第4章拱式結(jié)構(gòu)課件

1、建筑結(jié)構(gòu)選型第第4 4章章 拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)拱拱以軸向受壓為主的結(jié)構(gòu)；材料：砼、磚、石以軸向受壓為主的結(jié)構(gòu)；材料：砼、磚、石等。等。第四章第四章 拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)4.1 4.1 拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn)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(jié)構(gòu)的型式拱式結(jié)構(gòu)的型式4.4 4.4 拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置4.5 4.5 拱式結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱式結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例雙鉸拱雙鉸拱三鉸拱三鉸拱無(wú)鉸拱無(wú)鉸拱4.1拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn)（1）在豎向荷載作用下，拱腳支座內(nèi)部將產(chǎn)生水平推力）在豎向荷載作用下，拱腳支座內(nèi)部將產(chǎn)生水平推力（2）（3）當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度與荷載條件

2、一定時(shí)，）當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度與荷載條件一定時(shí)， 與矢高成反比與矢高成反比f(wàn)MHHCBA0 BAHH 4.1拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn)并與同跨度同荷載的簡(jiǎn)并與同跨度同荷載的簡(jiǎn)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(jiǎn)支梁受力特點(diǎn)簡(jiǎn)支梁受力特點(diǎn) b) b) 拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn) 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(diǎn)拱的受力特點(diǎn)由推算可知：由推算可知：（1）拱內(nèi)的）拱內(nèi)的 簡(jiǎn)支梁內(nèi)的簡(jiǎn)支梁內(nèi)的（2）拱內(nèi)的）拱內(nèi)的 簡(jiǎn)支梁內(nèi)的簡(jiǎn)支梁內(nèi)的（3）拱內(nèi)有）拱內(nèi)有 ，簡(jiǎn)支梁內(nèi)沒(méi)有軸力，簡(jiǎn)支梁內(nèi)沒(méi)有軸力0DM0DVDMDVDN4.1拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn)

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(dāng)一拋物線。當(dāng) 時(shí)，可用圓弧線代替拋物線。時(shí)，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(duì)于支座約束及荷載形式不同，其合理拱軸線將不同。如：對(duì)于受徑向均布?jí)毫ψ饔玫臒o(wú)鉸拱或三鉸供，其合理拱軸線為圓受徑向均布?jí)毫ψ饔玫臒o(wú)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(diǎn)拱的受力特點(diǎn) 拱拱 優(yōu)點(diǎn)：軸向受壓為主優(yōu)點(diǎn)：軸向受壓為主缺點(diǎn)：支座水平推力較大缺點(diǎn)：支座水平推力較大

4、曲梁曲梁 當(dāng)拱腳地基反力不能有效抵抗其水平推力時(shí)拱便成了梁。當(dāng)拱腳地基反力不能有效抵抗其水平推力時(shí)拱便成了梁。 4.1拱的受力特點(diǎn)拱的受力特點(diǎn)拱腳水平推力由拉桿承擔(dān)拱腳水平推力由拉桿承擔(dān)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(dān)拱腳水平推力由拉桿承擔(dān)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(nèi)的拉桿山墻內(nèi)的拉桿承擔(dān)承擔(dān)（北京展覽館電影廳）（北京展覽館電影廳）1、結(jié)構(gòu)布置方案如圖、結(jié)構(gòu)布置方案如圖2、剛性水平構(gòu)件：位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結(jié)構(gòu)（看成是、剛性水平構(gòu)件：位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結(jié)構(gòu)（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(diǎn)：立柱不承受拱的推力，柱內(nèi)力較??；室內(nèi)沒(méi)有拉桿、優(yōu)點(diǎn)：立柱不承受拱的推力，柱內(nèi)力較?。皇覂?nèi)沒(méi)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(dān)承擔(dān)（圖（圖b為西安秦俑博物館展覽廳，三鉸拱拱腳支于從基礎(chǔ)斜挑為西安秦俑博物館展覽廳，三鉸拱拱腳支于從基礎(chǔ)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(cè)邊框架側(cè)邊框架承擔(dān)承擔(dān)（北京崇文門(mén)菜市場(chǎng)）（北京崇文門(mén)菜市場(chǎng)）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(cè)邊框架側(cè)邊框架承擔(dān)承擔(dān)（美國(guó)敦威爾綜合

6、大廳）（美國(guó)敦威爾綜合大廳）拱腳水平推力由拱腳水平推力由側(cè)邊框架側(cè)邊框架承擔(dān)承擔(dān)（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(xué)院田徑房）（北京體育學(xué)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(zhì)條件較好、水平推力不太大或地質(zhì)條件較好3、基礎(chǔ)尺寸比較大，材料用料也較多。、基礎(chǔ)尺寸比較大，材料用料也較多?；A(chǔ)形式基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式型式按力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖分類(lèi)：按力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖分類(lèi)：無(wú)鉸拱、無(wú)鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱兩鉸拱、三鉸拱按應(yīng)用材料分類(lèi)：按應(yīng)用材料分類(lèi)：鋼筋混凝土結(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、

7、鋼結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)按拱身截面分類(lèi)：按拱身截面分類(lèi)：格構(gòu)式和實(shí)腹格構(gòu)式和實(shí)腹式；等截面和變截面式；等截面和變截面4.3拱結(jié)構(gòu)的型式拱結(jié)構(gòu)的型式拱橋分類(lèi)拱橋分類(lèi)按分布荷載的位置分按分布荷載的位置分 實(shí)腹式：截面高度可取跨度的實(shí)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(gòu)式：截面高度可取跨度的格構(gòu)式：截面高度可取跨度的1/60 1/30格構(gòu)式鋼拱的型式格構(gòu)式鋼拱的型式4.3.1鋼結(jié)構(gòu)拱鋼結(jié)構(gòu)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(guó)某建筑入口處鋼拱 北京體育館北京體育館德國(guó)某建筑入口處鋼拱大拱門(mén)（卓羅山通訊塔）：位于密西西比河畔圣路易斯市，高大拱門(mén)（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(gè)拱體就像一個(gè)三棱噸不銹鋼建成。整個(gè)拱體就像一個(gè)三棱鏡那樣，是一個(gè)三面體，它的周邊即使讓個(gè)人合抱也抱不過(guò)來(lái)。鏡那樣，是一個(gè)三面體，它的周邊即使讓個(gè)人合抱也抱不過(guò)來(lái)。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(nèi)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(nèi)部卻是空

9、心的，里面有電梯，可以乘坐它到達(dá)拱頂眺望。部卻是空心的，里面有電梯，可以乘坐它到達(dá)拱頂眺望。 設(shè)計(jì)：沙里寧設(shè)計(jì)：沙里寧 竣工時(shí)間：竣工時(shí)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(shí)腹式，拱身截面一般為矩形或工字形。一般采用實(shí)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(jié)構(gòu)。也可做成折板拱、波形拱或網(wǎng)狀筒拱，成為梁板合一的結(jié)構(gòu)。實(shí)腹式鋼筋混凝土拱的型式實(shí)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(wú)錫體育館，跨度無(wú)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(jié)構(gòu)，構(gòu)造復(fù)雜，目前較少采用靜定結(jié)構(gòu)，構(gòu)造復(fù)雜，目前較少采用 兩鉸拱：兩鉸拱：超靜定結(jié)構(gòu)，受力合理、用料經(jīng)濟(jì)、制作和安超靜定結(jié)構(gòu)，受力合理、用料經(jīng)濟(jì)、制作和安裝比較簡(jiǎn)單，對(duì)溫度變化和地基變形的適應(yīng)性較好，目裝比較簡(jiǎn)單，對(duì)溫度變化和地基變形的適應(yīng)性較好，目前較為常用。前較為常用。 無(wú)鉸拱無(wú)鉸拱：超靜定結(jié)構(gòu)，受力最為合理，但對(duì)基礎(chǔ)要求超靜定結(jié)構(gòu)，受力最為合理，但對(duì)基礎(chǔ)要求較高，當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí)，不宜采用。較高，當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí)，不宜采用。4.4拱結(jié)構(gòu)的選型與布置拱結(jié)構(gòu)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(nèi)部空間的大小矢高決定了建筑物的體量、建筑內(nèi)部空間的大小 同時(shí)矢高直接決定拱的外形同時(shí)矢高直接決定拱的外形2、使結(jié)構(gòu)受力合理、使結(jié)構(gòu)受力合理 增加矢高來(lái)減小拱腳水平推力增加矢高來(lái)減小拱腳水平推力 矢高過(guò)大，拱身長(zhǎng)度增大，拱身及其屋面覆蓋材料的用量增加矢高過(guò)大，拱身長(zhǎng)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(gòu)造的要求、滿足屋面排水構(gòu)造的要求 瓦屋面及構(gòu)件自防水屋面，要求屋面坡度較大，則矢高較大瓦屋面及構(gòu)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(shí)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(shí)引起瀝青流淌，坡度不能太大，則相應(yīng)地矢高較小。則相應(yīng)地矢高較小。拱結(jié)構(gòu)的選型與布置拱結(jié)構(gòu)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(dāng)當(dāng)時(shí)，可以用圓弧線代替拋物線。時(shí)，可以用圓弧線代替拋物線。拱結(jié)構(gòu)的選型與布置拱結(jié)構(gòu)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(shí)腹式（實(shí)腹式（1/501/80）L， 格構(gòu)式（格構(gòu)式（1/301/60）L， 鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱 （1/201/40）L 拱結(jié)構(gòu)的選型與布置拱結(jié)構(gòu)的選型與布置 并列布置：并列布置：美國(guó)蒙哥瑪利體育館美

13、國(guó)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(guó)巴黎工業(yè)技術(shù)展覽中心法國(guó)巴黎工業(yè)技術(shù)展覽中心 拱環(huán)布置拱環(huán)布置4.4拱結(jié)構(gòu)的選型與布置拱結(jié)構(gòu)的選型與布置并列式布置并列式布置美國(guó)蒙哥瑪利體育館美國(guó)蒙哥瑪利體育館 體育館平面為橢圓形，各榀拱架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的尺寸是一致的，因此一部分拱腳被包在建筑物內(nèi)，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(zhǎng)度是變化的，物內(nèi)，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(zhǎng)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(guó)巴黎工業(yè)技術(shù)法國(guó)巴黎工業(yè)技術(shù)展覽中心展覽中心工程概況：平面為三角形，邊長(zhǎng)工程概況：平面為三角形，邊長(zhǎng)218m，高，高43.6m。結(jié)構(gòu)形式：屋頂為雙層波形薄壁拱殼。拱殼壁厚結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，為落地拱。推力由預(yù)應(yīng)力拉桿承受，拉桿設(shè)在地下。體式薄壁結(jié)構(gòu)，為落地拱。推力由預(yù)應(yīng)力拉桿承受，拉桿設(shè)在地下。4.5拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例總設(shè)計(jì)師：林元培總設(shè)計(jì)師：林元培4.5拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例4.5拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例起初設(shè)想那些巨大的殼片是鋼筋混凝土殼體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)深入研究后發(fā)現(xiàn)，只能將每一個(gè)殼片劃分為一條條鋼筋混凝土的肋券，再分段預(yù)制，然后才能組合成整體。 拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例拱結(jié)構(gòu)