Свод

Свод — это архитектурная пространственная конструкция перекрытия (покрытия) криволинейной формы, работающая преимущественно на сжатие и передающая вертикальную нагрузку на опоры (стены, столбы, фундамент) через распор. В отличие от плоских перекрытий (балок, плит), свод создаёт не только вертикальное давление, но и горизонтальное усилие — распор, что требует устройства массивных опор или специальных компенсирующих элементов (затяжек, контрфорсов). Своды применяются в строительстве зданий и сооружений с древнейших времён до наших дней, являясь одним из основных элементов каменной, кирпичной и бетонной архитектуры.

История

Древний мир

Первые известные своды появились в Месопотамии и Древнем Египте (IV–III тысячелетия до н. э.). Они выполнялись из сырцового кирпича и имели ложный (консольный) характер: каждый последующий ряд кладки нависал над предыдущим, пока ряды не смыкались. Настоящие арочные и сводчатые конструкции, работающие на сжатие, начали систематически применяться в Древнем Риме. Римляне использовали полуциркульные своды (цилиндрические и крестовые) для перекрытия больших пролётов — терм, базилик, акведуков и амфитеатров (например, Пантеон в Риме, перекрытый куполом — разновидностью свода). Основным материалом служил римский бетон (opus caementicium) и камень.

Средневековье

В романской архитектуре (X–XII века) господствовали полуциркульные цилиндрические и крестовые своды. Для их возведения требовались толстые стены и массивные столбы, так как распор был значительным. В готической архитектуре (XII–XVI века) произошла революция: стрельчатая арка позволила уменьшить распор и перекрывать пролёты большей высоты. Крестовые своды стали нервюрными — с диагональными рёбрами (нервюрами) из тесаного камня, которые несли основную нагрузку, а промежутки заполнялись облегчённой кладкой. Распор передавался через аркбутаны на контрфорсы, что позволило сделать стены тонкими и прорезать их огромными окнами. Вершиной готического сводостроения стали звездчатые, сетчатые и веерные своды (например, в капелле Кингс-колледжа в Кембридже).

Эпоха Возрождения и Новое время

В эпоху Возрождения (XV–XVI века) архитекторы вернулись к полуциркульным и купольным формам, стремясь к гармонии и математической правильности (купола собора Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции, собора Святого Петра в Риме). В XVII–XVIII веках своды активно применялись в барокко и классицизме, часто декорировались лепниной и росписями. С XIX века, с развитием металлических и железобетонных конструкций, своды стали возводить из новых материалов, что позволило увеличить пролёты и разнообразить формы (например, тонкостенные железобетонные купола и оболочки).

XX–XXI века

В современной архитектуре своды используются как в традиционном (кирпич, камень), так и в новом качестве — из железобетона, стали, клеёной древесины, полимерных материалов. Развитие методов расчёта (метод конечных элементов) и компьютерного моделирования позволило создавать своды сложной кривизны, в том числе большепролётные покрытия стадионов, выставочных павильонов и аэропортов.

Классификация

Своды классифицируются по нескольким признакам.

По геометрической форме

• Цилиндрический (полуциркульный) свод — образуется движением полуокружности (или дуги) вдоль оси. Имеет постоянное поперечное сечение. Простейший и древнейший тип.
• Сомкнутый свод — образуется четырьмя или более наклонными лотками (сегментами цилиндрической поверхности), сходящимися в центре. Часто применялся в русской архитектуре (например, в трапезных палатах).
• Крестовый свод — образуется пересечением двух цилиндрических сводов под прямым углом. Распор сосредоточен по диагональным рёбрам. Безнервюрный и нервюрный (готический) варианты.
• Зеркальный свод — разновидность сомкнутого свода, у которого верхняя часть срезана горизонтальной плоскостью (зеркалом). Часто украшался плафоном.
• Купольный свод — полусфера, опирающаяся на цилиндрический барабан или непосредственно на стены. Частный случай — купол.
• Стрельчатый свод — образован двумя пересекающимися дугами окружностей разного радиуса. Характерен для готики.
• Парусный свод — образуется четырьмя треугольными сферическими поверхностями (парусами), опирающимися на подпружные арки. Перекрывает квадратное в плане помещение.
• Лотковый свод — образуется наклонными плоскими или криволинейными поверхностями (лотками), сходящимися к коньку. Упрощённая форма сомкнутого свода.

По конструктивному решению

• Безнервюрные — сплошная кладка, работающая как монолит (римские, романские своды).
• Нервюрные — несущий каркас из рёбер (нервюр), заполненный облегчённой кладкой (готические своды).
• Тонкостенные — железобетонные или металлические оболочки толщиной в несколько сантиметров, работающие как мембрана.
• Сборные — из отдельных блоков (каменных, бетонных, керамических), соединяемых на месте.

По материалу

• Каменные (из естественного камня, кирпича, керамических блоков).
• Бетонные и железобетонные (монолитные и сборные).
• Металлические (стальные, алюминиевые).
• Деревянные (клеёные, из бревна или бруса).
• Комбинированные (например, железобетонная основа с кирпичным заполнением).

Устройство и принцип работы

Основные элементы свода:

• Пята — нижняя опорная часть свода, на которую он опирается.
• Шелыга (замок) — верхняя точка свода, где сходятся ряды кладки. В замке часто устанавливается замковый камень.
• Распор — горизонтальное усилие, возникающее в опорах под действием веса свода. Основная конструктивная проблема, требующая массивных опор или затяжек.
• Подпружная арка — усиливающая арка, проходящая под сводом и воспринимающая его нагрузку.
• Нервюра — диагональное ребро в готическом своде, несущее основную нагрузку.
• Распалубка — небольшой свод, врезающийся в основной (например, над оконным проёмом).

Свод работает по принципу арки: все его элементы находятся в состоянии сжатия. Камни или блоки кладки давят друг на друга, и при правильной геометрии (кривая давления) конструкция устойчива без применения связующих растворов (хотя раствор обычно используется). Распор передаётся на опоры, которые должны быть достаточно массивными, чтобы его погасить, или же компенсируется затяжками (металлическими или деревянными стержнями, соединяющими пяты).

Применение

Своды применяются в самых разных типах сооружений:

• Культовые здания: храмы, соборы, мечети, синагоги (купола, крестовые, сомкнутые своды).
• Гражданские здания: дворцы, усадьбы, театры, музеи, вокзалы, станции метро (цилиндрические, крестовые, зеркальные своды).
• Промышленные сооружения: цеха, ангары, склады (большепролётные цилиндрические и купольные своды из железобетона или металла).
• Инженерные сооружения: мосты, акведуки, тоннели, плотины (арочные и сводчатые конструкции).
• Фортификационные сооружения: крепости, башни, казематы (цилиндрические и сомкнутые своды).

В современной архитектуре своды часто используются как выразительный элемент интерьера (вестибюли, холлы, атриумы) или как покрытие большепролётных пространств (стадионы, выставочные центры).

Примеры известных сводов

• Пантеон (Рим, II век н. э.) — купол диаметром 43,3 м, самый большой в мире из неармированного бетона.
• Собор Святой Софии (Стамбул, VI век) — купол диаметром 31,5 м, опирающийся на паруса и подпружные арки.
• Собор Парижской Богоматери (Нотр-Дам-де-Пари, XII–XIV века) — классический пример готических нервюрных крестовых сводов.
• Успенский собор Московского Кремля (XV век) — пятиглавый собор с крестовыми сводами на подпружных арках.
• Станция метро «Маяковская» (Москва, 1938 год) — свод из нержавеющей стали, перекрывающий перронный зал.
• Купол Рейхстага (Берлин, 1999 год) — стеклянный купол, символизирующий прозрачность власти.

Интересные факты

• В Древней Руси своды часто выкладывались «в ёлку» — рядами кирпича под углом, что повышало устойчивость.
• Для возведения готических сводов использовались деревянные кружала — временные опалубки, по которым выкладывались камни.
• Самый большой в мире кирпичный свод (без металлической арматуры) — купол собора Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции (диаметр 42 м, построен в 1436 году).
• В современном строительстве своды часто заменяются фермами или пространственными конструкциями (геодезическими куполами), которые проще в расчёте и монтаже.

Источники

• Архитектура: учебник для вузов / под ред. А. В. Иконникова. — М.: Стройиздат, 2006.
• Готическая архитектура: история и теория / В. Л. Глазычев. — М.: Искусство, 1983.
• Своды и арки: конструктивные схемы и расчёт / А. М. Овсянкин. — М.: АСВ, 2010.
• Всеобщая история архитектуры: в 12 т. — М.: Стройиздат, 1970–1977.
• Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн, 2006.