Кіріспе
Бір қисық сығуы арқылы қалыптасқан архитектуралық элемент. Аңғарлы күмбез, сондай-ақ туннельді күмбез, вагонды күмбез немесе вагонбас күмбез деп те аталатын архитектуралық элемент, белгілі бір қашықтықта бір қисықтан (немесе тік аңғарлы күмбез жағдайында қисықтар жұбынан) сығу арқылы қалыптасады. Қисықтар әдетте дөңгелек пішінде болады, бұл тұтас дизайнға жартылай цилиндрлі көрініс береді. Аңғарлы күмбез – күмбездің ең қарапайым түрі: тиімді түрде бірінен соң бірі орналасқан аркалардың тізбегі. Бұл шатырдың бір түрі. Барлық аркалық құрылымдардағыдай, аңғарлы күмбездің астындағы қабырғаларға қарсы бағытталған сыртқы итеру күші пайда болады. Бұл күшті сіңірудің бірнеше механизмі бар. Бірі – қабырғаларды едәуір қалың және берік ету – бұл қарапайым және кейде қабылдауға болмайтын әдіс. Көбірек талғамға сай әдіс – бір-біріне параллель екі немесе одан көп күмбез салу; олардың сыртқы итеру күштері бірін-бірін теңестіреді. Бұл әдіс шіркеулер салу кезінде жиі қолданылды, онда бірнеше күмбезді кемелер ғимараттың ұзындығы бойымен параллель орналасқан. Дегенмен, ең сыртқы күмбездің сыртқы қабырғалары да жеткілікті түрде берік болуы керек немесе тіреулермен нығайтылуы керек. Латеральді итеруге қарсы тұрудың үшінші және ең талғамды механизмі – екі аңғарлы күмбезді тік бұрышта қиылыстыру, осылайша жамбас күмбезін құру. Аңғарлы күмбездер ежелгі Ираннан (Элам), Үндістанның Инд өзені аңғары цивилизациясынан және ежелгі Египеттен белгілі, және римдік сәулетте кеңінен қолданылған. Олар сондай-ақ Cloaca Maxima жер асты канализациясы жүйесін ауыстыру үшін де пайдаланылды. Бастапқы аңғарлы күмбездердің басқа да түрлері Солтүстік Еуропа, Түркия, Марокко және басқа да аймақтарда кездеседі. Орта ғасырлық Еуропада аңғарлы күмбездер монастырлар, қамалдар, мұнаралы үйлер және басқа да құрылыстардағы тас құрылыстың маңызды бөлігі болды. Бұл дизайн түрі жер төлелерде, склептерде, ұзын дәліздерде, монастырьларда және тіпті үлкен залдарда байқалады.
A barrel vault, also known as a tunnel vault, wagon vault or wagonhead vault, is an architectural element formed by the extrusion of a single curve (or pair of curves, in the case of a pointed barrel vault) along a given distance. The curves are typically circular in shape, lending a semi cylindrical appearance to the total design. The barrel vault is the simplest form of a vault: effectively a series of arches placed side by side (i. e., one after another). It is a form of barrel roof. As with all arch based constructions, there is an outward thrust generated against the walls underneath a barrel vault. There are several mechanisms for absorbing this thrust. One is to make the walls exceedingly thick and strong – this is a primitive and sometimes unacceptable method. A more elegant method is to build two or more vaults parallel to each other; the forces of their outward thrusts will thus negate each other. This method was most often used in construction of churches, where several vaulted naves ran parallel down the length of the building. However, the outer walls of the outermost vault would still have to be quite strong or reinforced by buttressing. The third and most elegant mechanism to resist the lateral thrust was to create an intersection of two barrel vaults at right angles, thus forming a groin vault. Barrel vaults are known from the Ancient Iran (Elam), Indian Indus Valley civilization and Ancient Egypt, and were used extensively in Roman architecture. They were also used to replace the Cloaca Maxima with a system of underground sewers. Other early barrel vault designs occur in northern Europe, Turkey, Morocco, and other regions. In medieval Europe, the barrel vault was an important element of stone construction in monasteries, castles, tower houses and other structures. This form of design is observed in cellars, crypts, long hallways, cloisters and even great halls.
Теория және ерте тарихы
Барельді күмбездер ертедегі өркениеттерде, соның ішінде ежелгі Египет және Месопотамияда белгілі болған және қолданылған. Дегенмен, бұл өркениеттерде құрылыс әдісі аса танымал немесе кең тараған емес. Перстер мен римдіктер оларды сәулет өнерінде алғаш рет маңызды қолданысқа енгізді. Бұл техника, ықтимал, ағаш пен ағаш материалдары жетіспейтін аймақтарда кірпіш немесе тас блоктары сияқты қамал элементтерімен ғимараттарды жабу қажеттілігінен туындаған. Күмбездердің ең ерте мысалы – Вавилониядағы Ниппурдағы шумерлік зиккураттың астында табылған, шамамен б.з.д. 4000 жылға жатқызылатын, балшықтан жасалған кірпіштен салынған туннельдік күмбез. Египеттегі ең ерте туннельдік күмбездер Реквагна мен Дендерада табылған, олар б.з.д. 3500 жылға, династиялық алды дәуіріне жатады. Бұл күмбездер күнде кептірілген кірпіштен үш қабатқа орнатылып, қабірлерге түсетін өткелдердің үстін жапқан, тек екі метрдей ғана кеңдікте болған. Осы ерте кезеңдерде барельді күмбездер негізінен жер асты құрылыстары үшін, мысалы, дренаждар мен канализацияға пайдаланылған, бірақ үлкен Египеттік марқұмдық сарай ғибадатханасы Рамсеумның бірнеше ғимараты да осылай күмбезделген. Моргантина (Энна провинциясындағы) жерінде жасалған археологиялық зерттеулерге сәйкес, жер үсті барельді күмбезі б.з.д. III ғасырдағы Эллинистік Сицилияда белгілі және қолданылған, бұл техника ежелгі гректерге де таныс болғанын көрсетеді. Рахигархиден ертедегі Хараппа жерлеу камерасының күмбезді шатыры табылған. С.Р. Рао Лоталдан бір үйден кішкентай бөлменің үстіне күмбез салынған шатыр туралы хабарлаған. Б.з.д. 1900-1300 жылдар аралығындағы Кеш Хараппаның Х зиратында металл өңдеу пешінің төбесін құраған барельді күмбездер қолданылған. Бұл жаңалықты Ватс 1940 жылы Хараппадағы қазба жұмыстары кезінде тапқан. Ежелгі римдіктер барельді күмбездер туралы білімдерін этрусктіктер мен Таяу Шығыстан мұра еткен болуы мүмкін. Перстер мен римдіктер бұл құрылыс әдісін ірі жобаларда кеңінен қолданған және бұрын-соңды көрілмеген кеңдіктегі күмбездерді салуға көмектесу үшін мұралықтарды алғаш рет пайдаланған. Алайда, римдік құрылысшылар біртіндеп жамбас күмбездерін пайдалануды ұнатты; оның құрылысы күрделірек болғанымен, бұл күмбез түріне қолдау үшін ауыр, қалың қабырғалар қажет болмады (төменде қараңыз), соның салдарынан кеңірек ғимараттарға үлкен ашылулармен және ішкі кеңістікте жарық беруге мүмкіндік берді, мысалы, термалар. Рим империясы құлағаннан кейін бірнеше ғасыр бойы көп қабатты ғимараттар салынбады. Алғашқы романдық кезеңде тас барельді күмбездерге қайта оралу байқалды, олардың ішкі кеңістіктері күмбезді қолдау үшін қажетті қалың, ауыр қабырғалардың арқасында қараңғы болды. ХІ-ХІІ ғасырларда салынған Клуни аббаттығы – ең ірі және танымал шіркеулердің бірі. XIII-XIV ғасырларда жаңа готикалық стильдің дамуымен барельді күмбездер үлкен готикалық соборларды салуда дерлік жойылды; бастапқыда көбінесе тас қабырғалармен нығайтылған жамбас күмбездер пайдаланылды, ал кейіннен әртүрлі әдемі, сәнді және күрделі ортағасырлық күмбездер жасалды. Алайда, Ренессанс пен барокко стильдерінің келуімен және ежелгі өнер мен сәулетке қызығушылықтың қайта жандануымен барельді күмбездер қайтадан кеңінен қолданылып, көптеген танымал ғимараттар мен шіркеулерді салуда пайдаланылды, мысалы Леоне Баттиста Альбертидің Сант-Андреа-ди-Мантова базиликасы, Андреа Палладионың Сан-Джорджо-Маджоре және, мүмкін, ең даңқтысы Римдегі Киелі Петір базиликасы, онда үлкен барельді күмбез кеңістікті жабады.
Инженерлік мәселелер
Барельді күмбезді конструкцияда қысым векторлары тәжге төмен қарай күш түсіреді, ал аркалардың төменгі бөліктері сыртқа қарай итермелейтін бүйірлік күшті сезінеді. Осының салдарынан, егер қабырғалар өте ауыр құрылыс элементтеріне немесе айтарлықтай топырақ жұмыстарына бекітілмесе, мұндай жобалау формасы құлауға бейім. Мысалы, Шотландиядағы Мачхалс қамалында, барельді күмбезді бөлмелерге жапсарлас қабырғалардың қалыңдығы дейін жетеді, бұл қисық конструкцияны сақтап тұруға қажетті нығайту күшін қамтамасыз етеді. Барельді күмбезді құрылымдарды жеткілікті жарықпен қамтамасыз етудің тудыратын қиындықтары кеңінен мойындалған. Негізгі инженерлік мәселе – тас барельді күмбездерде терезелер ашу арқылы жасалатын тесіктерді болдырмау қажеттігі. Мұндай ашылулар бүкіл арка жүйесінің тұтастығын бұзуы мүмкін. Сондықтан, романдық ортағасырлық шеберлер қажетті жарық беру үшін кішкентай терезелер, үлкен тіреулер немесе ішкі қабырғалардың басқа да түрлерін қолдануға мәжбүр болды. Көптеген монастырьларда табиғи шешім – ашық ауласы бар, биік барельді күмбезді құрылыстар, бұл жеткілікті жарық беруге мүмкіндік берді. 1996 жылдан бері құрылымдық инженерлер Ньютон механикасын қолданып, ежелгі тас барельді күмбездерге түсетін сандық жүктемелерді есептейді. Бұл талдаулар көбінесе аркалық жүйенің өзінің салмағынан туындаған гравитациялық кернеулерді есептеу үшін шекті элементтер алгоритмін пайдаланады. Шындығында, құрылымдық инженерлер үшін барельді күмбезді талдау – "күрделі мембраналық және икемделу күйлеріне" байланысты құрылымдық инженерлік компьютерлік модельдің сынақ тақтасына айналды. Басқа күмбезді конструкциялармен салыстырғанда, барельді күмбез жамбас күмбезімен салыстырғанда күшсіз конструкция болып табылады. Барельді күмбез құрылымы ұзын қабырғаларға тірелуі керек, бұл нашаррақ бүйірлік тұрақтылықты тудырады, ал жамбас күмбезінің дизайны кернеуді дерлік толығымен тік бағытта бағыттауға мүмкіндік береді.
Дәстүрлі емес қолданыста
Макроархитектуралық жобалауда (мысалы, негізгі құрылымдық жабын элементі ретінде) борыш күмбезінің классикалық қолданысынан өзге, бастапқы тұжырымдамасы мен пішініне негізделген алуан түрлі туынды қолданыстар бар. Бұл қолданыстар хирургия, люктерді жобалау, балалар ойыншықтары және микроқұрылымдарды (мысалы, автобус аялдамалары) жобалау салаларында кездеседі. Бұл қолданыстардың ешқайсысы ежелгі және классикалық үлгілердің құдіреттілігімен теңесе алмаса да, борыш күмбезінің қазіргі замандағы архитектуралық тұжырым ретінде кең таралғанын көрсетеді. Сүйек хирургиясы саласында "борыш күмбезі" пішіндес кесу әдісі – тек қана жақсы бекітілген, қазіргі хирургиялық процедура ғана емес, сонымен қатар ортопед-травматологтар осы әдіске "борыш күмбезі" деген ат қояды. Wohlfahrt зерттемесінде адамның тібігіне жасалған осындай 91 операцияның нәтижелері жазылған.