《建筑结构选型拱》课件

建筑结构选型拱建筑结构的选型是一个复杂而又关键的过程,需要综合考虑建筑的功能、材料、地质条件等多方面因素。本课件将探讨建筑选型过程中的关键步骤,为您提供全面的指导。课程目标掌握拱结构的基础知识了解拱结构的起源、发展历程和力学特性,为后续学习打下良好基础。熟悉不同类型的拱结构通过分析砖拱、石拱、混凝土拱、钢拱和木拱等,全面认知拱结构的多样性。掌握拱结构的设计要点从跨度、材料性能、荷载条件到基础情况等多方面,全面掌握拱结构的设计要点。了解拱结构的构造特点重点探讨支座处理、变形控制、抗震措施和防水防腐等拱结构的构造特点。什么是拱结构拱结构定义拱结构是由一系列相互连接的块体组成的形状呈弧线的结构体系。其承担着将重力荷载传递到支点的作用。拱结构特点拱结构具有良好的力学性能,能够抵抗压缩应力,并将荷载均匀传递至基础,是建筑结构常用的形式之一。拱结构广泛应用拱结构广泛应用于桥梁、隧道、建筑屋顶等领域,是一种经济实用、美观大方的结构形式。拱的起源和发展1古埃及最早使用砖石拱结构2古罗马广泛使用混凝土拱结构3中世纪欧洲石拱技术得到突破性发展4现代新材料和计算技术推动拱结构的广泛应用拱结构建筑最早出现于古埃及和古罗马时期。最初使用砖石材料,后来发展到使用混凝土。到了中世纪,欧洲的石拱技术有了重大进步。而在现代时期,新材料和计算技术的发展更是推动了拱结构的广泛应用。拱结构的力学特性1K跨度跨度可达千米级10M载重能力可承载千吨级重量5%材料利用率材料利用率可达95%99承重稳定性极高的抗压承载能力拱结构具有非常出色的力学特性。它可以跨越千米级的距离,承载重达数十吨的荷载。同时拱结构能够充分利用材料强度,材料利用率可达95%以上。此外,拱结构还有极高的承重稳定性,抗压承载能力超过常规结构。拱结构的分类按材料分类拱结构可以根据材料分为砖拱、石拱、混凝土拱、钢拱和木拱等。每种材料都有其独特的力学特性和施工工艺。按形状分类拱结构也可以根据拱形的形状分为圆拱、半圆拱、尖拱、马蹄形拱和扁平拱等。不同的形状对结构稳定性和美观度有不同的影响。按受力方式分类从受力方式上看,拱结构可分为跨径受压的挂篮拱和弓形受拉的悬挂拱两大类。前者更为常见,后者则较为特殊。按构造形式分类还可以按照构造形式将拱结构分为实心拱、空心拱和组合拱。这些不同形式在施工技术和成本上存在差异。砖拱砖拱是使用砖石材料建造的拱形结构,具有悠久的历史和丰富的构造形式。砖拱通常呈现出优美的曲线造型,既可用于支撑屋顶和墙体,又可应用于桥梁和门楼等建筑物中。砖拱由于材料可靠、施工简便且具有良好的抗压性能,在建筑史上占据重要地位。它不仅体现了人类对力学规律的深刻认知,也展现了古老建筑工艺的精湛技艺。石拱石拱是建筑中最经典的拱结构形式,由石料块精确切割与精密组装而成。石拱具有承载力强、耐久性佳、造型优美等特点,在许多古老建筑中广泛应用,是工程美学的杰出代表。石拱的建造工艺复杂,需要精湛的石雕技艺和丰富的施工经验。在施工过程中,要控制好每块石材的尺寸、形状和安装位置,确保整个结构的力学平衡和稳定性。混凝土拱混凝土拱是采用现浇钢筋混凝土或预制混凝土构造而成的拱结构。它具有优异的力学性能,能够有效传递上部荷载,并提供良好的耐久性。与传统砖拱和石拱相比,混凝土拱具有更高的强度和稳定性,可以应用于各种跨度和环境条件下。混凝土拱的施工工艺也较为成熟,可采用浇筑或预制技术。通过精确的设计和施工,混凝土拱还可以实现优雅的造型,成为建筑物的一大亮点。钢拱强度优良钢拱结构具有优异的强度和刚度性能,能够承受较大的荷载,是理想的建筑结构选择。跨度广泛钢拱结构可以实现较大跨度,从而扩展建筑空间,适用于桥梁、体育场等大跨度建筑。造型灵活钢材具有良好的加工性能,可塑性强,能够实现多样化的结构造型,满足不同建筑设计需求。施工便捷钢拱结构的部件可以在工厂预制,现场安装较为简便,施工周期短,提高了工程效率。木拱木拱结构凭借其独特的造型和优秀的承重性能,在历史建筑中占据重要地位。木材具有重量轻、加工容易的特点,可以方便地搭建出各种形式的木拱结构。这种拱型建筑不仅美观大方,而且具有良好的抗震性能,是许多古老建筑的首选。木拱的建造方法相对简单,利用木材的自重和相互咬合力形成拱形结构。宏大的木拱营造出独特的空间感和气氛,是明清建筑的典型代表。现代建筑中也时常采用木拱,融合传统与创新。拱结构的设计因素1跨度拱结构的跨度大小是决定其形式和荷载能力的关键因素。2材料性能拱结构常使用混凝土、钢筋、钢材等,其强度和刚度直接影响结构设计。3荷载条件包括永久荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等,需全面考虑。4基础情况不同地基条件需采取相应基础形式,确保整体结构安全稳定。跨度拱结构的跨度是影响其结构选型的重要因素。大跨度拱结构需要更强大的承载能力和稳定性,而小跨度则能更好地利用材料的力学性能。下表列出了常见拱结构的典型跨度范围:砖拱10-20米石拱20-40米钢拱40-100米混凝土拱20-100米木拱10-30米合理选择跨度是确保拱结构安全可靠运行的关键。同时也需要考虑建筑风格、施工条件等因素进行综合平衡。材料性能建筑结构的材料性能是选型时需要重点考虑的因素。不同类型的拱结构需要使用不同的材料,如砖、石材、混凝土、钢材或木材。每种材料都有其自身的强度、刚度、耐久性等特性,需要根据具体工程需求进行评估和选择。同时还要考虑材料的加工性、经济性和可得性等综合因素,以确保拱结构的安全性、经济性和美观性。荷载条件50K设计荷载建筑物在使用过程中需要承受的各种外部作用的总和30K固定荷载建筑物自重及附加永久性负荷的总和20K活动荷载建筑物使用过程中可能出现的临时性负荷拱结构的荷载条件是设计的重要依据。既要考虑建筑物自身重量,也要考虑各种外部作用,如风荷载、地震荷载等。只有充分掌握荷载情况,才能设计出安全可靠的拱结构。基础情况基础类型拱结构的基础类型包括浅基础、桩基础和柱基础等。选择适当的基础形式需要综合考虑地质条件、荷载大小、基础处理技术等因素。基础设计拱结构基础的设计应根据地基承载力、沉降控制、抗震要求等进行深入分析,确保基础能够可靠地传递荷载,保证整体结构的稳定性。基础处理针对不同的地质条件,可采取各种基础处理技术,如地基加固、土方开挖、基坑支护等,以满足拱结构基础的承载和变形要求。拱结构的设计流程方案选择根据项目需求和场地条件,选择合适的拱结构形式和材料。荷载确定计算拱结构承受的死荷载和活荷载,包括自重、使用荷载等。内力计算采用适当的力学分析方法,确定拱结构各部位的内力和应力状态。截面设计根据内力计算结果,选择合适的截面尺寸和配筋方案。构造设计针对拱结构的特点,设计支座、变形控制等构造细节。方案选择建筑设计从建筑美学、功能性和技术可行性等多方面对结构方案进行综合评估。工程技术充分考虑施工难度、经济性、耐久性等工程实现的技术要求。成本控制在满足设计要求的前提下,选择最经济合理的结构方案。工期控制选择既能实现设计意图又能缩短工期的结构类型。荷载确定自重荷载建筑物自身重量,包括结构自重和非结构自重。需要根据材料种类和尺寸精确计算。风载荷根据当地气候条件、建筑物位置和形状确定风力作用。应考虑风向、风压力和阵风等因素。地震荷载根据地震动特性、建筑物动力特性和结构位置等因素确定地震作用。需计算水平地震力和垂直地震力。活荷载包括建筑物内人员、车辆、设备等可变荷载。应根据使用功能合理确定活荷载标准值。内力计算确定荷载根据建筑标准和设计要求,准确测算拱结构所承受的各种荷载,包括永久荷载和活荷载。计算内力分布采用弹性理论或有限元法等分析方法,计算出拱结构各部位的轴力、剪力和弯矩等内力分布。确定关键位置识别拱结构中内力最大的关键位置,为后续的截面设计提供依据。考虑构造因素在计算内力时,还应考虑拱结构的各种构造特点,如支座条件、缝隙等因素对力学性能的影响。截面设计1确定截面尺寸根据结构受力分析,合理确定拱身的宽度、高度等截面尺寸。2选择适当材料结合材料性能、经济性等因素,选择合适的拱身材料。3优化截面形状采用圆拱、尖拱等不同拱型,以满足结构性能和外观要求。4计算截面承载力根据材料强度和截面尺寸,计算拱身的抗压、抗拉等承载能力。构造设计结构合理布置对拱肋、横梁、支撑等构件进行合理布置,确保整体结构受力平衡,传力顺畅。细部连接处理重点关注拱顶、拱脚、支座等关键节点,采用可靠的连接方式,确保整体结构稳定性。施工可操作性结构设计应充分考虑施工工艺和方法,确保构件安装顺利,施工过程安全。耐久性设计采用适当的防腐、防水、隔热等措施,提高拱结构的使用寿命和耐久性。拱结构的构造特点1支承形式拱结构采用柱子或墙体作为支承,形成一种稳定的受力体系。2连接方式拱结构的构件采用各种连接手段,如咬合、铰接或刚性连接,确保整体稳定。3截面构造拱结构常采用中空或中实截面,合理分配材料,提高承载能力。4抗震设计拱结构需要特殊的抗震设计措施,如设置剪力墙、设置阻尼装置等。支座处理基础支座设计建筑结构的拱形支座需要精心设计,确保能够承载重大荷载并提供稳定的支撑。这包括选择合适的材料、尺寸以及基础处理等。支座连接方式拱形支座可以采用刚性或者铰接的连接方式,根据实际情况进行选择,确保整个结构可靠性。支座变形控制拱形支座需要严格控制变形,避免出现不均匀沉降或位移,影响整个建筑结构的稳定性。变形控制限制最大位移拱结构在受力过程中不可避免会产生一定的变形。通过合理的构造设计,可以有效地限制最大位移,确保结构的使用性和安全性。合理控制预应力适当的预应力可以有效地抑制拱结构的中间挠度,并且增强整体的抗弯性能。但预应力过大也会导致过度的压力,因此需要精确计算确定最佳预应力水平。优化支座条件合理设计支座细节,如采用可调节的支座,可以有效吸收和分散位移,降低结构的变形程度。这对于大跨度拱结构尤为重要。采用复合结构混合使用不同材料,如钢筋混凝土与钢材,可以充分发挥各种材料的优势,提高整体的抗变形能力。抗震措施动力分析针对拱结构进行动力响应分析,确定结构抗震性能。减震措施应用隔震支座、阻尼器等措施控制地震作用下的振动。加固设计根据抗震性能评估,采取加固措施提高结构抗震能力。防水防腐防水措施采用合理的防水设计,如使用防水材料和设置排水系统,可有效防止水渗透,确保建筑物的防水性能。防腐保护针对拱结构中钢材、混凝土等易腐蚀的材料,采用涂料、阳极氧化等措施,能大大提高抗腐能力,延长使用寿命。定期检查定期对拱结构进行检查和维护,及时发现问题并采取措施,可确保其安全可靠地服役。拱结构的优势结构美观拱结构具有独特的造型美,能够为建筑增添典雅气质。力学性能优良拱结构可以充分发挥材料的抗压能力,承载能力强,耐久性好。经济实用相比其他结构体系,拱结构在施工成本和维护成本上更加经济实惠。结构美观优雅动人拱结构优雅的曲线美和凝重沉稳的气质,充分显示了建筑艺术的魅力。和谐的比例精心设计的拱结构能营造出优美的空间比例,符合人体工程学要求。精美装饰拱结构可以承载丰富的雕刻装饰,增加建筑的艺术表现力。力学性能优良承载力强拱结构的独特力学特性使其能够承受较大的建筑荷载,具有极佳的承载能力。合理的受力分布确保了结构的稳定性。抗震性强拱结构具有良好的抗震性能,能够很好地抵抗地震等外部作用力,保证建筑物的整体安全。抗冲击能力强拱结构的独特形态赋予了它极高的抗冲击能力,使其能够承受意外事故或恶劣环境的冲击,保护建筑物免受损害。延展性好拱结构设计灵活,可根据实际需求进行优化与调整,满足各种复杂的