Арка это в архитектуре: АРОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ | Энциклопедия Кругосвет

06.10.198020.10.2022 alexxlab 0 Комментариев

Содержание

Арка с колоннами

Арки с колоннами — характерны для античной архитектуры.

Арки с колоннами — архитектурные элементы, которые использовались в строительстве задолго до нашей эры. Народы античности применяли эти элементы при строительстве храмов, дворцов, мостов, виадуков. Арки, являющиеся криволинейным перекрытием между опорами или стенного проема, встречались в архитектуре Древнего Рима и Древнего Востока. Этот элемент был призван перераспределить нагрузку перекрытия (распор), снизив вертикальную реакцию опор, оказывающее давление на фундамент. Чем выше подъем арки, тем меньше ее распор. Рассмотрим использование этого элемента в архитектуре разного исторического периода. Если зодчие Древнего Египта и Греции создавали горизонтальные перемычки, то уже древние римляне, позаимствовавшие арочную систему у этрусков, стали сочетать арки с колоннами, создавая полукруглые перемычки. Арочные конструкции в сочетании с колоннами были характерным элементом древнеримской архитектуры. Популярными стали аркады: ряды арок, которые опираются на колонны. Таким образом строились открытые галереи, многоярусные мосты, амфитеатры.

Римская аркада.

Примером может служить Колизей — трехъярусное арочное сооружение Арочное перекрытие стало основным элементом триумфальных римских арок. Снижение горизонтального распора достигалось опорой на стены или контрфорсы. Арочные мосты, акведуки опирались на укрепленные берега. Римляне использовали в основном полуциркульные конструкции, позже архитекторы, создавая культовые сооружения и дворцы, использовали новые формы арок: стрельчатые, килевидные, многопластные, подковообразные и другие. Полуциркульные арки У полуциркульных арок, используемых в Древнем Риме, дуга описана полуокружностью. Декор арки на фото демонстрирует полуциркульную конструкцию.

Полуциркульные арки в римской архитектуре.

Подковообразные арки

Подковообразные арки были изображены в рукописях «Beatus of Lebana» Магинса, работавшим на строительстве монастыря Сан-Мигель-де-Эскалада, недалеко от Леонас. Монастырь имел элементы мавританского стиля и было построено монахами, прибывшими из Кордовы в 913 году н.э.

Подковообразные арки символизировали в исламской культуре святость, такие арки использовались в мечети Кордовы (756 -796 гг.), отсюда, по мнению некоторых исследователей, она распространилась в Испании зодчими из Андалусии. Такого типа арки имеют повышенный центр построения. Подковообразная арка использовалась в железнодорожной станции в Ливерпуле и Манчестере (проект Джона Фостера. 1830 г.) Такого типа арка присутствует на парадных воротах синагоги Читхам Хилл в Манчестере (1870 г.) Эллиптические арки Эллиптическая арка имеет форму эллипса, заключенной между двумя максимально удаленными точками этой фигуры. Эллиптическое перекрытие и декор арки на фото ниже.

Эллиптическая арка с декором.

Стрельчатые арки

У стрельчатых арок давление сосредотачивается в узкой вертикальной области, поддержанной контрфорсом. Уменьшалось давление на фундамент. Эта особенность позволяла облегчить стены и использовать арки на разных этажах. Стрельчатая арка стала основным элементом готического стиля. Примером использования стрельчатых арок является аббатство Монтекассино (1071 год), церковь Клюни 1088 г, аббатство Болтон (Британия. 12 в.) Стрельчатые арки использовались и в архитектуре Египта (мечеть Ибн-Тулун в Каире). Кладка стрельчатого перекрытия и декор арки на фото ниже.

Стрельчатая арка.

Многолопастные арки

Многолопастная арка появилась на окнах мечети аль-Мутаваккиль (848 — 849 гг. в Самарре), которые были соединены пятилопастными декоративными формами арок. Популярной такая арка стала в Северной Африке и Андалусии. Многолопастная арка с 10 в. стала использоваться в Европе. Особенно популярной стала арка в форме трилистника — символ Троицы в христианстве.

Арка в форме трилистника характерна для эпохи готики.

Килевидные арки

В поздней готике в 16 в. в архитектуре Венеции, Англии, Франции использовалась килевидная арка — разновидность стрельчатой арки. Килевидная арка нередко использовалась в зодчестве Древней Индии. Параболические арки Наибольшая прочность у параболических арок. Параболические арки силы распора передают на опорные стены практически полностью, и это обеспечивает их крепость. Пример параболической конструкции и готический декор арки на фото.

Параболическая арка в готическом соборе.

Существуют арки «слепые», они укрепляют стены.

Слепая арка укрепляет стену над настоящими арочными перекрытиями.

В современном строительстве арки часто не являются несущими элементами и играют только декоративную роль, поддерживая стиль фасада или интерьера. Декоративные арочные конструкции создают из современных материалов, прочных, устойчивых к влаге, удобные в монтаже, как, например, полиуретана. Можно выбрать декоративные арки по фото в буклете.

Декоративная арка из полиуретана.

Арка с колоннами в интерьере или в оформлении фасада поможет придать зданию определенный исторический облик.

Автор текста: М. Сергеева

Арочные конструкции — ТехЛиб СПБ УВТ

Арка — архитектурный элемент, криволинейное перекрытие сквозного или глухого проёма в стене или пролёта между двумя опорами (колоннами, устоями моста). Как и любая сводчатая конструкция, создаёт боковой распор. Как правило, арки симметричны относительно вертикальной оси.

Арки впервые появились во II тысячелетии до н. э. в архитектуре Древнего Востока, в частности в Древней Месопотамии, где строительство кирпичных сооружений достигло высокого уровня. Широкое распространение также получили арки в архитектуре Древнего Рима.

В настоящее время арки применяются в павильонах, крытых рынках, ангарах, спортивных залах и т.п. большепролетных сооружениях. По затрате металла арки оказываются значительно выгоднее, чем балочные и рамные системы. Кроме того арки просты в изготовлении и монтаже.

Механика

Арка — это криволинейный брус плавного обриса, несущая строительная конструкция. В отличие от балки которая испытывает нормальное механическое напряжение, арка испытывает касательное механическое напряжение, из-за чего возникает горизонтальная опорная реакция (распор). От свода арка отличается лишь значительно меньшей шириной. Под вертикальной нагрузкой арка работает в большей степени на сжатие и в меньшей степени на изгиб.

Арки бывают бесшарнирные, двухшарнирные и трёхшарнирные; если опорные концы арки соединить стержнем (затяжкой, которая воспринимает горизонтальную реакцию), то получается арка с затяжкой.

Арка из каменной кладки: 1. Замковый камень 2. Клинчатый камень 3. Внешняя поверхность свода (экстрадос) 4. Пятовый камень (импост) 5. Внутренний свод (интрадос) 6. Стрела подъёма 7. Пролёт 8. Опорная стена

Названия частей арки

Замковый камень — поперечное сечение около вершины
Клинчатый камень
Внешняя поверхность свода (экстрадос)
Пятовый камень (импост) — поперечное сечение около опоры, пята арки
Внутренний свод (интрадос)
Стрела подъёма — расстояние центра замкового камня арки от линии, которая соединяет центры двух пятовых камней арки
Пролёт
Опорная стена

Расстояние между центрами пят называется расчётной проймой. При увеличении стрелы подъёма уменьшается распор арки. Ось арки подбирают так, чтобы сжатие на изгиб было минимальным; тогда арка будет наиболее крепкой и стойкой.

Крепость арки зависит от её формы. Простейшие арки имеют форму полукруга, однако теоретически наиболее крепкими являются арки с формой параболы или цепной линии. Параболические арки впервые использовал испанский архитектор Антонио Гауди. Такие арки передают весь распор на опорную стену и не требуют дополнительных элементов.

Арки, перекрывающие несквозной проем, называются слепыми. Одной из целей этого является увеличение прочности стены при экономии материала. В древности известен приём, когда арка делалась для облегчения, например, когда перекрытие проёма в стене было выполнено в виде плоской арки, для разгрузки которой над нею делалась слепая арка.

Кирпичная кладка стен во дворце Августов. Древний Рим. Использованы разгрузочные арки.

Типы арок


Треугольная	Плоская сжатая арка	Трёхлопастная арка

Подковообразная	Трёхцентровая арка	Эллиптическая арка

Вогнутая арка	Килевидная арка	Опрокинутая килевидная арка

Круглая или полуциркульная	Круглая пологая арка или сегментная	Ползучая или косая арка

Стрельчатая	Четырёхцентровая арка — «Тюдор»	Параболическая арка

По форме различают арки:

аравийская — имеет повышенный центр построения, была распространена в зодчестве народов востока, в испано-мавританской архитектуре.
аркбутан — арка с пятами на разных уровнях, наклонно передающая распор свода на внешнюю опору.
вогнутая — перекрытая двумя дугами, обращёнными выпуклыми сторонами в пролёт.

двулопастная — сложенная из двух малых арок одинаковых размеров, импосты и соединения которых расположены на одном уровне.
двуцентровая — дуга, образованная из двух дуг одного и того же радиуса, пересекающихся в замке под тупым углом.
диагональная — расположена в крестовом своде по диагонали квадрата или прямоугольника, то есть Нервюра, которую называют «ожива».
эллиптичная — образована в пересечении частью эллипса.
заплечная — устроенная над углублением в стене, тип круглой арки.
обратная — с обращенной вниз выпуклостью дуги.
зубчатая — с равномерным расположением по внутренней поверхности остроконечных выступов.
килеподобная (килевидная или «ослиный хребет») — имеет вид поперечного разреза опрокинутого килевого судна, нашла применение в русском зодчестве.
клинчатая — выложенная их клинчатых камней или из прямоугольных камней с клинчатыми швами.
косая — см. ползучая.
коробовая или эллиптическая — дуга, описанная из трёх, пяти, семи центров. Разновидностью её является седловидная арка.
круговая (стиснутая) — описана полукругом из центра, расположенного ниже пят.
угловая — то же самое, что и митровая.
ланцетоподобная (копьеподобная) — образована двумя дугами, которые соединяются под углом и имеет формы стрельчатой равносторонней, стрельчатой стиснутой, стрельчатой плоской.
ломаная — см. стрельчатая.
лучковая (круговая) — с дугой менее полуокружности (одноцентровая).
мавританская — то же самое, что и аравийская
митровая — с двумя симметричными спадами в завершении.
многолопастная — вид арки, составленной из трёх или большего числа кривых, пересекающихся под острым углом.
овальная — образует в своде часть овала.
выпукло-вогнутая — выгибы у пят обращены выпуклыми сторонами в середину пролёта и плавно переходят в одноцентровой или многоцентровой подъём по вертикальной оси.
параболическая — образует в своде часть параболы.
опрокинутая — такая, в которой замок находится ниже пят. Выполняет функции разгрузочной и устраивается в нижней части стены.
перспективная — концентрическая, уходящая внутрь стены уступами уменьшающихся радиусов, находит применение при оформлении порталов.
полуциркульная или полукруглая — её дуга описана полуокружностью; наиболее распространённый вид арки.
подвесная — состоит из двух дуг, точка пересечения которых расположена ниже вершины арки.
подковообразная
— то же самое, что аравийская.
сводная — то же самое, что ланцетоподобная.
стрельчатая — состоит из двух дуг, пересекающихся в замке под острым углом. Получила широкое применение в готической архитектуре. Различают стрельчатую арку, сжатую и ланцетовидную.
плоская — со стрелой подъёма в несколько раз меньше пролёта.
ползучая или «кобылья голова» — арка, имеющая опоры (пяты) на различных уровнях, например, под маршами лестниц.
подпружная — вспомогательная арка, укрепляющая или поддерживающая различные конструкции сводов.
портьерная — образована двумя или четырьмя дугами с центрами за пределами пролёта.
притупленная — пологая стрельчатая с округлениями в пятах.
пятилистная — навершие окна в виде пятилистника.
разгрузочная — арка, заделанная в стене и распределяющая нагрузку от верхних частей здания на опоры, или наоборот, от отдельных опор на стенку фундамента.

сжатая (лежачая) — завершенная горизонтальной перемычкой.
скамеечка — беседка в виде триумфальной арки со сквозными решетчатыми стенками, к которым примыкают сиденья.
ступенчатая — система арок в виде нескольких ярусов закомар.
трёхлопастная — образована тремя полуокружностями, причём приподнятое среднее опирается на концы боковых, которые зеркально повторяют друг друга.
трёхцентровая — полуовальная в разрезе, состоит из дуг трёх окружностей, из которых наибольшее среднее построенное радиусом из центра на оси пролёта. Две другие дуги прокладываются радиусами из точек, что находятся значительно выше.
«тюдор» — пологая с заострённым верхом.
воображаемая
или фальшивая — арка, не дающая горизонтального распора, так как выложена путём горизонтального напуска камней.
царская — расположенная в Царских вратах иконостаса христианского храма.
щековая — подпружная крестового свода, расположена по бокам прямоугольника его плана. Окружает свод перпендикулярно к его образующей.
упорная — см. аркбутан.

Арки возводятся также в виде отдельных сооружений:

мемориальная — сооруженная в память о важном событии или исторической личности.
триумфальная — подробнее см. триумфальная арка.

Полуциркульная (полукруглая) арка — арка, имеющая форму полуокружности, центр которой расположен на уровне пят арки.

Простейший и наиболее распространённый тип арки. Присутствует в зодчестве разных эпох, стран и стилей. Наиболее характерна для классической архитектуры, где она чаще всего бывает обрамлена архивольтом (от лат. arcus volutus — «обрамляющая дуга») или выделена рядом клинчатых камней с замковым камнем посередине. Обычно опирается на пилоны.

Лучковая арка — арка, имеющая форму дуги примерно в четверть окружности. В Древнем Риме арки такой формы служили перемычкой оконных проемов в жилых зданиях. Типичным примером применения лучковой арки является сегментный арочный мост.


Римский мост с полуциркульными арками. Алькантара, Испания	Нюрнберг. Замок на воде Обербюрг. Ворота в виде двух лучковых арок	Собор Парижской Богоматери

Мясной мост в Нюрнберге	Большой Москворецкий мост в Москве

На Востоке полукруглая арка претерпела наиболее сильную трансформацию, превратившись в так называемую

стрельчатую, или ломаную арку, дуги которой пересекаются под углом.

По форме различают несколько видов стрельчатых арок:

равносторонние арки, центры дуг которых находятся в пятах арок;
сжатые арки, центры дуг которых находятся на горизонтальной линии, проходящей через пяты арок;
плоские арки, центры дуг которых находятся ниже пят арок.

Природная арка. Формы в виде арки являются весьма частыми в природе, являясь лишь малой частью криволинейных объектов и поверхностей, что свойственны природным объектам. Они могут быть из камня, изо льда, из дерева. Арочные формы в природе повлияли, скорее всего, на применение их человеком в строительных конструкциях. Являясь зачастую проходом из одного места в другое, они стали нести и сакральный смысл, символизируя своеобразный портал в то место, где возможно ожидать чего-то нового и ранее неизведанного. Являясь продуктом эрозии, арочные каменные конструкции играют незначительную роль в горообразовании, изучение их позволяет получить дополнительную информацию о происходивших на земле процессах.

Природные арки

Иногда природные арочные образования служат в качестве реальных конструкций, так как по ним могут быть проложены действующие дороги. Примеры подобных арок можно найти в природных парках Carter Caves State Resort Park и Natural Bridge State Resort Park в Кентукки.

Согласно классификации национального парка Арчес (штат Юта, США), каменный проём должен иметь ширину не менее 3 футов (0,914 метра) и располагаться в достаточно большой стене, чтобы считаться аркой. При этом арки через естественные водотоки, а также через пересохшие русла, называются природными мостами. Отверстия в скалах, расположенные достаточно далеко от краёв и не влияющие на форму скалы, арками не считаются.

Расчёт арок

В основе расчёта арочных конструкций лежит расчёт кривого стержня, элемента отличного от прямой балки, у него ось представляет собой тот или иной тип кривой линии (ось — линия, проходящая через центры тяжести поперечных сечений элемента). С допустимым приближением касательные напряжения от поперечной силы для кривых стержней можно определять по той же формуле Журавского, что и для прямых балок:

где

— поперечная сила, действующая на балку ( — продольная координата),
— статический момент отсеченной площади сечения на расстоянии относительно нейтральной оси,
— момент инерции всего сечения элемента относительно центральной оси , перпендикулярной плоскости арки,
— ширина сечения элемента на расстоянии от нейтральной оси.

Соответственно, условие прочности по касательным напряжениям для кривых стержней будет представляться следующим образом:

Напряжения в кривом стержне, вызываемые нормальной силой, нормальны к сечению и равномерно распределены по его площади, то есть:

где

— нормальная сила, действующая на элемент
— площадь сечения элемента.

Гиперболический закон распределения нормальных напряжений в криволинейном стержне от действия момента

Изгибающий момент, как и в прямой балке, вызывает в кривом стержне только нормальные напряжения. Распределение их по высоте сечения определяется следующей формулой:

где

— расстояние от нейтральной оси до точки, где определяется напряжение
— радиус кривизны в точке
— величина изменения угла между смежными сечениями под действием момента
— начальный угол между сечениями
— Модуль Юнга.

Получается, что в отличие от прямой балки, где напряжения распределяются по линейному закону, в криволинейном стержне нормальные напряжения от момента распределяются по гиперболическомузакону. Из этого следует несколько важных выводов, а именно: при изгибе кривого стержня нейтральная ось не проходит через центр тяжести сечения; напряжения в наружных волокнах элемента меньше, чем при таком же изгибе прямой балки, а во внутренних волокнах — больше; рост напряжений по высоте сечения происходит с разной скоростью. Наибольшей величины напряжения достигают с внутренней стороны. Однако они достаточно быстро убывают по глубине. Если конструкция работает в статическом режиме и сделана из пластичных материалов, не подверженных хрупкому разрушению, то перенапряжения на самом краю сечения с внутренней стороны могут не представлять опасности.

Формула нормальных напряжений от момента будет иметь вид:

а формула полных нормальных напряжений в кривом стержне:

Радиус кривизны нейтрального слоя определяется из уравнения:

Из формул следует, что чем меньше отношение радиуса кривизны стержня к высоте его сечения, тем больше работа кривого стержня отличается от работы прямой балки. Когда же радиус оси намного превосходит размеры сечения, работа кривого стержня похожа на работу прямой балки и нормальные напряжения в этих случаях будут почти равны. Чаще всего арки в строительных конструкциях относятся ко второй категории кривых стержней. К первой же можно отнести разнообразные криволинейные детали: крюки, звенья цепей, колец и пр^[1].

Деформации, возникающие в кривых стержнях, в общем случае определяются следующими выражениями:

где

— линейное перемещение центра тяжести сечения
— угол поворота сечения.

В большинстве случаев, однако, влиянием кривизны для определения деформаций можно пренебречь.

Очертание оси арки может быть самым разнообразным, но чаще встречаются следующие виды:

Очертания осей арок


Циркульная (круговая)	Параболическая	Коробовая

Треугольная	«Ползучая»

Наиболее распространёнными являются следующие типы расчётных схем арок:

Типы арок по статической работе

Трёхшарнирная арка	Двухшарнирная арка	Бесшарнирная арка

Каждый из типов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор той или иной конструкции определяется инженером-проектировщиком исходя как из прочностных требований, так и из необходимости применения тех или иных материалов для арки, архитектурных задач, стоимости и местных условий строительства. Так, например, трёхшарнирная арка является статически определимой системой, в силу чего подобная конструкция не так чувствительна к температурным воздействиям и осадкам опор. Также трёхшарнирные арочные конструкции удобны с точки зрения монтажных работ и транспортировки, так как состоят из двух отдельных частей.

Однако наличие дополнительного шарнира приводит к большой разнице моментов по длине обоих частей, что, соответственно, требует дополнительного расхода материала. Противоположна ей в этом плане бесшарнирная арка, которая благодаря защемлению пят арок в опорах имеет наиболее благоприятное распределение моментов по длине и может быть изготовлена с минимальными сечениями. Но защемление в опорах, в свою очередь, приводит к необходимости устройства более мощных фундаментов, арка чувствительная как к перемещениям опор, так и к температурным напряжениям. Наибольшее распространение получила двухшарнирная арка. Являясь единожды статически неопределимой системой, она также имеет хорошее распределение моментов по длине и избавлена от необходимости устройства массивных опор.

Очертание арок выбирается близким к линии давления. При симметричной, равномерно распределенной по хорде арки нагрузке (в пологих арках ) наиболее выгодным является очертание арки по квадратной параболе. Параболу часто заменяют дугой окружности, что в пологих арках не приводит к существенному изменению усилий, но значительно упрощается проектирование и изготовление арок, поскольку при постоянной кривизне дуги достигается наибольшая стандартизация конструктивных элементов и узлов арки.

Для высоких арок с большим собственным весом целесообразно принимать очертание по цепной линии (катеноиду), Однако в высоких арках большие усилия вызывает ветровая нагрузка, которая может действовать с обеих сторон и давать две резко расходящиеся линии давления. В этом случае очертание арки целесообразно принимать по середине между двумя крайними линиями давления.

В многопролетных арках распоры смежных пролетов в значительной мере уравновешиваются, и средние опоры работают на изгиб только от односторонней временной вертикальной и ветровой нагрузок.

Двухшарнирные сплошные арки проектируют чаще всего с параллельными поясами.

Сквозные арки делают или с параллельными поясами или, при большой высоте арки, с переломом наружного пояса, который над опорами имеет вертикальные участки. Около опор пояса арок сближаются и заканчиваются опорным устройством – шарниром.

Высоту сечения сплошных арок назначают в пределах (1/50÷1/80) пролета, сквозных – в пределах (1/30÷1/60) пролета. Возможность применения в арках небольшой высоты сечения объясняется малой величиной изгибающих моментов.

Сплошные арки проектируются сварными с сечением в виде широкополочного двутавра (как и в сплошных рамах), в пологих арках продольные силы велики, поэтому стенку поперечного сечения арки можно назначать большей толщины, чем в раме.

Сквозные арки проектируются аналогично легким фермам. Пояса их компонуются из двух уголков или из двух легких швеллеров.

При больших усилиях применяются двухстенчатые сечения. Если кривая давления не выходит за пределы высоты сечения, то оба пояса оказываются сжатыми и тогда особое внимание необходимо обратить на обеспечение устойчивости. Сечения элементов, поскольку поперечная сила мала, подбирают по гибкости из уголков или из небольших швеллеров. Криволинейное очертание сплошных арок усложняет их изготовление.

Сквозные арки в целях упрощения изготовления могут иметь ломаное очертание. В арках применяется также предварительное напряжение или регулирование усилий.

Одним из приемов рационального распределения усилий является принудительное смещение опорных узлов наружу после установки арки на опоры. При этом в нижнем поясе и раскосах арки возникает растягивающие напряжения, которые могут быть достаточными для погашения сжимающих напряжений от внешней нагрузки. В этом случае нижний пояс и решетка арки могут быть выполнены из стальных канатов, а верхний пояс – жестким.

Наиболее сложными конструктивными узлами в арках, так же как и в рамах, являются опорные и ключевые шарниры.

Опорные шарниры могут быть трех типов: плиточные, пятниковые и балансирные.

Плиточные шарниры имеют наиболее простую конструкцию. Применяются они при сравнительно небольших опорных давлениях и преимущественно при вертикальном положении примыкающей к шарниру части арки.

Пятниковые шарниры имеют специальное опорное гнездо – пятник, в который вставляется закругленная опорная часть арки. Пятник делают литым или сварным из листовой стали.

Балансирные шарниры применяют в тяжелых арках. Конструкция шарнира состоит из верхнего и нижнего балансиров, в гнезда которых укладывают плотно пригнанную цилиндрическую цапфу. Арку крепят к верхнему балансиру через плиту, которую приваривают к контуру опорного сечения арки и притягивают болтами к балансиру. Торцы опорных сечений арки обычно фрезеруют.

Для восприятия отрицательных реакций от действия ветра может появиться необходимость крепления легких и высоких арок к опорам анкерными болтами. Анкерные болты следует располагать по оси арки, чтобы они не мешали свободному повороту конструкции в опорных шарнирах, закрепляют анкеры в консолях, приваренных к стенке арки (см. плиточный шарнир).

В ключе арки также могут быть применены плиточные или балансирные шарниры, которые проектируются аналогично опорным. В ключе легких арок могут применяться листовые или болтовые шарниры.

Арочные конструкции рассчитывают на вертикальные (собственный вес, снег) и ветровые нагрузки. Температурные воздействия для арок обычно несущественны. Вертикальные нагрузки относят к основным сочетаниям нагрузок, ветровые и температурные воздействия – к дополнительным, величина которых при определении расчетного усилия принимается с коэффициентом сочетания n_c= 0,9.

Существенной нагрузкой для арочных конструкций является давление ветра. Ветровая нагрузка для арочных покрытий, не имеющих стен, принимается по упрощенной схеме.

Расчетный коэффициент обтекания имеет положительное значение только в первой четверти дуги арки с наветренной стороны; в средней части дуги коэффициент обтекания имеет max по абсолютной величине отрицательное значение (отсос) и в последней четверти величина его резко падает, сохраняя отрицательное значение.

Ветровое давление считается приложенным нормально к поверхности арочного покрытия. Отрицательные ветровые усилия в высоких арках при малом собственном весе арки могут вызвать отрицательные опорные реакции.

На величину ветрового давления существенное влияние оказывают открытые проемы. При открытых торцах арочных покрытий ветер направленный параллельно торцам, обтекает сооружение с двух сторон, и внутри образуется вакуум, увеличивающий положительное давление на арки и уменьшающий отсос.

Для покрытий, торцы которых могут быть открытыми (навесы, вокзальные перекрытия и т.п.) необходимо учитывать возможные комбинации трех видов ветровых нагрузок:

бокового или торцового давления ветра на сооружение;
вакуума, создаваемого вследствие отсоса воздуха из-под арочного покрытия;
действия ветра внутри сооружения, который попадает под покрытие через широкие проемы и создает отрицательное давление.

Последние два вида нагрузок не нормированы и устанавливаются специальными техническими условиями для данного сооружения или на основе аэродинамических испытаний на моделях.

Конструкции арочных покрытий при расчете расчленяют на отдельные элементы (арки, прогоны и т.п.) и рассчитывают методами строительной механики (определяют M, Q, N).

Сечения стержней сквозных арок подбирают так же, как сечения стержней ферм. Арка как криволинейный сжатый брус требует проверки устойчивости.

Схема определения усилий в арке

При использовании арок в качестве перекрытий, они рассчитываются в общем случае на равномерно распределённую нагрузку (нагрузка от вышележащих конструкций перекрытий, снеговая нагрузка, нагрузка от собственного веса арки). В ходе расчета строятся эпюры усилий, возникающих в сечениях арки, по которым определяются наиболее опасные сечения. Формулы для определения усилий в каком-либо сечении арки следующие:

1. Изгибающий момент

где

— опорный момент в бесшарнирной арке (в двух- или трёхшарнирной арке он равено нулю)
— балочный момент
— распор
— координаты сечения.

Распор определяется из выражения:

где

— балочный момент в середине пролёта
— стрела подъёма арки
— коэффициент, учитывающий геометрические и физические характеристики арки.

2. Продольная сила

где

— балочная поперечная сила
— угол между касательной к оси арки в рассматриваемой сечении и горизонталью.

3. Поперечная сила

Литература

Арка // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
АРКА — Термины на А, — терминология и типы арок.
Арка — статья в Большой советской энциклопедии.
Ю.М.Даниловский. МУ по расчету трехшарнирных арок – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2004. — 21 с.
Деревянные конструкции. Круговая и стрельчатая клееные арки. Конструирование и расчет: / Г.Н.Шмелёв.– Казань: Изд-тво Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та, 2016. – 124 с.
Манжосов, В. К. Расчет трехшарнирных арок : методические указания. – Ульяновск : УлГТУ, 2010. – 36 с.
Арочные конструкции
2-х шарнирная рама с ригелем в виде клеефанерной балки
Расчёт трёхшарнирной арки на статическую нагрузку

Арка – как проезд во двор дома

Арка – как проезд во двор дома

Ах, Арки — арочки! Сколько про них написано в последние годы. Арка во двор, подворотня, целые системы проходных дворов через арки. Сколько их в старых районах Москвы, не счесть!

Арка въезда во двор двухэтажного дома на Школьной улице

Воссозданные купеческие дома на Школьной улице можно считать энциклопедией арочных въездов во дворы. В центре каждого дома устроен проезд. Форма перекрытия арки самая разная, от классической арки до элементарной прямой балки.

Сквозные арки для проезда с улицы во двор появились в России, скорее всего где-то в середине XVIII века, когда начали строить здания без разрыва между домами.
Усадебная застройка предыдущего времени не нуждалась в подобных приемах, дома строили свободно, с разрывами между сооружениями. Застройка улиц «сплошным фасадом» появляется в послепетровские времена в крупных городах. И где-то в те годы появляется и проезд во двор, «прорубленный» на первом этаже дома.

Кадашевская набережная.
Фото 1971 г. из книги: «Памятники архитектуры Москвы, Замоскворечье»

Первоначальная, в основе ещё с 1780-х годов, застройка «сплошною фасадою», что для Москвы конца XVIII века необычно. Купеческие дома на Кадашевской набережной строились на узких, вытянутых с севера на юг участках и смыкались в одну линию вдоль набережной. И конечно – торговые помещения располагались на первом этаже и жилые на втором. И каждый дом имел арку для въезда во двор.

В дворянских зданиях Москвы XVIII века я не могу припомнить сквозные проезды. Думаю, что подобное решение просто не могло придти в головы в то время – проезжать во двор под зданием. Его же спокойно можно было объехать и попасть во двор через ворота около дома.
Но вот в усадьбе Лунина на Суворовском бульваре уже появляется подобный въезд. Небольшой двор за корпусом, конечно, требовал въезда, но ведь его можно было устроить с Калашного переулка?

Но был запроектирован сквозной проезд под зданием. Повторяю – в классическом особняке, даже в начале XIX века, во времена Ампира, такое решение единичное.

Может быть — мои читатели смогут найти другие примеры?

Но к середине XIX века уплотнение застройки и создание сплошных фасадов вдоль улицы уже активно потребовали устройства сквозных проездов под домами. И начали появляться наши любимые арки.

Наиболее интересны проезды в двухэтажных домах, построенных для московских купцов в начале XIX века. Дом включал в себя торговые помещения на первом этаже и жилые комнаты на втором. Проездная арка обычно располагалась по центру дома, но случались и другие решения. До наших дней дошел целый ансамбль подобных купеческих домов в районе Алексеевской слободы, на Таганке.

Комплекс домов начала XIX века на Большой Алексеевской улице (ул. А.Солженицына)

Арочный проезд во двор виден в центре каждого дома

В Рогожской слободе были целые кварталы с такой системой застройки. На современной Школьной улице, которая была воссоздана как музейный комплекс, можно детально рассмотреть все эти интересные здания.

И арки самых разных форм.
На данном снимке две ближайшие арки относятся к типу – сегментная арка

И снова Школьная улица. Ритм арочных окон и полукруглая арка въезда во двор

Необходимо сказать, что в ХХ веке наш язык так обновился, что многие понятия нашего времени уже не соответствуют словарю классицизма и вообще прошлых лет. Есть классическое определение слова «Арка», и звучит оно так – «криволинейное перекрытие проема в стене или пространства между двумя опорами….»

Но сегодня, говоря о проездных и проходных арках, устроенных в первых этажах домов, мы акцентируем свое внимание не на форму арки, а на сам факт сквозного прокола в здании.
И на нескольких примерах я постараюсь разъяснить суть противоречия.

Во второй половине XIX века в строительстве начинается период активного применения железобетонных и металлических конструкций для перекрытий, балок и так далее. Традиционная арка, которая характерна именно для стен из штучных материалов – камня и кирпича – начинает заменяться железобетонной или металлической балкой. И проще и дешевле.

Но традиция устройства въезда или входа через АРКУ сохраняется на многие десятилетия. И получилась веселая нелепица, при которой мы традиционно называем арками въезды во дворы, устроенные в толще первого этажа здания. Хотя конструктивно это уже не арочные конструкции – а балочные. Сплошь и рядом такие проезды декорируются ложными арками для создания традиционного образа.
Вот такие пироги!

Въезд во двор дома на Цветном бульваре. Проезд перекрыт с помощью металлических балок,
а со стороны фасадов выполнена декоративная сегментная арка

Да ….. сегодня все мы полюбили арки — арочки! Полюбили – как часть образа Старой Москвы.

Так же со второй половины XIX века в Москве активно началось строительство домов с внутренними дворами, дворы-колодцы стали неотъемлемой часть не только Питера, но и Москвы. Из множества примеров я хочу показать один снимок, сделанный недалеко от памятника Пушкину.
Взгляд через три проходных двора и четыре арочных проезда.
На этой совершенно случайной фотографии весь этот уникальный переход от Козицкого переулка в сторону Пушкинской площади виден во всех деталях.

Цепочка проходных дворов от Пушкинской площади до Козицкого переулка.
Это красивая внутриквартальная улица!
А в наши дни еще и наполненная кафишками и ресторанчиками, то есть людная улица

Вот так выглядит все сверху!

Двор-колодец, один из цепочки проходных дворов

Но самый расцвет проходных дворов, проездных арок, дворов-колодцев приходится на рубеж веков, с конца XIX века и до 1914 года. Последние жилые многоэтажные дома в стиле эклектики и модерн – вот в этих домах количество арок превыше всего. Арки чисто функциональные, можно сказать – скромные, и арки шикарные, призванные показать высокую категорию дома. Мол, чем шикарнее входная арка, тем выше престиж жителей дома. Вот один из таких домов на Пушкинской улице, 9 (Большая Дмитровка), дом с магазином «Чертежник», очень популярном у студентов МАрхИ в шестидесятые годы.

Шикарная, декорированная лепниной арка на Пушкинской улице

Еще один вид из внутреннего двора на арку въезда. Ордынский туп. 6.
По архитектуре это арка скромная, деловая.
Пример классической полукруглой арки,

которые в многоэтажных домах на рубеже веков встречаются не часто

Это не дворец сказочного принца,
а всего лишь арка въезда во двор дома, построенного на ул. Горького, 6. (Тверская).
Арка по всем правилам классической архитектуры, и даже украшена кессонами,
недаром это время «освоения классического наследия».
Вид на Саввинское подворье

Арка въезда во двор дома на Большой Садовой, 10.
Сегодня это место знают все москвичи, ведь впереди виден двор музея Булгакова

Въездная арка, по типу «трехцентровая» — весьма распространена во времена модерна.
Место это многие годы было известно только отдельным любителям. Но сегодня во дворе находятся сразу два музея писателя Булгакова, и очень много посетителей. Как-то в былые годы я заглянул сюда, мои эмоции о прогулке — в рассказе: Однажды весной на Патриарших

И, напоследок – проезд во двор жилого дома на Кутузовском проспекте.
Много лет я входил во двор к своим школьным приятелям через эту арку,
и только теперь понимаю, как чудно изменился наш язык в ХХ веке.
Ведь арки-то здесь и нет!

А как правильно назвать такой проезд внутри здания во двор? Я даже и не знаю. Мы все настолько привыкли к слову арка, что замену придумать сложно. Последний вопрос я обращаю к моим читателям, которые – я это уже понял – весьма подробно умеют разобраться в самых запутанных проблемах и найти неожиданный ответ.

Арки — Проектирование зданий

1 Введение
2 Арочная конструкция
3 вида арок
- 3. 1 Треугольная арка
- 3.2 Круглая арка
- 3.3 Сегментная дуга
- 3.4 Стрельчатая дуга
- 3,5 Равносторонняя арка
- 3.6 Арка развала
- 3.7 Трилистник арки
- 3,8 Подковообразная арка
- 3.9 Трехцентровая арка
- 3.10 Четырехцентровая арка
- 3.11 Арка Ogee
- 3.12 Параболическая и цепная арка
4 Статьи по теме Проектирование зданий
5 Внешние ссылки

Арка представляет собой изогнутую конструктивную форму, которая несет нагрузки вокруг проема, передавая их по профилю арки на устои, косяки или опоры с обеих сторон.

Арки были заметным элементом архитектуры со времен этрусков, которым приписывают их изобретение, хотя римляне развили их дальше и распространили их использование. Методы проектирования и строительства 9С тех пор арки 0049 превратились во многие другие структурные формы, включая своды, аркады и мосты.

Арки являются сжимающими конструкциями, то есть в них нет растягивающих напряжений. Они самонесущие, стабилизированные силой тяжести, действующей на их вес, чтобы удерживать их при сжатии. Это делает их очень стабильными и эффективными, способными выдерживать большие пролеты и выдерживать большие нагрузки, чем горизонтальные балки.

Нисходящая нагрузка арки должна передаваться на ее фундамент. Внешняя тяга, создаваемая арка в основании должна удерживаться либо собственным весом, либо весом несущих стен, контрфорсами или фундаментами, либо противодействующей связью между двумя сторонами. Внешняя тяга увеличивается по мере уменьшения высоты или подъема арки .

Поскольку многие строительные материалы, такие как каменная кладка и бетон, могут сопротивляться сжатию, арки обычно строятся с использованием материалов этих типов.

Строительство из традиционной кирпичной кладки арок зависит от расположения кирпичей, блоков или камней над проемом. Клиновидные блоки, называемые вуссуарами, устанавливаются встык, причем верхний край шире нижнего. Давление вниз на арку приводит к тому, что вуссуары сближаются, а не расходятся. Вуссуар, расположенный в центре арки , известен как краеугольный камень.

Такое расположение означает, что арка является самонесущей, но имеет временные опоры снизу, обычно в виде деревянных «центров» (иногда называемых «центрирующими» или «»).0049 арка формирователи») должны предоставляться до тех пор, пока замковый камень не будет установлен на место.

Внутренняя часть, нижний изгиб арки известна как внутренняя часть. Внешний, верхний изгиб арки известен как экстрадос. Пружина или пружинящая линия — это точка, из которой арка начинает подниматься со своих вертикальных опор.

Большинство арок имеют круглую, заостренную или параболическую форму, однако существует великое множество вариаций этих основных форм, которые развивались в разные периоды. Древнеримские архитекторы отдавали предпочтение округлым арок , тогда как готические архитекторы предпочли заостренные арки и в этом отношении, возможно, находились под влиянием исламской архитектуры.

Некоторые из наиболее распространенных типов арок описаны ниже.

[править] Треугольная

арка

Впервые разработанная майя, треугольная арка образована двумя большими диагональными камнями, которые перекрывают отверстие, взаимно поддерживая друг друга.

[править] Круглый

арочный

Также известная как полукруглая арка , она представляет собой непрерывную кривую и была разработана римлянами. Их часто использовали бок о бок в серии для создания аркады. Адаптация представляет собой необузданную круглую арку , которая имеет неравную длину поддержки с обеих сторон.

[править] Сегментная арка

Это арка , высота которой меньше полукруга. В более плоской форме сегментные арки обычно использовались для мостов, поскольку возможны большие пролеты без чрезмерного увеличения высоты. Чем площе арка получает большую тягу, направленную в сторону к опорам, там мосты требуют больших опор с обеих сторон.

[править] Ланцет

арка

Это форма стрельчатой арки , разработанная в готический период. Его часто использовали для окон и конструкций крыш в церквях и соборах. Арка высокая и узкая с заостренной вершиной.

[править] Равносторонняя арка

Тоже из готического периода, равносторонняя 9Арки 0049 часто использовались для декоративных входов и окон. Две точки пружины и вершина внутренней части образуют равносторонний треугольник, а это означает, что каждая кривая имеет длину хорды, равную пролету.

[править] Арка изгиба

Также известная как домкрат арка , арка изгиба похожа на перемычку в том, что она плоская или почти плоская в профиле, однако вуссуары используют свою прочность на сжатие в том же кстати как обычная арка .

[править] Трилистник

арка

Трилистник арка обычно использовался в религиозных зданиях и включал в себя форму трех перекрывающихся колец, известных как трилистник.

[править] Подковообразная арка

Изгибы подковы арки выступают из точек пружинения, образуя подковообразный профиль. Они широко использовались в исламской архитектуре в таких регионах, как Испания и Северная Африка.

[править] Трехцентровая арка

Трехцентровая арка аналогична сегментарной арке, но имеет более двух центров, что придает ей эллиптический или овальный профиль.

[править] Четырехцентровая

арка

Четырехцентровая арка , также известная как Тюдор арка или вдавленная арка , низкая и широкая с заостренной вершиной. Обычно он намного шире своего подъема и обычно использовался в английской архитектуре.

[править] Ogee

арка

Форма ogee арки была разработана в период английской готики и следует вогнутой дуге, переходящей в выпуклую дугу с заостренной вершиной. Его часто использовали в декоративных целях над дверными проемами.

[править] Параболическая и контактная арка

Параболическая арка следует принципу, согласно которому при равномерной нагрузке сверху внутреннее сжатие происходит по параболической кривой. Параболический 9Арки 0049 производят наибольшую тягу у основания, но могут охватывать наибольшее расстояние, поэтому обычно используются в конструкции мостов.

Контактная сеть арка очень похожа на параболу, но немного более «плоская» в нижней части и поднимается быстрее, чем парабола. Цепная цепь — это решение дифференциального уравнения, описывающего форму, которая направляет силу собственного веса вдоль своей кривой, так что, если она висит, она втягивается в эту форму, а если стоит прямо, то может поддерживать себя. Парабола не обладает тем же свойством, но является решением других важных уравнений, описывающих другие ситуации.

Арка Ворот в Сент-Луисе, штат Миссури, США (на фото выше) представляет собой контактную сеть арки .

Абатмент.
Акведук.
Аркада.
Арочный кирпич.
Бочкохранилище.
Глухая арка.
Строительство мостов.
Арка изгиба.
Монастырь.
Прочность на сжатие.
Перемычка.
Клык.
Доп.
Арка шлюза.
Форма для капота.
Гиперболический параболоид.
Длиннопролетная крыша.
Кирпичная кладка.
Ожив.
Оптимальный арочный мост.
Пирс.
Каркас портала.
Сегментная дуга.
Крыша-оболочка.
Софит.
Типы потолков.
Типы куполов.
Виды структурной нагрузки.
Хранилище.
Вуссуар.

«Справочник по строительству зданий» (6-е изд.), ЧАДЛИ, Р., ГРИНО, Р., Баттерворт-Хайнеманн (2006 г.)