Предимствата на арковите конструкции в строителството

Арките съществуват в множество форми – например класическата римска арка или детелиновидната арка. Конструктивно арката работи основно на натиск: тя поема компресионни натоварвания, а не такива на опън. Пример за компресионно натоварване е блок с тегло около 45 кг, поставен върху колона и притискащ я надолу. Обратно, пример за опънно натоварване е същият блок, завързан със стоманено въже за клона на дърво – въжето се опъва под действието на товара.

Използването на арката като носеща конструкция предлага редица предимства, свързани с разстоянието, което може да обхване, товарите, които е способна да поеме, както и с материалите и формата на самата арка. Тази гъвкавост дава на архитектите и инженерите значителна свобода при проектирането.

Голямо обхванато разстояние

Когато е необходимо да се покрие голямо разстояние, арката като основна носеща конструкция е изключително ефективно решение. Между две вертикални опори арката може да обхване значително по-голям отвор отколкото права греда. Причината е в начина, по който арката разпределя силите и векторите на натоварване. Благодарение на това явление арката поема повече товари от права хоризонтална греда.

Например при мост през голям каньон много по-подходящ избор е арката като главен конструктивен елемент, а не права, равна пътна платформа. Тъй като арката обхваща по-големи отвори от плосък елемент, намалява нуждата от допълнителни междинни опори, което пряко води до спестяване на средства при строителството.

Поемане на големи товари

Арката работи отлично при натиск. Носеща арка може да поеме многократно повече товар от равна греда или дъска със същите размери. Усилията, които арката развива, са насочени тангенциално към нейните краища и се наричат хоризонтален разтвор (тласък). Колкото по-плоска е арката, толкова по-голям е този тласък, който се предава безопасно към основата.

В общ план арката управлява компресионните натоварвания по-добре от прав конструктивен елемент, защото предава приложените към нея сили към земята по-безопасно и ефективно. Ярък пример: ако вземете две еднакви дървени летви и оформите едната като арка, при еднакво натоварване плоската летва би се счупила много по-рано от арковата.

Разнообразие от материали и форми

Тъй като арковата форма е толкова ефективна при покриване на отвори и поемане на товари, за изграждането ѝ могат да се използват най-различни материали и геометрии. Това предоставя на проектанта огромна свобода по отношение на естетиката на конструкцията.

Ако инженерът желае да постигне лека и тънка арка, подходящо решение е фермовата арка – конструкция, съставена от много по-малки и по-тънки елементи, вместо от един масивен монолит. Що се отнася до материалите, проектантът може да избира сред почти всички основни строителни материали: дърво, стомана, бетон и зидария. Всички те се справят отличнo с компресионни натоварвания.
Древноримските акведукти са класически пример за зидани каменни арки.

Множество области на приложение

Приложенията на арките са изключително разнообразни. В малък мащаб те работят отлично като подпора на покривната конструкция на къща, а в много по-голям мащаб могат да образуват мост през широка река. Арките могат да се използват и в обърната „U“ ориентация – представете си римска арка, обърната с главата надолу – за окачване на други конструктивни елементи.

Класически пример за това е висящият мост, какъвто е прочутия Golden Gate Bridge в Сан Франциско, при който обърната арка окачва пътното платно. За разлика от права греда, арката едновременно осигурява опора и позволява преминаване през нея, което отваря пред архитектите повече възможности за създаване на отвори и проходими пространства в сградите.
Мостът Golden Gate използва обърната арка, за да окачи своето пътно платно.