Что такое арка в архитектуре

Арка – это тип проема, имеющий форму дуги, перекинутой между двумя точками опоры, в качестве которых могут быть использованы столбы, стены, пилоны, колонны. Арочную конфигурацию может иметь и свод, когда арка является направляющей верхнего пространственного покрытия  в виде конкретной сводчатой конструкции.

Фасадная арка
Последовательность арок из известняка-песчаника украшает фасад загородной резиденции Бенилюкс. Фотография из портфолио Domoff Group

Для чего фасадам арки: устройство и назначение элемента 

Применение арки в архитектуре началось во II тыс. до н. э. В странах Древнего Востока –  Месопотамии, Сирии, Египте, – ощущался дефицит камня и дерева. Однако эти территории были богаты глиной, поэтому для возведения сооружений применяли обожженный и сырцовый кирпич. Его прочность была сомнительна для создания горизонтальных пролетов значительной протяженности. Сложившиеся обстоятельства побудили мастеров строительного дела искать новые решения, и этот поиск завершился изобретением арок и арочных сводов.

Дугообразная форма перекрытия не характерна для Эллады, за исключением раннего периода минойской культуры. Древняя Греция не испытывали недостатка ни в мраморе, ни в дереве, ни в кирпиче. 

Древнеримские архитекторы с энтузиазмом заимствовали арочный проем у восточных зодчих и активно применяли его в градостроительстве. Так полуциркульные конструкции незаметно перешли в архитектуру Западной Европы, оставив яркий след в романике (круглая форма) и готике (стрельчатые проемы). 

По законам строительной механики арка является несущей конструкцией сводчатого типа, дающей боковой распор из-за сил касательного механического напряжения. Форму выбирает заказчик; как правило, она симметрична относительно вертикали, за исключением ползучей (косой) разновидности.

Устройство арки
Устройство арки из каменной кладки с обозначением направления сил бокового распора: 1. Замковый камень 2. Клинчатый камень. 3. Внешняя поверхность свода – экстрадос. 4. Пятовый камень – импост. 5. Внутренний свод с учетом всей глубины поверхности – интрадос. 6. Стрела подъёма 7. Пролёт 8. Опорная стена.

Традиционно боковые опоры арки возводят синхронно снизу вверх из кирпичных или каменных блоков. Чтобы кладка не обваливалась, снизу сооружают подпорки – деревянные кружала –  на весь срок строительства.  

Следующие понятия являются ключевыми для понимания устройства любой арки и  арочного свода, который отличается от первой лишь шириной:

  1. Пятовые камни, или импосты – каменные блоки, служащие точками опоры для возводимой арки; располагаются с каждой стороны.
  2. Замковый камень (другое название – ключ свода) – центральный блок, который в буквальном смысле запирает всю конструкцию, уравновешивает силы, действующие на свод и опоры и таким образом повышает прочность кладки и сооружения. 
  3. Вуссуар – клинчатый строительный камень в виде усеченной пирамиды и  похожий этим на замковый;  место такого блока – между арочными пятами и ключом свода. Его, в свою очередь, можно назвать центральным вуссуаром. 

За пространственные характеристики арки отвечают следующие понятия: 

  1. Пролет – расстояние между пятами по горизонтали, а промежуток  между их центрами – расчетная пройма.
  2. Стрела подъема – расстояние от пятового камня до ключа свода по вертикали.

Поверхности как отдельно стоящих арок, так и аркад подлежат декорированию. Здесь используют следующие термины:

  • Экстрадос – внешняя поверхность свода;
  • Интрадос – внутренняя сводчатая поверхность с учетом всей глубины;
  • Архивольт – наружное обрамление арки, которое часто подвергают профилированию;
  • Антрвольт – плоскость стены, заключенная между архивольтом и расположенным над ним карнизом, сандриком, другом пограничным элементом.

Особенности устройства сказываются таким образом, что вертикальная нагрузка заставляет работать арку, в основном, на сжатие, и немного – на изгиб. Чтобы арочная конструкция была максимально устойчивой, нужно подобрать такое расположение оси, при котором сжатие на изгиб становится минимальным. 

Уменьшает боковой распор и увеличение стрелы подъема. Этот прием использовали каменщики в эпоху Готики Средневековья. Они изобрели  стрельчатую форму арки, а также систему наружных ребер жесткости (контрфорсов) и передаточных полуарок (аркбутанов), связавших своды объектов с опорными столбами и тем самым разгрузивших стены здания от избыточных усилий распора.

Арки из известняка
Выразительная аркада на витых колоннах из белоснежного известняка, резиденция в Никольской Слободе. Фотография из портфолио Domoff Group

Арка является выразительным и запоминающимся архитектурным элементом. Она выполняет несколько функций:

  1. Фактически и визуально расширяет пространство, способствует освоению максимального объема. Это касается не только расширения потолочного свода, но и оконных, дверных проемов.
  2. Привносит тектоническую и ритмическую легкость в экстерьер.
  3. При наличии декора, особенно из долговечных материалов, приобретает художественную ценность, которая со временем лишь возрастает.
  4. Правильно установленная последовательность арок – аркада – позволяет возвести здание с расчетной  устойчивостью и при этом сэкономить материалы.

Важно! Нарушение технологии возведения арочных проемов и неправильный расчет может привести к деформации несущей конструкции и даже обрушению. Такие случаи – не редкость. Поэтому установку фасадных арок и их отделку лучше доверять специалистам со строительным и архитектурным образованием.

Разновидности 

Первый признак, по которому классифицируют арки, – форма дуги, количество и расположение центров при ее построении. В полный список входят более 50 видов. На рисунке ниже приведены основные варианты. В современной архитектуре особенно востребованы круглая, стрельчатая, килевидная, параболическая, трехлопастная и плоская разновидности.

Типы арок
Типы арок по внешнему виду.

По типу статической работы выделяют арочные конструкции на шарнирах и без них. Рассмотрим преимущества и недостатки в виде таблицы.

Тип арки Преимущества Недостатки
Бесшарнирная  Может быть изготовлена с минимальным сечением, потому что имеет самое гармоничное распределение моментов по всей длине.  Необходим мощный фундамент. Конструкция заметно реагирует на температурные перепады и смещение  опор, например, из-за проседания грунта.
Двухшарнирная  Самый распространенный вариант.  Не нужен массивный фундамент. Имеет оптимальное распределение моментов. Система статически неопределима однократно.
Трехшарнирная Система статически определима и потому не особо чувствительна к колебаниям температуры и опор. Такую арку удобно транспортировать 2-мя отдельными частями и устанавливать.  Дополнительный шарнир увеличивает разницу  моментов в обеих частях, и это приводит к дополнительным расходам материалов на фундамент.

По наличию проема арки бывают сквозными и слепыми, которые принято считать декоративными. Если последовательность однотипных сквозных арок называют аркадой, то к череде глухих применяют термин «аркатура». 

Часто инженерной целью применения слепой арки является желание увеличить прочность несущей стены и сэкономить материал. Этот прием известен с древних времен. При таком способе глухие конструкции работают как контрфорсы и забирают на себя часть нагрузки. 

В церковном и храмовом строительстве выделяют следующие типы несущих  арок:

  • Подпружная – принимает нагрузку от барабана, на котором установлен купол, и таким образом поддерживает его;
  • Триумфальная –  подпружная и расположенная в алтарной части, на востоке здания.

Современное применение в архитектуре 

В современной архитектуре арка является актуальным элементом украшения фасадов общественных зданий и статусной загородной недвижимости. Проемы, соединенные в аркады, используют для  обустройства прогулочных и торговых галерей, открытых террас и угловых лоджий. 

Еще одно востребованное направление для применения арочных пролетов – расположение окон полуциркульной формы вдоль внешних стен. Это обеспечивает проникновение внутрь помещений повышенного количества света.

Арочные проемы в архитектуре
Череда арочных окон, обрамленных архивольтами с добротным каменным декором из мраморизованного известняка, украшает фасад загородного дома. Фотография из портфолио Domoff Group

Арка нашла применение в садово-парковом искусстве и ландшафтном облагораживании участка. Дугообразную форму часто используют при создании декоративных опор для вьющихся растений, а также при монтаже летних беседок, павильонов и бельведеров.

Объем отделки арок, их расположение и вид материалов выбирает заказчик. В современной архитектуре популярны следующие способы декора дуговых конструкций и сводов: 

  • Сюжетная роспись;
  • Нанесение цветочных узоров и классических орнаментов;
  • Украшение потолков и люнетных ниш фресками и панно;
  • Создание лепных рельефов, барельефов, скульптурных частей;
  • Отделка мозаикой, розетками, медальонами, гирляндами;
  • Установка каменного декора, в том числе изготовленного вручную по индивидуальным эскизам.
Угловая галерея из арок
Угловая арочная галерея выполнена из известняка-песчаника. Фотография из портфолио Domoff Group

Нормативные документы и стандарты

Стандарт Что регламентирует
СП 70.13330.2012 Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87 (с Изменениями N 1, 3) Устанавливает требования к несущим и ограждающим конструкциям, включая размеры, расстояние до кровли и потолка, а также порядок приемки работ на всех этапах монтажа.
СП 15.13330.2020 Каменные и армокаменные конструкции Расчет и проектирование конструкций, возводимых из кирпичных и бетонных блоков, а также природных камней.
СП 48.13330.2019. Свод правил. Организация строительства. СНиП 12-01-2004 Повышение безопасности зданий и сооружений при градостроительной деятельности. Не распространяется на объекты  ИЖС.
Технологическая карта 95-08 ТК Кирпичная кладка арок и сводов.

Материалы 

Аркады и одиночные арки могут быть выполнены из натуральных и синтетических материалов, которые имеют различную плотность, тип поверхности и запас прочности. Приведем краткий обзор на основные  позиции, которые можно встретить на рынке стройматериалов.

Достоинствами пенополиуретана и пенополистирола (пенопласта) являются их небольшая плотность и, следовательно, легкий вес. Процесс сборки конструкций здесь достаточно прост и не требует специальных навыков. Однако принять на себя серьезную нагрузку стройматериалы с пористой структурой не могут. Фактический срок службы часто кратно отличается от заявленного в меньшую сторону: 15 лет вместо 60. Этому есть простое объяснение: нагрев солнечными лучами приводит к деформациям, усадке, разрушению полимерных связей. Пенопласт часто привлекает внимание птиц, его не спасает от клюва и когтей даже акриловое покрытие. В образовавшиеся трещины попадает пыль и сор, заводятся насекомые и грибки. Таким образом установленный элемент приходит в негодность. 

Арки могут изготавливать из различных бетонных смесей, при этом боковые опоры  нуждаются в армировании и прочном фундаменте. Современные составы имеют облегченный вес, но состоят из множества искусственных компонентов. Прежде чем архитектурный элемент украсит фасад, он должен пройти все этапы от приготовления раствора до застывания и корректировки. На любой стадии персонал может допустить ошибку. Не является преимуществом и многокомпонентность. В этом плане выигрывают монолитные материалы, например, природный камень. Изделия из традиционного бетона по весу сравнимы с деталями из гранита; конструкции из цементных смесей нового поколения примерно в 2 раза легче тяжелой горной породой типа мрамора.

Натуральный камень – лидер по долговечности, надежности и прочности среди строительных материалов. Так, гарантийный срок службы известняка оценивают в среднем 150 лет, а гранита и габбро – в 600.  При этом поверхность поддается многочисленным методам обработки, включая тончайшую художественную резьбу (прием мраморной вуали) и зеркальную полировку. 

 Установка фасадных арок из камня поднимает престиж владельца загородного дома в глазах окружающих. Конструкции из пластмасс нельзя рассматривать как серьезное вложение в экстерьер, а здание в отделке камнем через несколько поколений может претендовать на статус памятника архитектуры.

Недостатки здесь также есть: стоимость такого фасадного декора доступна далеко не всем. Из-за тяжелого веса недопустимо производить монтаж арочных элементов самостоятельно. Без инженерного образования невозможно правильно рассчитать нагрузки и баланс сил. Поэтому лучше обратиться к специалистам Domoff Group, которые оказывают услуги фасадного декора натуральным камнем под ключ.

Арки из камня в фасадном декоре зданий 

При ответе на вопрос, нужны ли арки в фасадном декоре, владельцы загородной недвижимости отвечают утвердительно. Обтекаемые формы повышают привлекательность внешнего вида загородного дома, гармонизируют архитектурное пространство. Избавляться от всех острых углов совсем не обязательно. Однако заказчики отмечают, что дверные и оконные проемы арочной формы выглядят привлекательнее, чем прямоугольные.

При этом многое зависит от общего оформления здания. Особенно уместно такие элементы смотрятся в объектах с элементами римского стиля, а также в экстерьерах по подобию палаццо Венеции и Италии, что были построены по ордерным образцам позднего Ренессанса.

Инженерные специалисты Домофф Групп произведут  замеры, исследования имеющихся несущих конструкций и необходимые расчеты. Декор из камня может быть изготовлен по индивидуальным эскизам заказчика. В портфолио компании более 100 успешно выполненных проектов – загородных вилл, резиденций и особняков. Многие из них содержат элементы арочных проемов, сводов, входов и аркад. 

Методы производства включают как обработку на станках, так и ручную резьбу в единственном экземпляре. Исходным сырьем для фасадных арок служат известняк, песчаник, травертин, гранит, мрамор, доломит, ракушечник. Закажите консультацию у специалиста Domoff Group, чтобы ознакомиться с предложением и ассортиментом натурального камня, а также узнать примерные сроки отделки с учетом своей ситуации.