Нубійські своди- зведення оптимального купола

При влаштуванні нубийских циліндричних склепінь, поширених багато століть в Верхньому Єгипті, опалубку не застосовували. Склепіння викладали з саманного цегли похилими арками. На малюнку 1 зображено нубійський звід, якому вже 3200 років.

Мал. 1 Стародавній нубійський звід

Він знаходиться на території храму Рамзеса II, біля Луксора. Вивчені історичні споруди показали, що стародавні майстри при влаштуванні склепінь застосовували цеглу, який мав такі розміри: ширина 15 см, довжина 25 см і товщина 5-6 см. При незначній масі цеглини мали велику площу спирання, яка перешкоджала зісковзуванню цегли, покладеного в похиле становище. Кут нахилу арки приймався безпосередньо в момент її пристрою і знаходився в межах 65-70 ° по горизонталі. Натурними випробуваннями було доведено, що якщо кут нахилу арки менше вказаного значення, то нижня частина зводу може зруйнуватися в процесі його кладки, а якщо кут нахилу більше, то відбувається зісковзування цегли.

Для нубийских склепінь потрібно одна або дві вертикальні стіни, які служать опорою для похилих арок. В якості опори може також служити центральна опорна арка, викладена за допомогою опалубки (рис. 2).

Мал. 2

При кладці склепінь їх форму рекомендують вибирати таким чином, щоб конструкція працювала тільки на стиск. Традиційний спосіб кладки нубійського зводу був удосконалений співробітниками лабораторії FEB. По-перше, в нижній частині склепіння застосовували цеглу розміром 20x20x6 см, а у верхній частині - цеглу конічної форми, зі зменшеною на 1,5 см стороною. Таким чином вдалося скоротити витрати праці і заощадити розчин. Емпіричним шляхом було доведено, що при кладці склепінь на розчині оптимальної консистенції можна застосовувати цегла товщиною до 10 см. Це також призводить до економії розчину і скорочує трудовитрати. Другим удосконаленням стало використання при кладці зводу натягнутих мотузок для контролю його форми. Мотузки натягували від однієї «опорної стіни» до іншої, але закріплювали тільки з одного боку, при цьому інший кінець мотузки пропускали через кільце, і на нього підвішували камінь. Завдяки вантажу мотузка в разі удару або поштовху не рветься і її натяг не слабшає. При влаштуванні похилих арок рекомендують цеглу укладати таким чином, щоб вони стосувалися один одного внутрішніми ребрами, а шви з зовнішнього боку зводу зміцнюють клинами з уламків каменю (рис. 3).

Мал. 3

Нубийский звід з грунтового цегли розміром 10x10x20 см, викладений «в ялинку», представлений на малюнку 4. Його випробування, проведені в лабораторії FEB, показали високу стійкість конструкції. Однак під час виконання робіт було докладено значних зусиль для дотримання правильної геометричної форми зводу, незважаючи на те, що вона спочатку моделювалася.

Мал. 4

Афганські і перські купола

В Афганістані куполоподібні дахи зводять без застосування опалубки. При цьому плоскі грунтові цегли укладають під кутом 30 ° до горизонту. 5-6 будівельників викладають покриття будівлі розміром 4X4 м за півдня.

При кладці арок грунтові цеглини стикаються нижніми ребрами, а в верхній зазор вставляються клини. Укладені в розпір на несхватівшемся розчині цеглини утворюють стійку і міцну конструкцію, яка не руйнується від власної ваги, а також дозволяє витримувати навантаження від працюючих на ній фахівців. У лабораторії FEB створені різні моделі, які доводять можливість застосування цих способів зведення. Можливо також їх поєднання з іншими способами при покритті будівель різноманітних геометричних форм (рис. 5).

Мал. 5 Покриття глінобетона будівель різних форм

На малюнку 6 зображена різновид афганського куполоподібного покриття, яке раніше було широко поширене в Персії, тому його часто називають перським куполом. Похилі арки мають опори в усіх чотирьох кутах конструкції. На цій моделі в верхній частині представлені чотири склепінних отвору, які служать в якості припливної вентиляції.

Мал. 6 Перська купол

нубійські купола

Спосіб зведення нубийских куполів був відомий в Верхньому Єгипті протягом тисячоліть. Грунтовий цегла викладали в кругові ряди за допомогою шаблону (рис. 7) під кутом відносно центральної осі.

Мал. 7 Спосіб зведення нубийских куполів

Цей спосіб кам`яної кладки дозволяв уникнути зісковзування викладених цегли і вимагав застосування спеціального клинчастого цегли (рис. 8). Оскільки трудовитрати даного способу кам`яної кладки високі, при зведенні куполів цегла не розгортали, а викладали радіально.

Мал. 8 Кладка нубійського купола

Нубийский купол можна викласти тільки сферичної форми, що є головним недоліком. Кільцеві напруження розтягу в сферичних куполах виникають в нижній секції. Тому при перекритті великих прольотів слід додатково посилювати нижнє опорне кільце сталевими смугами або влаштовувати залізобетонні кільцеві балки. В іншому випадку купол може зруйнуватися, як вже траплялося на практиці.

Група «Development Workshop», Лозерт (Франція) звела вищеописаним способом купола на неяк-ких житлових будинках, адміністративних і громадських будівлях в Нігері (рис. 9). При виконанні робіт замість традиційного поворотного шаблону був використаний поворотний шаблон з ексцентриситетом, завдяки чому досягнуто форма, що дозволяє уникнути кільцевих напруг, що розтягують в нижній частині конструкції. Проте, ці напруги можуть виникнути при влаштуванні великих віконних або дверних прорізів.

Мал. 9 Зведення нубійського купола за допомогою поворотного шаблону з ексцентриситетом

Купол оптимальної форми

Фахівцями лабораторії FEB була вдосконалена технологія зведення куполів. За допомогою нового поворотного шаблону вдалося уникнути недоліків, що виникають при зведенні куполів традиційним способом, а також домогтися оптимальної форми купола без використання опалубки. При такій формі вдається уникнути як розтягують, так і стискають кільцевих зусиль. Методика отримання даної форми описується в статті 44 «Планування і розрахунок склепінних і куполоподібних дахів».

Поворотний шаблон має направляючу рейку, яка розташовується паралельно до поверхні зводиться купола і обертається по горизонталі. Напрямна рейка пов`язана з вертикальною стійкою за допомогою профілю таврового перетину. На фото нижче показано зведення купола з прольотом 7 м і висотою 6 м з допомогою поворотного шаблону в університеті м Касселя (Німеччина), в 1992 р

Мал. 10 Зведення купола оптимальної форми за допомогою поворотного шаблону

На вершині купола встановлений 16-сторонній світловий ліхтар у формі піраміди. Товщина стінок купола становить 20 см. Оптимальна форма купола була отримана за допомогою комп`ютерної програми, що дозволило уникнути кільцевих зусиль.

Для того щоб не допустити зісковзування цегли у верхніх рядах, їх укладати не прямо перпендикулярно поверхні купола, а з меншим ухилом, через що кут нахилу верхнього ряду кладки на 20 ° менше в порівнянні з традиційним зведенням куполів. Даний спосіб зведення має ще одну перевагу: звук не фокусується. Грунтові цеглини конічної форми виготовлені на пресі зі спеціальним мундштуком.

Випал грунтових куполів

Перська архітектор Надер Халілі звів в Ірані і США кілька ґрунтових куполів, які потім обпалювали зсередини.

Застосування чотирьох стихій - землі, води, повітря і вогню при зведенні будинків надає їм деякі недоліки. При спалюванні колод, гілок та лози відбувається викид шкідливих речовин в атмосферу, при цьому також витрачається багато енергії. Більш того, вогонь не можна повністю контролювати, отже, даний процес не можна вважати оптимальним. В результаті нерівномірного нагрівання цегли можуть з`явитися тріщини, що в свою чергу може привести до втрати міцності конструкції. До того ж більшість часу в цеглі при випалюванні закривається, при цьому здатність матеріалу поглинати і віддавати вологу значно зменшується, отже, втрачається головна перевага глінобетона як будівельного матеріалу.

Глинобитні будинки. Слідами старих публікацій. Зміст.