拱式结构设计

第9章大跨度建筑的结构型式拱式结构

Ch9.1•本章主要内容：•••••1、拱的受力特点2、拱脚水平推力的平衡3、拱式结构的形式4、拱式结构的选型与布置5、拱式结构的工程实例PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建拱的受力特点

拱是一种历史悠久、至今仍在大量应用的结构形式。古今中外的能工巧匠 和工程师们为我们创造了许多杰出的拱结构典范，至今仍为人们所称道， 如我国古代的赵州桥、古罗马的半圆拱券城门、哥特式建筑的尖拱等。我 们知道，当构件截面上承受均匀的应力作用（轴向拉力或压力作用），材 料的利用效率最高，往往形成性能良好的结构体系。 拱结构主要承受压力，可利用和发挥抗压强度相对较高而又容易得到的天 然石材、烧结砖,甚至土坯来建造拱,当然现代的拱结构还可用钢筋混凝土 或钢材建造。拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展,它为抗压 性能好的材料提供了一种理想的结构型式。

拱的分类：

backPDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建•1、支座反力backPDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建2、拱身截面的内力backPDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建back(1)拱身内的弯矩小于相同跨度，相同荷载作用下简支梁内的弯矩。(2)拱身截面内的剪力小于相同跨度、相同荷载作用下简支梁内的剪力。(3)拱身截面内存在有较大的轴力，而简支梁中是没有轴力的。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建•3、拱的合理轴线轴心受力构件截面上应力分布均匀，可以充分利用材料的强度。因此，拱式结构受力最理想的情况应是使拱身内弯矩为零，仅承受轴力。只要拱轴线的竖向坐标与相同跨度、相同荷载作用下的简支梁弯矩值成比例，即可使拱截面内仅有轴力没有弯矩。满足这一条件的拱轴线称为合理拱轴力。在沿水平方向均布的竖向荷载作用下，简支梁的弯矩图为一抛物线，因此，在竖向均布荷载作用下，合理拱轴线应为一抛物线。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建拱截肠面上扭的弯浴矩小饭于相阴同条扑件的耳简支版梁截猫面上寺的弯醉矩，拱截扶面上居的剪衫力也丘小于败相同潜条件荐筒支搞梁截毯面上烫的剪彼力，这是村拱式娘结构吗比梁渠式结攀构受临力合阳理的润地方掀。同时宁，拱姥式结房诚构中融以轴功力为疲主，研可以吗使用景廉价坑的圬潮工材料，傅并可窄充分柜发挥乎这类半材料邻的抗斩压承纠载力加，这旷也是爱拱在工程雁中得液到广摧泛应年用的译主要貌原因坊。但授是拱抹式结斑构中焰有较大的会支座但水平选推力愤，这妥是设摧计中谷必须逗加以品注意肆的。卫当拱脚地供基反尾力不隆能有袍效地价抵抗烛其水反平推微力时尤，拱品便成伐为曲梁，口这时伶拱截辈面内瓶将产陷生与瞧梁截饱面相集同的伏弯矩聋。PD粱F锻文件蛮使用秤"熊pd朱fF糊ac古to顷ry隶P锋ro德"息试用悼版本谷创建9.级1.晌2拱脚供水平港推力形的平静衡1、科水平括推力项直接沫由拉菌杆承担PD贪F砍文件叹使用伯"遗pd谁fF驻ac蓝to堡ry驾P种ro痒"惩试用煤版本理创建2、水炼平推弄力通害过刚授性水翅平结屡构传瞧递给井总拉孙杆需要均有水津平刚养度很须大的臂、位畅于拱珍脚处怖的天锅沟板轻或副含跨屋盖结锁构作迈为刚海性水提平构哪件以剧传递针拱的烘推力缝。拱秧的水减平推力作报用在揉刚性双水平威构件旬上，魔通过阁刚性烧水平汽构件眉传给冷设置在两恨端山期墙内罩的总脉拉杆案来平吸衡。这种旗方案伏的优旨点是视立柱奴不承戴受拱揉的水妙平推塞力，摸柱内夏力较小，浓两端愈的总闷拉杆哭设置倘在房蛇屋山仔墙内孩。建伪筑室址内没淘有拉杆，光可充哄分利罢用室忆内建厕筑空绍间，轨效果荡较好镜。PD过F铜文件唤使用贪"沙pd形fF隙ac啊to茅ry谷P登ro亲"冤试用旨版本惨创建3、水武平推坡力由灭竖向误承重标结构务承担PD盏F侨文件落使用自"亡pd恳fF勾ac绪to棵ry屯P麦ro重"怕试用胳版本染创建当拱姓脚荷吓载通当过框答架传脸递至谁地基筝时，搁要求牙两侧的副异跨框销架必锯须具档有足乓够的纯刚度住，框冒架结潜构在拱脚懒水平临椎力钥作用景下的带侧移学极小拘，方倦可保颜证上部拱字屋架锈的正骗常工元作。同时下，框撞架基旨础除上受到箩偏心挑压力刃外，遍也将效受到水平云推力晕的作电用。PD衡F帝文件方使用镜"稀pd县fF畅ac农to学ry愈P挥ro梳"治试用抓版本录创建PD抗F被文件沸使用袖"剑pd歇fF危ac苦to巨ry输P威ro乡丰"垒试用贪版本慌创建4、水铲平推更力直责接作扑用在指基础千上对于狱落地礼拱，类当地恩质条滤件较亩好或来拱脚沃水平菜推力妙较小时，演拱的规水平陆推力仓可直挣接作豪用在滤基础概上，轿通过翅基础浩传给地基揭。为邀了更骡有效惨地抵辫抗水舰平推涨力，卸防止午基础绕滑移则，也可将脚基础崖底面蕉做成锤斜坡渴状。PD满F担文件取使用趟"拆pd六fF动ac找to勾ry保P乐ro座"睛试用概版本披创建9.羡1.符3拱式哀结构少的形睁式从力毅学计疏算简焰图看抓，可篮分成烈无铰波拱、厅两铰屿拱和三铰絮拱；按应贿用材补料分讨类，乞有钢勇筋混炕凝土肆结构存、钢狭结构、氏胶合伯木结吼构、炮砖石解砌体薯结构仓：从拱滤身截总面看悼，有毯格构尝式和名实腹喝式、客等截障面和变截歌面。PD恐F俘文件懒使用肆"苦pd惠fF删ac稻to泡ry斯P挽ro谨"撒试用仇版本咬创建1、钢码结构芬拱钢结饥构拱赴有实厉腹式砖和格非构式战两种敬。一碍般采莲用格美构式恩，以絮节省材判料。师实腹撇式拱订可以迹做成谱具有专曲线柜形的谜外形绵，通雀常为市焊接工弟字形讽截面而。格误构式返拱因返分段槽后在粥现场俗进行剂吊装惹的组装，寨若设哭计成什标准浑单元匆，可忽方便练施工拐。PD咱F眉文件遥使用脸"姥pd收fF桌ac悼to盾ry湾P置ro学"层试用惹版本落创建PD摔F钥文件祖使用陵"骡pd解fF烧ac屑to浓ry奥P莫ro卖"治试用钩版本蝇创建2、钢喝筋混民凝土个拱钢筋炮混凝路土拱释一般庙采用侧实腹蛾式，苹以方道便施演工。年钢筋愁混凝孕土拱另的拱痰身截面一陵般为洒矩形蕉或工眨字形库，上古铺大却型预董制屋概面板桐，也异可做独成折嫁板拱电、波形拱匆或网案状筒或拱成宗为梁爸板结绍构。吊杆蓬的作用是瞧减小拉杆底的自由长围度，避免勇拉杆在自树重作用下拐垂度太大租。PD萝F期文件番使用亭"乡丰pd嫁fF烦ac悠to款ry仅P饰ro仅"艳试用稍版本肯创建f9.坊1.过4拱式炒结构白的选蚁型与辽布置1、结筝构支疼承方誓式三铰饱拱两铰组拱无铰舒拱2、拱拢的矢潮高(1折)满足甜建筑祥使用功能航和建艳筑造述型的要求(2吊)应使尼结构测受力合理(3舅)应满堤足屋陪面排水构凉造的错要求PD参F瓶文件川使用郊"鹿pd粱fF扔ac栽to登ry牌P死ro丝式"总试用赔版本暂创建(耗)xl扫xy−=23、拱灰轴线心方程•合理塌的拱村轴线明方程幕，使垫拱身烈只有虾轴力卷，没胖有弯流矩。合理坚拱轴例线的跳形式脂不但叔与结拴构的乘支座漫约束饮条件秤有关厨，还与外艰荷的勉形式鼓有关肝，而灶在实顶际工巩程中伪，结授构所坝承受所的荷载是竭变化淹的，塑如风咐荷载律可能蹦有不后同的劫方向多，竖肝向活梨荷载可能形有不放同的条作用指位置雅，因子此，扁要找河出一局条能包适应痛各种荷载液条件渡的合瞒理拱胞轴线炸是不浴可能虚的，交设计病中只拼能根剑据主要的桐荷载光组合竖，确由定一隔个相移对较脑为合外理的困拱轴负方程格一一使拱恼身主悔要承乳受轴裳力，悟减少拌弯矩悬。例秩如，戒对于仔大跨乔度公共建都筑的恨屋盖扬结构乏，一摆般根后据恒竖荷载净来确饭定合焰理拱笨轴线方程但，实牙际工值程中晋常采蹲用抛请物线师形。l4fPD盘F孕文件断使用姨"敞pd到fF产ac博to臂ry眠P知ro上"地试用密版本皂创建4、拱拿身截晕面高使度拱身浇的计善算长狗度：三铰唱拱:l隆o＝妨0.必58絮S双铰填拱:毅lo园＝0偏.5施4S无铰吧拱:望lo柏＝0挡.3咸6SPD还F践文件隙使用另"梳pd枯fF塘ac姓to饿ry浪P吧ro主"烤试用慌版本区创建5、拱遵式结汇构的作布置PD惯F狡文件怜使用迈"轻pd驾fF盼ac哨to冲ry上P盖ro植"傲试用高版本恼创建PD捕F修文件泉使用叼"嘴pd童fF欣ac适to沿ry鹿P五ro击"洗试用仙版本鹿创建6、拱邻式结侦构的算支撑财系统拱为守平面黑受压落或受陵弯结日构，台因此吼，必蜓须设份置横必向支背撑并姨通过檩笑条或耗大型绞屋面壤板体印系来两保证何拱在预轴线茧平面桶外的踪蝶受压冒稳定性覆，为路了增梦强结难构的削纵向让刚度铺来传议递作漏用于梳山墙桨上的容风荷载你，还肢应设这置纵允向支水撑与周横向声支撑欧形成睡整体督。PD匹F羊文件叨使用六"凶pd樱fF和ac慎to执ry桥P犁ro重"免试用炊版本蜂创建9.僚1.询5拱式帜结构蛙的工律程实挺例•1.呆北京青崇文门这菜市春场•菜市猴场中碰间为芝32电m×妥36默m营旨业大怠厅，军屋顶示采用故两铰括拱结构，么上铺加气缺混凝的土板往。大李厅两惩侧为挎小营斗业厅朱、仓霜库及熔其它甜用房晕，采厘用框架蓄结构穴。拱拖的水跌平推待力和闲垂直狱压力坚由两门侧的灵框架查承受英。•拱为浆装配烛整体喝式钢啦筋混顾凝土罪结构说。•为了腿施工看方便厘，拱掌轴采珠用圆奖弧形妹，圆根弧半聋径为暴34冲mm抽，选堵择不尊同的失津高会邀有不像同的滚建筑猪外形释，同扮时也暮影响核结构泼的受销力。•当圆刃弧半令径3才4m他、矢叛高4取m时情，f科/l住=l字/8蛮，高锄跨比柜小，鸟这是貌由建面筑外形合要求江决定影的。尘矢高筒小，狂拱的汗推力响大，归框架歉的内抢力也侄相应慨增大，兵拱的蛙材料倡用量肢增加事。•当矢鸣高改逗为f想=l型/5沟=6知.4暂m时瘦，相眨应的煎拱轴拐半径洲为2臭3.剑2m哲，此困时拱锣脚水平啄推力锡可减亡少60受%左定右，狮但建兽筑外形不河太好品，屋番面根宾部坡途度也大，箭对油提毡防湿水不牺利。PD撇F汪文件拿使用胀"黄pd改fF吓ac狱to毕ry律P标ro爬"晚试用牢版本店创建PD点F萌文件饥使用汇"或pd蒸fF妇ac特to钉ry梯P窃ro乡丰"欠试用拉版本曾创建为了甚施工屋方便矿，拱漏轴采茧用圆给弧形辣，圆悬弧半跪径为34器mm驼，选现择不疼同的失吩高会爪有不质同的遭建筑眯外形理，同时也物影响胖结构列的受弊力。当圆谅弧半诱径34但m、雀矢高斑4m初时，究f/甩l=友l/叙8，车高跨悄比小泥，这蝇是由指建筑外形矿要求决记定的洋。矢旋高小需，拱芽的推抱力大煌，框