Kaari ( fr. arc , it . arco , lat. arcus - kaari, mutka, it. Bogen ) - arkkitehtonisen rakenteen tyyppi, aukon kaareva päällekkäisyys - kahden tuen välinen tila - pilarit , pylväät . Syvällä jatkuva kaari muodostaa holvin . Näin kaaresta tulee holvirakenteen "opas" [1] . Arkkitehtuurin historiassa tunnetaan puoliympyrän muotoiset, lansetti- , laatikko- , kohotetut, lupaavat, litteät, lansolaattiset , kolmi- ja moniteräiset, hevosenkengän muotoiset , kielelliset kaaret [2] .
Kuten mikä tahansa holvirakenne , kaari luo sivusuuntaisen työntövoiman. Kaaret ovat pääsääntöisesti symmetrisiä pystyakselin suhteen. Sarja kaaria muodostaa pelihallin . Erikoistapaus pelihallista, joka perustuu suoraan pääkirjoihin (tai impostien kautta ) järjestyssarakkeisiin - järjestys arcade . Suoraan sivupilareihin lepääviä kaarien pohjaa kutsutaan kantapääksi ; niiden välinen etäisyys on kaaren jänneväli .
Perinteisesti kaari asetettiin kiilamaisista kivistä tai tiilistä alhaalta ylöspäin sivutuista alkaen. Ylintä, keskimmäistä ja viimeistä kiilanmuotoista kiveä kutsutaan linnaksi , holvin avaimeksi tai agraphiksi. Sen rakentavaa merkitystä korostaa koko tai koristemascaron . Jotta kaari ei putoaisi muurauksen aikana, se on tuettu alhaalta väliaikaisilla puisilla ympyröillä. Etäisyyttä kantapäästä "linnaan" kutsutaan kaaren nostonuoleksi , se määrittää sen muodon, yläpiste on viilto . Kaaren ulompaa kohokuviota (profiloitua) kehystä kutsutaan arkivoltiksi . Seinän tason osaa kaaren arkivoltin ja sen yläpuolella olevan karniisin välillä tai vierekkäisten holvikaarien välissä arkadissa kutsutaan antrevoltiksi . Antrevoltteja täydennetään usein pyöreillä kohokuvioiduilla medaljoneilla, mosaiikki- tai maalatuilla koristeilla tai ne on tehty harjakattoisiksi (läpi), mikä korostaa rakentavan kuorman puuttumista näissä elementeissä. Kaaren tai holvin sisäpinta, joka määrää sen syvyyden ja usein koristeltu koristeilla , on intrados ( espanjaksi intrados - entry) [3] .
Kaaret ilmestyivät ensimmäisen kerran 2. vuosituhannella eKr. e. muinaisen idän arkkitehtuurissa : muinainen Egypti , muinainen Mesopotamia , muinainen ja hellenistinen Syyria . Näissä maissa oli pulaa rakennuspuusta ja kivestä, joten ne rakensivat pääasiassa raaka- ja paistetuista tiilistä . Tällaisesta materiaalista oli vaikea saada aikaan merkittäviä päällekkäisyyksiä. Siksi luonnonolosuhteet rakennusperinteiden muodostumiselle näissä maissa kannustivat etsimään uusia rakenteita. Tällaisia rakenteita tuli kaaresta ja holvista.
Muinaisessa Kreikassa rakentajat eivät käytännössä käyttäneet kaaria ja holveja (lukuun ottamatta varhaista, Kreeta-Mykeneen tai Minolaista kulttuuria), ja kivitemppelien sisätilat peitettiin litteillä, arkkitehtuurisilla rakenteilla: joko puu- tai marmorilohkoilla, joka vaati suuren määrän tukia rakennuksen sisällä. Muinaiset roomalaiset sen sijaan lainasivat idean kaarista ja holveista idästä ja sovelsivat niitä laajasti arkkitehtuurissaan. Puoliympyrän muotoiset holvit ja kaaret ovat romaanisen arkkitehtuurin tunnusomaisia elementtejä. Goottilaisella aikakaudella vapaamuurarit (muurarit), jotka lisäsivät goottilaisten katedraalien sisätilaa, kohtasivat ongelman lisätä perustuksiin (seinät, pylväät) kohdistuvaa sivuttaista työntövoimaa. He ratkaisivat tämän ongelman loistavasti vapauttamalla rakennuksen seinät ja sisäiset tuet kuormasta, siirtämällä sen ulkoisiin tukiin ( tukien ja lentävien tukitukien järjestelmä ) ja antamalla kaareille lansetin muodon. Lansetin muotoiset kaaret luovat pienemmän sivuttaisvälikappaleen, mutta ns. yhdistetty ruohojärjestelmä (jännevälit) ehdotti sivuttaislansettien (poskikaarien) korkeuden yhdistämistä diagonaalisiin puoliympyröihin - elossa .
Kristillisten kirkkojen arkkitehtuuriin ilmestyi uusia termejä. Keskiristin neljää puoliympyrän muotoista kaaria (laivan ja risteyksen leikkauskohta) eli kupolinalaista tilaa alettiin kutsua jousikuormitetuiksi. Neljän purjeen tai pandatiivin kautta kupolin rumpu lepää kaarissa, minkä vuoksi niitä kutsuttiin jousikuormitetuiksi. Yhtä näistä kaarista, joka ennakoi sisäänkäyntiä itäiseen alttariosaan, kutsutaan voitonheitoksi.
Kaari on tasaisen ääriviivan kaareva palkki, tukeva rakennusrakenne. Toisin kuin palkki, joka kokee normaalin mekaanisen rasituksen , kaari kokee tangentiaalista mekaanista rasitusta , joka aiheuttaa vaakasuoran tukireaktion (työntövoiman). Kaari eroaa holvista vain paljon pienemmällä leveydellä . Pystykuormituksessa kaari toimii enemmän puristuksessa ja vähemmän taivutuksessa.
Kaaret ovat saranoimattomia, kaksisaranaisia ja kolmisaranisia; jos kaaren tukipäät on yhdistetty sauvalla (vaakasuoran reaktion havaitseva puffaus), saadaan kaari, jossa on puffaus.
Kantapään keskipisteiden välistä etäisyyttä kutsutaan lasketuksi kädentieksi. Nostopuomin kasvaessa kaaren välikappale pienenee. Kaaren akseli valitaan siten, että taivutuspuristus on minimaalinen; silloin kaari on vahvin ja kestävin. Kaaren lujuus riippuu sen muodosta. Yksinkertaisimmat kaaret ovat puoliympyrän muotoisia, mutta teoriassa vahvimmat ovat paraabelin tai ajojohdon muotoisia kaaria . Parabolisia kaaria käytti ensimmäisenä espanjalainen arkkitehti Antoni Gaudí . Tällaiset kaaret siirtävät koko työntövoiman tukiseinään eivätkä vaadi lisäelementtejä.
Sokean aukon peittäviä kaaria kutsutaan sokeiksi . Yksi tämän tavoitteista on lisätä seinän lujuutta materiaalia säästäen. Muinaisina aikoina tunnettiin tekniikka, jossa sen helpottamiseksi tehtiin kaari, esimerkiksi kun seinässä oleva aukko peitettiin tasaisen kaaren muotoon, jonka purkamiseksi sen päälle tehtiin sokea kaari.
Kaarevien rakenteiden laskenta perustuu kaarevan tangon, muun elementin kuin suoran palkin laskentaan, jonka akseli on jonkinlainen kaareva viiva (akseli on linja, joka kulkee elementin poikkileikkausten painopisteiden kautta ). Hyväksyttävällä likimäärällä leikkausjännitykset poikittaisvoimasta kaareville tankoille voidaan määrittää käyttämällä samaa Zhuravsky- kaavaa kuin suorille palkkeille [4] :
,missä
Näin ollen kaarevien tankojen leikkausjännitysten lujuusehto esitetään seuraavasti [4] :
.Normaalivoiman aiheuttamat jännitykset kaarevassa tangossa ovat kohtisuorassa poikkileikkaukseen nähden ja jakautuvat tasaisesti sen alueelle, eli [4] :
,missä
Taivutusmomentti, kuten suorassa palkissa, aiheuttaa vain normaaleja jännityksiä kaarevassa tangossa. Niiden jakautuminen osan korkeudelle määritetään seuraavalla kaavalla [4] :
,missä
Osoittautuu, että toisin kuin suorassa palkissa, jossa jännitykset jakautuvat lineaarisen lain mukaan, kaareutuvassa sauvassa normaalit jännitykset hetkestä jakautuvat hyperbolisen lain mukaan. Tästä seuraa useita tärkeitä johtopäätöksiä, nimittäin: kun kaarevaa sauvaa taivutetaan, neutraali akseli ei kulje osan painopisteen läpi; jännitykset elementin ulkokuiduissa ovat pienemmät kuin samalla suoran palkin taivutuksella, ja sisäkuiduissa - enemmän; Jännitysten kasvu osan korkeudella tapahtuu eri nopeuksilla. Suurin stressi saavutetaan sisältä. Niiden syvyys kuitenkin pienenee nopeasti. Jos rakenne toimii staattisessa tilassa ja on valmistettu muovimateriaaleista, jotka eivät ole alttiina hauraalle murtumiselle, ylijännitteet osan sisäreunassa eivät välttämättä aiheuta vaaraa [4] .
Kaava normaaleille jännityksille tästä hetkestä näyttää tältä [4] :
,ja kaava kaarevan tangon normaalille kokonaisjännitykselle [4] on:
.Neutraalin kerroksen kaarevuussäde määritetään yhtälöstä [4] :
.Kaavoista seuraa, että mitä pienempi on tangon kaarevuussäteen suhde sen poikkileikkauksen korkeuteen, sitä enemmän kaarevan tangon työ eroaa suoran palkin työstä. Kun akselin säde on paljon suurempi kuin poikkileikkauksen mitat, kaarevan tangon työ on samanlainen kuin suoran palkin työ ja normaalit jännitykset ovat näissä tapauksissa lähes yhtä suuret. Useimmiten rakennusrakenteiden kaaret kuuluvat toiseen kaarevien tankojen luokkaan. Ensimmäinen voidaan selittää useiden kaarevien osien ansioksi: koukut, ketjujen lenkit, renkaat jne. [4] .
Kaarevissa tangoissa esiintyvät muodonmuutokset määritetään yleensä seuraavilla lausekkeilla [4] :
missä
Useimmissa tapauksissa kaarevuuden vaikutus voidaan kuitenkin jättää huomiotta muodonmuutoksia määritettäessä [4] .
Kaaren akselin ääriviivat voivat olla monipuolisimmat, mutta seuraavat tyypit ovat yleisempiä:
Yleisimmät ovat seuraavan tyyppiset kaarien suunnittelumallit [5] :
Jokaisella tyypillä on hyvät ja huonot puolensa, ja suunnitteluinsinööri päättää tietyn mallin valinnan sekä lujuusvaatimusten että kaaren tiettyjen materiaalien tarpeen, arkkitehtonisten tehtävien, kustannusten ja paikallisten rakennusolosuhteiden perusteella. Joten esimerkiksi kolmisaranainen kaari on staattisesti määrätty järjestelmä , jonka vuoksi tällainen rakenne ei ole niin herkkä lämpötilavaikutuksille ja tukien saostumille. Kolmisaranaiset kaarirakenteet ovat myös käteviä asennustöiden ja kuljetuksen kannalta, koska ne koostuvat kahdesta erillisestä osasta. Ylimääräisen saranan läsnäolo johtaa kuitenkin suuriin momenttien eroihin molempien osien pituudella, mikä vaatii vastaavasti lisämateriaalin kulutusta. Tässä suhteessa sitä vastapäätä on saranoitumaton kaari, jolla on tukien viiden kaaren puristumisesta johtuen suotuisin momenttien jakautuminen pituussuunnassa ja se voidaan valmistaa minimaalisilla poikkileikkauksilla. Mutta tukien puristuminen puolestaan johtaa tehokkaampien perustusten tarpeeseen, kaari on herkkä sekä tukien liikkeille että lämpörasituksille. Yleisin on kaksisaranainen kaari. Koska se oli aikoinaan staattisesti määrittelemätön järjestelmä, sillä on myös hyvä momenttien jakautuminen pituudella ja se eliminoi massiivisten tukien tarpeen [5] .
Käytettäessä kaaria lattioina ne lasketaan yleensä tasaisesti jakautuneelle kuormitukselle (kuorma päällekkäisistä lattiarakenteista , lumikuorma, kuorma kaaren omasta painosta). Laskennan aikana rakennetaan kaavioita kaaren osissa syntyvistä voimista, joiden mukaan määritetään vaarallisimmat osat. Kaavat voimien määrittämiseksi missä tahansa kaaren osassa ovat seuraavat [5] :
1. Taivutusmomentti
,missä
Työntövoima määritetään lausekkeesta [5] :
,missä
2. Pituussuuntainen voima
,missä
3. Leikkausvoima
.kolmion muotoinen
Pyöreä tai puolipyöreä
Pyöreä kalteva kaari tai segmentaalinen
Hiipivä tai vino kaari
Tasainen puristettu kaari
Kolmiliuskainen kaari
kolme keskikaari
elliptinen kaari
kovera kaari
Kiiltynyt kaari
Kääntynyt kiilaholvi
Neljän keskuksen kaari (tudor tai persialainen)
parabolinen kaari
Kaaret erotetaan muodon mukaan:
Kaaret rakennetaan myös erillisinä rakenteina:
Puoliympyrän muotoinen (puoliympyrän muotoinen) kaari - kaari, jolla on puoliympyrän muotoinen kaari , jonka keskus sijaitsee kaaren kantapään tasolla.
Yksinkertaisin ja yleisin kaarityyppi. Esiintyy eri aikakausien, maiden ja tyylien arkkitehtuurissa. Tunnusomaisin klassiselle arkkitehtuurille , jossa se on useimmiten kehystetty arkivoltilla ( latinan sanasta arcus volutus - "kehyskaari") tai korostettu rivillä kiilamuotoisia kiviä, joiden keskellä on Keystone . Se lepää yleensä pylväillä .
Luchkovy-kaari - kaari, jonka muoto on noin neljäsosa ympyrästä. Muinaisessa Roomassa tämän muotoiset kaaret toimivat kattona asuinrakennusten ikkuna-aukoille. Tyypillinen esimerkki palkkikaaren käytöstä on segmentaalinen kaarisilta .
Idässä puoliympyrän muotoinen kaari on käynyt läpi voimakkaimman muodonmuutoksen, muuttuen ns. lansetiksi tai murtuneeksi kaareksi, jonka kaaret leikkaavat kulmassa.
Muoto erottaa useita lansettikaarityyppejä:
Kaarevat muodot ovat luonnossa hyvin yleisiä, sillä ne ovat vain pieni osa luonnon esineille ominaisista kaarevista esineistä ja pinnoista. Ne voidaan tehdä kivestä, jäästä, puusta. Luonnon kaarevat muodot ovat todennäköisesti vaikuttaneet ihmisten käyttöön rakennusrakenteissa. Koska ne olivat usein kulkukulkua paikasta toiseen, he alkoivat kantaa pyhää merkitystä, joka symboloi eräänlaista portaalia paikkaan, jossa on mahdollista odottaa jotain uutta ja aiemmin tuntematonta . Eroosion seurauksena kaarevilla kivirakenteilla on merkityksetön rooli vuoristorakentamisessa , ja niiden tutkiminen mahdollistaa lisätietoa maan päällä tapahtuvista prosesseista.
.
Archesin kansallispuiston (Utah, USA) luokituksen mukaan kiviaukon on oltava vähintään 3 jalkaa (0,914 metriä) leveä ja sijoitettava riittävän suuressa seinässä, jotta sitä voidaan pitää kaarena. Samaan aikaan luonnollisten vesistöjen sekä kuivien kanavien läpi kulkevia kaaria kutsutaan luonnollisiksi silloiksi. Kivien reikiä, jotka sijaitsevat riittävän kaukana reunoista ja jotka eivät vaikuta kallion muotoon, ei pidetä kaareina [6] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|