《拱式结构》PPT课件

第五章拱式结构第一节拱的实践及拱结构的适用范围,一、中国圆弧拱,二、古埃及、爱琴、西亚、希腊的拱券,三、古罗马的半圆拱,四、拜占庭的帆拱,五、罗马风建筑的肋形拱,六、哥特式建筑的尖拱,它的适用范围极广。不仅适合于大跨结构，也适用于中小跨度的房屋建筑。如：展览馆、体育馆、商场等。现代还要一些纪念观赏性的拱结构。,八、适用范围：,第二节拱的受力特点和类型,一、拱的受力特点：拱与梁的受力分析对比：,1、拱脚处的支座反力：,根据分析，得出如下结论：A三铰拱的竖向反力与同跨等荷的简支梁相同。vA=vA0B在竖向荷载作用下，拱脚支座处有水平推力H产生。HA=Mc0/f，其值与矢高f有关。C当结构的跨度、荷载一定时，（Mc0为定值时）H与f成反比。,2.拱身截面的内力：取脱离体,式中：M0、Q0分别为相应简支梁截面的弯矩和剪力。,由上述公式得出如下结论：A、拱身截面的弯矩小于相应简支梁的弯矩。B、拱身截面内的剪力小于相应的简支梁的剪力。C、拱身截面存在有较大的轴力（以压力为主），而简支梁的轴力为零。从上述分析可知，拱结构的内力主要是压力，由此，我们便可以利用抗压性能好的混凝土、砖石等材料建造较大跨度的结构。在实际工程中，钢筋混凝土拱应用较为广泛，此外，还有钢桁架拱。,二、拱结构的类型1、按材料分：砖石砌体拱、钢筋混凝土拱、钢拱、胶合木拱。2、按支承方式和结构组成分：无铰拱、二铰拱、三铰拱、无拉杆拱、有拉杆拱。,3、按拱轴形式分：半圆拱、抛物线拱4、按拱身截面分：实腹式、格构式、等截面、变截面。,第三节拱轴的形式与合理轴线,一拱的合理轴线：在一定荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为拱的合理轴线。它有助于我们选择拱的合理形式。M=M0HyN=Q0SinHCosQ=Q0CosHSin对于不同的结构形式（无铰、二铰、三铰拱）；在不同荷载作用下，拱的合理轴线是不同的。,三铰拱不同荷载作用下的合理拱轴线,对于大跨公共建筑的屋面，一般根据屋面的恒载选择合理拱轴。采取抛物线y=4fx(L-X)/L2,当fL/4,可用圆弧代替抛物线。,二拱的矢高,1矢高对建筑物的影响A对建筑物造型的影响：矢高决定了建筑物的体量及内部空间的大小。B对结构受力的影响：C.对屋面排水构造的影响：考虑屋面做法和排水方式。,2.拱的截面,A拱的矢高：综合考虑上述因素，一般拱的矢高f（1/81/12）L，经济范围是f（1/71/5）L；有拉杆时，可小些f1/7L；无拉杆时f（1/51/2）L；落地拱：f（1/22）L；对于屋盖结构：一般取f（1/71/5）L，但不小于1/10L,B拱身截面：,拱身截面宽度“B”视其截面高度而定，为保证平面外的刚度与稳定，拱身应由足够的宽度，一般取Bh/2，其截面高度：钢筋混凝土肋形拱：h=（1/401/30）L钢结构实腹式肋拱：h=（1/801/50）L钢结构格构式肋拱：h=（1/601/30）L,第四节拱身构造,拱身可以分为两大类：梁式拱和板式拱一、梁式拱1肋形拱：拱身为一矩形截面（b*h）曲杆。跨度较小者可采用砖石拱,2格构式拱：,当拱截面高度（h1500mm）时，可做成格构式钢拱。,二、板式拱：,把屋面板与拱合二为一，既是承重的拱结构，本身又是屋面板，即板式截面拱。其优点：省料、自重轻，且平面外刚度大，造型优美。,1筒拱：肋形拱是曲杆，筒拱是曲板，后者纵向是直线，故横向刚度小，不利于承受不对称荷载，因此，跨度不能太大。例：意大利佩西亚鲜花市场。,2凹波拱：,这种拱的横截面呈凹波形，而拱轴线也是曲线型，于是，构成了双曲面体3凸波拱：4、双波拱,第五节拱脚推力的平衡,一水平推力直接作用于基础：当水平推力不太大或地质条件较好时，采用落地拱。对于大跨度拱，经济效果尤其显著。,二推力由拉杆直接承担：拉杆拱,在拱脚处设置钢杆，利用钢杆受拉从而抵抗拱的推力，拱的推力有其自身解决。,三水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆,本方案的目的是尽量少设拉杆，仅在结构的两端设置总拉杆。,四推力由竖向结构承受若无拉杆拱的水平推力，在拱脚标高处得不到内力平衡，则该力往下传，由支承拱脚的竖向结构承担。如：1.扶壁墙墩2.飞券3.斜柱墩4.边跨结构,第六节拱的结构选型与布置,一，结构选型：在进行拱结构选型时，需要考虑：1、结构的支承形式A.三铰拱是静定结构，当地基出现不均匀沉降时，不会引起结构的附加内力。B.两铰拱的优点是受力合理，用料经济，制作和安装较简单，对温度变化和地基变形适应性强，目前较为常用。一般房屋建筑中屋盖结构，通常多采用带拉杆的钢筋混凝土两铰拱。,C.无铰拱受力最合理，但对支座要求较高，实际工程中，地质条件好或两侧拱脚有稳定的边跨结构时，可以考虑采用。一般多见于桥梁结构。2、拱轴线型式：从受力合理的角度出发选择合理的拱轴线方程，使拱身内只有轴力，没有弯矩。3、拱的矢高：功能、造型；结构受力；屋面排水。,4、拱身形式和截面高度以及拱的结构布置和支承体系设置。,（1）拱身截面高度估算（L为拱的跨度）钢筋混凝土拱:实体式（1/301/40）L钢结构拱：实体式（1/301/80）L格构式（1/301/60）L（2）支承体系设置,二结构布置：拱结构根据建筑平面形式的不同，有下列不同的布置方案1并列布置：矩形平面建筑多采用等间距、等跨度，并列布置的平面拱结构。2径向布置：对于非矩形平面（如正多边形、圆形、扇形等）建筑。3、环向布置：当建筑平面为圆形时，以环向布置的空间拱结构最为合理，各拱沿周围排列，拱脚互抵，推力相消。4井式布置：仿效井子梁的布置方式，采用多向承荷，共同传力的井字拱。5多叉布置：这种布置方式