第4章拱式結構課件

1、建筑結構選型第第4 4章章 拱式結構拱式結構拱拱以軸向受壓為主的結構；材料：砼、磚、石以軸向受壓為主的結構；材料：砼、磚、石等。等。第四章第四章 拱式結構拱式結構4.1 4.1 拱的受力特點拱的受力特點4.2 4.2 拱腳水平推力的平衡拱腳水平推力的平衡4.3 4.3 拱式結構的型式拱式結構的型式4.4 4.4 拱式結構的選型與布置拱式結構的選型與布置4.5 4.5 拱式結構的工程實例拱式結構的工程實例雙鉸拱雙鉸拱三鉸拱三鉸拱無鉸拱無鉸拱4.1拱的受力特點拱的受力特點（1）在豎向荷載作用下，拱腳支座內部將產(chǎn)生水平推力）在豎向荷載作用下，拱腳支座內部將產(chǎn)生水平推力（2）（3）當結構跨度與荷載條件

2、一定時，）當結構跨度與荷載條件一定時， 與矢高成反比與矢高成反比fMHHCBA0 BAHH 4.1拱的受力特點拱的受力特點并與同跨度同荷載的簡并與同跨度同荷載的簡支梁比較。支梁比較。PH 拱與梁的受力分析拱與梁的受力分析a) a) 簡支梁受力特點簡支梁受力特點 b) b) 拱的受力特點拱的受力特點 c) c) 拱的傳力路線示意拱的傳力路線示意PP4.1拱的受力特點拱的受力特點由推算可知：由推算可知：（1）拱內的）拱內的 簡支梁內的簡支梁內的（2）拱內的）拱內的 簡支梁內的簡支梁內的（3）拱內有）拱內有 ，簡支梁內沒有軸力，簡支梁內沒有軸力0DM0DVDMDVDN4.1拱的受力特點拱的受力特點

3、DADDyHMM001DADMHy 豎向均布荷載作用下，豎向均布荷載作用下， 為一拋物線，因此，合理拱軸線為為一拋物線，因此，合理拱軸線為一拋物線。當一拋物線。當 時，可用圓弧線代替拋物線。時，可用圓弧線代替拋物線。 支座約束及荷載形式不同，其合理拱軸線將不同。如：對于支座約束及荷載形式不同，其合理拱軸線將不同。如：對于受徑向均布壓力作用的無鉸拱或三鉸供，其合理拱軸線為圓受徑向均布壓力作用的無鉸拱或三鉸供，其合理拱軸線為圓弧線弧線 0DM拋物線拋物線 圓弧線圓弧線4/ lf 4.1拱的受力特點拱的受力特點 拱拱 優(yōu)點：軸向受壓為主優(yōu)點：軸向受壓為主缺點：支座水平推力較大缺點：支座水平推力較大

4、曲梁曲梁 當拱腳地基反力不能有效抵抗其水平推力時拱便成了梁。當拱腳地基反力不能有效抵抗其水平推力時拱便成了梁。 4.1拱的受力特點拱的受力特點拱腳水平推力由拉桿承擔拱腳水平推力由拉桿承擔4.2拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡拱腳水平推力由拉桿承擔拱腳水平推力由拉桿承擔拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡拱腳水平推力由拱腳水平推力由山墻內的拉桿山墻內的拉桿承擔承擔（北京展覽館電影廳）（北京展覽館電影廳）1、結構布置方案如圖、結構布置方案如圖2、剛性水平構件：位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結構（看成是、剛性水平構件：位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結構（看成是一根水平放置的深梁，水平剛度足夠

5、大）一根水平放置的深梁，水平剛度足夠大）3、優(yōu)點：立柱不承受拱的推力，柱內力較??；室內沒有拉桿、優(yōu)點：立柱不承受拱的推力，柱內力較??；室內沒有拉桿4.2拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡拱腳水平推力由拱腳水平推力由斜柱墩斜柱墩承擔承擔（圖（圖b為西安秦俑博物館展覽廳，三鉸拱拱腳支于從基礎斜挑為西安秦俑博物館展覽廳，三鉸拱拱腳支于從基礎斜挑2.5m的鋼筋混凝土斜柱上）的鋼筋混凝土斜柱上）拱腳水平推力由拱腳水平推力由側邊框架側邊框架承擔承擔（北京崇文門菜市場）（北京崇文門菜市場）4.2拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡拱腳水平推力由拱腳水平推力由側邊框架側邊框架承擔承擔（美國敦威爾綜合

6、大廳）（美國敦威爾綜合大廳）拱腳水平推力由拱腳水平推力由側邊框架側邊框架承擔承擔（某體育館）（某體育館）拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡落地拱落地拱（北京體育學院田徑房）（北京體育學院田徑房）1、適用的拱：落地拱、適用的拱：落地拱2、水平推力不太大或地質條件較好、水平推力不太大或地質條件較好3、基礎尺寸比較大，材料用料也較多。、基礎尺寸比較大，材料用料也較多?；A形式基礎形式4.2拱腳的水平推力的平衡拱腳的水平推力的平衡拱式拱式結構結構型式型式按力學計算簡圖分類：按力學計算簡圖分類：無鉸拱、無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱兩鉸拱、三鉸拱按應用材料分類：按應用材料分類：鋼筋混凝土結鋼筋混凝土結構、

7、鋼結構、膠合木結構構、鋼結構、膠合木結構按拱身截面分類：按拱身截面分類：格構式和實腹格構式和實腹式；等截面和變截面式；等截面和變截面4.3拱結構的型式拱結構的型式拱橋分類拱橋分類按分布荷載的位置分按分布荷載的位置分 實腹式：截面高度可取跨度的實腹式：截面高度可取跨度的1/80 1/50 ；可以作成具有曲；可以作成具有曲線形的外形，通常為焊接工字型截面。線形的外形，通常為焊接工字型截面。 格構式：截面高度可取跨度的格構式：截面高度可取跨度的1/60 1/30格構式鋼拱的型式格構式鋼拱的型式4.3.1鋼結構拱鋼結構拱北京體育館比賽廳北京體育館比賽廳（56米跨度的拱鋼屋架米跨度的拱鋼屋架 ）西安秦俑

8、博物館展覽廳（西安秦俑博物館展覽廳（56米跨度的拱鋼屋架米跨度的拱鋼屋架 ）德國某建筑入口處鋼拱 北京體育館北京體育館德國某建筑入口處鋼拱大拱門（卓羅山通訊塔）：位于密西西比河畔圣路易斯市，高大拱門（卓羅山通訊塔）：位于密西西比河畔圣路易斯市，高192米，呈倒米，呈倒U字形，使用字形，使用886噸不銹鋼建成。整個拱體就像一個三棱噸不銹鋼建成。整個拱體就像一個三棱鏡那樣，是一個三面體，它的周邊即使讓個人合抱也抱不過來。鏡那樣，是一個三面體，它的周邊即使讓個人合抱也抱不過來。拱體的外殼是用兩層不銹鋼板夾鋼筋混凝土拼砌而成的，而拱體內拱體的外殼是用兩層不銹鋼板夾鋼筋混凝土拼砌而成的，而拱體內部卻是空

9、心的，里面有電梯，可以乘坐它到達拱頂眺望。部卻是空心的，里面有電梯，可以乘坐它到達拱頂眺望。 設計：沙里寧設計：沙里寧 竣工時間：竣工時間：1965年年10月月4.3.2鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱一般采用實腹式，拱身截面一般為矩形或工字形。一般采用實腹式，拱身截面一般為矩形或工字形。也可做成折板拱、波形拱或網(wǎng)狀筒拱，成為梁板合一的結構。也可做成折板拱、波形拱或網(wǎng)狀筒拱，成為梁板合一的結構。實腹式鋼筋混凝土拱的型式實腹式鋼筋混凝土拱的型式鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱折板拱折板拱(湖南省游泳館，湖南省游泳館，跨度：跨度：47.6m，裝配式折板拱，裝配式折板拱)波形拱波形拱(無錫體育館，跨度無錫體育館，跨

10、度60m，鋼絲網(wǎng)水泥雙曲拱鋼絲網(wǎng)水泥雙曲拱)返回 三鉸拱三鉸拱：靜定結構，構造復雜，目前較少采用靜定結構，構造復雜，目前較少采用 兩鉸拱：兩鉸拱：超靜定結構，受力合理、用料經(jīng)濟、制作和安超靜定結構，受力合理、用料經(jīng)濟、制作和安裝比較簡單，對溫度變化和地基變形的適應性較好，目裝比較簡單，對溫度變化和地基變形的適應性較好，目前較為常用。前較為常用。 無鉸拱無鉸拱：超靜定結構，受力最為合理，但對基礎要求超靜定結構，受力最為合理，但對基礎要求較高，當?shù)鼗鶙l件較差時，不宜采用。較高，當?shù)鼗鶙l件較差時，不宜采用。4.4拱結構的選型與布置拱結構的選型與布置4.4.24.4.2拱的矢高拱的矢高1、滿足使用功能

11、和建筑造型的要求、滿足使用功能和建筑造型的要求 矢高決定了建筑物的體量、建筑內部空間的大小矢高決定了建筑物的體量、建筑內部空間的大小 同時矢高直接決定拱的外形同時矢高直接決定拱的外形2、使結構受力合理、使結構受力合理 增加矢高來減小拱腳水平推力增加矢高來減小拱腳水平推力 矢高過大，拱身長度增大，拱身及其屋面覆蓋材料的用量增加矢高過大，拱身長度增大，拱身及其屋面覆蓋材料的用量增加3、滿足屋面排水構造的要求、滿足屋面排水構造的要求 瓦屋面及構件自防水屋面，要求屋面坡度較大，則矢高較大瓦屋面及構件自防水屋面，要求屋面坡度較大，則矢高較大 油氈屋面，為防止夏季高溫時引起瀝青流淌，坡度不能太大，油氈屋面

12、，為防止夏季高溫時引起瀝青流淌，坡度不能太大，則相應地矢高較小。則相應地矢高較小。拱結構的選型與布置拱結構的選型與布置)(42xlxlfy4lf 豎向均布荷載作用下，合理拱軸線為一拋物線，其方程為豎向均布荷載作用下，合理拱軸線為一拋物線，其方程為當當時，可以用圓弧線代替拋物線。時，可以用圓弧線代替拋物線。拱結構的選型與布置拱結構的選型與布置4.4.34.4.3拱軸線方程拱軸線方程 鋼拱鋼拱實腹式（實腹式（1/501/80）L， 格構式（格構式（1/301/60）L， 鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱 （1/201/40）L 拱結構的選型與布置拱結構的選型與布置 并列布置：并列布置：美國蒙哥瑪利體育館美

13、國蒙哥瑪利體育館 徑向布置：徑向布置： 環(huán)向布置環(huán)向布置 井式布置：井式布置： 多叉布置：多叉布置：法國巴黎工業(yè)技術展覽中心法國巴黎工業(yè)技術展覽中心 拱環(huán)布置拱環(huán)布置4.4拱結構的選型與布置拱結構的選型與布置并列式布置并列式布置美國蒙哥瑪利體育館美國蒙哥瑪利體育館 體育館平面為橢圓形，各榀拱架結構的尺寸是一致的，因此一部分拱腳被包在建筑體育館平面為橢圓形，各榀拱架結構的尺寸是一致的，因此一部分拱腳被包在建筑物內，而另一部分拱腳則暴露在建筑物的外部，且各榀拱腳伸出建筑物的長度是變化的，物內，而另一部分拱腳則暴露在建筑物的外部，且各榀拱腳伸出建筑物的長度是變化的，給人以明朗輕巧的感受。給人以明朗輕

14、巧的感受。交叉式布置交叉式布置法國巴黎工業(yè)技術法國巴黎工業(yè)技術展覽中心展覽中心工程概況：平面為三角形，邊長工程概況：平面為三角形，邊長218m，高，高43.6m。結構形式：屋頂為雙層波形薄壁拱殼。拱殼壁厚結構形式：屋頂為雙層波形薄壁拱殼。拱殼壁厚6cm，兩層之間距，兩層之間距離離1.8m，拱腳附近因壓力較大拱壁加厚。拱身為鋼筋混凝土裝配整，拱腳附近因壓力較大拱壁加厚。拱身為鋼筋混凝土裝配整體式薄壁結構，為落地拱。推力由預應力拉桿承受，拉桿設在地下。體式薄壁結構，為落地拱。推力由預應力拉桿承受，拉桿設在地下。4.5拱結構的工程實例拱結構的工程實例總設計師：林元培總設計師：林元培4.5拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例4.5拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例拱結構的工程實例起初設想那些巨大的殼片是鋼筋混凝土殼體結構，經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn)，只能將每一個殼片劃分為一條條鋼筋混凝土的肋券，再分段預制，然后才能組合成整體。 拱結構的工程實例拱結構