Сводчатые конструкции, особенности работы. Древние и современные решения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРОЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДИРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

РЕФЕРАТ

По дисциплине: История развития строительной отрасли

Тема: Сводчатые конструкции, особенности работы. Древние и современные решения

Выполнил:

Студентка группы ПГС-133

Аметова А.Н.

Симферополь 2014 г.

1. Общие свойства сводчатых конструкций

Свод (от «сводить» -- соединять, смыкать) -- в архитектуре тип перекрытия или покрытия пространства (помещения), ограниченного стенами, балками или столбами -- конструкция, которая образуется наклонными поверхностями (прямолинейными или криволинейными).Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях. Сводчатые покрытия проектируются, как правило, из сборных железобетонных элементов для прямоугольных в плане однопролетных или многопролетных зданий. По продольным краям (вдоль образующей) своды могут опираться на колонны, стены или непосредственно на фундаменты.

Распор сводов воспринимается затяжками (рис. 7.1) из стали или железобетона, поперечными стенами, рамами, контрфорсами или фундаментами (рис. 7.2). При проектировании сводов следует учитывать податливость элементов или конструкций, воспринимающих распор. Уменьшение податливости поперечных стен, контрфорсов и фундаментов может быть обеспечено установкой затяжек, расположенных ниже уровня пола. сводчатый конструкция купольный рим

Сводами обычно именуются арочные распорные конструкции сплошного сечения, протяженность которых в направлении, перпендикулярном к оси, соизмерима с пролетом. Арки представляют частный случай свода, его плоскую модель. Каждый тип свода может быть представлен как система элементарных арок или полуарок, образующих форму свода и несущих свою часть нагрузки. Равномерное распределение нагрузки вдоль цилиндрической части свода обеспечивает каждой его элементарной арке одинаковый режим работы, т.е. аналогичные напряжения и деформации, поэтому влияние смежных участков не проявляется. Сосредоточенная нагрузка, деформирующая данный участок, включает в совместную работу и соседние полосы, причем ширина «подключения» зависит от толщины свода, способа кладки и прочности раствора. Сочетание нескольких видов нагрузки вызывает сложную деформацию распорных систем, в которой трудно выделить долю каждого вида, в том числе и преобладающего, так как нередко суммируются несимметричные прогибы.

Расчет любого типа свода включает:

· выбор оптимальной рабочей схемы, т.е. такой системы главных и второстепенных арочных элементов, которая бы наиболее соответствовала характеру распределения усилий и действительной значимости каждого элемента;

· определение габаритов расчетных элементов;

· сбор и разделение нагрузки;

· определение реакций R, распора Н и внутренних усилий -- момента М и нормальной силы N расчетных элементов;

· проверку их несущей способности по величине сжимающих напряжений в кладке.

Собственно расчет каменной арки, символизирующей самостоятельную конструкцию, отдельный деформационный блок или характерную деталь свода, может быть сведен к проверке несущей способности ее сжатой зоны.Форма арки или свода, при которой любое сечение под действием нагрузки работает в наиболее рациональном для кладки режиме, т.е. симметрично сжато, наиболее рациональна и отвечает условию: Мх= Hfx, т.е. безмоментной кривой . На практике большинство построенных сводов по различным причинам, а также по чисто эстетическим соображениям не абсолютно рациональны, их сечения обжаты несимметрично.

Растянутая часть сечения в работе не участвует, хотя при наличии упругого раствора способна удерживать растягивающие напряжения до 0,15 МПа. Растянутая часть сечения может располагаться с внутренней или наружной поверхности свода в соответствии с характером деформации. При центральной нагрузке на свод растяжение наблюдается обычно в центральной трети пролета на нижней поверхности и в боковых третях -- на верхней. Глубина растянутой части сечения растет при деформации свода пропорционально уменьшению высоты работающей сжатой зоны. Высота сжатой зоны сечения -- основной показатель устойчивости арочной конструкции, сложенной из кирпича или камня. Для любого внецентренно сжатого сечения свода высота сжатой зоны приблизительно равна удвоенному расстоянию от точки приложения нормальной силы N до ближайшего края сечения, т.е. hc = (h/2 -- е)2, где hc -- высота сжатой зоны; h = полная высота сечения; е= M/N-- эксцентриситет приложения нормальной силы относительно центра сечения.

О работе отдельных сводов

Рабочая схема простого цилиндрического (коробового) свода представляет систему независимых параллельных арок (рис. 121,А).

121. Рабочие схемы сводов Л -- цилиндрический свод со ступенчато распределенной нагрузкой; Б-- цилиндрический свод с распалубкой; В -- цилиндрический свод с сосредоточенной нагрузкой; Г-- крестовый свод;v Д, Е -- сомкнутый свод с центральной нагрузкой;v 1 -- элементарные арки; 2 -- условное диагональное ребро; 3 -- эпюра распора

Если нагрузка вдоль свода не меняется, то о его несущей способности и деформациях можно судить по работе одной элементарной арки, служащей таким образом рабочей схемой свода. Если нагрузка вдоль свода меняется ступенчато или существуют местные поперечные утолщения свода в виде гуртов и подпружных арок, то каждой ступени нагрузки или сечения соответствует своя элементарная арка, символизирующая отдельный деформационный блок.

При наличии распалубок (см. рис. 120,Б) распор и давление упирающихся в них арок передаются на опору свода вдоль ребер распалубок, обжатых подобно ребрам крестового свода. Часть распора может передаваться непосредственно вдоль оси распалубки, если ее образующие касательны к оси арок. Рабочую схему цилиндрического свода с распалубками можно представить либо как систему арок, разветвляющихся вокруг распалубок (тогда полоса сбора нагрузки на арку равна шагу распалубок или простенков), либо как систему обычных элементарных арок, упирающихся в условные арочные элементы, оконтуривающие распалубки. На практике очертание оконтуривающих «арок» определяется качеством перевязки кладки лотка и распалубки, наличием закладок, трещин и т.п. Плохая перевязка и слабый раствор предполагают очень острое огибание распалубки. То же касается любого другого, специально не оконтуренного отверстия в своде. В любом случае усилия и напряжения в кладке концентрируются вокруг распалубок, увеличиваясь по мере приближения к опоре свода в простенках. Распалубки с забутовкой между ними значительно снижают деформативность арочного контура свода, разделяя его на «активную» -- пролетную и неподвижную части. Анализ деформаций сводов выявляет довольно четкую границу между этими частями, проходящую в зоне наклона радиальных швов 30--40°.

Распалубки используются в цилиндрических сводах также как средство местной разгрузки несущих стен и переноса давления на соседние участки при устройстве всевозможных проемов. Регулярное расположение распалубок позволяет иногда перенести давление и распор свода на отдельные столбчатые опоры. В целом же сосредоточенная передача опорных реакций характерна для крестовых сводов , представляющих комбинацию четырех распалубок.

Рабочая модель крестового свода (см. рис. 120,Г) -- система элементарных арок, образующих распалубки и передающих давление и распор на диагональные ребра. Существуют своды, например готические, где диагонали как основные несущие элементы выполнены из более прочного, чем распалубки, материала, имеют постоянное сечение и выделены на поверхности свода в виде нервюр. Для подавляющего большинства крестовых сводов ребра служат жесткостными элементами лишь в силу естественного утолщения кладки при сопряжении смежных распалубок. Сечение и ширина таких «естественных» ребер -- величина переменная и может быть определена по характеру преобладающих деформаций кладки, участвующей одновременно в работе диагонали и арок распалубки.

Диагональ испытывает неравномерное, нарастающее к пятам вертикальное давление, соответствующее опорным реакциям элементарных арок распалубки, и горизонтальную нагрузку от их распоров, направленную к углам свода, т.е. растягивающую диагональ. Суммарное действие этих двух видов нагрузки создает неравномерное обжатие сечений диагонального ребра-- большое на опорном участке и очень малое в замке. Слабое обжатие замковых сечений диагоналей и, соответст¬венно, всей центральной зоны -- характерная особенность крестовых сводов, вследствие чего они неспособны нести сосредоточенные центральные нагрузки.

Сомкнутый свод (см. рис. 121 Д,Е) представляет в общем случае сочетание двух пар цилиндрических или вспарушенных лотков. Рабочую схему сомкнутого свода можно рассматривать как систему элементарных полуарок, образующих лотки и передающих распор в условные диагональные ребра, а при наличии центрального светового барабана -- и в его опорное кольцо. Нижней опорой (пятой) элементарные полуарки передают распор и грузовое давление на опорный контур свода. Диагональные ребра сомкнутых сводов образуются как элементы формы при сопряжении (смыкании) лотков и основными несущими элементами не являются. Главными рабочими элементами служат центральные лотковые полуарки (короткого пролета для вытянутых в плане сводов) и нижний опорный контур.

Расчет показывает, что от любого вида нагрузки опорные реакции элементарных полуарок возрастают от углов к середине. Для сводов, загруженных только распределенными нагрузками, эпюра давления лотка имеет вид простого или выпуклого треугольника, а эпюра распора-- параболического (вогнутого в разной степени) треугольника -- в соответствии с подъемностью свода и видом нагрузки. Суммарное давление и распор лотка численно равны площадям соответствующих эпюр. Из их анализа следует, что на среднюю треть лотка приходится приблизительно 2/3 суммарного давления и распора, а угловые трети практически не работают.

Большое обжатие центральной зоны, равное суммарному распору всех лотков, позволяет сомкнутому своду нести тяжелую центральную нагрузку (еще больше увеличивающую это обжатие). Благодаря этому свойству сомкнутый свод использовался для перекрытия большинства бесстолпных храмов XVII--XVIII вв. Сосредоточенный распор, создаваемый тяжелым световым барабаном и конструкцией завершения, гасился толщиной и замкнутым армированием несущих стен, а также двумя (четырьмя) парами перекрестных воздушных связей, которые ставились в зоне наибольших деформаций лотков. Лотки больших сводов выкладывались с гуртами. Относительное выравнивание давления и распора между средней третью и угловыми частями опорного контура достигалось различными приемами -- вспарушенностью лотков, введением угловых клиновых вставок, устройством по оси лотков разгрузочных отверстий, кладкой «в елку». При пятиглавом завершении выравнивающим давление фактором служила масса угловых барабанов.

Крещатый свод может быть представлен либо как система двух пар главных пересекающихся арок, несущих тяжелую центральную нагрузку, и четырех диагональных полуарок, собирающих нагрузку с угловых частей свода, либо как система полуарок сомкнутого свода с центральными распалубками, разрезающими лотки до уровня «зеркала» или опорного кольца барабана. Вторая схема показательнее для случая, когда центральные арки не выделены технологически, например утолщением или швом. Ширина неявных главных арок в этом случае может быть определена по характеру нагрузки и другим конструктивным признакам, выделяющим центральный деформационный блок. На практике она приблизительно равна удвоенному расстоянию от края центрального проема до заделки в лоток воздушной связи. Вторая схема может быть применена для сомкнутого свода с распалубками, люкарнами и другими отверстиями, разгружающими центральные зоны лотков и опорного контура.

Конструктивную основу крестово-купольных сооружений составляет трех- или пятипролетная арочно-стоечная система (рис. 122).

122. Рабочая схема крестово- купольной системы А -- разрез; Б -- план; В, Г-- планы древних церквей с дополнительной внешней жесткостью; N-- плоский распор системы продольного или поперечного направления; G-- центр тяжести внутренней диафрагмы жесткости; О -- центр поворота; Ne,c -- усилия в воздушных и стеновых связях; R -- реакции противодействия распору внутренних и внешних диафрагм

Подпружные арки, опирающиеся на наружные стены и центральные столбы, служат основанием для цилиндрических сводов планового креста и угловых барабанов, на центральные подпружные арки опирается центральный световой барабан. Арки делят в плане сводчатую систему перекрытия на модули, создающие большие или меньшие встречные распоры. Складываясь, они создают суммарный распор системы, действующий в плоскости арок продольного и поперечного направлений или в диагональной плоскости и воспринимаемый главным образом массой кладки внутренних и внешних жесткостных элементов. Основными внутренними жесткостями служат конструкции «креста» -- центральные столбы, части стен, арочные перемычки и перекрытия хор, объединенные в диафрагмы, а также пространственные угловые модули. Дополнительными внутренними жесткостями ранних храмов служили утолщения западной стены, скрывающие лестницу на хоры (церковь Георгия в Старой Ладоге), или заполнение пространства между подкупольными столбами (подобно Софии Константинопольской).Внешними жесткостями помимо апсид могли быть лестничные башни на западных углах объема (Георгиевский и Софийский соборы в Новгороде), приделы, галереи и высокие притворы против крыльев креста (церковь Михаила Архангела в Смоленске).

Распределение суммарного распора между жесткостными элементами происходит пропорционально их сравнительной жесткости на любой стадии работы системы. Устойчивость системы обеспечивается, если опрокидывающее действие распора Нс, приложенного к своему элементу жесткости на высоте hc, меньше удерживающей реакции собственного веса и нагрузки данного элемента, приложенных с соответствующими плечами относительно точки (оси) опрокидывания. В противном случае, при избытке распора равновесие системы должно поддерживаться работой замкнутого связевого каркаса и затяжек, установленных в уровне пят подпружных арок.

Наиболее нагружены в конструкции перекрытия системы подпружные арки и паруса, несущие центральный световой барабан. Следует заметить, что функции арок и парусов при неизменной общей нагрузке могут существенно меняться в течение «жизни» памятника. В строительный период подпружные арки работают как перемычки, несущие полный вес барабана и парусов. По мере того как твердеет раствор кладки, паруса, упираясь в опорное кольцо барабана, начинают работать самостоятельно, передавая свою часть нагрузки и распора на столбы и далее на элементы жесткости. Распределение нагрузки между арками и парусами зависит от пролета перекрываемого модуля, системы и качества кладки парусов, толщины арок, наличия воздушных связей, наконец, от характера общей деформации памятника. Иногда нагрузка на подпружную арку может быть назначена «по факту», как вес блока кладки барабана, ограниченного усадочными или иными трещинами. Паруса при небольших диаметрах барабанов имеют незначительный вылет. Нагрузка на паруса передается таким образом почти по всей площади, что допускает простую кладку парусов горизонтальными нависающими рядами.При достаточном сцеплении раствора паруса могут работать и как «кронштейны», и как распорные конструкции, воспринимающие усилие распора под углом к плоскости швов. С ростом пролетов функции таких ложных парусов, как консольных или распорных элементов, резко падают. Полутораметровый, например, ложный парус, соответствующий семиметровому пролету арок, теоретически уже не способен нести вес «своего» сектора барабана и тем более помогать подпружным аркам при их деформации. Ненадежность опирания барабана стала, возможно, одной из причин ограничения его диаметра и пролета подпружных арок.

Работа воздушных связей. Воздушные связи арочных конструкций, расположеные в разных уровнях относительно пят, могут иметь неодинаковые функции и по-разному формировать внутренние усилия в сводах.

Затяжки в уровне пят арок и сводов могут воспринимать:

полный распор, если опорные конструкции способны нести лишь вертикальную нагрузку (стойки открытых павильонов и галерей, перекрытых цилиндрическими сводами на распалубках и подпружных арках или крестовыми сводами);«излишек распора», не воспринимаемый опорными конструкциями из-за их недостаточной устойчивости (некоторые крестово-купольные храмы и другие арочно-стоечные системы при значительных пролетах сводов и умеренных толщинах несущих стен и столбов).

Затяжки в уровне пят могут быть поставлены и конструктивно в сооружениях, где распор надежно гасится совместной работой вертикальных и горизонтальных элементов жесткости. При нормальной, спокойной статике большинства крестово-купольных сооружений роль воздушных связей в обеспечении их равновесия не является определяющей. Податливость анкеров, температурные деформации металла при морозах и пожарах, коррозия затяжек и шплинтов -- все это не позволяет считать воздушные связи долговременным и равнопрочным звеном древних распорных конструкций, тем более ставить самую возможность существования памятников в зависимость от их наличия.

Воздушные связи активно работают как арочные затяжки при возведении здания и в течение всего периода твердения раствора. На этой стадии стены, столбы и диафрагмы еще не создают устойчивого контура для арок и сводов, а распор подпружных арок, несущих полный вес незатвердевшей кладки сводов и световых барабанов, намного превышает значение действительного распора от фактической длительной нагрузки. В дальнейшем, как показывают расчеты и контрольные измерения, функция воздушных связей в качестве затяжек крестово-купольной и других распорных систем может быть весьма умеренной.Но в случае деформации объема связи могут препятствовать горизонтальным смещениям пят сводов и арок. Связи включаются в работу и при увеличении нагрузки на своды, а также при изменении общей схемы здания. Просадка опор (например, более нагруженных центральных столбов), вызывающая заметный (до 10--15 см) наклон связей в принципе не влияет на усилия в затяжках.

В зависимости от типа свода он может иметь следующие элементы:

· Замок, замковый камень, ключ свода -- средний клинчатый камень в щелыге арки или свода. Иногда подчёркивается декором.

· Зеркало -- горизонтальная, плоская плоскость зеркального свода, потолочный плафон (изначально -- любая гладкая поверхность плит в каменной кладке).

· Лотки -- криволинейная плоскость свода, одним концом опирающаяся на стену, а другими -- смыкающаяся с остальными лотками, то есть часть свода, имеющая форму отрезка полуцилиндрической поверхности, рассечённой двумя взаимно пересекающимися плоскостями.

· Паддуги (падуги) -- боковые цилиндрические части сомкнутого свода, в зеркальном своде -- находятся под зеркалом. Изначально -- большая выкружка над карнизом, служащая переходом от стены к потолку.

· Пазуха свода -- пространство между наружными поверхностями смежных сводов, или сводом и стеной.

· Паруса -- сферический треугольник, обеспечивающий переход от квадратного в плане подкупольного пространства к окружности купола.

· Подпружная арка -- упорная арка, укрепляющая или поддерживающая свод.

· Пролёт свода -- его ширина

· Пята свода -- нижняя часть арки, свода, опирающаяся на стену или столб; или же верхний камень опоры, на котором покоится арка или свод.

· Распалубки -- выемка в цилиндрическом своде в виде сферического треугольника. Образуется пересечением двух взаимно перпендикулярных цилиндрических поверхностей (обычно разного радиуса). Может быть либо частью крестового свода, либо дополнительным сводом, врезаным в цилиндрический или зеркальный. Устраивается над дверными и оконными проёмами при расположении верхней точки проёма выше пяты свода.

· Стрела свода -- расстояние от оси арки в ключе до хорды, соединяющей центры её пят.

· Шелыга (щалыга) -- верхняя линия или хребет свода. Также -- непрерывный ряд замковых камней (ключ свода).

· Щека свода (люнет) -- торец свода, его срез

· Щековая арка -- подпружная боковая арка крестового свода, расположенная по сторонам прямоугольника его плана.

· Щековая стена -- торцовая стена помещения, перекрытого цилиндрическим сводом, нагрузки не испытывает.

Готические конструкции:

· Нервюры -- ребро готического каркасного свода. Делятся на:

· Ожива -- диагональная арка. Почти всегда полуциркульная.

· Тьерсерон -- дополнительная нервюра, идущая от опоры и поддерживающие посередине лиерны.

· Лиерны -- дополнительная нервюра, идщая от точки пересечения ожив к щелыге щековых арок.

· Контрлиерны -- поперечные нервюры, связывающие между собой основные (то есть оживы, лиерны и тьерсероны).

· Запалубка -- в нервюрном своде заполнение между нервюрами.

2. Современные решения сводчатых конструкций

Стоечно-балочная конструкция из камня не давала возможности создать достаточно обширные пространства, чтобы вместить огромные массы людей. Проблема была решена путём использования клинчатых арочных конструкций, сводов и куполов. Арочно-сводчатые конструкции позволили по-новому использовать свойства материала. В арке каменные блоки работают только на сжатие, т.е. самым выгодным образом для этого материала. Для сводов и арок не нужны грандиозные камни архитравов. Здесь пригодны блоки того же веса и размера, что и кладки стены. Работа каменной арки может быть обрисована следующим образом. Усилия от веса самой арки и вышележащих конструкций в опорных сечениях могут быть разложены на два направления - вертикальное и горизонтальное. Последнее называется распором. Трибуны Колизея ( 75-80 гг.), поднимающиеся вокруг эллиптической арены, образуют замкнутую арочную систему и являются примером стоечно-сводчатых конструкций. Основные узлы арочной конструкции римских мостов и акведуков, вошедшие в число великих достижений зодчества-пяты арок, где нагрузка передаётся опорам, и замковые камни, соединяющие арку в единое целое.

Долгое время наиболее распространёнными были два вида сводчатых покрытий: цилиндрический свод и сферический купол, где опорная нагрузка передаётся на весь периметр стен. Новые композиционные возможности появились у зодчих, когда для распределения нагрузки стали использоваться паруса и арки на отдельно стоящих опорах. Специфическая архитектурная форма- парус- служит для организации перехода от опорного кольца купола к квадратной в плане системе опор. Формы парусов отличаются большим разнообразием, а по конструктивной структуре они подразделяются на балочно-консольные и арочно-сводчатые.

Тектоническая ясность в распределении масс и объёмов была достигнута при крестообразной в плане схеме сооружений с полусферой. расположенной в центре на парусах и подпружных арках. Здесь распор передаётся на стены через цилиндрические своды пристроек либо сферические поверхности, венчающие полукруглые в плане ниши. Ярким примером является конструкция собора св. Софии в Константинополе. В готических соборах крестовые своды были высоко подняты на каменных столбах. Система рёбер-нервюр образует каркас, поддерживающий облегчённую кладку свода и передающий нагрузку на опоры. Изобретение нервюр позволило перекрывать крестовыми сводами помещения не только квадратные, но также прямоугольные и полигональные в плане. В эпоху Ренессанса часто использовался купольный свод. При строительстве собора св. Павла в Лондоне (1675-1710)арх-р Рен впервые применил конус как наиболее целесообразную форму, несущую световой фонарь, создав трёхчастную систему, состоящую из внутреннего купола, конуса и внешнего купола.

3. Сводчатые конструкции в Древнем Рима

Арочные и сводчатые формы первоначально получили широкое распространение в утилитарных сооружениях -- мостах и акведуках. Городские водопроводы -- акведуки -- занимали особое место в благоустройстве городов, рост которых требовал все большего количества воды. Подававшаяся из холмистых окрестностей в городские резервуары вода протекала по каменным, оштукатуренным гидравлическим раствором, каналам (лоткам), которые в низменных местах и на пересечениях рек или оврагов поддерживались арочными конструкциями. Величественные аркады мостов и акведуков уже в республиканский период определили тип сооружений. Характерны для этих типов сооружений; акведук Марция в Риме, 144 г. до н.э. и др.

Некоторые из них поднялись до уровня лучших образцов римского зодчества не только в техническом, но и в архитектурно-художественном отношении. К ним следует отнести мост Траяна в Алькантре в Испании (98--106 гг. н.э.) и акведук в г. Ниме во Франции (II в. н.э.), пересекающий р. Гард, и др. Он состоит из трех ярусов арочных устоев общей высотой 49 м. Пролет наибольшей арки составляет огромную для того времени величину -- 24,5 м. Устои и арки сложены насухо из точно притесанных камней. Аркада отличается простотой форм и гармонией соотношений, ясностью тектоники, крупностью масштаба, выразительной фактурой. Монументально-изысканная красота композиции достигнута исключительно при помощи конструктивных форм.

С огромным размахом шло в Риме дворцовое строительство. Особенно выделялся императорский дворец на Палатине, состоящий из собственно дворца для парадных приемов и жилища императора. Парадные помещения располагались вокруг обширного перистильного двора. Главное помещение -- тронный зал -- поражало своими размерами. Зал перекрывался цилиндрическим сводом пролетом 29,3 м, который возвышался над уровнем пола на 43--44 м. Основные помещения жилой части также группировались вокруг перистилей на террасах холмов, используя приемы строительства вилл. Строительство вилл также приобрело в Риме широкие масштабы. Помимо крупных дворцовых комплексов в них осуществлены с наибольшей широтой принципы садово-парковой архитектуры, которые интенсивно развивались с 1 веке до н.э. (вилла Адриана в Тибуре, первая пол. 11 века и др.).Наиболее грандиозные общественные здания Рима, осуществленные в императорский период, связаны с развитием арочно-сводчатых бетонных конструкций.

Римские театры основывались на греческих традициях, но в отличие от греческих театров, зрительские места которых располагались на естественных склонах гор, представляли собой отдельно стоящие здания со сложной субструкцией, поддерживающей места для зрителей, с радиальными стенами, столбами и лестницами и проходами внутри основного полукруглого в плане объема (театр Марцелла в Риме, II в. до н.э., вмещавший около 13 тыс. зрителей, и др.).

Колизей (75--80 гг. н. э.)-- крупнейший амфитеатр Рима, предназначавшийся для боев гладиаторов и других состязаний. Эллиптический в плане (размеры в главных осях около 156х188 м) и грандиозный по высоте (48,5 м), он вмещал до 50 тыс. зрителей. В плане сооружение расчленено поперечными и кольцевыми проходами. Между тремя внешними рядами столбов была устроена система главных распределительных галерей. Система лестниц связывала галереи с равномерно расположенными в воронке амфитеатра выходами и наружными входами в здание, устроенными по всему периметру.

Колизей, Рим

Конструктивную основу составляют 80 радиально направленных стен и столбов, несущих своды перекрытий. Наружная стена сложена из травертиновых квадров; в верхней части она состоит из двух слоев: внутреннего из бетона и внешнего из травертина. Для облицовочных и прочих декоративных работ широко использовался мрамор и стук.

С большим пониманием свойств и работы материала зодчие сочетали различные породы камня и составы бетона. В элементах, испытывающих наибольшие напряжения (в столбах, продольных арках и пр.), применен самый прочный материал -- травертин; радиальные стены из туфа облицованы кирпичом и частично разгружены кирпичными арками; наклонный бетонный свод в целях облегчения веса имеет в качестве заполнителя легкую пемзу. Кирпичные арки различной конструкции пронизывают толщу бетона как в сводах, так и в радиальных стенах. «Каркасная» структура Колизея была функционально целесообразной, обеспечила освещение внутренних галерей, проходов и лестниц, экономна по затрате материалов.

Колизей дает также первый известный в истории пример смелого решения тентовых конструкций в виде периодически устраиваемого покрытия. На стене четвертого яруса сохранились кронштейны, служившие опорами для стержней, к которым с помощью канатов крепился гигантский шелковый тент, защищавший зрителей от палящих лучей солнца.

Вид Колизея снаружи

Внешний облик Колизея монументален благодаря огромным размерам и единству пластической разработки стены в виде многоярусной ордерной аркады. Система ордеров придает композиции масштабность и наряду с этим особый характер взаимосвязи пластики со стеной. Вместе с тем фасады несколько сухи, пропорции тяжеловесны. Применение ордерной аркады внесло в композицию тектоническую двойственность: многоярусная, завершенная в себе ордерная система служит здесь исключительно декоративно-пластическим целям, создавая лишь иллюзорное впечатление ордерной каркасности здания, зрительно облегчающей его массив.

Римские термы -- сложные комплексы многочисленных помещений и дворов, предназначавшихся для омовения и различных занятий, связанных с отдыхом и развлечениями (помещения и открытые площадки для спортивных упражнений, залы для собраний, помещения для игр и бесед и т. п.). Основу композиции составляли залы для омовения с постепенным переходом из холодного помещения (фригидария) в теплое (тепидарий) и затем в помещение с самой высокой температурой (кальдарий), содержащее в центре бассейн горячей воды. Расположенные по главной оси залы достигали огромных размеров, поскольку крупные термы были рассчитаны на широкие массы плебса.Все залы и комнаты обогревались теплым воздухом, поступавшим по специальным каналам, которые устраивались под полом и в стенах зданий.

В Риме было построено 11 крупных императорских терм и около 800 небольших частных терм. Наиболее известны термы Каракаллы (206--216 гг., рис. 25) и термы Диоклетиана (306 г.). Главное здание терм порою достигало огромных размеров (термы Каракаллы--216х120 м). Окруженное садами, площадками для отдыха и развлечений, оно вместе с последними занимало значительную площадь (термы Каракаллы -- 363х535 м).

Технической основой появления столь грандиозных сооружений явился накопленный опыт в создании смелых конструктивных форм -- сводов и куполов из бетона. В термах эти формы пространственно взаимодействуют друг с другом, образуя сложную структуру. Уменьшив до минимума «инертную» массу конструкций, зодчие экономно и целесообразно распределяли усилия. Придавая конструкциям различную форму, они максимально использовали возможности взаимного погашения горизонтальных усилий самими сводами. Так, перекрытие центрального зала обычно представляло собой три смежных крестовых свода пролетом до 25 м, опиравшихся на поперечные устои, между которыми были перекинуты цилиндрические своды.

Схема построения свода

Большие и малые залы, соединяясь в анфилады, создавали сложный интерьер, поражавший блеском и роскошью отделки, обилием света и воздуха. Важное значение в интерьере придавалось декоративно трактованным ордерным элементам и членениям. С помощью ордера и пластической разработки поверхностей сводов создавался зрительный эффект легкости конструкции, подчеркивалась идея пространственности интерьера.

Один из центральных залов терм часто делался круглой формы с купольным покрытием. Его размеры достигали больших величин: диаметр кальдария терм Каракаллы -- 34 м. Развитие купольных конструкций в термах способствовало возникновению композиции типа ротонды, в которой купольная форма стала доминирующей.

Пантеон в Риме (около 125 г.) -- наиболее совершенный образец грандиозного храма-ротонды, в которой диаметр купола достиг 43,2 м. В Пантеоне блестяще разрешены конструктивные и художественные задачи создания крупнейшего в Риме (непревзойденного до XX в.) большепролетного купольного пространства.Сферический свод выполнен горизонтальными слоями бетона и рядами обожженного кирпича, представляя собой монолитную, лишенную каркаса массу. Для облегчения веса купол постепенно уменьшается по толщине к вершине, а в состав бетона вводится легкий заполнитель -- пемзовый щебень. Купол опирается на стену толщиной 6 м. Фундамент -- бетонный с заполнителем из травертина. По мере возвышения стены травертин сменяется более легким туфом, а в верхней части -- кирпичным щебнем. Заполнителем нижней зоны купола также служит кирпичный щебень. Таким образом, в конструкции Пантеона последовательно проведена система облегчения веса заполнителя бетона.

Система разгрузочных кирпичных арок в толще бетона равномерно распределяет усилия купола на устои и разгружает стену над нишами, уменьшая нагрузки на колонны. Многоярусная система арок с четко проведенной субординацией главных и второстепенных частей позволила рационально распределить усилия в конструкции, освободив ее от инертной массы. Она способствовала сохранению постройки несмотря на землетрясения.Художественный строй здания определяется конструктивной формой: мощным купольным объемом снаружи, единым и целостным пространством внутри. Центричный объем ротонды снаружи трактован как осевая фронтальная композиция. Перед величественным восьмиколонным портиком коринфского ордера (высота колонн 14 м) ранее существовал прямоугольный двор с торжественным входом и триумфальной аркой по типу форума. Развитое пространство под портиком с четырьмя рядами промежуточных колонн как бы подготавливает посетителя к восприятию огромного пространства интерьера.

Купол, в вершине которого оставлен круглый световой проем диаметром 9 м, доминирует в интерьере. Пять рядов убывающих кверху кессонов создают впечатление купольного «каркаса», зрительно облегчающего массив. В то же время они придают куполу пластичность и соразмерный с членениями интерьера масштаб. Ордер нижнего яруса, акцентирующий глубокие ниши, эффектно чередуется с облицованными мрамором массивными опорами.

Промежуточная между ордером и куполом полоса аттика мелким масштабом членении контрастно подчеркивает формы купола и основного ордера. Выразительная тектоника композиции сочетается с эффектом льющегося сверху рассеянного освещения и тонкими цветовыми нюансами, создаваемыми мрамором облицовки. Богатый празднично величественный интерьер составляет контраст с внешним видом Пантеона, где господствует простота монументального объема.

Важное место в строительстве занимали крытые залы -- базилики, служившие для различного рода собраний и заседаний трибунала. Это вытянутые в плане прямоугольные здания, внутри разделенные рядами опор на удлиненные пространства -- нефы. Средний неф делался шире и выше боковых, освещался через проемы в верхней части стен.

Трехнефная базилика Константина, 312 г. Аксонометрия

Трехнефная базилика Константина (312 г.) -- одна из крупнейших базилик Рима. Средний неф шириной 23,5 м, длиной 80 м и высотой 35 м был перекрыт тремя крестовыми сводами. Боковые нефы перекрывались поперечно направленными цилиндрическими сводами, опиравшимися на мощные арочные устои, служившие опорой и сводов среднего нефа. Распор крестовых сводов погашался этими же опорами, которые были частично выведены над боковыми нефами наружу. В продольных стенах среднего нефа выше сводов боковых частей были устроены арочные проемы освещения. Как и в других крупнейших сооружениях Рима (термы, Пантеон и др.), основное внимание в базилике Константина уделено созданию больших внутренних пространств. Богато разработанному интерьеру, который по композиции и отделке был схож с интерьерами терм, противопоставлен простой и лаконичный внешний облик здания.

В IV в. с принятием Римом христианства на основе базилики начали развиваться новые типы культовых зданий--базиликальные церкви. Христианская базилика получила особенно широкое распространение в культовом строительстве западного средневековья. Размещено на Allbest.ru