Основы каменной кладки
Каменная кладка — это конструкция, состоящая из камней, уложенных на строительном растворе в определенном порядке. Кладка несет нагрузку от собственной массы, массы других конструктивных элементов и приложенных к ним нагрузок, а также выполняет теплоизоляционные, звукоизоляционные и другие функции.
При строительстве зданий и сооружений применяют следующие виды кладки: кирпичную; из искусственных бетонных, силикатных или керамических камней; из крупных блоков, изготовляемых из бетона, кирпича или керамических камней; из природных камней правильной формы (пиленых или тесаных); бутовую из природных неотесанных камней, имеющих неправильную форму; смешанную (кладка бутовая, облицованная кирпичом; из бетонных камней, облицованных кирпичом; из кирпича, облицованного тесаным камнем); бутобетонную; облегченную кладку из кирпича или других материалов.
Эти виды кладки используют для возведения фундаментов, стен, столбов, перегородок и других конструкций зданий и сооружений. Каждая из этих кладок обладает специфическими особенностями и свойствами (прочностью, теплопроводностью, водостойкостью, морозостойкостью), которые и определяют область применения ее в строительстве. Виды кладки выбирают в зависимости от назначения конструкций и условий, в которых она будет находиться, капитальности строящегося здания или сооружения и экономической целесообразности использования материалов.
Кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича пластического прессования благодаря хорошей сопротивляемости воздействию влаги, высокой прочности, морозостойкости и относительно небольшой плотности применяется при возведении стен и столбов зданий и сооружений, подпорных стенок, дымовых труб и других наземных конструкций; при устройстве фундаментов и различных подземных сооружений.
Силикатный, обыкновенный глиняный кирпич полусухого прессования и глиняный пустотелый кирпич не применяют для возведения подземных конструкций (ниже гидроизоляционного слоя) в сырых грунтах, а также для возведения наружных стен влажных и мокрых помещений, для устройства печей, труб, дымовых и вытяжных каналов.
Кладку из глиняного пустотелого или пористо-пустотелого кирпича применяют для несущих наружных и внутренних стен здания, где наиболее рационально используются ее теплотехнические и прочностные свойства. Малая теплопроводность этих видов кладки позволяет сократить толщину стен на 20—25% и снизить массу на 20—30% по сравнению со стенами, выложенными из обыкновенного глиняного кирпича.
Кладку из бетонных к а м н е й используют так же широко, как и из кирпича. При этом кладку из камней, изготовленных на тяжелом бетоне, применяют для возведения фундаментов, стен подвалов и других подземных конструкций и для тех наземных частей зданий и сооружений, где требуется высокая прочность и морозостойкость.
Кладка из пустотелых и легкобетонных камней предназначается для возведения наружных и внутренних стен зданий и перегородок. Легкобетонные и пустотелые шлакобетонные камни имеют хорошие теплоизолирующие свойства. Использование этих камней при возведении наружных стен ведет к большой экономии материалов, значительному снижению массы здания за счет сокращения толщины стен. Однако такие камни имеют существенный недостаток: они влагоемки и вследствие этого недостаточно морозостойки. Поэтому фасады наружных стен, выполненные из легкобетонных и пустотелых шлакобетонных камней, штукатурят, что-бы предохранить от увлажнения и быстрого разрушения. Низкомарочные легкобетонные и пустотелые бетонные камни используют только для возведения конструкций внутри здания.
Кладка из силикатных камней более теплопроводна, имеет большую/плотность, но вместе с тем более прочна и долговечна, чем кладка из легкобетонных камней. Поэтому ее широко применяют для возведения не только внутренних стен, но и наружных.
Кладка из керамических пустотелых камней как наиболее эффективного штучного материала служит преимущественно для возведения наружных стен: отапливаемых зданий. Высокие теплотехнические свойства этой кладки позволяют сократить толщину наружных стен в средней полосе страны на полкирпича по сравнению с кладкой из обыкновенного глиняного или силикатного кирпича. Перегородки.из керамических камней устраивают в тех случаях, когда их нель«зя выполнить из крупных панелей или мелкоштучных плит. Такие перегородки обеспечивают необходимую звуконепроницаемость и меньшую нагрузку на перекрытия по сравнению с другими видами перегородок.
Кладку из крупных бетонных, силикат» ных или кирпичных блоков, так же как из штучных материалов, используют для возведения подземных и наземных конструкций зданий и сооружений. Блоки из тяжелого бетона и кирпича пластического прессования применяют для стен, фундаментов и других подземных конструкций, а блоки из легких бетонов, силикатного, пустотелого и пористо-пустотелого кирпича—-в основном для кладки наружных стен зданий.
Кладка из природных камней и блоков правильной формы имеет высокую прочность, стойкость против выветривания и замораживания, малую истираемость, декоративность.
Мягкие пористые горные породы, имеющие плотность от 900 до 2200 кг/м3 (ракушечники, пористые туфы и и др.) в виде пиленых штучных камней массой до 40— 45 кг служат для кладки наружных и внутренних стен зданий. Особенность применения природных камней из легких пород заключается в том, что перед употреблением их выдерживают определенное время на месте добычи, чтобы удалить влагу. Из пористых горных пород (известняков, туфов) изготовляют также крупные стеновые блоки, предназначенные для механизированной кладки. Размеры блоков определяются проектом или техническими условиями.
Из обработанных природных камней твердых пород (колотых, пиленых, тесаных) можно устраивать опоры, устои мостов и путепроводов, подпорные стенки. Однако из-за высокой стоимости и трудоемкости обработки природного камня такую кладку сейчас в основном применяют в декоративных целях для облицовки стен, выложенных из других материалов, например набережных, частей монументальных общественных и промышленных зданий и сооружений.
Бутовая и бутобетонная кладки связаны с большими затратами ручного труда, кроме того, они обладают значительной теплопроводностью, поэтому их применяют в незначительных объемах. Однако бутовая и бутобетонная кладки из местных каменных материалов, как правило, оказываются экономически выгодными. Эти кладки рекомендуется применять при устройстве фундаментов под здания и сооружения, а при возведении бутовой кладки с облицовкой кирпичом или другими материалами — для кладки стен подвалов, цоколей, зданий, подпорных стен и других инженерных сооружений. Из бутовой кладки возводят также, стены складских помещений, а в сельской местности — стены одноэтажных хозяйственных построек.Правила разрезки. Действующим на кладку силам сопротивляется главным образом сам камень, так как раствор в кладке менее прочен, чем связанные им камни. Последние хорошо сопротивляются только сжимающим усилиям. Чтобы использовать это свойство каменных материалов и обеспечить правильную работу конструкции, необходимо камни в кладке располагать в соответствии с правилами разрезки.
Для того чтобы избежать изгиба и скалывания, камни нужно укладывать друг на друга так, чтобы они соприкасались возможно большей площадью — наибольшими гранями. Так, если камень А при укладке на камень Б опирается только в двух точках, то под влиянием внешней нагрузки Р он может прогнуться и даже сломаться. Камень А может и не получить излома, но так как давление от него передается только в двух точках, то именно в них камни А и Б могут раздробиться. Отсюда ясно, что для равномерной передачи давления от одного камня другому необходимо, чтобы каждый из них опирался на нижележащий не в отдельных точках, а всей поверхностью граней, называемых постелями камней. При этом если поверхность соприкосновения их перпендикулярна действующему на камень усилию, то камни будут работать только на сжатие. Из этого следует первое правило разрезки кладки: постели камней должны быть перпендикулярны силам, действующим на кладку, а камни в кладке должны располагаться рядами (слоями).
В каждом ряду кладки камни укладывают так, чтобы не произошел их сдвиг. Если боковые поверхности камней имеют наклон к горизонту (10), то такие камни в кладке представляют собой клинья. Клинообразный камень 3 будет стремиться раздвинуть камни 2 и 4. Во избежание этого необходимо, чтобы плоскости, разграничивающие одни камни от других, были перпендикулярны постелям. В то же время, если две боковые плоскости, разграничивающие камни, не будут перпендикулярны наружным поверхностям стен, а две другие боковые плоскости не будут перпендикулярны первым, то камни, например, имеющие острые углы у наружной поверхности, могут выпасть из ряда и нарушить целостность массива кладки. Отсюда следует второе правило разрезки: массив кладки должен расчленяться вертикальными плоскостями (швами), параллельными наружной поверхности кладки (продольными швами), и плоскостями, перпендикулярными наружной поверхности (поперечными швами).
Продольные и поперечные вертикальные швы в кладке не должны быть сквозными по высоте конструкции, гак как при этом вся кладка окажется расчлененной на отдельные столбики. Каждый такой столбик очень неустойчив, поэтому швы в кладке под влиянием вертикальной нагрузки могут расшириться, а сама кладка разрушиться. Чтобы этого не произошло, продольные и поперечные швы в смежных горизонтальных рядах кладки нужно перевязывать камнями вышележащего ряда, сдвигая их на четверть или половину длины по отношению к камням нижележащего ряда. Тогда напряжения в кладке, возникающие под воздействием какой-либо нагрузки Р, будут передаваться не на отдельный столбик сечением в один камень, а на всю кладку. Отсюда вытекает то третье правило разрезки: плоскости разрезки каждого ряда кладки должны быть сдвинуты относительно плоскостей смежных с ним рядов, т. е. под каждым вертикальным швом данного ряда кладки нужно располагать не швы, а камни.
Элементы каменной кладки. Кирпич или камень прямоугольной формы имеет шесть граней. Две противоположные наибольшие грани, которыми кирпич (камень) кладут на раствор, называют постелями (нижней и верхней); длинные боковые грани кирпича (камня)—ложками; короткие — тычками.
Кладку из кирпича или камней выполняют, как правило, горизонтальными рядами. Кирпичи или камни в ряду кладки, образующие поверхности конструкций, называют верстами. Версты различаются наружные, расположенные со стороны фасада здания, и внутренние, расположенные с внутренней стороны помещения. В зависимости от того, как укладывают кирпичи и камни, версты бывают тычковыми и ложковыми.
Ряд кладки из кирпичей, обращенных к поверхности стены длинной боковой гранью, называют ложковым рядом, а обращенных к поверхности стены короткой гранью — тычковым рядом.
Кирпичи и камни, уложенные между наружной и внутренней верстами, называют забутовочными или забуткой.
Ширину кладки стен, называемую обычно толщиной, делают кратной половине кирпича или камня: один, полтора, два, два с половиной кирпича и т. д. Перегородки в зданиях выкладывают в полкирпича или в четверть кирпича, т. е. толщиной 12 и 6,5 см.
При возведении зданий каменные стены выкладывают сплошными или с проемами. Сплошные стены называют гладкими. Стены с проемами и с выступающими конструктивными элементами или архитектурными деталями могут иметь напуски, пояски, обрезы, уступы, пилястры.
Напуском называют то место кладки, в котором очередной ее ряд расположен не в плоскости ранее уложенных кирпичей, а с выступом на лицевую поверхность. Напуски делают не более чем на одну треть длины кирпича в каждом ряду. Напуском нескольких рядов кладки образуют пояски, которыми отделяют на фасадах домов отдельные части здания по высоте, а также карнизы и другие конструктивные и архитектурные элементы.
Обрез кладки устраивают с отступом от лицевой поверхности очередного ряда кладки. Кладка стен выше обреза имеет меньшую толщину, чем до обреза. Обрез кладки делают при переходе от цоколя 5 к стене, при этом последний ряд кладки перед обрезом обязательно выкладывают тычками.
Уступом 6 кладки называют те места, где лицевая плоскость одной части стены выступает в ту или другую сторону от лицевой плоскости другой части. Величина уступа назначается проектом.
Пилястры 2 — это части кладки стен, выступающие из общей лицевой плоскости в виде прямоугольных столбов, выкладываемых вперевязку с кладкой стены.
Борозды в стене устраивают для размещения трубопроводов, электрических кабелей и прочих скрытых проводок. После монтажа этих проводок борозды заделывают заподлицо с плоскостью стены. Борозды в кладке бывают вертикальными или горизонтальными. Вертикальные борозды по ширине и глубине делают кратными половине кирпича (камня), горизонтальные — кратными одному ряду кладки по высоте, т. е. четверти кирпича (камня) и половине кирпича (камня) по глубине.
Ниши — это углубления в кладке стены, кратные половине кирпича (камня). В нишах располагают встроенные шкафы, приборы отопления, электрические и другие устройства.
Обычно в любом здании наружные стены делают не сплошными, а с оконными или дверными проемами. Кладку, расположенную между двумя соседними проемами, называют простенком 3. Простенки бывают в виде простых прямоугольных столбов, а также столбов с четвертями для закрепления в них оконных и дверных блоков. Четверти 4 делают, выпуская из кладки наружные ложковые версты на длину четверти и укладывая в них четверти в тычковых верстах.
Одним из элементов кладки являются Штрабы, устраиваемые в местах временного перерыва кладки. Штрабы выкладывают так, чтобы при дальнейшем продолжении ра.бот можно было обеспечить надежную перевязку новой части кладки с ранее возведенной. С этой целью штрабы делают убежными или вертикальными. Убежная (наклонная) штраба по сравнению с вертикальной обеспечивает лучшую связь соединяемых частей стен. В вертикальные штрабы для надежности соединения кладки закладывают стальные связи из прутьев диаметром 8 мм через 2 м по высоте. В местах последующего примыкания стен вертикальные штрабы при кладке устраивают, т. е. многорядными или однорядными с закладкой стальных связей в наружные стены и выпуском их для укрепления примыкающей кладки. Убежными штрабами в виде небольших участков стен высотой до шести рядов выкладывают на наружной версте маяки, которые используют в процессе кладки для закрепления причалок. Маяки располагают либо по углам, либо на стенах на расстоянии 10—12 м друг от друга.
Системы перевязки кладки
Система перевязки — это порядок укладки кирпичей (камней) относительно друг друга. Она должна соответствовать правилам разрезки кладки. При кладке различают перевязку вертикальных швов, продольных и поперечных.
Перевязку продольных швов делают для того, чтобы кладка не расслаивалась вдоль стены на более тонкие стенки и чтобы напряжения в кладке от нагрузки равномерно распределялись по ширине стены. Например, если стену толщиной в l,5 кирпича выложить только ложками, она будет состоять из трех не связанных между собой отдельных стенок толщиной в полкирпича и нагрузка между ними распределяться не будет.
Перевязка поперечных швов необходима для продольной связи между отдельными кирпичами, обеспечивающей распределение нагрузки на соседние участки кладки и монолитность стен при неравномерных осадках, температурных деформациях и т. п.
Перевязку поперечных швов выполняют ложковыми и тычковыми рядами, а продольных — тычковыми.
Основными системами перевязки кирпичной кладки стен, широко применяемыми в нашей стране, являются однорядная (цепная) и многорядная.
При однорядной (цепной) перевязке ложковые и тычковые ряды в кладке чередуются. Поперечные швы в смежных рядах сдвинуты относительно друг друга на четверть кирпича, а продольные— на полкирпича. Все вертикальные швы нижнего ряда перекрываются кирпичами вышележащего ряда
При многорядной перевязке кладки из одинарного кирпича продольные вертикальные швы через каждые пять ложковых рядов кладки перекрываются тычковым рядом. При этом тычки могут располагаться как в отдельных тычковых рядах, так и в чередовании с ложковыми кирпичами (камнями). Поперечные вертикальные швы в четырех ложковых рядах перекрываются ложка-, ми каждого смежного ряда на половину кирпича, а швы пятого ложкового ряда — тычками шестого ряда на четверть кирпича. Такую кладку называют пятирядной. Иногда с целью усиления перевязки кладки тычковые ряды укладывают через три ложковых ряда.
При многорядной системе перевязки не полностью соблюдается третье правило разрезки кладки. Однако отсутствие перевязки продольных швов на высоту пяти рядов кладки практически не снижает ее прочности и в то же время вследствие большого термического сопротивления этих швов, расположенных на пути теплового потока, улучшаются теплотехнические показатели кладки.
Общее количество кирпича в конструкции не зависит от системы перевязки, но при цепной перевязке требуется большее количество трехчетвертных кирпичей для торцов стен, углов и столбов, чем при других системах перевязки. Например, на 1 м высоты угла стены толщиной в два кирпича при цепной кладке требуются 52 трехчетвертки, а при многорядной — только четыре. Обрубка на трехчетвертки и другие неполномерные кирпичи, кроме затрат труда, приводит к значительной потере кирпича. Таким образом, многорядная система перевязки кирпичной кладки намного выгоднее однорядной.
Однако многорядную систему перевязки не всегда можно применять. Например, для кладки столбов она не допускается, так как столбы из-за неполной перевязки швов будут недостаточно прочными. Кладка столбов и узких простенков с применением цепной системы перевязки удовлетворяет требованиям прочности, но это вызывает необходимость использования большого количества трехчетверток.
В нашей стране широко распространена кладка столбов и узких простенков по трехрядной системе, которая лишена указанных недостатков. Эта система допускает совпадение наружных вертикальных швов в трех рядах кладки по высоте. Такая кладка требует наименьшего количества неполномерного кирпича. Например, при кладке столбов сечением 2х2 кирпича перевязку делают только целыми кирпичами, а при кладке столбов сечением 1,5х2 или 2х2,5 кирпича в каждые четыре ряда кладки укладывают по две половинки.
