Арка как архитектурная конструкция¶

Арка — криволинейная конструктивная система, перекрывающая проём и воспринимающая нагрузку преимущественно на сжатие за счёт распора. Относится к числу древнейших инженерных решений в строительстве; применяется в гражданской архитектуре, мостостроении, подземном строительстве и декоративном оформлении.

¶Принцип работы

Арка представляет собой замкнутую систему клиновидных блоков (замковых элементов), уложенных по кривой. Под действием собственного веса и внешней нагрузки элементы стремятся раздвинуться в стороны — возникает горизонтальный распор. Устойчивость обеспечивается за счёт опор: контрфорсов, стен, массива кладки или затяжки, принимающей распор на растяжение. В отличие от балки, работающей преимущественно на изгиб, арка передаёт нагрузку на опоры в основном в виде сжатия, что позволяет использовать камень и бетон — материалы с высокой прочностью на сжатие и низкой на растяжение.

¶Классификация

Арки различают по форме очертания, числу центров и положению.

По очертанию:

• Полуциркульная (полукруглая) — очертание соответствует полуокружности; распространена в римской архитектуре.
• Стрельчатая (острая) — образована двумя дугами, пересекающимися под углом; типична для готики.
• Коромысловая (типа «вель-модерн») — очертание в виде обратной дуги; характерна для русского каменного зодчества XV–XVII веков.
• Эллиптическая — очертание соответствует части эллипса.
• Параболическая (круговая парабола) — наиболее близка к линии равномерного распределения нагрузки.
• Трилистник, квадрифолий и другие декоративные формы — многолинейные арки, применявшиеся в готике и исламской архитектуре.

По числу центров:

• Одноцентровые (круговые) — построены по дуге окружности.
• Многоцентровые — составлены из дуг разных окружностей.

По конструктивным признакам:

• Рядовая (кладочная) — сложена из отдельных клиньев (voussoirs) и замкового камня.
• Ребровая — воспринимает нагрузку через рёбра.
• Ферменная — металлическая арка в виде фермы.
• Арка-балка (трёхшарнирная арка) — с шарнирами в опорах и замке.

¶Конструктивные элементы

Основные части арки:

• Пята (опора) — место соприкосновения арки с вертикальной опорой.
• Свод — собственно криволинейная кладка.
• Замковый камень (ключ) — центральный клин, замыкающий конструкцию; его установка завершает сборку.
• Распор — горизонтальная составляющая давления, передаваемая на опоры.
• Контрфорс — наружная опора, воспринимающая распор (характерна для готики).
• Пилястра, пилон — вертикальные массивы, принимающие нагрузку от арки.

¶История

Простейшие арки из сырцового кирпича известны с III тысячелетия до н. э. в Месопотамии и Египте. Широкое распространение каменная арка получила в Древнем Риме: она легла в основу строительства акведуков, триумфальных арок, терм, Колизея. Римляне разработали приёмы кладки на растворе, применение кружал (временной опалубки) и систему распределения нагрузки.

В византийской архитектуре арка стала элементом системы «барабан — купол», определившей облик храмового зодчества. В романском стиле (XI–XII века) арка использовалась в сочетании с полукруглым сводом. Готика (XII–XVI века) разработала стрельчатую арку, позволившую увеличить высоту и светопропускание зданий; в сочетании с ребристым сводом и контрфорсами она обеспечила создание соборов с тонкими стенами и большими окнами.

В России арочные конструкции применялись с XI века (киевские и новгородские храмы). В XV–XVII веках получила распространение коромысловая арка, а также декоративные многоцентровые формы в убранстве московских церквей и теремов.

В XIX–XX веках с развитием металлоконструкций и железобетона появились арочные мосты, тоннели, перекрытия промышленных зданий. Мостостроение (например, мосты В. Г. Шухова) демонстрировало тонкие металлические арки с малым расходом материала.

¶Применение

• Гражданское строительство — ворота, порталы, оконные и дверные проёмы, галереи, сводчатые перекрытия.
• Мостостроение — арочные мосты из камня, чугуна, стали, железобетона.
• Тоннели и подземные сооружения — крепление выработок, обделка тоннелей.
• Промышленные объекты — печные своды, дымовые трубы, градирни.
• Декоративная архитектура — триумфальные арки, арки на парадных въездах, элементы ландшафтного дизайна.

¶Арка в других областях

Помимо строительства, термин применяется переносно: арка Млечного Пути, солнечная арка (атмосферное оптическое явление), арка в анатомии (например, подошвенная арка стопы, зубная арка, свод стопы). В компьютерной графике аркой называют криволинейную геометрическую фигуру, используемую при построении моделей.

Источники:

• «Архитектура» (БСЭ, 3-е издание)
• «Строительная терминология» (ГОСТ и справочная литература)
• Кравцов Д. И. «Архитектурные формы и конструкции»
• Полевой В. М. «История архитектуры»
• «Инженерная геология» (раздел о тоннельных конструкциях)