11054

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

КОНСТРУКЦИИ КУЛЬТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

КОНСТРУКЦИИ КУЛЬТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК

Агеева Е. Ю. Особенности проектирования энергоэффективных зданий [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. Ю. Агеева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 92 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-R)

В учебном пособии изложен систематизированный материал по истории создания и эволюции конструкций культовых сооружений, особое внимание уделено сводчатым конструкциям. Так как именно сводчатые конструкции используются в большинстве культовых зданий. Анализируются архитектурные и конструктивные особенности сводчатых культовых зданий и сооружений. Рассмотрены наиболее выдающиеся культовые сооружения, являющиеся памятниками архитектуры. Дается периодизация развития культовых зданий и сооружений. Рекомендуется преподавателям, аспирантам, магистрантам и студентам специальностей «Архитектура», «Промышленное и гражданское строительство».

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений.

© Е.Ю. Агеева, 2016 © ННГАСУ, 2016

3

Введение

Актуальность темы исследования. Имеет ли тема изучения сводчатых конструкций актуальное значение для современного строительства? Такой вопрос мог бы возникнуть еще недавно, когда односторонние поиски новых путей создавали узкие рамки для инженера проектировщика. Но здоровая научная мысль всегда признавала, что арка и свод, как лучшие, органические формы преодоления пролета и пространства, являются одними из основных элементов прогресса в строительстве.

Балочное (архитравное) покрытие всегда ассоциируется с ограниченными пролетами колоннад. Большие интерколумнии (междустолпия), возможные в железобетоне, все же имеют известный предел, дальше которого ощущение напряженности от изгиба вызывает у зрителя беспокойное чувство. Сплошная или решетчатая балка крупного пролета требует большой высоты, в 1/10 — 1/15 пролета; проектировщик стремится скрыть такие балки подвесным потолком.

Арка каменная или металлическая, как конструкция, в основном работающая на сжатие, производит всегда впечатление покоя и уверенности даже при минимальном сечении. Опыт показал, что данный вид конструкций превышает пролеты больше чем вдвое по сравнению с балочным покрытием, облегчив при этом все элементы, особенно колонны. Своды и купола дают много технических преимуществ по сравнению с плоским балочным перекрытием. Разве это не прогрессивное направление? Неверная мысль, что свод – форма прошлого. Данные современной науки и инженерного искусства позволяют утверждать, что это форма будущего.

Изложение о сводчатых конструкциях в современных учебниках, достаточно скудно и не всегда дает почувствовать читателю, сколько труда было затрачено поколениями ученых, чтобы дойти до современных конструкций и методов их расчета, сколько на этом пути пришлось преодолеть ошибок и заблуждений. Разумеется, нельзя требовать от инженера, чтобы он при расчете каждой балки думал об истории двухсотлетних исканий, плодом которых явилась знакомая ему расчетная формула. Но знать об этих исканиях полезно каждому инженеру.

4

Для сознательного применения данного типа конструкций, при проектировании нового здания или реконструкции памятника архитектуры, не только полезно, но и необходимо знакомство с историей развития этих конструкций. Без такого знакомства нельзя подойти с критической оценкой и к современному состоянию науки. Более того, для дальнейшего развития науки обязательно знакомство с ее историей, если мы хотим избежать повторения старых ошибок, которые в былое время тормозили научный прогресс. С другой стороны, известный интерес могут представлять даже те строительные конструкции, которые в свое время были отброшены, так как среди них подчас обнаруживаются полезные виды, которые можно с успехом применить в наше время, на изменившемся уровне

пластических деформаций. Это было тем более неожиданным, что в ту далекую эпоху ученые не только не имели понятия о пластических деформациях, но и свойство упругости еще не умели использовать при расчетах на прочность. И несмотря на это, те методы, которые наука выдвинула за последние десятилетия как принципиальное новшество, оказались в известном смысле воскресшими давно забытыми методами XVIII века. Тема расчета сводчатых конструкций неоднократно поднималась учеными разных эпох, были разработаны различные теоретические решения в области формообразования и способов расчета.

Исходя из всего вышесказанного, необходимо изучить исторический опыт в использовании сводчатых конструкций в строительстве, изучить теоретические аспекты их всевозможных форм и способов их образования и дать представления о развитии теории расчета свода с целью дальнейшего их

применения сводчатых конструкций в истории мировой архитектуры и строительства, труды посвященные данному вопросу встречаются не так уж и часто

5

и в большинстве в своем описательны или представляют собой небольшие обзорные работы. В данных работах, как правило, освещаются общие вопросы по теории сводчатых конструкций и не отражается возможность практического применения опыта прошлых лет по данному вопросу, отсутствуют работы по отдельным видам сводчатых конструкций. Большинство работ по данной проблематике принадлежит зарубежным инженерам и ученым, в трудах которых проанализирован инженерный опыт их предшественников, представлены исследования по сводчатым конструкциям величайших памятников архитектуры и достижениям науки в этой области в тот или иной исторический период. Самые известные работы связаны с именами Шаузи, Палладио Андреа, Карл Росси, Жак Суфло, Зедльмаир, Монферан, Филиппо Бранеллеско и др. Стоит отметить высокую активность в направлении изучения теории сводчатых конструкций на западе и в настоящее время, о чем свидетельствуют постоянно появляющиеся публикации, журналы по архитектурной тематике, и самое главное, практическое применение данной информации в современном строительстве.

Обращаясь к истории архитектуры, можно встретить немало работ отечественных ученых посвященных сводчатым конструкциям. К большому сожалению в настоящее время количество подобных работ уменьшилось и тому есть логическое объяснение. Значительная часть литературы посвященной формообразованию сводов, была утрачена или уничтожена во время революции 1917 года и в послереволюционный период в связи с тем, что данная информация применялась в основном в храмовом строительстве. К тому же большой прорыв в инженерном искусстве в советское время (преобладанием балочных железобетонных и металлических конструкций) заставил отказаться от многих видов и архитектурно выразительных форм сводчатых конструкций. Известные труды отечественных архитекторов связаны со следующими именами Ф. Горностаев, Н. Брунов, А. Григорьев, И. Старов, П. Павлов, А. Воронихин и др. Одним из наиболее ярких трудов по проблеме формообразования и декора сводчатых конструкций является книга А.В. Кузнецова «Своды и их декор», где автор предоставил наиболее полный анализ мировых достижений архитектуры в этой области.

6

Спектр работ и достижений в области инженерного расчета сводчатых конструкций, как за рубежом, так и в России значительно богаче спектра работ по общей проблематике данного вопроса. И.В. Кулибин, Ш.Кулон, Мор, Д.Е. Паукер, Ш. Бресс, Х.С Головин – это лишь немногие ученые из большого числа ученых в трудах которых излагаются различные методы и концепции. В связи с тем, что систематизация этих методов и концепций являлось задачей не первоочередной, обобщающих работ по данному направлению очень мало, как за рубежом, так и у нас. Редкими примерами подобной систематизацией могут служить труды И.М. Рабиновича и С.А. Берштейна.

Вышеописанное как нельзя более наглядно свидетельствует о том, что вопросы теорий и практического применения сводчатых конструкций комплексно не исследованы, хотя подобные исследования могли бы дать толчок к дальнейшему развитию инженерной науки и применению актуальных работ прошлого в настоящем.

Цели исследования: теоретическое и систематическое обобщение сведений о сводчатых конструкциях культовых зданий и отражение перспективы применения сводчатых конструкций на современном этапе.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач: - проведение анализа определений сводчатых конструкций культовых зданий и отображение особенностей их устройства;

-выделение основополагающих видов сводчатых конструкций культовых зданий из многообразия возможных;

-анализ изменений сводчатых конструкций культовых зданий в ходе их исторического развития;

-проведение системного анализа выделенных видов сводчатых конструкций культовых зданий и их производных, сравнивая формы различных эпох и стилей на примере памятников архитектуры, а так же рассмотрение возможных форм сводчатых конструкций.

Объект исследования – сводчатые конструкции культовых зданий и сооружений.

7

Предмет исследования – принципы формообразования сводчатых конструкций культовых зданий.

Границы исследования:

Типологические – рассматриваются основополагающие виды сводов, которые можно разделить на пять основных групп, причем изменение отдельных параметров каждого вида, отображает большое разнообразие разновидностей конструкций данной группы и возможность его дальнейшего расширения.

Временные – рассматриваются сводчатые конструкции, используемые при строительстве культовых зданий и сооружений от начала их практического применения и до наших дней.

Системный обзор основных видов сводчатых конструкций и исторический обзор сводчатых конструкций могут быть использованы при решении достаточно широкого круга задач, как научно-исторического, так и реставрационно-практического направлений. Результаты исследования содержат данные архитектурного формообразования и данные о их возможном развитии. Полученные результаты могут быть использованы в следующих направлениях:

-при подготовке разделов курсов лекций «История архитектуры», «Архитектурная композиция», читаемые в архитектурно-строительных вузах;

-в проектировании зданий с использованием сводчатых конструкций при проведении предпроектного анализа, а так же при проведении научных реконструкций утраченных или деформированных форм памятников архитектуры.

8

1. Общие сведения о сводчатых конструкциях

Свод (от «сводить» — соединять, смыкать) — в архитектуре тип перекрытия или покрытия сооружений, конструкция, которая образуется выпуклой криволинейной поверхностью.

Конструкции сводов, как типичные представители арочно-купольная системы перекрытий явились следующим шагом в развитии архитектуры. Её предшествовала стоечно-балочная система (рис. 1.1), в основе которой лежит использование древесных стволов в качестве главного строительного материала.

Рис.1.1. Стоечно-балочная система перекрытий (Греция):

стойки — колонны, балки — архитравы.

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, носят название ложных сводов, т.к. в отличие от классических вариантов, не передавали усилий распора и напоминали их лишь внешне).

Ситуация изменилась лишь с изобретением достаточно надёжных связующих — таких растворов, как цемент и бетон, а также с развитием науки, которая позволила рассчитывать более сложные криволинейными 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.

9

Рис.1.2. Арочно-купольная система перекрытий (Рим): нагрузка распределяется не

смыкающимися под прямым углом балками и стойками, а скругленными арками.

(рис. 1.2) началось лишь в архитектуре Древнего Рима. К этому времени принято относить изобретение арки и купола, а также основных видов сводов, в основе которых лежат два этих конструктивных элемента. Со временем число этих видов 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. Варианты распределения нагрузки представлены на рисунке 1.3.

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 толще, то теперь свод стал представлять из себя жесткие рёбра (нервюры), служащие для опоры и распределения нагрузки, а промежутки между нервюрами выкладывались лёгким кирпичом, выполнявшим теперь лишь заградительную, но не несущую функцию (рис. 1.4). Это открытие позволило архитекторам готики перекрывать

10