《拱式結(jié)構(gòu)案例分析》課件

拱式結(jié)構(gòu)案例分析拱式結(jié)構(gòu)是一種古老而有效的建筑形式，在歷史上被廣泛應用于橋梁、建筑物和隧道。拱式結(jié)構(gòu)利用其獨特的形狀將荷載轉(zhuǎn)移到支撐點，從而形成一個強大的結(jié)構(gòu)體系。課程大綱11.拱式結(jié)構(gòu)概述介紹拱式結(jié)構(gòu)的概念，基本類型和特點。22.拱式結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展從古代拱橋到現(xiàn)代建筑，回顧拱式結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程。33.拱式結(jié)構(gòu)力學原理講解拱式結(jié)構(gòu)的受力特點，分析拱的受力機制和穩(wěn)定性。44.拱式結(jié)構(gòu)案例分析通過經(jīng)典案例講解拱式結(jié)構(gòu)的應用和設計要點。什么是拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要形式，由多個拱券組合而成。拱券通常由磚石、混凝土或鋼材等材料構(gòu)成，并通過其自身的形狀和力學特性將荷載傳遞到支座上。拱式結(jié)構(gòu)利用拱券的彎曲力來抵抗荷載，將荷載分散到支座上，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。這種結(jié)構(gòu)形式在古代建筑中廣泛應用，如羅馬斗獸場、巴黎圣母院等著名建筑。拱式結(jié)構(gòu)的特點高承載能力拱形結(jié)構(gòu)利用自身的形狀，將荷載傳遞到拱腳，有效減小結(jié)構(gòu)的應力，提高承載能力。優(yōu)美外觀拱形結(jié)構(gòu)線條優(yōu)美，造型簡潔大方，具有很高的藝術性和觀賞性。拱式結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展1古代文明古埃及、古羅馬時期，拱式結(jié)構(gòu)應用廣泛，比如羅馬斗獸場、凱旋門。2中世紀歐洲中世紀，拱式結(jié)構(gòu)得到進一步發(fā)展，教堂、城堡等建筑中大量運用。3近代近代以來，鋼筋混凝土技術的發(fā)展，拱式結(jié)構(gòu)得到了新的發(fā)展，應用范圍更加廣泛。經(jīng)典拱式結(jié)構(gòu)建筑案例介紹羅馬斗獸場羅馬斗獸場是古羅馬帝國最宏偉的建筑之一，也是世界上最大的圓形競技場。圣彼得大教堂圣彼得大教堂是世界上最大的教堂，其巨大的圓頂是拱式結(jié)構(gòu)的經(jīng)典案例。巴黎圣母院巴黎圣母院的哥特式建筑風格，以其獨特的拱頂和飛拱而聞名。密蘇里大學藝術博物館密蘇里大學藝術博物館的拱形結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑設計對拱式結(jié)構(gòu)的運用。羅馬斗獸場羅馬斗獸場是古羅馬帝國最宏偉的建筑之一，建于公元70-80年。斗獸場是古羅馬人舉辦角斗士對決和各種娛樂活動的場所。它是一個巨大的橢圓形露天競技場，可容納超過50,000人。它是由混凝土和磚塊建造的，并具有拱形結(jié)構(gòu)。羅馬斗獸場是羅馬帝國的象征之一，也是西方文明的偉大奇跡。圣彼得大教堂圣彼得大教堂是世界上最大的教堂，也是羅馬天主教的中心。它是文藝復興時期建筑的杰作，融合了古典和巴洛克風格。教堂內(nèi)部裝飾精美，擁有米開朗基羅的杰作《圣殤》和伯尼尼的巨型青銅華蓋。巴黎圣母院哥特式建筑典范巴黎圣母院以其高聳的雙塔和精美的雕刻裝飾而聞名，是哥特式建筑的杰出代表。精美玫瑰窗教堂內(nèi)部擁有壯麗的彩色玻璃窗，其中最著名的是玫瑰窗，展現(xiàn)了中世紀藝術的精髓。宏偉的內(nèi)部空間巴黎圣母院內(nèi)部高聳的拱頂和精美的壁畫，令人嘆為觀止，展現(xiàn)了歐洲建筑藝術的輝煌成就。密蘇里大學藝術博物館密蘇里大學藝術博物館由著名的建筑師艾瑞克·李森設計，于1985年建成。博物館采用拱形結(jié)構(gòu)，并以其獨特的白色金屬外墻而聞名。建筑本身也是一件藝術品，是現(xiàn)代拱形結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代建筑藝術的完美結(jié)合。博物館的建筑風格體現(xiàn)了現(xiàn)代主義和后現(xiàn)代主義的融合，突出了建筑的幾何美感和功能性。拱形結(jié)構(gòu)不僅為博物館提供了寬敞的展廳空間，還與周圍的自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，為參觀者提供了一個獨特的藝術體驗空間。拱式結(jié)構(gòu)的力學原理重力作用拱的重量和所承受的荷載會產(chǎn)生向下的重力，主要作用在拱腳上。橫向推力拱的形狀會導致橫向推力，這種力試圖將拱腳向外推開，需要有足夠強的拱腳來抵消。支承反力拱腳對拱產(chǎn)生的反力，是拱式結(jié)構(gòu)抵抗重力和橫向推力的關鍵。重力作用拱結(jié)構(gòu)的重力重力是作用在拱結(jié)構(gòu)上的主要外力，它會導致拱身產(chǎn)生豎向壓力和彎矩。自重拱自身的重量會產(chǎn)生向下壓力，對拱的受力狀態(tài)產(chǎn)生影響。荷載拱結(jié)構(gòu)承受的荷載，例如房屋、橋梁的重量或行人、車輛的重量。橫向推力拱券形狀拱券的形狀決定了橫向推力的方向和大小。半圓拱的推力最大，尖拱的推力最小。拱的跨度拱的跨度越大，橫向推力越大，對拱腳的壓力也越大。拱的厚度拱的厚度越大，橫向推力越小，但建造難度也更大。拱的材料拱的材料強度不同，橫向推力也不同。石材的推力大于混凝土。支承反力拱腳拱腳承受拱身傳來的橫向推力，產(chǎn)生反作用力。拱身拱身將重力轉(zhuǎn)化為橫向推力，傳遞給拱腳。支承拱腳承受拱身傳來的推力，由支承提供反作用力。拱式結(jié)構(gòu)的受力分析載荷拱式結(jié)構(gòu)承受來自頂部和側(cè)面的載荷，例如屋頂重量、雪荷載和風荷載。拱身拱身將載荷傳遞到拱腳，并將其分解成水平推力和垂直力。拱腳拱腳是拱式結(jié)構(gòu)的支撐點，它們需要承受拱身的水平推力和垂直力。支承拱腳通常由堅固的墩臺或墻體支撐，這些支承結(jié)構(gòu)需要承受拱身傳遞的力。構(gòu)件設計要點拱墩設計拱墩是拱橋的重要組成部分，承受著拱身的全部重量和水平推力。拱墩的設計要考慮其穩(wěn)定性和耐久性，同時還要兼顧美觀和整體和諧。拱身設計拱身是拱橋的關鍵部位，它承擔著主要的受力作用，決定著拱橋的整體強度和穩(wěn)定性。拱身的設計要根據(jù)拱的形狀、材料、跨度、荷載等因素進行合理計算和優(yōu)化，確保拱橋的安全性。拱環(huán)設計拱環(huán)是拱橋的骨架，它連接著拱身和拱墩，共同承擔著拱橋的重量和水平推力。拱環(huán)的設計要考慮其強度、剛度和耐久性，同時也要與拱身和拱墩相協(xié)調(diào)，形成一個完整的受力系統(tǒng)。拱墩設計1承載力拱墩是拱式結(jié)構(gòu)的支承，必須具備足夠的承載能力，承受來自拱身的推力。2穩(wěn)定性拱墩需要具有良好的穩(wěn)定性，防止傾覆或滑動，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。3耐久性拱墩需要使用耐久性高的材料，并進行合理的防腐處理，以確保結(jié)構(gòu)的長期使用。拱身設計拱身形狀拱身形狀取決于拱橋類型和建筑風格。常見形狀包括圓弧形、拋物線形、懸鏈線形等。圓弧形拱結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，但承載力相對較弱。拋物線形拱承載力強，但施工難度較大。懸鏈線形拱承載力強，形狀優(yōu)美，常用于大型橋梁。拱身材料拱身材料選擇應考慮強度、耐久性、可加工性等因素。常用材料包括磚石、混凝土、鋼材等。磚石拱結(jié)構(gòu)歷史悠久，但強度相對較低?；炷凉敖Y(jié)構(gòu)強度高，耐久性好。鋼材拱結(jié)構(gòu)承載力強，但造價較高。拱環(huán)設計拱環(huán)材料拱環(huán)采用優(yōu)質(zhì)石材或混凝土。拱環(huán)形狀拱環(huán)形狀根據(jù)建筑風格和結(jié)構(gòu)要求確定。拱環(huán)施工拱環(huán)施工采用分塊拼裝或整體澆筑。拱式結(jié)構(gòu)的施工技術1拱基礎施工確?；A穩(wěn)固2拱墩施工澆筑混凝土3拱身施工采用分段澆筑4拱環(huán)施工砌筑或預制安裝拱式結(jié)構(gòu)的施工技術要求高，需要專業(yè)技術人員進行操作。從基礎施工開始，每個環(huán)節(jié)都需要嚴格把控。拱基礎的施工需要確?；A的穩(wěn)固性，以承受拱的重量和壓力。拱墩的施工通常采用澆筑混凝土的方式，確保強度和穩(wěn)定性。拱身的施工一般采用分段澆筑的方式，避免因一次性澆筑產(chǎn)生過大的壓力。拱環(huán)的施工則根據(jù)材料的不同，可以采用砌筑或預制安裝的方式。拱基礎施工11.基礎開挖根據(jù)設計圖紙確定開挖范圍，確保基礎尺寸和深度符合要求，并進行土方開挖。22.基礎墊層在基礎開挖完成后，進行基礎墊層的施工，確?；A的平整度和承載能力。33.基礎混凝土澆筑采用高強度混凝土，確?；A的強度和耐久性，并進行必要的養(yǎng)護。44.基礎驗收完成基礎施工后，進行驗收，確?；A質(zhì)量符合設計要求。拱墩施工基礎施工拱墩基礎通常采用混凝土基礎，確保穩(wěn)定性，抗震能力，滿足承載需求。墩身施工拱墩身可以采用鋼筋混凝土或砌石等方式建造，根據(jù)設計要求選擇合適的材料和施工工藝。模板安裝拱墩施工需要使用模板來形成拱墩的形狀，模板的安裝精度和強度直接影響拱墩的質(zhì)量?；炷翝仓炷翝仓枪岸帐┕さ年P鍵環(huán)節(jié)，需要嚴格控制混凝土的質(zhì)量和澆筑工藝，確保混凝土的強度和耐久性。拱身施工模板安裝拱身施工通常使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。模板安裝需要精確測量和控制，確保拱身形狀和尺寸符合設計要求?；炷翝仓炷翝仓枪吧硎┕さ年P鍵環(huán)節(jié)，需確?；炷撩軐嵍龋乐钩霈F(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷。養(yǎng)護混凝土澆筑完成后，需要進行養(yǎng)護，以確?；炷翉姸冗_到設計要求，防止開裂。拆?；炷吝_到一定強度后，才能進行拆模，并進行后續(xù)的裝飾和裝修工作。拱環(huán)施工分段建造拱環(huán)通常分段施工，確保每個拱段都能均勻受力。預制拱石拱石可采用預制方式，提高效率和精度。吊裝安裝預制拱石吊裝到指定位置，確保準確對位。灌漿穩(wěn)固安裝完成的拱石之間灌漿，確保拱環(huán)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。拱式結(jié)構(gòu)的維護和加固定期檢查定期檢查拱式結(jié)構(gòu)的整體狀況，包括拱身、拱腳、拱頂?shù)炔课弧Ｗ⒁庥^察是否有裂縫、沉降、變形等現(xiàn)象。針對發(fā)現(xiàn)的問題進行及時處理，避免小問題演變成大問題，影響結(jié)構(gòu)安全。常見病害分析裂縫拱式結(jié)構(gòu)常見的病害，主要原因是材料收縮、溫度變化或荷載變化。腐蝕拱式結(jié)構(gòu)的鋼筋或混凝土因環(huán)境因素發(fā)生腐蝕，導致強度降低。沉降拱式結(jié)構(gòu)基礎不均勻沉降，導致拱身應力重新分布。變形拱式結(jié)構(gòu)受到荷載或溫度變化的影響，產(chǎn)生彈性變形或塑性變形。加固措施介紹1混凝土灌漿用于修復拱身裂縫，提高拱結(jié)構(gòu)的整體承載力。2鋼筋加固在拱身表面或內(nèi)部添加鋼筋，增強拱結(jié)構(gòu)的抗拉強度。3預應力加固通過預應力鋼筋或鋼纜提高拱結(jié)構(gòu)的抗彎強度和抗剪強度。4外包鋼結(jié)構(gòu)在拱結(jié)構(gòu)外圍加設鋼架結(jié)構(gòu)，增強拱結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。案例分享羅馬斗獸場是著名的拱式結(jié)構(gòu)建筑之一。其龐大的規(guī)模和精巧的結(jié)構(gòu)令人嘆為觀止。斗獸場建于公元70-80年，由羅馬帝國的弗萊維王朝建造。該建筑采用圓形拱門，為古代建筑師和工