Арка из Кирпича или Почему Трещат Печи.

Показать описание

Арка из Кирпича или Почему Трещат Печи.
Здравствуйте.
По своей конструкции, классический цилиндрический свод русской печи можно представить как набор параллельных арок, а свод помпейской как набор арок нанизанных на общую вертикальную ось вращения.
Поэтому, если мы регулярно будем складывать арки, которые не ломаются, то автоматически научимся из них создавать устойчивые своды.
Давайте, для наглядности, создадим простую арку из двух кирпичей.
Их в арке может быть сколько угодно, часто встречается даже четное число и без «замкового камня», но сути это не меняет.
Концы арки упираются в так называемые пятки, которые обычно создаются тоже из кирпичей.
На практике, очень желательно пятки арок подрезать с притиранием к нижним кирпичам, поэтому не критикуйте меня за грубость эксперимента.
Так вот, особенность арок предполагает тот факт, что каждый элемент, в данном случае кирпич, давит на соседние в местах их касания друг с другом.
Каждый кирпичик арки прекрасно противостоит силам сжатия от соседних камней, и такая конструкция автоматически становится очень прочной и устойчивой.
И чем больше внешнего воздействия на арочные кирпичи, тем прочнее получается конструкция.
А вот два нижних кирпича арки давят на пятки, которые норовят разъехаться в стороны, создавая так называемый распор в горизонтальной плоскости.
Основные векторы усилий на пятки направлены по направлению нормалей, проведенных к поверхностям дуги арки в местах ее опоры.
В свою очередь, каждый из этих векторов можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.
Вертикальную составляющую вектора легко компенсирует опора фундамента, а вот с горизонтальной нужно как-то бороться.
Естественно, что чем круче дуга арки, тем меньший горизонтальный вектор усилия и тем меньшее давление горизонтального распора будет передаваться на пятки свода.
В печных конструкциях устойчивость пяточных кирпичей часто обеспечивается просто силами трения пятки на опору.
И эта сила трения будет тем большей, чем с большей силой пятка будет давить на опору и чем больше пятно их контакта.
Не удивительно, что в печной среде самой устойчивой формой арки является полуциркульная, то есть образованная ровно половиной окружности.
На первый взгляд, у такой конструкции, основной вектор направлен вертикально вниз, а горизонтальная часть, стало быть, отсутствует вовсе.
Но на практике, во время топки или внешних усилий (например у вас сверху лежанка), на арку будут воздействовать некие силы и горизонтальная сила распора в пятках тоже может возникнуть, хоть и совсем не существенная.
Если арка печи лучковая, то бишь более пологая и образованная относительно малым сегментом окружности, то ситуация лишь усугубится.
А теперь скажу совершенно не очевидные вещи:
абсолютно плоская перемычка, опертая на вертикальные стенки, тоже будет создавать небольшое расталкивающее усилие на стены.
Запомните, для любой формы арки печи мы должны обеспечить устойчивость пяток и тогда точно все будет хорошо.
Проще всего стянуть пятки металлической шпилькой, как это делают в архитектуре старых зданий со сводчатыми и купольными перекрытиями.
Такая металлическая связь называется «затяжка».
Но в нашем случае нельзя, чтобы металл находился внутри топки или колпака, иначе он при нагреве потеряет свое основное свойство противостоять растягивающим усилиям от распора пяток кирпичной арки.
Например, эти стальные затяжки можно устроить под подом русской печи, изолировав металл от открытого огня слоем подового кирпича.
Сейчас повсеместно принято деревянное подпечье заменять нижним колпаком, располагать там же подтопок и вести дымовые каналы.
Очевидно же, что при такой конструкции печи, затяжка теперь автоматически оказывается на полу дома, а пятки кирпичных арок, стало быть, отдаляются по вертикали от затяжки почти на метр.
А чем это грозит на практике?
Сила распора от арки остается неизменной, но теперь сдерживание усилий разъезжающихся пяток, за отсутствием затяжки будет направлено на опрокидывание стенки.
Здесь, опрокидывающий момент равен произведению силы на плечо.
Какие компенсационные меры для нашей кирпичной арки мы можем предпринять, если пятки стали расходиться?
Например, можно не стягивать пятки изнутри кирпичной арки, а создать внешнюю дополнительную опору, например металлический бандаж поверх готовой печи.
Если не нравится, то можно выполнить забутовку арки слоем кирпича или песка, как это часто делают при обустройстве лежанки в классических конструкциях русских печей.
Можно внешнюю стенку сделать более толстой.
Или устроить нечто похожее на контрфорсы.
А можно создать дымовые каналы с боков от свода и распределить опрокидывающую нагрузку на их стенки.
Видели античную архитектуру, похоже на храм «Юпитера»?

Благодарю за Внимание!

#Арка #Свод #Печь