Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Архитектурный элемент, образованный экструзией одной кривой.
Architectural element formed by the extrusion of a single curve
Барельный свод, также известный как туннельный свод, вагонный свод или свод-колыбель, является архитектурным элементом, образованным экструзией одной кривой (или пары кривых, в случае заостренного барельного свода) на заданном расстоянии. Кривые обычно имеют круглую форму, придавая всей конструкции полуцилиндрический вид. Барельный свод – это простейшая форма свода: по сути, серия арок, расположенных рядом друг с другом (то есть одна за другой). Это разновидность бочкообразной крыши. Как и во всех конструкциях, основанных на арках, барельный свод создает распорный импульс, действующий на подпорные стены. Существует несколько механизмов для поглощения этого импульса. Один из них – сделать стены чрезвычайно толстыми и прочными – это примитивный и иногда неприемлемый метод. Более изящный метод – построить два или более сводов параллельно друг другу; силы их распора таким образом будут компенсировать друг друга. Этот метод чаще всего использовался при строительстве церквей, где несколько сводчатых нефов шли параллельно вдоль здания. Однако внешние стены крайнего свода все равно должны были быть достаточно прочными или усилены контрфорсами. Третий, наиболее изящный механизм сопротивления боковому распору – создать пересечение двух барельных сводов под прямым углом, образуя таким образом крестовый свод. Барельные своды известны с Древнего Ирана (Элама), цивилизации долины Инда в Индии и Древнего Египта и широко использовались в римской архитектуре. Они также использовались для замены Клоаки Максимы системой подземных канализаций. Другие ранние конструкции барельных сводов встречаются в Северной Европе, Турции, Марокко и других регионах. В средневековой Европе барельный свод был важным элементом каменного строительства в монастырях, замках, башнях и других сооружениях. Эта форма конструкции встречается в подвалах, криптах, длинных коридорах, галереях и даже больших залах.
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 и ранняя история
Барельное сводчатое устройство было известно и использовалось ранними цивилизациями, включая Древний Египет и Месопотамию. Однако, по-видимому, это не был широко распространенным или популярным методом строительства в этих цивилизациях. Персы и римляне первыми начали активно использовать его в архитектуре. Эта техника, вероятно, возникла из необходимости перекрывать здания каменной кладкой, такой как кирпичи или каменные блоки, в районах, где не хватало дерева и древесины. Самый ранний известный пример свода – туннельный свод, обнаруженный под шумерским зиккуратом в Ниппуре (Вавилония), датируемый приблизительно 4000 годом до н.э. Он был построен из обожжённого кирпича, скреплённого глиняным раствором. Самые ранние туннельные своды в Египте найдены в Рекуагна и Дендере, примерно 3500 года до н.э., в додинастический период. Они были возведены из сырого кирпича в три кольца над проходами, ведущими к гробницам, с пролётом всего два метра. В этих ранних примерах барельные своды в основном использовались для подземных сооружений, таких как дренажные каналы и коллекторы, хотя несколько зданий большого египетского погребального храма Рамессеума также были перекрыты таким образом. Недавние археологические находки на участке Моргантина (в провинции Энна) свидетельствуют о том, что надземный барельный свод был известен и использовался в эллинистической Сицилии в III веке до н.э., что указывает на знакомство с этой техникой и древних греков. Сообщается о сводчатой крыше ранней хараппской погребальной камеры, обнаруженной в Рахигархи. С. Р. Рао упоминает сводчатую крышу небольшой комнаты в доме из Лоталя. Барельные своды также использовались в культуре позднего хараппского кладбища H, датированной 1900–1300 годами до н.э., в качестве крыши металлургической печи. Это открытие было сделано Ватсом в 1940 году во время раскопок в Хараппе. Древние римляне, вероятно, унаследовали свои знания о барельных сводах от этрусков и народов Ближнего Востока. Персы и римляне первыми стали широко использовать этот метод строительства в крупных проектах и, вероятно, первыми начали использовать строительные леса для возведения сводов с пролётами, невиданными ранее. Однако римские строители постепенно стали отдавать предпочтение крестовому своду; хотя он и сложнее в возведении, этот тип свода не требовал массивных, толстых стен для поддержки (см. ниже), что позволяло строить более просторные здания с большими проёмами и большим количеством света, например, термы. После падения Римской империи на протяжении нескольких столетий было построено мало зданий, достаточно больших, чтобы требовать значительного количества сводов. В ранний романский период наблюдалось возвращение к каменным барельным сводам в первых крупных соборах; их интерьеры были довольно тёмными из-за толстых, массивных стен, необходимых для поддержки свода. Одной из самых больших и известных церквей, перекрытой огромным барельным сводом, была церковь аббатства Клюни, построенная между XI и XII веками. В XIII и XIV веках, с развитием нового готического стиля, барельные своды практически исчезли в строительстве великих готических соборов; вначале в основном использовались крестовые своды, усиленные каменными рёбрами, а позже были разработаны различные типы эффектных, богато украшенных и сложных средневековых сводов. Однако с наступлением эпохи Возрождения и стиля барокко, а также с возрождением интереса к искусству и архитектуре античности, барельный свод был вновь введён в строй в поистине грандиозном масштабе и использовался при строительстве многих известных зданий и церквей, таких как базилика Сант-Андреа-ди-Мантова Леоне Баттиста Альберти, Сан-Джорджо-Маджоре Андреа Палладио и, пожалуй, самая величественная из них, собор Святого Петра в Риме, где огромный барельный свод перекрывает широкий неф.
Barrel vaulting was known and utilized by early civilizations, including ancient Egypt and Mesopotamia. However, it apparently was not a very popular or common method of construction within these civilizations. The Persians and the Romans were the first to make significant architectural use of them. The technique probably evolved out of necessity to roof buildings with masonry elements such as bricks or stone blocks in areas where timber and wood were scarce. The earliest known example of a vault is a tunnel vault found under the Sumerian ziggurat at Nippur in Babylonia, ascribed to about 4000 BC, which was built from fired bricks amalgamated with clay mortar. The earliest tunnel vaults in Egypt are found at Requagnah and Denderah, from around 3500 BC in the predynastic era. These were built with sun dried brick in three rings over passages descending to tombs with a span of only two metres. In these early instances, the barrel vault was chiefly used for underground structures such as drains and sewers, though several buildings of the great Late Egyptian mortuary palace temple of Ramesseum were also vaulted in this way. Recent archaeological evidence discovered at the Morgantina site (in the province of Enna) shows that the aboveground barrel vault was known and used in Hellenistic Sicily in 3rd century BC, indicating that the technique was also known to ancient Greeks. The vaulted roof of an early Harappan burial chamber has been noted from Rakhigarhi. S. R Rao reports vaulted roof of a small chamber in a house from Lothal. Barrel vaults were also used in the Late Harappan Cemetery H culture dated 1900 BC 1300 BC which formed the roof of the metal working furnace, the discovery was made by Vats in 1940 during excavation at Harappa. Ancient Romans most probably inherited their knowledge of barrel vaulting from Etruscans and the Near East. Persians and Romans were the first to use this building method extensively on large scale projects and were probably the first to use scaffolding to aid them in construction of vaults spanning over widths greater than anything seen before. However, Roman builders gradually began to prefer the use of groin vault; though more complex to erect, this type of vault did not require heavy, thick walls for support (see below), and thus allowed for more spacious buildings with greater openings and much more light inside, such as thermae. After the fall of the Roman empire, few buildings large enough to require much in the way of vaulting were built for several centuries. In the early Romanesque period, a return to stone barrel vaults was seen for the first great cathedrals; their interiors were fairly dark, due to thick, heavy walls needed to support the vault. One of the largest and most famous churches enclosed from above by a vast barrel vault was the church of Cluny Abbey, built between the 11th and 12th centuries. In 13th and 14th centuries, with the advance of the new Gothic style, barrel vaulting became almost extinct in constructions of great Gothic cathedrals; groin vaults reinforced by stone ribs were mostly used in the beginning, and later on various types of spectacular, ornate and complex medieval vaults were developed. However, with the coming of the Renaissance and the Baroque style, and revived interest in art and architecture of antiquity, barrel vaulting was re introduced on a truly grandiose scale, and employed in the construction of many famous buildings and churches, such as Basilica di Sant'Andrea di Mantova by Leone Battista Alberti, San Giorgio Maggiore by Andrea Palladio, and perhaps most glorious of all, St. Peter's Basilica in Rome, where a huge barrel vault spans the wide nave.
Инженерные вопросы
При конструкции свода-бочки векторы давления создают направленную вниз силу на вершину, в то время как нижние части арок реализуют боковую силу, толкающую наружу. В результате, такая конструкция склонна к разрушению, если боковые стороны не закреплены или не усилены массивными элементами здания или значительными земляными укреплениями. Например, в замке Махоллс в Шотландии, стены, прилегающие к помещениям со сводами-бочками, достигают толщины, обеспечивая необходимую прочность для поддержания изогнутой конструкции. Широко признана сложность достаточного освещения помещений со сводами-бочками. Основная инженерная проблема заключается в необходимости избегать проемов в каменной кладке свода-бочки. Такие отверстия могут нарушить целостность всей арочной системы. Поэтому средневековые строители романского стиля прибегали к использованию небольших окон, массивных контрфорсов или других форм крестового брусинга внутренних стен для достижения желаемого уровня освещенности. Во многих монастырях естественным решением были монастырские дворы, позволявшие возводить высокие своды-бочки с открытым внутренним двором для обеспечения достаточного освещения. С 1996 года инженеры-строители применяют ньютоновскую механику для расчета численных напряжений в древних каменных сводах-бочках. Эти анализы обычно используют алгоритм конечных элементов для расчета напряжений, вызванных силой тяжести от собственного веса арочной системы. Фактически, для инженеров-строителей анализ свода-бочки стал эталонным тестом для компьютерных моделей конструкционного анализа "из-за сложного напряженно-деформированного состояния и состояний изгиба без растяжения". В сравнении с другими типами сводов, свод-бочка по своей сути является менее прочной конструкцией, чем более сложный крестовый свод. Конструкция свода-бочки должна опираться на длинные стены, создавая менее стабильное боковое давление, в то время как конструкция крестового свода может направлять напряжение почти исключительно вертикально на опоры.
With a barrel vault design the vectors of pressure result in a downward force on the crown while the lower portions of the arches realise a lateral force pushing outwards. As an outcome this form of design is subject to failure unless the sides are anchored or buttressed to very heavy building elements or substantial earthwork sidings. For example, at Muchalls Castle in Scotland, adjacent walls to the barrel vaulted chambers are up to thick, adding the buttressing strength needed to secure the curved design. The inherent difficulty of adequately lighting barrel vaulted structures has been widely acknowledged. The intrinsic engineering issue is the need to avoid fenestration punctures in stonework barrel vaults. Such openings could compromise the integrity of the entire arch system. Thus the Romanesque medieval builders had to resort to techniques of small windows, large buttresses, or other forms of interior wall cross bracing to achieve the desired lighting outcomes. In many of the monasteries, a natural solution was cloisters which could have high barrel vaulted construction with an open courtyard to allow ample lighting. Since 1996 structural engineers have applied Newtonian mechanics to calculate numeric stress loads for ancient stonework barrel vaults. These analyses have typically used a finite element algorithm to calculate gravity induced stresses from the self weight of an arched system. In fact, for structural engineers, analysis of the barrel vault has become a benchmark test of a structural engineering computer model "because of the complex membrane and inextensional bending states of stress" involved. In terms of comparison to other vaulting techniques, the barrel vault is inherently a weaker design compared to the more complex groin vault. The barrel vault structure must rest on long walls creating less stable lateral stress, whereas the groin vault design can direct stresses almost purely vertically on the apexes.
В нетрадиционном использовании
Помимо классического использования свода-бочки в макроархитектурном дизайне (например, в качестве основного несущего элемента кровли), существует множество производных применений, явно основанных на первоначальной концепции и форме свода-бочки. Эти применения встречаются в области хирургии, при проектировании световых фонарей, детских игрушек и микроструктур (таких как остановки общественного транспорта). Хотя ни одно из этих применений не сравнится с величием древних и классических прототипов, они демонстрируют распространенность свода-бочки как архитектурной концепции в наше время. В области костной хирургии техника разреза в форме свода-бочки является не только общепринятой современной хирургической процедурой, но и ортопеды называют эту технику "сводом-бочкой". Исследование Wohlfahrt, на которое ссылаются, документирует результаты этой хирургической процедуры на большеберцовой кости человека в 91 подобном случае.
Beyond the classical use of the barrel vault in macro architectural design (e. g. as a major structural roofing element), there are a variety of derivative applications clearly based on the original concept and shape of the barrel vault. These applications arise in the fields of surgery, skylight design, children's toys and microstructure design (such as bus shelters). While none of these applications rival the majesty of the ancient and Classical predecessors, they demonstrate the pervasiveness of the barrel vault as an architectural concept in contemporary times. In the field of bone surgery the technique of a "barrel vault" shaped incision is not only a well defined state of the art surgical procedure, but the name barrel vault is given to this technique by orthopedic surgeons. The Wohlfahrt study cited documents results of this surgical procedure on the human tibia in 91 such operations.