлений на хрестове перекриття (з барабаном).
Ступінчастий звід - тип зводу, що застосовувався для перекриття невеликих бесстолпних церков за допомогою системи поперечних арок, розташованих ступенями, на які спираються ступінчасті арочки, розташовані в поздовжньому напрямку, утворюючи в центрі відкритий квадрат, завершений світловим барабаном.

4.1. Додатково

Купол на вітрилах, виконаних в конструкції стільникового зведення - у вигляді бджолиних сот ( Гексагон), ісламська архітектура Іспанії
  • Помилковий звід - найдавніший вид зводу. Утворюється поступовим напуском усередину горизонтальних рядів кладки. Не дає горизонтального розпору.
  • Бондарним звід, звід двоякою кривизни - поверхня склепіння утворюється рухом плоскої кривої, що утворює по кривій напрямній.
  • Клінчатую звід - викладався з каменів клиноподібної форми або мав клиноподібні шви між каменями.
  • Напівкупольним звід ( конха) - відтята горизонтальної та вертикальної плоскос частина сфери.
  • Сітчастий звід - схожий на хрестовий, але не має діагональних ребер. На їх місці розташовані 4 сферичних вітрила. Може мати діагональне ребро, але воно не проходить через шелиге, а впирається в кільце.
  • Складчастий звід, ніздрюватий - не має самостійного нервюрний каркаса, в даному зводі міцний каркас утворюється гострими ребрами складок.
  • Стільниковий звід - різновид складчастого склепіння, із замкнутими перегороджені складками у вигляді ромбічних гранованих западин (пірамідальні поглиблення). Характерний для арабської архітектури.
  • Стрілчастий звід - різновид циліндричного зводу, в основі якого лежить не напівциркульна арка, а Стрільчий (гостра). Такий звід являє собою дві дуги окружності, пересічні в щелиге - хребті зводу.

4.2. Готичні зведення

  • Віяловий звід - утворюється нервюрами (ожива і тьерсерона), витікаючими з одного кута, що мають однакову кривизну, складовими рівні між собою кути і створюючими воронкоподібну поверхню. Типовий для англійської готики.
  • Зірчастий звід - форма хрестового готичного склепіння. Має допоміжні ребра - тьерсерони і ліерни. У каркасі чітко виділяються основні діагональні ребра хрестового зводу.
  • Звід хрестовий готичний - хрестовий звід, що представляє собою каркасну конструкцію у вигляді сітки нервюр, на які спираються розпалубки, що дозволяє зосередити тиск тільки на кутових опорах. Основна ознака готичного - чітко виражені профільовані діагональні ребра, складові основний робочий каркас, який сприймає основні навантаження. Розпалубки викладалися як самостійні малі склепіння, що спиралися на діагональні ребра.
  • Нервюрний звід - звід на каркасі з нервюр, що сприймають і передають навантаження склепіння на його опори.

4.3. Склепіння Давньої Русі

У більшості випадків кам'яні споруди на Русі перекривалися склепіннями, які були різноманітні і надзвичайно складні. В домонгольської Русі вони, як правило, були складені з плінфи. Склепіння викладалися по опалубці, яка спиралася на кружала і торцеві стіни (або на перебували нижче підпружних арки). Після затвердіння розчину кружала віддалялися, і опалубка знімалася [3].

Теремно палац у Кремлі. Тип склепінь - зімкнутий на розпалубках

Схеми основних типів склепінь, що зустрічаються в російській архітектурі XI-початку XVIII ст.:

1 - Коробова (з XI ст.);
2 - четверт'ціліндріческій (в основному XI-XV ст. Та пізніше);
3 - купольний (з XI ст.);
4 - купольний на вітрилах без барабана (XI в.);
5 - купольний на барабані (з XI ст.);
6 - конха (з XI ст.);
7 - двосхилий (XI в.);
8 - хрестовий (XI-XII ст., А також з кінця XV ст.);
9 - шатровий (кінець XIII ст.);
10-12 - східчасто-арковий (XIV-XVI ст.);
13 - вспарушенного хрестовий (з початку XVI в.);
14, 15 - зімкнутий на розпалубках, що сходяться до кута (з початку XVI в.);
16, 17 - склепінчасте перекриття Одностолпная палати на розпалубках, що сходяться до кута (з початку XVI в.);
Схеми основних типів сводов.gif
18 - зімкнутий на розпалубках, відступаючих від кута (XVII в.);
19 - зімкнутий з вільним розташуванням распалубок (XVII в.);
20 - зімкнутий на гранчастій підставі ("гранований купол" - з початку XVI в., Особливо поширений з другої половини XVII ст.);
21 - вітрильний (XVI в.);
22 - купол на тромпи (XVI в.);
23 - хрещатий з горизонтальним і шелиге распалубок (XVI в. - Найбільш ранній);
24 - хрещатий з похилими щелигамі распалубок (XVI-XVII ст.);
25 - хрещатий зі східчастими розпалубками (кінець XVI-початок XVII ст.);
26 - зімкнутий без распалубок (в основному з другої чверті XVII ст.);
27, 28 - полулоткозий і лоткові (в основному з другої чверті XVII ст.);
29 - склепінчасте перекриття Одностолпная палати без распалубок (друга половина XVII ст.);
30 - лоткові на розпалубках (XVII в.);
31, 32 - варіанти світлового п'ятиглавія бесстолпного храму (собор Введенського монастиря в Сольвичегодськ, 1689-1693 рр.. і Різдвяна церква у Нижньому Новгороді, кінець XVII - початок XVIII ст.)