第五章第五章 拱式结构拱式结构第一节第一节 拱的实践及拱结构的适用范围拱的实践及拱结构的适用范围一、中国圆弧拱一、中国圆弧拱二、古埃及、爱琴、西亚、希腊的拱券二、古埃及、爱琴、西亚、希腊的拱券三、古罗马的半圆拱三、古罗马的半圆拱 四、拜占庭的帆拱四、拜占庭的帆拱五、罗马风建筑的肋形拱五、罗马风建筑的肋形拱六、哥特式建筑的尖拱六、哥特式建筑的尖拱 它的适用范围极广不仅适合于大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跨结构，也适用于中小跨度的房屋建筑建筑 如：展览馆、体育馆、商场如：展览馆、体育馆、商场等现代还要一些纪念观赏性的拱等现代还要一些纪念观赏性的拱结构八、适用范围：八、适用范围： 第二节第二节 拱的受力特点和类型拱的受力特点和类型一、拱的受力特点：一、拱的受力特点：拱与梁的受力分析对比：拱与梁的受力分析对比： 1 1、、拱脚处的支座反力：拱脚处的支座反力： 根据分析，得出如下结论：根据分析，得出如下结论：A A．三铰拱的竖向反力与同跨等荷的简．三铰拱的竖向反力与同跨等荷的简支梁相同支梁相同v vA A= v= vA0A0B B．在竖向荷载作用下，拱脚支座处有．在竖向荷载作用下，拱脚支座处有水平推力水平推力H H产生。
产生H HA A=M=Mc0c0 / /f f，其值与，其值与矢高矢高f f有关C C．当结构的跨度、荷载一定时，．当结构的跨度、荷载一定时，（（M Mc0c0为定值时）为定值时）H H与与f f成反比 2.2.拱身截面的内力：取脱离体拱身截面的内力：取脱离体 式中：式中： M M0 0 、、Q Q0 0分别为相应简支梁截面的分别为相应简支梁截面的弯矩和剪力弯矩和剪力 由上述公式得出如下结论：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），、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，工程中，钢筋混凝土拱应用较为广泛，此外，还有钢桁架拱。
还有钢桁架拱 二、拱结构的类型二、拱结构的类型1 1、、按材料分：砖按材料分：砖石砌体拱、钢筋石砌体拱、钢筋混凝土拱、钢拱、混凝土拱、钢拱、胶合木拱胶合木拱2 2、、按支承方式和按支承方式和结构组成分：无结构组成分：无铰拱、二铰拱、铰拱、二铰拱、三铰拱、无拉杆三铰拱、无拉杆拱、有拉杆拱拱、有拉杆拱 3 3、、按拱轴形式分：半圆拱、抛物按拱轴形式分：半圆拱、抛物线拱线拱4 4、、按拱身截面分：实腹式、格构按拱身截面分：实腹式、格构式、等截面、变截面式、等截面、变截面 第三节第三节 拱轴的形式与合理轴线拱轴的形式与合理轴线一．拱的合理轴线一．拱的合理轴线 ：：在一定荷载作用下，在一定荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为拱的合理轴线拱的合理轴线它有助于我们选择拱的它有助于我们选择拱的合理形式合理形式M= MM= M0 0－－H×yH×yN=QN=Q0 0×Sin×Sin￠＋￠＋H×CosH×Cos￠￠Q==Q0 0× Cos× Cos￠－￠－ H× Sin H× Sin￠￠ 对于不同的结构形式（无铰、二铰、对于不同的结构形式（无铰、二铰、三铰拱）；在不同荷载作用下，拱的合三铰拱）；在不同荷载作用下，拱的合理轴线是不同的。
理轴线是不同的 三铰拱不同荷载作用下的合理拱轴线三铰拱不同荷载作用下的合理拱轴线n对于大跨公共建筑的屋面，一般根据屋面的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恒载选择合理拱轴采取抛物线y=4fx(L-y=4fx(L-X)/LX)/L2 2, ,当当f
跨度较小者可采用砖石拱曲杆跨度较小者可采用砖石拱 2 2．．格构式拱：格构式拱：n当拱截面高度当拱截面高度（（h﹥1500mmh﹥1500mm））时，可时，可做成格构式钢拱做成格构式钢拱 二、板式拱：二、板式拱：n把屋面板与拱合二为一，既是承重的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，即板式截拱结构，本身又是屋面板，即板式截面拱n其优点：省料、自重轻，且平面外刚其优点：省料、自重轻，且平面外刚度大，造型优美度大，造型优美 n1 1．．筒拱：肋形拱是曲杆，筒拱是曲筒拱：肋形拱是曲杆，筒拱是曲板，后者纵向是直线，故横向刚度小，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，跨度不利于承受不对称荷载，因此，跨度不能太大不能太大n例：意大利佩西亚鲜花市场例：意大利佩西亚鲜花市场 2 2．．凹波拱：凹波拱： 这种拱的横截面呈凹波形，而拱轴这种拱的横截面呈凹波形，而拱轴线也是曲线型，于是，构成了双曲面线也是曲线型，于是，构成了双曲面体体3 3．．凸波拱：凸波拱：4 4、、双波拱双波拱 第五节第五节 拱脚推力的平衡拱脚推力的平衡 n一．水平推力直接作用于基础：当水平推一．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。
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：拉杆拱二．推力由拉杆直接承担：拉杆拱n在拱脚处设置钢在拱脚处设置钢杆，利用钢杆受杆，利用钢杆受拉从而抵抗拱的拉从而抵抗拱的推力，拱的推力推力，拱的推力有其自身解决有其自身解决 三三．水平推力通过刚性水平结构传．水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆递给总拉杆n本方案的目的是尽量少设拉杆，仅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在结构的两端设置总拉杆 四．推力由竖向结构承受四．推力由竖向结构承受 若无拉杆拱的水平推力，在拱脚若无拉杆拱的水平推力，在拱脚标高标高 处得不到内力平衡，则该力往处得不到内力平衡，则该力往下传，由支承拱脚的竖向结构承担下传，由支承拱脚的竖向结构承担如：如：1.1.扶壁墙墩扶壁墙墩 2. 2.飞券飞券 3. 3.斜柱墩斜柱墩 4. 4.边跨结构边跨结构 第六节第六节 拱的结构选型与布置拱的结构选型与布置一，结构选型：在进行拱一，结构选型：在进行拱结构选型时，需要考虑：结构选型时，需要考虑：1 1、、结构的支承形式结构的支承形式A.A.三铰拱是静定结构，当三铰拱是静定结构，当地基出现不均匀沉降时，地基出现不均匀沉降时，不会引起结构的附加内不会引起结构的附加内力。
力B.B.两铰拱的优点是受力合两铰拱的优点是受力合理，用料经济，制作和理，用料经济，制作和安装较简单，对温度变安装较简单，对温度变化和地基变形适应性强，化和地基变形适应性强，目前较为常用一般房目前较为常用一般房屋建筑中屋盖结构，通屋建筑中屋盖结构，通常多采用带拉杆的钢筋常多采用带拉杆的钢筋混凝土两铰拱混凝土两铰拱 C.C.无铰拱受力最合理，但对支座要求较无铰拱受力最合理，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一般多见于桥梁结构 2 2、、拱轴线型式：从受力合理的角度出拱轴线型式：从受力合理的角度出发选择合理的拱轴线方程，使拱身内只发选择合理的拱轴线方程，使拱身内只有轴力，没有弯矩有轴力，没有弯矩3 3、、拱的矢高：功能、造型；结构受力；拱的矢高：功能、造型；结构受力；屋面排水屋面排水 4 4、、拱身形式和截面高度以及拱的结构布拱身形式和截面高度以及拱的结构布置和支承体系设置置和支承体系设置1 1））拱身截面高度估算拱身截面高度估算（（L L为拱的跨度）为拱的跨度）钢筋混凝土拱钢筋混凝土拱:实体式实体式 （（1/301/30～～1/401/40））L L 钢结构拱：钢结构拱： 实体式实体式 （（1/301/30～～1/801/80））L L 格构式格构式 （（1/301/30～～1/601/60））L L （（2 2））支承体系设置支承体系设置 二．二．结构布置：拱结构根据建筑平面形式的不同，有结构布置：拱结构根据建筑平面形式的不同，有下列不同的布置方案下列不同的布置方案1 1．．并列布置：矩形平面建筑多采用等间距、等跨度，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。
并列布置的平面拱结构2 2．．径向布置：对于非矩形平面（如正多边形、圆形、径向布置：对于非矩形平面（如正多边形、圆形、扇形等）建筑扇形等）建筑 3 3、、环向布置：当建筑平面为圆形时，以环向布置的空环向布置：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，间拱结构最为合理，各拱沿周围排列，拱脚互抵，推力相消推力相消4 4．．井式布置：仿效井子梁的布置方式，采用多向承荷，井式布置：仿效井子梁的布置方式，采用多向承荷，共同传力的井字拱共同传力的井字拱5 5．．多叉布置：这种布置方式，能适应任何平面形状多叉布置：这种布置方式，能适应任何平面形状6 6．拱环结构：不仅在拱脚设置拉环，而且在其上部设．拱环结构：不仅在拱脚设置拉环，而且在其上部设置若干层环向杆件置若干层环向杆件 本章学习要点：本章学习要点：1.1.熟悉拱结构的受力特点熟悉拱结构的受力特点2.2.熟悉拱结构的类型熟悉拱结构的类型3.3.掌握平衡拱结构拱脚推力的常见方掌握平衡拱结构拱脚推力的常见方法及受力特点法及受力特点4.4.熟悉拱结构选型要考虑的因素及拱熟悉拱结构选型要考虑的因素及拱结构的布置方式结构的布置方式 。