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.
Конструктивная работа
Своды, как правило, испытывают нагрузку от собственного веса, плюс от находящихся выше конструктивных элементов здания и атмосферных воздействий. Под нагрузкой свод работает преимущественно на сжатие. Возникшее вертикальное усилие сжатия своды передают на свои опоры. Во многих типах сводов возникает дополнительное усилие — горизонтальное, т. е. они начинают работать ещё и на распор. Горизонтальный распор может быть минимальным или же погашаться в теле кольцевой затяжки или иной заложенной в теле свода арматуры.
Своды подразделяют на: Повышенные — отношение стрелы свода или подъема к пролету свода более 1/2. Пониженные — отношение стрелы свода к пролету колеблется от 1/4 до 1/2. Плоские — отношение меньше 1/4.
В России теорией равновесия сводов активно занимались знаменитые учёные, такие как академик Петербургской Академии наук С. Е. Гурьев.
Эволюция сводчатых перекрытий
Конструкции сводов, т.е. арочно-купольная система перекрытий явилась следующим шагом в развитии архитектуры. Ей предшествовала стоечно-балочная система, в основе которой лежит использование древесных стволов в качестве главного строительного материала. Несмотря на то, что блоки камня и кирпич вскоре заменили древесину, стоечно-балочная система (т. е. конструкция, элементы которой смыкаются под прямым углом) оставалась основным принципом строительства в Древнем мире — в архитектуре Древнего Египта и Древней Греции. Величина прочности камня на изгиб ограничивала в стоечно-балочной конструкции ширину пролёта примерно до 5 м. (Те своды, которые все-таки встречаются в архитектуре этих периодов, например, казематы акрополя Тиринфа и шахтовые гробницы носят название ложных сводов, т. к. в отличие от классических вариантов, не передавали распор и напоминали их лишь внешне).
Ситуация изменилась лишь с изобретением достаточно надёжных связующих — таких как цемент и бетон, а также с развитием науки, которая позволила рассчитывать более сложные криволинейные конструкции. Применение криволинейных сводов, где камень работает уже не на изгиб, а на сжатие, поэтому обнаруживает более высокую прочность, позволило значительно превысить указанный выше размер пролета от 5 метров балочно-стоечной системы.
Хотя цилиндрические своды появились уже в IV — III тыс. до н. э. в Египте и Месопотамии, массовое использование арочно-купольной системы перекрытий началось лишь в архитектуре Древнего Рима. К этому времени принято относить изобретение арки и купола, а также основных типов сводов, в основе которых лежат два этих конструктивных элемента. Со временем число этих типов увеличилось.
Своды в древнеримском строительстве, а также в её наследниках — романской и византийской архитектуре были достаточно тяжёлыми, поэтому, для того чтобы выдерживать вес перекрытий, стены-опоры для этих сводов возводились очень толстыми и массивными. Нагрузка в таких конструкциях передавалась непосредственно на стены. Следующий этап в развитии сводов наступил в готической архитектуре, строители которой изобрели новый вариант распределения нагрузки.
Массивная стена, служившая опорой для тяжелого свода, была заменена на систему контрфорсов и аркбутанов. Теперь усилие стало передаваться не непосредственно вертикально вниз, а распределяться и отводиться вбок по аркбутанам, уходя в контрфорсы. Это позволило намного утончить стены, заменив их на несколько надежных опорных контрфорсов. Кроме того, произошло изменение в кладке собственно сводов — если раньше они целиком выкладывались из массивных камней и были одинаковы по всей толщине, то теперь свод стал представлять собой жёсткие рёбра (нервюры), служащие для опоры и распределения нагрузки, а промежутки между нервюрами выкладывались лёгким кирпичом, выполнявшим теперь лишь ограждающую, а не несущую функцию. Это открытие позволило архитекторам готики перекрывать конструктивно новыми типами сводов большие пространства соборов и создавать высокие потолки.
Наконец, следующая и на сегодняшний день завершающая веха в эволюции сводов наступила в XIX веке с изобретением железобетона. Если до этого инженерам приходилось рассчитывать своды, выложенные по опалубке из кирпича с использованием цемента, или из камня с использованием бетона (а они могли рассыпаться в случае неудачных расчетов или ошибок в кладке), то теперь бетон армируется железом и формуется в заливочных формах. Это придало ему необыкновенную прочность, а также дало максимальную свободу фантазии архитекторов. Со 2-й половины XIX в. своды нередко создавались из металлических конструкций. В XX в. появились различные типы монолитных и сборных железобетонных тонкостенных сводов-оболочек сложной конструкции. Они применяются для покрытий большепролётных зданий и сооружений. С середины XX в. распространяются также деревянные клеёные сводчатые конструкции.
Предназначение Сводчатые перекрытия на протяжении веков использовались, в первую очередь, при строительстве культовых и общественных зданий, поскольку они могут покрыть значительное пространство — в то время как балка, вне зависимости от материала, имеет предел длины. Наибольшее разнообразие типов сводов демонстрирует сакральная архитектура, которая обязана была совмещать вместительность и красоту, а в сталинской архитектуре этим параметрам должно было соответствовать метро, поэтому в настоящий момент станции московского метрополитена демонстрируют большую вариабельность в типах сводов.
Элементы сводов
В зависимости от типа свода он может иметь следующие элементы: Замок, замковый камень, ключ свода (в западноевропейской терминологии — аграф) — средний клинчатый камень в щелыге арки или свода. Его конструктивное значение подчёркивается декоративным маскароном. 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, врезанным 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 (щелыга, 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, идущая 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.
Основные типы сводов В Древнем Риме применялись следующие типы — цилиндрические, сомкнутые и крестовые. В Византии применялись цилиндрические, парусные, крестовые. В архитектуре Мидии, Индии, Китая, народов Средней Азии и Ближнего Востока использовались преимущественно стрельчатые. Западноевропейская готика предпочитала крестовые своды, максимально их развив в сторону стрельчатости.
+ИллюстрацияОпределение Цилиндрический свод — образует в поперечном сечении полукруг (или половину эллипса, часть параболы, проч). Это простейший и наиболее распространённый тип сводов. Перекрытие в нём опирается на параллельно расположенные опоры — две стены, ряд столбов или аркады. В зависимости от профиля арки, лёгшей в основание, бывают: полуциркульные стрельчатые коробовые эллиптические параболические Коробовый свод — разновидность цилиндрического свода; отличается от него тем, что образует в поперечном сечении не простую дугу, а трехцентровую или многоцентровую коробовую кривую. Он имеет большой распор, обычно погашаемых металлическими связями, и используется для перекрытия более обширных по площади помещений, нежели возможно перекрыть цилиндрическим сводом. Цилиндрический свод с распалубками — свод, образованный путём пересечения под прямым углом одного свода с другими меньшего пролета и меньшей высоты, то есть — с образованием распалубок. Крестовый свод — образуется путём пересечения двух сводов цилиндрической или коробовой формы одинаковой высоты под прямым углом. Применялся для перекрытия квадратных, а иногда прямоугольных в плане помещений. Он может опираться на свободностоящие опоры (столбы, колонны) по углам, что позволяет сосредоточить в плане давление только на угловых опорах. Сомкнутый свод — образуется наклонными по заданной кривой продолжениями стен — лотками (щеками), которые опираются по всему периметру на стены и сходятся в горизонтальной шелыге свода при прямоугольном плане или в одной точке при перекрытии квадратного (на илл.) в плане помещения (в последнем случае также может также называться «монастырским»). Является производным от свода цилиндрического. Передаёт на стены вертикальное давление и распор по всей длине. Был известен в архитектуре Средней Азии, Рима и готике, но применялся редко, более широко распространился в архитектуре Возрождения.