Существует два заблуждения относительно сводчатых перекрытий. Первое это то что свод недостаточно надёжен, второе это то что свод очень дорого построить. Мало кто знает о всех преимуществах и достоинствах сводчатого перекрытия. При этом сводчатые перекрытия очень разнообразны по своей конструкции, имеют богатую историю применения в прошлом и настоящем. За счёт появившихся новых технологий проектирования и материалов своды могут быть легче, прочнее, перекрывать большие пролёты. Сильное влияние сводчатое перекрытие оказывает на архитектуру здания, потому что стены и своды вместе представляют собой единую конструкцию. Применение свода делает дом эмоционально богатым и внутри, и снаружи. Недостатки у конструкции со сводом имеются, но не бросают тень на достоинства, а являются следствием конкурентного сравнения разных типов конструкций, каждая из которых хороша для применения в своём месте.
Когда смотришь на свод возникает впечатление невероятного момента, когда множество тяжёлых камней, упорядоченных внутри пространственной формы, застыли в воздухе. Сначала это кажется волшебством, но всмотревшись понимаешь, что это невероятное зрелище вполне рационально. Каждый из камней давит друг на друга, зажимается между соседями, и так последовательно передаёт нагрузку от своей массы на стены и далее на фундамент. То есть мы видим и понимаем весь процесс работы конструкции. Видим, как идея, уложить камни в определённом порядке, в определённую форму, реальна и материальна, потому что действует на камни, заставляет их поменять гравитацию.
Когда впервые входишь в помещение со сводчатым потолком, то вместе с удивлением, присутствует некоторый страх от неожиданного знакомства с тем что раньше не было известно. Но конструкция незыблема. Гармонична в своих формах и линиях. Она быстро покоряет сердце смотрящего и создаёт ощущение лёгкости внутри помещения, словно вместе с камнями свода, зрителю хочется взлететь. В сравнении с такой гармонией очень странно встречать вопрос о недостаточной прочности свода, потому что объяснить, определить, почувствовать прочность привычных нам железобетонных перекрытий, куда сложнее. Лучшим ответом на вопрос могла бы стать беседка со сводчатым перекрытием в парке, где, укрываясь от дождя или яркого солнца, человек мог бы увидеть и со временем оценить все качества этой увлекательной конструкции.
В сравнении с монолитным перекрытием свод может быть не только гармоничен, но и экономичен. В первую очередь это касается индивидуального строительства, где для бетона надо делать специальную опалубку, а для сводчатого перекрытия опалубка не теруется, нужны лишь лёгкие шаблоны для выкладывания арок каркаса. Вторым преимуществом при строительстве свода является совсем незначительное, по сравнению с монолитными перекрытием, количество арматуры. Обычно арматура в своде применяется для устройства затяжек над арками, между опорами. В третьих свод может быть тоньше и легче бетонного перекрытия, но при этом надо учитывать что для прочности свода требуется делать более массивные опоры и если свод используется в качестве междуэтажного перекрытия, то ещё и выравнивающие стенки над ним, для устройства пола. Четвёртой особенностью строительства свода, можно назвать лёгкость работы для строителей, при которой не нужно таскать тяжести, соответственно отпадает потребность в дорогой строительной технике, такой как мобильный бетононасос и машина бетономешалка. При этом, конечно, здесь больше требуется мастерство каменщика, но это просто работа, которой можно научиться.
Из перечисленных особенностей, и практики, можно сделать вывод что строительство свода сопоставимо по цене с монолитным перекрытием, а при стечении некоторых обстоятельств может быть выгоднее. При этом сводчатое перекрытие, кроме эстетических имеет ещё некоторые рациональные особенности. Такие как противопожарность и хорошая акустика. Противопожарность возникает из за отсутствия арматуры в перекрытии, а хорошая акустика возникает благодаря расчлененной поверхности свода построенного из твёрдого материала.
Плюсом к материальной стороне дела, может быть то, что свод не нуждается в дополнительной отделке. Вид камней, то как они взаимодействуют между собой очень хочется видеть, находясь внутри. Поэтому лучшей отделкой может быть очистка его от заусенцев после строительства, а так же, если потолок покажется слишком пёстрым, его можно тонко отшпаклевать и покрасить. Получиться поверхность подобная побелке старых церквей, через которую остаются видны камни.
Если свод является не просто перекрытием, а важным предметом интерьера, то лучшим способом украсить его будут скульптурные камни, которые надо заранее подготовить и вставить в кладку свода, в местах пересечения арок — нервюр. Такие камни специально подготовленные для своего места, облегчат работу строителям, им не придётся подпиливать кирпичи. Зритель же увидит в изображениях на камне душу, что одухотворит, в его глазах, всю конструкцию целиком.
Арочная конструкция, частным случаем которой является свод, изобретена давно и применяется сейчас, не потому-что симпатична. Дело в конструктивной идее, природе строительного материала и желании строить долговечно. Долговечным материалом, среди того что нас окружает, является камень. Особенность камня в том что он очень хорошо сопротивляются сжатию, и именно это физическое свойство использует арка в своей идее. Идея арки в том что все её элементы только сжаты. Таким образом из сочетания формы и камня появилась практичная и долговечная конструкция.
Логически и исторически, свод произошел от арки. Первые своды представляли собой повторяющиеся арки склеенные между собой. При этом с торца такой свод заканчивался стенкой в которой можно было сделать дверь или окошко. Разновидностью арочного свода можно считать купол, имеющий ту особенность, что окошко или дверь в нём нельзя сделать без усложнения конструкции. Таким усложнением является врезка одного свода в другой. Сложность здесь в том что при пересечении сводов, нужно сделать перевязку камней в месте пересечения поверхностей. Из за непрямолинейной геометрии, это сложно и трудно. Чтобы избежать этого затруднения был придуман арочный — нервюрный каркас. Нервюры построенные под линией пересечения, усиливают и одновременно декорируют это неудобное место. Но ещё большее значение нервюрный каркас имеет для всего здания целиком.
В отличие от балки которая изгибается, арка сжимается и создаёт распор в точках опоры. То есть опираясь на стены арка расталкивает их. Величина распора зависит от массы арки и от её высоты. Чем легче арка и больше её высота, тем меньше она действует на стены. В свою очередь стены остаются неподвижны если они достаточно тяжёлые и толстые, имеют хороший фундамент.
Строительство сводов в Римской империи развивалось на базе уже имевшегося строительного комплекса и в соответствии с ним. Была осуществлена идея строительства свода из бетона уложенного в несъемную опалубку из обожженного кирпича. Для этого сначала устраивался деревянный настил в форме будущего свода. На настил укладывались кирпичи плашмя и на ребро, что-бы обеспечить перевязку с монолитом. В завершение, рабы — рабочие низкой квалификации, укладывали сверху бетон из мелкого камня и цемента, добываемого в окрестностях Везувия. Своды построенные таким образом были толстые и тяжёлые что требовало ещё более тяжёлых стен и фундаментов, что-бы противодействовать распору возникающему от свода.
Римская империя строила чтобы подтвердить своё господство в колониях и усладить граждан в столице. В этом контексте высокие затраты выглядели сами по себе как символ власти и свою цель оправдывали. С распадом римской империи, потребность строить перешла к городским общинам, которые соревновались с соседями за власть над территорией. Но это было совсем другое время. Дороги для провоза материалов были закрыты, рабов не было, ресурсы были минимальны. В таких условиях нужен был другой способ строить, что бы иметь возможность обойтись своими силами и превзойти всех.
Способом облегчить строительство зданий со сводами стало применение нервюрного каркаса. Нервюрный каркас представляет собой систему арок под поверхностью свода. Кроме того что нервюры упрощают соединение частей свода, они одновременно являются рёбрами жесткости и позволяют сделать участки свода между нервюрами тоньше, а свод целиком легче. Работа нервюрного каркаса в конструкции заключается в том, что он собирает на себя нагрузку от свода и передаёт ее на участок стены который специально усиливается для ее восприятия. Остальная стена, в промежутке между опиранием нервюр, в работе не участвует и может быть заменена окном или тонким простенком. Таким образом нервюры позволили облегчить свод, стены и как следствие фундамент. Уменьшилась трудоёмкость работ и количество нужного для стройки материала.
Достижения готической архитектуры, главным элементом которой был нервюрный свод, интересны вместе с условиями в которых эта архитектура существовала. Город зарабатывал деньги и часть отдавал на строительство. Строители берегли деньги на свои нужны и старались всё делать сами, внутри своего цеха. Скульпторы соревновались за лучшее место для своего произведения. Каждая придуманная новация в конструкции или отделке, тотчас входила в общее употребление. Всё быстро совершенствовалась потому что люди были заинтересованы в своём деле.
С появлением новых империй интересы поменялись. Масштабное строительство потребовало привлечения низкоквалифицированной рабочей силы. Соответственно имеющимся возможностям ставились и задачи. Например технология строительства дома заключалась в том, что строилась каменная коробка и параллельно объявлялся конкурс среди подрядчиков на изготовление и установку карнизов. В условиях такого конвейера индивидуальный подход свойственный готическим зданиям с их замысловатой конструкцией и рачительным строительством, проигрывал с точки зрения валового продукта и заменялся типовым подходом.
В дальнейшем к идеи строить тонкие и лёгкие своды регулярно возвращались. Примером тому может быть построенная в стиле барокко дрезденская церковь Богоматери, своды архитектора и инженера Густовино в Америке, работы Гауди и Cesar Martinell i Brunet в Испании, на Кубе (школа искусств) и тд.
В настоящее время, для применения сводов нет никаких препятствий. Затяжки из арматуры использованные для восприятия распора от свода позволяют облегчить конструкцию здания. Компьютерное моделирование обеспечить индивидуальный подход в массовом проектировании. Строительные механизмы сделать квалифицированный труд производительным. Вместе это соответствует актуальным задачам энергосбережения и экологичности как результата, так и самого процесса строительства.
Институты по всему миру сейчас интересуются конструкцией сводчатого перекрытия, учат студентов, удостаиваются наград на архитектурных биеннале. Примером этому исследовательская группа Block Research Group (BRG) в Институте технологии в архитектуре в Цюрихе, компания Light Earth Designs LLP из Кембриджа, имеют номинации 1,2,3,4 соответственно. Ещё Ауровильский институт земли в Индии, Pittet artisans Sàrl в Швейцарии, Школа гражданской и экологической инженерии в Южной Африке и другие. Даже у меня в Москве и Новосибирске, состоялось два учебных мероприятия по строительству свода которые собрали достаточно участников, и подтвердили интерес к этой теме.
Обычно для помещений применяется крестовый свод который имеет четыре точки опоры. Четыре щековых арки по краям и две диагональных с пересечением в середине. При этом верх диагональных арок на несколько сантиметров выше щековых. Такая конструкция позволяет хорошо осветить потолок естественным светом, потому что его высота оказывается близкой к уровню окон, а дальняя от окон часть повёрнутой к свету из них. Удобным, при применении крестового свода, является то, что он не уменьшает внутренне пространство помещения и позволяет иметь вертикальные стены, до самого потолка.
Размер свода должен соответствовать помещению или его части, потому что поделить свод на несколько помещений перегородками в произвольном месте затруднительно. При этом каждая точка опоры свода на наружную стену здания проявляется в виде выразительного, силового элемента на фасаде, а промежуточная опора свода внутри здания, должна встретить противодействие другого свода. Поэтому при составлении плана здания со сводами, необходимо соблюдать пропорции между помещениями, что-бы каждый из размеров плана соответствовал половине, трети, четверти и тд, большого помещения.
Кроме определенного размера, каждый свод имеет один или несколько центров, которые находятся в месте пересечения нервюр свода. Находясь в помещении со сводами зритель обязательно обратит внимание на общую композицию помещения, расположение окон и дверей относительно этих центров. Это не значит что дверь или окно должны быть обязательно посередине простенка, но требует найти какую то композиционную взаимосвязь.
Все эти особенности применения свода требуют от архитектора при проектировании здания создания взаимоувязанной композиции всего в целом, соблюдения пропорций на плане и фасаде, большой изобретательности и творческого подхода к решению частных задач. Результат этой работы остаётся виден и понятен зрителю, вызывает интерес и представляет собой самостоятельную ценность вместе с построенным домом.
В виду значимости архитектурной композиции для проектирования здания со сводами, и долговечности здания во времени, в течении которого может поменяться всё вокруг, сам подход к проектированию имеет свои особенности. Здесь не дом приспосабливается к хозяину, а будущий хозяин планирует дом к которому было бы легко приспособиться. Ведь многие процессы в нашей жизни быстро меняются и требуется не точное удовлетворение их нужд, а помещения в которых одинаково удобно разные процессы могут менять друг друга. В этом контексте, задание на проектирование представляет собой определение величены общей системы помещений и размера ее основных элементов. При этом оставаясь свободным от частностей, основное внимание уделяется вписанию дома в среду, ориентации по сторонам света, открывающимся видам из окон, восприятию здания с основны видовых точек, композиции интерьера и тд.
Практически, в настоящее время, тема свода имеет несколько основных перспектив. Первая, научные исследования в области архитектуры, конструкции и технологии, в интересах строительной индустрии. Вторая перспектива применения свода в частном строительстве, где благодаря всей совокупности его качеств возможно получить хороший результат при разумных затратах. Третьей областью применения сводов может стать образовательно — экологическое строительство, движимое идеей практического изучения старинной технологии, гармонии между человеком и природой.
