Иногда возникает задача построить арочное перекрытие, сделать куполообразную кровлю или «горбатый» мостик над водоемом. При этом строителю, как правило известно всего две величины — ширина пролета, которую надо перекрыть аркой и высота подъема арки, т.е. максимальное расстояние от воображаемой горизонтальной линией между точками, на которые опирается арка до наивысшей точки арки.

Если арка имеет малый размер, то обычно для ее изготовления используют большие листы строительного материала — фанеры, гипсокартона, OSB-плит. Их максимальная длина составляет примерно 250 см, а ширина 120. Поэтому арку просто вычерчивают на листе материала и выпиливают как минимум 2 детали несущих балок. Затем их обшивают гибким листовым материалом и арка по сути готова. Недостатки такого способа изготовления арок следующие: очень высокий процент материала идет в отходы; арка, как правило декоративная и не может нести нагрузку.

Задача строительства арочных перекрытий значительно усложняется, если требуется построить арку над большим пролетом (несколько метров) или сделать арку, способную нести серьезную нагрузку. Материалов, с размерами позволяющими изготовить подобную арку сразу, как правило нет. И ее приходится делать наборной, из нескольких деталей. И основная задача при этом — это расчет и разметка деталей для арки. Строителю, как упоминалось выше, известны только три величины — размер пролета, который надо перекрыть аркой, высота ее подъема и ширина материала (как правило –доски), из которой будет строится арка. Задача — рассчитать и разметить детали арки, ну и соответственно — сделать арку.

Расчет начнем с вычисления радиуса окружности арки. Хотя, вообще говоря, арка не обязательно представляет собой дугу окружности. Они может состоят и из двух дуг, например, как в готических арках. И не обязательно может быть симметричной. Просто в этом случае придется рассчитывать каждую дугу отдельно.

Нарисуем дугу арки:

R — радиус окружности арки, L — половина хорды дуги (хорда равна длине пролета арки), H – высота подъема арки.

Что бы рассчитать дугу арки, проведем следующие вычисления:

Поскольку арку нам придется делать из отдельных элементов, скорее всего доски какой то ширины, рассчитаем деталь, которую можно получить из этой доски. Для этого придется решить обратную задачу.

Зная (уже) радиус закругления арки и высоту ее подъема (в данном случае это ширина доски), вычислим максимально возможную длину детали, которую можно вырезать из доски этой ширины. Из предыдущих формул мы знаем некоторые соотношения, поэтому можем сразу написать:

Для изготовления арки нам потребуется деталей несколько больше, так как их придется стыковать между собой. В зависимости от назначения арки, способ стыковки может быть самым различным. От накладных деталей по «щекам» арки, до сдваивания двух арок, но со сдвигом на полдетали. Или использовать технологию, аналогичную изготовлению балки Деревягина, скрепляя детали арки брусом на нагелях.

Не обязательно детали делать максимально длинными. Можно специально укоротить детали, что бы они стыковались торцами с достаточно большой поверхностью (как это сделано в деревянных колесах, например).

При расчете деталей следует разумеется учитывать, какая сторона арки (по отношению к ее деталям) нас интересует, внешняя или внутренняя. Т.е будут ли несущие детали арки находиться ниже самой арки (например при устройстве куполообразной кровли), или выше (при устройстве арочного свода). Иногда требуется и двухсторонняя арка. В двух последних случаях расчет ведется по наименьшему (внутреннему ) радиусу закругления. А в деталях либо оставляют необходимую толщину (на прочность), или изготавливают детали со двумя полудугами (т.е как бы сдвигают разметку на полдуги).

Арки, которые будут в процессе эксплуатации испытывать серьезную нагрузку, обычно усиливают с помощью различных балок и затяжек между узлами арки. Тем самым строится мощная несущая ферма, способная выдержать очень большую нагрузку.

Строительство различных сооружений, содержащих арочные элементы – это своего рода «высший пилотаж» и требует серьезного подхода, расчета и тщательности в изготовлении арок. Поэтому арки с большим пролетом самодеятельными строителями строятся редко, ввиду трудоемкости их изготовления.

Константин Тимошенко © 25.03.2010