TẠI SAO DÙNG VÒM CUỐN LẠI DỄ DÀNG VƯỢT QUA
NHỮNG KHOẢNG CÁCH LỚN HƠN LÀ DÙNG DẦM?
Khi độ vượt của dầm rất lớn thì phải dùng dầm vừa to vừa dầy, như vậy thì bản thân trọng lượng dầm lại không ngừng tăng lên. Một dầm đá có mặt cắt ngang là 1m2 nếu muốn vượt qua khoảng cách 30m thì bản thân chiếc dầm này phải nặng 300 tấn. Đá là một loại nguyên liệu chịu nén rất tốt, mỗi cm2 có thể chịu được trọng lực 2000 ~ 3000N, nhưng nó lại chịu lực kéo rất kém (mỗi cm2 chỉ chịu được vài trăm Newton), hơn nữa bản thân chất liệu đá còn có rất nhiều khe nứt và đường vân. Do vậy, một chiếc dầm bằng đá dài 30m, nặng 300 tấn tuy rất to nhưng khi treo trên không, cho dù không tăng trọng lượng thì bản thân nó cũng gẫy.
Đối với kết cấu vỏ mỏng, kết cấu giá lưới, kết cấu treo... trong kiến trúc hiện đại mà nói thì độ rộng mấy chục mét có thể giải quyết dễ dàng, thậm chí là độ dài 100, 200 mét cũng không phải là việc khó khăn, nhưng đối với kết cấu dầm cột trong kiến trúc cổ mà nó thì lại là việc không thể được. Tuy nhiên, thời cổ vẫn có rất nhiều kiến trúc mái nhà có độ vượt rất lớn như miếu Vạn Thần ở La Mã cổ đại, độ vượt của đỉnh hình tròn đạt đến 43m (đường kính), nó được xây dựng như thế nào?
Trong các kiến trúc trước đây, ta thường có thể nhìn thấy phía trên của một số cửa lớn và cửa sổ dùng gạch hoặc đá cắt xếp thành hình bán nguyệt, hình cầu dẹt, hình vòm nhọn, đấy chính là ''vòm cuốn''. Kết cấu vòm cuốn thường được ứng dụng trên các cây cầu đá thời cổ, còn có một số đỉnh của các đền miếu, giáo đường cũng có hình bán nguyệt, đây cũng là một vòm cuốn, trong kiến trúc gọi là ''Mái vòm''.
Tại sao vòm cuốn có thể vượt qua độ vượt mấy chục mét? Thực ra, vòm cuốn có thể sử dụng từng viên gạch hay hòn đá xếp nối với nhau mà thành. Nó không giống như dầm nhất thiết phải dùng cả cả một cây gỗ hay cột đá. Nguyên nhân là ở chỗ sau khi vòm cuốn chịu trọng lực thì bên trong nó không sinh ra lực kéo, chủ yếu là sinh ra lực nén, những mảnh đá cắt và viên gạch là những nguyên liệu chịu áp lực rất tốt, vì thế nó có thể kéo dài thoải mái. Một mảnh nhỏ vật liệu chỉ cần mảnh này ép lên mảnh kia một cách chặt chẽ thì không thể tách chúng ra được, đó chính là lý do mà vòm cuốn dễ dàng vượt qua khoảng cách lớn hơn là dầm. Đương nhiên, phần dưới của vòm cuốn có thể sinh ra một lực đẩy hướng ra ngoài, vòm cuốn càng ''cong'' thì lực đẩy càng lớn, điều này cũng giống như khi người đứng dạng hai chân thì sẽ có cảm giác chuyển động trượt ra ngoài, do vậy phần dưới của kết cấu vòm cuốn phải làm tường hoặc nên dầy và chắc chắn để chống lại lực đẩy.
Kết cấu vỏ mỏng trong kiến trúc hiện đại có nguyên lý tương tự vòm cuốn do vậy kết cấu vỏ mỏng tuy rất nhẹ nhưng có thể vượt qua được khoảng cách rất lớn.
