Система опирания. Контрфорсы. Распределение нагрузок в готическом строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра инженерной графики строительного профиля

Реферат

по учебному предмету «Основы строительства»

на тему: «Система опирания. Контрфорсы. Распределение нагрузок в готическом строительстве»

Минск, 2010

Содержание

1. Общая характеристика готики

2. Распределение нагрузки

3. Варианты нервюрных сводов

4. Готический свод и система опирания

Список использованных источников

1. Общая характеристика готики

С технической точки зрения готика была просто системой, позволяющей использовать гораздо менее массивные несущие конструкции для обеспечения устойчивости более высоких сооружений.

Это стало возможно благодаря таким относительно новым приемам, как стрельчатая арка, ребристый свод и мощные наружные столбы (контрфорсы) со связующими косыми арками (аркбутанами) (рис.1.). Стрельчатая арка считается символом готики: взгляд устремляется ввысь, и создается ощущение гораздо большей высоты, чем у круговой (романской) арки. Такая конструкция была гораздо более устойчивой и гибкой, поскольку ее высота, в отличие от круговых арок, перекрывавших заданное пространство, могла регулироваться в зависимости от угла подъема.

Решающим для развития готики было открытие, что вес и давление каменной кладки могут концентрироваться в определенных точках, и если именно в этих местах их поддержать, другим элементам постройки не обязательно быть несущими. В результате оставалось много открытого пространства. Функция сводов (каменных потолков и крыш) изменилась, поскольку нагрузку принимали теперь на себя их ребра (нервюры), диагонально перекрещивающиеся в вышине. Это позволяло заполнять пространство между ребрами сравнительно тонкой кладкой. Нисходящая нагрузка реберного каркаса приходилась на пилястры, расположенные с равным интервалом, и то, что раньше было глухой стеной, становилось изящной галереей.

Еще одним достижением готической архитектуры был арочный контрфорс, который выдерживал уже иную нагрузку - созданную весом свода, но направленную наружу.

Вместо того чтобы утолщать кладку стены, контрфорсы располагались на определенном расстоянии и соединялись с ней лишь узкими изогнутыми арками, чего, однако, было достаточно для эффективного переноса нагрузки со стены на опорные колонны. И, что было очень важно, это позволяло главному нефу - центральной части церкви - возвышаться над боковыми приделами храма, причем верхний ряд окон, освещающих хоры, ничем не заслонялся.

Общим результатом применения этих приемов стало то, что массивные церковные строения приобрели вид легких скелетообразных каркасов. Вряд ли подобное описание передает художественное мастерство и чувство прекрасного, продемонстрированное строителями при решении технических задач.

Пространство между "костями" каркаса могло быть застеклено или заполнено скульптурами. Каменная часть верхней плоскости окон следовала общей тенденции готики становясь все более облегченной и паутиноподобной.

Каркасная система готической архитектуры -- совокупность конструктивных строительных приемов, появившаяся в готике, которая позволила изменить распределение нагрузки в здании и заметно облегчить его стены и перекрытия. Благодаря данному изобретению архитекторы средневековья смогли значительно увеличить площадь и высоту возводимых сооружений.

2. Распределение нагрузки

Техническим прорывом архитекторов готики явилось их открытие нового способа распределения нагрузки. (Любое свободностоящее здание испытывает два вида нагрузок: от собственного веса (включая перекрытия) и погодные (ветер, дождь, снег). Затем оно передает их вниз по стенам -- к фундаменту, нейтрализуя затем в земле. Именно поэтому каменные здания строятся более основательно, чем деревянные, так как камень, будучи тяжелее древесины, подвергается большей угрозе обрушения в случае ошибки в расчетах). В романской архитектуре, отчасти являющейся наследницей древнеримской, несущими частями здания были все стены целиком. Если архитектор желал увеличить размер свода, то таким образом увеличивался и его вес, и стену приходилось утолщать, чтобы она могла выдержать вес такого свода.

Решающей для развития готики стала догадка, что вес и давление каменной кладки могут концентрироваться в определенных точках, и если их поддержать именно в этих местах, другим элементам постройки уже не обязательно быть несущими. Так возник готический каркас -- хотя предпосылки для него появились несколько ранее: «Исторически этот конструктивный прием возник из усовершенствования романского крестового свода. Уже романские зодчие в некоторых случаях выкладывали швы между распалубками крестовых сводов выступающими наружу камнями. Однако такие швы имели тогда чисто декоративное значение; свод по-прежнему оставался тяжелым и массивным".

Новаторство технического решения состояло в следующем: свод перестали опирать на сплошные стены здания, массивный цилиндрический свод заменили ажурным нервюрным крестовым, давление этого свода передается нервюрами и арками на столбы (колонны). Возникающий таким образом боковой распор воспринимается аркбутанами и контрфорсами.

Нервюрный свод своими пятами опирался на столбы-устои, а не на стены; распор его был наглядно выявлен и строго локализован, и строителю было ясно, где и как этот распор должен быть „погашен“. Кроме того, нервюрный свод обладал известной гибкостью. Усадка грунта, катастрофическая для романских сводов, была для него относительно безопасна. Наконец, нервюрный свод имел еще и то преимущество, что позволял перекрывать пространства неправильной формы.

Таким образом, конструкция сильно облегчается за счет перераспределения нагрузок. Прежде несущая, толстая стена превратилась в простую легкую «оболочку», чья толщина больше не влияла на несущую способность здания. Из толстостенного здания собор превратился в тонкостенный, но зато «подпертый» по всему периметру надежными и элегантными «подпорками».

Кроме того, готика отказалась от полуциркульной, обычной арки, заменяя её везде, где только можно стрельчатой. Использование сводчатой арки в сводах позволяло уменьшить их боковой распор, направляя значительную часть давления прямо на опору -- причем, чем выше и заостреннее арка, тем меньше она создает боковой распор на стены и опоры. Массивный свод заменился ребристым сводом, эти ребра--нервюры диагонально перекрещивались и воспринимали нагрузку. Пространство между ними заполнялось простой запалубкой -- легкой кладкой кирпича или камня.

Важнейшим элементом, изобретение которого дало толчок прочим достижениям инженерной мысли готики, стал нервюрный крестовый свод (рис.2.). Он же стал основной конструктивной единицей при сооружении соборов. Основной признак готического свода -- четко выраженные профилированные диагональные ребра, составляющие основной рабочий каркас, воспринимающий основные нагрузки.

Предыстория его возникновения такова -- сначала путем пересечения под прямым углом двух цилиндрических сводов возник крестовый. В нём, в отличие от цилиндрического, нагрузка уходит не на две боковые стены, а распределяется на угловые опоры. Вес подобных сводов, тем не менее, был очень велик.

В поисках способа облегчения свода строители стали усиливать каркасные арки, которые образовывались на пересечениях крестовых сводов. Затем заполнение между ними становилось все тоньше и тоньше, пока свод не стал полностью каркасным.

Нервюрные своды представляли собой квадратные в плане ячейки. Они связывали между собой опоры пролётов нефа. Со временем сложилась т. н. связанная система -- на каждый квадрат широкого главного нефа приходилось по два меньших, боковых. Эта система обеспечивала большую прочность и особый ритм внутреннего пространства храма.

Каркас простейшего нервюрного свода (рис.3.) состоит из 4 арок по периметру квадрата -- щековых арок, и 2 диагонально пересекающихся -- ожив. При полуциркульном профиле щековые арки оказываются ниже диагональных, что заставляло выкладывать заполнение между ними сложной формы.

С введением стрельчатой арки согласовывать высоту стало очень легко -- щековые арки стали делать стрельчатыми (будто сложенными в щелыге -- хребте свода), а оживы сохранили полуциркульную форму.

Распалубки опираются на нервюры, что позволяет сосредоточить давление только на угловых опорах. Эти распалубки выкладывались как самостоятельные малые своды, опиравшиеся на диагональные ребра.

Звездчатый свод -- форма крестового готического свода. Имеет вспомогательные ребра -- тьерсероны и лиерны. В каркасе четко выделяются основные диагональные ребра крестового свода.

По мере развития стиля и технологии архитекторы стали вводить все больше дополнительных деталей (рис.4.).

Так, иногда они устанавливали дополнительные нервюры, идущие от точки пересечения ожив к стреле щековых арок -- т.н. лиерны. Затем они устанавливали промежуточные нервюры, поддерживающие лиерны посередине -- тьерсероны. Кроме того, они иногда связывали основные нервюры между собой поперечными нервюрами, так называемыми контрлиернами.

Таким образом, количество нервюр увеличивалось от шести арок до 10, 12 и т.д.

В начальный период развития готической архитектуры пространство (квадрат или прямоугольник в плане), перекрытое одним крестовым сводом, представляет собой (так же как и в романской архитектуре) самостоятельную пространственную единицу.

Поздняя готика отказывается от трактовки пространства как составного и постепенно приходит к пониманию его как единого целого. Этого удалось достигнуть путем усложнения крестового свода введением дополнительных ребер, которые дробили свод на более мелкие части.

готика каркасный нервюрный свод контрфорс

3. Варианты нервюрных сводов

В готических соборах можно найти множество вариантов переплетения нервюр, многие из которых не имеют названия. Несколько основных типов:

Главным новшеством, введенным зодчими готического стиля, является каркасная система. Исторически этот конструктивный прием возник из усовершенствования романского крестового свода. Уже романские зодчие в некоторых случаях выкладывали швы между распалубками крестовых сводов выступающими наружу камнями. Однако такие швы имели тогда чисто декоративное значение; свод по-прежнему оставался тяжелым и массивным. Готические архитекторы сделали эти ребра (иначе называемые нервюрами, или гуртами) основой сводчатой конструкции. Возведение крестового свода начинали, выкладывая из хорошо отесанных и пригнанных клинчатых камней ребра -- диагональные (так называемые оживы) и торцовые (так называемые щековые арки). Они создавали как бы скелет свода. Получавшиеся распалубки заполняли тонкими тесаными камнями при помощи кружал.

Всю большую площадь стены между пилонами, галереей и сводом занимали окна, как правило, вытянутые по высоте и разделенные по вертикали стройным каменным переплетом, который в верхней части образовывал более или менее сложный орнамент. Окна застеклялись небольшими цветными стеклами, соединенными узкими свинцовыми полосами.

Богатство цветовых оттенков и сложная композиция окон порождали в интерьере разнообразие световых эффектов и создавали таинственную атмосферу.

4. Готический свод и система опирания

Основой нового готического строительного искусства было создание ребристого свода (рис.5.). Первые ребристые своды были возведены при строительстве больших кафедральных соборов вокруг Парижа.

Эти здания в начале XIII в. находились уже в стадии строительства или его завершения. Ребристые своды, возведенные здешними мастерами из мелкозернистого известняка, были легкими и прочными. Ребра делались из клинообразных камней. На пересечении ребер в верхней точке размещался четырехсторонний «замок». При использовании легких материалов, например мела и известняка, в кладке свода толщина свода и при больших пролетах была относительно невелика -- 30 -- 40 см.

В системе свода происходит четкое разделение усилий на ребра и полотно -- распалубку. В развитии крестового свода наиболее старым элементом является распалубка. Ребро на пересечении поверхностей сводов появилось позднее, что в результате полностью изменило сущность сводчатого перекрытия. Преимущество ребристого свода заключается в большей простоте его возведения. Ребра, выложенные с помощью кружал, становились опорными элементами при кладке распалубки. У сводов раннего периода ребра, составляющие одно целое с кладкой свода, играли скорее роль постоянных подкружал. В готике ребристый свод был усовершенствован настолько, что система несущих ребер образовала упругий каркас, который заполнялся облегченной кладкой.

Ребристый свод образуется системой арок, сначала полукруглых, а позднее стрельчатых, являющихся основным типом готических арок, которые могли быть использованы при различных пролетах и различной высоте сводов. Образованный на их основе свод не создает слишком сильные боковые распоры. Конструкция свода значительно упрощается, если при этом все ребра и гуртовые арки имеют одинаковую кривизну.

В начальный период развития готической архитектуры пространство, перекрытое одним крестовым сводом, представляет собой самостоятельную пространственную единицу. Поздняя готика отказывается от трактовки пространства как составного и постепенно приходит к пониманию его как единого целого. Этого удалось достигнуть путем усложнения крестового свода введением дополнительных ребер, которые дробили свод на более мелкие части.

Если внутренний пилон обычно воспринимает внутренние вертикальные нагрузки, то наружный служит для погашения боковых распоров. У сооружений значительной высоты и площади внешняя система опор состоит из колонн и аркбутанов или висячих арок, которые переводят косые боковые распоры со стены на пилоны, стоящие вне главного нефа, -- контрфорсы (рис.6.). Идея такой конструкции заключалась в том, чтобы косые нагрузки свести к равнодействующей и направить ее во внутреннюю треть подошвы фундамента. Почти вся конструкция, необходимая для удержания свода и погашения бокового распора, оказывается вынесенной наружу.

Такая конструкция системы опор, окружив ранее единый объем храма системой пилонов, позволяет значительно уменьшить массу сооружения и создать ощущение легкости внутреннего пространства. Готическая каркасная конструкция высвободила стену от функции несущего элемента, открыв совершенно новые возможности для развития эстетики ажурного декора и цветного света витражей.

Рис. 1.Два варианта распределения нагрузок: романика и готика

Рис. 2. Стрельчатый крестовый свод

Рис. 3.

Рис. 4.Схемы разнообразных вариантов нервюрного свода

Рис. 5.Схема кладки каркаса готического свода

Рис. 6.

Список использованных источников

1. www.bibliotekar.ru

2. www.buildingboard.ru

3. www.cnfg.monteria.com

4. www.google.com

5. www.wikipedia.org

6. www.ltigrandazure.ru.

7. Станькова Я., Пехар И. Тысячелетнее развитие архитектуры\ Под ред. В.Л. Глазычева.- 2-е изд.-М.: Стойиздат,1987.-296с.

Размещено на Allbest.ru