拱结构体系

拱结构体系调研作业拱结构体系-拱结构定义及分类-拱结构的设计要点-拱结构的建筑案例拱结构定义及分类拱结构定义及分类1.定义1拱结构是一种很古老的结构形式，它主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。2拱结构比桁架结构具有更大的力学优点，同时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。拱结构定义及分类2.拱结构的特点1优点：①跨越能力较大，当跨度较大（如超过80~100m）时，较梁式结构和框架式结构更经济。与钢结构及钢筋砼梁结构相比,可以节省大量钢材和水泥；②拱主要受压，对材料要求低，能耐久，且养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用。2缺点：①拱会产生水平推力，下部结构要求高②聚声3应用：①大中小型房屋（体育馆、礼堂、博物馆、厂房等工业与民用建筑）②纪念观赏性建筑③与悬索结构组合使用发挥二者优势拱结构定义及分类3.拱结构的分类1按组成和志承方式：无铰拱、两铰拱和三铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱无铰拱两铰拱三铰拱超静定结构只有在地基良好或者两侧拱脚出有稳固边跨结构时，才采用。桥梁结构中比较普遍而在房屋工程中应用较少超静定结构在跨度较小时结构自重不大，可以整体预制；跨度较大时，可以采用分段预制、现场拼装的方法施工。对支座沉降差、温度差等不利的变化因素比较敏感。房屋建筑工程中应用较多静定结构适应地基较差时可能产生的基础沉降差。应用不广，有顶铰，拱本身和屋盖结构复杂。拱结构定义及分类3.拱结构的分类1按组成和志承方式：无铰拱、两铰拱和三铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱拉杆可搁置在墙、柱上的屋盖结构，也可用于落地拱结构拱结构定义及分类3.拱结构的分类1按组成和志承方式：无铰拱、两铰拱和三铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱水平推力由斜杆、柱墩承担；水平推力由侧边框架结构拱结构定义及分类3.拱结构的分类2按拱身截面形式：格构式和实腹式①格构式：截面高度可取跨度的1/60---1/30②实腹式：截面高度可取跨度的1/80---1/50；可以作成具有曲线形的外形，通常为焊接工字型截面。格构式钢拱的型式实腹式钢筋混凝土拱的型式拱结构定义及分类3.拱结构的分类3按拱身材料：主要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拱结构定义及分类3.拱结构的分类4按拱轴形式：①圆弧拱②抛物线拱③悬链线拱低拱高拱拱结构的设计要点拱结构的设计要点1.拱结构的受力特点1拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；2拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；3拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。1.拱结构的受力特点4拱身截面的内力。拱身内的弯矩小于跨度相同荷载作用下的简支梁内的弯矩。拱身截面内的剪力小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内剪力。拱身截面内存在有较大的轴力，简支梁内无轴力。以上是拱式结构比梁式结构受力合理的地方，拱式结构中以轴力为主，使用廉价的材料，发挥这类材料的抗压承载力。拱结构的设计要点拱结构的设计要点2.拱结构的选型在进行拱结构的选型时，需要考虑结构的支承形式、拱轴线的形式、拱的矢高、拱身形式和截面高度等因素。（支承形式、截面高度在前面提及，在此不做赘述）1拱的矢高：拱的矢高不同时，拱轴形状也不相同，矢高与拱的外形关系密切。矢高的大小还影响着拱身轴力和拱脚推力的大小，并与其成反相关。合理的矢高经过验证在（1/2~1/8）L，用于屋盖结构一般取（1/5~1/7）L。拱结构的设计要点2.拱结构的选型2拱轴线形式：从受力合理的角度出发选择合理的拱轴线方程，使拱身内只有轴力，没有弯矩。对于不同的结构形式（无铰、二铰、三铰拱），在不同荷载作用下，拱的合理轴线不同。三铰拱的合理轴线对于大跨度公共建筑的屋面，一般根据屋面的恒载选择合理拱轴。将图中公式改为：y=4fx(L-X)/L2，当fL/4,可用圆弧代替抛物线。拱结构的设计要点2.拱结构的选型3拱身形式：分为两大类，梁式拱和板式拱。梁式拱：肋形拱，拱身为一矩形截面曲杆，跨度较小的可采用砖石拱。梁式拱：格构式拱，当拱截面高度（h1500mm）时，可做成格构式钢拱。拱结构的设计要点2.拱结构的选型3拱身形式：分为两大类，梁式拱和板式拱。板式拱：把屋面板和拱合二为一，既是承重的拱结构又是屋面板，又被称为板式截面拱。优点是省料、自重轻。板式拱：筒拱，肋形拱是曲杆，筒拱是曲板，纵向是直线，横向刚度小，不利于承受非对称荷载，因而跨度不能太大。板式拱：凹波拱，横截面呈凹波形，拱轴线为曲线形，构成双曲面体。板式拱：凸波拱，横截面呈凸波形。板式拱：双波拱，横截面呈有凹有凸的波浪形。板式拱：折板拱，横截面呈直线折板形。板式拱：箱型拱。拱结构的设计要点3.拱结构的布置方式1并列布置：建筑平面为矩形多采用，可用等间距、等跨度、并列布置的平面拱结构，纵向需加支撑。2径向布置：非矩形平面如正多边形、圆形、扇形等多采用，其空间刚度和稳定性都较好。并列布置---美国蒙哥马利体育馆加拿大蒙特利尔市奥林匹克体育中心赛车场拱结构的设计要点3.拱结构的布置方式3环向布置：建筑平面为圆形，采用环向布置的空间拱结构最合理，各拱沿周围排列、拱脚相抵、推力互消。环向布置---罗马大角斗场4多叉布置：多叉拱的平面适应性非常之强，几乎能适应任何平面形状。多叉布置---意大利佛罗伦萨主教堂拱结构的设计要点3.拱结构的布置方式5井式布置：仿效井字梁布置方式，多向承受荷载、共同传力的井字拱。拱结构的建筑案例拱结构的建筑案例1.济南新东站未来济南东站站房将呈现环抱的建筑形态，为双面状钢结构拱顶的独特建筑风格。站房的屋盖结构完成后，将会以408米长度以及180米的跨度,成为中国跨度最大的大拱结构建筑物之一。项目位于山东省济南新区东部。火车站位于待开发区域的中央地段区域。新东站由中央站房、南广场及南站房、北广场及北站房组成，总规模17.48万平方米，包括乘客站房建筑面积7.99万平方米、站台雨棚投影面积9.49万平方米、地下通廊建筑面积33000平方米、地铁下穿R3线建筑面积9750平方米。拱结构的建筑案例1.济南新东站屋顶下的空间从中间的高大宽敞，到两边的低矮沉静，让人逐渐感受到从城市到站厅的空间过渡。为了实现候车厅室内光线的柔和变化，以及声环境的舒适宜人，屋顶上的天窗和吸声体的布置也伴随着大拱结构的变化而逐渐改变。与其他城市的高铁站不同，新东站设计最大的亮点是车站和城市的完美融合。新东站采取了站城一体化的设计理念，要达到一出火车站就是市中心的效果。拱结构的建筑案例1.济南新东站结构包括沿21.5米长的火车轨道隔墙而建的三维梁结构拱架，满足了候车厅跨度大且无立柱的需求。济南东客站地区规划很好地践行了“新城市主义”低碳城市与可持续发展的理念，构建了以白泉—华山绿廊为骨架的景观格局和慢行系统，塑造了具有传统风貌特色的站前核心区，突出了密集的街道网络、高质量的公共交通服务、功能混合的邻里社区，实现了土地与交通的协调发展，对未来的济南乃至中国的其他城市都具有很好的指导意义。拱结构的建筑案例2.济南洪家楼教堂洪家楼教堂是由山东北境教区的方济会荷兰籍主教申永福主持在洪家楼动工兴建新的主教坐堂，由奥地利修士庞会襄设计，平面为拉丁十字形，教堂的外墙用石块砌成，西面的正立面有两座高大的尖顶钟楼，还有众多的小尖塔。教堂内部布满了天主教题材的壁画和雕刻，大厅可容纳800人。拱结构的建筑案例2.济南洪家楼教堂四分拱六分拱教堂内，设两排纵柱，中央通廊高大。使用肋作为拱顶的承重构件，是典型的哥特式教堂特点。中间的拱顶为六分拱，两侧连廊为四分拱拱顶。步入堂内，顿时有庄严、肃穆之感。教堂的窗子是用彩色玻璃镶嵌而成，在阳光的照射下，产生出强烈的光色效果，地面也会反射出些许带着玻璃色彩的光,中国工匠对于石头的不熟悉，导致教堂并没有采种欧洲的柱式，而是改为方柱。彩色玻璃窗方柱拱结构的建筑案例2.济南洪家楼教堂哥特式小尖塔中式屋檐该教堂体量高大，气势宏伟，平面为拉丁十字形，立面为典型的哥特建筑风格，教堂座东面西，前窄后宽，多角多棱，多门多窗，正面两侧为尖顶分立式钟楼（塔），石砌方形，塔顶高高耸起，具有典型的高直作风，一切都充满了向上的动势，其上布满了细长的尖塔和狭长的窗户，更增加了塔楼的高大。洪家楼教堂的外部，我们还能明显得感受到中国建筑的气息。比如下图中国传统屋顶的砖瓦，比如门两侧的石龙头。这些都借鉴了中国传统民俗文化。尖券门玫瑰窗拱结构的建筑案例3.透平机工厂-三铰拱建筑贝伦斯为通用电气公司设计的柏林透平机工厂是工业界与建筑师结合提高设计质量的一个成果，也是现代建筑史上一个重要事件。拱结构的建筑案例3.透平机工厂-三铰拱建筑屋顶上开有玻璃天窗，车间有良好的采光和通风。外观体现工厂车间的性格。在街道转角处的车间端头，贝伦斯作了特别的处理，厂房角部加上砖石砌筑的角墩，墙体稍向后仰，并有“链墩式”的凹槽，显示敦厚稳固的形象，上部是弓形山墙，中间是大玻璃窗，这些处理给这个车间建筑加上了古典的纪念性的品格。拱结构的建筑案例3.透平机工厂-三铰拱建筑透平机车间自然和古典建筑有些某些微妙的关联，这反映在它的结构形式的处理上——两侧的三铰拱突出于玻璃外侧，形成了古典柱列的隐喻，转角处厚重的墙体，支撑巨大的，山花似的山墙面（其实是一个假的视觉隐喻，真正的支撑体系仍是“机器的”三铰拱）