ایستایی قوس

ایستایی قوس

همانطوری که در ابتدای این بخش عنوان شد، ایستایی قوس پیوند نزدیکی با پایه هایی که بر روی آن قرار می گیرد دارد.

پیوند رگه های آجری که  هر کدام بعنوان تکیه گاهی محسوب می شوند و ایجاد نیروهای متقابل این رگه ها ، بر رگه های کناری، باعث می شود که عناصر موجود آن(آجر و سنگ) سرنخورده و ایستا باقی بمانند.

اگر بخواهیم به زبان ساده ایی تعادل موجود را تعریف کنیم،  در یکی از رگه های آجری که به صورت نمونه تصور شده است.

نیروی وزن آن را P1 در دو جهت و عمود بر سطح رگه های کناری تجزیه می کنیم.

در اینجا مولفه های R1 و S1 که نیروهای بوجود آمده در داخل سازه می باشند، را خواهیم داشت.

اگر این رگه آجری نمونه را در تمام قوس تصور کنیم،‌در محل رگه آجری تیزه قوس همین دو مولفه را خواهیم داشت، با این ویژگی که در نصف دیگر قوس همین دو مولفه نیز وجود دارد و در قسمت تیزه مولفه S از دو نیم قوس همدیگر را خنثی نموده و نیروی مایل R به پایه قوس انتقال پیدا می کند.

می توان دیاگرام کلی منتجه R را به وسیله روش ترسیمی محاسبه کرد. نتیجه نهایی کار یک متوازی الاضلاع تجزیه مجموعه نیروهای P=P1+P2+P3+….PN به دو نیروی افقی S و R خواهد بود.

 همانطوری که گفته شد نیروی S خنثی می شود در حالیکه نیروی R می بایست ضامن تعادل در قوس شود.

اگر نیروی R در 3/1 کلفتی پایه بیافتد سازه ما دارای تعادل خواهد بود. این موضوع برای هر رگه آجری نیز صدق می کند.

اگر نیروی R در داخل این محدوده نیافتد و بیرون آن باشد، گشتاوری بوجود می آید و قوس از حالت ایستایی بیرون رفته در اینجا نیروی فشاری به کششی تبدیل می شود و باعث ریختن یا حداقل ترک هایی در قوس خواهد شد.

برای بررسی قوس از روش های ترسیمی می توان کمک گرفت و می بایست در هر صورت نیروی R در این محدوده قرار گیرد . اندازه فشار موجود نباید از مقاومت فشاری مصالح بیشتر شود.

 در اکثر مواقع با یک بررسی مقدماتی بر روی پایه های قوس دیده می شود که نیروی R در بیرون این مکان می باشد.

روش های مختلف برای حل این مسئله وجود دارد که در قسمت بعد به ذکر آن خواهیم پرداخت.

نکته ایی که در اینجا می بایت مورد توجه قرار گیرد، در مورد ایستایی قوس های ایرانی می باشد.

همانطوری که دیدم در روند شکل گیری سازه های طاقی در ایران از شکل نیم دایره استفاده نشده است و قوس های موجود کمابیش شباهت به بیضی دارند و همانطوریکه می دانیم این مقطع از کاملترین مقاطع قوس ها می باشد.

در میان قوسها قوس های مثل چپدری، چمانه، پاتوپا، و قوس های با مقطع بیضی مثل هلوچین تند و کند و کلاً قوس هایی که دارای خیز زیاد و افراز بلند می باشند، دارای ایستایی بهتری می باشند.

قوسهایی مثل پنج اوهفت کند و شاخ بزی و دیگر قوسهایی که دارای خیز کم می باشند، دارای مقاومت کمتری هستند.

در خاتمه این امر یادآور می شویم به هر روش عملی که برای ایستایی قوسهای عمل می کنیم، شرایط داشتن تعادل از قرار زیر است:

-        منحنی فشار داخل قوس باشد.

 -        که در هر مقطع از قوس، از بوجود آمدن نیروی کششی جلوگیری شود، این بدین معنی است که منتجه هر مقطع در داخل 3/1 کلفتی تبره قوس بیافتد. 

رفع رانش

اصل ایستایی سازه های طاقی بر مبنای عملکرد یک قوس استوار شده است ،‌همانطوری که دیدیم نیروی مایلی که به پایه ها انتقال داده می شود، می تواند نسبت به وزن موجود رگه های آجری قوس دارای شیب زیاد یا کم باشد.

این نیروی مایل بنابر اصول ترسیمی ایستایی، به دو مولفه افقی و عمودی تجزیه می شود .

مولفه افقی همان نیروی رانش در سازه مورد نظر ما می باشد.

اگر شیب منتجه R را نسبت به صفحه پاکار کم نموده بر نیروی رانش ما اضافه خواهد شد و سازه بطرف از هم گسیختگی می رود. در اینجا ارتباط بین شکل و عملکرد ایستایی یک قوس بهتر روشن می شود.

مسئله حل نمودن یا خنثی نمودن نیروی رانش را می بایست در ارتباط با همین عملکرد ایستایی دید و در واقع ضمیمه ای از آن دانست.

راه حل های مختلفی که مورد مطالعه قرار خواهند گرفت، بخاطر اختلافی که در نوع فن ساخت آن بوجود می آورند، در شکل نهایی سازه نیز تاثیر می گذارند.

اولین راه حل برای جلوگیری از رانش، کلفت نمدن جرز یا پایه قوس تا حدی که نیروی مایل در 3/1 کلفتی آن بیافتد، است.

در مسجد تاریخانه دامغان، با ضخامت دادن به ستون های خارجی در حاشیه صحن و یا در ایوانها و سر درهای بناهای دوره تیموری مثل مدرسه الغ بیک و بناهای دوره بعد از آن مثل مدرسه طلایی کاری، سازندگان سعی نموده اند برای رفع رانش زیاد از حد قوس ها، ضخامت پایه را افزایش داده و این امر تا حدی محدودیت شکلی در این عناصر بوجود می آورد.

استفاده از مهارجویی در ارتفاع های مختلف قوس، راه حل دیگر برای رفع این مشکل می باشد.

در اینجا این مهار چوبی، نیروی کششی مایل به داخل قوس بوجود می آورد و با منتجه R ترکیب شده و در نتیجه منتجه جدید که بوجود می آید دارای شیب بیشتری خواهد بود.

این راه حل از نظر ظاهر زیبا نمی باشد و چوبهای کلفت از زیبایی آن سازه می کاهد، این راه حل بیتشر در ردیف آخر قوسهایی که بر دیوار خارجی و یا در حاشیه صحن یا حیاط قرار دارند، مورد استفاده قرار می گیرد.

در مسجد جامع اصفهان و تعداد زیادی از بناهای دوره قاجاریه این راه حل دیده می شود.

پشت بندها راه حل دیگر می باشند، که از همان ایده اول در مورد وسعت دادن به پایه قوس برای انتقال نیروی R در 3/1 کلفتی پایه نشآت می گیرند.

پشت بندها بصورت دیواری یا جرزی مایل در کنار قوس ساخته می شوند.

از پشت بند ها در بناهای مختلفی مثل مسجد جامع اصفهان در پشت دیوارها و دور از دید عام و در مسجد کبیر یزد در قسمت های مختلف مثل ورودی بزرگ و بلند آن استفاده شده است.

راه حل دیگری که در معماری اسلامی ایران در خنثی نمودن نیروی رانش دیده می شود، استفاده از دو مناره در دو طرف وردیها با ایوان ها می باشد.

مناره ها در حقیقت از دو ایده قبلی یعنی کلفت نمودن پایه و یا استفاده از پشت بندها تبعیت می کند .

در اینجا علاوه بر حل مسئله ایستایی، تنوع و زیبایی در شکل بنا ایجاد می شود، مسجد بی بی خانم در سمرقند، مسجد جامع اصفهان ، مسجد کبیر یزد، مسجد گوهرشاد مشهد و مسجد امام اصفهان، مثال هایی از این راه حل می باشند. 

مسجد بی بی خانم

مسجد جامع کبیر یزد

ارتفاع دادن به رواق های کنار ایوان ها و یا قرار دادن دو برجک در بناهای دوره تیموری، در انتهای دیوارهای خارجی به عنوان راه حل های دیگری برای مسئله رانش می باشند.

                                                                          فن ساخت قوس ها

همانطوری که قبلاً یادآور شدیم عامل نیاز،‌یکی از دلایل مهمی است که سازندگان سازه ها را برای پیدا نمودن روش های نوین وادار می نموده است.

در سرزمین ایران همواره مشکل کمبود چوب وجود داشته، از این رو سازندگان ساختمان را به پیدا نمودن فنونی که بتوان این کمبود را در روند ساختمان رفع نمایند، وادار نموده است.

نکته دوم مورد توجه ، مسئله اعتقاد معماران مسلمان به ساختن فضاهائی با ابعاد انسانی است که به آنها اجازه ساختن فضاهای خیلی بزرگ را نمی داده است.

در اینجا این نکته قابل توجه است که دلیل دوم یعنی ساختن با ابعاد انسانی آنها را از استفاده و ابداع فنون نو و متکامل باز نداشته است.

هر چند که در طول تاریخ معماری اسلامی بناهای با ابعاد بزرگ نیز وجود دارد که معمولاً با ملاحظات خیلی خاص امیران آن زمان ساخته شده اند.

در فن ساخت سازه های طاقی بخصوص قوس ها سازندگان آن از روشی استفاده کرده اند که مسئله کمبود چوب را رفع نموده. این روش بدون استفاده از قالب های چوبی برای ساختن قوس ها می باشد.

برای اجرای قوس ها قالب هایی از آجر بر روی زمین ساخته و داخل قالب را با نی و ملات گچ پر کرده و بعد از خشک شدن و یرون آوردن آن قرینه آن را در همین قالب ساخته و به کمک چوب بر روی دیوار سوار می کنند.

اندازه مقطع این قالب ها نسبت به کاری که در نظر می گرفته اند، مستطیلی در حدود 5 سانتی متر عرض و 20 تا 25 سانتیمتر طول باشد.

برای دهانه های بزرگ، چون ساختن و ریختن قالب گچ بر روی زمین و سوار کردن آن بر روی دیوار میسر نبوده بر روی بنا تکه تکه قوس را اجرا می کرده اند.

تعداد لنگه یا تویزه ها برای اجرای یک قوس می تواند نسبت به روشی که در قرار دادن آجرها در ساخت قوس بکار گرفته می شود، تغییر نماید.

دو روش اصلی ساخت قوس ها به ترتیب زیر می باشد:

-      اجرای روش پری

-      روش اجرای رومی

در روش اول،‌یعنی اجرای پری ، سازنده از سرعت عمل بیشتری برخوردار است، برای ساختن قوس با این روش احتیا به یک لنگه یا تویزه است.

روش عمل آن به این نحو است که آن را در محل مورد استفاده قرار داده سپس با استفاده از ملات گچ آجرها را از طرف ضلع در از آن موازی لنگه می چینند به نحوی که اول یک ردیف قوس زده سپس ردیف های بعد، به موازات آن چیده می شود.

این نوع قرار گرفتن آجرها بر روی هم از مقاومت کلی قوس بخاطر اینکه سطح تکیه آجرها بر روی هم کم می باشد، می کاهد.

در روش اجرای رومی پیچیدگی کاری بیشتری وجود دارد، در این روش احتیاج به دو تیوزه یا لنگه داریم ، بصورتیکه یکی در راس کار و دیگری به موازات آن در نقطه دیگر یا انتهای کار قرار می گیرد.

بر عکس روش اجرای پری، در اجرای رومی ساختن قوس از دو طرف پاکار آغاز می شود و در تیزه قوس کار پایان می یابد.

در این روش آجرها از طرف ضلع دراز آنها موازی با عرض قوس در کار گذاشه می شوند.

در این روش اجرایی پیچیده، مشکل ایستایی قوس در حین اجرا در نقطه شکرگاه یا زاویه ایی که نقطه شکنندگی قوس در آن است، را داریم.

اگر بخواهیم با این مسئله همانطوری که سازندگان گذشته با آن روبرو بوده اند، عمل کنیم، در فاصله 3/1 از نصف دهانه(نصف هانه را به سه قسمت کرده و یک قسمت را جدا می کنیم.) مبادرت با استفاده از شمع های چوبی نموده به طوری که نیم قوس های ساخته شده در این زاویه بر روی این شمع ها تکیه داده می شوند.

و سپس بقیه قوس را اجرا می کنیم.

این روش نسبت به روش اجرایی پری از استحکام بیشتری برخوردار است و مهارت بیتشری برای اجراء می خواهد.

در معماری اسلامی ایران مثال های متعددی از اجرای قوس با این دو روش دیده می شوند . این روشها در ساخت قوس ها در قبل از اسلام نیز معمول بوده است.

از روش اجرایی پری در قبل اسلام در طاق بزرگ کسری و در دوره اسلامی آثار اولیه در قرونه اولیه بعد از اسلام مثل مسجد تاریخانه دامغان (قدیمی ترین مسجد ایران) ، مسجد جامع اصفهان، مجسد جامع اردستان و مثال های دیگر موجود می باشند  

مسجد جامع اردستان: 

در نمونه هایی که در مسجد جامع اصفهان و اردستان دیده می شوند سازندگان سعی نموده اند، تا آجر چینی جرزها یا ستون ها را تا زاویه ایی کمی بالاتر از پاکار قوس ادامه داده و سپس آجر چینی قوس به روش پری بر روی آن تکیه می کند.

نوع دیگر از روش مختلط در یکی از بناهای شهر خیوه به چشم می خورد ، در این روش مقعر و محدب قوس با روش رومی و ما بین آن با روش پری چیده شده است.

مثال های زیادی نیز در بکارگیری از روش اجرایی رومی توان نام برد.

مقبره سنگ بست، مقبره شاه اسماعیل در بخارا، مسجد جامع گلپایگان، مسجد جامع قزوین ،‌درب ورودی گنبد قابوس و ... ،‌نمونه هایی از آنها می باشند.

مقبره ی شاه اسماعیل

مسجد جامع قزوین