Арка — это изогнутая вертикальная конструкция, охватывающая открытое пространство под ней. [1] Арки могут поддерживать нагрузку над ними или выполнять чисто декоративную роль. Как декоративный элемент, арка восходит к 4-му тысячелетию до н. э. , но структурные несущие арки стали популярными только после их принятия древними римлянами в 4-м веке до н. э . [2]
Аркообразные конструкции могут быть горизонтальными, как арочная плотина , которая выдерживает горизонтальную гидростатическую нагрузку давления. [3] Арки обычно используются в качестве опор для многих типов сводов , в частности, цилиндрический свод является непрерывной аркой. [4] Широкое использование арок и сводов характеризует арочную конструкцию , в отличие от балочной системы, где, как и в архитектуре Древней Греции, Китая и Японии (а также в современной технике стального каркаса ), доминируют столбы и балки . [5]
Арки имели несколько преимуществ по сравнению с перемычками , особенно в каменных конструкциях: при том же количестве материала они могли иметь больший пролет, выдерживать больший вес и могли быть изготовлены из меньших и, следовательно, более управляемых частей. [6] Их роль в строительстве уменьшилась в середине XIX века с появлением кованого железа (а позднее и стали ): высокая прочность на разрыв этих новых материалов сделала возможным изготовление длинных перемычек.
Истинная арка — это несущая арка с элементами, удерживаемыми вместе сжатием. [7] В большей части мира введение истинной арки было результатом европейского влияния. [2] Термин ложная арка имеет несколько значений. Он обычно используется для обозначения арки, которая не имеет структурного назначения, например, арки авансцены в театрах, используемой для обрамления представления для зрителей, но также применяется к консолям и треугольным аркам, которые не основаны на сжатии. [8] [9]
Типичная настоящая каменная арка состоит из следующих элементов: [10] [11] [12]
(Левый или правый) полусегмент арки называется дугой , общая линия арки — аркатурой [18] (этот термин также используется для обозначения аркады ). [19] Архивольт — открытая (обращенная вперед) часть арки, иногда украшенная (иногда также используемая для обозначения интрадоса). [20] Если стороны клинчатых блоков не прямые, а включают углы и изгибы для соединения, арка называется « зазубренной ». [21]
Истинная арка, благодаря своему подъему, разрешает вертикальные нагрузки в горизонтальные и вертикальные реакции на концах, так называемое действие арки . Вертикальная нагрузка создает положительный изгибающий момент в арке, в то время как направленная внутрь горизонтальная реакция от перемычки/устоя обеспечивает уравновешивающий отрицательный момент. В результате изгибающий момент в любом сегменте арки намного меньше, чем в балке с эквивалентной нагрузкой и пролетом. [22] Диаграмма справа показывает разницу между нагруженной аркой и балкой. Элементы арки в основном подвержены сжатию (A), в то время как в балке присутствует изгибающий момент, со сжатием вверху и растяжением внизу (B).
В прошлом, когда арки изготавливались из каменных блоков, горизонтальные силы на концах арки вызывали необходимость в тяжелых опорах (ср. Римская триумфальная арка ). Другим способом противодействия силам и, таким образом, обеспечения более тонких опор было использование контрарок , как в аркадной компоновке, где горизонтальная нагрузка каждой арки уравновешивается ее соседями, и только конечные арки нуждаются в подпорках . С появлением новых строительных материалов (сталь, бетон, композитная древесина ) не только сами арки стали легче, но и горизонтальная нагрузка может быть дополнительно ослаблена стяжкой, соединяющей концы арки. [6]
При оценке с точки зрения количества материала, необходимого для поддержки заданной нагрузки, лучшими твердыми конструкциями являются конструкции, работающие только на сжатие; с гибкими материалами то же самое справедливо для конструкций, работающих только на растяжение. В природе существует фундаментальная симметрия между твердыми конструкциями, работающими только на сжатие, и гибкими конструкциями, работающими только на растяжение, замеченная Робертом Гуком в 1676 году: «Как висит гибкая линия, так, но перевернутая, будет стоять жесткая арка», поэтому изучение (и терминология) форм арок неразрывно связано с изучением подвесных цепей, соответствующие кривые или многоугольники называются фуникулерами . Так же, как форма подвесной цепи будет меняться в зависимости от прикрепленных к ней грузов, форма идеальной (работающей только на сжатие) арки будет зависеть от распределения нагрузки. [23]
Существует несколько способов классификации арок: [24]
Последовательность арок может быть сгруппирована вместе, образуя аркаду . Римляне усовершенствовали эту форму, как показано, например, арочными конструкциями Пон-дю-Гар . [28] В интерьере зальных церквей аркады разделительных арок использовались для отделения нефа церкви от бокового прохода, [29] или двух смежных боковых проходов. [30]
Двухъярусные арки , состоящие из двух наложенных друг на друга арок, иногда использовались в исламской архитектуре , в основном в декоративных целях. [31]
Проем арки может быть заполнен, создавая глухую арку . Слепые арки часто являются декоративными и широко использовались в раннехристианской , романской и исламской архитектуре. [32] В качестве альтернативы, проем может быть заполнен меньшими арками, создавая содержащую арку , распространенную в готической и романской архитектуре. [33] Несколько арок могут быть наложены друг на друга со смещением, создавая переплетенную серию обычно (за некоторыми исключениями) слепых и декоративных арок. Скорее всего, исламского происхождения, переплетенные аркады были популярны в романской и готической архитектуре. [34] Задняя арка (также rere-arch ) — это та, которая обрамляет внутреннюю сторону проема во внешней стене. [35]
Конструктивно, разгрузочные арки (часто глухие или содержащие) могут использоваться для снятия нагрузки с некоторых частей здания (например, чтобы позволить использовать более тонкие внешние стены с большими оконными проемами или, как в римском Пантеоне , перенаправить вес верхних конструкций на определенные сильные точки). [33] Поперечные арки , введенные в архитектуре Каролингов , размещаются поперек нефа, чтобы разделить (вместе с продольными разделительными арками) внутреннее пространство на отсеки и поддерживать своды . [36] Диафрагменная арка аналогично идет в поперечном направлении, но несет секцию стены наверху. Она используется для поддержки или разделения секций высокой крыши. [37] Стяжные арки были построены как запоздалая мысль, чтобы предотвратить взрыв двух соседних опор из-за просчета. Часто они были сделаны очень декоративными, одним из лучших примеров является собор Уэллса . Стяжные арки могут быть « перевернутыми » (вверх дном), оставаясь при этом структурными. [38] [39] При использовании через железнодорожные выемки для предотвращения обрушения стен, стяжные арки могут называться летящими арками . [40] [41] Контрарка строится рядом с другой аркой, чтобы противостоять ее горизонтальному действию или помочь стабилизировать ее, например, при строительстве аркбутана . [ 42]
Большое разнообразие форм арок (слева) можно разделить на три основные категории: округлые , заостренные и параболические . [43]
«Круглые» полукруглые арки обычно использовались для древних арок, которые были построены из тяжелой каменной кладки, [44] и широко использовались римскими строителями с 4 века до н. э . Считается, что это самая распространенная форма арки, [45] характерная для римской, романской и ренессансной архитектуры. [25]
Сегментная арка , с закругленной формой, которая меньше полукруга, очень старая (варианты были вырезаны в скале в Древнем Египте около 2100 г. до н. э. в Бени-Хасане ). С тех пор она иногда использовалась в греческих храмах , [46] использовалась в римском жилом строительстве, [47] исламской архитектуре и стала популярной в качестве оконных фронтонов в эпоху Возрождения. [46]
Арка с корзинчатой ручкой (также известная как утопленная арка , трехцентровая арка , корзинчатая арка ) состоит из сегментов трех окружностей с началами в трех разных центрах (иногда использует пять или семь сегментов, поэтому может быть также пятицентровой и т. д.). Использовалась в позднеготической и барочной архитектуре . [48] [49]
Подковообразная арка (также известная как арка замочной скважины ) имеет округлую форму, которая включает в себя больше, чем полукруг, связана с исламской архитектурой и была известна в областях Европы с исламским влиянием ( Испания , Южная Франция , Италия ). Иногда используемая в готике, она недолгое время пользовалась популярностью как входная дверь в межвоенной Англии. [50]
Стрельчатая арка состоит из двух (« двухцентровая арка » [51] ) или более круговых сегментов, завершающихся точкой наверху. Она возникла в исламской архитектуре, пришла в Европу во второй половине XI века ( аббатство Клюни ) [52] и позже стала заметной в готической архитектуре . [53] Преимущества стрельчатой арки перед полукруглой заключаются в гибком соотношении пролета к высоте [54] и более низкой горизонтальной реакции у основания. Это нововведение позволило сделать более высокие и более близко расположенные проемы, что типично для готической архитектуры. [55] [56] Равносторонняя арка является наиболее распространенной формой стрельчатой арки, при этом центры двух кругов, образующих интрадос, совпадают с точками пружины противоположного сегмента. Вместе с вершиной они образуют равносторонний треугольник , отсюда и название. [57] Если центры окружностей находятся дальше друг от друга, арка становится более узкой и острой стрельчатой аркой , которая появилась во Франции в ранней готической архитектуре ( аббатство Сен-Дени ) и стала заметной в Англии в конце XII и начале XIII веков ( собор Солсбери ). [58] Если центры находятся ближе друг к другу, в результате получается более широкая тупая арка .
Интрадос арки-каскада (также известной как многолистовая арка , полилистовая арка , полидольная арка и фестончатая арка ) включает в себя несколько независимых круговых сегментов в фестончатом расположении. Эти в первую очередь декоративные арки распространены в исламской архитектуре и североевропейской поздней готике, могут быть найдены в романской архитектуре . [59] Похожая арка-трилистник включает в себя только три сегмента и иногда имеет закругленную, а не заостренную вершину. Распространенная в исламской архитектуре и романских зданиях, на которые она повлияла, она позже стала популярной в декоративных мотивах поздней готики Северной Европы. [60]
Каждая дуга арки œgee состоит как минимум из двух круговых сегментов (всего их не менее четырех), при этом центр верхнего круга находится за пределами экстрадоса. После европейского появления в XIII веке на фасаде базилики Святого Марка арка стала неотъемлемой частью английского декорированного стиля, французского пламенеющего стиля , венецианского стиля и других позднеготических стилей. [61] Арка œgee также известна как арка обратной кривой , иногда ее также называют перевернутой аркой . [38] Верх арки œgee иногда выступает за пределы стены, образуя так называемый кивающий œgee, популярный в Англии XIV века ( пульпитум в Саутвеллском соборе ). [62]
Каждая дуга четырехцентровой арки состоит из двух круговых сегментов с различными центрами; обычно радиус, используемый ближе к точке пружины, меньше с более выраженной кривизной. Распространена в исламской архитектуре ( персидская арка ), и, с верхней частью, сплющенной почти до прямых линий ( тудоровская арка [63] ), в английской перпендикулярной готике . [64] Килевая арка — это вариант четырехцентровой арки с почти прямыми свесами, напоминающими разрез перевернувшегося корабля. Популярная в исламской архитектуре, ее также можно найти в Европе, иногда с небольшим элементом киля наверху, [65] , поэтому ее иногда считают вариацией килевой арки. [66]
Карнизная арка (также известная как изогнутая арка , и, как и килевая арка, обычно декоративная [25] ) использует две (или более) свисающие кривые, которые соединяются в вершине. Используется в качестве украшения окон и дверей в основном в Саксонии в зданиях поздней готики и раннего Возрождения (конец 15-го — начало 16-го века), ассоциируется с Арнольдом фон Вестфаленом . [67] Когда интрадос имеет несколько вогнутых сегментов, арку также называют драпированной аркой или шатровой аркой . [68] Подобная арка, которая использует смесь изогнутых и прямых сегментов [69] или демонстрирует резкие повороты между сегментами [70], является смешанной аркой.
Популярность арок, использующих сегменты окружности, обусловлена простотой планировки и конструкции [71] , а не их структурными свойствами. Следовательно, архитекторы исторически использовали в своих проектах множество других кривых: эллиптические кривые , гиперболические косинусные кривые (включая цепные линии ) и параболические кривые . Выбор этих кривых обусловлен двумя причинами: [72]
Гиперболическую кривую нелегко отследить, но известны случаи ее использования. [72] Неокружные кривые выглядят похожими и совпадают на неглубоких профилях, поэтому цепную линию часто ошибочно классифицируют как параболу [73] (согласно Галилею , «[висячая ] цепь почти идеально соответствует своей параболе» [74] ). Гонсалес и др. приводят пример Палау Гуэля , где исследователи не сходятся во мнениях относительно классификации арок или заявляют о превосходстве параболических арок, в то время как измерения показывают, что только две из 23 арок, спроектированных Гауди, на самом деле являются параболическими. [75]
Три параболические кривые особенно важны для конструкции арки: сама парабола , цепная линия и взвешенная цепная линия . Арки, естественно, используют инвертированные (перевернутые) версии этих кривых.
Парабола представляет собой идеальную (полностью сжатую) форму, когда нагрузка равномерно распределена по пролету, в то время как вес самой арки незначителен. Цепная линия является наилучшим решением для случая, когда арка с однородной толщиной несет только свой собственный вес без внешней нагрузки. Практические конструкции мостов находятся где-то посередине, и поэтому используют кривые, которые представляют собой компромисс, который объединяет как цепную линию, так и кривую фуникулера для определенного неравномерного распределения нагрузки. [80] Практические свободностоящие арки прочнее и, следовательно, тяжелее внизу, поэтому для них используется утяжеленная цепная кривая. Та же кривая также хорошо подходит для приложения, где мост состоит из арки с проезжей частью из утрамбованного грунта над ней, поскольку мертвая нагрузка увеличивается с расстоянием от центра. [81]
В отличие от обычных арок, плоская арка (также известная как арка домкрата , арка перемычки , прямая арка , пластинчатая полоса [82] ) не изогнута. Вместо этого арка имеет плоский профиль и может использоваться при тех же обстоятельствах, что и перемычка . Однако перемычки подвержены изгибающему напряжению, в то время как плоские арки являются истинными арками, состоящими из неправильных клиновидных форм (замковый камень - единственный из симметричной клиновидной формы), [83] и которые эффективно используют прочность кладки на сжатие таким же образом, как и изогнутая арка, и, таким образом, требуют массы кладки с обеих сторон для поглощения значительного бокового давления. Используется в римской архитектуре для имитации греческих перемычек, исламской архитектуре, европейской средневековой и ренессансной архитектуре. Плоская арка до сих пор используется в качестве декоративного узора, в основном в верхней части оконных проемов. [83]
Арка консольная (также консольная ) из двух консольных выступов , встречающихся в середине пролета, является истинной аркой в том смысле, что она способна нести нагрузку, но она ложна в структурном смысле, поскольку ее компоненты подвержены изгибающему напряжению. Типичный профиль не изогнутый, а имеет треугольную форму. Изобретенная до полукруглой арки, консольная арка использовалась уже в египетской и микенской архитектуре в 3-м и 2-м тысячелетии до н. э . [84]
Как и арка-коробка, треугольная арка не является истинной аркой в структурном смысле. Ее интрадос образован двумя плитами, прислоненными друг к другу. [9] Строители кирпича назвали бы треугольной любую арку с прямыми наклонными сторонами. [85] Конструкция была распространена в англосаксонской Англии до конца 11 века (Святая Мария Гослани). [9] Арки-коробки майя иногда называют треугольными из-за их формы. [86]
К формам арок можно применить лишь несколько преобразований.
Если один импост намного выше другого, арка (часто заостренная ) известна как наклонная арка , наклонная арка , [87] или наклонная арка (от французского : arc rampant ). [88] Первоначально использовавшиеся для поддержки наклонных конструкций, таких как лестницы , в XIII-XIV веках они появились как части аркбутанов, используемых для противодействия распору готических ребристых сводов . [89]
Центральная часть арки может быть поднята на коротких вертикальных опорах, создавая арку с плечами , похожую на трилистник . Поднятая центральная часть может варьироваться от плоской арки до килевидной. Арки с плечами использовались для украшения проемов в Европе со времен Средневековья до позднеготической архитектуры , стали обычным явлением в иранской архитектуре с 14 века и позднее были приняты в Османской Турции . [90]
В свайной арке (также увенчанной [91] ) пружинящая линия расположена над импостами (на «ходулях»). Известная исламским архитекторам к VIII веку, эта техника использовалась для вертикального выравнивания вершин арок разных размеров в романской и готической архитектуре. [92] Свайная арка была полезна для полукруглых арок, где отношение подъема фиксировалось на уровне 1 ⁄ 2 пролета, но применялась и к стрельчатым аркам.
Косая арка (также известная как косая арка ) используется, когда арке необходимо повернуть в горизонтальной плоскости, [93] например, когда мост пересекает реку под углом, отличным от 90°. Раскрытая арка используется в случае неравных пролетов по бокам арки (когда, например, внутреннее отверстие в стене больше внешнего), интрадос круглой распущенной арки не цилиндрический, а имеет коническую форму. [94] [95]
Широкая арка с подъемом менее 1 ⁄ 2 пролета (и, таким образом, геометрический круг по крайней мере одного сегмента находится ниже линии пружины) называется аркой с основанием [96] (иногда также утопленной аркой [97] ). Падающая арка является либо аркой с ручками корзины [98] , либо тупой аркой. [99]
Практические арочные мосты строятся либо как фиксированная арка, либо как двухшарнирная арка, либо как трехшарнирная арка. [100] Фиксированная арка чаще всего используется в железобетонных мостах и туннелях с короткими пролетами. Поскольку она подвергается дополнительному внутреннему напряжению от теплового расширения и сжатия, этот вид арки является статически неопределимым (внутреннее состояние невозможно определить, основываясь только на внешних силах). [43]
Двухшарнирная арка чаще всего используется для перекрытия длинных пролетов. [43] Этот вид арок имеет штифтовые соединения в основании. В отличие от фиксированной арки, штифтовое основание может вращаться, [101] что позволяет конструкции свободно перемещаться и компенсировать тепловое расширение и сжатие , вызванное изменениями наружной температуры. Однако это может привести к дополнительным напряжениям, и поэтому двухшарнирная арка также статически неопределима, хотя и не так сильно, как фиксированная арка. [43]
Трехшарнирная арка не только шарнирно закреплена в основании, как двухшарнирная арка, но и на вершине. Дополнительное апикальное соединение позволяет трехшарнирной арке двигаться в двух противоположных направлениях и компенсировать любое расширение и сжатие. Таким образом, этот вид арки не подвергается дополнительному напряжению от термического изменения. В отличие от двух других видов арок, трехшарнирная арка, таким образом, статически определима. [100] Чаще всего она используется для пролетов средней длины, таких как крыши больших зданий. Еще одним преимуществом трехшарнирной арки является то, что реакция закрепленных оснований более предсказуема, чем у фиксированной арки, что позволяет использовать неглубокие фундаменты опорного типа в пролетах средней длины. В трехшарнирной арке «термическое расширение и сжатие арки вызовет вертикальные перемещения в пиковом штифтовом соединении, но не окажет заметного влияния на основания», что еще больше упрощает проектирование фундамента. [43]
Арка стала популярной во времена Римской империи и в основном распространилась вместе с европейским влиянием, хотя она была известна и иногда использовалась гораздо раньше. Многие древние архитектуры избегали использования арок, включая архитектуры викингов и индусов . [2]
Настоящие арки, в отличие от консольных арок , были известны ряду цивилизаций древнего Ближнего Востока, включая Левант , но их использование было нечастым и в основном ограничивалось подземными сооружениями, такими как дренажи, где проблема бокового напора значительно уменьшена. [102] Примером последнего может служить арка Ниппура , построенная до 3800 г. до н. э., [103] и датированная Х. В. Хильпрехтом (1859–1925) даже до 4000 г. до н. э. [104] Редкими исключениями являются арочный дверной проем из глинобитного кирпича, датируемый примерно 2000 г. до н. э. из Телль-Тая в Ираке [105] и двое арочных городских ворот ханаанеев бронзового века , одни в Ашкелоне (датируются примерно 1850 г. до н. э. ) [106] и одни в Тель-Дане (датируются примерно 1750 г. до н. э. ), оба на территории современного Израиля . [107] [108] Эламская гробница из Хафт-Теппе, датируемая 1500 годом до нашей эры , содержит параболический свод, который считается одним из самых ранних свидетельств арок в Иране.
Использование настоящих арок в Египте также возникло в 4-м тысячелетии до н. э. (подземные своды-цилиндры на кладбище в Дендере ). Стоячие арки были известны по крайней мере со времен Третьей династии , но сохранилось очень мало примеров, поскольку арки в основном использовались в недолговечных светских зданиях и изготавливались из глиняных кирпичных клинчатых конструкций, которые не имели клиновидной формы, а просто удерживались на месте раствором , и, таким образом, были подвержены обрушению (самая старая сохранившаяся арка находится в Рамессеуме ). Священные здания демонстрировали либо конструкцию с перемычками, либо арки с выступами. Арки в основном отсутствовали в египетских храмах даже после римского завоевания , хотя египтяне считали арку духовной формой и использовали ее в высеченных в скале гробницах и переносных святилищах. [109] Огюст Мариетт предположил, что этот выбор был основан на относительной хрупкости свода: «что осталось бы от гробниц и храмов египтян сегодня, если бы они предпочли свод?» [25]
Микенская архитектура использовала только арки-консоли в своих ульевых гробницах с треугольными отверстиями. [109] Микенцы также построили, вероятно, самый древний сохранившийся [ требуется ссылка ] каменный арочный мост в мире, мост Аркадико , в Греции.
Как свидетельствуют их имитации параболических арок, хетты, скорее всего, были подвержены влиянию египетских конструкций, но использовали для их строительства технику ступенчатых арок. [109]
Ассирийцы , также, по-видимому, под египетским влиянием, переняли настоящую арку (со слегка заостренным профилем) в начале VIII века. [109] В древней Персии , империя Ахеменидов (550 г. до н.э. – 330 г. до н.э. ) построила небольшие цилиндрические своды (по сути, ряд арок, построенных вместе, чтобы сформировать зал), известные как iwan , которые стали массивными, монументальными сооружениями во время поздней Парфянской империи (247 г. до н.э. – 224 г. н.э.). [110] [111] [112] Эта архитектурная традиция была продолжена империей Сасанидов (224–651), которая построила Так Касра в Ктесифоне в VI веке н.э., самый большой отдельно стоящий свод до наших дней. [113]
Ранний европейский пример клинчатой арки появляется на греческом Родосском пешеходном мосту IV в. до н. э . [114] [115] Прото-настоящие арки можно также найти под лестницей храма Аполлона в Дидиме и на стадионе в Олимпии [28 ] .
Древние римляне переняли полукруглую арку у этрусков (обе культуры, по-видимому, переняли эту конструкцию в IV веке до н. э. [28] ), усовершенствовали ее и стали первыми строителями в Европе, которые в полной мере использовали ее потенциал для надземных зданий:
Римляне были первыми строителями в Европе, возможно, первыми в мире, кто в полной мере оценил преимущества арки, свода и купола. [116]
На всей территории Римской империи , от Сирии до Шотландии , инженеры возводили арочные конструкции. Первое использование арок было для гражданских сооружений, таких как водостоки и городские ворота. Позже арки использовались для крупных гражданских зданий, мостов и акведуков , с выдающимися примерами 1-го века нашей эры, представленными Колизеем , Пон-дю-Гар и акведуком в Сеговии . [28] Введение церемониальной триумфальной арки восходит к Римской республике , хотя лучшие примеры относятся к временам империи ( Арка Августа в Сузах, Арка Тита ). [28]
Римляне изначально избегали использования арок в религиозных зданиях, и в Риме арочные храмы были довольно редки до признания христианства в 313 году нашей эры (за исключением Пантеона и « храма Минервы Медики» [ требуется проверка ] ). Вдали от столицы арочные храмы были более распространены (храм Адриана в Эфесе , храм Юпитера в Сбейтле , храм Севера в Джемиле ). [28] Приход христианства побудил к созданию нового типа храма, христианской базилики, которая полностью порвала с языческой традицией с арками как одним из основных элементов дизайна, наряду с открытыми кирпичными стенами ( Санта-Сабина в Риме, Сант-Аполлинаре-ин-Классе ). В течение длительного периода, с конца V века до XX века, аркады были стандартным элементом западной христианской архитектуры . [28]
Своды начали использовать для кровли больших внутренних помещений, таких как залы и храмы, и с I века до н. э. эту функцию стали выполнять и купольные сооружения .
Сегментная арка была впервые построена римлянами, которые поняли, что арка на мосту не обязательно должна быть полукругом, [117] [118] как в мосту Альконетар или Понте Сан-Лоренцо . Утилитарные и массовые жилые здания ( insulae ), такие как в Остии Антике и Помпеях , в основном использовали низкие сегментные арки из кирпича и архитравы из дерева, в то время как бетонные арки с перемычками можно найти на виллах и дворцах. [47]
Древняя архитектура Китая (и Японии) в основном использовала каркасные конструкции из дерева и балочную систему. [5] Арки использовались мало, хотя в литературе известно немного арочных мостов и одно художественное изображение в виде вырезанного из камня рельефа . [119] [120] [121] Поскольку единственными сохранившимися артефактами архитектуры времен династии Хань (202 г. до н. э. – 220 г. н. э.) являются оборонительные стены и башни из утрамбованной земли , керамическая черепица с деревянных зданий, [122] [123] [124] каменные надвратные башни , [125] [126] и подземные кирпичные гробницы, известные своды, купола и арочные проходы были построены с опорой на землю и не были отдельно стоящими. [127] [128]
Самый старый сохранившийся каменный арочный мост в Китае — мост Аньцзи . Он до сих пор используется и был построен между 595 и 605 годами н. э. во времена династии Суй . [129] [130]
Исламские архитекторы переняли римские арки, но быстро показали свою изобретательность: к VIII веку простая полукруглая арка была почти полностью заменена более причудливыми формами, несмотря на несколько прекрасных примеров первой в архитектуре Омейядов (ср. Великую мечеть Дамаска , 706–715 гг. н. э.). Первые стрельчатые арки появляются уже в конце VII века н. э. ( мечеть Аль-Акса , дворец Ухайдира , цистерны в Белой мечети Рамле [131] [132] ). Их вариации быстро и широко распространяются: мечеть Ибн Тулуна в Каире (876–879 гг. н. э.), медресе Низамия в Хар Герде (ныне Иран , XI век), мечеть Конго в Диани-Бич ( Кения , XVI век). [70] [132]
Исламская архитектура вызвала к жизни большое количество форм арок: круглую подковообразную арку , которая стала характерной чертой исламских зданий, килевидную арку , остроконечную арку и смешанную арку (где изогнутый «гусиный выступ» перемежается с резкими изгибами). [132] Великая мечеть Кордовы , которую можно считать каталогом исламских арок, содержит также арки с почти прямыми сторонами, трилистники , переплетенные и зигзагообразные . Мечеть Ибн Тулуна добавляет четырехцентровую и ходульную версию стрельчатой арки. [70]
Вполне вероятно, что появление стрельчатой арки, неотъемлемого элемента готического стиля , в Европе ( Монте-Кассино , 1066–1071 гг. н. э., и аббатство Клюни пять лет спустя) и килевидной арки в Венеции ( ок. 1250 г.) является результатом исламского влияния, [70] возможно, через Сицилию . [133] Сауд [134] также приписывает исламским архитекторам распространение поперечной арки . Смешанная арка стала популярной в стиле мудехар и впоследствии распространилась по всему испаноязычному миру. [69]
Распад Западной Римской империи оставил церковь единственным заказчиком крупного строительства; все дороманские архитектурные стили заимствовали у римского строительства полукруглую арку. Из-за снижения качества строительства стены стали толще, а арки, таким образом, тяжелее, чем их римские прототипы. В конце концов архитекторы начали использовать глубину арок для украшения, превратив глубокий проем в арочный ордер (или притворную арку , последовательность постепенно уменьшающихся концентрических арок, каждая из которых имеет притвор ). [135]
Романский стиль начал эксперименты с остроконечной аркой в конце 11 века ( аббатство Клюни ). Через несколько десятилетий практика распространилась ( Дархэмский собор , базилика Сен-Дени ). Ранняя готика использовала гибкость остроконечной арки, группируя вместе арки с разными пролетами , но одинаковой высоты. [135]
В то время как арки, используемые в средневековой Европе, были заимствованы из римской и исламской архитектуры, использование стрельчатой арки для формирования ребристого свода было новым и стало определяющей характеристикой готического строительства. Около 1400 г. н. э. города-государства Италии, где стрельчатая арка никогда не получала большой поддержки, инициировали возрождение римского стиля с его круглыми арками, Ренессанс . К 16 веку новый стиль распространился по всей Европе и, через влияние империй, по всему остальному миру. Арка стала доминирующей архитектурной формой до введения новых строительных материалов, таких как сталь и бетон. [135]
История арок в Индии очень долгая (некоторые арки, по-видимому, были найдены при раскопках Косамби , 2-е тысячелетие до н. э.) . Однако непрерывная история начинается с высеченных в скале арок в пещере Ломас Риши (3-й век до н. э.). [70] Сводчатая крыша ранней хараппской погребальной камеры была отмечена в Ракхигархи . [136] С. Р. Рао сообщает о сводчатой крыше небольшой камеры в доме из Лотхала . [137] Цилиндрические своды также использовались в позднехараппской культуре кладбища H, датируемой 1900 г. до н. э. - 1300 г. до н. э., которая образовала крышу металлообрабатывающей печи, открытие было сделано Ватсом в 1940 году во время раскопок в Хараппе. [138] [139] [140]
Использование арок до исламского завоевания Индии в 12 веке н. э. было спорадическим, с арками ogee и цилиндрическими сводами в скальных храмах ( пещеры Карла , с 1 века до н. э.) и декоративными стрельчатыми арками гавакша . К 5 веку н. э. своды voussoir использовались структурно в кирпичном строительстве. Сохранившиеся примеры включают храм в Бхитаргаоне (5 век н. э.) и храм Махабодхи (7 век н. э.), последний имеет как стрельчатые арки , так и полукруглые арки . [70] [141] Эта система сводов арки эпохи Гупта позже широко использовалась в бирманских буддийских храмах в Пью и Багане в 11 и 12 веках. [142]
С приходом исламского и другого влияния Западной Азии арки стали заметными в индийской архитектуре, хотя конструкция столба и перемычки по-прежнему была предпочтительнее. Разнообразие стрельчатых и дольчатых арок было характерно для индо-исламской архитектуры , с монументальным примером Буланд Дарваза , которая имеет стрельчатую арку, украшенную небольшими арками с заостренными концами . [70]
Архитектура майя использовала арки-консоли. Другие культуры Мезоамерики использовали только плоские крыши без каких-либо арок вообще, [143] хотя некоторые исследователи предполагали, что и архитекторы майя, и ацтеки понимали концепцию настоящей арки. [144] [145]
Введение в XIX веке кованого железа (а позже и стали ) в строительство изменило роль арки. Благодаря высокой прочности на разрыв новых материалов стали возможны относительно длинные перемычки, как это было продемонстрировано трубчатым мостом Британия ( Роберт Стивенсон , 1846-1850). Ярый сторонник балочной системы Александр «Грек» Томсон , чье предпочтение перемычкам изначально основывалось на эстетических критериях, заметил, что пролеты этого моста длиннее, чем у любой когда-либо построенной арки, таким образом, «простая, несложная каменная перемычка содержит в своей структуре все научные приборы [...], используемые в большом трубчатом мосту. [...] Стоунхендж более научно построен, чем Йоркский собор ». [146] Использование арок в строительстве мостов продолжалось (мост Британия был перестроен в 1972 году как ферменный арочный мост ), однако стальные рамы и железобетонные рамы в основном заменили арки в качестве несущих элементов в зданиях.
Как чистая компрессионная форма, полезность арки обусловлена тем, что многие строительные материалы, включая камень и неармированный бетон , прочны при сжатии , но хрупки при приложении к ним растягивающего напряжения . [147]
Клинкерные плиты могут иметь клиновидную форму или форму прямоугольного кубоида , в последнем случае клиновидная форма обеспечивается раствором . [ 89]
Арка удерживается на месте весом всех ее элементов, что делает строительство проблематичным. Одним из решений является строительство каркаса (исторически из дерева), который точно следует форме нижней части арки. Это известно как центр или центрирование . На него укладывают клинья , пока арка не будет завершена и не станет самонесущей. Для арки выше высоты головы потребуются леса , поэтому их можно объединить с опорой арки. Арки могут упасть, когда каркас будет удален, если конструкция или конструкция были неисправны. [ необходима цитата ]
Старые арки иногда нуждаются в укреплении из-за разрушения замковых камней , что приводит к образованию так называемой лысой арки .
В железобетонных конструкциях принцип арки используется для того, чтобы извлечь выгоду из прочности бетона в сопротивлении сжимающему напряжению. Когда возникает какая-либо другая форма напряжения, например, растягивающее или крутящее напряжение, ему должны противостоять тщательно размещенные арматурные стержни или волокна. [148]
Тип арок (или их отсутствие) является одной из самых выдающихся характеристик архитектурного стиля . Например, когда Генрих Хюбш в 19 веке пытался классифицировать архитектурный стиль, его «первичными элементами» были крыша и опоры, с основными типами верхнего уровня: балочные (без арок) и арочные (с аркой). Его следующее разделение для арочных стилей было основано на использовании круглых и стрельчатых форм арок. [149]
Устойчивое горизонтальное давление арки на опоры породило поговорку «арка никогда не спит», приписываемую многим источникам, от индуистских [150] до арабских . [25] Эта поговорка подчеркивает, что арка несет «семя смерти» для себя и для содержащей ее конструкции, утверждение, которое можно сделать, наблюдая за римскими руинами. [25] Сюжет романа «Туманное пальто» Дж . Мида Фолкнера , вдохновленный обрушением башни Чичестерского собора, обыгрывает эту идею, одновременно имея дело с медленным распадом церковного здания. [150] Сауд [151] объясняет поговорку цепеподобной самоуравновешивающей силой горизонтальных и вертикальных сил в арке и ее «универсальной приспособляемостью». [152]