Zděná klenba je jedním z nejstarších konstrukčních prvků a není proto divu, že se vyskytuje v mnoha podobách doslova po celé Zemi. Klenby vynalezli již ve starém Římě. Z hlediska statiky se jedná o dokonalé uspořádání, jaké přenáší efektivně síly v konstrukci až do paty - do základů. Vydrží i tisíce let. Cihlový oblouk je dokonalým příkladem toho, že forma následuje funkci. Ve druhé polovině 19. století byl v ruinách Babylonie objeven oblouk. Archeologové odhadují, že oblouk byl postaven kolem roku 1400 př. n. l. Byl postaven z dobře vypálených cihel doutníkového tvaru a vyzděn z hlíny. Číňané, Egypťané a další rovněž využívali tzv. oblouk již před křesťanskou érou.
Klenba je oblouková stropní konstrukce, ve které působí za běžného zatížení pouze tlakové síly na rozdíl od vodorovných stropů či prvků (například trámů), ve kterých působí tlakové i tahové síly. Proto může být klenba tvořená jako skládaná konstrukce z cihel či kamenů. Klenba nejlépe funguje, pokud je zatížená stejnoměrně po celé ploše (rovnoměrné zatížení). Zatížení je také důležité pro aktivaci klenby (aby kameny dobře dosedaly na sebe). Důležité pro tuto konstrukci je právě vyklenutí oblouku a přenos sil po oblouku do paty klenby. Zde musí být síly zachyceny. Problém klenby spočívá v tom, že v patě vyvolává boční (vodorovné) síly. K zachycení vodorovných sil vnitřních kleneb (a krovů) středové lodi pomáhají na katedrále ještě vnější opěrné oblouky nad bočními loděmi. Schéma znázorňuje rozdíl ve velikosti vodorovných sil u různého vzepětí oblouků. Z rozkladu sil je jasné, že červená (vodorovná) síla je u ploché klenby větší. Tuto vodorovnou sílu není vždy jednoduché na stavbě staticky zajistit.
Historie a vývoj kleneb
- Nejstarší známé klenby byly nalezeny při archeologickém výzkumu staveb říše Sumerů v Mezopotámii (dnešní Irák).
- Řekové používali pravou klenbu - valenou klenbu.
- V Čechách se klenby objevily v 9. století.
- Ve vesnickém stavitelství se jednotlivé typy kleneb chronologicky vyvíjely.
- V první polovině 19. století jsou časté klenby plackové, ve chlévech se zpravidla objevují řady příčně položených obdélných, tzv. pruských placek s pásy.
- Plackové klenby jsou později vystřídány plochými valenými, které jsou klenuté v užších pruzích do železných traverz (tzv. "ocelové klenby").
Konstrukční varianty kleneb
Cihlové klenuté stropy se rozdělují podle působení výsledného zatížení na dva typy:
- Klenby, které se opírají o zdivo po celém obvodu: (např. klenba valená, klášterní, necková a tabulová)
- Klenby, které se opírají pouze v rozích zdiva: (např. klenba křížová, báňová, česká nebo česká placka)
Valená klenba
Ze všech kleneb se nejčastěji vyskytuje klenba valená. Valená klenba se opírá o dvě protilehlé zdi (má patky jen na dvou stranách). Variantou je klenba valená, kterou tvoří plochý segmentový oblouk. Valená klenba se segmentovým obloukem, nejčastěji s obloukem 60°.
Klášterní klenba
Klenby klášterní mají rovné patky. Z klenby valené vycházejí ostatní druhy kleneb. Vznikají vzájemným pronikáním dvou valených kleneb, jejichž povrchové přímky jsou rovnoběžné s přilehlými podporami.
Čtěte také: Cihlová drť: praktické využití
Česká klenba
Česká klenba je proslulá daleko za našimi hranicemi (böhmische Gewölbe, böhmische Kappe). Česká klenba vznikne z klenby báňové, jestliže se části báně svisle odříznou podle půdorysu místnosti. Je charakteristická tím, že její okraje jsou v úrovni svislých obvodových stěn.
Pruská placka
Variantou české klenby je pruská placka. Možné byly i složitější případy, kdy se prostor (např. se zkosenými rohy) zaklenul více plackami.
Terminologie klenbových prvků
Pro lepší porozumění konstrukcím kleneb je užitečné znát základní terminologii:
- Koruna: vrchol vnějšího oblouku.
- Hloubka: rozměr oblouku v místě šikmého hřbetu, který je kolmý na osu oblouku, s tím, že hloubka je rovna hloubce oblouku.
- Intrados: křivka, která ohraničuje spodní okraj oblouku.
- Klínový kámen: vnitřní stěna (voussoir): stěna umístěná na koruně oblouku.
- Rozpětí: Vodorovný světlý rozměr mezi opěrami.
Různé typy oblouků:
- Slepý oblouk: oblouk, jehož otvor je vyplněn zdivem.
- Býčí oko: oblouk, jehož intrados (vnitřní a spodní linie nebo křivka oblouku) tvoří plný kruh. Známý je také jako kruhový oblouk.
- Eliptický oblouk: se dvěma středy a plynule se měnícími poloměry.
- Pevný oblouk: jehož šikmý hřbet má pevnou polohu a sklon. Zděné oblouky jsou pevné oblouky z povahy své konstrukce.
- Šikmý oblouk: tvořený kuželovými stěnami a tenkými maltovými spárami.
- Gotický oblouk: s poměrně velkým poměrem stoupání k rozpětí, jehož strany tvoří kružnicové oblouky, jejichž středy jsou tvořeny kružbami, které jsou jejich středy jsou na úrovni linie pružin. Označuje se také jako oblouk kapkovitý, rovnostranný nebo lancetový, v závislosti na tom, zda jsou vzdálenosti středů menší, rovné nebo větší než oblouk.
- Podkovovitý oblouk: oblouk, jehož intrados je větší než půlkruh a menší než plný kruh. Známý rovněž jako arabský nebo maurský oblouk.
- Jack: plochý oblouk s nulovým nebo malým stoupáním.
- Víceúhelníkový oblouk: jehož křivka se skládá z několika oblouků kružnic, které se obvykle dotýkají v místě svého vrcholu - v průsečících.
- Odlehčovací oblouk: postavený nad nadpražím, valeným obloukem nebo menším obloukem, který odvádí zatížení a odlehčuje tak spodní oblouk nebo nadpraží od nadměrného zatížení. Známý také jako odlehčovací nebo bezpečnostní oblouk.
- Segmentový oblouk: jehož intrados je kruhový, ale menší než půlkruh.
- Půlkruhový oblouk: oblouk, jehož intrados je půlkruhový (půlkruh).
- Šikmý plochý oblouk: který je konstruován s klenákem, jehož strany jsou skloněny pod stejným úhlem jako klenák. Vyznačuje se šikmým hřbetem a stejnou šířkou cihel a maltových spár.
- Trojúhelníkový oblouk: tvořený dvěma rovnými, šikmými stranami.
- Tudorovský hrotitý oblouk: se čtyřmi středy a středním poměrem stoupání a rozpětí, jehož všechny čtyři středy jsou pod úrovní oblouku a na vnějších stranách.
- Benátský oblouk: tvořený kombinací valené klenby na koncích a půlkruhového oblouku uprostřed.
Technologie výstavby cihlových kleneb
V souvislosti s klenutými prvky ve starých venkovských domech lze s jistou pokorou konstatovat, že pro zednické mistry bylo vyklenutí oblouku či stropu rutinní záležitostí a technologie kleneb nebyla výsadou bohatých. Zvláště u stropů bylo někdy jednodušší postavit klenbu. Proto ji i dnes často najdete v bývalých stájích či maštalích. Lidé ji v souvislosti s přestavbami těchto velkorysých prostor často rekonstruují, nebo dokonce zjišťují, že se klenba skrývá pod kdysi dodělaným rovným stropem, který byl na stavbu a údržbu přece jen snazší.
Čtěte také: Průvodce konstrukcí a stavbou cihlové zdi
Pro vybudování jakékoli klenby je stěžejní podpůrná konstrukce, která se dělá z tzv. ramenátů. To je vlastně dřevěné bednění, které si můžete představit jako na míru připravené skruže či šablony ve tvaru a velikosti vnitřního oblouku zamýšlené klenby. Na takových konstrukcích se v minulosti stavělo, používají se i dnes při opravách a zásadou je, že ramenáty musí být dostatečně pevné, aby při stavbě unesly váhu klenbové zdi, ale zároveň je nezbytné udělat oporu tak, aby ji šlo posléze snadno a bez otřesů odstranit.
K výstavbě kleneb jsou většinou užívaná podpůrná šalování, ale uplatňovaly a uplatňují se i jiné způsoby podepření kleneb, anebo zejména klenby menšího rozponu mohly být zděné „od ruky“ (někdy též „z ruky“). Tedy byl zdicí materiál kladen po jednotlivých vrstvách, do jisté míry příčně (víceméně po vrstevnicích) samonosných, ale současně maltou spojených s předchozí vrstvou zdiva do jisté míry přečnělkovým způsobem. Takový postup byl poměrně častý u sférických ploch (typických např. pro české placky), kde opora pevným šalováním byla téměř neproveditelná. Vzhledem k charakteru pracovního postupu se většinou jednalo o klenby cihlové. Cihly bylo možné snáze skládat rukou po kompaktních řadách. Příznačné bylo klenutí zakřivených polí např. Na snímku vidíme „od ruky“ vyzděnou křížovou klenbu, snad z první poloviny 19. století. Důvod, proč se stavby kleneb a jejich opravy realizují dnes v zastřešených budovách, je jednoduchý: déšť, mráz, sníh a vítr při stavbě narušoval pojivo i cihly, což klenbu poškozovalo a mohlo by dojít až k jejímu zřícení.
Materiály pro stavbu kleneb
Nejčastěji používaným formátem lícových cihel pro stavbu nových klenutých stropů je český formát - 290/65/140 a belgický formát - 215/65/100. Na vyzdění se používá speciální šedá malta. Spáry lze následně přespárovat v jiné barvě. Na výběr existuje široká škála barevných odstínů spárovacích hmot. Pro spárování lze použít některou ze speciálních tzv. šedých malt dostupných na trhu. Spárování je tak trochu alchymie a zkušenosti majitelů chalup s klenutými stropy jsou různé, ale doporučuje se „mastná“ vápenná či (s opatrností) cementová malta, spárovací hmoty pro široké spáry, speciální spárovací „šedá“ malta (pod tímto názvem ji běžně seženete v nabídce spárovacích hmot) a před spárováním nátěr cihlového povrchu penetrací. Na to jsou názory různé, penetrace by každopádně neměla v cihlové klenbě uzavřít vlhkost.
Poruchy a sanace kleneb
Problém nastává, pokud na klenbu začnou působit síly, na které nebyla navržena. Pak na klenbě vznikají statické trhliny. To se děje, když klenbu přetížíme, popřípadě se změní působení sil vlivem vybočení zdi a podobně. Trhliny v klenbách není radno podceňovat. Při průzkumu porušených kleneb je třeba sledovat jejich deformace (pronesení), průběh trhlin a stav zdiva. Z hlediska stability nejčastěji se vyskytujících valených kleneb jsou největší hrozbou trhliny ve čtvrtinách rozpětí, zpravidla ve spojitosti s deformací (pronesením) klenby v tomto místě. Často jsou zde zatíženy druhotně postavenou příčkou či nosnou stěnou navazujícího podlaží. Trhlina ve vrcholu klenby je z hlediska statiky méně významná, rozevřením trhliny (vytvořením kloubového spoje) došlo ke změně statického schématu z dvoukloubového oblouku na trojkloubový. Stabilita klenby v těchto případech zpravidla není bezprostředně ohrožena.
Nejčastějším důvodem poruch a trhlin v klenbě v českých stodolách a starých domech bývá právě posun podpor - patek. Dalším častým důvodem vzniku trhlin může být nerovnoměrné zatížení na klenbu. Například nerovnoměrné skladování materiálu v půdním prostoru. Klenbám nesvědčí (ostatně jako téměř žádné stavební konstrukci) zatékání dešťové vody. Jakýkoli zásah do konstrukce klenby by měl posoudit statik, zkušený projektant. Způsob sanace bude záviset na důvodu vzniku trhlin. Statickou trhlinu v klenbě nepostačí pouze znovu vyspárovat nebo snad vypěnit PUR pěnou.
Čtěte také: Jak postavit cihlovou zeď v zahradě?
Typy poruch a jejich řešení
Klenuté prvky v exteriéru patří v lidové architektuře k nejcennějším a inspiraci lze najít i u staveb ve skanzenech. Klenuté stropy dávají chalupě punc výjimečnosti, stejně jako klenuté doplňky zvenčí domu. Klenby ovšem někdy vyžadují opravu a to není jen tak. Takové klenby, stejně jako například původní oblouky nad okny a dveřmi, budované jako dekorativní prvek i jako opora tam, kam se dnes zazdí překlad, občas vyžadují opravu. Do těch lehčích se můžete pustit sami, složitější a rozsáhlejší rekonstrukce by však měla být spíše zakázkou pro zkušeného zedníka nebo firmu, která se na podobné práce specializuje. Neodborným zásahem lze specifický řád konstrukce kleneb narušit a poškodit, nehledě na to, že se vám dílo může sesypat na hlavu.
Dílčí opravy kleneb
Dílčí opravy nebo „probuzení“ staré klenby do krásy nemusí být nijak náročné, a není-li vlhkostí nebo otřesy narušené zdivo do té míry, že by vypadávaly jednotlivé cihly a konstrukce vykazovala známky nestability, postačí opatrně oklepat omítku, mechanicky vyčistit spáry od nesoudržných zbytků původní malby, vše kvalitně přespárovat (spárovací malta je tady důležitým stabilizačním faktorem klenuté konstrukce) a včas se rozhodnout, zda například klenuté stropy budou ve finále omítnuté, nebo zvolíte efektní, ale ne vždy doporučované očištění zdiva tak, aby cihly vytvořily pohledový povrch stropu.
Jde-li pouze o povrchové vady klenby (několik uvolněných cihel), můžeme se pustit do její opravy. Část uvolněné cihly vyndáme, místo začistíme od prachu a případně navlhčíme vodou. Očistěnou cihlu vlepíme zpátky, a to pomocí montážní pěny nebo malty. Pěnu aplikujte také do mezer mezi cihlami. Uvedeným postupem můžete vlepit a zafixovat všechny uvolněné úlomky cihel. Na tvarově složitější místa jde použít také polystyren - stačí obyčejný fasádní. Polystyren na místo vlepíte montážní pěnou a necháte zaschnout. Poté, co pěna vytvrdne, můžete ostrým nožem seříznout polystyren do požadovaného tvaru. Takto dokážete snadno napodobit zakřivení klenby. Uvedený postup předpokládá, že zdivo klenby nakonec omítnete jádrovou omítkou a nanesete štuk. V případě, že chcete nechat klenbu z cihel neomítnutou, pak se musíte samozřejmě vyhnout jak polystyrenu, tak i montážní pěně. V takovém případě se zdí na zdicí a spárovací maltu - cihly se na místě fixují klínky. Práce je to zdlouhavější, ale výsledek stojí zato. Cihly se dají na potřebný rozměr řezat úhlovou bruskou s nasazeným diamantovým kotoučem. Poté, co malta vytvrdne, musíte mezery mezi cihlami vyplnit spárovací maltou a zahladit.
Sanace většího rozsahu
Posun v patě klenby je nutné zachytit a zabránit mu. Nejčastějším způsobem zpevnění klenby je zachycení vodorovných sil v patě táhlem. Dvě strany klenby jsou spojeny ocelovým prvkem. Nevýhodou tohoto řešení je snížení využitelné výšky místnosti. Pokud dispozice místnosti neumožňuje řešení uvnitř, je nutné zachytit boční síly v patě klenby na vnější straně konstrukce. To bude vyžadovat vytvoření vnějších podpěr, zvětšení síly stěny apod. U kruhových půdorysů místností s klenbou, může dobře posloužit vytvoření ocelového či železobetonového prstence v místě paty, který klenbu stáhne a neznamená žádnou potřebu záboru vnějšího či vnitřního prostoru.
Opravy většího rozsahu, na které už nestačíte sami, řeší stavební firmy velmi často vložením stabilizujících prvků, tzv. helikální (šroubovité) výztuže. Jde o dodatečné vlepení nerezové výztuže do kotevní vysokopevnostní malty, do připravených vrtů a drážek v daném konstrukčním prvku. Systém dodatečné helikální výztuže tak při přenášení zatížení využije ocelové profily, což umožňuje zesílit konstrukce v oblasti zatížení tahovými silami. Prvky lze podle potřeby tvarovat a polohovat na míru opravované konstrukci a k posílení funkčnosti systému se využívá i různých kotev, třmínků či spon. Oprava takového rozsahu se vyplatí tam, kde je žádoucí klenbu zachovat a zároveň vyřešit její případné narušení nebo zatížení, například v důsledku změny způsobu užívání domu, dostavby patra či zobytnění podkroví nad klenutými stropy.
Doporučené normy pro zděné konstrukce
- ČSN 73 1101: Navrhování zděných konstrukcí
- ČSN EN 1996: Eurokód 6
- ČSN 73 2310: Provádění zděných konstrukcí
Dodržení statických zásad a správná realizace jsou klíčové pro dlouhou životnost a bezpečnost cihlových klenutých stropů.