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1、5 拱式结构,5.1 拱的受力特点5.2 拱脚水平推力的平衡5.3 拱式结构的型式5.4 拱式结构的选型与布置5.5 工程实例,5 拱式结构,拱是广泛应用的一种结构形式。东西方古国，很早就产生了拱结构。中国的弧拱；古埃及、希腊的券拱；古罗马的半圆拱；拜占庭的帆拱；罗马建筑的肋形拱；哥特建筑的尖拱等。,5 拱式结构,拱是广泛应用的一种结构形式。现代的拱结构多采用圆弧拱或抛物线拱，其所采用的材料相当广泛，可用砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土，也有采用木材和钢材的。,5 拱式结构,拱是广泛应用的一种结构形式。拱结构受力性能较好，能够充分地利用材料强度，因此不仅可以用混凝土、钢筋混凝土、木和钢
2、等材料建造，而且能够获得较好的经济和建筑效果。,5 拱式结构,形式多种多样，适用范围广泛，尤其适用于大跨度的建筑；拱结构的形式有利于丰富建筑的形象。在公路桥梁中大量采用拱结构。在房屋建筑中，拱结构应用也非常广泛。屋盖、如展览馆、体育馆、商场等公建；跨门窗洞口；承托围墙或地下沟道顶盖；对于大跨度的仓库建筑，常采用落地式拱结构，可以获得很好的使用效果；高层建筑中作为转换构件使用。,5.1 拱的受力特点,按支承方式分类三铰拱，静定结构；两铰拱，一次超静定结构；无铰拱，三次超静定结构；,5.1 拱的受力特点,受力特点梁是受弯构件，截面上应力分布不均匀，不能充分利用材料强度。而拱是一种有推力的结构，它的
3、主要内力是轴向压力。梁在荷载作用下，要向下挠曲；拱在同样的荷载作用下，拱脚支座产生水平反力H（推力），它起着抵消荷载引起的弯矩作用，从而减少了拱杆的弯矩峰值。结构所受外力的传递路线越短，也就是外力越是能够直接传到基础，结构越经济，如落地拱。,5.1 拱的受力特点,支座反力竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力。竖向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同跨度简支梁在相同荷载作用下的弯矩除以拱的矢高f。当结构跨度与荷载条件一定时，拱脚水平推力与拱的矢高f成反比。,5.1 拱的受力特点,拱杆截面的内力拱杆任意截面的内力为：,M0与Q0为相应简支梁的弯矩和剪力。,5.1 拱的受力特点,拱杆截面的内力拱身
4、内的弯矩小于相同荷载作用下相同跨度简支梁内的弯矩；而且水平推力H与竖向坐标y的乘积越大，拱杆的弯矩越小。拱身内的剪力小于相同荷载作用下相同跨度简支梁内的剪力；拱身截面内存在着较大的轴力 在一定的荷载作用下，可使拱杆弯矩为零，只受轴力的作用。可利用抗压性能良好的混凝土、砖、石材料,5.1 拱的受力特点,拱的合理轴线在一固定的荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为拱的合理轴线。不同的结构形式，在不同荷载作用下，拱的合理轴线不同。,在沿水平方向均布的竖向荷载作用下，三铰拱合理拱轴为一抛物线；,5.1 拱的受力特点,拱的合理轴线在一固定的荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为拱的合理轴
5、线。不同的结构形式，在不同荷载作用下，拱的合理轴线不同。,在垂直于拱轴的均布压力作用下，三铰拱或无铰拱的合理拱轴为圆弧线。,实际工程中，根据主要荷载确定，使拱身主要承受轴力。,5.2 拱脚水平推力的平衡,竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力。拱脚支座应能可靠地传递和承受水平推力，拱脚支座反力不能抵抗水平推力时，拱变成曲梁。水平推力的平衡措施推力由拉杆承受，同时可以设吊杆推力通过刚性水平结构传递给总拉杆推力由竖向承重结构承受，框架、桁架、墙具有足够的刚度，基底不允许出现拉应力推力直接作用在基础上，通过基础传给地基,5.2 拱脚水平推力的平衡,推力由拉杆承受，同时可以设吊杆,5.2 拱脚水平推力的
6、平衡,推力通过刚性水平结构传递给总拉杆,5.2 拱脚水平推力的平衡,推力由侧面框架结构承受框架必须具有足够的刚度，而且框架柱的基底不允许出现拉应力。,5.2 拱脚水平推力的平衡,推力由侧面框架结构承受框架必须具有足够的刚度，而且框架柱的基底不允许出现拉应力。,5.2 拱脚水平推力的平衡,推力由基础直接承受通过基础传给地基。要求地质条件较好或拱脚推力较小。,5.3 拱式结构的型式,按支承方式及力学计算简图无铰拱、两铰拱、三铰拱按材料砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土，木材和钢材。按拱身截面实腹式、格构式拱等截面、变截面,5.3 拱式结构的型式,钢结构拱实腹式格构式钢筋混凝土拱实腹式,5.4
7、 拱式结构的选型与布置,结构支承方式拱的矢高拱轴线方程拱身截面高度拱式结构的布置,5.4 拱式结构的选型与布置,结构支承方式无铰拱三次超静定，刚度好、结构内力小，对地基和基础要求较高；地基发生不均匀沉降时，结构产生附加内力，必须考虑较差地基的影响；两铰拱一次超静定，刚度较好，弯矩比无铰拱大，基础可转动；三铰拱静定，刚度较差，结构内力大，对地基和基础要求较低；,5.4 拱式结构的选型与布置,拱的矢高综合考虑建筑空间的使用、建筑造型、结构受力、屋面排水构造。矢高应满足建筑使用功能和建筑造型的要求矢高决定建筑物的体量、内部空间的大小；不同的建筑对拱的形式要求不同。矢高对拱的外形影响很大，它直接影响建
8、筑造型和构造处理；矢高的确定应使结构受力合理矢高的大小还影响拱身轴力和拱脚推力的大小。矢高应满足屋面排水构造的要求,5.4 拱式结构的选型与布置,拱的矢高对于屋盖结构，一般取f/l=1/71/5，1/10；矢高小的拱水平推力和拱身轴力都大；矢高大的拱则相反，但拱身长度增大，建筑空间也大，浪费材料。对于落地拱，应主要根据建筑跨度和高度要求来确定矢高。瓦屋面及自防水：屋面坡度1/3，则f=l/6；要求屋面坡度较大，这与结构的合理性一致油毡屋面：屋面坡度要求1/4，则f l/8否则夏季会引起沥青流淌，矢高小而内力大。,5.4 拱式结构的选型与布置,确定拱轴线方程选择合理轴线，实际不可能荷载变化：风荷
9、载大小不定；活荷载位置变化。根据主要荷载确定，使拱身主要承受轴力。在房屋建筑中拱结构的轴线一般采用抛物线，其方程为：,拱的跨度,拱的矢高,5.4 拱式结构的选型与布置,拱身截面尺寸截面高度可参考下表确定（l为拱的跨度）：拱的结构布置拱式结构可以根据平面的需要交叉布置，构成圆形平面或其他正多边形平面。,5.4 拱式结构的选型与布置,拱的支撑系统拱为平面受压或压弯结构，因此必须设置横向支撑并通过檩条或大型屋面板体系来保证拱在轴线平面外的受压稳定性。为了增强结构的纵向刚度，传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑与横向支撑形成整体。拱支撑系统的布置原则与单层刚架结构类似,5.4 拱式结构的选型与布置,拱的支撑系统,
