Holvi

Ruodeholveja Chorinin luostarissa Brandenburgissa

Holvi on kaareutuva, kiilamaisista kivistä tai (etenkin tiilikivestä) laastilla kiilaamalla kokoonliitetty kattorakenne; myös betonista on tehty holveja jo antiikin Roomassa.

Valeholvi on holvia ulkonäöltään muistuttava rakenne, joka tehdään latomalla kiviä tai tiiliä portaittain aukon ylle.

Holvin pääosat ovat:

• tuki- eli vastikemuurit, jotka kantavat holvin painon ja joille niiden sivusysäys siirtyy. Holvatun huoneen muut seinät ovat otsamuureja. Holvin jännemitta on tukimuurien etäisyys toisistaan
• holvijalka on holvin alin kohta
• holvikanta on vastikemuurin osa, johon holvijalka nojaa
• holvilaki on sen korkein kohta
• holvireisi on jalan ja laen välinen osa holvista
• holviruoteet eli holvisuonet, holvipinnasta kohoavat, holvin pintoja eli kappoja eli kairoja kannattavat kaaret.

Holvin periaate

Havainnekuva suippokaarisen tynnyriholvin vaakavoimista.

Rakennusaineina kivi, tiili, betoni ja vastaavat kestävät huomattavaa puristusta, mutta huonosti vetoa, jota esimerkiksi puu ja teräs kestävät huomattavasti paremmin. Holvi perustuu puristusjännityksiin kivien painaessa sivuttain toisiaan, lakosaumojen ollessa kohtisuoraan puristusta vastaan. Ideaalisessa holvissa tai kaaressa (joka on ylösalaisen ketjukäyrän eli hyperbolisen kosinin muotoinen) ei esiinny lainkaan veto- vaan ainoastaan puristusjännityksiä.

Holvin toiminnan kannalta on tärkeää, että holvikannat ovat vakaat eivätkä pääse liikkumaan. Holvin (ja sen päällä olevan rakenteen) paino aiheuttaa holvikantoihin sivusysäyksen, joka vastikemuurien on kyettävä ottamaan vastaan. Matalassa holvissa sivusysäys on suurempi kuin korkeassa. Kun samankokoisia holveja on vierekkäin, sivusysäykset kumoavat toisensa, eikä välissä olevien vastikemuurien tarvitse kestää kuin holvien paino; mutta kun holvisarja päättyy, on sivuvoimat pystyttävä kumoamaan. Mikäli vastikemuurin paksuus ei tähän riitä, voidaan käyttää vetotankoja tai erityisiä tukipilareita eli kontreforeja.

Oikein mitoitettu, kannoiltaan vakaa holvi kestää huomattavaa kuormitusta, kunhan se on tasaista, pistekuormia holvi kantaa heikosti, sillä ne aiheuttavat vetojännityksiä.

Tynnyri- ja luostariholvit

Tynnyriholvin havainnepiirros

Luostariholvin havainnepiirros

Kappaholvikatto Elannon myymälässä.

Tynnyriholvi on poikkileikkaukseltaan yleensä puoliympyrän tai ympyräsegmentin muotoinen, mutta myös elliptinen, sanka- tai suippokaarinen, silloissa ja tunneleissa paraabelikaarinenkin. Tavallisesti holvin akseli on suora vaakasuora viiva, mutta myös nousevia, renkaanmuotoisia ja ruuvimaisesti nousevia (porraskäytävissä) tynnyriholveja esiintyy.

Tynnyriholvissa on yhtenäinen holvimuuri, joka lepää kahdella vastikemuurilla, jotka yksinään ja koko matkalla kannattavat holvin painon ja ottavat vastaan sivulykkäyksen. Muut muurit (yleensä 2 kpl) ovat otsamuureja. Otsamureille ei tule sivulykkäystä, ja holvin muodosta johtuen ne sisältä katsoen kohoavat korkeammalle kuin vastikemuurit.

Kantavuutta lisäämään voidaan tynnyriholviin muurata muuta holvia paksumpia vahvistus- eli kannatuskaaria.

Tynnyriholvi on, kupolin ohella, vanhempia tunnettuja holvimuotoja. Manner-Suomen vanhimpana holvina pidetään Hämeen linnan "vankityrmän" nimellä kulkevan kulmahuoneen tynnyriholvia.^lähde?

Luostariholvi syntyy kahden tynnyriholvin leikatessa, kun pois jätetään pintojen ulko-osat. Luostariholvilla voidaan kattaa paitsi neliön muotoinen, myös muun säännöllisen monikulmion muotoinen huone; sivujen määrän kasvaessa suureksi aletaan yleensä puhua kupuholvista. Luostariholvin ongelma on, että huoneen kaikki seinät ovat vastikemuureina.

Kaukaloholviksi kutsutaan tynnyriholvia, jonka otsamuurien päälle on lisätty luostariholvin puolikas: myös tällöin kaikki seinät tulevat vastikemuureiksi.

Kappaholviksi kutsutaan matalaa holvia, jonka korkeus vain noin 1/10 jännemitasta. Koska näin matala holvi aiheuttaa suuren sivusysäyksen, ne ovat yleensä sangen pieniä. Kappaholvi voi olla tynnyri-, luostari- tai kaukalokappa. Vielä 1900-luvun alkupuolella oli yleistä tehdä kivitaloihin välipohjia, etenkin kellarin kattoja, rautaorsien väliin muuratuista tynnyrikapoista.

Korvaholvi ei ole itsenäinen holvi, vaan se leikkaa jotakin muuta holvia: yleensä korvaholvi on tynnyrikappa, joka muurataan kohtaan jossa esimerkiksi vastikemuurissa oleva ikkuna- tai oviaukko nousee holvin kantaa korkeammalle.

Peiliholvi on yhdistelmärakenne, jossa holvin alaosa on pitkin seiniä kiertävä pienisäteisen tynnyriholvin puolikas eli kovero, ja laen muodostaa matala luostariholvi eli peili. Tällainen holvi voidaan muurata millaisen huoneen yli tahansa: kaikki seinät ovat vastikemuureina.

Ristiholvit ja tähtiholvit

Ristiholvin havainnepiirros

Tähtiholvin havainnepiirros

Ristiholvi muodostuu yksinkertaisimmillaan kahden tynnyriholvin leikatessa kun sisäosat jätetään pois. Kaikki seinät ovat otsamuureja: sivulykkäys ja paino tulevat nurkkapisteisiin: sivulykkäyksen vaikutuspiste on kuitenkin noin puolessavälissä holvin korkeutta, mikä on tuennassa huomioitava. Ristiholvissa holvivaipat eli -kairat muodostavat terävän kulman, jossa syntyvien jännitysten vuoksi tämä kohta on vahvistettava: pienimmissä, yksinkertaisissa holveissa sitä ei kuitenkaan aina tehdä.

Harjaholvi on ristiholvi, jossa kairojen pinnat kaartuvat alaspäin muodostamaan taitteeseen harjanteen, joka ottaa vastaan syntyvät voimat. Näitä on Suomessa joissakin Ahvenanmaan kirkoissa.

Ruodeholvi on rakenteellinen ratkaisu, jossa holvin taitteisiin eli kiireihin muurataan itsekantavat kaaret eli ruoteet. Ruoteet muurataan muototiilistä (tai hakatusta kivestä), ja ne kohoavat selvästi holvin pinnasta. Ruoteiden välille muurataan itse holvikairat eli -kapat, jotka myös ovat itsensäkantavia. Ruodeholveja voidaan muurata minkä tahansa muotoisen huoneen yli.

Ruoteita voidaan, enimmäkseen koristeellisista syistä, muurata enemmänkin ja muunkin tyyppisiin ristiholveihin, esimerkiksi tynnyriholvi voidaan ruotein somistaa verkkoholviksi.

Ristiruodeholvi on yksinkertaisin ruodeholvin malli, jossa ruoteet kulkevat kiirissä ja risteävät laessa: myös otsamuurien yli on ruoteet.

Tähtiholvit ovat ruodemäärältään suurempia ristiholveja, joissa ruoteet muodostavat tähtikuvion. Sivuruoteilla ei ole todellisuudessa suurtakaan rakennusteknistä merkitystä, ja ylen runsaita tähtiholveja voidaankin tässä mielessä pitää degeneroituneena muotona.

Viuhkaholvit

Viuhkaholvi Winchesterin tuomiokirkossa

Viuhkaholvi syntyy, kun jokin kaari pyörähtää pystysuoran tangenttinsa ympäri synnyttäen suppilomaisen pinnan. Neliönmuotoinen ala peitetään siten, että kuhunkin kulmaan asetetaan tällaisen suppilopinnan neljännes, jotka sivuavat toisiaan sivujen keskikohdalla. Keskelle jäävä nelikärkinen tähtikuvio peitetään kalottiholvilla ja pienillä kolmiomaisilla kapoilla.

Viuhkaholvissa, samoin kuin ristiholvissa, paino ja sivusysäys tulevat holvin kulmiin. Sivusysäyksen vastaanotto ei ole aivan yhtä tarkkaa kuin ristiholvissa, mutta huomioitava. Kalottiin asetettiin toisinaan riipus, jonka massallaan arvioidaan jopa tekevän rakenteesta vahvemman muuttaessaan kaikki voimat puristukseksi.

Nimensä viuhkaholvi on saanut viuhkamaisesti nurkista leviävistä ruoteista, joilla (vaikka teknisesti ovatkin sinänsä tarpeettomia) holvin alapinta on tavattu kaunistaa, rengasmaisten väliruoteiden lisäksi.

Kupolit

Kupoliholvin havainnepiirros

Pääartikkeli: Kupoli

Kupolit eli kupuholvit ovat yleensä puolipallon, puolikkaan ellipsoidin tai näiden kalotin muotoisia, holvimuuriltaan yhtenäisiä holvirakenteita; myös suippokaarisia kupoleita käytetään. Suuria kupoleita ei yleensä muurata laesta kiinni, vaan sinne jätetään pyöreä aukko, jonka päälle usein tehdään lanterni valoa antamaan.

Perinteinen kupoli on puolipallon muotoinen kupu. Varhaisimmat puolipyöreät kupolit rakennettiin pyöreän tai säännöllisen monikulmion muotoisen huoneen yli, jolloin koko seinä (seinät) oli vastikemuurina. Puolipallon muotoinen holvi kuitenkin poikkeaa eräässä merkittävässä suhteessa muista holveista: holvi on kyllä täysin puristusjännitysten vallassa, mutta alaosaan (alueelle 0–40 astetta vaakapinnasta luettuna) syntyy renkaanmuotoista vetojännitystä, joka kumoaa holvin sivulykkäyksen. Vastikemuurille tulee siis pelkkä holvin paino eikä lainkaan sivulykkäystä: holvin alaosan tulee kuitenkin olla riittävän paksu kestääkseen nämä voimat.

Ohuemmaksi holvin alaosa saadaan, kun tehdään pallokalotti, jonka kantakulma on maksimissaan 104 astetta. Tällöin ei muodostu lainkaan vetojännitystä, mutta kylläkin normaali sivusysäys.

Vastaavat ilmiöt koskevat myös ellipsoidisia ja suippoja holveja, mutta määrättyjä astemääriä ei voi suoraan antaa: samaten se, mitä alla sanotaan pendentiiveistä ja böömiläisistä holveista, koskee yhtä lailla ellipsoidisia muotoja.

Monimuotoisempiin ratkaisuihin kupoleja tehtäessä päästään käyttämällä pendentiivejä. Nämä ovat kolmikulmaisia pallopinnan paloja, jotka yksinkertaisimmillaan muodostuvat, kun pohjaltaan neliömäisen huoneen sisään ajatellaan pallo, jonka lävistä on huoneen lävistäjä tai jonka suurin leikkausympyrä sivuaa huoneen seiniä, ja tästä pallosta leikataan ulos jäävät osat pois.

Pendentiivien muodostaman renkaan päälle voidaan kalotiksi joko muurata halutun korkuinen kupoli, tai ensin pyöreä, pystysuora seinä, niin sanottu tamburiini eli tampuuri eli rumpu, johon voidaan puhkaista ikkuna-aukkoja (jolloin rakennetta kutsutaan lanterniksi), ja vasta sitten kupoli.

Böömiläiseksi holviksi eli böömiläiseksi kuvuksi sanotaan sellaista holvia, jossa pendentiivit jatkuvat samalla säteellä suoraan kalotiksi: huone ikään kuin leikkaa jotakin pallopintaa; pallon ollessa kyseessä, etenkin neliskulmaisen huoneen kohdalla, puhutaan myös palloholvista.

Betoniholvit

Holveja on tehty betonista aina antiikista saakka: Rooman Pantheonin halkaisijaltaan 43-metrinen puolipallonmuotoinen kupoli, joka oli pitkään maailman suurin, on huomattavin esimerkki.

Roomalaiset tekivät betoniholveja kasettitekniikalla käyttämällä tiilisiä vahvistuskaaria. 1800-luvulla alettiin uudelleen tehdä betonisia holveja, mutta kun rautabetoni ja sitten teräsbetoni tulivat käyttöön, siirryttiin pitkälti palkki- ja laattarakenteisiin, ja holvit jäivät harvinaisuudeksi. Tosin vielä 1900-luvun alkupuolella välipohjarakenteissa käytettiin kappaholvityylistä betoniholvia. Holvia käytetään lähinnä arkkitehtonisista syistä, ja ne vetojännitykset, jotka muuratussa rakenteessa ovat ongelma, voidaan helposti ratkaista terästen avulla.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Holvi Wikimedia Commonsissa

Kirjallisuutta

• Höyhtyä, M. & Vänttinen, Y. 1989. Muuratut rakenteet 1, talonrakennus. Jyväskylä: Rakentajain Kustannus Oy.
• Siikanen, U. 2001. Rakennusaineoppi. 6. uud. p. Helsinki: Rakennustieto Oy