При производстве каменной кладки особое значение имеет порядок расположения камней, от которого зависят устойчивость и прочность каменного сооружения. Камни и раствор должны работать как монолитный массив, способный сопротивляться действующим на него усилиям.
Порядок расположения камней называется разрезкой кладки. Правила разрезки кладки должны обеспечить монолитность кладки и способность сооружения воспринимать нагрузки.
Существует три основных правила разрезки.
Первое правило разрезки устанавливает, что ряды камней в кладке необходимо располагать параллельно друг другу и перпендикулярно действующей нагрузке. Постели камней должны опираться на нижележащий ряд по всей своей плоскости. Горизонтальный шов между рядами должен быть полностью заполнен раствором во избежание концентрации напряжений, возникающих при передаче усилий не по всей поверхности камня, а в отдельных точках.
При действии нагрузки под углом к плоскости рядов в кладке возникают сдвигающие усилия, которые могут вызвать ее разрушение. Однако в ряде случаев, например, при кладке опор сводов, подпорных стен, приходится допускать наклонное действие нагрузки. Но при этом угол наклона действующей силы не должен превышать определенной величины.
Если направление действующей силы N (рис. 6.2) образует угол a с перпендикуляром на плоскость постели, то кроме нормальной составляющей силы N1 = N сosa, сжимающей кладку, действует усилие N2 = N sina, стремящееся сдвинуть камень в горизонтально направлении. Во избежание сдвига верхнего камня требуется, чтобы сдвигающая сила N2 была меньше силы трения P = fN Cosa, (где f – коэффициент трения). Это означает, что N sina £ fN cosa. Тогда, разделив обе части уравнения на N cosa, получим, что tga = f. Поскольку f = tgj, где j - угол трения, то tga = tgj, и соответственно a = j. Угол трения для кирпича по раствору равен 30-35 град. Для необходимого запаса прочности (как правило, равного 2), угол допускается не более половины угла трения, т.е. должен быть меньше 15-17 град.
Рис. 6.2. Воздействие наклонной силы на каменную кладку
Второе правило предполагает следующее: расположение камней в кладке должно быть таким, чтобы исключалась возможность их сдвига или скола под влиянием действующих на кладку сил. Для этого все боковые плоскости соприкасающихся камней (вертикальные швы) должны быть перпендикулярны постели. При этом поперечные швы должны быть перпендикулярны наружной поверхности кладки, а продольные швы – параллельны ей. В случае образования наклонных к постели плоскостей клинообразные камни под действием усилий, возникающих в кладке, могут раздвинуть соседние камни, а неперпендикулярные плоскости к наружным поверхностям кладки создадут условия для выпадения отдельных камней.
Третье правило определяет взаимное расположение вертикальных продольных и поперечных швов в смежных рядах кладки. Для создания монолитности каменной кладки камни вышележащего ряда необходимо укладывать на нижележащий ряд так, чтобы они перекрывали вертикальные швы между камнями в продольном и перечном направлениях. Такая перевязка швов позволяет исключить в кладке возникновение отдельно стоящих столбов на всю высоту кладки, воспринимающих усилия самостоятельно и потому склонных к разрушению от потери устойчивости и расслоения (рис. 6.3). При такой системе кладки воздействующие усилия N передаются всей кладке, и устраняется опасность ее расслоения.
Прочность кладки, выполненной с соблюдением всех правил разрезки, зависит от прочности камней и раствора, системы перевязки, а также толщины и плотности швов.
Рис. 6.3. Распределение нагрузки на отдельные камни кладки:
а – при наличии перевязки швов, б – при ее отсутствии