Арки в архитектуре

Сущность арочных конструкций

Арка является одной из древнейших архитектурных форм, а на заре цивилизации она являлась не только перекрытием, но и несла ритуально-символический смысл. Само название арки происходит от латинского слова «arcus», означающего дугу. Однако, существует мнение, что слово «арка» может иметь ивритское происхождение, здесь оно переводится как «длинная, тянущаяся». Арки стали частью многих типов сооружений и приобрели повсеместный характер благодаря развитию каменного зодчества. На сегодняшний день арка является весьма популярным декоративным элементом, подчеркивающим изящность и монументальность конструкции в целом. Помимо прочего, арки занимают нишу в промышленном строительстве и становятся неотъемлемым конструктивным элементом многих хозяйственных сооружений.

Рисунок 1. Гора Слоновий хобот в Китае. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В истории искусств занимает огромное место изучение таких арочных конструкций, как арки храмовых и соборных комплексов или триумфальных арок. Применение арок в качестве пролетов или несущих конструкций было актуально даже в начале нашей эры. Конструкции входа и оконных проемов начали обрамляться арками в X веке. В некотором смысле, став каноническим, такое оформление предопределяло становление многих архитектурных стилей. Возможность передавать нагрузку от вышележащих ярусов конструкции на одни лишь арки сыграла важную роль в развитии искусства возведения готических соборов, и способствовала появлению витражей. Важную роль арочные конструкции занимают в строительстве мостов, потому что благодаря этому элементу было создано большое количество переправ. В современных условиях при помощи арочных конструкций стало возможным устройство перекрытий промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий пролетом до 100 метров. Это могут быть складские помещения, ангары, различные спортивные сооружения и т.д. Невероятного разнообразия достигли виды и формы арок за всё время своего существования.

Происхождение и природа арок

Считается, что люди заметили такую несокрушимую и долговечную конструкцию в природе, окружающей человека испокон веков. Арки всегда присутствовали в окружающей среде людей. Например, вход в пещеру, каменный грот, а также склоненные друг к другу деревья или радуга по своему внешнему виду непременно напоминают арки. В мире встречаются весьма необычные и причудливые природные арки, они разбросаны по всему свету и существуют на каждом материке планеты. Гигантские природные сооружения образованы естественным путем из твердых скал под влиянием ветра, воды и солнца.

Иногда такие объекты возвышаются на десятки метров над землей, а иногда имеют очень невзрачный вид и небольшой размер. Однако, такие конструкции объединяет одно – они обладают уникальной формой арки. Наиболее известными природными арками являются:

• Лондонская арка в южной Австралии;
• гора Слоновий хобот на побережье южного Китая;
• утес Персе в восточной Канаде;
• Лазурное Око на побережье мальтийских островов.

Наибольшей природной аркой считается мост Фей, расположенный в Китае, её пролет составляет около 120 метров. Подобные природные формирования можно встретить и на территории России:

• гора Кольцо в Кисловодске;
• грот Дианы в мысе Лермонтова;
• Арка Стеллера на Дальнем Востоке.

В первобытном мире арка принимала участие в ритуальных мероприятиях и была наделена особым смыслом, ведь через неё можно было пройти. Например, в некоторых африканских племенах до сих пор существует обычай, согласно которому мальчик может стать мужчиной только после выживания в лесу в течение нескольких дней. В этот период племя строит арку из веток на окраине леса, а юноша, прошедший через данное сооружение считается посвящённым в обряд. По возвращении мальчик считается зрелым и готовым к жизни мужчиной.

Рисунок 2. Каменные арочные конструкции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В Древнем Риме, где богом ворот и дверей был Янус, проход через ворота, по обеим сторонам которого располагались алтари Януса и Юноны, символизировал переход из одного возрастного этапа в другой.

Расчет арок и распределение сил

Суть работы арки можно представить себе на простом примере: любая прямолинейная балка под воздействием нагрузки имеет свойство прогибаться. Это происходить потому, что в поперечном сечении элемента возникают продольные сжимающие и растягивающие напряжения. При этом в верхней части поперечного сечения действуют сжимающие напряжения, а в нижней – растягивающие. В этой связи верхняя часть прямолинейной балки сжимается, а нижняя – растягивается. В конечном итоге, после прогиба балки получается некая арка в перевернутом виде.

Если взять балку, уже имеющую некоторую кривизну продольной оси, относительно большую, чем длина её пролета и перевернуть, то можно получить элемент, напоминающий арку. Такая теория справедлива лишь для арок, изготовленных из единого пласта материала. В основе арок, собранных из отдельных элементов, лежит совершенно иная концепция. Например, в каменных арках, сегменты, выточенные в виде усеченных клиньев, опираются друг на друга и при этом передают нагрузку соседнему сегменту. Усилия с данного сегмента переходят в опоры, а с опор – на грунт основания. В этой связи справедливо будет предположить, что при повышении нагрузки на арку, её материал лишь станет плотнее и крепче, что увеличивает её срок службы и повышает устойчивость.

Расчет арок производится в соответствии с принципами строительной механики. Данная процедура начинается с замера и учета всех нагрузок на конструкцию, например, масса самой арки, снеговая и ветровая нагрузки, а также прочие нагрузки, зависящие от назначения помещений. После сбора нагрузок и определения габаритов переходят к расчетам. Расчет арки делится на несколько групп: геометрический расчет арки, статический расчет с определением реакций опор, подбор сечений элементов арки и проверка напряжений в них, а также расчет узлов арки.