Каркасная система готической архитектуры

Руинированный собор аббатства Сен-Жан де Винь, Суассон, демонстрирует обнажённый каркас фасада готического здания

Каркасная система готической архитектуры — совокупность конструктивных строительных приемов, появившаяся в готике, которая позволила изменить распределение нагрузки в здании и заметно облегчить его стены и перекрытия. Благодаря данному изобретению архитекторы средневековья смогли значительно увеличить площадь и высоту возводимых сооружений.

Основными элементами конструкции являются контрфорсы, аркбутаны и нервюры.

Характеристика

Два варианта распределения нагрузок: романика и готика

Главной и в первую очередь бросающейся в глаза чертой готических соборов является их ажурная структура, представляющая собой резкий контраст массивным конструкциям предшествующей романской архитектуры.

Распределение нагрузки

Техническим прорывом архитекторов готики явилось их открытие нового способа распределения нагрузки. (Любое свободностоящее здание испытывает два вида нагрузок: от собственного веса (включая перекрытия) и погодные (ветер, дождь, снег). Затем оно передает их вниз по стенам — к фундаменту, нейтрализуя затем в земле. Именно поэтому каменные здания строятся более основательно, чем деревянные, так как камень, будучи тяжелее древесины, подвергается большей угрозе обрушения в случае ошибки в расчетах). В романской архитектуре, отчасти являющейся наследницей древнеримской, несущими частями здания были все стены целиком. Если архитектор желал увеличить размер свода, то таким образом увеличивался и его вес, и стену приходилось утолщать, чтобы она могла выдержать вес такого свода.

Восточный фасад собора Парижской Богоматери. Отчетливо видны «ножки»-аркбутаны, отходящие от стен абсиды

Решающей для развития готики стала догадка, что вес и давление каменной кладки могут концентрироваться в определенных точках, и если их поддержать именно в этих местах, другим элементам постройки уже не обязательно быть несущими. Так возник готический каркас — хотя предпосылки для него появились несколько ранее:"Исторически этот конструктивный прием возник из усовершенствования романского крестового свода. Уже романские зодчие в некоторых случаях выкладывали швы между распалубками крестовых сводов выступающими наружу камнями. Однако такие швы имели тогда чисто декоративное значение; свод по-прежнему оставался тяжелым и массивным"^[1].

Отличия в работе конструкций

Романика	Готика
Нагрузку передают стены по всей длине собора	Нагрузку передают элементы каркасной конструкции, равномерно распределенные по периметру здания
Колонны не имеют особенного значения	Колонны вместе с контрфорсами и аркбутанами — главные несущие элементы здания
Толстые массивные стены, толщиной в несколько метров, несут нагрузку	Тонкие стены, возведенные между колоннами, являются ненесущими перегородками
Небольшие объемы здания	Собор может иметь колоссальный размер
Потолки не очень высокие	Своды очень высокие
Окна небольшие, так как прорезают несущую стену и не должны уменьшать ее несущую способность	Окна могут занимать весь простенок между колоннами, вместо перегородки
Все помещения разграничены между собой массивными стенами, простенками и колоннами	Помещения визуально объединены в одно целое благодаря тонкости опорных колонн

Новаторство технического решения состояло в следующем: свод перестали опирать на сплошные стены здания, массивный цилиндрический свод заменили ажурным нервюрным крестовым (см. ниже), давление этого свода передается нервюрами и арками на столбы (колонны). Возникающий таким образом боковой распор воспринимается аркбутанами и контрфорсами.

Аркбутаны Страсбургского собора

«Нервюрный свод был значительно легче романского: уменьшались и вертикальное давление, и боковой распор. Нервюрный свод своими пятами опирался на столбы-устои, а не на стены; распор его был наглядно выявлен и строго локализован, и строителю было ясно, где и как этот распор должен быть „погашен“. Кроме того, нервюрный свод обладал известной гибкостью. Усадка грунта, катастрофическая для романских сводов, была для него относительно безопасна. Наконец, нервюрный свод имел еще и то преимущество, что позволял перекрывать пространства неправильной формы»^[1].

Таким образом, конструкция сильно облегчается за счет перераспределения нагрузок. Прежде несущая, толстая стена превратилась в простую легкую «оболочку», чья толщина больше не влияла на несущую способность здания. Из толстостенного здания собор превратился в тонкостенный, но зато «подпертый» по всему периметру надежными и элегантными «подпорками».

Кроме того, готика отказалась от полуциркульной, обычной арки, заменяя её везде, где только можно стрельчатой. Использование стрельчатой арки в сводах позволяло уменьшить их боковой распор, направляя значительную часть давления прямо на опору — причем, чем выше и заостреннее арка, тем меньше она создает боковой распор на стены и опоры. Массивный свод заменился ребристым сводом, эти ребра—нервюры диагонально перекрещивались и воспринимали нагрузку. Пространство между ними заполнялось простой запалубкой — легкой кладкой кирпича или камня.

Полученные преимущества

• Большая экономия строительного материала
• Увеличение высоты здания, а также освещенности его внутреннего пространства
• Объединение внутреннего пространства в одно целое
• Сокращение сроков строительства

Конструктивные элементы

Розетка — замковый камень нервюрного свода

• Аркбутан — это наружная каменная упорная арка, которая передает распор сводов главного нефа на опорные столбы, отстоящие от основного корпуса здания — контрфорсы. Завершается аркбутан наклонной плоскостью по направлению ската кровли. В ранний период развития готики встречаются аркбутаны, скрытые под крыши, но они мешали освещать соборы, поэтому вскоре они были выведены наружу, и стали открытыми для обозрения извне. Аркбутаны бывают двухпролетные, двухъярусные, и комбинирующие оба этих варианта.
• Контрфорс — в готике вертикальная конструкция, мощный столб, способствующий устойчивости стены тем, что своей массой противодействует распору сводов. В средневековой архитектуре догадались не прислонять его к стене здания, а вынести его наружу, на расстояние в несколько метров, соединив со зданием перекинутыми арками — аркбутанами. Этого было достаточно для эффективного переноса нагрузки со стены на опорные колонны. Внешняя поверхность контрфорса могла быть вертикальной, ступенчатой или непрерывно наклонной.
• Пинакль — остроконечная башенка, которой нагружали вершину контрфорса в месте примыкания к нему аркбутана. Это делалось с целью предотвращения сдвигающих усилий.

Реймский собор: столб-устой «пучок колонн», капитель «пята свода» и опертые на неё нервюры

• Столб-устой — мог быть простого сечения, или же представлять собой «пучок колонн».
• Нервюра — ребро арки свода, выступающее из кладки и профилированное. Система нервюр образует каркас, поддерживающий облегченную кладку свода. Делятся на:
  • Щековые арки — четыре арки по периметру квадратной ячейки в основании свода.
  • Ожива — диагональная арка. Почти всегда полуциркульная.
  • Тьерсерон — дополнительная нервюра, идущая от опоры и поддерживающие посередине лиерны.
  • Лиерны — дополнительная нервюра, идущая от точки пересечения ожив к щелыге щековых арок.
  • Контрлиерны — поперечные нервюры, связывающие между собой основные (т.е. оживы, лиерны и тьерсероны).
  • Запалубка — в нервюрном своде заполнение между нервюрами.
  • Замковый камень (розетка)

Готические своды

Стрельчатый крестовый свод

Важнейшим элементом, изобретение которого дало толчок прочим достижениям инженерной мысли готики, стал нервюрный крестовый свод. Он же стал основной конструктивной единицей при сооружении соборов. Основной признак готического свода — четко выраженные профилированные диагональные ребра, составляющие основной рабочий каркас, воспринимающий основные нагрузки.

Предыстория его возникновения такова — сначала путем пересечения под прямым углом двух цилиндрических сводов возник крестовый. В нём, в отличие от цилиндрического, нагрузка уходит не на две боковые стены, а распределяется на угловые опоры. Вес подобных сводов, тем не менее, был очень велик. В поисках способа облегчения свода строители стали усиливать каркасные арки, которые образовывались на пересечениях крестовых сводов. Затем заполнение между ними становилось все тоньше и тоньше, пока свод не стал полностью каркасным.

Подобные каркасные арки получили название нервюр (фр. nervure — жилка, ребро, складка).

Фото нервюрного свода снизу: 4 щековые арки и две диагонально пересекающиеся.

Церковь Сан-Франческо в Ассизи. После землетрясения обнажились нервюры, а кладка заполнения обрушилась

Нервюрные своды представляли собой квадратные в плане ячейки. Они связывали между собой опоры пролётов нефа. Со временем сложилась т. н. связанная система — на каждый квадрат широкого главного нефа приходилось по два меньших, боковых. Эта система обеспечивала большую прочность и особый ритм внутреннего пространства храма^[2].

Фото звездчатого свода снизу

Каркас простейшего нервюрного свода состоит из 4 арок по периметру квадрата — щековых арок, и 2 диагонально пересекающихся — ожив. При полуциркульном профиле щековые арки оказываются ниже диагональных, что заставляло выкладывать заполнение между ними сложной формы. С введением стрельчатой арки согласовывать высоту стало очень легко — щековые арки стали делать стрельчатыми (будто сложенными в щелыге — хребте свода), а оживы сохранили полуциркульную форму. Распалубки опираются на нервюры, что позволяет сосредоточить давление только на угловых опорах. Эти распалубки выкладывались как самостоятельные малые своды, опиравшиеся на диагональные ребра.

Звездчатый свод — форма крестового готического свода. Имеет вспомогательные ребра — тьерсероны и лиерны. В каркасе четко выделяются основные диагональные ребра крестового свода.

По мере развития стиля и технологии архитекторы стали вводить все больше дополнительных деталей. Так, иногда они устанавливали дополнительные нервюры, идущие от точки пересечения ожив к стреле щековых арок — т.н. лиерны. Затем они устанавливали промежуточные нервюры, поддерживающие лиерны посередине — тьерсероны. Кроме того, они иногда связывали основные нервюры между собой поперечными нервюрами, так называемыми контрлиернами.

Таким образом, количество нервюр увеличивалось от шести арок до 10, 12 и т.д.

В начальный период развития готической архитектуры пространство (квадрат или прямоугольник в плане), перекрытое одним крестовым сводом, представляет собой (так же как и в романской архитектуре) самостоятельную пространственную единицу. Поздняя готика отказывается от трактовки пространства как составного и постепенно приходит к пониманию его как единого целого. Этого удалось достигнуть путем усложнения крестового свода введением дополнительных ребер, которые дробили свод на более мелкие части^[3].

Варианты нервюрных сводов

Схемы разнообразных вариантов нервюрного свода

Капелла Клюни: нервюры свода, опертые на пяты,
находящиеся в стенах, а не на колоннах.

В готических соборах можно найти множество вариантов переплетения нервюр, многие из которых не имеют названия. Несколько основных типов:

Название[4]	Иллюстрация	Определение
Крестовый свод (quadripartite rib vault)		Простейший вариант нервюрного свода, имеющий 6 арок и 4 поля запалубки
Шестигранный свод (sexpartite rib vault)		Усложненный вариант крестового свода, благодаря введению дополнительной нервюры, делящий свод на 6 запалубок
Звездчатый свод (lierne vault, Stellar vault)		Следующая ступень усложнения, благодаря введению лиерн, число которых может увеличиваться. Расположение нервюр приобретает очертания звезды.
Веерный свод (fan vault)		Создается нервюрами, исходящими из одного угла, имеющими одинаковую кривизну, составляющими равные между собой углы и образующими воронкообразную поверхность, напоминающую веер. Типичен для Англии («распластанная готика»).
Сетчатый свод (netvault)		Нервюры создают сетку рёбер с ячейками, примерно одинаковыми по размеру.

См.также

• Свод

Ссылки

• Quadripartite Vault. Схема
• Medieval English Gothic Architecture
• The Evolution of Gothic Vaulting
• Многочисленные варианты разверток готических нервюр

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Всеобщая история искусства. Готика
2. ↑ Энциклопедия оформителя. Готический стиль
3. ↑ Станькова Я., Пехар И. Тысячелетнее развитие архитектуры / Пер. с чешск. В.К.Иванова; Под ред. В.Л.Глазычева. – М.: Стройиздат, 1987. – С. 94.
4. ↑ Четыре варианта даны согласно Glossary of Medieval Art and Architecture