Зачастую перед строителем возникает задача выстраивания арочного перекрытия, обустройства куполообразной кровли или оригинального «горбатого» мостика над водоемом, который становится все более популярной малой архитектурной формой. При этом, в большинстве случаев мастера не утруждают себя сложными расчетами, используя две величины, которые известны даже семикласснику. Такими величинами являются ширина пролета, впоследствии перекрываемая аркой, и высота подъема арки, которая рассчитывается путем определения расстояния между воображаемой горизонтальной линией, проведенной между точками, на которые осуществляется упор арки, и наивысшей точкой арки. По мнению специалистов, данных величин недостаточно, чтобы обустроить надежную арку с высокими эксплуатационными характеристиками. Основная роль при конструировании арочного перекрытия отводится выбору материалов, из которого будет сооружаться арка, и связанному с ним расчету арки, правильность проведения которого определяет ее последующие эксплуатационные характеристики. Следуя данным рекомендациям, вы сможете сконструировать надежное арочное перекрытие, которое станет отличным решением и не только разнообразит дизайн квартиры, но и станет отличным украшением ландшафтного дизайна сада. Специалисты в данной сфере без труда произведут все необходимые расчеты, но что делать, если нет возможности воспользоваться их услугами, и приходится выполнять все работы самостоятельно? В этом случае воспользуйтесь нашими рекомендациями, которые помогут вам максимально эффективно справиться с поставленной задачей.
Арочные системы с точки зрения профессионала
С точки зрения специалистов инженеров, арочными конструкциями называются системы ломаного или криволинейного характера, на опорные элементы которых действуют вертикальные нагрузки, приводящие к наклонным реакциям, направленным внутрь проема. Горизонтальной составляющей подобной опорной реакции является распор, что свидетельствует о том, что арочные системы являются распорными конструкциями. Это и является их основным отличием от балок, которые испытывают только нормальное механическое напряжение. В современном строительстве арки используются в качестве основных несущих конструкций сооружений различного назначения, будь то хозяйственные, промышленные или сельскохозяйственные постройки, пролетом от 12 до 70 м. Что касается зарубежного строительства, то в данной отрасли конструирование арочных пролетов еще более развито, что позволяет сооружать арки высотой до 100 м и более.
Классификация арок: основные разновидности
В соответствии со статической схемой , различают бесшарнирные , двухшарнирные и трехшарнирные арки ;
Также опорные конца арки можно соединить горизонтально расположенным стержнем, воспринимающим горизонтальную нагрузку и называемым затяжкой . Расчет арки с затяжкой несколько отличается от расчета двухшарнирной арки или трехшарнирной арки без затяжки.
Для каждого из этих типов характерны свои достоинства и недостатки, в связи с чем, выбор конструкции осуществляется инженером-проектировщиком, который осуществит расчет трехшарнирной арки с учетом прочностных требований, предъявляемых к ней, материалов, используемых для ее конструирования, и архитектурных задач, которые возлагаются на ту или иную конструкцию.
В соответствии со схемой опирания, выделяют арки с затяжкой и арки без затяжки . Если первые воспринимают распор, то распор последних передается на опоры. Изготовление затяжки осуществляют из профильной стали или арматуры. Если эксплуатация арки будет осуществляться в условиях агрессивных сред, способствующих коррозии металла, допускается использование деревянных клееных затяжек.
По форме различают:
- Треугольные арки, состоящие из прямых полуарок. Расчет треугольной арки не представляет сложностей, и вы сможете произвести его самостоятельно;
- Пятиугольные арки;
- Сегментарные арки, оси полуарок которых располагаются на общей окружности;
- Стрельчатые арки, состоящие из нескольких полуарок, оси которых расположены на двух окружностях;
Как осуществить расчет трехшарнирной арки с затяжкой: рекомендации специалистов
Если вы планируете осуществить монтаж небольшой арки, расчет и конструирование не доставят вам особых сложностей, так как для их производства предпочтительнее использовать листы строительного материала огромных размеров, такого как фанера, гипсокартон или OSB-плиты. Наибольшие показатели их длины ширины составляют 250 и 120 см соответственно, что позволяет просто начертить арку на листе материала и выпилить как минимум две составляющие детали несущих балок. В завершение такие арки обшивают листовым материалом, после чего можно считать, что арка готова. Несмотря на быстроту и простоту монтажа арок данным методом, для него характерны и свои недостатки, среди которых большое количество материала, затраченного на отходы, декоративность готовой арки и неспособность конструкции нести нагрузки.
Обустройство арочных конструкций существенно усложняется, если перед мастером стоит задача монтажа арки над большим просветом (до нескольких метров) или арки, способной выдерживать высочайшие нагрузки. В связи с тем, что на строительном рынке трудно найти материалы, размеры которых позволяют осуществить монтаж такой арки, она конструируется как наборная конструкция, состоящая из нескольких деталей. В связи с этим, перед мастером встает задача точного расчета арки и определения размеров ее деталей.
Как уже упоминалось ранее, арки различают в соответствии с такими параметрами, как форма, размер и высота, и прежде, чем реализовать проект расчета деревянной арки, необходимо четко представлять себе конструкцию и приблизительные размеры желаемой арки. С учетом данных параметров, легче определиться с выбором материалов для ее монтажа и последующим проведением расчетов.
Дилетанты, услышав словосочетание «расчет арки» зачастую пугаются, однако расчеты в данном случае несложные и основаны на использовании школьных формул из геометрии. Кроме того, чтобы облегчить проведение расчетов, необходимо начертить на миллиметровой бумаге контур арки в несколько уменьшенном масштабе. После этого изготавливают шаблон арки в реальном размере, имея который, вы сможете наиболее эффективно провести дальнейшие расчеты, так как сможете приложить так называемую копию арки к месту ее монтажа и оценить правильность проведенных расчетов. Для изготовления шаблона можно использовать плотный картон, фанеру или лист ДВП.
Арочные конструкции занимают обширную нишу в архитектуре, и их использование - широчайшая тема, объять которую невозможно в одной статье. В настоящем материале мы рассмотрим изготовление арки в квартире или частном доме, так как традиционный прямоугольный проем, оформленный в виде арки, станет эксклюзивной деталью интерьера квартиры, выгодно отличающей ее от других квартир.
Рассмотрим пример расчета трехшарнирной арки:
В большинстве случаев, независимо от опыта мастера, ему известны три параметра арки, среди которых ширина пролета, перекрываемого аркой, высота арки, а также глубина (ширина) стены. Перед мастером при этом стоит задача рассчитать параметры деталей арки, собрать их в единую арочную конструкцию и прочно закрепить ее.
Способ № 1 - эмпирический
Несмотря на то, что любой расчет арки начинается с вычисления радиуса ее окружности, арка не всегда представляет дугу окружности. Существуют ситуации, когда арка состоит из двух дуг (это относится к аркам, выполненным в готическом стиле) или характеризуются несимметричными очертаниями. В этом случае расчет каждой дуги арки производится отдельно. Но, вернемся к расчету окружности арки. Его удобнее производить на бумаге, при этом уменьшив размер, в масштабе, например, 1: 50. Подготовив бумагу и циркуль, чертим на листе дверной проем с учетом масштаба и проводим ось симметрии, делящую проем пополам. После этого ось циркуля необходимо изменить, поставив ножку с иглой непосредственно на ось симметрии. Далее нужно начертить несколько дуг и, остановив свой выбор на наиболее оптимальной, остальные убрать с помощью ластика.
Чтобы нагляднее продемонстрировать данный пример, изобразим дугу арки:
где R - радиус окружности арки, а L представляет собой половину хорды дуги, тогда как размер хорды соответствует длине арочного просвета. Что касается H, то данный показатель отображает высоту подъема арки.
Способ № 2 - математический
Чтобы осуществить математический расчет радиуса окружности арки, воспользуйтесь теоремой Пифагора, в соответствии с которой:
R= L2 + (R2 - H2)
R= L2 + (R - H)2
Разложив двучлен, преобразуем выражение в вид:
R2 = L2 + R2 - 2HR + H2
Вычтем из обеих частей R и получим:
L2 + H2 - 2HR = 0
Перенесем слагаемое с R за знак равенства:
2RH = L2 + H2
И, наконец, получим искомый R:
R = (L2 + H2)/ 2H
Важно! Формула для вычисления радиуса окружности арки: R = (L2 + H2)/ 2H , где R - радиус окружности арки, H - высота подъема арки, L - половина хорды дуги (длина арочного просвета).
В связи с тем, что арка состоит из нескольких частей, для изготовления которых придется использовать доску определенной ширины, произведем расчет размеров детали, которую можно изготовить из доски с конкретными размерами. Для этого необходимо решить обратную задачу. С учетом известного радиуса арки и высота ее подъема (в данном случае это ширина доски), рассчитаем максимально возможную длину детали, которую можно изготовить из доски с определенной шириной, то есть произведем расчет длины арки. В связи с тем, что из предыдущих расчетов нам уже известны определенные соотношения, выведем следующую формулу:
L2 = 2RH - H2
HR - H2
Чтобы правильно изготовить арку, необходимо подготовить несколько больше деталей, с учетом того, что в процессе монтажа их придется стыковать. Способ стыковки выбирается в зависимости от назначения арки. Практикуется использование накладных деталей по «щекам» арки и стыковка двух арок, с учетом сдвига на полдетали.
В процессе расчета деталей необходимо учитывать то, какая сторона арки, в зависимости от ее расположения по отношению к деталям, больше всего нас интересует (внутренняя или внешняя). Проще говоря, нам необходимо понять, как будут располагаться несущие детали арки по отношению к самой арке. Например, при обустройстве куполообразной кровли, несущие детали арочной конструкции будут располагаться ниже арки, а при монтаже арочного свода - выше. Возникают ситуации, когда необходимо обустроить двустороннюю арку. В последнем случае расчет деталей арки произведет по наименьшему закруглению.
Если в процессе эксплуатации, арка будет нести высокие нагрузки, необходимо произвести ее усиление с помощью различных балок и затяжек, установленных между узлами арки. Таким образом, вы сможете обустроить несущую ферму, которая способна выдержать повышенные нагрузки.
Если вы решили обустроить арку в готическом стиле, вам необходимо максимально точно определить радиус закругления арки на концах. В этом случае вы облегчите себе задачу, используя эмпирический способ расчета арки, с помощью которого вы экспериментальным путем подберете точку закругления арки, далее из этой точки вниз проведете линию, идущую параллельно стене, измерите полученное расстояние и проведете линию такой же длины с другой стороны. Затем ножку циркуля ставят на эту линию, определяют расстояние (радиус) и, двигаясь вниз или вверх параллельно линии, определяют точку, где линия стены и дуга арки сомкнутся посредством второй (меньшей) дуги. На второй стороне чертежа необходимо произвести то же самое.
Чтобы облегчить себе задачу и максимально эффективно произвести расчет арки, вы можете сделать несколько чертежей и выбрать наиболее подходящий. Как вы уже поняли, приведенные примеры расчета арки далеко не единственные, и существуют другие способа расчета, однако эмпирический способ наглядно вам демонстрирует, как будет выглядеть арка после осуществления монтажа. Кроме того, в процессе осуществления расчетов вы сможете легко корректировать чертеж до тех пор, пока не достигнете желаемого результата.
Сделав чертеж и удостоверившись в его правильности, необходимо изготовить шаблон арки, используя который, вы без труда осуществите монтаж любой арочной конструкции.
Несколько слов о выборе материала для арки
Для изготовления арки можно использовать различные материалы, в том числе и металл (расчет металлической арки производится несколько иначе), а также кирпич и бетон, однако наиболее простым и дешевым способом является изготовления арки из гипсокартона. В связи с тем, что арка, изготовленная из кирпича и бетона, будет очень тяжелой, для нее необходимо монтировать арматурный каркас. Арматура легко поддается сгибанию, и вы без труда сможете сварить из нее каркас. После этого, используя перфоратор, в стенах необходимо просверлить отверстия, вбить в них штыри и приварить к ним арочный каркас.
Изготовление арки из гипсокартона осуществляется намного проще и быстрее, однако готовая конструкция будет менее прочной, чем ее кирпичные или бетонные аналоги. Для этого необходимо изготовить каркас из жестяных профилей, по бокам обшить их гипсокартоном, а для обшивки внутреннего проема использовать сегменты(для их изготовления гипсокартон разрезают с одной стороны, выгибают и в заключение закрепляют саморезами). Образовавшиеся грани необходимо сгладить шпаклевкой.
Расчет кирпичной арки: основные моменты
Чтобы осуществить расчет кирпичной арки, также необходимо изготовить шаблон из ДВП, качество которого во многом определяет эксплуатационные характеристики и внешний вид будущей кирпичной арки. В первую очередь необходимо рассчитать размеры шаблона, для чего потребуется знание ширины арочного проема. Например, ширина арочного проема составляет 15000 мм.
Так как ширина шаблона должна быть на 5 мм меньше, значит, она составит 1495 мм. Даже если произойдет разбухание шаблона от влаги, вы сможете без труда осуществить его демонтаж на финальных стадиях работы. Высота шаблона должна соответствовать высоте арки, в нашем случае пусть будет 168 мм. Так как целый лицевой кирпич рекомендуется класть в верхней части арки, необходимо произвести расчет числа кирпичей. Так как высота одного ряда составляет около 72 мм (высота кирпича + высота шва), а общее число рядов равно 4, арочная высота составляет 72*4 - 120 = 168мм. (120мм при этом - высота кирпича, уложенного на ребро).
И в заключение
Чаще всего монтаж арочных конструкций осуществляется для декоративного оформления помещения, независимо от его предназначения. Это может быть и дом, и квартира, и офис.
Зачастую с помощью арки оформляют дверной проем между кухней и гостиной. Однако монтаж арки может использоваться и в процессе более масштабных видов строительства. Если вы планируете оформить с помощью арки внутреннее убранство помещения, специалисты рекомендуют изготовить арочную конструкцию из гипсокартона, так как это намного дешевле, проще и менее трудозатратно. При этом готовая конструкция ничуть не уступит аркам из кирпича или дерева. Чтобы не разочароваться в красоте и правильности арки, специалисты рекомендуют подойти к монтажу арочной конструкции с должной тщательностью и провести расчет арки, что можно осуществить несколькими способами. В нашей статье мы предложили вам два наиболее распространенных и эффективных способа расчета арки, воспользовавшись которыми, вы сможете соорудить надежную и эстетически привлекательную арку.
Проем изогнутой формы или арка — это яркий архитектурно-дизайнерский элемент, который представляет собой декоративное соединение верхней части проема окна или двери. Очень популярно оформление в виде арки проемов между двумя несущими балками. С помощью арки, выполненной кирпичом, можно украсить внешний вид дома снаружи и внутри, именно поэтому многие хозяева, занятые облагораживанием собственного жилища, интересуются, как сделать арку из кирпича.
Виды арок и их характеристики
Существует огромное множество форм арок, поэтому, перед тем как приступать к работе, необходимо определиться с тем, какой формы конструкция вам необходима.
Существуют следующие основные виды конструкций такого рода:
Арочная (лучковая) перемычка: 1-пята, 2-кпинчатые швы, 3-замковый кирпич.
- Клинчатые. Для создания арок в форме клиньев кирпич укладывают соответствующим образом и фиксируют самую верхнюю острую точку специализированным строительным элементом. Подобные дизайнерские решения наиболее часто можно встретить в интерьерах готического стиля.
- Лучковые. Такая арка обладает формой усеченного конуса. Встретиться с подобными проемами можно в помещениях с декором восточного стиля.
- Правильный полукруг или классическая форма арок. Для создания такой конструкции необходимо, чтобы величина полукруга была равна половине ширины декорируемого проема.
- Модерн. Данная форма является дугой, повторяющей габариты усеченного конуса.
- Романтика. Такой проем является прямоугольным, но углы его скруглены, что придает проему более мягкий и нежный внешний вид.
- Эллипс. Данная форма является ярким представителем таких стилей, как постмодерн и нью-вейв.
- Портал — самая простая прямоугольная конструкция.
Все представленные формы обладают как достоинствами, так и недостатками, которые непременно необходимо брать в расчет, делая свой выбор. Так, к примеру, готическая остроконечная арка из кирпича предполагает, что высота перекрытий в строении достигает 3-х и более метров.
Итак, если с внешним видом конструкции вы определились, пришло время поговорить о материалах, инструментах и этапах производства работ.
Вернуться к оглавлению
Создаем качественную кирпичную арку
1-замок.
Процесс кладки арок из такого материала, как кирпич, можно условно разделить на следующие этапы:
- Создание чертежа планируемого строения и работа над расчетами его параметров.
- Работы, связанные с установкой в проеме ДСП-шаблона верхней формы.
- Выкладывание перемычек проема.
- Закрепление кладки строительного материала и его фиксация.
- Снятие шаблонного элемента.
- Отделка созданного проема.
Вернуться к оглавлению
Создание шаблона и некоторые расчеты
Чтобы сделать арку, вам непременно потребуется шаблон. Он служит для определения и сохранения формы будущего проема. Перед тем как что-то строить, следует произвести все нужные расчеты и для строительства арок, необходимы замеры таких величин, как:
- толщина несущих конструкций;
- уровень расположения потолка;
- необходимая ширина проема.
Вымерив данные величины, можно начинать работу над расчетами. Для начала создаем на бумаге эскизный чертеж будущего ДСП-шаблона:
- Задаем нужный радиус будущей арки исходя из ширины проема под ней.
- С помощью циркуля чертим на эскизе оптимально выгнутую дугу.
Если планируется построение сложного арочного пролета с витиеватыми изгибами или с наличием нескольких уровней с различным радиусом дуг, каждый элемент должен быть рассчитан по отдельности.
Согласно созданному эскизу, можно изготовить шаблонную деталь из ДСП. Следует учесть, что данное изделие вырезается на пару сантиметров меньше по ширине и высоте. Такое несоответствие в размерах необходимо, чтобы шаблон можно было легко удалить из проема.
Вернуться к оглавлению
Как сделать арку из кирпича: нюансы
Теперь, когда вы точно знаете размеры будущего проема, следует разобраться с тем, как сделать арку. Начинать этот процесс следует с монтажа шаблона и укладывания кирпича:
- По самому центру верхней дуги располагают, а скорее вбивают, заключительный замковый кирпич, который служит для фиксации формы.
- Далее выкладываются боковые части проема, и при этом необходимо знать, что количество строительных элементов с каждой стороны должно быть нечетным.
- После окончания укладки кирпича будет уложен подпорочный брус с двух сторон арки.
- По боковым поверхностям проема располагают штробы.
- Чтобы сделать арку, для начала необходимо произвести монтаж конструкции, которая будет поддерживать будущую кладку до ее застывания. Шаблон изготавливается из ДСП с толщиной листа не менее 10 мм. Округлые части изделия вырезаются в соответствии с подготовленным эскизом.
- Изготовленный шаблон крепится к проему при помощи распорочных брусьев и обыкновенных саморезов.
- Укладывание кирпича ведется с боковых сторон проема единовременно справа и слева.
- Между округлыми частями из ДСП и брусьями располагают специальные клинья, которые понадобятся для выравнивания каркаса. Кроме того, данные клинья позволят в будущем без труда удалить шаблон.
- Нужно проконтролировать, чтобы все зазоры и швы были плотно заполнены без пузырей и пустот.
- Как только работа с кирпичом будет окончена и раствор просохнет, шаблон можно удалить.
В зависимости от желаемого результата, вы можете покрыть конструкцию финишным отделочным материалом.
Сделать арку из кирпича – задача непростая даже для опытного домашнего мастера. Такое действие требует определенных навыков и знаний. И если навыки нужно обрести на практике, то знания можно получить, ознакомившись с рекомендациями и инструкцией как сделать арку из кирпича. Для наглядности приводим фото и видео материалы.
Формы
Арка из кирпича своими руками может быть создана самой разной формы, учитывая необходимый архитектурный стиль. Виды проемов, учитывая кладку:
- классическая – высота полукруга — полширины проема;
- лучковая – обрезанный конус, характерный для восточного стиля;
- клинчатая – в виде клина, вверху крепится замковым элементом, что характерно для готического стиля;
- модерн – дуга как усеченный конус;
- романтизм – прямоугольной формы с небольшим закруглением углов;
- эллипс – используется в постмодерне или нью-вейве;
- портал – прямоугольная форма.
Та или иная кладка арок из кирпича характеризуется особенностями, которые нужно учитывать, особенно гармоничность с определенным стилем.
Последовательность
В целом процедура различна для всех типов арок, но можно выделить основные этапы этого мероприятия:
- создание проекта;
- построение шаблонного элемента;
- его установка;
- кладка;
- снятие шаблона;
- отделка.
Стоит отметить, что шаблонный элемент может изготавливаться либо из деревянных брусков, либо из ДСП. Размеры определяются заранее. И от качества шаблона зависит привлекательность кирпичной кладки.
Что необходимо?
Чтобы выложить из кирпича арку, потребуется опалубка-шаблон, который делается из досок и двух стоек для поддержки.
Кладка выполняется без зазоров, используя клиновый кирпич. Допускается толщина швов до 1 см. При применении цементно-песчаного раствора снимать шаблон можно только через две недели.
Если клинового кирпича нет, можно переделать прямоугольный. Для печной арки этот параметр должен быть малым. К тому же использовать раствор для такого случая не рекомендуется, иначе вероятно разрушение.
Создание шаблона
Шаблон создается достаточно сложно. Можно сказать, что этот этап возведения является самым сложным. Ведь результат будет отвечать за форму, и при этом играть роль несущей конструкции. Шаблон создается из полукруга ДСП и куска доски. Их следует прибить между собой, а далее фиксируется оргалит.
Монтаж опорных столбов
Из досок делаются боковые подпорки, для установки с внутренней стороны столбцов. На торец этих элементов устанавливается шаблон. Дальше занимаемся разметкой, определяя расположение каждого кирпича.
Кладка
Сделать кладку своими руками легко, если соблюсти определенные рекомендации. Кирпичи укладываются от краев к середине. Они должны размещаться по меткам на шаблоне. Контролировать качество арки можно, когда останется к укладке три кирпича.
Наносить раствор следует клинообразно. Чтобы соблюсти симметрию второго ряда, применяется шнур.
Чистить раствор стоит после его схватывания. Для этого применяется влажная кисть.
Особенности конструкции для гаража
Можно привести достаточное количество фото арок из кирпича, которые применяются в гаражах. Для обеспечения ее долговечности рекомендуется учитывать несколько особенностей.
Например, многие стремятся сделать дугу минимальной, однако это лишь снижает надежность конструкции. Также рекомендуется соотносить прочность шаблона и вес арки.
Стойки должны плотно прилегать, чтобы арка не просела. Перед началом процесса следует определить требуемое количество кирпича. Если арка большая, необходимо избегать толстых швов. Толщина нижнего шва должна составлять 3-6 мм. Укладка выполняется от кроев к центру. Последним укладываем центральный кирпич.
Если арка выполняется для гаража, расстояние в проеме будет большим. Для увеличения прочности стены над аркой стоит заложить по арматуре.
Особенности конструкции для печей и каминов
В этом случае кирпичи подгоняются плотно, чтобы они касались в нижней части. Когда кладка высохнет, шаблон может выниматься со сложностями. Тогда есть альтернатива – палить его в процессе топки.
Чистка от раствора
Поскольку во время кладки своими руками раствор не всегда удается идеально распределить, он может попадать на лицевую часть. Тогда его придется зачистить сухой тряпкой. Если же раствора окажется в шве недостаточно, его необходимо заполнить с направлением снизу вверх.
Причины разрушения
Есть особые обстоятельства, в результате действия которых арка может лопнуть:
- Малый радиус при большой ширине. В связи с неравномерностью распределения значительных нагрузок могут появиться трещины и разрушения;
- Если как шаблон используются металлические основания или уголки. Несмотря на желание применить их для усиления конструкции, результат может оказаться противоположным. Ведь металлическое основание, в отличие от деревянного шаблона, не дает возможности арке сделать усадку. Это может привести к появлению трещин.
- Шаблон вовремя не извлечен. За время пребывания шаблона в конструкции он впитывает влагу, древесина разбухает, в результате чего кладка не выдерживает напряжения. Поэтому если не получается сразу вытащить шаблон, следует накрыть арку полиэтиленом.
- Причиной разрушения может стать проседание фундамента, в этом случае потребуется его укрепление.
Предотвратив возможные причины, возводим надежную конструкцию
Для создания кирпичной арки своими руками понадобится несколько часов. В процедуре нет ничего сложного, важно лишь соблюсти технологии, рекомендации, тогда результат удастся на высшем уровне – отделка арки кирпичом будет не только выглядеть красиво, но и служить много лет.
