طاق قوسی

ساده‌ترین راه برای پوشاندن دهانه‌ی باز (درگاه) بین دو دیوار، استفاده از نعل درگاه و ستون است، به طوری که یک قطعه‌ی صُلب یک‌پارچه (نعل درگاه یا سَردَر) را به حالت افقی روی نگه‌دارنده‌های عمودی (ستون‌ها) کار می‌گذارند. در بیش‌تر ساختمان‌های فلزی امروزی چنین سیستمی را می‌توان دید. اگر به دلایلی نتوان از نعل درگاه استفاده کرد در آن صورت باید راهی دیگر برای پوشاندنِ دهانه‌های بازِ روی درگاه پیدا کرد. چیدنِ قطعات کوچک (مانند خشت و سنگ و آجر) در کنار یک‌دیگر، به گونه‌ای که بتواند سقف کاملاً محکمی پدید آورد یکی از این راه‌هاست. سقفی را که به این ترتیب درست می‌شود طاق قوسی می‌نامند. یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های طاق قوسی در مقایسه با طاق‌هایی که در ساخت آن‌ها از نعل درگاه استفاده می‌شود امکان ساختن طاق‌هایی با دهانه‌های بسیار بزرگ است. تاریخچه‌ی طاق قوسی را در دره‌های دجله و فرات، که در آن الوار چوبی کم‌یاب و سنگ‌های تخت و بزرگ گران‌قیمت بودند، می‌توان ردگیری کرد.

طاق قوسی از مجموعه‌ی قطعات گوه‌ای شکلی تشکیل شده است که بر اثر فشار آوردن به یک‌دیگر، در جای خود قرار گرفته‌اند. در بعضی از این طاق‌ها، قطعات تشکیل دهنده روی محیط دایره‌ای قرار دارند که مرکز آن نقطه‌ای در داخل درگاه (دهانه) است و در بعضی دیگر مرکز قوس در نقطه‌ای خارج از درگاه است. بنابراین می‌توان گفت که هر نوع طاق قوسی، انحنای خاصی دارد که وجه مشخصه‌ی آن است. ساده‌ترین و طبیعی‌ترین شکل طاق قوسی، طاق نیم‌دایره یا ضربی است، اگرچه انواع دیگر نیز فراوانند. قطعه‌ی وسط در قله‌ی قوس را میان طاق یا سرطاق می‌نامند که آن را آخر از همه کار می‌گذارند تا کل طاق را به اصطلاح قفل کند و ساختار پایدار و محکمی به وجود آورد. استفاده از سرطاق همیشه لازم نیست؛ قله‌ی قوس می‌تواند محل اتصال (درز) بین دو قطعه (سنگ یا آجر یا خشت) باشد، همان‌طور که در قوس‌های سبک گوتیک متداول است. گرانش زمین نیرویی عمودی و به طرف پایین به سرطاق وارد می‌کند و آن را به پایین می‌کشد. اما این بار محوری بلاواسطه به دو قطعه‌ای که در دو طرف سرطاق قرار دارند منتقل می‌شود. این دو قطعه نیز بار محوری خود را به قطعه‌های کناری پس از خود منتقل می‌کنند. به این ترتیب، بار محوری به ترتیب به قطعه‌های نیم‌د‌ایره‌ی قوس منتقل می‌شود تا به بخش عمودی دیوار برسد که از آن‌جا مستقیماً به پی (فونداسیون) وارد می‌شود. خلاصه این که قوس در جای خود باقی می‌ماند چون وزن عمودی به بارهای محوری روی نیم‌دایره تبدیل می‌شود و از آن‌جا به دیوار منتقل می‌شود.
به سبب بارهای محوری کناری، قوس به خودی خود یک ساختار پایدار نیست، چرا که این بارهای محوری سعی در از هم باز کردن قسمت پایین ساختار دارند. برای جلوگیری از وقوع چنین اتفاقی، باید در اطراف دیوار قوس، مصالح محکم کافی وجود داشته باشد تا به صورت حائل یا شمع پشتیبان از باز شدن پایه‌های قوس جلوگیری کند. به همین دلیل، قوس را بیش‌تر در داخل بدنه‌ی دیوار بنا می‌کنند تا در انتهای آن. چند قوس متوالی، طرح مناسبی برای کانال سازی یا پل سازی است زیرا کناره‌های رودخانه یا کوه‌های اطراف دره، پشتیبان‌های خوبی برای قوس‌اند. به همین ترتیب، در ردیف ستون‌های بلند متوالی که قوس‌های متوالی روی آن‌ها بنا شده است، به ویژه در معماری رومی، لازم است که از دیوارهای بزرگ در انتهای قوس‌ها استفاده شود تا کل ساختار بتواند فشارهای محوری را تحمل کند. در این صورت، تیرها یا ستون‌های میانی را می‌توان با قطر کم‌تری انتخاب کرد.

ساختمان‌های قوسی را نخستین بار آسوری‌ها و بابلی‌ها بنا کردند. در امپراتوری روم، تکنولوژی قوس‌سازی بسیار پیش‌رفت کرد. به نظر می‌رسد که رومی‌ها تکنولوژی قوس‌سازی را از اِتروسک‌ها فرا گرفته بودند که پیش از آن‌ها در ایتالیا ساکن بودند. (یونانیان باستان خود را درگیر قوس‌سازی نکردند و به بهترین نحو از نعل درگاه و ستون استفاده کردند.) در این مرحله از قوس‌سازی، همه‌ی تلاش‌ها روی حل دو مشکل متمرکز بود: یکی تعیین پایدارترین نوع قوس در هر ساختار خاص – که به سبب پیچیدگی محاسبه‌ی تنش‌ها، بیش‌تر براساس تجربه انجام می‌شد – و دیگر، ساده‌تر کردن قاب‌های چوبی موقتی که به عنوان شمع پشتیبان در هنگام ساختمان سازی مورد نیاز بود.
اگر چه در دوران‌های معماری گوتیک و رنسانس، طراحی و ساخت قوس‌ها پیش رفت زیادی کرد (به ویژه در گنبدسازی)، در قرن بیستم و بیست و یکم میلادی، قوس‌ها تقریباً به فراموشی سپرده شدند. علت این افول این است که تکنیک‌های مدرن ساختمان سازی مانند خانه‌های پیش ساخته و استفاده از قاب‌های ساختمانی چهارگوش که دیوارهای آن‌ها متحمل باری نیستند و هم‌چنین هزینه‌ی زیاد قوس‌سازی سبب شده است قوس‌ها به ساختمان‌هایی غیراقتصادی تبدیل شوند. اما امروزه مردم از تماشای ساختمان‌های قوطی کبریتی کم‌تر لذت می‌برند، و از طرف دیگر معلوم شده است که ساختمان‌های قوسی یا منحنی شکل، هم جذاب‌ترند و هم ساختن آن‌ها با مصالحی مانند بتن، پلاستیک، و چوب امکان‌پذیر است. علاوه بر این، ساختمان‌های قوسی از لحاظ ساختاری می‌توانند پایدارتر از ساختمان‌های چهارگوش باشند.

امروزه آنالیز تنش‌ها و بارهای محوری در قوس‌ها و پایه‌های آن‌ها نشان داده است که بهترین شکل برای قوس، سهمی است (چیزی که خیلی پیش‌تر در طاق کسری رعایت شده است). ساختن قوس‌های سهمی شکل با بتن مسلح و چوب بسیار آسان است؛ درواقع استفاده از چنین مصالحی در ساختن قوس‌های سهمی بسیار اقتصادی‌تر است تا در ساختن ساختمان‌های چهارگوش. از چنین قوس‌هایی برای طاق زدن بر پایه‌های بسیار پهن به خوبی استفاده می‌کنند.