建筑选型拱式结构市公开课一等奖省赛课获奖课件

第4章拱式结构建筑选型拱式结构第1页1.拱式结构受力特点2.拱脚水平推力平衡3.拱式结构型式4.拱式结构选型和布置5.拱式结构工程实例建筑选型拱式结构第2页第4章拱式结构拱定义：杆轴线为曲线，在竖向荷载作用下，产生水平推力结构，拱内部主要承受轴向压力作用。高跨比f/l:普通1-1/10惯用1/4-1/6。建筑选型拱式结构第3页第4章拱式结构与简支梁相比，拱优点：（1）弯矩、剪力较小，轴压力较大（2）应力沿截面高度分布均匀（3）节约材料，减轻自重（4）宜采取抗压强度高材料，如石、砖、混凝土等（5）跨度较大，有较大利用空间拱缺点：（1）拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部结构材料用量；（2）拱曲线形状，使施工不方便建筑选型拱式结构第4页第4章拱式结构赵州桥，又名安济桥、大石桥，位于河北省赵县城南五里洨河上，设计者是隋代出色工匠李春，建造于大业六年(6)。安济桥是当前世界最古老现存完好大跨度单孔敞肩坦弧石拱桥。1991年10月24日，赵州桥被评为国际土木工程里程碑。建筑选型拱式结构第5页建筑选型拱式结构第6页建筑选型拱式结构第7页建筑选型拱式结构第8页建筑选型拱式结构第9页建筑选型拱式结构第10页建筑选型拱式结构第11页由三个整体平衡方程和半边对中间铰取矩力矩平衡方程可推出三铰拱反力计算公式为：1.拱式结构受力特点1）支座反力计算建筑选型拱式结构第12页1)该组公式仅用于：两底铰在同一水平线上且承受竖向荷载。2)三铰拱反力与跨度、矢高（即三铰位置）相关，而与拱轴线形状无关。3)水平推力与矢高成反比。1.拱式结构受力特点1）支座反力计算1.拱式结构受力特点1）支座反力计算建筑选型拱式结构第13页1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算建筑选型拱式结构第14页内力符号要求：弯矩使内侧受拉为正；剪力绕顺时针转向为正；轴力以压力为正。

1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算建筑选型拱式结构第15页弯矩计算

1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算建筑选型拱式结构第16页剪力计算

1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算建筑选型拱式结构第17页轴力计算

1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算建筑选型拱式结构第18页1.拱式结构受力特点2）拱身截面内力计算弯矩小剪力小拱存在较大轴力，简支梁没有与相同跨度相同荷载简支梁比较建筑选型拱式结构第19页确定合理拱轴线条件：MK=01.拱式结构受力特点3）拱合理轴线建筑选型拱式结构第20页注意：①该组公式仅用于平拱承受竖向荷载情况；②拱左半跨φ取正，右半跨φ取负；③剪力等于零处弯矩有极值；④M、V、N图均不再为直线。⑤集中力作用处V图、N图将发生突变，但突变值不等于集中力大小。⑥集中力偶作用处M图发生突变。1.拱式结构受力特点建筑选型拱式结构第21页概念：在给定荷载作用下使拱内各截面弯矩剪力等于零,只有轴力拱轴线。

1.拱式结构受力特点3）拱合理轴线1.拱式结构受力特点3）拱合理轴线建筑选型拱式结构第22页1.拱式结构受力特点3）拱合理轴线注意：合理轴线对应是一组固定荷载即合理轴线是一组均布竖向荷载作用下，抛物线。

静水压力作用下，圆弧曲线。

填土重量作用下，悬链线

建筑选型拱式结构第23页2.拱脚水平推力平衡1)直接由拉杆负担建筑选型拱式结构第24页2.拱脚水平推力平衡1)直接由拉杆负担适用拱：搁置在墙、柱上屋盖；或者落地拱特点：水平拉杆承受拉力等于拱推力，经济合理，安全可靠；缺点是室内有拉杆，浪费空间落地拱普通把拉杆设置在地坪以下，墙柱上拱普通设成折线拉杆拉杆用料：型钢、圆钢、预应力混凝土、钢绞线等建筑选型拱式结构第25页2.拱脚水平推力平衡2)经过刚性水平结构传递给总拉杆将位于拱脚处天沟板或副跨屋盖结构看成是水平放置深梁，水平刚度足够大。两端拉杆为深梁支座，承受拱脚水平推力。目：尽量少设拉杆。特点：立柱不承受拱推力，柱内力小；室内无拉杆建筑选型拱式结构第26页2.拱脚水平推力平衡3)由竖向承重结构负担斜柱墩负担拱脚水平推力斜柱墩负担拱脚水平推力建筑选型拱式结构第27页2.拱脚水平推力平衡侧边框架负担拱脚水平推力建筑选型拱式结构第28页2.拱脚水平推力平衡建筑选型拱式结构第29页2.拱脚水平推力平衡侧边框架负担拱脚水平推力美国威尔顿综合大厅某体育馆建筑选型拱式结构第30页2.拱脚水平推力平衡扶壁墙墩负担拱脚水平推力3)由竖向承重结构负担建筑选型拱式结构第31页2.拱脚水平推力平衡4)直接作用在基础上基础直接负担拱脚水平推力适用拱：落地拱适用条件：水平推力不太大或地质条件很好特点：基础尺寸比较大，材料用料较多基础直接负担拱脚水平推力建筑选型拱式结构第32页2.拱脚水平推力平衡4)直接作用在基础上建筑选型拱式结构第33页建筑选型拱式结构第34页3.拱式结构型式1）按分布荷载位置分建筑选型拱式结构第35页建筑选型拱式结构第36页3.拱式结构型式2）按结构体系分简单体系拱：无铰拱、两铰拱、三铰拱组合体系拱：无推力拱、有推力拱建筑选型拱式结构第37页3.拱式结构型式3）按主拱圈截面型式分实腹式、格构式、等截面、变截面建筑选型拱式结构第38页3.拱式结构型式4）按拱轴线型式分圆弧拱抛物线拱悬链线拱低拱高拱建筑选型拱式结构第39页普通做为曲线外形常为焊接工字型截面格构式节约材料施工快结构简单受力合理稳定性好3.拱式结构型式钢结构拱实腹式5）按拱身材料分建筑选型拱式结构第40页建筑选型拱式结构第41页建筑选型拱式结构第42页德国某建筑入口处钢拱北京体育馆德国某建筑入口处钢拱建筑选型拱式结构第43页建筑选型拱式结构第44页建筑选型拱式结构第45页建筑选型拱式结构第46页常为工字型截面或矩形截面施工方便3.拱式结构型式钢筋混凝土拱实腹式5）按拱身材料分常做成板式截面拱结构把屋面板与拱合二为一，既是承重拱结构，本身又是屋面板。优点是省料、自重轻，室内视觉效果好建筑选型拱式结构第47页无锡体育馆（波形拱）建筑选型拱式结构第48页

同济建筑·礼堂，建于1962年。位于校园内图书馆后侧。礼堂大厅宽40米、长56米，正面入口处为深8米、宽20米5间折板顶开敞式门廊，门廊内进厅上层为放映室。大厅内侧为舞台。结构采取净跨40米，外跨54米装配整体式钢筋混凝土联方网架。网架顶作弧形拱状，外侧每8米布置钢筋混凝土三脚架1对，以承受拱侧推力。大厅两侧开门，网架起拱处辟折板顶老虎窗。“落地拱”及“钢筋混凝土联方网架”是那一时期孤例。

建筑选型拱式结构第49页礼堂侧面设计极富韵律感，内顶网架侧墙支点每隔4米设计有一个折光老虎窗，如此神来之笔，令礼堂内展现出非凡采光。拱状弧顶礼堂，采光竟有两叠折印折射

建筑选型拱式结构第50页建筑选型拱式结构第51页1997年重庆万县长江大桥建成。大桥位于万州区（原万县市）黄牛孔处，是上海至成都高速公路跨越峡江天险特大型拱桥。大桥一跨飞渡长江，全长856.12米，主拱圈为钢管混凝土劲性骨架箱型混凝土结构，主跨420米，桥面宽24米，为双向四车道，是世界最大跨径混凝土拱桥。

建筑选型拱式结构第52页

乌巢河桥位于湖南省凤凰县沱江源头乌巢河狭谷县道上。乌巢河大桥全长２４１ｍ，该桥因地制宜，就地取材，综合应用和发展了中国近２０多年来建设石拱桥经验，建成桥宽８ｍ、主跨为１２０ｍ双肋石拱桥，腹拱桥为９孔１３ｍ，南岸引桥３孔１３ｍ，北岸引桥１孔１５ｍ。该桥是当前世界上最大跨径石拱桥纪录保持者。于１９９０年建成通车。建筑选型拱式结构第53页1）拱式结构支承方式4.拱式结构选型与布置有顶铰，拱本身和屋盖结构复杂受力最合理，但对支座要求较高，地基较差不宜采取受力合理，用料省，施工简单，能适应温度改变和支座位移。建筑选型拱式结构第54页2）拱矢高建筑空间使用要求建筑容积、净空等建筑造型要求矢高决定建筑外部形象结构受力合理矢高增大，拱脚推力减小；矢高太大，材料用量增大4.拱式结构选型与布置屋面排水结构瓦屋面或构件自防水屋面，矢高大；油毡屋面，矢高小建筑选型拱式结构第55页3）拱轴线方程找到适应各种荷载条件合理拱轴线，不可能！设计中，依据主要荷载组合，确定相对合理拱轴线，使拱主要承受轴力，减小弯矩。4.拱式结构选型与布置实际工程中常采取抛物线形，拱轴线方程为能够用圆弧代替抛物线，方便施工建筑选型拱式结构第56页4）拱身截面高度4.拱式结构选型与布置建筑选型拱式结构第57页并列布置径向布置环向布置5）拱式结构布置4.拱式结构选型与布置井式布置多叉布置等间距、等跨度并列布置，矩形平面建筑多采取非矩形平面如正多边形、圆形、扇形等多采取（圆形）各拱沿周围排列，拱脚互抵推力抵消多向承受荷载，共同传力丼字拱各种方式组合，能适应任何平面形状建筑选型拱式结构第58页并列布置建筑选型拱式结构第59页交叉布置建筑选型拱式结构第60页6）拱式结构支撑系统4.拱式结构选型与布置建筑选型拱式结构第61