结构概念和体系第3章3

3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
施工中的卢浦大桥 （拼装主拱）
2015/9/6
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3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
施工中的卢浦大桥
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
卢浦大桥（中承式拱桥）
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
上海浦东国际机场 大跨索拱结构屋盖
顶杆
悬索与拱巧妙结合形成的索拱结构受力合理，外形美观， 施工方便，利用中间顶杆可轻易地对拱施加预应力。目前在 较大跨度的屋盖结构中已常应用。
3.2 结构水平体系的主要类型和特点 ( The Major Styles and Characteristics of Horizontal Structural System)
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
带 拉 杆 的 双 曲 拱 屋 盖
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
网 状 筒 拱
网状筒拱象用竹子(或柳条)编成的筒形筐，也可理解为在 平板截面的筒拱上有规律地挖掉许多菱形洞口而成。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
31m
156m
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
桁架
悬索与拱巧妙结合
对比美国明尼亚波利斯 (Minneapolis)联邦储备银行大 厦，有工程师提出了大胆的设 计方案 : 假如联邦储备银行需 要扩建，可以将拱结构应用到 扩建加层部分。此时，拱的推 力可部分抵消索的水平力，加 层部分房屋除对两端立柱 ( 筒 体 ) 增加竖向荷载外，对下部 结构影响很小，完全可以在设 计中预先予以考虑。这样的扩 建加层方案经济合理，简单易 行，可见结构工程师的精心构 思了。
度会大大减少，受力状态也将大大改变。薄壳壳面可以整体浇
筑，也可划分为小块，预制后在现场拼装。
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结构水平体系的主要类型和特点
九、薄壳(Shell )
薄壳按其外形可分为多种形式：
1．球壳 球壳是球面的一部分，可以从球面切割出来。完整的 半球壳常见于天文馆或教堂的屋顶。球壳在平面上也可 w 以切割为矩形、方形或多 边形平面。常见的球壳大 R R V H 多为非半球圆形平面，壳 H V D 越扁(h 越小)，环拉力越 T T 大；壳越高，拉力越小； 半球壳θ = 90°, 则拉力 边环 T = 0。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
苏州 寒山寺旁的石拱桥——下津桥
石拱的缝不能承受拉应力，但石桥巨大自重引起的拱 内压应力可像预应力一样抵消弯矩引起的拉应力，因此石 拱也能承受一定的弯矩。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
上海 青浦县 朱家角镇 放生桥
共五跨，桥长70.8 m，是国内最大的古石拱桥
八、拱(Arch )
拱截面除了常用的矩形截面外，还可采用 T 形截 面拱、双曲拱、波形拱、折板拱等；跨度更大的拱可 采用箱形截面、钢管、钢管混凝土截面，也可用型钢、 钢管或钢管混凝土组成组合截面。 应当指出，拱是一种平面结构，在平行切出的各 个拱圈上相应位臵各点的内力都是相同的。
(a)各种拱截面 图3-20：拱的截面
H V
L
H V
f
H V
(a)拉杆拱
H V
H V
(b)落地拱
H V
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
带 地 下北 拉京 杆 的革 钢命 筋军 混事 凝博 土物 落馆 地 拱
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
赵
州
桥
位于河北省赵县，建于公元590～608 年间，全长50.82m , 跨度L = 37.20 m, 矢高f =7.23 m , f / L=1/5.12,桥宽10 m , 是世界 上最早的敞肩式拱桥 , 早于欧州同类桥约1 000年。主拱上方设有 四个小拱，既便于泄洪，减轻自重，又更加美观。无论在结构受 力、艺术造型和经济上都达到了极高的成就。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
运河边供拉纤用的连续石拱桥
就地取材，充分利用了石材抗压的特点，经济合理，造型美观。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
北京 颐和园 十七孔桥
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
土
坯
拱
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结构水平体系的主要类型和特点
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
拱（Arch）是一种很古老的结构形式，可以用 抗压材料来跨越一定的跨度，拱的受力状态和悬索 结构正好相反，但拱截面有抗弯刚度，不能自由变 形，是刚性结构。
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
合理选择拱轴线形状很重要。例如，对于大 跨落地拱结构房屋，其荷载主要是沿拱轴线均匀 分布的屋面结构自重 ( 与项链的受力方向正好相 反)，若选用悬链线作为拱轴线，在自重作用下， 拱截面有一定抗弯刚度，不可能 拱的内力基本为轴力，弯矩近似为零。 像悬索一样自动调整形状来消除弯矩。 假如要设计一座承受沿水平方向均布线荷载 即使精心选择拱轴线的形状，在荷载 的拱桥 ( 与悬索桥的受力方向正好相反 ) ，则宜选 状态改变或可变荷载作用下，拱内弯 择抛物线作为拱轴线。 矩是不可避免的。因此，拱截面必须 承受均匀水压力（或土压力）的涵洞（或地 有一定的抗弯能力。 铁隧道），若忽略压力沿洞高的变化，则选用圆 形截面较为有利。
3.2 结构水平体系的主要类型和特点 ( The Major Styles and Characteristics of Horizontal Structural System)
五、网架体系 ( Lattice grid System ) 六、张拉索结构 (Tension-Cable Structure ) 七、膜结构 (Membrane Structure ) 八、拱结构 ( Arch Structure ) 九、薄壳结构 (Shell Structure ) 十、 组合结构 (Composite Structure ) 十一、 结构转换层 (The Horizontal structure－Transition Story ) 十二、门式刚架( Portal Frame )
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
九、薄壳(Shell )
薄壳结构壳面薄，自重轻，既是大跨度建筑的承重结构也 是围护结构。应当指出，薄壳结构是由壳面和边缘构件两部分 组成，边缘构件是壳面的边界和支座，为壳面提供受力明确的 边界条件，是薄壳结构的重要组成部分。 边缘构件的损坏会彻底改变壳面的受力状态，甚至导致整 个壳体的破坏或倒塌。例如，一个鸡蛋是完整的薄壳，半个鸡 蛋壳就是没有边缘构件的薄壳，很容易破坏。可见，边缘构件 在薄壳中具有重要作用，千万不能忽视。 生活中常用的塑料脸盆也可看作是一个薄壳，可以设想， 如果把塑料脸盆的边缘翻转部分(边缘构件)剪去，则脸盆的刚
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
敞肩式石拱桥ຫໍສະໝຸດ 3.2结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
上承式敞肩拱桥（延安）
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
上海黄浦江上的第四座大桥 —— 卢浦大桥
全长750 m，主跨550 m，是世界上跨度最大的 中承式箱形截面钢拱桥。
f)由水平屋盖支承的拱
水平屋盖结构
承 受 拱 推 力 的 各 种 措 施
g)抗侧力构件(剪力墙)
h)两侧拉杆
3.2
结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
北京
崇文门菜市场
利用两侧房屋承受拱推力
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
北京
崇文门菜市场
装配式钢筋混凝土拱
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八、拱(Arch )
澳大利亚
悉尼歌剧院
壳板组成的拱结构
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
澳大利亚
悉尼歌剧院（壳拱结构）
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
澳大利亚
悉尼歌剧院（壳拱结构细部）
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结构水平体系的主要类型和特点
八、拱(Arch )
在建筑工程中 , 拱除了直接作为屋盖结构外，还 可用来承受悬挂荷载。拱与索组合应用可以建造各种 造型生动、受力合理的结构形式。图为美国某跨越高 速公路利用公路上方空间建造汽车游客旅馆 (Motel)的 设计方案，其中大跨度拱是其主要承重结构，房屋都 挂在拱下。拱的矢高大，内力小，采用抗压强度很高 的钢管混凝土结构，显得十分轻巧。
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结构水平体系的主要类型和特点
九、薄壳(Shell )
薄
壳 （Shell）
薄壳是薄壁空间结构，与张拉膜和双向悬索结构( Two-Way Cable-Suspended Structure )有很多相似之处，张拉膜或悬索结 构只能沿膜或索的方向承受拉力，而薄壳结构不仅可以在薄壳 曲面内承受任意方向的轴力 ( 拉或压 ) ，还可以在壳面内承 受很大的剪力。 薄壳结构与张拉薄膜受力状态正好相反，就象拱和悬索结 构受力相反一样；薄壳壳面有一定刚度，不能随荷载变化调整 自己的形状改变内力状态，所以薄壳内除薄膜内力 (正应力和 剪应力) 外还有小部分弯矩，所以薄壳壳面必须具有一定的抗 弯能力。钢筋混凝土（或钢丝网水泥）薄壳可以根据需要调整 壳面各部分的厚度和配筋，能最大限度地做到等强度设计。