建筑結(jié)構(gòu)之拱課件

如果你問磚想變成什么樣子，它一定回答：拱。如果你告訴磚，拱很貴，可以用混凝土代替嗎，磚一定回答，它還是喜歡拱?！芬姿?康?？巳貙W(xué)院新圖書館第七章拱結(jié)構(gòu)第一節(jié)認識拱結(jié)構(gòu)第二節(jié)演變中的拱結(jié)構(gòu)第三節(jié)拱結(jié)構(gòu)典型案例補充：天然拱欣賞復(fù)習(xí)一、拱結(jié)構(gòu)的受力特點1、拱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力①拱結(jié)構(gòu)為抗壓性能好的材料提供了一種理想的結(jié)構(gòu)型式。②簡支梁的彎矩曲線為二次拋物線，得到二次拋物線的理想拱曲線，將不產(chǎn)生彎矩，只受壓力作用。第一節(jié)認識拱結(jié)構(gòu)③實際中的拱，由于場地的限制、建筑整體的限制等原因，不能做成理想的二次拋物線形狀，因此拱內(nèi)會存在一定的彎矩與剪力。一、拱結(jié)構(gòu)的受力特點2、拱結(jié)構(gòu)支座處的水平推力①拱結(jié)構(gòu)的一個顯著特點是產(chǎn)生水平力，而且與跨度有關(guān)，跨度越大，其水平力越大。因此，一般拱結(jié)構(gòu)的難點都在于水平推力的處理。②半圓拱在支座處的水平推力為零，又稱“無推力拱”。但由于半圓拱矢高比較大，限制了它的應(yīng)用，一般很少用于建筑屋蓋上。③拱高越大，水平推力越小。一、拱結(jié)構(gòu)的受力特點3、解決拱結(jié)構(gòu)水平推力的方法如下：①設(shè)置牢固的基座（如基礎(chǔ)、框架結(jié)構(gòu)）來承受水平推力。②設(shè)置拉桿或拉索平衡水平推力。拱也可以做成連續(xù)拱，通過連續(xù)拱結(jié)構(gòu)之間的推力平衡，以減小水平推力，并對基礎(chǔ)只產(chǎn)生垂直作用。一、拱結(jié)構(gòu)的受力特點4、拱結(jié)構(gòu)的變化帶拉桿的拱→帶豎桿的拱→懸索拱→張弦拱二、拱的形式1、按結(jié)構(gòu)組成，可分為無鉸拱、兩鉸拱和三鉸拱。兩鉸拱和無鉸拱為超靜定結(jié)構(gòu)，工程上常用兩鉸拱和無鉸拱形式。

三鉸拱拉桿的處理二、拱的形式2、按拱軸形式，可分為半圓拱和拋物線拱等。

二、拱的形式3、按建造材料，可分為磚石砌體拱結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)、鋼拱結(jié)構(gòu)、膠合木拱結(jié)構(gòu)等。由于拱是典型的受壓構(gòu)件，因此一般使用于抗壓強度高的材料。對于鋼材，很多情況下采用格構(gòu)式拱、桁架拱或組合拱（鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)）等形式。第二節(jié)演變中的拱結(jié)構(gòu)拱經(jīng)歷了從梁到三角拱，從筒拱到十字拱，到拱肋結(jié)構(gòu)，從穹隆到帆拱的發(fā)展演變。筒形拱實例：馬克森提烏斯側(cè)廳筒拱結(jié)構(gòu)券拱技術(shù)是羅馬建筑的最大特色和成就。羅馬人使用混凝土建造了穹頂。穹頂與拱頂?shù)谋容^：穹頂屬于球面，應(yīng)力是均勻分散的；而拱頂屬于圓柱體弧面，應(yīng)力是集中的。穹頂?shù)恼w性優(yōu)于筒形頂，而且它形成的集中式的內(nèi)部空間也是前所未見的。穹頂?shù)娜秉c：穹頂源自球面，其平面投影必然是圓形，這樣除非修建一座獨立的建筑，否則它就無法與周邊的矩形建筑無縫隙連結(jié)。穹頂?shù)拇碜鳎喝f神廟公元一世紀開始羅馬人就使用相交的筒形拱（十字拱）。它覆蓋在方形的間上，只需要四角有柱子，而不必要連續(xù)的承重墻，建筑內(nèi)部空間得到解放；而且便于開側(cè)窗，大有利于大型建筑物的采光。由筒拱向十字拱的演變十字拱的形式十字拱的應(yīng)用2-3世紀時，十字拱平衡側(cè)推力的方法是：一列十字拱串連互相平衡縱向的側(cè)推力，而橫向的則由兩側(cè)的幾個筒形拱抵住，筒形拱的縱軸同這一列十字拱的縱軸相垂直，它們本身的橫推力互相抵消，只在最外側(cè)才需要厚重的墻體，這樣就形成了拱頂組合成體系。古羅馬浴場復(fù)原圖中央用三間十字拱，跨度25.3米，高40米，左右各有三個跨度為23.5米的筒形拱抵抗水平推力，結(jié)構(gòu)水平很高。古羅馬城中心廣場東邊的君士坦丁巴西利卡（馬克森提烏斯）古羅馬4世紀后，羅馬采用肋架拱，其基本原理是把拱頂區(qū)分為承重部分和圍護部分，從而大大減輕拱頂，并且把荷載集中到券上以擺脫承重墻。這種結(jié)構(gòu)方法也能節(jié)約模架。后來，歐洲中世紀的哥特建筑大大發(fā)揚了這種肋架拱。羅馬人還發(fā)明了券柱式，將立面造型豐富。并用飛扶壁（扶拱垛，可用來分擔(dān)主墻壓力的輔助設(shè)施）來平衡拱的推力。哥特式建筑的特點是普遍采用尖肋拱頂，推力作用于四個拱底石上，這樣拱頂?shù)母叨群涂缍炔辉偈芟拗?，可以建得又大又高。法國亞眠大教堂雙層飛扶壁及尖肋拱頂亞眠大教堂的兩道扶拱垛，以支撐來自推力點上方和下方的推力。法國亞眠大教堂哥特式建筑的形制與結(jié)構(gòu)是在羅馬建筑基礎(chǔ)上完成的第二次結(jié)構(gòu)藝術(shù)的飛躍。集十字拱，骨架券，雙圓心尖拱，尖券等做法和利用扶壁支撐拱頂側(cè)推力結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了?？坡〈蠼烫茫ㄓ覉D）與巴黎圣母院（上圖）

?？巳卮蠼烫酶缣厥浇ㄖ言緦嵭牡摹⒈晃蓓斦谏w起來的扶壁，都露在外面，稱為飛扶壁。由于對教堂的高度有了進一步的要求，扶壁的作用和外觀也被大大增強了。有的在扶拱垛上又加裝了尖塔改善平衡。扶拱垛上往往有繁復(fù)的裝飾雕刻，輕盈美觀，高聳峭拔。沙特爾大教堂米蘭大教堂拜占庭建筑則將穹頂和帆拱進行了結(jié)合。在四個柱墩上沿方形平面的四條邊長做券，在四個垂向券拱之間砌筑一個過四個切點的相切穹頂，水平切口和4個發(fā)券之間所余下的4個角上的球面三角形部分，既稱為“帆拱”。它的自重完全由四個券拱下的柱墩承擔(dān)，這一結(jié)構(gòu)不僅使穹頂與方形平面的承接過渡在形式上自然簡潔，也將荷載集中至四座柱墩上，而無需再要過渡的承重墻，從而使內(nèi)部空間獲得極大的自由。1、沈陽奧林匹克體育中心五里河體育場2、圣路易斯拱門3、倫敦證券交易所與梅隆體育館4、法國加爾橋5、悉尼港灣大橋6、中國木拱廊橋7、陜北窯洞8、卡帕多西亞窯洞8、挪威的萊昂納多橋9、英國的蓋特謝德千禧橋10、郝久古橋第三節(jié)拱結(jié)構(gòu)典型案例屋面結(jié)構(gòu)選型為大直徑鋼管組成的單層空間構(gòu)格體系，南北整體跨度全長360m的鋼結(jié)構(gòu)桁架主拱在國內(nèi)所有鋼結(jié)構(gòu)工程中為第一跨度，垂直高度最高處為82m，每個主拱墩水平推力約3600t，以所有的基礎(chǔ)梁連接在一起形成剛性網(wǎng)片來承受四個鋼結(jié)構(gòu)主拱墩的水平推力。沈陽奧林匹克體育中心五里河體育場

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圣路易斯拱門，就是美國向西開發(fā)的一個象征，這座雄偉壯觀的不銹鋼拋物線形的建筑物，高達192米，是1964年動工后僅用兩年時間建成的。“大拱門”的設(shè)計師是薩里恩?！按蠊伴T”每天可接待游客6400人。游客乘坐斗式升降電梯，4分鐘就能到達頂部；如果沿樓梯攀登，則需要爬1076個臺階。在兩米多寬的拱門頂部內(nèi)，每側(cè)各有16個小窗戶，據(jù)說晴天時游客用肉眼就可看到圣路易斯市的全貌和48公里外的伊利諾伊州。大拱門的下面是西部開發(fā)史博物館。拱身截面是三角形的，一個個三角形框從兩邊開始，逐步連接向上升起，最后在拱頂對接，“大拱門”即使遇到時速80公里的大風(fēng)，其擺動幅度也僅有5公分。由于整個拱門是用不銹鋼建成的，因此每年都會遭到數(shù)百次雷電的襲擊，這也創(chuàng)造了超高建筑物被雷電擊中的最高紀錄，但由于拱門有非常先進的避雷電系統(tǒng)，至今沒有任何地方損壞或人員傷亡。倫敦證券交易所的外觀，無鉸拱橫跨78米，拱上柱承壓，下柱承拉。位于“鋼城”匹茲堡的梅隆體育館擁有世界上最大的不銹鋼可伸縮圓屋頂，這在歷史上是第一次。尼穆斯說：“體育館呈半球形，分為三部分，可以旋轉(zhuǎn)。面對這種非常簡單而有效的方式，你不禁會問：‘嘿！我們?yōu)槭裁床贿@么做？’”法國加爾橋，1985年聯(lián)合國教科文組織將其列入《世界遺產(chǎn)名錄》。橋高49米，橋長274米，綿延48公里，另有50公里長的輸水道。三層拱橋，底層是人行道，有6個拱門，長約142米，高度為22米，間距16米-24米。中間層有11個拱門，長約243米，間距19米。上層有35個拱門，間距為4.6米。上層總高度為7.4米(含水道高)，拱跨也很小，因而實體部分占較大比重。橋的寬度下層為6.4米，中層4.5米，上層僅3米，正好在水槽下面。1924年悉尼海港大橋破土建造橋基,1932年3月19日竣工通車,歷時8年多。橋身長度（包括引橋）1149米,從海面到橋面高58.5米,從海面到橋頂高達134米,萬噸巨輪可以從橋下通過。橋面寬49米,可通行各種汽車,中間鋪設(shè)有雙軌鐵路,兩側(cè)人行道各寬3米。這座大橋整個工程的全部用鋼量為5.28萬噸,鉚釘數(shù)是600萬個,最大鉚釘重量3.5公斤,用水泥9.5萬立方米,橋塔、橋墩用花崗石1.7萬立方米,建橋用油漆27.2萬升,從這些數(shù)字足可見鐵橋工程的雄偉浩大。在30年代的條件下,能在大海上凌空架橋,實為罕見。悉尼大橋的最大特點是拱架,其拱架跨度為503米,而且是單孔拱形,這是世界上少見的。大橋的鋼架頭搭在兩個巨大的鋼筋水泥橋墩上,橋墩高12米。兩個橋墩上還各建有一座塔,塔高95米,全部用花崗巖建造。中國木拱廊橋申請非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護成功，非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護的僅僅是營造技術(shù)，據(jù)說現(xiàn)存的廊橋保護情況并不樂觀。窯洞是黃土高原的產(chǎn)物，陜北農(nóng)民的象征。在這里，沉積了古老的黃土地深層文化,人民創(chuàng)造了陜北的窯洞藝術(shù)。窯洞防火，防噪音，冬暖夏涼，既節(jié)省土地，又經(jīng)濟省工，確是因地制宜的完美建筑形式。由于自然環(huán)境、地貌特征和地方風(fēng)土的影響，窯洞形成各式各樣的形式。但從建筑的布局結(jié)構(gòu)形式上劃分可歸納為靠崖式、下沉式和獨立式三種形式。14世紀，土耳其的卡帕多西亞巨石林立，修道士們鑿洞而居修身養(yǎng)性，后來，更多人為了躲避戰(zhàn)亂而在這里建起了洞穴版的世外桃源?，F(xiàn)在，這里是土耳其最著名的風(fēng)景區(qū)，不僅可以在眾多的洞穴中欣賞到拜占庭藝術(shù)壁畫，還可以住進這里的“洞穴旅館”——世界上最有趣的旅館之一。挪威的萊昂納多橋，1502年達芬奇下筆設(shè)計此橋，2001年VebjoernSand將草案付諸實施。達芬奇的“金喇叭”大橋是一個完美的“壓弓?！鄙w特謝德千禧橋位于英國蓋特謝德和紐卡斯爾之間的泰恩河上。綽號為“眨眼橋”，因為橋可以升起來讓船通過，此時橋與上面的弧形拉索看起來就像一個巨大的眼瞼。橋的名氣如此之大，以至于每天中午在橋上都會舉辦一場演出。伊朗，伊斯法罕的郝久古橋，1650建造的。長約105米，橋面寬14米左右，共有23孔。它既是一座橋，也是一座壩。除了讓人瞠目的石基之外，色彩鮮明的瓦片及17世紀的獨創(chuàng)繪畫，也讓這座橋惹人注目。而且它同時發(fā)揮三項功能——通道、攔河壩及休閑場所。郝久古橋還是薩法維時代國王舉行盛典的地方。據(jù)說當(dāng)年國王在郝久古橋中央，而每個大臣占據(jù)各個空洞，觀看大典。郝久古橋不僅是一樣交通工具，在某種意義上來說，它們還是一件藝術(shù)品。