Каркасна система готичної архітектури

Руінірованний собор абатства Сен-Жан де Вінь, Суассон, демонструє оголений каркас фасаду готичного будівлі

Каркасна система готичної архітектури - сукупність конструктивних будівельних прийомів, що з'явилася в готиці, яка дозволила змінити розподіл навантаження в будівлі і помітно полегшити його стіни і перекриття. Завдяки цьому винаходу архітектори середньовіччя змогли значно збільшити площу і висоту зводяться споруд.

Основними елементами конструкції є контрфорси, аркбутани і нервюри.


1. Характеристика

Два варіанти розподілу навантажень: Романіка і готика

Головною і в першу чергу впадає в очі рисою готичних соборів є їх ажурна структура, що представляє собою різкий контраст масивним конструкціям попередньої романської архітектури.


1.1. Розподіл навантаження

Технічним проривом архітекторів готики стало їх відкриття нового способу розподілу навантаження. (Будь вільностоячій будівлю відчуває два види навантажень: від власної ваги (включаючи перекриття) і погодні (вітер, дощ, сніг). Потім воно передає їх вниз по стінах - до фундаменту, нейтралізуючи потім в землі. Саме тому кам'яні будівлі будуються більш грунтовно, ніж дерев'яні, так як камінь, будучи важче деревини, піддається більшому загрозі обвалення в разі помилки в розрахунках). В романській архітектурі, почасти є спадкоємицею давньоримської, несучими частинами будівлі були всі стіни цілком. Якщо архітектор бажав збільшити розмір зводу, то таким чином збільшувався і його вагу, і стіну доводилося потовщувати, щоб вона могла витримати вагу такого зводу.

Східний фасад собору Паризької Богоматері. Чітко видно "ніжки"-аркбутани, що відходять від стін абсиди

Вирішальною для розвитку готики стала здогад, що вага і тиск кам'яної кладки можуть концентруватися в певних точках, і якщо їх підтримати саме в цих місцях, іншим елементам споруди вже не обов'язково бути несучими. Так виник готичний каркас - хоча передумови для нього з'явилися дещо раніше: "Історично цей конструктивний прийом виник з удосконалення романського хрестового зводу. Вже романські зодчі в деяких випадках викладали шви між розпалубками хрестових склепінь виступаючими назовні каменями. Однак такі шви мали тоді суто декоративне значення; звід і раніше залишався важким і масивним " [1].

Відмінності в роботі конструкцій
Романіка Готика
Eglise chapaize nef.JPG
Bonne-Esperance Cloitre est.JPG
Навантаження передають стіни по всій довжині собору Навантаження передають елементи каркасної конструкції, рівномірно розподілені по периметру будівлі
Колони не мають особливого значення Колони разом з контрфорсами і аркбутанами - головні несучі елементи будівлі
Товсті масивні стіни, товщиною в кілька метрів, несуть навантаження Тонкі стіни, зведені між колонами, є ненесучими перегородками
Невеликі обсяги будівлі Собор може мати колосальний розмір
Стелі не дуже високі Склепіння дуже високі
Вікна невеликі, так як прорізають несучу стіну і не повинні зменшувати її несучу здатність Вікна можуть займати весь простінок між колонами, замість перегородки
Всі приміщення розмежовані між собою масивними стінами, простінками і колонами Приміщення візуально об'єднані в одне ціле завдяки тонкості опорних колон

Новаторство технічного рішення полягало в наступному: звід перестали спирати на суцільні стіни будівлі, масивний циліндричний звід замінили ажурним нервюрний хрестовим (див. нижче), тиск цього зводу передається нервюрами і арками на стовпи (колони). Виникаючий таким чином бічний розпір сприймається аркбутанами і контрфорсами.

"Нервюрний звід був значно легше романського: зменшувалися і вертикальний тиск, і бічний розпір. Нервюрний звід своїми п'ятами спирався на стовпи-підвалини, а не на стіни; розпір його був наочно виявлено і суворо локалізовано, і будівельникові було ясно, де і як цей розпір повинен бути "погашений". Крім того, нервюрний звід володів певною гнучкістю. Усадка грунту, катастрофічна для романських склепінь, була для нього відносно безпечна. Нарешті, нервюрний звід мав ще й ту перевагу, що дозволяв перекривати простору неправильної форми " [1].

Таким чином, конструкція сильно полегшується за рахунок перерозподілу навантажень. Перш несуча, товста стіна перетворилася на просту легку "оболонку", чия товщина більше не впливала на несучу здатність будівлі. З товстостінного будівлі собор перетворився в тонкостінний, але зате "підпертий" по всьому периметру надійними і елегантними "підпорами".

Крім того, готика відмовилася від полуциркульной, звичайної арки, замінюючи її скрізь, де тільки можна стрілчастої. Використання стрілчастої арки в склепіннях дозволяло зменшити їх бічний розпір, направляючи значну частину тиску прямо на опору - причому, чим вище і загострені арка, тим менше вона створює бічний розпір на стіни та опори. Масивний звід замінився ребристим склепінням, ці ребра-нервюри діагонально перехрещувалися і сприймали навантаження. Простір між ними заповнювався простий запалубкой - легкої кладкою цегли або каменю.


1.2. Отримані переваги

  • Велика економія будівельного матеріалу
  • Збільшення висоти будівлі, а також освітленості його внутрішнього простору
  • Об'єднання внутрішнього простору в одне ціле
  • Скорочення термінів будівництва

2. Конструктивні елементи

Розріз готичного собора.jpg
Розетка - замковий камінь нервюрние склепіння
  • Аркбутан - це зовнішня кам'яна наполеглива арка, яка передає розпір склепінь головного нефа на опорні стовпи, віддалені від основного корпусу будівлі - контрфорси. Завершується аркбутан похилою площиною у напрямку ската покрівлі. У ранній період розвитку готики зустрічаються аркбутани, приховані під даху, але вони заважали висвітлювати собори, тому незабаром вони були виведені назовні, і стали відкритими для огляду ззовні. Аркбутани бувають двопрогінна, двоярусні, і комбінують обидва ці варіанти.
  • Контрфорс - в готиці вертикальна конструкція, потужний стовп, сприяючий стійкості стіни тим, що своєю масою протидіє розпору склепінь. У середньовічній архітектурі здогадатися не притуляти його до стіни будинку, а винести його назовні, на відстань у кілька метрів, з'єднавши з будівлею перекинутими арками - аркбутанами. Цього було достатньо для ефективного переносу навантаження зі стіни на опорні колони. Зовнішня поверхня контрфорсу могла бути вертикальною, ступінчастою або безперервно похилій.
  • Пинакли - загострена башточка, якій навантажували вершину контрфорсу в місці примикання до нього аркбутани. Це робилося з метою запобігання зсувних зусиль.
Реймський собор : стовп-устой "пучок колон", капітель "п'ята склепіння" і опертих на неї нервюри
  • Стовп-підвалина - міг бути простого перерізу, або ж являти собою "пучок колон".
  • Нервюра - ребро арки зводу, що виступало із кладки і профільоване. Система нервюр утворює каркас, що підтримує полегшену кладку склепіння. Поділяються на:
    • Щокові арки - чотири арки по периметру квадратної чарунки в підставі зводу.
    • Ожива - діагональна арка. Майже завжди напівциркульна.
    • Тьерсерон - додаткова нервюра, що йде від опори і підтримуючі посередині ліерни.
    • Ліерни - додаткова нервюра, що йде 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.
    • Замковий камінь (розетка)

3. Готичні зведення

Стрілчастий хрестовий звід

Найважливішим елементом, винахід якого дало поштовх іншим досягненням інженерної думки готики, став нервюрний хрестовий звід. Він же став основною конструктивною одиницею при спорудженні соборів. Основна ознака готичного склепіння - чітко виражені профільовані діагональні ребра, складові основний робочий каркас, який сприймає основні навантаження.

Передісторія його виникнення така - спочатку шляхом перетину під прямим кутом двох циліндричних зводів виник хрестовий. У ньому, на відміну від циліндричного, навантаження йде не на дві бічні стіни, а розподіляється на кутові опори. Вага подібних зведень, тим не менше, був дуже великий. У пошуках способу полегшення зводу будівельники стали посилювати каркасні арки, які утворювалися на перетинах хрестових склепінь. Потім заповнення між ними ставало все тонше і тонше, поки звід не став повністю каркасним.

Подібні каркасні арки отримали назву нервюр ( фр. nervure - Жилка, ребро, складка).

Фото нервюрние склепіння знизу: 4 щокові арки і дві діагонально пересічні.
Церква Сан-Франческо в Ассізі. Після землетрусу оголилися нервюри, а кладка заповнення обрушилася

Нервюрние склепіння представляли собою квадратні в плані осередку. Вони пов'язували між собою опори прольотів нефа. З часом склалася т. н. Пов'язана система - на кожен квадрат широкого головного нефа доводилося по два менших, бічних. Ця система забезпечувала більшу міцність і особливий ритм внутрішнього простору храму [2].

Фото зірчастого склепіння знизу

Каркас найпростішого нервюрние склепіння складається з 4 арок по периметру квадрата - щокових арок, і 2 діагонально пересічних - оживлений. При напівциркульними профілі щокові арки виявляються нижче діагональних, що змушувало викладати заповнення між ними складної форми. З введенням стрілчастої арки погоджувати висоту стало дуже легко - щокові арки стали робити стрілчастими (ніби складеними в щелиге - хребті зводу), а оживити зберегли напівциркульними форму. Розпалубки спираються на нервюри, що дозволяє зосередити тиск тільки на кутових опорах. Ці розпалубки викладалися як самостійні малі склепіння, що спиралися на діагональні ребра.

Зірчастий звід - форма хрестового готичного склепіння. Має допоміжні ребра - тьерсерони і ліерни. У каркасі чітко виділяються основні діагональні ребра хрестового зводу.

У міру розвитку стилю і технології архітектори стали вводити все більше додаткових деталей. Так, іноді вони встановлювали додаткові нервюри, що йдуть від точки перетину оживлений до стріли щокових арок - т.зв. ліерни. Потім вони встановлювали проміжні нервюри, що підтримують ліерни посередині - тьерсерони. Крім того, вони іноді пов'язували основні нервюри між собою поперечними нервюрами, так званими контрліернамі.

Таким чином, кількість нервюр збільшувалося від шести арок до 10, 12 і т.д.

У початковий період розвитку готичної архітектури простір (квадрат або прямокутник в плані), перекритий одним хрестовим склепінням, являє собою (так само як і в романській архітектурі) самостійну просторову одиницю. Пізня готика відмовляється від трактування простору як складового і поступово приходить до розуміння його як єдиного цілого. Цього вдалося досягти шляхом ускладнення хрестового зводу введенням додаткових ребер, які дробили звід на більш дрібні частини [3].


3.1. Варіанти нервюрние склепіння

Схеми різноманітних варіантів нервюрние склепіння
Капела Клюні: нервюри зводу, опертих на п'ятки,
знаходяться в стінах, а не на колонах.


У готичних соборах можна знайти безліч варіантів переплетення нервюр, багато з яких не мають назви. Кілька основних типів:

Назва [4] Ілюстрація Визначення
Хрестовий звід
(Quadripartite rib vault)
Voutes, nef, rosace ouest et grandes orgues de la cathdrale Notre-Dame d'Amiens, France - 20080125-02.jpg Найпростіший варіант нервюрние склепіння, має 6 арок і 4 поля запалубкі
Шестигранний звід
(Sexpartite rib vault)
Laon cathedral notre dame interior 006.JPG Ускладнений варіант хрестового зводу, завдяки введенню додаткової нервюри, який ділив звід на 6 запалубок
Зірчастий звід
(Lierne vault, Stellar vault)
Chester cathedral nave.jpg Наступний щабель ускладнення, завдяки введенню ліерн, число яких може збільшуватись. Розташування нервюр набуває обрисів зірки.
Віяловий звід
(Fan vault)
Fchergewlbe KingsCollege.jpg Створюється нервюрами, витікаючими з одного кута, що мають однакову кривизну, складовими рівні між собою кути і створюючими воронкоподібну поверхню, що нагадує віяло. Типовий для Англії ("розпластана готика").
Сітчастий звід
(Netvault)
Maulbronn 3475.JPG Нервюри створюють сітку ребер з осередками, приблизно однаковими за розміром.

4. Дивись