Пособие по проектированию и строительству
КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
жүктеу/скачать 4.16 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Крестово-купольная система конструкции
- Кирпичная кладка стен, столбов, арок, парусов и сводов
2.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Для строительства храмов на Руси всегда использовались самые лучшие материалы и совершенные конструкции, так как здания храмов посвящались Самому Богу. Из истории мировой архитектуры известно, что именно при строительстве храмов рождались новые архитектурные и конструктивные решения и приемы, которые использовались затем в других видах строительства. Согласно православной традиции предпочтение следует отдавать природным материалам, в том числе камню и дереву, а также следует учитывать их долговечность, акустические свойства и пригодность под последующую роспись. Сводчатые покрытия могут быть выполнены традиционно из кирпича, а также с использованием торкретбетонирования по металлическому каркасу. В современной практике при изготовлении куполов, сводов и арок начинают использоваться и монолитные конструкции. С IX в. в храмостроительстве на Руси господствующей была пришедшая из Византии крестово-купольная конструктивная система, основанная на применении купола на квадратном основании (рис.41). 
Рис.41. Византийские крестово-купольные храмы Крестово-купольная система конструкции Конструктивную основу крестово-купольных храмов составляет трех- или пятипролетная арочно-стоечная система. Подпружные арки, опирающиеся на наружные стены и центральные столбы, служат основанием для цилиндрических сводов, составляющих крест, и угловых ячеек. На центральные подпружные арки опирается центральный световой барабан (рис.42, 43). Арки делят в плане сводчатую систему покрытия на модули, создающие большие или меньшие встречные распоры. Складываясь, они создают суммарный распор системы, действующий в плоскости арок продольного и поперечного направлений или в диагональной плоскости и воспринимаемый главным образом массой кладки внутренних и внешних элементов жесткости. Основными внутренними элементами жесткости являются центральные столбы, части стен, арочные перемычки, перекрытия хор, объединенные в диафрагмы, а также пространственные угловые ячейки (рис.44). Внешними элементами жесткости являются апсиды, приделы, галереи, притворы. 
Рис.42. Центральная ячейка крестово-купольного храма 
Рис.43. Глава крестово-купольного храма 
Рис.44. Распределение усилий в крестово-купольной системе (схема Г.Б.Бессонова) а - схема сосредоточенных распоров; б - рабочая схема плоской трехпролетной системы Распределение суммарного распора между элементами жесткости происходит пропорционально их сравнительной жесткости. Устойчивость системы обеспечивается, если опрокидывающее действие распора, приложенного к своему элементу жесткости на определенной высоте, меньше удерживающей реакции собственного веса и нагрузки этого элемента, приложенных с соответствующими плечами относительно точки оси опрокидывания. В противном случае, при избытке распора равновесие системы должно поддерживаться работой замкнутого связевого каркаса и затяжек, установленных в уровне пят подпружных арок. Наиболее нагружены в конструкции перекрытия системы подпружные арки и паруса, несущие центральный световой барабан (рис.45). Следует заметить, что функции арок и парусов при неизменной общей нагрузке могут существенно меняться в течение эксплуатации здания. В строительный период подпружные арки работают как перемычки, несущие полный вес барабана и парусов. По мере того, как твердеет раствор кладки, паруса, упираясь в опорное кольцо барабана, начинают работать самостоятельно, передавая свою часть нагрузки и распора на столбы и далее на элементы жесткости. Распределение нагрузки между арками и парусами зависит от пролета перекрываемого модуля, системы и качества кладки парусов, толщины арок, наличия воздушных связей. Иногда нагрузка на подпружную арку может быть назначена "по факту", как вес блока кладки барабана, ограниченного усадочными или иными трещинами. Паруса при небольших диаметрах барабанов имеют незначительный вылет. Нагрузка на паруса передается, таким образом, почти по всей площади, что допускает простую кладку парусов горизонтальными нависающими рядами. 
Рис.45. Работа арок и парусов крестово-купольной системы (схема Г.Б.Бессонова) а - схема сбора нагрузок; б - нагрузки и реакции диагональной полуарки паруса; в - рабочая схема системы; г - устойчивое положение барабана при обрушенных арках; д - изменение уровня опорного кольца и стрелы паруса При достаточном сцеплении раствора паруса могут работать и как "кронштейны", и как распорные конструкции, воспринимающие усилие распора под углом к плоскости швов. С ростом пролетов функции таких ложных парусов, как консольных или распорных элементов, резко падают. Полутораметровый, например, ложный парус, соответствующий семиметровому пролету арок, теоретически уже не способен нести вес "своего" сектора барабана и тем более помогать подпружным аркам при их деформации. Ненадежность опирания барабана является одной из причин ограничения его диаметра и пролета подпружных арок. Воздушные связи арочных конструкций, будучи расположены в разных уровнях относительно пят, могут иметь неодинаковые функции и по-разному формировать внутренние усилия в сводах. Затяжки в уровне пят арок и сводов могут воспринимать: полный распор, если опорные конструкции способны нести лишь вертикальную нагрузку (стойки открытых павильонов и галерей, перекрытых цилиндрическими сводами на распалубках и подпружных арках или крестовыми сводами); "излишек распора", не воспринимаемый опорными конструкциями в силу их недостаточной устойчивости (крестово-купольные храмы при значительных пролетах сводов и умеренных толщинах несущих стен и столбов). Затяжки в уровне пят могут быть поставлены и конструктивно в сооружениях, где распор надежно гасится совместной работой вертикальных и горизонтальных элементов жесткости. При нормальной, спокойной статике большинства крестово-купольных сооружений роль воздушных связей в обеспечении их равновесия не является определяющей. Податливость анкеров, температурные деформации металла, коррозия затяжек и шплинтов - все это не позволяет считать воздушные связи долговременным и равнопрочным звеном распорных конструкций. Воздушные связи активно работают как арочные затяжки при возведении здания и в течение всего периода твердения раствора. На этой стадии стены, столбы и диафрагмы еще не создают устойчивого контура для арок и сводов, а распор подпружных арок, несущих полный вес незатвердевшей кладки сводов и световых барабанов, намного превышает значение действительного распора от фактической длительной нагрузки. В дальнейшем функция воздушных связей в качестве затяжек крестово-купольной системы может быть весьма умеренной. Но в случае деформации объема связи могут препятствовать горизонтальным смещениям пят сводов и арок. Связи включаются в работу и при увеличении нагрузки на своды, а также при изменении общей схемы здания. Кирпичная кладка стен, столбов, арок, парусов и сводов Кладка кирпичных стен Кладка кирпичных стен храмов в целом не отличается от других сооружений, однако должна выполняться сплошной, без вставок с утеплителем ввиду 1-го класса по долговечности здания храма. Толщина стен определяется расчетом в зависимости от вида конструкции покрытия (учитывая распорные усилия, создаваемые кирпичными арочными и купольными конструкциями), высоты стен, типа кирпича, климатического района и выполнения условий энергосбережения. В кирпичных храмах с кирпичными сводами общей площадью 300-750 м  толщина стен обычно составляет в четверике 3-4 кирпича (770-1030 мм), в трапезной части и алтаре - 2,5-3 кирпича (640-770 мм), в нижнем ярусе колокольни - 4-6 кирпичей (1030-1550 мм). При монолитных сводах, не создающих распорных усилий, стены выполняются, как правило, из глиняного кирпича марки 100, на растворе марки 75 толщиной 640-900 мм. Кладку углов выполняют с армированием сеткой через каждые 5 рядов кладки.
Кладка стен из кирпича должна выполняться по многорядной или однорядной (цепной) системе перевязки швов, а кирпичная кладка столбов и узких простенков шириной не более 1 м - по трехрядной системе перевязки. Кирпичные столбы и простенки шириной  кирпича и менее следует выкладывать из отборного целого кирпича.
При наличии распора сводов во избежание появления трещин в местах угловых соединений стен рекомендуется закладывать связи из стальной сетки длиной около 1 м в каждую сторону через каждые 2 м, а в пятах сводов для снижения распора следует размещать металлические связи или монолитные пояса. Связи должны входить в каждую из примыкающих стен не менее чем на 1 м, считая от внутреннего угла, образованного этими стенами, и заканчиваться крюками. Связи не должны пересекать вентиляционных каналов. Невысокие стены пристроек притворов, папертей и тамбуров с собственными фундаментами во избежание появления трещин в местах стыков из-за разности нагрузок следует возводить или присоединять к основным массам здания храма только после осадки последних. Кладка лицевой стороны неоштукатуриваемых и необлицовываемых фасадных стен производится из лицевого или отборного целого кирпича с правильными ребрами и углами. Рисунок перевязки должен быть указан в проекте. Для перекрытия проемов в стенах, как правило, должны применяться арочные перемычки, укладываемые по ходу кладки. Под нижний ряд кирпича в рядовых перемычках укладывается в слой раствора стальная арматура из расчета по одному стержню сечением 0,2 см на каждые  кирпича толщины стены, если по проекту не требуется более сильное армирование.
Клинчатые перемычки, выкладываемые из обыкновенного кирпича, выполняются с клинообразными швами толщиной не менее 5 мм внизу и не более 25 мм вверху. Кладка таких перемычек производится с двух сторон, в направлении от пят к середине. Применение рядовых и клинчатых перемычек не допускается при пролетах более 2 м, а также в зданиях, где возможна неравномерная осадка стен. Свес каждого ряда кирпичной кладки в карнизах допускается не более  длины кирпича, а общий вынос кирпичного неармированного карниза допускается не более половины толщины стены. Карнизы с общим выносом более половины толщины стены следует устраивать из армированной кирпичной кладки, из белокаменных и других подобных элементов, заанкериваемых в кладке. Конструкция таких карнизов должна быть указана в проекте.
Карнизы с большим выносом выполняются с защемлением сплошной плиты в кладке или с опиранием на металлические элементы, заложенные в стену. Во время устройства карниза его временно удерживают деревянными подпорками. В кладке стен из многодырчатого и пустотелого кирпича открытые свешивающиеся ряды карнизов, поясков, парапетов, а также части стен, требующие тески, выкладываются из обыкновенного (полнотелого) или специального (профильного) лицевого кирпича. Для крепления мауэрлата основания главы в кладке карниза закладываются вертикальные металлические штыри. Обрез кирпичного цоколя и другие выступающие части кладки должны быть надежно защищены от атмосферных влияний согласно проекту. Отделка фасадов облицовочными материалами выполняется, как правило, одновременно с кладкой стен. При реконструкции и реставрации стен наружный выветренный слой кирпичной кладки приходится докомпоновывать. Докомпоновка может осуществляться двумя способами: домазкой (для восполнения незначительных утрат поверхности кирпичной кладки в пределах 3-5 см) и вычинкой (при значительных утратах кирпичной кладки). Для домазок используется состав, состоящий из портландцемента М500, кирпичной крошки, суперпластификатора С-3 и воды. Для соответствия цвету реставрируемой кладки в состав добавляют пигменты железного и свинцового сурика. Подбор растворов для докомпоновки осуществляется на основе физических характеристик кладки, определяемых путем испытаний отобранных проб. Вычинку следует выполнять, используя реставрационный кирпич, соответствующий старому, и обязательно на растворе, содержащем известь. После докомпоновки можно использовать обмазочную известково-цементную смесь, наносимую кистью или рукавицей на поверхность кладки. Кладка столбов и пилонов Площадь сечения кирпичных столбов, несущих барабан главы, определяется расчетом и в храмах вместимостью 600-1000 человек может быть до 4 м . Ширина их составляет ориентировочно  от пролета арок. Форма сечения столбов зависит от расположения сводов и чаще всего бывает крестообразной. Через 7-8 рядов кладку следует перевязывать металлической сеткой.
Кирпичная кладка столбов должна выполняться в перевязку на всю толщину, а не только по краям с забутовкой середины. Пилястры, поддерживающие пяты арок, для предотвращения отслаивания от массива стены должны иметь выступ не более 1 кирпича. Под пятами арок следует укладывать "ступенные" камни - песчаник, доломит, белый камень или устраивать монолитный участок. Кладка арок и парусов Кирпичные арки выкладываются по кружалам, устанавливаемым строго по горизонтали и по отвесу. Для устройства арок следует использовать камень или кирпич клиновидной формы, который укладывается строго по направлению к центру, сверяясь по шнурку или бруску, конец которого закреплен в центре арки (рис.46). При отсутствии готового лекального кирпича затесывают обычный полнотелый кирпич, придавая ему клинообразную форму. При кладке арок следует строго следить за качеством кирпича, направлением и толщиной швов, которая не должна быть больше допустимой по проекту. 
Рис.46. Кладка арок (из руководства В.Р.Бернгарда, 1901 г.) Арки, выкладываемые из обыкновенного кирпича, выполняются с клинообразными швами толщиной не менее 5 мм внизу и не более 25 мм вверху. Кладка таких арок производится с двух сторон, в направлении от пят к середине. Арки, как правило, выкладывают в два слоя равной толщины, причем оба слоя следует выполнять и "запирать в замках" в верхней части одновременно. После этого кружала сразу же опускают, поочередно вынимая клинья из-под стоек, не допуская перекосов. При небольших размерах столбов пяты второго слоя могут быть приподняты. Кружала следует изготавливать чуть более выпуклыми, завышая проектную отметку с учетом будущей осадки кирпичной кладки. Для пролета в 6 м завышение должно составлять около 2 см, для пролета в 10 м - около 7 см. Главные арки в нижней части на высоту половины высоты арки следует выкладывать напуском горизонтальными рядами вместе со столбами (рис.47). Для придания аркам прочности применяется армирование сеткой с шагом около 50 см. 
Рис.47. Кладка парусов и сводов Для обеспечения равномерности напряжений в больших арках необходимо возводить их так быстро, чтобы раствор не успевал полностью затвердеть во всех частях арок до момента ослабления кружал. Для соединения арок парусами и сводами в нижней их части на 20-27 см по высоте в одном слое по всей длине делают пяты для упора парусов в 2 уступа по 6-7 см в каждом. Только в средней части арок у самого замкового камня на  их длины вместо уступов делают напуски под плоскость парусов, которые заменяют продолжение парусов по направлению к замковым камням арок. При кладке верхнего слоя арок делается уступ в 6-7 см, и так же делаются пяты для парусов. На каждые 70 см длины арки приходится две пяты шириной 6-14 см. Паруса следует возводить одновременно с кладкой арок. В нижней части на высоту около 35 см кладка ведется вместе с арками горизонтальными рядами, а дальше - сводчатой кладкой и горизонтальными рядами. Однако до начала второго слоя арок у замка удобнее выкладывать горизонтальными рядами с проходом кладки паруса по столбу между арками и с подъемом к верхней части этой кладки паруса на высоту 18-26 см под перемычки и далее - сводчатой кладкой или перемычками.
Паруса так же, как и арки следует делать на известковом растворе с добавлением цемента для замедления схватывания раствора. Кладка парусов укрепляется металлическим полосами, идущими горизонтально в нескольких уровнях по высоте паруса. Кладка сводов В практике строительства православных храмов наибольшее распространение получили следующие виды сводов (рис.48): полуцилиндрические, представляющие собой цилиндра;
коробовые, представляющие в сечении эллипса;
сомкнутые, состоящие из двух пересекающихся цилиндров с одинаковым подъемом и опирающиеся на четыре стены; крестовые, состоящие из двух пересекающихся цилиндров, представляющие четыре распалубки и опирающиеся на четыре угла; парусные, представляющие собой невысокий купол, обрезанный по краям вертикальными стенами; купольные, представляющие в сечении сферы;
купольные, опирающиеся на арочные тромпы; бочарные, представляющие собой вспарушный цилиндрический свод; крещатые, состоящие из двух пар пересекающихся под прямым углом арок со световым барабаном на парусах. 
Рис.48. Основные типы сводов 1 - коробовый; 2 - четвертьцилиндрический; 3 - купольный; 4 - купольный на парусах без барабана; 5 - купольный на барабане; 6 - конха; 7 - двухскатный; 8 - крестовый; 9 - шатровый; 10-12 - ступенчато-арочный; 13 - вспарушенный крестовый; 14, 15 - сомкнутый на распалубках, сходящихся к углу; 16, 17 - сводчатое перекрытие на распалубках, сходящихся к углу; 18 - сомкнутые на распалубках, отступающие от угла; 19 - сомкнутые со свободным расположением распалубок; 20 - сомкнутый на граненом основании ("граненый купол"); 21 - парусный; 22 - купол на тромпах; 23 - крещатый с горизонтальными шелыгами распалубок; 24 - крещатый с наклонными шелыгами распалубок; 25 - крещатый со ступенчатыми распалубками; 26 - сомкнутый без распалубок; 27 и 28 - полулотковый и лотковый; 29 - сводчатое перекрытие распалубок; 30 - лотковый на распалубках; 31 и 32 - варианты светового пятиглавия бесстолпного храма В кирпичных храмах своды выкладываются по опалубке, опирающейся на кружала и стены или на пониженные по отношению к ним подпружные арки (рис.49, 50). После твердения раствора кружала удаляются и опалубка снимается.
При выполнении кирпичных сводов их толщина определяется расчетом, а по практике дореволюционного строительства в верхней точке составляет для нижних перекрытий 6 см на каждые 2 м пролета, а для верхних - 4,5 см. Общая толщина определяется с учетом размеров целого кирпича. Своды покрытия храмов пролетом до 5,5 м делаются в полкирпича, кроме гуртов (утолщенных ребер), которые в крестовых сводах делают в один кирпич. При пролетах от 6 до 12 м своды должны быть толщиной в один кирпич, а в гуртах - в 1,5 кирпича. При выкладке ребер распалубок кирпичи, подходящие с двух сторон к ребру, не составляют единого ряда, привязываясь на углу. На ребро выпускаются кирпичи только с одной из сторон, подтесываясь по индивидуальному шаблону по двум плоскостям. Кружальные формы для сводов делают из досок толщиной 6-9 см в один или несколько рядов в зависимости от размеров свода, располагая их с интервалом около 0,7 м при толщине обшивки опалубки в 2-3 см или с интервалом 1-1,4 м при толщине опалубки 5 см. С учетом последующей осадки свода при устройстве кружал их делают несколько выше из расчета 1 см на 0,7 м длины погонного метра образующей, считая от пят. При кладке коробовых сводов ряды клиновидных кирпичей ведут непрерывно по всей длине свода, а стыки - в перевязку. В крестовых сводах кладку ведут обычными рядами, а в парусных - косой кладкой. В полном парусном своде его нижняя часть, как и в куполе, выкладывается вместе со стенами горизонтальной кладкой, причем кладка ведется со всех сторон одновременно, постепенно приближаясь к замку на вершине свода. Забутовка пазухов (заполнение бутом - битым кирпичом или камнем пространства между сводом и стеной) ведется одновременно с кладкой свода. По окончании кладки сводов их ослабляют, равномерно выбивая клинья из-под опор опалубки, и оставляют на кружалах до полного затвердения раствора. При устройстве сводов, опирающихся на 8 арок, кладку арок, поддерживающих свод, выполняют в три ряда кирпичей. Арки следует класть на известково-песчаном растворе и в каждом ряду связывать поперечными металлическими связями. Между арками кладка столбов должна армироваться. Выше арок кладка ведется горизонтальными рядами вместе с нижней частью свода с образованием пят для сводчатой части. В большепролетных сводах сводчатая часть поднимается на высоту 0,7 м толщиной в 3 кирпича, далее на высоту 0,9 м - в 2,5 кирпича, вверху - в 2 кирпича. Конструкция опалубки для кладки тонкостенных сводов двоякой кривизны, цилиндрических сводов и арок должна обеспечивать возможность равномерного опускания опалубки при раскружаливании посредством клиньев, песчаных цилиндров и других устройств. Отклонения размеров опалубки сводов двоякой кривизны от проектных не должны превышать: а) по стреле подъема в любой точке свода -  величины подъема;
б) по смещению опалубки от вертикальной плоскости в среднем сечении - от стрелы подъема свода; в) по ширине пролетов сводиков - 10 мм. Указанные допуски не распространяются на передвижные шаблоны, применяемые на кладке волн свода. В состав проектов сводов двоякой кривизны должны входить рабочие чертежи опалубки. Кладка сводов двоякой кривизны, цилиндрических сводов и арок производится от пят одновременно с обеих сторон. Сомкнуто-вспарушенные своды выкладываются рядами, замкнутыми по контуру. Кладка сводов двоякой кривизны должна начинаться не ранее чем через 7 дней после окончания устройства пят (верхних частей стен), если температура наружного воздуха в это время была выше 10 °С. При температуре от 10 до 5 °С срок удлиняется в 1,5 раза, а при температуре от 5 до 1 °С - в 2 раза. При железобетонных пятах, сквозь которые пропускаются затяжки сводов, кладка сводов может начинаться немедленно после устройства пят. Натяжение затяжек в сводах двоякой кривизны и цилиндрических сводах должно производиться немедленно после окончания кладки до снятия опалубки. Верхнюю поверхность сводов двоякой кривизны и цилиндрических сводов при толщине менее 90 мм следует затирать в процессе кладки слоем раствора толщиной около 5 мм того же состава, на котором ведется кладка сводов. При толщине сводов 90 мм и более затирка не производится. Места примыкания смежных волн сводов двоякой кривизны одна к другой должны выдерживаться на опалубке не менее 12 ч с момента окончания кладки. Распалубку волн свода следует производить после окончания кладки в пределах ширины передвижного шаблона. При температуре ниже 10 °С сроки выдерживания сводов на опалубке увеличиваются. Распалубка цилиндрических сводов и арок пролетом до 4 м допускается немедленно после окончания кладки и установки затяжек, если они предусмотрены проектом. При устройстве в сводах двоякой кривизны проемов, превышающих  ширины волны свода, порядок перемещения опалубки должен быть указан в проекте.
Торцовые стены, расположенные выше пят сводов двоякой кривизны, должны выкладываться после распалубки волн свода, примыкающих к этим стенам, и передвижки опалубки. Кирпичи и камни, применяемые для кладки сводов, перед укладкой увлажняются. Верхняя поверхность тонкостенных сводов, выложенных на цементных растворах, должна защищаться в жаркую погоду от воздействия солнца и увлажняться в течение первых трех суток после окончания кладки. Загрузка распалубленных сводов двоякой кривизны и цилиндрических сводов утеплителем и кровлей при температуре воздуха выше 10 °С допускается не ранее 7 суток после окончания кладки. Своды и арки при загружении в более ранние сроки должны выдерживаться в опалубке. При укладке утеплителя односторонняя временная нагрузка сводов не допускается. жүктеу/скачать 4.16 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
