Boltövek felépítése, fajtái
A boltöv ma is előforduló alakjai: a félkörív, szegmensív, ellipszis és a kosárgörbe. A boltöv 140-160 cm szélességig egyenes alsó felülettel is megépíthető. Ez az ún. egyenes boltöv. A boltív két kiinduló pontját összekötő egyenes a boltív alapvonala. Ennek hossza l a boltív ívköze vagy nyílásköze; h-val jelöljük a boltív magasságát (357. ábra)
Önboltozás
A helyes kötésben épített faltestből egy lépcsős vonallal elhatárolt részen eltávolíthatjuk a kő vagy tégla egységeket anélkül, hogy az így létrejött nyílás feletti falrész állékonyságát veszélyeztetnénk (356 a ábra). A lépcsős vonal feletti falrészben az önboltozás jelensége lép fel. Ezen az elven alapszik az ókorban épített ún. álboltövek erőjátéka. Az álboltövek a nyílást fokozatosan előre ugratott, háromszög alakú lezárást képező kövekkel, illetőleg téglákkal hidalják át.
356. ábra. Az önboltozás szemléltetése; a) önboltozási ábra, b) az áthidaló gerendát csak a parabolával, határolt falrész terheli
Az önboltozás jelenségét felhasználhatjuk arra, hogy elemekből készülő falak építése közben – a közlekedés számára – lépcsős elhatárolású ideiglenes nyílást hagyjunk ki; vagy átalakítások alkalmából ilyen jellegű ideiglenes nyílást törjünk ki,
Az önboltozás tényéből következik, hogy egy bizonyos áthidaló gerendát nem kell a felette levő összes fal és egyéb teherre méretezni. A gerendát csak a 356 b ábra szerinti parabolával határolt falrész terheli, mert a parabola területén kívüli faltest – önboltozás folytán – a nyílás melletti faltestre adja át a terhét. A német szabályzat szerint a nyílások feletti áthidaló gerendákat egy olyan egyenlő szárú háromszög homloklapú faltömeg súlyára kell méretezni, amelynek oldalhossza megegyezik az illető nyílás szélességével.
357. ábra. Boltövekkel kapcsolatos fogalmak: l a boltív ívköze vagy nyílásköze, h a boltív magassága; 1 – gyámfal; 2 – vállvonal; 3 – vállkő; 4 – intradosz felület; 5 – extradosz felület; 6 – záradéklap; 7 – zárókő ; 8 – közbülső boltozati kő
A boltövekkel kapcsolatos fogalmakat a 357. ábra szemlélteti. Az áthidalt nyílás szélessége a nyílásköz vagy ívköz (l). Azok a falak, amelyekre a boltöv támaszkodik, a gyámfalak. A boltöv és a gyámfal találkozása, illetőleg a boltöv felfekvési helye a boltöv válla. A boltöv legalsó köve a vállkő.
Ha a boltöv ívének a nyílás szélső függőlegesével való találkozási pontjából a boltöv homlokzati síkjára merőlegest húzunk, nyerjük a vállvonalat. A cd, illetőleg c’d’ távolság a boltöv vastagsága; a cc’, illetőleg a dd’ távolság pedig egyenlő a falvastagsággal. A boltöv külső felülete latin szóval extradosz, belső felülete intradosz. A boltöv legfelső pontja a boltöv záradéka. A legfelső kő a záradékkő vagy zárókő.
A boltöv szerkezete
A boltöv lényegében szerkezetileg nem más, mint egy meghajlított pillér. Ebből következik, hogy a boltövek tégla-, illetőleg kőkötése azonos a pillérekével. A boltövek szerkezetét metszetükben és nézetükben tanulmányozhatjuk.
358. ábra. a) káva nélküli, b) kávás boltöv téglakötése
A 358 a-b ábrák egy 1 ½ X 1 ½ tégla méretű boltöv téglakötését ábrázolják káva nélküli, illetőleg kávás kialakításban. A 359 a-c ábrák a gyakorlatban leginkább előforduló boltövek téglakötését szemléltetik. A kávás boltöveket lehet összefüggően, kötésben (359 b ábra) és két részből, egymástól függetlenül megépíteni (359 a és c ábra). Utóbbi esetben a káva fölött egy önálló ½ tégla vastagságú boltöv, a fülke felett pedig egy másik önálló boltöv készül; ez a megoldás a téglakötést igen leegyszerűsíti.
359. ábra. A boltövek leggyakoribb téglakötési módjai
A felül íves elhatárolású kapcsolt gerébtokos, valamint a redőnyszekrényes ablakok (a fogalmakat lásd később) tokjai a fal külső részén íves, a fal belső részén egyenes áthidalást igényelnek. Ennek megfelelően a fal külső felén íves boltövet falazunk, míg a fal belső felén az egyenes boltöv helyett acél vagy vasbeton áthidaló gerendát kell alkalmazni. A boltövvel és vasbeton gerendával vegyesen áthidalt nyílás külső és belső kópét mutatják a 360 a-c ábrák.
Ha a boltöv nézetét vizsgáljuk, akkor a következőket állapíthatjuk meg:
Nagy görbületé, kis sugarú (domború) boltöveknél a téglákat ék alakúra kell megfaragni, viszont a sugárirányú hézagok egyforma vagy közel egyforma szélesek lesznek (361 a ábra). A kis görbületit, nagy sugarú (lapos) boltöveknél a téglák faragatlanul maradhatnak, viszont a hézagok lesznek ék alakúak (361 b ábra).
360. ábra. Kívül boltövvel, belül vasbeton gerendával áthidalt nyílás; a) külső, b) belső nézete, c) metszete
361. ábra. Bolt övek nézetbeli sajátosságai; a) nagy görbületű boltöv (a téglák ék alakúak), b) kis görbületű boltöv (a hézagok ék alakúak)
A habarcshézagok ékalakja korlátozott: az intradosz felületen a legkisebb hézagvastagságnak 7,5 mm-nek; az extradosz felületen pedig a legnagyobb hézagvastagságnak csak 20 mm-nek szabad lennie. A hézag élek – ék alakú hézagok, illetőleg faragatlan téglák esetén – nem egy pontban futnak, hanem egy v sugarú kört érintenek, ahol v egyenlő a téglaelem- vastagságával (362. ábra).
362. ábra. A hézag élek nem egy középpontba futnak, hanem 6,5 cm-es átmérőjű kört érintenek
Nagy boltöv vastagságnál, hogy a hézagok ne legyenek túlzottan szétnyílóak, a boltövet egymás fölött végigfutó és egymástól független (nem kötésben falazott) ún. gyűrűs boltövekkel építjük meg (363. ábra).
363. ábra. Gyűrűs falazású boltöv
A nagyobb terhelésű – ennek megfelelően vastagabb — bolt öveket (pl. a pillér- és kútalapozások teherhárító boltöveit) is legfeljebb 1 ½ tégla vastagságú boltöv gyűrűkkel kell készíteni.
A gyűrűs boltövnek jelentősége van abból a szempontból is, hogy az elsőnek megépített legalsó boltöv gyűrű bizonyos mértékig tehermentesíti az állványzatot. Utóbbit nem kell a boltöv teljes súlyára méretezni. Nyilván ez a körülmény a nagy fesztávolságú boltöveknél, főleg mérnöki létesítményeknél lényeges. Ügyelni kell arra, hogy a kedvezőbb erőátadás végett a boltöv záradékába mindig zárókő vagy tégla és ne hézag kerüljön. A záró elem mindig szorosan illeszkedjék az utolsó elemek közé.
A terméskőből és a kváderkőbőlkészült boltövek építése az előbbiek figyelembevételével – egyébként a réteges kőfalazatok szabályának megfelelően – történik (364. ábra). A kő boltövek homlokzati hézagosztására jellemzők a 302 c-e ábrák.
364. ábra. Terméskő boltöv hézagosztása, illetőleg kötése
Kávás terméskő boltöv esetében csak a fal külső homlokzati részén alkalmazunk terméskő anyagú boltövet, míg a belső oldalon az igen munkaigényes kő boltöv helyett inkább tégla boltövet vagy vasbeton gerendaáthidalót készítünk. Az egyenes vagy lapos ívű boltöveket 120 cm nyílásközig legalább H 4 jelű, 120 cm-nél nagyobb nyílásköz esetén legalább H 10 jelű javított mészhabarccsal kell falazni.
A boltváll kialakításának helyes és helytelen módját a 365. ábra mutatja. A 365 a ábrán az ívek felfekvését a gyámfalból előre ugratott kellően megfaragott téglákból falazott váll megfelelően biztosítja. A 365 b ábrán viszont az összemetsződő boltövek nehézkes falazásmódot és a teherátadás szempontjából tökéletlen kialakítást jelentenek.
365. ábra. Boltváll helyes (a) és helytelen (b) kialakítása
A boltöv felfekvési lapját (síkját), illetőleg ennek a második képben jelentkező nyomvonalát úgy állapítjuk meg, hogy a gyámfal függőleges vonalát metszésbe hozzuk a boltöv extradosz vonalával, a metszéspontból a középpont felé irányuló sugár határozza meg a felfekvési lapot.
A szegmensívű bolt övek felfekvési lapját nem a téglák előreugratásával, hanem a gyámfalban vagy pillérben kialakított fészekkel oldjuk meg (361. ábra). Ilyenkor a boltöv intradosz éle a felfekvési lap legalsó téglasorának alsó éléhez 2-3 cm-rel magasabban csatlakozzék.
A boltövek (és boltozatok) vállai általában a gyámfalazat készítése alkalmával falazandók. Boltövek (és boltozatok) felfedéseinek kihagyása I tégla vastagságú és ennél vékonyabb falaknál, utólagos kivésése pedig 1 ½ tégla vastagságú és ennél vékonyabb falaknál semmi esetre sem engedhető meg.
A boltövek vastagsága függ a nyíláshoz méretétől és az ív alakjától. A laposabb ún. nyomott ív nagyobb vastagságot kíván, mint a körív. Kedvezőbb alakú és ezért még a körívnél is kisebb vastagságot kíván a körívnél is magasabb, ún. emelt ív, (Ennek alkalmazására a mai építési gyakorlatban csak ritkán kerül sor.)
366. ábra. Egyenes boltövek
Az egyenes boltövek szerkezeti sajátosságait mutatják a 366 a-c ábrák. Az egyenes boltövet középen, a vízszintes alapvonalhoz 1/50 l mértékig (kb. 3-4 cm-rel) megemeljük (366 a-b ábra). Ez az emelés vagy vakolattal, vagy a tégláknak utólagos vízszintesre faragásával tüntethető el. Vakolattal tüntetjük el a 366c ábra szerinti lépcsős intradosz felületet. A 366 a-b ábrákon a hézag élek egy pontban futnak össze.
Ezt a középpontot vagy a 366 b ábra szerint, vagy az intradosztól lefelé mért 2 l távolságra vesszük fel. A 366 c ábra szerinti esetben a hézag élek nem egy pontba futnak, hanem egymással párhuzamosak. Itt a záradékba ók alakú téglák kerülnek. Ezt a megoldást, kedvezőtlen homlokzati rajza miatt csak vakolt homlokzatnál választhatjuk. A vállban összefutó hézag élek zavarának kiküszöbölésére a boltövet a nyílás szélétől csak kb. 6 cm-re kezdjük falazni.
A 367. ábra arra a kérdésre ad megoldást, hogy miként lehet szélesebb nyílásközt is egyenes boltövvel áthidalni. Az egyenes boltöv felett egy vastagabb íves, ún. teherhárító boltövet falazunk. A falterhet tulajdonképpen ez a boltöv viseli. A vízszintes boltöv csak a közte és a teherhárító boltöv közti kis falrész súlyát hordja. Előfordul az az eset is, hogy két keskenyebb nyílás boltövei felé egy nagyobb közös teherhárító boltöv kerül.
367. ábra. Szélesebb nyílás áthidalása egyenes boltövvel, felette teherhárító „íves” boltöv
A teherhárító boltöv nyerstégla homlokzatnál mint architektonikus motívum is szerephez jut. A vízszintes boltöv hézag éleinek középpontját nem az egyenlő oldalú háromszög szerkesztés alapján, sem a kétszeres nyílásköz távolságában vesszük fel, hanem a legszélső hézagoknak a függőlegessel 15°-ot bezáró meghosszabbításának és a boltöv tengelyvonalának metszéspontjában.
Az egyenes boltöv építésénél a szükséges alátámasztó deszkákat vagy pallókat a vállnál előugratott téglákra helyezzük (366 a ábra). Utóbbiakat az alátámasztás kibontása alkalmával lefaragják. Az intradosz felület megemelését a zsaluzatra felhordott homokréteggel érik el. Széles nyílások esetén a deszkákat oszlopokkal lehet alátámasztani.
Szegmens ívű boltöv mintaállványát tünteti fél a 368. ábra A mintaállványzat a következő elemekből áll: a) az intradosz alá kerülő zsaluzatból, b) a zsaluzatot alátámasztó mintaívből és c) a mintaívet alátámasztó állványzatból. A minta-ívek és az állványzat köze – később részletezendő okokból – ékeket helyeznek el. Az állványzat merevséget átlósan fölszegezett deszkákkal kell biztosítani.
368. ábra
Laposabb ívű és keskenyebb nyílások esetén a mintaívet egy szál deszkából vagy pallóból is ki lehet fűrészelni. Domborúbb ívű és szélesebb nyílások esetén hevederekkel összefogott deszkalapból kell a mintaívet kifűrészelni. A hézag élek sugárirányát mind az egyenes, mind az íves boltövek falazásakor úgy tartják be, hogy az alátámasztó oszlopokra szegezett deszkába, a pontosan kimért hézagsugár-középpontba szeget vernek, erre zsineget kötnek, melyet a falazáskor kifeszítve, sugárirányban mozgatnak.
Kör és ellipszis alakú boltövek mintaállványzata szintén zsaluzatból, mintaívből és állványzatból áll.
1,5 m-nél kisebb nyílásköz esetén egymás mellé helyezett és hevederekkel összefogott deszkalapra kell az ívet felrajzolni és kifűrészelni (3696 ábra).
1,5 m-nél nagyobb nyílások esetében a minta-ívet nem volna gazdaságos deszkalapból készíteni. Ilyenkor a mintaív az intradosz vonalának megfelelően ívesre kifűrészelt kétrétegű, egymásra szegezett deszkákból, az ún. deszkaívből áll (369 a ábra). A deszkaívet alul vízszintes, középütt pedig függőleges helyzetű deszkákkal építik össze merev szerkezeti egésszé, tartóvá (369 c ábra).
369. ábra. Mintadeszkázat és mintaállványzat: a) mintaív, b)-e) mintaállványzat
A 369 d ábra nagyobb (4 m-es) nyílásközű boltöv mintaállványzatát mutatja. Itt a mintaívet átlós irányban is ki kell merevíteni, és nemcsak a szélein, hanem középütt is oszlopokkal kell alátámasztani. Utóbbi természetesen munka közben a nyíláson át való közlekedés útjában áll. Ha a közbülső alátámasztást ki akarjuk küszöbölni, a mintaívet függesztő műves szerkezettel kell elkészíteni (369 e ábra).
A 370. ábra egy 6,0 m-es nyílásközű, ennek megfelelően bonyolultabb szerkezetű mintaállványzatra nyújt tájékoztatást. Itt már nincsenek deszkaívek, hanem a szükséges ívalakot a legyező-szerűén kialakított állványzat felső övrúdjaira helyezett íves elhatárolású deszkákkal érik el.
370. ábra. 6 m-es nyílásközű boltöv mintaállványzata
Az ékek szerepe és a mintaállvány elbontása
Az előbbi példák szerint a faoszlopok és a mintaívek között kettős puhafa ékek helyezkednek el. Ezekkel szabályozzák be az ív pontos magasságbeli helyzetét. Az ékeket még a habarcs megszilárdulása előtt meglazítják, mire a boltöv erőjátéka megindul. A boltöveknél mindenképpen elkerülhetetlen kisméretű alakváltozás így még a habarcs teljes megszilárdulása előtt megy végbe. Ezáltal elérjük, hogy utólagos repedések ne keletkezzenek. Az ékek a mintaállvány elbontásánál is szerepet játszanak, mert csak ezek meglazítása révén lehet az intradosz felület alá egyébként befeszülő állványzatot szétszedni.
Általában ékek alkalmazására van szükség bármilyen zsaluzatot alátámasztó vagy kitámasztó oszlopok és dúcok végei alá (vagy föle) azért is, mert ezeket a faelemeket nem tudjuk pontosan a megkívánt méretűre darabolni.
A mintaíveket, illetve a mintaállványzatot csak a habarcs teljes megszilárdulása után szabad elbontani. A tégla- és kőboltövek, valamint a vasalt tégla-áthidalók (lásd később) mintaíveinek eltávolíthatósági ideje függ a habarcs minőségétől és az ív alakjától. Erre vonatkozólag lásd a 44. táblázatban foglalt szovjetunióbeli előírásokat.
Megjegyzés. +10 C°-nál alacsonyabb külső hőmérsékletnél a mintaív eltávolításának ideje a következőképpen meghosszabbodik: + 5° – +10° hőmérsékletnél 20%-kal, + 1° – +5° hőmérsékletnél 40%-kal.
A boltövek falazása
Kisebb nyílásközű boltöveknél úgy kell eljárni, hogy a válltól kezdve az egyik oldalon kb. 10 sort, azután a másik oldalon 20 sort kell falazni, majd újra az előbbi oldalon kell folytatni a munkát; erre az aszimmetrikus terhelés elkerülése végett van szükség. Egész nagy boltövek esetében a két vállnál egyidejűleg kell elkezdeni a falazást. A boltöv falazását meg a műszak tartama alatt be kell fejezni.
A boltövek és gyámfalak sztatikái vizsgálata
A boltövek erőtani szempontból görbe vonalú tartóknak tekinthetők. A magasépítési gyakorlatban előforduló boltövek felfekvései (boltvállai) csukló nélkül – pusztán kifalazással – készülnek, ebből kifolyólag a boltvállaknál fellépő ún. támaszerők nagysága, helye és iránya ismeretlen, tehát a szerkezet sztatikailag háromszorosan határozatlan. Mindebből az következik, hogy számításuk bonyolult és hosszadalmas.
A magasépítési gyakorlatban előforduló boltövekkel kapcsolatban lényeges azonban a gyámfalak stabilitásának és szilárdsági körülményeinek vizsgálata. Ehhez elsősorban is a vállnál fellépő támaszerőket, illetőleg vállnyomásokat kell ismerni.
A külső erők hatására a boltöv rétegeire ható belső erők eredői rétegről rétegre haladva erősokszöget eredményeznek. Ezt a vonalat nevezzük a boltöv támaszvonalának (371. ábra). Az utolsó erő a támaszerővel, illetőleg a vállnyomással lesz egyenlő.
371. ábra
Bizonyos megfontolásokkal a boltövön kijelölhetünk három olyan pontot (a csuklópontokat), amelyeken a támaszvonalat keresztül kényszerítve, a boltöv határozatlansága megszűnik, és a szerkezet határozottá válik. A szóban forgó három pontot úgy kell kijelölni, hogy a rajtuk áthaladóan szerkesztett támaszvonal minél jobban simuljon a boltöv középvonalához (371. ábra). Szilárdsági szempontból kívánatos, hogy a támaszvonal a keresztmetszeten belül maradjon, mert így érhető el, hogy csak nyomó feszültségek keletkezzenek a keresztmetszet külpontosán terhelt részén. Utóbbi körülmény pedig a tégla, kő és beton boltöveknél elengedhetetlen.
A vállnyomás nagyságának, helyének és irányának ismeretében megvizsgálhatjuk a gyámpillér, illetve gyámfal sztatikái viselkedését, mégpedig három szempontból: a) az elcsúszás, b) a felbillenés és c) a fellépő igénybevételek tekintetében.
Elcsúszás tekintetében akkor megfelelő a gyámfal, ha a számba jöhető függőleges erőkből és a vállnyomásból származó eredő a falazat fekvő hézagaira állított merőlegessel kb. a ≤30°-os súrlódási szöget zár be.
Felbillenés szempontjából a gyámfal akkor megfelelő, ha a függőleges erőkből és vállnyomásból származó eredő a gyámfal vagy gyámpillér alaprajzi kontúrjain belül marad (372. ábra).
372. ábra. A gyámpillér felbillenése (R1 eredő esetén a pillér felborul, R2 esetén stabil)
A fellépő igénybevételek a határ-igénybevételnél nagyobbak nem lehetnek. A falazatban az eredő a magon kívül is támadhat, de a külső 1/7 falszélességen kívül nem eshet.
Az elcsúszás és a felbillenés lehetősége csak az épület szélén levő, illetőleg a kellően meg nem támasztott vagy le nem terhelt pilléreknél jelentkezik. Közbülső pillérállásoknál ilyen probléma nem merül fel. Különösen jelentős az épület sarkán két irányból találkozó boltövek gyámpilléreinek ilyen természetű kérdése. Régebben a sarokpilléreket szokás volt támpillér-szerűen, ferde homlokzati felülettel kialakítani, azaz a pillér területét az eredő által megkívánt mértékben lefele fokozatosan kibővíteni.
Amennyiben az épület adottságaiból kifolyólag a gyámpillér állékonysága nincs biztosítva, úgy a boltöv, oldalnyomását vonóvassal kell felvenni.
A boltívek alakja és a boltöv vállnyomásának iránya között olyan összefüggés van, hogy minél nyomottabb az ív, annál laposabb a vízszinteshez viszonyítva a vállnyomás iránya, és fordítva. Nem szorul bizonyításra, hogy a lapos irányú vállnyomás előnytelen, és az emelt ívből származó meredekebb irányú előnyös.
A boltövek alakváltozása
373. ábra. Bolt övek meghibásodásának módozatai
A különböző alakú boltövek a felfekvési lapok elmozdulása vagy a túlterhelés következtében a 373. ábrán látható módon változtatnák alakjukat. Az ábrák érzékeltetik azokat a kritikus helyeket, ahol a boltöveken – a fellépő húzások következtében – repedések keletkeznek, illetőleg ahol a kedvezőtlen körülmények növekedése esetén a boltöv hézaglapjai szétnyílnak.