Arch

Bue ( fr. bue , ital. arco , fra lat. arcus - bue, bøjning, it. Bogen ) - type arkitektonisk struktur, bueformet overlapning af åbningen - mellemrummet mellem to støtter - søjler , pyloner . En bue, der fortsætter i dybden, danner en hvælving . Således bliver buen "guide" for den hvælvede struktur [1] . I arkitekturens historie, halvcirkelformet, lancet , kasse , forhøjet, lovende, fladtrykt, lancetformet , tre- og multi-blade, hesteskoformet, kølbuer [2] .

Som enhver hvælvet struktur skaber buen et sidetryk. Som regel er buer symmetriske om den lodrette akse. En række buer udgør en arkade . Et særligt tilfælde af en arkade baseret direkte på hovedstæder (eller gennem imposter ) rækkefølgen kolonner - orden arkade . De buer, der hviler direkte på sidestolperne, kaldes hæle ; afstanden mellem dem er buens spændvidde .

Traditionelt blev buen lagt ud af kileformede sten eller mursten, fra bunden og op, startende fra sidestøtterne. Den øverste, centrale og sidste kileformede sten kaldes slottet , hvælvingens nøgle eller agrafen. Dens konstruktive betydning understreges af størrelsen eller den dekorative mascaron . For at forhindre buen i at falde sammen under murværksprocessen, understøttes den nedefra med midlertidige træcirkler. Afstanden fra hælen til "slottet" kaldes bueløftepilen , den bestemmer dens form, det øverste punkt er slidsen . Den ydre relief (profilerede) ramme af buen kaldes archivolt . Den del af vægplanet mellem buens archivolt og gesimsen placeret over den, eller mellem archivolts af tilstødende buer i arkaden, kaldes antrevolt . Antrevolter suppleres ofte med runde prægede medaljoner, mosaik eller malet indretning, eller de er lavet gennembrudt (gennem), hvilket understreger fraværet af en konstruktiv belastning i disse elementer. Den indre overflade af buen eller hvælvingen, som bestemmer dens dybde, ofte dekoreret med ornamenter , er intrados ( spansk intrados -indgang) [3] .

Arch in the history of architecture

Buer dukkede første gang op i det 2. årtusinde f.Kr. e. i det antikke østens arkitektur : Det gamle Egypten , det antikke Mesopotamien , det antikke og hellenistiske Syrien . I disse lande var der mangel på at bygge træ og sten, så de byggede hovedsageligt af rå og bagte mursten . Det var vanskeligt at skabe overlapninger af et betydeligt spænd fra sådant materiale. Derfor stimulerede de naturlige betingelser for dannelsen af byggetraditioner i disse lande søgen efter nye strukturer. Bue og hvælving blev sådanne strukturer.

I det antikke Grækenland brugte bygherrerne praktisk talt ikke buer og hvælvinger (med undtagelse af den tidlige, Kreta-mykenske eller minoiske kultur), og det indre af stentempler var dækket af flade arkitrave strukturer: enten træ- eller marmorblokke, hvilket krævede et stort antal understøtninger inde i bygningen. De gamle romere lånte på den anden side ideen om buer og hvælvinger fra østen og anvendte dem i vid udstrækning i deres arkitektur. Halvcirkelformede hvælvinger og buer er et karakteristisk element i romansk arkitektur. I den gotiske æra stod frimurerbyggere (murere), der øgede det indre rum i gotiske katedraler, over for problemet med at øge det laterale tryk på fundamenterne (vægge, pyloner). De løste dette problem på glimrende vis ved at frigøre bygningens vægge og indvendige understøtninger fra belastningen, flytte den til ydre understøtninger (et system af støtteben og flyvende støtteben ) og give buerne en lancetform. Lancetformede buer skaber et mindre lateralt afstandsstykke, men det såkaldte forbundne system af græsser (spænd) foreslog at forbinde højden af de laterale lancetbuer (kind) og diagonale halvcirkelformede buer - i live .

Nye udtryk dukkede op i de kristne kirkers arkitektur. De fire halvcirkelformede buer i det midterste kors (skæringspunktet mellem skibet og tværskibet), eller under-kuppelrummet, begyndte at blive kaldt fjederbelastede. Gennem de fire sejl , eller pandativer, hviler kuplens tromle på buerne, hvorfor de blev kaldt fjederbelastede. En af disse buer, der forudser indgangen til den østlige alterdel, kaldes triumf.

Mekanik

En bue er en krum bjælke med en glat kontur, en understøttende bygningsstruktur. I modsætning til en bjælke, som oplever normal mekanisk belastning , oplever buen tangentiel mekanisk belastning , som forårsager en horisontal støttereaktion (fremstød). Buen adskiller sig kun fra hvælvingen i en meget mindre bredde. Under lodret belastning arbejder buen mere i kompression og mindre i bøjning.

Buer er hængselløse, to-hængslede og tre-hængslede; hvis buens støtteender er forbundet med en stang (et pust, der opfatter en vandret reaktion), så opnås en bue med et pust.

Navne på dele af buen

Keystone - et kileformet eller pyramideformet murværkselement i toppen af en hvælving eller bue
kilesten
Den ydre overflade af hvælvingen (ekstradoser)
Femte sten ( impost ) - tværsnit nær støtten, hælen på buen
Intern hvælving (intrados)
Løftepil - afstanden mellem midten af buens endesten fra linjen, der forbinder midten af buens to hælsten
span
Støttemur

Afstanden mellem hælenes centre kaldes det beregnede ærmegab. Med en stigning i løftebommen falder bueafstandsstykket. Buens akse er valgt således, at bøjningskompressionen er minimal; så vil buen være den stærkeste og mest modstandsdygtige. Styrken af en bue afhænger af dens form. De enkleste buer er i form af en halvcirkel, men teoretisk set er de stærkeste buer med form som en parabel eller kontaktledning . Parabolbuer blev først brugt af den spanske arkitekt Antoni Gaudí . Sådanne buer overfører hele trykket til støttevæggen og kræver ikke yderligere elementer.

Buer, der dækker en blindåbning, kaldes blinde . Et af målene med dette er at øge væggens styrke og samtidig spare materiale. I oldtiden kendte man en teknik, når man lavede en bue for at lette det, for eksempel når en åbning i en væg blev dækket i form af en flad bue, for at aflæse hvilken en blind bue blev lavet over den.

Bueberegning

Beregningen af buede strukturer er baseret på beregningen af en buet stang, et andet element end en lige bjælke, dens akse er en eller anden type buet linje (en akse er en linje, der går gennem tyngdepunkterne af elementets tværsnit ). Med en acceptabel tilnærmelse kan forskydningsspændinger fra den tværgående kraft for buede stænger bestemmes ved hjælp af den samme Zhuravsky- formel som for lige bjælker [4] :

\tau ={\frac {QS(z)}{J_{x}b))

hvor

$Q=Q(y)$ - tværgående kraft, der virker på bjælken ( - langsgående koordinat), $y$
$S(z)$ - statisk moment af det afskårne snitareal i en afstand i forhold til neutralaksen $z$
${\displaystyle J_{x))$ - inertimomentet for hele sektionen af elementet i forhold til den centrale akse , vinkelret på buens plan, $x$
$b$ er bredden af sektionen af elementet i en afstand fra den neutrale akse. $z$

Følgelig vil styrkebetingelsen for forskydningsspændinger for buede stænger blive præsenteret som følger [4] :

\tau _{max}={\frac {Q_{max}S_{max}}{Jb}}\leq |\tau |

Spændingerne i den buede stang forårsaget af normalkraften er vinkelrette på sektionen og ensartet fordelt over dens areal, dvs. [4] :

\sigma ={\frac {N}{F}}

hvor

$N$ er normalkraften, der virker på elementet
$F$ er elementets tværsnitsareal.

Bøjningsmomentet, som i en lige bjælke, forårsager kun normale spændinger i en buet stang. Deres fordeling langs højden af sektionen bestemmes af følgende formel [4] :

\sigma ={\frac {z}{\rho }}{\frac {\delta d\varphi }{d\varphi }}E

hvor

$z$ - afstand fra neutralaksen til det punkt, hvor spændingen bestemmes
$\rho$ er krumningsradius i et punkt
$\delta d\varphi$ - størrelsen af ændringen i vinklen mellem tilstødende sektioner under påvirkning af øjeblikket
$d\varphi$ - begyndelsesvinkel mellem sektioner
$E$ - Youngs modul .

Det viser sig, at i modsætning til en lige bjælke, hvor spændinger er fordelt efter en lineær lov, i en krum stang, er normale spændinger fra et moment fordelt efter en hyperbolsk lov. Heraf følger flere vigtige konklusioner, nemlig: når en buet stang bøjes, går neutralaksen ikke gennem sektionens tyngdepunkt; spændinger i elementets ydre fibre er mindre end ved den samme bøjning af en lige bjælke, og i de indre fibre - mere; væksten af spændinger langs sektionens højde sker med forskellige hastigheder. Den største stress nås indefra. De falder dog hurtigt i dybden. Hvis strukturen fungerer i en statisk tilstand og er lavet af plastmaterialer, der ikke er udsat for sprøde brud, så udgør overspændinger i selve kanten af sektionen indefra muligvis ikke en fare [4] .

Formlen for normale belastninger fra øjeblikket vil se sådan ud [4] :

\sigma ={\frac {M}{S}}\cdot {\frac {z}{\rho }}

og formlen for totale normale spændinger i en buet stang [4] er:

\sigma ={\frac {N}{F}}+{\frac {M}{S}}\cdot {\frac {z}{\rho }}

Det neutrale lags krumningsradius bestemmes ud fra ligningen [4] :

r={\frac {F}{\int \limits _{F}{\frac {dF}{\rho ))))

Det følger af formlerne, at jo mindre forholdet mellem stangens krumningsradius og højden af dens sektion er, jo mere afviger arbejdet med den buede stang fra arbejdet med en lige bjælke. Når aksens radius er meget større end sektionens dimensioner, svarer den buede stangs arbejde til arbejdet med en lige bjælke, og de normale spændinger i disse tilfælde vil være næsten lige store. Oftest hører buer i bygningskonstruktioner til den anden kategori af buede stænger. Den første kan tilskrives en række krumlinjede dele: kroge, kædeled, ringe osv. [4] .

De deformationer, der opstår i buede stænger, er generelt bestemt af følgende udtryk [4] :

{\begin{matrix}f=\int \limits _{S}{\frac {MdS}{EJ))\cdot {\frac {\delta M}{\delta P))+\int \limits _{S}{\frac {NdS}{EF}}\cdot {\frac {\delta N}{\delta P}}\\\theta =\int \grænser _{S}{\frac {MdS}{ EJ}}\cdot {\frac {\delta M}{\delta M_{0}}}+\int \limits _{S}{\frac {NdS}{EF}}\cdot {\frac {\delta N }{\delta M_{0}}}\end{matrix}}{\Bigg \}}

hvor

$f$ - lineær forskydning af sektionens tyngdepunkt
$\theta$ er sektionens drejningsvinkel.

I de fleste tilfælde kan påvirkningen af krumning dog forsømmes for at bestemme deformationer [4] .

Omridset af buens akse kan være det mest forskelligartede, men følgende typer er mere almindelige:

De mest almindelige er følgende typer designskemaer til buer [5] :

Hver type har sine fordele og ulemper, og valget af et bestemt design bestemmes af designingeniøren ud fra både styrkekrav og behovet for at bruge bestemte materialer til buen, arkitektoniske opgaver, omkostninger og lokale konstruktionsforhold. Så for eksempel er en trehængslet bue et statisk bestemt system , på grund af hvilket et sådant design ikke er så følsomt over for temperaturpåvirkninger og udfældning af understøtninger. Tre-hængslede buede strukturer er også praktiske med hensyn til installationsarbejde og transport, da de består af to separate dele. Tilstedeværelsen af et ekstra hængsel fører imidlertid til en stor forskel i momenter langs længden af begge dele, hvilket derfor kræver yderligere materialeforbrug. I denne henseende er den hængselsløse bue modsat den, som på grund af sammenklemningen af de fem buer i understøtningerne har den mest fordelagtige fordeling af momenter langs længden og kan fremstilles med minimale tværsnit. Men at klemme i understøtningerne, fører til gengæld til behovet for mere kraftfulde fundamenter, buen er følsom både over for bevægelserne af understøtningerne og over for termiske belastninger. Den mest udbredte er den dobbelthængslede bue. Da det engang var et statisk ubestemt system, har det også en god fordeling af momenter langs længden og eliminerer behovet for massive understøtninger [5] .

Ved brug af buer som gulve beregnes de generelt for en ensartet fordelt belastning (belastning fra overliggende gulvkonstruktioner , snelast, belastning fra buens egenvægt). I løbet af beregningen bygges diagrammer over de kræfter, der opstår i sektionerne af buen, efter hvilke de farligste sektioner bestemmes. Formlerne til bestemmelse af kræfterne i enhver sektion af buen er som følger [5] :

1. Bøjningsmoment

M_{x}=M_{x}=M_{o}p+{M_{x}}^{b}-F_{h}y

hvor

$M_{op}$ - referencemoment i en hængselsløs bue (i en to- eller trehængslet bue er det lig nul)
${M_{x}}^{b}$ - strålemoment
$F_{h}$ - fremstød
$x,y$ er sektionens koordinater.

Drivkraften bestemmes ud fra udtrykket [5] :

F_{h}=k{M_{c}}^{b}/f

hvor

${M_{c}}^{b}$ - strålemoment i midten af spændet
$f$ - bueløftebom
$k$ - en koefficient, der tager højde for buens geometriske og fysiske egenskaber.

2. Længdekraft

N_{x}=-{Q_{x}}^{b}\sin \varphi -F_{h}\cos \varphi

hvor

${Q_{x}}^{b}$ - stråle tværgående kraft
$\varphi$ - vinklen mellem tangenten til buens akse i det pågældende afsnit og vandret.

3. Forskydningskraft

Q_{x}={Q_{x}}^{b}\cos \varphi -F_{h}\sin \varphi

Typer af buer

trekantet
Rund eller halvcirkelformet
Rund skrånende bue eller segmental
Krybende eller skrå bue
Lancet
Flad komprimeret bue
Tre-fliget bue
hestesko
tre midterbuer
ellipseformet bue
konkav bue
Kølbue
Køllet bue
Fire-center bue (Tudor eller persisk)
parabolsk bue

Buer er kendetegnet ved form:

Arabisk - har et forhøjet konstruktionscenter, var almindeligt i arkitekturen for folkene i øst, i spansk-maurisk arkitektur .
flyvende støtteben - en bue med hæle på forskellige niveauer, der skråt overfører buens tryk til den ydre støtte.
konkav - dækket af to buer, vendt af konvekse sider ind i spændet.
to- bladet - sammensat af to små buer af samme størrelse, hvis imposter og forbindelser er placeret på samme niveau.
to- center - en bue dannet af to buer med samme radius, der skærer i låsen i en stump vinkel.
diagonal - placeret i krydshvælvingen på diagonalen af en firkant eller et rektangel , det vil sige Rib , som kaldes " genoplive ".
elliptisk - dannet i skæringspunktet mellem en del af en ellipse .
skulder - arrangeret over en fordybning i væggen, en type rundbue.
omvendt - med buens konveksitet nedad.
takket - med et ensartet arrangement af spidse fremspring langs den indre overflade.
køllignende (kølet eller "æselryggen") - har form af et tværsnit af et væltet kølfartøj, har fundet anvendelse i russisk arkitektur.
kile - foret med deres kileformede sten eller fra rektangulære sten med kileformede sømme.
skrå - se krybende .
boks eller elliptisk - en bue beskrevet fra tre, fem, syv centre. En variation af det er sadelbuen.
cirkulær (klemt) - beskrevet af en halvcirkel fra midten placeret under hælene.
kantet - det samme som gering .
lancetformet (spydlignende) - dannet af to buer, der er forbundet i en vinkel og har form af lancet ligesidet, lancet sammenpresset, lancet flad.
brudt linje - se lancet .
buet (cirkulær) - med en bue mindre end en halvcirkel (enkelt-center).
Mauretansk - samme som arabisk
gering - med to symmetriske recessioner i slutningen.
multi-bladed - en type bue, der består af tre eller flere kurver, der skærer hinanden i en spids vinkel.
oval - udgør en del af en oval i buen.
konveks-konkav - buerne ved hælene drejes med deres konvekse sider til midten af spændet og bliver jævnt til en enkeltcenter- eller multicenterstigning langs den lodrette akse.
parabolsk - udgør en del af en parabel i buen.
væltet - en, hvor slottet er under tæerne. Udfører funktionerne af aflæsning og er arrangeret i bunden af væggen.
perspektiv - koncentrisk, der går inde i væggen med afsatser med faldende radier, bruges i design af portaler.
halvcirkelformet eller halvcirkelformet - dens bue er beskrevet af en halvcirkel; den mest almindelige type bue.
suspenderet - består af to buer, hvis skæringspunkt er placeret under toppen af buen.
hestesko - det samme som arabisk .
konsolideret - det samme som lancetformet .
lancet - består af to buer, der skærer hinanden i slottet i en spids vinkel. Det blev meget brugt i gotisk arkitektur. Der er lancetbue, komprimeret og lancetformet.
flad - med en løftebom flere gange mindre end spændvidden.
krybende eller "mare's head" - en bue, der har støtter (hæle) på forskellige niveauer, for eksempel under trapper.
fjeder - en hjælpebue, der styrker eller understøtter forskellige hvælvstrukturer .
gardin - dannet af to eller fire buer med centre uden for spændet.
stump - skrå lancet med afrundede hæle.
fem-blad - toppen af vinduet i form af en fem-blade.
aflæsning - en bue indlejret i væggen og fordeler belastningen fra de øvre dele af bygningen til understøtningerne eller omvendt fra individuelle understøtninger til grundmuren.
komprimeret (liggende) - afsluttet med en vandret jumper.
bænk - et lysthus i form af en triumfbue med gennemgående gittervægge, hvortil sæder støder op.
stepped - et system af buer i form af flere etager af zakomar .
tre- bladet - dannet af tre halvcirkler, og den hævede midterste hviler på enderne af siderne, som spejler hinanden.
tre-center - semi-oval i snit, består af buer af tre cirkler, hvoraf det største gennemsnit er bygget med en radius fra midten på spændets akse. De to andre buer lægges med radier fra punkter, der er meget højere.
" Tudor " - skrånende med en spids top.
falsk, imaginær eller falsk - en bue, der ikke giver et vandret stød, da det er lagt ud ved vandret overlapning af sten.
royal - placeret i de kongelige døre i den kristne kirkes ikonostase.
kind - omkreds krydshvælving, placeret på siderne af rektanglet af dets plan. Omgiver hvælvingen vinkelret på dens generatrix.
stædig - se flyvende støtteben .

Buer er også konstrueret i form af separate strukturer:

mindesmærke - bygget til minde om en vigtig begivenhed eller historisk person.
triumf - for detaljer, se triumfbue .

Halvcirkelformet bue

Halvcirkelformet (halvcirkelformet) bue - en bue med form af en halvcirkel , hvis centrum er placeret på niveau med buens hæle.

Den enkleste og mest almindelige type bue. Til stede i arkitekturen i forskellige epoker, lande og stilarter. Mest karakteristisk for klassisk arkitektur , hvor den oftest er indrammet af en archivolt (af latin arcus volutus - "rammebue") eller fremhævet af en række kileformede sten med en slutsten i midten. Det hviler normalt på pyloner .

Luchkovy bue

Luchkovy bue - en bue i form af en bue omkring en kvart cirkel. I det gamle Rom tjente buer af denne form som en overligger til vinduesåbninger i beboelsesbygninger. Et typisk eksempel på brugen af en bjælkebue er en segmental buebro .

Lancetbue

I Østen har den halvcirkelformede bue gennemgået den stærkeste transformation, og er blevet til den såkaldte lancet eller knækkede bue, hvis buer skærer hinanden i en vinkel.

Formen adskiller flere typer lancetbuer:

ligesidede buer, hvis centrum af buerne er ved buernes hæle;
komprimerede buer, hvis centrum af buerne er på en vandret linje, der går gennem buernes hæle;
flade buer, hvis centrum af buerne er under buernes hæle.

Buer i naturen

Buede former er meget almindelige i naturen, idet de kun er en lille del af de buede genstande og overflader, der er karakteristiske for naturlige genstande. De kan være lavet af sten, is, træ. Buede former i naturen har højst sandsynligt påvirket deres brug af mennesket i bygningskonstruktioner. Da de ofte var en passage fra et sted til et andet, begyndte de at bære en hellig betydning, der symboliserer en slags portal til det sted, hvor det er muligt at forvente noget nyt og hidtil ukendt . Da de er et produkt af erosion , spiller buede stenstrukturer en ubetydelig rolle i bjergbygningen , deres undersøgelse giver mulighed for at få yderligere information om de processer, der finder sted på jorden.

Gletscher
De udødeliges bro på Mount Taishan i Kina
Rock i St. Ouen (USA)

Ifølge klassificeringen af Arches National Park (Utah, USA) skal en stenåbning være mindst 3 fod (0,914 meter) bred og placeret i en mur, der er stor nok til at blive betragtet som en bue. Samtidig kaldes buer gennem naturlige vandløb såvel som gennem tørre kanaler for naturlige broer. Huller i klipperne, der er placeret langt nok fra kanterne og ikke påvirker klippens form, betragtes ikke som buer [6] .

Noter

↑ Vlasov V. G. Arkitektur. Gloseliste over betingelser. - M .: Bustard, 2003. - S. 34
↑ Pevsner N., Honor H., Fleming J. Lexikon der Weltarchitektur (tysk) . - München: Prestel, 1966. - S. 93-94.
↑ Vlasov V. G. Arch // New Encyclopedic Dictionary of Fine Arts. Om 10 t .. - Sankt Petersborg. : Azbuka-Klassika, 2004. - T. I. - S. 425-429. (Russisk)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Belyaev N. M. Materialernes styrke. Nauka Publishing House, 1965. s. 584-590
↑ 1 2 3 4 Lebedeva N. V. Spær, buer, tyndvæggede rumlige strukturer. M.: Arkitektur-S. 2006 Side 24-35
↑ Ruth Rudner. Vindsten: Naturlige buer, broer og andre åbninger. Graphic Arts Center Publishing Co. 2003

Links

Plotter M, Q, N i buen. Et eksempel på løsning af et problem på YouTube
ARKA - Vilkår om A, del 6 - Arn - Arx - Bygninger ru - hus og alt om det - terminologi og typer af buer.
[bse.sci-lib.com/article070408.html Arch] - artikel i Great Soviet Encyclopedia .

Ordbøger og encyklopædier

I bibliografiske kataloger
BNE : XX525233 BNF : 11971025w GND : 4146210-5 J9U : 987007294837205171 LCCN : sh85006530 LNB : 000158049 NDL : 00560402 NKC : ph123597