Все о кирпичах

Кирпичи: все что нужно для выбора и покупки кирпича

Классификация и принцип работы арочных систем перекрытий памятников русской архитектуры

Подписаться на эту рубрику по RSS

В памятниках русского зодчества арки применялись как самостоятельные конструкции и элементы сложных распорных систем. По специализации их можно разделить на подпружные арки, перемычки, разгрузочные арки, распорки и ползучие арки (рис. 1.15).

Рис.1.15. Применение отдельных арок.

Рис. 1.15. Применение отдельных арок. а - разгрузочная арка, б - подпружная арка, в - трёхцентровая арочная перемычка, г - плоская клинчатая перемычка, д - ползучая арка - косоур, е - аркбутан, ж - арка - распорка, з - перевернутая арка - распорка.

Подпружные арки служили основными элементами перекрытий, несущими тяжелую сосредоточенную или распределенную вдоль арки нагрузку, например, вес кладки стен световых барабанов, сводов, парусов, забутки и др. Пролеты подпружных арок в свету составляли в X-XVII вв. 2, 1-7, 5 м; к XIX столетию они достигли 13, 0 м (собор Александра Невского в Горьком 1881 г.) и даже 22, 0м (Исаакиевский собор в Ленинграде) При этом толщина в замке составляла 1/4-1/12 пролета в зависимости от времени постройки, нагрузки на арку и ширины. Форма подпружных арок могла быть полуциркульной (в крестово-купольных системах начального периода), параболической и другой материал кладки - кирпич, белый камень или их сочетание.

Перемычки использовались для перекрытия оконных дверных и других небольших проемов в стенах; их пролет составлял 0, 9-3, 5 м при обычной толщине в 1 кладочньй модуль. Форма нижней поверхности может быть полуциркульной, трех- и пятицентровой, плоскопараболической и наконец, горизонтальной. В последнем случае использовался иногда не кирпич, а каменные клинчатые блоки, организую шие под нагрузкой в пределах своей высоты обжатую арочную зону с осью, перпендикулярной направлению швов арочные перемычки передают давление и распор на простенки.

Разгрузочные арки, в отличие от перемычек, не имеют открытой нижней поверхности (так называемые скрытые конструкции). Их устраивали в стеновой кладке для разгрузки участка (стены или фундамента) под аркой и переноса давления на соседние участки; по своей функции разгрузочные арки напоминают, таким образом, рандбалки. лежащие в пролете на упругом основании. Форма разгрузочных арок может быть различной - от цилиндрической до треугольной; пролет от 3, 0 до 9, 0 м. Принцип сбора нагрузки для всех видов арок, несущих стеновую кладку, тот же, что и для обычных балочных перемычек (с учетом влияния угловых закладок); в некоторых случаях нагрузка может быть определена «по факту», как вес блока кладки, ограниченного деформационными трещинами.

Арки-распорки применялись для исключения возможности встречной, горизонтальной подвижки стен, фундаментов и других конструкций. Арки-распорки бывают обычными и перевернутыми (см. рис. 1.15). Обычные арки, пригруженные тяжелой надкладкой, создают значительный распор, активно противодействующий подвижке. Перевернутые арки, лежащие в уровне фундаментов, под действием внешнего продольного обжатия стремятся деформироваться, чему препятствует пассивный отпор грунта, следовательно, и: -: противодействие подвижке - пассивное.

Ползучие арки несимметричного очертания с пятами в разных уровнях использовались, главным образом, в качестве лестничных конструкций, несущих вес забутки, ступеней и ограждающих стенок. Особенностью ползучих арок являяется неравенство опорных реакций. Большая часть давления передается на нижнюю опору. Направление верхней опорной реакции ползучей арки при малом наклоне опорного сечения близко к горизонтали.

Это обстоятельство использовалось для переноса неуравновешенного распора с верхнего яруса систем на уровень нижней опоры ползучих арок. Разновидность ползучих арок - аркбутаны, выполняющие функции наклонных арочных распорок или контрфорсов, применялись в русском зодчестве редко.

С конца XV столетия для перекрытия больших, в плане помещении "палатного" типа стали применяться сводчатые системы с одной, реже двумя или более центральными опорами. Основными разновидностями классических одностолпных конструкции являются:

  • системы четырех цилиндрических сводов с распалубками или без распалубок (Трапезная палата Соловецкого монастыря - 1552-1557 гг.);
  • системы четырех крестовых сводов - простых или вспарушенных, на подпружных арках, перекинутых с центрального столба на наружные стены (Трапезная плата астраханского Троицкого собора - 1597-1603 гг.).

В первом случае давление и распор сводов равномерно передаются на большую часть длины стен, угловые же части остаются ненагруженными, как в сомкнутых сводах.

Во втором случае давление и распор концентрируются в угловых и центральных зонах стен; кроме того, стены испытывают продольное растяжение от действия составляющих углового распора. Диагональный распор, приложенный к центральному столбу, во втором случае вдвое меньше, чем в первом, а давление на столб одинаковое (рис. 1.14).

Рис 1.14. Конструкции перекрытия палат.

Рис 1.14. Конструкции перекрытия палат.

а, б - система цилиндрических сводов с распалубками

в, г - система четырёх крестовых(вспарушеных) сводов с центральными подпружными арками

Равномерное, рациональное размещение нагрузок (эксплуатационной и собственного веса с забуткой) позволяло перекрывать одностолпными системами пролеты до 9-10 м и площади до 400 м2 и более (Грановитая палата Московского Кремля - 500 м2).

Распор сводов при нормальном состоянии стен всегда гасился собственной их жесткостью. Воздушные связи, устанавливаемые выше пят сводов и подпружных арок, предназначались, большей частью, для снижения деформативности самих сводов (как и забутка пазух) или имели профилактическое значение.

Концентрация нагрузки и напряжений в кладке центральных столбов, а также под их фундаментами, создавала те же проблемы, что и в других арочно-стоечных системах., рассмотренных выше. С поярусным увеличением нагрузки соответственно увеличивалось сечение центральных столбов, фундамент выполнялся со значительным уширением. 3 некоторых случаях столб нижнего яруса заменялся сплошной стеной, разделяющей помещение надвое (Чоботная палата Соловецкого монастыря) Система сводов в таком случае могла быть различной в каждом ярусе. Двухстолпные и многостолпные палаты XVI-XVII вв. с линейным расположением столбов отличаются от одностолпных, в основном лишь введением дополнительного модуля перекрытия.

Бесстолпные формы перекрытия храмов применялись еще в раннем периоде русского каменного зодчества; однако до наших дней дошла лишь Ильинская церковь в Чернигове (XII в.) с подпружными арками, опирающимися на столбы и лопатки.

В XV-XVI вв. получили некоторое распространение бесстолпчатые перекрытия в виде простых или ступенчатых цилиндрически сводов, опирающихся на продольные стены и имеющих в ряде случаев неширокую поперечную прорезь для устройства светового барабана. Барабан опирается, таким образом, на края разрезанного основного свода, а также на поперечные арки (сводики), ступенчато перекрывающие прорезь.

Рис. 1.8. Устройство светового барабана, с. 1.9. Схема опирания барабанов

Такие перекрытия применены в храмах Пскова (придел церкви Богоявления с Запсковья), Гдова (церковь Успения XV в.), Кирнлло-Белозерского монастыря (церкви Владимира 1554 г и Епифания 1645 г.) и в приделах Преображенской церкви подмосковного села Остров (XVI в.).

Незначительный, низко приложенный распор гасится массой продольных стен и их пригрузкой; при ступенчатых главных сводах часть распора передается на поперечные стены (рис. 1.8)

Рис. 1.8. Устройство светового барабана на прорези цилиндрического свода, перекрытой ступенчатым сводиком. а - аксонометрия перекрытия, б - план перекрытия

Рис. 1.9. Схема опирания барабанов пятиглавого завершения на пазухи крестовых сводов и ограждающие стены (Введенская и Стретенская церкви Троицкого собора, Астрахань, 1597-1603 гг.)Далее...

Двухстолпные конструкции, в целом довольно редкие, имели распространение в XVI и XVII вв. на северо-восток России. Видимо, впервые они были применены в Благовещенском соборе Сольвычегодска (1560-1570 гг.) и Спасо-Преображенском соборе Соловецкого монастыря (1558-1566 гг.), далее - в церкви Вознесения Прилуцкого монастыря (кон. XVI в.), церкви Преображения Кирилло-Белозерского монастыря (1595 к) и з ряде памятников Костромской области и Подмосковья.

Перекрытие северных двухстолпных храмов обычно представляет собой систему трех параллельных коробовых сводов, опирающихся на две пары главных подпружных арок, перекинутых с центральных столбов на восточную и западную стены. Системы имеют две конструктивные разновидности - симметричную и несимметричную.

В симметричной системе, к которой относятся пятиглавые вологодские церкви Николы (1669 г.) и Спасо-Преображения (1670г.), большой световой барабан располагается над центром объема, между столбами, и опирается с помощью парусов на разрезанный световым проемом осевой свод. Малые барабаны располагаются над угловыми вырезами боковых сводов и частично опираются на угловые части стен (рис 1.7). Направление главных подпружных арок ориентирует их сосредоточенный распор вдоль продольной более жесткой оси здания. Благодаря большому подъему подпружных арок распор системы приложен значительно ниже уровня пят сводов перекрытия. Продольные стены (южная и северная) испытывают равномерно распределенный небольшой распор боковых сводов.

Симметричное расположение сосредоточенных нагрузок от центрального и малых барабанов вблизи опор главных подпружных арок исключительно целесообразно: во-первых, пролетные части арок не несут сосредоточенной нагрузки; во-вторых, распоры арок, сходящиеся на центральных столбах, уравновешены. Но нагрузка на центральные столбы вдвое выше, чем в обычной трехпролетной, четырехстолпной системе (при равных габаритах перекрываемого помещения).

В несимметричной системе световой барабан опирается на восточную пару продольных подпружных арок, поперечную арку, соединяющую столбы, и либо на край осевого коробового свода, разрезанного световым проемом - Введенский собор Владычного монастыря (рубеж XVI- XVII вв.), либо непосредственно на восточную стену - Спасо-Преображенский собор в Соловках. Опорами барабана могут служить межалтарные стенки, разделяющие глубокие апсиды.

Рис. Двухстолпные конструкцииВ подмосковных двухстолпных постройках - Никольской церкви в селе Никольское-Урюпино и Казанской церкви в селе Марково (1664-1665 и 1672-1680 гг.) - световой барабан располагается в центре перекрытия, представляющего сложную систему цилиндрических и сомкнутых сводов, поддерживаемых подпружными арками и консольными полуарками (см. рис.), столбы же сдвинуты к западу.

При неравных пролетах главных подпружных арок или: неравных на них нагрузках центральные столбы испытывают действие неуравновешенного распора; нагрузка же на столбы несколько меньше, чем в симметричной системе.

Повышенная нагрузка на столбы всех видов двухстолпных конструкций создавала еще большие, чем в четырехстолпных сооружениях, трудности с решением проблемы центральных фундаментов. Видимо, поэтому большинство двухстолпных храмов не отличается грандиозными размерами. Исключение составляют Соловецкий Спасо-Преображенский собор с его сверхмощными конструкциями подкета, выравнивающими все неравномерности нагрузок 1 яруса, и Благовещенский собор в Сольвычегорске.

Ниже приведены конструктивные параметры крестово-купольных систем XII-XVII вв., отличающихся типом перекрытия, общими габаритами и пропорциями основных элементов.

Табл. Конструктивные параметры крестово-купольных систем XII—XVII ввИз табл. следует, что с увеличением расчетного пролета главных подпружных арок от 2, 6 до 7, 5 м и высоты центрального барабана с 4, 4 до 14, 2 м (т. е. примерно в 3 раза), максимальный распор системы возрос с 32, 5 до 630 КН, а напряжение в кладке центральных столбов - до 2 МПа.

В пп. 9 и 10 сравниваются максимальный распор системы, равный теоретическому распору центральных подпружных арок (На ), и так называемый действительный распор (Нс вычисленный с учетом монолитности кладки и фактической передачи чисти нагрузки непосредственно на центральный столб, минуя подпружные арки, а также на примыкающие к аркам своды перекрытия.Далее...