建筑结构选型(李广军主编)第02章拱式结构

2019/8/101建筑结构选型SELECTTHETYPEOFTHESTRUCTURE2019/8/102建筑结构选型第2章拱式结构2019/8/103第2章拱式结构2.1概述2.2拱的分类2.3拱结构受力特点2.4水平推力的平衡2.5拱结构的选型与布置2.6拱式结构的工程实例2019/8/1042.1概述第2章拱式结构拱是一种很古老的结构形式，可以用抗压材料来跨越一定的跨度，拱的受力状态和悬索结构正好相反，但拱截面有抗弯刚度，不能自由变形，是刚性结构。2019/8/1052.1概述第2章拱式结构赵州桥位于河北省赵县，建于公元590～608年间，全长50.82m，跨度L=37.20m，矢高f=7.23m（f/L=1/5.12）,桥宽10m，是世界上最早的敞肩式拱桥，早于欧州同类桥约1000年。主拱上设有四个小拱，既减轻自重，便于泄洪，又更为美观。无论在材料利用、结构受力、艺术造型和经济上都达到了极高的成就。2019/8/1062.1概述第2章拱式结构拱是杆轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平推力（反力）的结构。由于推力的存在，拱截面的弯矩比同跨度、等荷载的梁的弯矩要小得多，并且主要承受压力。这时拱截面上的应力分布较均匀，因而更能发挥耐压材料（如砖、石、混凝土）的作用。另一些直杆结构虽有别于拱，但同样能在竖向荷载作用下产生水平推力，故称之为拱式结构，如三铰刚架、拱式桁架等。2019/8/1072.2拱的分类2.2.1按结构的支承方式分第2章拱式结构拱结构的计算简图工程中常用的拱有三铰拱、两铰拱和无铰拱，前者是静定结构，后两者是超静定结构。2019/8/1082.2.2按结构使用材料分第2章拱式结构2.2拱的分类按使用材料可分为钢筋混凝土拱结构、钢拱结构、砖石砌体拱结构和胶合木拱结构。目前主要采用钢筋混凝土拱结构和钢拱结构。2019/8/1092.3拱结构受力特点第2章拱式结构2.3.1支座反力VA=V'A；VB=V'B；HA=MC0/f三铰拱的反力与跨度、矢高（即三铰的位置）有关，其中：竖向反力与其等代梁的反力相等;水平反力与拱轴线形状无关.荷载与跨度一定时，水平反力与矢高成反比.2019/8/10102.3拱结构受力特点第2章拱式结构2.3.2拱身截面内力0DDMMHy0DDcossinQQH0DDsincosNQH拱身截面内的弯矩小于同跨度同荷载作用下简支梁截面的弯矩。拱身截面内的剪力小于同跨度同荷载作用下简支梁截面的剪力。拱身截面内存在较大轴力，而简支梁截面内不存在轴力2019/8/10112.4水平推力的平衡2.4.1水平推力由拉杆直接承担第2章拱式结构由拉杆承受拱推力两铰拱三铰拱也叫拉杆拱：这种平衡方式中，水平拉杆所承受的拉力等于拱的推力。2019/8/10122.4水平推力的平衡2.4.1水平推力由拉杆直接承担第2章拱式结构水平拉杆的布置方式一般有两种：一种是在室内布置拉杆，另一种是在地坪以下布置拉杆。水平拉杆的设置室内设拉杆地下设拉杆2019/8/10132.4水平推力的平衡2.4.1水平推力由拉杆直接承担第2章拱式结构带拉杆的双曲拱屋盖2019/8/10142.4水平推力的平衡2.4.1水平推力由拉杆直接承担第2章拱式结构北京：革命军事博物馆（带拉杆钢筋砼落地拱）2019/8/10152.4水平推力的平衡2.4.2水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆第2章拱式结构拱脚水平推力由刚性水平结构传递给总拉杆2019/8/10162.4水平推力的平衡2.4.3水平推力由竖向承重结构承担第2章拱式结构用于无拉杆拱，拱脚推力下传给支承拱脚的抗推竖向结构侧边框架2019/8/10172.4水平推力的平衡2.4.3水平推力由竖向承重结构承担第2章拱式结构北京：崇文门菜市场（装配式钢筋混凝土拱）2019/8/10182.4水平推力的平衡2.4.3水平推力由竖向承重结构承担第2章拱式结构北京：崇文门菜市场（装配式钢筋混凝土拱）2019/8/10192.4水平推力的平衡2.4.4水平推力直接作用在基础上第2章拱式结构这种方案基础尺寸一般都很大，材料用量较多。为了更有效地抵抗水平推力，防止基础滑移，基础底部常做成斜面形状。适用：水平推力不太大或地质条件较好。2019/8/10202.4水平推力的平衡2.4.4水平推力直接作用在基础上第2章拱式结构水利工程中的拱坝2019/8/10212.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.1结构支承方式•静定三铰拱不会产生附加内力，但构造复杂，适用于地基特别软弱时，一般工程不大使用•两铰拱和无铰拱属于超静定结构，要考虑基础不均匀沉降和温度变化引起的附加内力的影响•两铰拱受力合理，用料经济，制作和安装简便，最常用•无铰拱受力最为合理，但对支座要求高，适用于地基条件好或支承可靠时，一般用于桥梁结构，很少用于房屋建筑2019/8/10222.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.2拱轴线的形式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。由M（x）=M°(x)－Hy(x)=0可得合理拱轴线方程为：y（x）=M°(x)／H∵在荷载、跨度、矢高给定时，H是一个常数.∴合理拱轴线与相应的简支梁的弯矩图形状相似，对应竖标成比例.2019/8/10232.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.3拱的矢高矢高的选择应合理综合考虑建筑空间的使用、建筑造型、结构受力、屋面排水构造等的要求来确定。(1)满足建筑造型和建筑使用功能的要求(2)尽量使结构受力合理(3)矢高应满足屋面排水构造的要求2019/8/10242.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.4拱身截面的高度2019/8/10252.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.5拱的结构布置并列布置环向布置2019/8/10262.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.6支撑系统2019/8/10272.5拱结构的选型与布置第2章拱式结构2.5.6支撑系统2019/8/10282.6拱式结构的工程实例2.6.1北京崇文门菜市场第2章拱式结构中间为32m×36m的营业大厅，屋顶采用两铰拱结构，上铺加气混凝土板。大厅两侧采用框架结构。拱脚水平推力和垂直压力由两侧框架承受。2019/8/10292.6拱式结构的工程实例2.6.2上海卢浦大桥第2章拱式结构全长750m，主跨550m，是世界上跨度最大的中承式箱形截面钢拱桥。2019/8/10302.6拱式结构的工程实例2.6.2上海卢浦大桥第2章拱式结构施工中的卢浦大桥（中承式箱形截面钢拱桥）2019/8/10312.6拱式结构的工程实例2.6.2上海卢浦大桥第2章拱式结构两个拱向内倾斜，中间有多根刚性横梁相连。2019/8/10322.6拱式结构的工程实例2.6.3南通市体育会展中心体育场第2章拱式结构南通体育会展中心体育场2019/8/10332.6拱式结构的工程实例2.6.3南通市体育会展中心体育场第2章拱式结构主拱桁架结构2019/8/10342.6拱式结构的工程实例2.6.4广东海上丝绸之路博物馆第2章拱式结构主体结构由5个不规则的大小椭圆体连环相扣组成，中间最大椭圆体为“水晶宫”，两侧分布的四个椭圆体为参观通道和其他设施。2019/8/10352.6拱式结构的工程实例2.6.4广东海上丝绸之路博物馆第2章拱式结构5个椭圆体串联组成“组合拱”型式，沿纵向分布，有规律地排列成23榀排架形式，富有节奏感，每榀“组合拱”间距4m，每隔一榀落地。2019/8/10362.6拱式结构的工程实例2.6.5西班牙巴伦西亚科学城天文馆第2章拱式结构天文馆覆盖在透明拱罩下，罩长110m，宽55.5m。罩两侧是可开启和闭合的钢落地拱。2019/8/1037本章结束