建筑選型拱式結(jié)構(gòu)

建筑選型拱式結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2.拱腳水平推力的平衡3.拱式結(jié)構(gòu)的型式4.拱式結(jié)構(gòu)的選型和布置5.拱式結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例第2頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4章拱式結(jié)構(gòu)拱的定義：桿的軸線(xiàn)為曲線(xiàn)，在豎向荷載作用下，產(chǎn)生水平推力的結(jié)構(gòu)，拱內(nèi)部主要承受軸向壓力作用。高跨比f(wàn)/l:一般1-1/10常用1/4-1/6。第3頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4章拱式結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)支梁相比，拱的優(yōu)點(diǎn)：（1）彎矩、剪力較小，軸壓力較大（2）應(yīng)力沿截面高度分布均勻（3）節(jié)省材料，減輕自重（4）宜采用抗壓強(qiáng)度高的材料，如石、磚、混凝土等（5）跨度較大，有較大的利用空間拱的缺點(diǎn)：（1）拱對(duì)基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)施加水平推力，增加了下部結(jié)構(gòu)的材料用量；（2）拱的曲線(xiàn)形狀，使施工不方便第4頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4章拱式結(jié)構(gòu)趙州橋，又名安濟(jì)橋、大石橋，位于河北省趙縣城南五里的洨河上，設(shè)計(jì)者是隋代杰出的工匠李春，建造于大業(yè)六年(610年)。安濟(jì)橋是目前世界最古老的現(xiàn)存完好的大跨度單孔敞肩坦弧石拱橋。1991年10月24日，趙州橋被評(píng)為國(guó)際土木工程里程碑。第5頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由三個(gè)整體平衡方程和半邊對(duì)中間鉸取矩的力矩平衡方程可推出三鉸拱的反力計(jì)算公式為：1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1）支座反力計(jì)算第12頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)該組公式僅用于：兩底鉸在同一水平線(xiàn)上且承受豎向荷載。2)三鉸拱的反力與跨度、矢高（即三鉸的位置）有關(guān)，而與拱軸線(xiàn)的形狀無(wú)關(guān)。3)水平推力與矢高成反比。1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1）支座反力計(jì)算1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1）支座反力計(jì)算第13頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算第14頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)力符號(hào)規(guī)定：彎矩使內(nèi)側(cè)受拉為正；剪力繞順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?；軸力以壓力為正。

1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算第15頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彎矩計(jì)算

1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算第16頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月剪力計(jì)算

1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算第17頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月軸力計(jì)算

1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算第18頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)2）拱身截面內(nèi)力計(jì)算彎矩小剪力小拱存在較大軸力，簡(jiǎn)支梁沒(méi)有與相同跨度相同荷載簡(jiǎn)支梁比較第19頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月確定合理拱軸線(xiàn)的條件：MK=01.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)3）拱的合理軸線(xiàn)第20頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注意：①該組公式僅用于平拱承受豎向荷載的情況；②拱的左半跨φ取正，右半跨φ取負(fù)；③剪力等于零處彎矩有極值；④M、V、N圖均不再為直線(xiàn)。⑤集中力作用處V圖、N圖將發(fā)生突變，但突變值不等于集中力的大小。⑥集中力偶作用處M圖發(fā)生突變。1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)第21頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概念：在給定荷載作用下使拱內(nèi)各截面彎矩剪力等于零,只有軸力的拱軸線(xiàn)。

1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)3）拱的合理軸線(xiàn)1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)3）拱的合理軸線(xiàn)第22頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.拱式結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)3）拱的合理軸線(xiàn)注意：合理軸線(xiàn)對(duì)應(yīng)的是一組固定荷載即合理軸線(xiàn)是一組均布豎向荷載作用下，拋物線(xiàn)。

靜水壓力作用下，圓弧曲線(xiàn)。

填土重量作用下，懸鏈線(xiàn)

第23頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡1)直接由拉桿承擔(dān)第24頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡1)直接由拉桿承擔(dān)適用的拱：擱置在墻、柱上的屋蓋；或者落地拱特點(diǎn)：水平拉桿承受的拉力等于拱的推力，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠；缺點(diǎn)是室內(nèi)有拉桿，浪費(fèi)空間落地拱一般把拉桿設(shè)置在地坪以下，墻柱上拱一般設(shè)成折線(xiàn)拉桿拉桿用料：型鋼、圓鋼、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼絞線(xiàn)等第25頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡2)通過(guò)剛性水平結(jié)構(gòu)傳遞給總拉桿將位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結(jié)構(gòu)看成是水平放置的深梁，水平剛度足夠大。兩端拉桿為深梁的支座，承受拱腳水平推力。目的：盡量少設(shè)拉桿。特點(diǎn)：立柱不承受拱的推力，柱內(nèi)力??；室內(nèi)無(wú)拉桿第26頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡3)由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)斜柱墩承擔(dān)拱腳水平推力斜柱墩承擔(dān)拱腳水平推力第27頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡側(cè)邊框架承擔(dān)拱腳水平推力第28頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡第29頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡側(cè)邊框架承擔(dān)拱腳水平推力美國(guó)威爾頓綜合大廳某體育館第30頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡扶壁墻墩承擔(dān)拱腳水平推力3)由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān)第31頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡4)直接作用在基礎(chǔ)上基礎(chǔ)直接承擔(dān)拱腳水平推力適用的拱：落地拱適用條件：水平推力不太大或地質(zhì)條件較好特點(diǎn)：基礎(chǔ)尺寸比較大，材料用料較多基礎(chǔ)直接承擔(dān)拱腳水平推力第32頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.拱腳水平推力的平衡4)直接作用在基礎(chǔ)上第33頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第34頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.拱式結(jié)構(gòu)的型式1）按分布荷載的位置分第35頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第36頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.拱式結(jié)構(gòu)的型式2）按結(jié)構(gòu)體系分簡(jiǎn)單體系拱：無(wú)鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱組合體系拱：無(wú)推力拱、有推力拱第37頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.拱式結(jié)構(gòu)的型式3）按主拱圈截面型式分實(shí)腹式、格構(gòu)式、等截面、變截面第38頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.拱式結(jié)構(gòu)的型式4）按拱軸線(xiàn)型式分圓弧拱拋物線(xiàn)拱懸鏈線(xiàn)拱低拱高拱第39頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般做為曲線(xiàn)外形常為焊接工字型截面格構(gòu)式節(jié)省材料施工快構(gòu)造簡(jiǎn)單受力合理穩(wěn)定性好3.拱式結(jié)構(gòu)的型式鋼結(jié)構(gòu)拱實(shí)腹式5）按拱身材料分第40頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月德國(guó)某建筑入口處鋼拱北京體育館德國(guó)某建筑入口處鋼拱第43頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第46頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常為工字型截面或矩形截面施工方便3.拱式結(jié)構(gòu)的型式鋼筋混凝土拱實(shí)腹式5）按拱身材料分常做成板式截面拱結(jié)構(gòu)把屋面板與拱合二為一，既是承重拱結(jié)構(gòu)，本身又是屋面板。優(yōu)點(diǎn)是省料、自重輕，室內(nèi)視覺(jué)效果好第47頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)錫體育館（波形拱）第48頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

同濟(jì)建筑·禮堂，建于1962年。位于校園內(nèi)圖書(shū)館后側(cè)。禮堂大廳寬40米、長(zhǎng)56米，正面入口處為深8米、寬20米的5間折板頂開(kāi)敞式門(mén)廊，門(mén)廊內(nèi)進(jìn)廳上層為放映室。大廳內(nèi)側(cè)為舞臺(tái)。結(jié)構(gòu)采用凈跨40米，外跨54米裝配整體式鋼筋混凝土聯(lián)方網(wǎng)架。網(wǎng)架頂作弧形拱狀，外側(cè)每8米布置鋼筋混凝土三腳架1對(duì)，以承受拱的側(cè)推力。大廳兩側(cè)開(kāi)門(mén)，網(wǎng)架起拱處辟折板頂老虎窗。“落地拱”及“鋼筋混凝土聯(lián)方網(wǎng)架”是那一時(shí)期的孤例。

第49頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月禮堂側(cè)面設(shè)計(jì)極富韻律感，內(nèi)頂網(wǎng)架的側(cè)墻支點(diǎn)每隔4米的設(shè)計(jì)有一個(gè)折光老虎窗，如此神來(lái)之筆，令禮堂內(nèi)呈現(xiàn)出非凡的采光。拱狀弧頂禮堂，采光竟有兩疊折印折射

第50頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1997年重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋建成。大橋位于萬(wàn)州區(qū)（原萬(wàn)縣市）黃?？滋?，是上海至成都高速公路跨越峽江天險(xiǎn)的特大型拱橋。大橋一跨飛渡長(zhǎng)江，全長(zhǎng)856.12米，主拱圈為鋼管混凝土勁性骨架箱型混凝土結(jié)構(gòu)，主跨420米，橋面寬24米，為雙向四車(chē)道，是世界最大跨徑的混凝土拱橋。

第52頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

烏巢河橋位于湖南省鳳凰縣沱江源頭的烏巢河狹谷的縣道上。烏巢河大橋全長(zhǎng)２４１ｍ，該橋因地制宜，就地取材，綜合應(yīng)用和發(fā)展了中國(guó)近２０多年來(lái)建設(shè)石拱橋的經(jīng)驗(yàn)，建成橋?qū)挘福怼⒅骺鐬椋保玻埃淼碾p肋石拱橋，腹拱橋?yàn)椋箍祝保常?，南岸引橋３孔１３ｍ，北岸引橋１孔１５ｍ。該橋是目前世界上最大跨徑石拱橋紀(jì)錄的保持者。于１９９０年建成通車(chē)。第53頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）拱式結(jié)構(gòu)的支承方式4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置有頂鉸，拱本身和屋蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜受力最合理，但對(duì)支座要求較高，地基較差不宜采用受力合理，用料省，施工簡(jiǎn)單，能適應(yīng)溫度變化和支座位移。第54頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）拱的矢高建筑空間使用要求建筑容積、凈空等建筑造型要求矢高決定建筑外部形象結(jié)構(gòu)受力合理矢高增大，拱腳推力減小；矢高太大，材料用量增大4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置屋面排水構(gòu)造瓦屋面或構(gòu)件自防水屋面，矢高大；油氈屋面，矢高小第55頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）拱的軸線(xiàn)方程找到適應(yīng)各種荷載條件的合理拱軸線(xiàn)，不可能！設(shè)計(jì)中，根據(jù)主要荷載組合，確定相對(duì)合理拱軸線(xiàn)，使拱主要承受軸力，減小彎矩。4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置實(shí)際工程中常采用拋物線(xiàn)形，拱軸線(xiàn)方程為可以用圓弧代替拋物線(xiàn)，方便施工第56頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）拱身截面高度4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置第57頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并列布置徑向布置環(huán)向布置5）拱式結(jié)構(gòu)的布置4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置井式布置多叉布置等間距、等跨度并列布置，矩形平面建筑多采用非矩形平面如正多邊形、圓形、扇形等多采用（圓形）各拱沿周?chē)帕?，拱腳互抵推力抵消多向承受荷載，共同傳力的丼字拱多種方式組合，能適應(yīng)任何平面形狀第58頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并列布置第59頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交叉布置第60頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6）拱式結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)4.拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置第61頁(yè)，課件共64頁(yè)，創(chuàng)作于2