建筑选型-拱式结构1023

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1、第4章拱式结构1.拱式结构的受力特点2.拱脚水平推力的平衡3.拱式结构的型式4.拱式结构的选型和布置5.拱式结构的工程实例第4章拱式结构拱的定义：杆的轴线为曲线，在竖向荷载作用下，产生水平推力的结构，拱内部主要承受轴向压力作用。高跨比f/l:一般1-1/10常用1/4-1/6。第4章拱式结构与简支梁相比，拱的优点：（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）节省材料，减轻自重（4）宜采用抗压强度高的材料，如石、砖、混凝土等（5）跨度较大，有较大的利用空间拱的缺点：（1）拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部结构的材料用量；（2）拱的曲线形状，使施工不方便第4章拱式

2、结构赵州桥，又名安济桥、大石桥，位于河北省赵县城南五里的洨河上，设计者是隋代杰出的工匠李春，建造于大业六年(610年)。安济桥是目前世界最古老的现存完好的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。由三个整体平衡方程和半边对中间铰取矩的力矩平衡方程可推出三铰拱的反力计算公式为：1.拱式结构的受力特点1）支座反力计算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)三铰拱的反力与跨度、矢高（即三铰的位置）有关，而与拱轴线的形状无关。3)水平推力与矢高成反比。1.拱式结构的受力特点1）支座反力计算1.拱式结构的受力特点1）支座反力计算1.拱式结构

3、的受力特点2）拱身截面内力计算1.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算1.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算内力符号规定：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.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算弯矩计算1.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算剪力计算1.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算轴力计算1.拱式结构的受力特点2）拱身截面内力计算1.拱式结构的受力特点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确定合理拱轴线的条件：MK=01.拱式结构的受力特点3）拱的合理轴线注意：①该组公式仅用于平拱承受竖向荷载的情

4、况；②拱的左半跨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的大小。⑥集中力偶作用处M图发生突变。1.拱式结构的受力特点概念：在给定荷载作用下使拱内各截面弯矩剪力等于零,只有轴力的拱轴线。1.拱式结构的受力特点3）拱的合理轴线1.拱式结构的受力特点3）拱的合理轴线1.拱式结构的受力特点3）拱的合理轴线注意：合理轴线对应的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2.拱脚水平推力的平衡1)直接由拉杆承担2.拱脚水平推力的平衡1)直接由拉杆承担

5、适用的拱：搁置在墙、柱上的屋盖；或者落地拱特点：水平拉杆承受的拉力等于拱的推力，经济合理，安全可靠；缺点是室内有拉杆，浪费空间落地拱一般把拉杆设置在地坪以下，墙柱上拱一般设成折线拉杆拉杆用料：型钢、圆钢、预应力混凝土、钢绞线等2.拱脚水平推力的平衡2)通过刚性水平结构传递给总拉杆将位于拱脚处的天沟板或副跨屋盖结构看成是水平放置的深梁，水平刚度足够大。两端拉杆为深梁的支座，承受拱脚水平推力。目的：尽量少设拉杆。特点：立柱不承受拱的推力，柱内力小；室内无拉杆2.拱脚水平推力的平衡3)由竖向承重结构承担斜柱墩承担拱脚水平推力斜柱墩承担拱脚水平推力2.拱脚水平推力的平衡侧边框架承担拱脚水平推力2.

6、拱脚水平推力的平衡2.拱脚水平推力的平衡侧边框架承担拱脚水平推力美国威尔顿综合大厅某体育馆2.拱脚水平推力的平衡扶壁墙墩承担拱脚水平推力3)由竖向承重结构承担2.拱脚水平推力的平衡4)直接作用在基础上基础直接承担拱脚水平推力适用的拱：落地拱适用条件：水平推力不太大或地质条件较好特点：基础尺寸比较大，材料用料较多基础直接承担拱脚水平推力2.拱脚水平推力的平衡4)直接作用在基础上3.拱式结构的型式1）按分布荷载的位置分3.拱式结构的型式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3.拱式结构的型式3）按主拱圈截面型式分实腹式、格构式、等截面、变截面3.拱式结

7、构的型式4）按拱轴线型式分圆弧拱抛物线拱悬链线拱低拱高拱一般做为曲线外形常为焊接工字型截面格构式节省材料施工快构造简单受力合理稳定性好3.拱式结构的型式钢结构拱实腹式5）按拱身材料分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常为工字型截面或矩形截面施工方便3.拱式结构的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