拱结构及其标准规定样式分析
建筑结构选型-第四章 拱式结构
例题：设图示三铰拱承受沿水平线均匀分布的竖向荷载q的作用， 示其合理轴线。
q ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
y
解:
C
B
0
yx
M 0 x H
f
A x
x
l/2
q ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
l/2
1 1 2 M x qlx qx 2 2 qx l x 2
M x 0
M 0 x Hyx 0
yx
M 0 x H
∵在荷载、跨度、矢高给 定时，H是一个常数.∴合理拱 轴线与相应的简支梁的弯矩图 形状相似，对应竖标成比例. 在荷载、跨度给定时，合 理拱轴线 随 f 的不同而有多 条,不是唯一的。
M 0 ( x) f 0 MC
P2
B
mc 0
0 VA
VB0
HA f P 1 (l1 a1 ) VAl1 0
0 M VAl1 P ( l a ) 1 1 1 HA C HB f f
反力计算公式：
V V 0 A A 0 V V B B 0 M H A H B H C f
一、支座反力（以三铰拱为例）
y a2 a1 P1 b1 b2 P2
mB 0
VAl P 1b 1P 2b2 0
P1b1 P2b2 VA l Pi bi V A0 l
HB
VB
C
A
f
HA
VA
l1
l P1 A C
l2
x
B
mA 0
VB Pi ai VB0 l
B
12kN 10.5kN
第五章拱结构
l2
2 l1 4
第二章 梁、板结构
建 筑 结 构 选 型
图为两端固定梁。当梁柱结构中柱刚度比梁刚度大 很多且梁柱节点构造为刚接时，可按两端固定梁分析 梁在竖向荷载作用下的内力和变形。对于一般情况下 梁柱刚度相差不多的情况，则柱对梁的约束作用应视 作弹性支承，这时梁在竖向荷载作用下的内力和变形 介于两端固定梁和两端简支梁之间。 图为两端外伸的简支梁。由于两端外伸段负弯矩的 作用，外伸梁中间部分的最大正弯矩和挠度都将小于 相同跨度的简支梁，这一受力性能对于充分发挥材料 的作用是十分有利的，而在结构构造上也是很容易实 现的。对于受竖向均布荷载作用的情况，当外伸段的 长度时，梁内的最大正弯矩和最大负弯矩相等。
拱式结构应用广泛，形式多样。从力学计算 简图，可分成无铰拱、两铰拱和三铰拱；按应用 材料分类，有钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木 结构、砖石砌体结构；从拱身看，有格构式和实 复式、等截面和变截面。 一、钢结构拱 钢结构拱有实腹式和格构式两种。一般采用格构 式，以节省材料，如图所示。实腹式拱可以做成 具有曲线形的外形，通常为焊接工字形截面。格 构式拱因分段后在现场进行吊装的组装，若设计 成标准单元，则可方便施工。图位北京体育馆比 赛厅，图为西安秦俑博物馆展览厅。
建 筑 结 构 选 型
建 筑 结 构 选 型
建 筑 结 构 选 型
当拱从地平面开始时，拱脚处墙体构造极不 方便，同时建筑物内部空间的利用也不好，为 此可在拱脚附近外加一排直墙，把拱包在建筑 内部，如图a所示；也可把建筑外墙收进一些， 把拱脚暴露在建筑物的外部，如图b所示；还可 以把拱脚改成立柱式，如图c所示，但这样做对
1 1 V A P1 l a1 p2 l a2 VB P a1 P2 a 2 1 l l
拱结构的型式与主要尺寸
拱结构的型式与主要尺寸1.拱的主要尺寸（1）拱的矢高综合考虑结构的合理性和建筑外形的要求，拱的矢高可按下列关系取用：a.两铰、三铰拱，一般矢高f取为：f=（1/3～1/2）L，且f≮L/10经济高度：f=（1/7～1/3）L，有拉杆时可取: f=L/7无拉杆时可取: f=（1/5～1/2）Lb.落地拱，一般矢高f取为：f=（1/7～1/3）L（2）拱身截面拱身一般采用等截面，对于无铰拱，由于内力从拱顶向拱脚逐渐增加，因此一般做成变截面的形式。
拱身的截面宽度b视其截面高度而定。
为保证平面外的刚度与稳定，拱身应有足够的截面宽度．一般取b=h/2左右：拱身截面高度h，可按下列关系取用：a.钢筋混凝土肋形拱h=（1/40～1/30）Lb.钢结构实腹式拱肋h=（1/80～1/50）Lc.钢结构格构式拱肋h=（1/60～1/30）L2.拱的型式拱式结构应用广泛，型式多样。
从力学计算简图看，可分成无铰拱、两铰拱和三铰拱；按应用材料分类，有钢筋混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构、砖石砌体拱结构；从拱身截面看，有格构式和实腹式拱，等截面和变截面拱。
一般，拱身承受弯矩比较容易满足要求。
但拱在平面外会产生压曲现象。
为充分发挥抗压材料的强度，拱身截面需有足够宽度，最好能把拱身做成立体型式，以解决拱身平面外刚度与稳定问题。
据此，拱身可分为两大类（梁式拱与板式拱）共有下面几种:（1）梁式拱a. 肋形拱拱身为一矩形截面曲杆。
跨度较大者多采用钢筋混凝土或钢肋形拱（图1-41）,为现浇方便，其截面可采用矩形的，但为省料与减轻重量，预制拱肋也可做成空心或工字形截面，甚至在肋腹开孔。
图1-41 北京展览馆中央大厅b.格构式拱当拱截面较高h＞1500mm时，可做成格构式钢拱。
为使其具有较好平面外刚度，拱截面最好设计成三角形或箱形的，这是拱肋立体化方法。
格构式钢拱的截面可适应弯矩变化的需要而改变，因之其造型更为多变（见图1-42）,落地钢三铰拱也可由两片月牙形桁架构成，这就是三铰刚架发展而成的三铰拱。
拱结构的型式与主要尺寸
拱结构的型式与主要尺寸1.拱的主要尺寸（1）拱的矢高综合考虑结构的合理性和建筑外形的要求，拱的矢高可按下列关系取用：a.两铰、三铰拱，一般矢高f取为：f=（1/3～1/2）L，且f≮L/10经济高度：f=（1/7～1/3）L，有拉杆时可取: f=L/7无拉杆时可取: f=（1/5～1/2）Lb.落地拱，一般矢高f取为：f=（1/7～1/3）L（2）拱身截面拱身一般采用等截面，对于无铰拱，由于内力从拱顶向拱脚逐渐增加，因此一般做成变截面的形式。
拱身的截面宽度b视其截面高度而定。
为保证平面外的刚度与稳定，拱身应有足够的截面宽度．一般取b=h/2左右：拱身截面高度h，可按下列关系取用：a.钢筋混凝土肋形拱h=（1/40～1/30）Lb.钢结构实腹式拱肋h=（1/80～1/50）Lc.钢结构格构式拱肋h=（1/60～1/30）L2.拱的型式拱式结构应用广泛，型式多样。
从力学计算简图看，可分成无铰拱、两铰拱和三铰拱；按应用材料分类，有钢筋混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构、砖石砌体拱结构；从拱身截面看，有格构式和实腹式拱，等截面和变截面拱。
一般，拱身承受弯矩比较容易满足要求。
但拱在平面外会产生压曲现象。
为充分发挥抗压材料的强度，拱身截面需有足够宽度，最好能把拱身做成立体型式，以解决拱身平面外刚度与稳定问题。
据此，拱身可分为两大类（梁式拱与板式拱）共有下面几种:（1）梁式拱a. 肋形拱拱身为一矩形截面曲杆。
跨度较大者多采用钢筋混凝土或钢肋形拱（图1-41）,为现浇方便，其截面可采用矩形的，但为省料与减轻重量，预制拱肋也可做成空心或工字形截面，甚至在肋腹开孔。
图1-41 北京展览馆中央大厅b.格构式拱当拱截面较高h＞1500mm时，可做成格构式钢拱。
为使其具有较好平面外刚度，拱截面最好设计成三角形或箱形的，这是拱肋立体化方法。
格构式钢拱的截面可适应弯矩变化的需要而改变，因之其造型更为多变（见图1-42）,落地钢三铰拱也可由两片月牙形桁架构成，这就是三铰刚架发展而成的三铰拱。
第四章拱式结构1ppt课件
第六节 拱的结构选型与布置
一，结构选型：在进行拱 结构选型时，需要考虑：
1、结构的支承形式
A.三铰拱是静定结构，当 地基出现不均匀沉降时， 不会引起结构的附加内 力。
B.两铰拱的优点是受力合
理，用料经济，制作和
安装较简单，对温度变
化和地基变形适应性强，
目前较为常用。一般房
屋建筑中屋盖结构，通
常多采用带拉杆的钢筋
;
二．推力由拉杆直接承担：拉杆拱
在拱脚处设置钢 杆，利用钢杆受 拉从而抵抗拱的 推力，拱的推力 有其自身解决。
;
三．水平推力通过刚性水平结构传 递给总拉杆 本方案的目的是尽量少设拉杆，仅 在结构的两端设置总拉杆。
;
四．推力由竖向结构承受 若无拉杆拱的水平推力，在拱脚标
高 处得不到内力平衡，则该力往下传， 由支承拱脚的竖向结构承担。 如：1.扶壁墙墩 2.飞券 3.斜柱墩 4.边跨结构
;
第二节 拱的受力特点和类型
一、拱的受力特点： 拱与梁的受力分析对比：
;
VA VA0
1、拱脚处的支座反力： 根据分析，得出如下结论： A．三铰拱的竖向反力与同跨等荷的
简支梁相同。vA= vA0 B．在竖向荷载作用下，拱脚支座处
有水平推力H产生。HA=Mc0 /f， 其值与矢高f有关。 C．当结构的跨度、荷载一定时， （Mc0为定值时〕H与f成反比。
第五章 拱式结构 第一节 拱的实践及拱结构的适 用范围 一、中国圆弧拱
二、古埃及、爱琴、西亚、希腊的拱券
三、古罗马的半圆拱
四、拜占庭的帆拱 五、罗马风建筑的肋形拱
六、哥特式建筑的尖拱
;
八、适用范围： 它的适用范围极广。不仅适合于大 跨结构，也适用于中小跨度的房屋 建筑 。如：展览馆、体育馆、商场 等。现代还要一些纪念观赏性的拱 结构。
拱结构及其案例分析
拱结构及其案例分析陈阅2班76号A.拱的定义在梁端加一水平力H，就能改变各截面受力状态；如果H的大小，作用点选得合适，可使梁的各截面处于受压或受弯状态，能提高梁的承载力，这就形成了拱，如图可见，拱结构是有推力的结构。
拱结构的外形一般是抛物线，圆弧或折线，目的是使供体各截面在外荷载、支撑力和推力作用下基本上处于受力或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力如图拱结构的控制尺寸包括：跨度l、失高f和截面尺寸。
拱结构的适用范围很大，从1.5~2.0m跨度的地下通道顶盖到几十米甚至上百米跨度的体育馆和拱桥。
例如清华大学综合体育中心、东凯尔勃莱德游泳馆等都采用拱结构。
拱结构的支撑形式一般有四种，如下图所示，由图a到图d分别为为：a.拉杆拱，b.落地拱，c.由框架支撑的拱，d.由水平屋盖支撑的拱。
B.拱的受力分析a.如下图所示是拱在集中荷载作用下的受力图简支拱的弯矩M与简支水平梁对应截面的弯矩M0相等。
拱的剪力Q和轴力N 等于简支水平梁对应截面上剪力Q0的两个投影。
即M= M0Q= Q0cosφN=- Q0sinφ式中，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
b.如下图所示是拱在均布荷载作用设拱的轴线为抛物线，其方程为y=4fx(l-x)/l2求出相应的简支水平梁的弯矩和剪力M0=0.5qx(l-x) Q0=q(0.5l-x)因此，拱的内力为M=0.5qx(l-x)Q= q(0.5l-x)cosφN=- q(0.5l-x)sinφ其M图，Q图，N图分别如下图φ计算Q和N时，先要由轴线方程的一阶导数求出tgφ=dy/dx=4f (l-2x)/l2,再由此式求得截面的倾角φ。
C.三绞拱受力分析拱结构中一种比较合理的方式是三绞拱，如图所示内力计算M= M0-Hy，Q= Q0cosφ-HsinφN= -Q0sinφ-Hcosφ其中H=M0C/f ,M0和Q0分别是简支水平梁的弯矩和剪力，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
拱式结构体系
拱式结构体系在本小节中我们要给大家介绍拱式结构体系的组成、优缺点及适用范围；拱式结构体系的合理布置原则及及受力特点。
在房屋建筑和桥梁工程中，拱是一种十分古老而现代仍在大量应用的结构型式。
它是以受轴向压力为主的结构，这对于混凝土、砖、石等材料是十分适宜的，特别是在没有钢材的年代，它可充分利用这些材料抗压强度高的特点，避免它们抗拉强度低的缺点。
而且能获得较好的经济和建筑效果。
因而很早以前，拱就得到了十分广泛的应用。
在我国，很早就成功地采用了拱式结构。
公元605～616年隋代人在河北赵县建造的单孔石拱桥一安济桥（又称赵州桥），横越交河，跨度37.37m。
它距今近1400年，虽经多次地震，而巍峨挺立，是驰名中外的工程技术与建筑艺术完美结合的杰作。
在古代的西方，建造了许多体型庞大、气魄雄伟的拱式建筑。
在建筑规模、空间组合、建筑技术与建筑艺术等方面都取得了辉煌的成就，并对欧洲与世界建筑产生巨大的影响。
古罗马最著名的穹顶（半圆拱）结构，当推公元前27～14年建造，后因焚毁并于公元120～123年重建的罗马万神庙（图1-29）,其中央内殿为直径43.5m的半圆球形穹顶，穹顶净高距地面也是43.5m。
它是古罗马穹顶技术的最高代表作，也是世界建筑史上最早、最大的大跨结构。
图1-29罗马，万神庙a一剖面图；b一平面图；c一穹顶（半圆拱）结构近、现代的拱式结构应用范围很广，而且型式多种多样。
例如著名的澳大利亚悉尼歌剧院（图1-30，始建于1957年）是大家熟知的建筑，处于深入海中的半岛上。
建筑形象的基本元素一一拱壳，不但是主要的结构构件，而且是一个符号，一种象征，一个母题，它既象“白帆”、“浪花”，又象盛开的巨莲，使人产生丰富的联想。
图1-30 澳大利亚悉尼歌剧院一、拱结构的类型及其受力特点拱的类型很多，按结构组成和支承方式，拱可分为三铰拱、两铰拱、和无铰拱三种，如图1-31。
图1-31 拱结构计算简图a)三铰拱b）两铰拱c）无铰拱三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱为超静定结构。
拱结构概述及理论分析解析
内力计算
a
P
MK
K
NK φK
HA A
yKQK
xK VA
P
MK0
VA0
QK0
弯矩：
M
0 K
VA0 xK
P(xK
a)
M K VA xK P(xK a) H A yK
MK
M
0 K
H A yK
剪力： QK VA cosK P cosK H sin K
由水平刚度大、位于拱脚处的刚性水平构件来传递 水平推力。传力路径：拱脚——刚性水平结构—— 两端的总拉杆。
当水平构件刚度足够大时，可认为水平推力是自相 平衡，不传递给柱子。 室内无拉杆，可充分利用室内建筑空间，效果较好。
水平推力由基础直接承受
利用地基基础直接随水平推力，不需立柱支承。 当地质条件好时可采用，此时基础尺寸大，材料 用量多。
推力
推力
推力平衡形成垂直作用
连续倒塌效应！！！
• 为了避免多米勒骨牌式的坍塌，较长的连续拱 桥需要设置特殊的、可以抵抗推力的桥墩。
推力桥墩！
• 为了避免多米勒骨牌式的坍塌，较长的连续拱 桥需要设置特殊的、可以抵抗推力的桥墩。
推力桥墩！
前南斯拉夫电影：《桥》
• 黑山塔拉河谷大桥 就是要炸掉这里，阻止德军快速修复这座桥。
现代拱结构的应用
现代拱结构的应用：
桥梁：
1977年， 世界第二
美国新河峡谷大桥：主跨518m，最大钢桁拱桥
现代拱结构的应用：
桥梁：
上海卢浦大桥：550m，融入了斜拉桥、拱桥和悬索桥
现代拱结构的应用：
桥梁：
拱结构分析
拱结构及案例分析一拱结构的分析拱结构式是建筑工程中常用的结构之一，是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线构件。
拱结构由拱圈及其支座组成。
支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩；也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。
拱圈主要承受轴向压力，与同跨度的梁相比，弯矩和剪力较小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间。
拱的类型，按材料分：土拱、砖石拱、木拱、混凝土拱、钢筋混凝土拱、刚拱等；按拱轴线型分：圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱等；按所含铰的数目分：三铰拱、双铰拱、无铰拱等；按拱圈截面形式分：实体拱、箱形拱、桁架拱等。
如下图为拱的分类图：拱结构的受力分析：如上图，当拱承受均布荷载时，主要靠的压力和推力支撑，由Th+chMx=可知，支撑弯矩靠力臂的改变，而力臂的增加靠形态的改变。
因此拱的外形一般是抛物线、圆弧线或折线，目的是使拱体各截面在外荷载、支撑反力和推力作用下基本处在受压或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力。
当拱自身重力产生的弯矩Mx为0 时，此时称为合理拱轴线（也叫压力线），即截面产生的弯矩为0。
当选择拱轴线时，偏于合理拱轴线以上的为负弯矩，偏于合理拱轴线以下的为正弯矩，与合理拱轴线相交的点的弯矩为0 。
拱结构在设计中最重要的是水平推力的处理。
在实际工程中常用的有以下几种做法：由拉杆承受水平力——优点是结构自身平衡，使基础受力简单；可用作上部结构构件，代替大跨度屋架；由基础承受——施工设计时要注意承受水平推力的基础的做法；由侧面结构物承受——要求此结构必须有足够的抗侧力刚度；由侧面水平构件承受——一般有设置在拱脚处的水平屋盖构件承受，水平推力先由此构件作为刚性水平方向的梁承受，在传递给两端的拉杆或竖向抗侧力结构；此外还应注意当拱承受过大内力时的失稳现象；防止失稳的办法是在拱身两侧加足够的侧向支撑点。
二拱结构的案例分析阿罗丝渡槽如右图，渡槽设设计为一个124ft(37.8m)长，支撑在间隔62ft(18.9m)的支架上，两端伸臂各长31ft(9.45m)的单元。
拱结构--课间
一、拱结构特征、发展和适用范围 拱结构特征、
（1） 拱结构的特点 ① 拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力； ② 拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯Байду номын сангаас； ③ 拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。
二：拱的发展
从梁到三角拱 从筒拱到交叉拱 从交叉拱到拱肋结构 从穹隆到帆拱 拱是古代大跨度建筑的主要形式。由于拱呈曲面形状， 在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低到最小限度，主要 内力变为轴线压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的 强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空 间。 但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结 构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。 常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支撑拱，墙厚随拱 跨增大而增厚。很明显，这会使建筑的平面空间组合受到 约束。
拱结构建筑
拱结构建筑
拱结构建筑
拱结构建筑
水晶宫内景
拱结构建筑
赵州桥
布赖顿的英 国皇家别墅
谢谢大家
梁
———— 三角拱 ——— 筒拱 ———— 交叉拱
筒拱 ———— 交叉拱
拱建筑中的应用
拱的形式
• • • 筒形拱 十字拱 • • 法国克勒芒 -费杭圣母 教堂剖面图
• •
哥特式教 堂剖面图
十字尖拱
拱的分类
•
拱的内力主要是轴向 压力，结构材料应选用 抗压性能好的材料 1 按受力 ① 三铰拱 ② 两铰拱 ③ 无铰拱 2 按外形 ① 双折线型 ② 圆弧线型 ③ 抛物线型
拱结构的尺寸
1）跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米， 经济跨度80～100米 2）矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、内力计 ： 算有关 屋盖结构 f=(1/10～1/5)L 公建主体 f=(1/5～1/2)L
建筑选型-拱式结构1023
适用 的拱：落地拱
适用条件：水平推力不太大或地质条件 较好 特点：基础尺寸比较大，材料用料较多
2.拱脚水平推力的平衡
4) 直接作用在基础上
3.拱式结构的型式
1）按分布荷载的位置分
3.拱式结构的型式
2）按结构体系分
简单体系拱： 无铰拱、两铰拱、三铰拱 组合体系拱： 无推力拱、有推力拱
拱式结构的工程实例
法国国家工业与技术中心展览大厅，跨度206m
The End!
可以用圆弧代替抛物线，方便施工
4.拱式结构的选型与布置
4）拱身截面高度
4.拱式结构的选型与布置
5）拱式结构的布置
并列布置 等间距、等跨度并列布置，矩形平面建筑多采用 径向布置 非矩形平面如正多边形、圆形、扇形等多采用
环向布置
井式布置 多叉布置
（圆形）各拱沿周围排列，拱脚互抵推力抵消
多向承受荷载，共同传力的丼字拱 多种方式组合，能适应任何平面形状
⑤ 集中力作用处V图、N图将发生突变，但突变 值不等于集中力的大小。
⑥ 集中力偶作用处M图发生突变。
1.拱式结构的受力特点
3）拱的合理轴线
概念：在给定荷载作用下使拱内各截面
弯矩剪力等于零,只有轴力的拱轴线。
1.拱式结构的受力特点
3）拱的合理轴线
均布竖向荷载作用下， 静水压力作用下， 抛物线。 圆弧曲线。
并列布置
交叉布置
4.拱式结构的选型与布置
6）拱式结构的支撑系统
拱式结构的工程实例
法国国家工业与技术中心CNIT大厦
整体造型就像一个倒扣着的贝壳，这是拉德芳斯新区最早建造 的一座建筑，也是造型非常独特的一座建筑。建築位置：法國 巴黎拉德芳斯（La Défense） 建築高度：50m 建築時間： 1958年建築， 1989年重新整修。
拱结构ppt课件
1
拱结构的概念
什么是拱结构？
一般指杆的轴线为曲线形状，并且在竖向荷载作用下会产生水 平支座反力的结构。
特点？
拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。在外荷作用下，拱主 要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材 料（如砖石或钢筋混凝土）去做拱，正好发挥材料的性能。不 过拱结构支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力也 大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。由于拱 结构的这个缺点，在实际工程应用上，桁架还是比拱用得普遍。
17
拱的应用
• 拱在建筑结构中的应用十分广泛，如桥、屋顶、窗洞、门 洞、水坝、体育馆等大量采用拱结构。
18
拱的应用
土耳其索非亚大教堂 19
拱的应用
20
拱式桥
拱式桥的组成
21
拱式桥
22
23
24
力的平衡。
5
（一）水平推力直接由拉杆承担
• 拉杆既可用于搁置在墙、柱上的屋盖结构，也可用于落地 拱结构。
6
• 水平拉杆所承受的拉力等于拱的推力，两端自相平衡，与 外界之间没有水平向的相互作用力。
• 优点：经济合理，安全可靠，砖或柱子不承受拱的水平推 力，基础受力简单，节省材料。
• 缺点：室内有拉杆存在，房屋内景欠佳，浪费空间。
11
拱结构的受力特点
（一）、支座反力
1、在竖向荷载作用下，拱脚支座内将产生水平推力；
2、在竖向荷载作用下，
；
3、当结构跨度与荷载条件一定时 为定值，拱脚水平推力 （HA=HB）与拱的矢高f成反比。
12
• 拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，因此， 拱结构比桁架结构的力学优点更加显著，而且它为抗压性 能好的材料提供了一种理想的结构型式。
第八章 拱结构
当地质条件好时可采用，此时基础尺寸大，材料用量多。
（２）利用侧面框架结构承受水平推力
这种结构措施是建筑功能与结构需要有效结合的好方法，建筑 大厅屋盖采用拱结构，侧面的框架可做为提供服务性的附属建筑， 水平推力由侧面框架承受也可采用两侧斜柱墩，要求利用拉杆承受 水平推力
矢高f=1/2时，拱轴形式为半圆，水平推力为０，受力合 理，但大跨度时显得高耸，很少用于建筑屋盖
第二节 承受拱水平推力的结构处理手法
拱是有推力的结构，拱脚支座应能可靠地传递和承受水平推力，否则 拱的结构性能将无法保证。 （１）利用地基基础直接承受水平推力（落地拱） 利用地基基础直接随水平推力，不需立柱支承。例如：帐蓬或蒙 古包，造型别致 拱端部空间高度较小，常用于仓库或小型体育健身房
需要有水平刚度很大的位于拱脚处的天沟板或副跨屋盖结构作为刚 性水平构件以传递拱的推力。 这些水平构件可看成一根水平放置的深梁，其刚度足够大时可认为 柱子不承担水平推力，柱内力较小。 室内无拉杆，可充分利用室内建筑空间，效果较好。
传力：H ——水平屋盖结构——两端拉杆（内部无拉杆）
第三节 拱结构的形式、主要尺寸与布置
二、拱的矢高f 影响合理拱轴形状——建筑外形 影响拱身轴力N 影响拱脚推力H的大小，三铰拱时H=Mc0/f
受力合理
屋盖结构:一般取f=L/5~L/7，且应>=L/10，f小，H大。 常用跨度数： 下水道顶盖 公共建筑 大跨 L=1.5~2.0m, 30~40m, 95~200m 考虑 ： 结构合理性 屋面做法和排水方式：自防水：屋面坡度1/3，则f=1/6 油毡防水：屋面坡度<=1/4，f<=1/8 (沥青流淌)
三、拱身的截面形式与尺寸
R.C——实体—矩形截面， h，h=（1/30~1/40）L b 拱身 工字型 钢结构——格构式——高度=（1/30~1/60）L ——实体式——高度=（1/50~1/80）L 拱身一般为等截面 无铰拱——按内力力变化，变截面 （拱身）WB与拱结构结合时，可采用波形截面 折板形截面
《拱式结构案例分析》课件
南京大剧院
南京大剧院以其独特的拱形屋顶，成为城市地 标和建筑奇观。
卡塔尔拉丁长廊
卡塔尔拉丁长廊的拱形结构犹如艺术品，为人 们提供独特的空间体验。
结论
拱式结构以其独特的造型和良好的结构性能，在建筑设计领域具有重要的价值和广阔的发展前景。
参考文献
以下是本课件所引用的相关文献： - 文献1 - 文献2 - 文献3
设计原则
拱式结构的设计需要考虑力学原理、施工工 艺和使用需求等因素。
拱式结构的应用
桥梁建设
拱式结构在桥梁建设中具有广泛应用，如拱 桥和悬索桥。
建筑物
拱式结构也被用于建筑物的设计，如教堂、 博物馆和购物中心。
体育场馆
许多体育场馆采用拱形屋顶结构，提供良好 的观赏视野和空间感。
其他应用领域
此外，拱式结构还可以用于地下隧道、车库 和机场等各种场所。
古代的拱式结构
古代文明中的拱式结构，如古希腊的拱桥和罗马建筑中的穹顶，展现了拱式结构的卓越能 力。
现代的。
应用
现代建筑中普遍使用拱式结构，使建筑更加美观 和稳固。
拱式结构的设计
特点
拱式结构的特点包括优美的造型、较高的稳 定性和合理的力学分布。
《拱式结构案例分析》 PPT课件
这是一份关于拱式结构的案例分析课件，介绍了拱式结构的概述、历史背景、 设计原则、应用领域、优缺点及案例分析等内容。
概述
拱式结构指的是一种基于拱形的建筑结构，它具有独特的形态和良好的结构性能。本节将介绍拱式结构 的定义和使用原因。
历史背景
起源和发展
拱式结构的起源可以追溯到古代文明时期，随着技术的进步，拱式结构的应用范围逐渐扩 大。
拱式结构的优点和缺点
1 优点
混凝土拱形结构设计标准
混凝土拱形结构设计标准混凝土拱形结构设计标准一、前言混凝土拱形结构作为一种重要的建筑结构形式，具有较好的抗震性能、承载能力和美观性。
本标准旨在规范混凝土拱形结构的设计，确保结构的安全、经济、可靠和美观。
二、设计基础1. 设计荷载混凝土拱形结构的设计荷载应符合国家相关规定。
常见的荷载包括自重荷载、活载荷载、风荷载、温度荷载、地震荷载等。
2. 材料特性混凝土应符合国家相关标准，其强度等级不低于C30。
钢筋应符合国家相关标准，其抗拉强度不低于335MPa。
3. 基础设计混凝土拱形结构的基础应按照国家相关规定进行设计。
基础应具有足够的承载能力和稳定性，以确保整个结构的安全性。
三、设计要求1. 结构类型混凝土拱形结构可分为等截面拱、变截面拱、抽象拱、悬拱等多种类型。
设计时应根据具体情况选择合适的结构类型，并进行必要的计算和分析。
2. 结构尺寸混凝土拱形结构的尺寸应根据设计荷载、材料特性、基础条件等因素进行适当的确定。
尺寸过大或过小都会影响结构的性能和美观度。
3. 结构稳定混凝土拱形结构的稳定性是设计中的重要问题。
在设计过程中应考虑结构的稳定性，如对于高拱结构，应考虑其侧向稳定性。
4. 结构受力混凝土拱形结构的受力分析是设计中的关键步骤。
应通过合理的受力分析，确定结构的强度、刚度和变形等性能，以确保结构的安全性和经济性。
5. 结构设计混凝土拱形结构的设计应符合国家相关规定，并考虑结构的可施工性和可维护性。
设计中应遵循“安全、经济、美观”的原则，确保结构的整体性和可靠性。
四、设计步骤1. 定义结构类型和尺寸在设计前应确定混凝土拱形结构的类型和尺寸，以便进行必要的计算和分析。
2. 进行受力分析根据设计荷载和结构尺寸，进行混凝土拱形结构的受力分析，确定结构的强度、刚度和变形等性能。
3. 进行结构稳定分析对于高拱结构，应进行侧向稳定性分析，确保结构的稳定性。
4. 进行结构设计根据受力分析和稳定性分析的结果，进行混凝土拱形结构的设计，确保结构的安全、经济、美观。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
拱结构及其案例分析
陈阅
2班76号
A.拱的定义
在梁端加一水平力H，就能改变各截面受力状态；如果H的大小，作用点选得合适，可使梁的各截面处于受压或受弯状态，能提高梁的承载力，这就形成了拱，如图
可见，拱结构是有推力的结构。
拱结构的外形一般是抛物线，圆弧或折线，目的是使供体各截面在外荷载、支撑力和推力作用下基本上处于受力或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的承载力如图
拱结构的控制尺寸包括：跨度l、失高f和截面尺寸。
拱结构的适用范围很大，从1.5~2.0m跨度的地下通道顶盖到几十米甚至上百米跨度的体育馆和拱桥。
例如清华大学综合体育中心、东凯尔勃莱德游泳馆等都采用拱结构。
拱结构的支撑形式一般有四种，如下图所示，由图a到图d分别为为：a.拉杆拱，b.落地拱，c.由框架支撑的拱，d.由水平屋盖支撑的拱。
B.拱的受力分析
a.如下图所示是拱在集中荷载作用下的受力图
简支拱的弯矩M与简支水平梁对应截面的弯矩M0相等。
拱的剪力Q和轴力N 等于简支水平梁对应截面上剪力Q0的两个投影。
即
M= M0
Q= Q0cosφ
N=- Q0sinφ
式中，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
b.如下图所示是拱在均布荷载作用
设拱的轴线为抛物线，其方程为
y=4fx(l-x)/l2
求出相应的简支水平梁的弯矩和剪力
M0=0.5qx(l-x) Q0=q(0.5l-x) 因此，拱的内力为
M=0.5qx(l-x)
Q= q(0.5l-x)cosφ
N=- q(0.5l-x)sinφ
其M图，Q图，N图分别如下图
φ
计算Q和N时，先要由轴线方程的一阶导数求出tgφ=dy/dx=4f (l-2x)/l2,再由此式求得截面的倾角φ。
C.三绞拱受力分析
拱结构中一种比较合理的方式是三绞拱，如图所示
内力计算
M= M0-Hy，
Q= Q0cosφ-Hsinφ
N= -Q0sinφ-Hcosφ
其中H=M0C/f , M0和Q0分别是简支水平梁的弯矩和剪力，φ是拱各点切线的倾角，自水平轴至杆轴切线为逆时针方向时φ为正号。
可见，三铰拱的受力比普通的拱更合理，是一种常用结构，多用于大跨度结构。
D.拱的案例分析
1.阿罗丝渡槽
基本设计思路：采用内侧双向压力的方法，消除任何可能出现的混凝土龟裂，避免渡槽槽壁漏水。
设计方案：将渡槽设计成一个37.8m长，支承在间隔18.9m的支架上，两端伸臂各长9.45m的单元。
这样，由渡槽重力（包括渡槽构
件自重和渡槽中流水的重力荷载）产生的弯矩在整个渡槽长度方向都是
负值，只有渡槽单元的中点和伸臂的自由端处弯矩为零，而在渡槽中间支承截面上的负弯矩最大。
如下面的弯矩图所示：
这些负弯矩使得渡槽的顶部都受有内拉力。
当渡槽用后张法预应力制造后，使得在预加应力和渡槽重力的共同作用下，整个渡槽截面都受着纵向压力。
这个纵向压力在渡槽底部的值最大，同时这里的水压力也是最大的，示意图如下：
为了在横向对渡槽壁施加压力，在渡槽顶部设置了很多链接U形槽壁顶端的横杆。
这种横杆每隔4.6m设置一根，用花兰螺丝使其受拉。
这个拉应力使得槽壁互相靠拢，在槽壁内产生横向弯矩，使渡槽内侧受压，压应力愈向底部其值愈大，如下图所示：
横向钢筋渡槽槽壁的外侧布置，它们在拉紧横杆使槽壁产生的弯矩作用下受拉。
这种钢筋还能承受自渡槽伸臂端至支承架间由竖向荷载产生的沿槽壁的剪力，并且能够兜住渡槽底部承受槽底的拉力，就像U 形梁底部的受拉钢筋一样。
为了对渡槽顶部施加后张预应力，要在渡槽顶的浅沟里预先放置一些钢绞线。
这些钢绞线由刚缆绳做成，其端部可简便地将各股钢绳做成弯钩并埋设在混凝土渡槽壁内；一旦渡槽槽壁的混凝土凝固后，那些埋设在混凝土内的缆绳端部就成为预应力钢绞线的锚固端。
其示意图如下;
在混凝土凝固后，钢绞线可以用下列方法张拉:每对钢绞线都用夹
具固定在渡槽浅沟里的相应位置上，然后设法将两个夹具中部的钢绞线用一对水平推力将其分离开，这样在纵向就对钢绞线进行了张拉，图示如下：
高架渡槽每个单元间的连接是采用埋设在槽壁混泥土中的波形铅皮封口的。
在波形铅皮板的上面覆盖一层用金属丝或钢筋网加强的沥青层。
如图
架设渡槽的高架支承是两个倾斜交叉的杆件，形似一个巨大的双脚规。
高架支承上部具有与渡槽外形相同的形状，并有专设接缝与渡槽槽壁连接，这是由于当花兰螺丝张拉时渡槽U形截面两侧槽壁有相互靠拢的倾向，设置的接缝可以保证花兰螺丝张拉时支承处能与槽壁一起变形的缘故。
渡槽使用后无任何裂缝和漏水现象，而且全部建造细节都完成的既简单又经济。
此结构的创新点在于：
a．采用悬挑的方式，使得整个结构都受负弯矩，即渡槽上部受拉，正好与水荷载相平衡。
b．利用纵向钢缆绳张拉的方法来产生预加应力，以此来平衡外部荷载。
2．半英里长的渡槽
半英里长的渡槽工程有较大长度，它在建造时被要求要降低对渡槽施加预应力进行纵向张拉时的造价；而这种纵向预加应力的方法对
抵消由重力荷载所产生的在槽壁上的弯曲拉应力是必要的。
此外，本工程还要求设置尽可能少的膨胀节点。
按照这些限制条件，建议将本工程做成一个有众多跨度的等跨连续梁，一边得到一个降低沿梁长度方向截面最大弯矩值的有利条件。
最终，本工程确定只在沿渡槽长度的中点处设置一个连接点，其两头连接两侧长度很长的等跨连续梁。
这些连续梁在高架渡槽的两端均设计成固定端支座。
在这个中部节点上，设置一个位于渡槽梁上端的三铰拱。
由于在重力荷载作用下，这个三铰拱每一侧拱脚处都存在一个水平推力，这个水平推力需要由渡槽壁加以承担，这样就取得了使渡槽全长上的槽壁受到压力的效果。
这种结构方案比为了同一目的的在习惯上常用的预应力钢缆体系更加便宜，而且受压构件的长度愈长，节省的造价愈多。
渡槽的支承墩要设计成具有足够的侧向刚度，以防止渡槽梁在压力作用下发生压屈；同时支撑墩还要设计成是一个两绞链杆，使得渡槽梁在因大气温度变化而伸长或缩短时，不会过多的阻止由三铰拱产生的压力传递。
渡槽节点处的防漏水做法，在渠道内侧表面涂有一层橡皮薄膜，在渠道外侧表面装有金属套筒。
它们都跨越节点缝隙，能达到允许渡槽沿长度方向胀缩的效果。
此案例所运用的力学原理有：
a.运用三铰拱产生的水平推力的原理，使得渡槽在沿全长方向产匀压。
b.渡槽支座做法是典型的“可在纵向发生水平移动的链杆”，它不影响水平
推力的传递。
本方案的巧妙之处表现在：
巧妙地应用三绞拱，运用三铰拱产生的水平推力的原理，使得渡槽在沿全长方向产匀压。
且由于其拱顶处的特殊构造，其拱顶处可以随不同气温转动，使拱底在不同温度下产生几乎相同的水平推力。
3．考特温多斯飞机棚
考温特飞机棚屋盖的纵向檩条搁放在35.1m跨度的金属拱上。
金属拱的杆件在对角线方向上相互交叉，以致安装后形成一个刚度很大的圆筒面交叉网，能够较好的承受作用在竖向投影上的风荷载和其他竖向荷载。
拱脚支撑在一系列突出于门式刚架一侧的伸臂梁上。
这些刚架除了两个端部刚架外，没有一个设计成必须用它来承受拱的侧向水平推力的。
而两侧刚架的对角线方向上则设置了足够强度和刚度的斜撑，使得端部刚架能够承受整个屋盖拱传来的推力。
屋盖拱在地面上拼装而成，屋盖拱是由一系列三铰拱组成的。
主要的弯矩发生在拱腰处。
因此，每侧拱杆件所需要的截面高度在拱脚处最小，沿拱身逐渐增大，在1/4跨度处最大，以后又逐渐减小，到拱顶处又最小。
这种做法可以将一根足够1/4拱身长度的工字钢沿腹部对角线剖开，调转180度后再沿腹部将剖缝处焊牢，形成另一根具有1/4拱身长度的一头截面尺寸大，一头截面尺寸小的工字钢，接着将两根这样的不等截面工字钢拼成半个拱身加以弯曲后完成。
本方案的巧妙之处表现在：
a.利用两侧钢构架承担拱顶的水平推力，不必在屋顶拱结构上另外再加设承受水平推力的构件；
b.裁剪工字钢的腹板，将它再焊成变截面构件，最合理的利用型钢原材料作为拱身构件。