建筑結(jié)構(gòu)選型-第四章拱式結(jié)構(gòu).ppt

1、建筑結(jié)構(gòu)選型,云南大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院,2,第四章 拱式結(jié)構(gòu),拱以軸向受壓為主的結(jié)構(gòu)；材料：砼、磚、石等。,3,第四章 拱式結(jié)構(gòu),第一節(jié) 拱的受力特點(diǎn),第二節(jié) 拱腳水平推力的平衡,第三節(jié) 拱式結(jié)構(gòu)的型式,第四節(jié) 拱式結(jié)構(gòu)的選型與布置,第五節(jié) 拱式結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,4,按結(jié)構(gòu)支承方式分類：三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱。兩鉸拱 和無鉸拱是超靜定結(jié)構(gòu)，較為常用。 結(jié)構(gòu)型式： 雙鉸拱(最常見，制作安裝方便，較經(jīng)濟(jì)，溫度應(yīng)力低) 三鉸拱(應(yīng)用不廣，拱頂鉸使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化) 無鉸拱(最經(jīng)濟(jì)，須設(shè)強(qiáng)支座，溫度應(yīng)力高),雙鉸拱,三鉸拱,無鉸拱,拱的受力特點(diǎn),5,支座反力 以三鉸拱為例：,（1）在豎向荷載作用下，拱腳支座內(nèi)

2、部將產(chǎn)生水平推力 （2） （3）當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度與荷載條件一定時(shí)， 與矢高成反比,拱的受力特點(diǎn),6,拱是一種有推力的結(jié)構(gòu)，它的主要內(nèi)力是軸向壓力。從下圖可 以看出，梁在荷載 作用下，要向下?lián)锨?；拱在荷載 作用下，拱 腳產(chǎn)生水平反力 。它起著抵消荷載 引起的彎曲作用，從而減少 了拱桿的彎矩峰值。一般情況下，結(jié)構(gòu)所受外力的傳遞路線越短， 也就是外力越是能夠直接傳到基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)就越經(jīng)濟(jì)，如落地拱。,拱與梁的受力分析 a) 簡(jiǎn)支梁受力特點(diǎn) b) 拱的受力特點(diǎn) c) 拱的傳力路線示意,拱的受力特點(diǎn),7,由推算可知： （1）拱內(nèi)的 簡(jiǎn)支梁內(nèi)的 （2）拱內(nèi)的 簡(jiǎn)支梁內(nèi)的 （3）拱內(nèi)有 ，簡(jiǎn)支梁內(nèi)沒有軸力,拱身截面的

3、內(nèi)力,拱的受力特點(diǎn),8,拱的合理軸線 當(dāng) 0時(shí)，則,豎向均布荷載作用下， 為一拋物線，因此，合理拱軸線為一拋物線。當(dāng) 時(shí)，可用圓弧線代替拋物線。 支座約束及荷載形式不同，其合理拱軸線將不同。如：對(duì)于受徑向均布?jí)毫ψ饔玫臒o鉸拱或三鉸供，其合理拱軸線為圓弧線,拋物線 圓弧線,拱的受力特點(diǎn),9,拱與曲梁的區(qū)別,拱優(yōu)點(diǎn)：軸向受壓為主 缺點(diǎn)：支座水平推力較大 曲梁 當(dāng)拱腳地基反力不能有效抵抗其水平推力時(shí)拱便成了梁。,拱的受力特點(diǎn),10,拱是有推力的結(jié)構(gòu)，所以拱結(jié)構(gòu)的支座應(yīng)能可靠地承受水平推力，才能保證它發(fā)揮拱的受力作用。拱腳推力的結(jié)構(gòu)處理，是拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中心問題。,水平推力直接由拉桿承擔(dān),拱腳水平推力由

4、拉桿承擔(dān),1、結(jié)構(gòu)方案的布置,拱腳的水平推力的平衡,11,拱腳水平推力由拉桿承擔(dān),2、適用的拱：擱置在墻、柱上的屋蓋結(jié)構(gòu)；落地拱 3、特點(diǎn)：水平拉桿所承受的拉力等于拱的推力； 經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠。 缺點(diǎn)：室內(nèi)有拉桿 4、水平拉桿的用料：可采用型鋼或圓鋼；預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿,水平推力直接由拉桿承擔(dān),拱腳的水平推力的平衡,12,水平推力通過剛性水平結(jié)構(gòu)傳遞給總拉桿,拱腳水平推力由山墻內(nèi)的拉桿承擔(dān)（北京展覽館電影廳）,1、結(jié)構(gòu)布置方案如圖 2、剛性水平構(gòu)件：位于拱腳處的天溝板或副跨屋蓋結(jié)構(gòu)（看成是一根水平放置的深梁，水平剛度足夠大） 3、優(yōu)點(diǎn)：立柱不承受拱的推力，柱內(nèi)力較小；室內(nèi)沒有拉桿,拱腳的水平推

5、力的平衡,13,水平推力由豎向承重結(jié)構(gòu)承擔(dān),拱腳水平推力由斜柱墩承擔(dān) （圖b為西安秦俑博物館展覽廳，三鉸拱拱腳支于從基礎(chǔ)斜挑2.5m的鋼筋混凝土斜柱上）,拱腳水平推力由側(cè)邊框架承擔(dān)（北京崇文門菜市場(chǎng)）,拱腳的水平推力的平衡,14,拱腳水平推力由側(cè)邊框架承擔(dān)（美國(guó)敦威爾綜合大廳）,拱腳水平推力由側(cè)邊框架承擔(dān)（某體育館）,拱腳的水平推力的平衡,15,水平推力直接作用在基礎(chǔ)上,落地拱（北京體育學(xué)院田徑房）,1、適用的拱：落地拱 2、水平推力不太大或地質(zhì)條件較好 3、基礎(chǔ)尺寸比較大，材料用料也較多。,基礎(chǔ)形式,拱腳的水平推力的平衡,16,拱式 結(jié)構(gòu) 型式,按力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖分類：無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱,按

6、應(yīng)用材料分類：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu),按拱身截面分類：格構(gòu)式和實(shí)腹式；等截面和變截面,拱結(jié)構(gòu)的型式,17,實(shí)腹式：截面高度可取跨度的1/801/50 ；可以作成具有曲線形的外形，通常為焊接工字型截面。 格構(gòu)式：截面高度可取跨度的1/601/30,格構(gòu)式鋼拱的型式,鋼結(jié)構(gòu)拱,18,北京體育館比賽廳（56米跨度的拱鋼屋架 ）,西安秦俑博物館展覽廳（56米跨度的拱鋼屋架 ）,19,大拱門（卓羅山通訊塔）：位于密西西比河畔圣路易斯市，高192米，呈倒U字形，使用886噸不銹鋼建成。整個(gè)拱體就像一個(gè)三棱鏡那樣，是一個(gè)三面體，它的周邊即使讓個(gè)人合抱也抱不過來。拱體的外殼是用兩層不銹鋼板夾鋼筋混

7、凝土拼砌而成的，而拱體內(nèi)部卻是空心的，里面有電梯，可以乘坐它到達(dá)拱頂眺望。 設(shè)計(jì)：沙里寧 竣工時(shí)間：1965年10月,20,21,22,德國(guó)某建筑入口處鋼拱,23,鋼筋混凝土拱,24,一般采用實(shí)腹式，拱身截面一般為矩形或工字形。 也可做成折板拱、波形拱或網(wǎng)狀筒拱，成為梁板合一的結(jié)構(gòu)。,實(shí)腹式鋼筋混凝土拱的型式,鋼筋混凝土拱,25,折板拱(湖南省游泳館， 跨度：47.6m，裝配式折板拱),波形拱(無錫體育館，跨度60m， 鋼絲網(wǎng)水泥雙曲拱),返回,26,結(jié)構(gòu)支承方式,三鉸拱：靜定結(jié)構(gòu)，構(gòu)造復(fù)雜，目前較少采用 兩鉸拱：超靜定結(jié)構(gòu)，受力合理、用料經(jīng)濟(jì)、制作和安裝比較簡(jiǎn)單，對(duì)溫度變化和地基變形的適應(yīng)性

8、較好，目前較為常用。 無鉸拱：超靜定結(jié)構(gòu)，受力最為合理，但對(duì)基礎(chǔ)要求較高，當(dāng)?shù)鼗鶙l件較差時(shí)，不宜采用。,拱結(jié)構(gòu)的選型與布置,27,拱的矢高 1、滿足使用功能和建筑造型的要求 矢高決定了建筑物的體量、建筑內(nèi)部空間的大小 同時(shí)矢高直接決定拱的外形 2、使結(jié)構(gòu)受力合理 增加矢高來減小拱腳水平推力 矢高過大，拱身長(zhǎng)度增大，拱身及其屋面覆蓋材料的用量增加 3、滿足屋面排水構(gòu)造的要求 瓦屋面及構(gòu)件自防水屋面，要求屋面坡度較大，則矢高較大 油氈屋面，為防止夏季高溫時(shí)引起瀝青流淌，坡度不能太大，則相應(yīng)地矢高較小。,拱結(jié)構(gòu)的選型與布置,28,豎向均布荷載作用下，合理拱軸線為一拋物線，其方程為,當(dāng),時(shí)，可以用圓弧

9、線代替拋物線。,拱結(jié)構(gòu)的選型與布置,拱軸線方程,29,拱身截面高度,鋼拱實(shí)腹式（1/501/80）L， 格構(gòu)式（1/301/60）L， 鋼筋混凝土拱 （1/201/40）L,拱結(jié)構(gòu)的選型與布置,30,拱結(jié)構(gòu)布置,并列布置：美國(guó)蒙哥瑪利體育館 徑向布置： 環(huán)向布置 井式布置： 多叉布置：法國(guó)巴黎工業(yè)技術(shù)展覽中心 拱環(huán)布置,拱結(jié)構(gòu)的選型與布置,31,并列式布置,美國(guó)蒙哥瑪利體育館,體育館平面為橢圓形，各榀拱架結(jié)構(gòu)的尺寸是一致的，因此一部分拱腳被包在建筑物內(nèi)，而另一部分拱腳則暴露在建筑物的外部，且各榀拱腳伸出建筑物的長(zhǎng)度是變化的，給人以明朗輕巧的感受。,32,交叉式布置,法國(guó)巴黎工業(yè)技術(shù) 展覽中心,

10、工程概況：平面為三角形，邊長(zhǎng)218m，高43.6m。 結(jié)構(gòu)形式：屋頂為雙層波形薄壁拱殼。拱殼壁厚6cm，兩層之間距離1.8m，拱腳附近因壓力較大拱壁加厚。拱身為鋼筋混凝土裝配整體式薄壁結(jié)構(gòu)，為落地拱。推力由預(yù)應(yīng)力拉桿承受，拉桿設(shè)在地下。,33,世界上跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)拱橋：上海盧浦大橋,工程概況：2003年6月建成通車?？缍?50m，世界第一拱橋。全長(zhǎng)3900米，主橋長(zhǎng)750米，主橋面寬28.7米，橋下凈高46米 。 總設(shè)計(jì)師：林元培,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,34,世界上跨度第二的拱橋：新河峽谷拱橋NEW RIVER GORGE BRIDGE,工程概況：1977年10月建成通車。主跨518m的上承式鋼

11、桁架拱橋。是目前同類橋型中跨徑最大的鋼桁拱橋，而國(guó)內(nèi)同類型橋梁跨度最大的是正在建設(shè)中的大寧河大橋，主跨400m。 總設(shè)計(jì)師：林元培,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,35,世界上跨度第二的拱橋：新河峽谷拱橋NEW RIVER GORGE BRIDGE,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,36,世界上跨度第二的拱橋：新河峽谷拱橋NEW RIVER GORGE BRIDGE,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,37,悉尼歌劇院,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,38,悉尼歌劇院,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,39,悉尼歌劇院,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,40,悉尼歌劇院,起初設(shè)想那些巨大的殼片是鋼筋混凝土殼體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn)，只能將每一個(gè)殼片劃分為一條條鋼筋混凝土的肋券，再分段預(yù)制，然后才能組合成整體。,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,41,倫敦證券交易所,工程概況：建于1990年，長(zhǎng)78m，橫跨鐵路之上 設(shè) 計(jì)：SOM,拱結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例,42,倫敦證券交易所,倫敦證券交易所的外觀，無