В перекрытии проема создается боковой распор: давление от перекрытия идет не прямо вниз, а со смещением вбок, что позволяет удерживать камни в самой арке, если она выполнена из кирпича.
Арки используют не только в проемах, но и в качестве завершения декоративных ниш в стене, а также в кладке каминов. Кирпичная арка может быть устроена как в стене кирпичной кладки, так и в кладке из мелких бетонных блоков.
По отношению высоты подъема арки к ее ширине различают лучковые, полуциркульные и стрельчатые арки. Кроме этого, существуют арки особых форм (подковообразные, трехлопастные, килевидные и т. д.). В них декоративное значение порой преобладает над конструктивным.
Такую же форму в сечении могут принимать своды, которые отличаются от арок большой толщиной. Толщина кирпичных арок должна составлять не менее половины кирпича.
Стрелой подъема арки называют разницу в высоте между пятами (опорными точками) арки и верхней (средней) точкой ее внутренней поверхности. Расстояние между пятами называют пролетом, или шириной проема.
В декоративных целях арки устраивают не только над проемами, но и над нишами в стенах (например, чтобы разнообразить глухую кирпичную стену).
Кирпичные арочные перемычки обладают рядом преимуществ перед железобетонными: простота устройства (для железобетонных перемычек необходима подготовка гнутой арматуры, возведение опалубки требуется в обоих случаях); возможность возведения перемычки в одиночку; эстетичный внешний вид.
Для возведения кирпичных арок используют раствор марки не менее М-10 и полномерные, отборные кирпичи правильной формы, обычные или клиновидные. Цемент для создания раствора должен быть быстро твердеющим (даже при низких положительных температурах — например, 5 °С). Поэтому строительный раствор для кладки кирпичных арок готовят на основе портландцемента. Шлакопортланд- цемент, пуццолановый портландцемент относятся к медленно твердеющим при пониженных температурах, поэтому их применение в данном случае недопустимо. Для возведения арочных перемычек можно использовать обычные или клиновидные (лекальные) кирпичи. В первом случае кладку придется вести с устройством клиновидных швов (не менее 5 мм в нижней части и не более 20—25 мм в верхней). Чем меньше радиус арки и чем больше при этом ее пролет, тем сложнее выполнить арку из обычных, не клиновидных, кирпичей. Возможна также подсечка обычного кирпича под клиновидную форму, хотя этот процесс достаточно трудоемок.
При возведении арки из обычного (не клиновидного и не подсеченного) кирпича минимально допустимый радиус ее окружности определяется по высоте арочной перемычки (не стреле подъема, а именно высоте кирпичного ряда): для арочной перемычки высотой полкирпича минимально допустимы радиус составляет 550 мм, для перемычки высотой в один кирпич — 1170 мм, для перемычки высотой 1,5 кирпича — 1770 мм.
Швы в арочных перемычках и сводах должны быть полностью заполнены раствором, кладка в пустошовку недопустима.
Кладку желательно вести при температуре не ниже 5 °С (допустимо ее снижение до 1 °С).
Если есть опасность заморозков, в раствор замешивают противоморозные добавки. В таком случае устройство арок допустимо при среднесуточной температуре наружного воздуха до —15 °С (не ниже).
Для устройства арочной перемычки любой формы стена должна быть возведена до уровня расположения пят (опорных точек) этой перемычки.
Процесс возведения арки состоит из последовательности действий, приведенной ниже.
Изготовление и установка опалубки
Перед возведением кирпичной арки необходимо спроектировать не только саму арку, но и опалубку для ее создания. Опалубка для арочной перемычки состоит из нескольких элементов. Удобнее всего выполнить опалубку из дерева и производных от него материалов (ДСП, ДВП, фанера). Чтобы не устраивать борозды или выпуски кирпичей в кладке, опалубку опирают на стойки (деревянные брусья нужной длины), прикрепленные к боковым граням проемов. Достаточно двух стоек с каждой стороны арки. На каждой стороне на пару стоек опирают прочные доски (клинья) в несколько слоев. Слои клиньев обеспечивают плавное опускание опалубки при ее демонтаже. Кроме того, клинья небольшой толщины используют для подбивки рабочей (кружальной) части опалубки до горизонтального положения, если установленные стойки по какой-либо причине оказались разной высоты.
Ha клиньях монтируют кружальную опалубку из брусьев и тонких досок (либо из древесных плит). Для упрощения монтажа кружальной опалубки на начальном этапе ее установки укрепляют между пятами арки с каждой ее стороны доску-затяжку. Эту доску соединяют с клиньями и нижними досками кружальной опалубки, а опирают — на брусья-стойки. На доске-затяжке отмечают центр окружности, которая соответствует очертаниям арки. В полуциркульной арке центр окружности находится посередине между пятами арки, в лучковой — по центру проема, но намного ниже пят. Для стрельчатой арки необходимо отметить два центра окружности, поскольку у каждой стороны арки своя окружность. Центр окружностей арки для удобства указывают в проекте или эскизе, по которому устраивают перемычку. Чтобы закрепить в нужном месте шнур, опалубку под лучковые и стрельчатые арки дополняют досками там, где расположен центр окружности (дополнительные доски можно закрепить на брусьях-стойках). Дополнительные доски крепят непосредственно к кирпичной кладке проема либо к стойкам опалубки.
В отмеченном центре окружности закрепляют на гвозде или другом крепеже шнур или вращающуюся рейку для определения радиусов (для удобства на шнуре можно поставить отметки радиусов опалубки и самой арки). Доски обшивки кружальной опалубки должны быть установлены на одинаковом расстоянии от отмеченного центра окружности. Шнур после устройства опалубки не убирают: он пригодится для контроля за укладкой кирпичей в арочной перемычке.
Кружальная опалубка может иметь разную конструкцию, в зависимости от проекта. Наиболее надежная опалубка со сплошными поперечными криволинейными в завершении распорками. Распорки также называют кружалами. Такие подпорки устанавливают с каждой стороны арки, а на них монтируют доски обшивки, составляющие поверхность кружальной опалубки.
Другой вариант устройства подпорок — арочные (не сплошные). Элементы, составляющие арку опалубки, должны быть жестко скреплены между собой металлическими скобами с заделкой в дерево. Крепежи необходимы и при устройстве сплошных сборных кружал опалубки.
Описанные два варианта устройства кружал являются сборными (составными), поскольку подпорки собирают предварительно из нескольких элементов. Цельное кружало можно выполнить из широкой доски, листа ДСП или гнутых элементов (металлических или деревянных). Первые два варианта будут представлять собой сплошные цельные подпорки, последний — арочную цельную подпорку.
Кладку свода арки выполняют по одному из двух вариантов: заподлицо с кладкой стены; с выступом из кладки стены (желательно устраивать выступ ш более чем на 6 см или на четверть кирпича). Второй вариант интереснее с декоративной точки зрения, поскольку подчеркивает работу арки как архитектурной конструкции.
Обшивка дощатой опалубки для устройства перемычек должна быть максимально гладкой, по возможности ее следует покрыть изоляционным материалом (например, плотной полиэтиленовой пленкой) или обшить кровельным железом, чтобы обеспечить скольжение поверхности и не допустить ее прочного сцепления с раствором кладки перемычки. Для выполнения этого условия можно выполнить обшивку не из досок, а из ДВП.
При выборе материалов для создания верхней части опалубки следует руководствоваться не только их прочностью, но и легкостью, поскольку поднимать шаблон на высоту арочных перемычек достаточно тяжело.
Верхнюю часть кружальной опалубки, состоящую из кружал и обшивки, удобнее собрать отдельно, а затем монтировать на нужное место, установив на стойки и клинья. Для изготовления кружала из проектной ширины проема вычитают 5 мм (припуск оставляют на случай расширения шаблона во влажную погоду, чтобы его можно было легко демонтировать при любых условиях). Высоту кружала принимают равной высоте подъема арки, за вычетом толщины предполагаемой обшивки (листа ДВП или досок). Из ДСП или фанеры после создания на этом материале чертежа кружала вырезают первое кружало, по нему — второе. Для создания на чертеже кривой линии (дуги окружности, которая составляет очертания арки) используют зафиксированный в земле колышек, установленный с таким расчетом, что он является центром окружности для лежащей рядом заготовки. К этому колышку привязывают шнур, длина которого равна радиусу той же окружности, и по шнуру карандашом рисуют на заготовке очертания окружности.
Кружало для лучковой арки изготавливают не с острыми углами по краям, а с отступом вниз на 10 см, для лучшего опирания шаблона на клинья и стойки.
Кружала скрепляют между собой с помощью саморезов или гвоздей с распорками в виде кусков бруса или досок так, чтобы толщина полученного шаблона соответствовала толщине арки и при этом была постоянной по всей площади шаблона. Ориентироваться необходимо именно на толщину арки, а не на толщину стены, поскольку арка может выступать за плоскость стены и из-за этого быть толще.
К верхней (криволинейной) поверхности шаблона крепят доски обшивки или лист ДВП. Обшивку крепят на гвозди.
На досках (обшивке) кружальной опалубки размечают ряды кирпичной кладки с учетом толщины швов. Разметку следует производить не только на верхней плоскости опалубки, но и на ее торцах, поскольку верхняя плоскость перед кладкой кирпичей закрыта растворной постелью (разметка на верхней плоскости нужна только для проверки соответствия разметок на обоих торцах).
Если свод арки неглубокий, обшивку можно не устраивать. В этом случае по глубине свода устанавливают только 2—3 кружала, по которым устраивают разметку и ведут кладку. Кружала во избежание наклона во время кладки свода должны быть прочно закреплены (расклинены) в поперечном направлении: если верхнюю обшивку устраивать необязательно, то распорки между кружалами должны присутствовать в любом случае.
Готовый шаблон из кружал, распорок и обшивки (или без обшивки) монтируют в проем на подпорки и клинья. Между подпорками (помимо затяжки, которая соединяет пяты арки) примерно в середине проема по высоте можно для большей прочности закрепить доску-распорку.
Иногда для возведения арок используют несъемную металлическую опалубку (уголки, гнутый профиль). Конструкция получается очень прочной, но при осадке кладки арка может потрескаться по швам.
Укладка кирпичей
Кирпичи укладывают от пят к замку арки, одновременно с обеих сторон, ориентируясь на разметку опалубки. Пяты арки могут быть устроены несколькими способами. В полуциркульных и стрельчатых арках крайние нижние кирпичи (эти кирпичи и являются пятами) укладывают на клиновидный шов по ровному основанию предыдущих рядов кладки (либо на ровный шов, если кирпичи для арки имеют клиновидную форму). Для выполнения лучковой арочной перемычки этого недостаточно: требуется устройство наклонных пят до начала кладки полномерных кирпичей в рядах арки. Пяты изготавливают из косо стесанных кирпичей, которые скалывают по шаблону.
В зависимости от геометрических параметров лучковой арки, может потребоваться один или несколько шаблонов (если высота пяты превышает один ряд кладки). Поскольку шаблоны все равно будут иметь одинаковый угол скоса, можно воспользоваться одним шаблоном, с разметкой на нем различной длины обрабатываемых кирпичей, которая требуется по проекту. Для первичной разметки и устройства скола используют обычный шаблон пяты, а для подгонки кирпичей — обратный шаблон. На рисунке 56 устройство пят лучковой арки показано схематично. На практике обязательна перевязка срезанных по шаблону кирпичей пяты с расположенными по соседству кирпичами рядовой кладки. Кирпичи лучковой арки начинают укладывать, когда кладка пяты наберет достаточную прочность.
Арку можно устроить в уже имеющейся стене, если эта стена обладает достаточной прочностью J (требуется заключение опытного конструктора). В данном случае появляются дополнительные работы: устройство ниши или проема в существующей кладке с учетом размеров арки и опалубки под нее; укладка новых кирпичей (взамен выпавших при долблении ниши) вокруг арки после ее устройства.
Если арка будет выложена кирпичами, отличными от кирпичей рядовой кладки, и будет выступать за плоскость стены, сопряжение крайних кирпичей перемычки с пятой можно устроить другим способом. Пяту выводят под наклон, меньший, по сравнению с наклоном крайних кирпичей лучковой арки (т. е. с отклонением шва от радиального направления), а первые (крайние) кирпичи арки отесывают до клиновидной или треугольной формы.
После укладки пят приступают к возведению арки по рядам (т. е. к кладке свода). Для арок, в отличие от прямых перемычек, устройство нижней растворной постели не требуется.
Кладку пят (во избежание сдвигания свода при эксплуатации) укрепляют стальной полоской или уголком, заделывая их поперек свода в растворную постель под пятами.
Для определения угла наклона очередного кирпича используют шнур, натянутый от центра окружности арки, и шаблон-угольник, изготовленный специально к данному проекту арки. Работа шаблона- угольника основана на том, что швы между кирпичами в кладке арки должны быть перпендикулярны к касательной к окружности в точке, от которой отходит данный шов. Одна из сторон угольника (которую прикладывают к поверхности кружальной опалубки) должна соответствовать по кривизне нижней поверхности арки. Для упрощения процесса кладки шов устраивают с ориентацией на шаблон-угольник, а подгоняют по месту уже с проверкой шнуром.
Кроме радиально закрепленного шнура, для проверки правильности кладки пользуются обычным шнуром-причалко):, закрепленном на порядовках. В данном случае разметка вертикальных рядов производят на порядовке не по типовой высоте ряда кирпичной кладки, а с учетом проектной высоты кладки каждого ряда арки (интервалы между отметками высоты будут уменьшаться с увеличением номера ряда).
Замковый камень, как и в прямой клинчатой перемычке, должен вклиниваться в два соседних камня. Стучать по нему при этом нельзя, иначе конструкция арки может «разойтись» (швы сместятся). Замковый кирпич вставляют в оставленное для него место с упором (нажимом) руками.
Замковый камень может быть больших размеров, чем рядовые кирпичи в арке, но такую разницу в размерах необходимо предусмотреть проектом и обозначить при разметке рядов на опалубке. Как правило, общее число камней в арке принимают нечетным, чтобы замковый камень был расположен строго по центру.
В редких случаях берут четное число кирпичей, а в центре устраивают замок из двух камней. Полученная конструкция будет менее прочной, чем при наличии единственного замкового камня.
Если кладка не предназначена под дальнейшее оштукатуривание или облицовку, швы обрабатывают расшивкой. При толщине сводов в четверть кирпича их верхнюю поверхность в процессе кладки затирают раствором. При большей толщине свода этого не делают.
Если проем имеет четверти, кладку арки ведут в два этапа: устройство лицевой арки и устройство забутовочной. Забутовочную арку возводят по шаблону большей величины (на размер четверти). Каждую арку выполняют последовательно по приведенным здесь пунктам (с приготовления и установки шаблона до чистовой отделки ( или одновременно (все пункты выполняют сразу для двух арок). Второй вариант больше подходит, если арки, а также ряды кирпича над ними, перевязаны друг с другом.
Если арка возводится заподлицо с плоскостью кладки стены, во время устройства необходимо проверять соответствие ее этой плоскости. Проверку производят с помощью правила, отвеса и натянутого шнура.
Устройство затяжек
Затяжками называют стальные или железобетонные связи, жестко закрепленные концами в пятах арки (или в пятах одного из поперечных сечений свода). В индивидуальном строительстве затяжки применяют крайне редко, их функция состоит в погашении распора в арках и сводах с очень большим пролетом. Если все же по проекту предполагается устройство затяжки, ее натягивают сразу после окончания кладки арки.
Зажим арки кирпичом
После устройства желательно в тот же день или спустя 1—2 дня возвести все ряды кладки до высоты замкового камня. Кладка перед этим должна набрать некоторую прочность. При обжатии арки потребуется некоторое количество отесанных кирпичей с учетом углов наклона арки по месту. От созданного вертикального давления арка приобретает большую прочность. Если отложить ее зажим на неопределенное время, могут образоваться трещины (в этом случае говорят, что арка «лопнула»), которые зачастую не влияют на прочность конструкции, но портят внешний вид.
Демонтаж опалубки
После возведения кирпичной арки ее не менее семи дней выдерживают в опалубке. Срок выдержки зависит от погодных условий: при температуре наружного воздуха от 1 "С до 5 °С опалубку снимают через 10—20 суток; если температура держится на уровне 5... 10 °С, срок выдерживания составляет 8—10 суток; если температура превышает 10 °С, опалубку снимают через 7—8 дней после устройства кладки в арке. Если арка или свод были устроены при отрицательных температура), с раствором на противоморозных добавках, их выдерживают в опалубке не менее трех суток.
С другой стороны, чем дольше шаблон кружальной опалубки находится под аркой, тем сложнее потом его удалить и зачистить поверхность самой арки снизу. Поэтому в теплую и сухую погоду (20...25 °С) опалубку иногда снимают в тот же день, когда была возведена арка. На схватывание раствора достаточно выделить 2-3 ч.
Если все же опалубку снимают не в тот же день, а спустя несколько суток, на этом время следует накрыть арку полиэтиленом (особенно во влажную погоду), чтобы в арке не появились трещины из-за разбухшей древесины.
Для демонтажа опалубки сначала постепенно убирают клинья (с обеих сторон по очереди). При этом кружальная опалубка постепенно и равномерно опускается. Затем производят распалубливание всей конструкции сверху вниз. Разобранную опалубку можно использовать для устройства таких же перемычек, если по проекту предусмотрена не одна арка.
Чистовая отделка
Если арка выступает за поверхность кладки стены, выступ кладки арки сверху накрывают кровельным материалом. Кроме того, сразу после снятия опалубки швы в арке зачищают от излишков раствора. Этот момент особенно важен, если арка выполнена лицевой кладкой (не под дальнейшую отделку). Швы зачищают щеткой и вытирают сухой тряпкой. Если снизу получилось неполное заполнение швов, в них дополнительно закладывают раствор, ведя работу снизу вверх.
