新闻中心

拱式布局体例

来源:本站 作者:king 浏览:

  拱式组织体系_交通运输_工程科技_专业材料•。拱式布局系统 在本小节中你们要给熟稔介绍拱式构造编制的组成、 优罅隙及适用范围; 拱式构造系统 的闭理铺排轨则及及受力特色。 在房屋修筑和桥梁工程中, 拱是一种相配古老而摩登仍在豪爽行使的布局型式。

  拱式组织编制 在本小节中我们们要给老手介绍拱式结构系统的组成、 优裂缝及适用领域•; 拱式结构系统 的合理安顿法规及及受力特性。 在房屋筑修和桥梁工程中•, 拱是一种十分陈旧而当代仍在大方行使的构造型式•。 它因此 受轴向压力为主的组织,这将就混凝土•、砖、石等资料是很是得当的,极端是在没有钢材的 年月,它可丰裕诱骗这些材料抗压强度高的特质,防范它们抗拉强度低的漏洞。况且能赢得 较好的经济和修筑功劳。于是很早往日,拱就得到了十分通俗的操纵。 在大家们国,很早就告捷地拣选了拱式组织。公元605~616年隋代人在河北赵县制造的单 孔石拱桥一安济桥(又称赵州桥) ,横越交河,跨度37•.37m。它距今近1400年,虽经频仍 地震,而巍峨直立•,是闻名中外的工程手艺与筑建艺术完竣结关的杰作。 在古代的西方,开发了良多体型庞杂、派头宏壮的拱式建建。在建筑界限、空间拉拢、 修筑方法与修筑艺术等方面都得到了光后的结果,并对欧洲与寰宇修修发生庞大的劝化。 古罗马最驰名的穹顶(半圆拱)布局•,当推公元前27~14年修筑,后因焚毁并于公元 120~123年重修的罗马万神庙(图1-29)•,其重心内殿为直径43.5m 的半圆球形穹顶,穹顶 净高距地面也是43•.5m。它是古罗马穹顶手法的最高代表作,也是世界建筑史上最早、最大 的大跨组织。 图1-29罗马,万神庙 a 一剖面图; b 一平面图; c 一穹顶(半圆拱)构造 近、现代的拱式构造运用限度很广,并且型式五光十色。比方着名的澳大利亚悉尼歌剧 院(图1-30,始建于1957年)是里手熟知的建修,处于深化海中的半岛上。筑筑表象的基 本元素一一拱壳,不可是要紧的组织构件,并且是一个标记,一种记号,一个母题,它既象 “白帆”•、•“浪花”,又象盛开的巨莲,使人产生繁杂的联想。 图1-30 澳大利亚悉尼歌剧院 一、拱结构的表率及其受力特性 拱的典范很多,按构造组成和支承方式,拱可分为三铰拱、两铰拱、和无铰拱三种,如 图1-31。 图1-31 拱构造策动简图 a)三铰拱 b) 两铰拱 c)无铰拱 三铰拱为静定结构,两铰拱和无铰拱为超静定构造。拱组织的传力门途较短,因此拱是 较经济的结构型式。 与刚架一致,只有在地基杰出或两侧拱脚处有扎实边跨结构时,才采选无铰拱。普通•, 无铰拱有用于桥梁的,却很少用于房屋修筑。 双铰拱应用较多。跨度小者拱重不大,可一共预制•。跨度大者,可沿拱轴线分段预制, 现场面面拼装好后•,再总共吊装就位。如北京崇文门菜场的32m 跨双铰拱,即是由五段工 字形截面拱段拼装成的。双铰拱乃一次超静定组织,对支座沉降差,温度差及拱拉杆变形等 都较敏感。 为顺应虚亏地基上支座沉降差及拱拉杆变形, 最好选拔静定布局的三铰拱•。 在跨中央设 久远性铰后也便于分段发现,对大跨度拱更为有利。例如西安秦涌博物馆展览厅的67m 跨 的三铰拱,由于地基为 I~Ⅱ级湿陷性黄土,密度小萎缩大,不宜用象双铰拱、网架等超静 定布局,故挑选了静定结构的钢三铰拱。 拱与梁的主要差别是拱的苛重内力是轴向压力, 而弯矩和剪力很小或为零•; 但拱有支水 申雪力,一般称为水准推力(简称推力) ••。 从图1-32可能看出••,粱在荷载 P 的作用下,要向下挠曲;拱在同样荷载 P 陶染下•,拱 脚支座发生水准反力 H。它起着抵消荷载 P 引起的盘曲感化,从而减少了拱的弯矩峰值。 图1-32 拱与粱的受力申明 (a)简支粱受力特点 (b)拱的受力特质 (c)拱的传力络线 现以三铰拱为例,进一步注解拱的受力特质: 1.拱脚处的程度推力 三铰拱和筒支梁相比•,在跨度与荷载好似要求下(图1-33),其水平推力 H 为 H A =1 ?a f 1 [V )]=M A 0 l c 2 f ?P 1 (l 2 式中,M0C—吐露简支梁在 C 截面处的弯矩; f—流露拱的矢高••。 图1-33 三铰拱的受力诠释 由上式可知•: (1)在竖向荷载作用下,拱脚支座内将爆发程度推力。拱脚水准推力的大小等于雷同 跨度简支梁在好像竖向荷载习染下所爆发的在反应于顶铰 C 截面上的弯矩 M0C 除以拱的矢 高 f。 (2)当组织跨度与荷载条目确信时,M0C 为定值,拱脚水平推力 H 与拱的矢高 f 成反 比。 2•.拱身截面的内力 为求拱身 D 截面处的内力,取摆脱体如图1-34所示。 图1-34 从构造力学中全部人明晰,拱杆任意截面的内力为: M D =M 0 ? Hy N D =V 0 sin? +Hcos? (1-4) V D =V 0 cos? ? Hsin? 式中•:M0与 V0为呼应简支梁的弯矩和剪力。 由以上公式可知: (1)拱身内的弯矩小于跨度形似荷载感导下简支梁内的弯矩,减少了 Hy。而且,水准 推力 H 与 y 的乘积越大,拱杆截面的弯矩越小。以是在断定荷载影响下,没合系改良拱的轴 线,使其各截面的弯矩为零,如此拱杆就只受轴力熏陶。 (2)拱身截面内的剪力小于相像跨度相似荷载作用下简支梁内的剪力。 (3)拱身截面内生存有较大的轴力,而简支梁中是没有轴力的。 相信拱轴的形式首要有两点: (1)拱的关理轴线. 拱的合理轴线 拱的合理轴线: 在坚信的荷载习染下, 使拱截面内仅有轴力没有弯矩, 称心这一要求的拱轴线称为关理 拱轴线。 分明关理拱轴线这个概想,有助于所有人挑选拱的关理格式。 对待不同的布局型式(三铰拱、两铰拱和无铰拱) ,在分歧的荷载感染下,拱的关理轴 线是差异的。敷衍三饺拱,在沿程度方向均布的竖向荷载教化下,合理拱轴线a。 在垂直于拱轴的均布压力陶染下,关理拱轴线拱的合理轴线 在房屋筑筑中拱结构的轴线) 式中:f 一拱轴的矢高; l 2. 拱的矢高 一拱轴的跨度•。 差别的建筑对拱的体式前提分歧,有的前提扁平,矢高小;有的则要求矢广大•。关理拱 轴的曲线方程必然之后,能够凭单修筑的外形前提定出拱轴的矢高。以三铰拱为例,在沿水 平主张均布的竖向荷载教化下,拱的合理轴线为二次扔物线,当矢高 f 区别时.拱轴花样也 不相似。 由此可见,矢高对拱的外形浸染很大。它直接感染修建造型和结构处分。 矢高还劝化拱身轴力和拱脚推力的大小。程度推力 H 与失高 f 成反比。 因而,设计时坚信矢宏伟小,不但要切磋修筑外形前提,还要研究结构的关理性。 拱是有推力组织, 因而拱脚支座必需无妨信得过地担当转达水平推力, 否则拱式结构的受 力成效无法保证。 假若能将结构管制的本领与筑筑成就和艺术气象调解起来•, 通过对构造的暴露和艺术来 收到建筑造型美丽的功劳则更佳。 大凡,抗推力结构的照料安顿有下列四种。 1. 水平推力由拉杆直接接受 这是最安全可靠的准备, 能包管拱在任何境遇下寻常事务。 另一长处是, 其支承布局 (墙、 柱、刚架等)顶部无水平推力 H 作用•,只承袭竖向力,故支承组织的用料最省、最经济(图 1-36) •。 图1-36 拱脚程度推力由拉杆担当 (a)室内拉杆拱 地下拉杆拱 (b) 带拉杆(加倍预应力拉杆较粗)拱的浸要漏洞,是其室内空间(净高与内景)欠佳,故 其操纵受到范畴,多用于食堂、礼堂、栈房、车间等建筑。 2. 推力由水准构造承受 本筹划的谋略是即使少设拉杆,让程度推力由拱脚标高平面内的水平构造(圈梁、挑檐 板、边跨现浇钢筋混凝土楼屋盖等)承袭(图1-37) ,使拱脚以下的墙、柱、刚架等竖向结 构顶部不经受程度推力。本安排比上一计划用料较多,造价较高,但由于拱内无拉杆,可获 得较大的室内筑筑空间。 图1-37 拱脚程度推力由山墙内的拉杆承受(北京展览馆电影厅) 3. 推力由竖向构造继承 拱脚推力 H 与竖载 q 的合力是斜向的,在拱脚处与拱轴曲线相切。在该力与其它力作 用下,对竖向布局的变形条目比强度前提更厉•。竖向构造应有极大刚度,极小变形。其泉源 应扩大, 使地基应力假使趋于平均, 其最大与最小应力进出不能过大, 不乃至竖向结构倾斜, 以保障拱脚程度位移极小,防卫拱内弯矩转折过大•。这是对竖向结构的总条款。 抗推力竖向结构有下列几种型式•: 1.斜柱墩 跨度较大、拱脚推力较大时,选择斜柱墩设计,既传力直接,用料经济关理•,又造型轻 巧新颖。 连年来,大家国少少体育、展览建筑遴选双铰拱或三铰拱(越发钢拱较多),不设拉杆支 承在斜柱墩上,这种组织最早用于云南体育馆,后又一连用于内蒙、天津、沈阳等地田径练 习馆中,跨度40~53m。斜柱秦俑博物馆展览厅的67m 跨三铰钢拱•,就支承在斜柱墩上(图 1-38)•,斜柱从基础墩斜挑出2.5m。这种斜挑柱,承担拱脚推力•,可节减柱弯矩,受力尽头 合理。 图1-38 陕西、临潼,秦俑博物馆展览厅 2•.边跨构造 当拱跨较大•,且其旁侧有边筑筑(如走廊、办公室、休休小厅、大厅等)时,就可让拱 脚推力传给边跨结构、靠它把推力平均宣传开去。这些抗推力的边跨竖向组织,可是以单层 或多层的墙体,也可因此单层或多层的、单跨或多跨的刚架(图1-39) ,或此外种种布局。 而这些抗推力竖向组织的侧向刚度要充满大,以保险其在推力下侧移极小。 图1-39 北京崇文门菜市集 3•.推力直接传给根基一一落地拱 对待落地拱, 当地质条目较好或拱脚水平推力较小时, 拱的程度推力可直接陶染在起源 上•,履历基础传给地基•。为了更有效地抵挡水准推力,防范根源滑移,也可将基础底面做成 斜坡状,如图1-40所示。 图1-40 落地拱 落地拱的上部作屋盖, 下部作外墙柱, 不但省去了抵抗拱脚推力的水准结构与竖向结构, 况且由于拱脚推力的标高向来下降到铰泉源, 使本原办理大大简化。 这是落地拱的构造特征, 也是其是以经济有效的出处,对大跨度拱加倍分明。故凡是大跨度拱几乎全都拣选落地拱。 不管是双铰的或三铰的落地拱,其拱轴线形都抉择悬链线或扔物线。 当拱脚推力较大,或地基过于衰弱时,为确保双铰拱的弯矩不致因泉源位移而增大,或 为确保根基在任何处境下都能承受住拱脚推力, 大凡在拱脚两根基间树立地下预应力混凝土 拉杆(图1-40b) 。 1.拱的浸要尺寸 (1)拱的矢高 综关切磋组织的合理性和建建外形的要求,拱的矢高可按下列关联取用: a.两铰、三铰拱,平常矢高 f 取为: f=(1/3~1/2)L,且 f≮L/10 经济高度: f=(1/7~1/3)L, 有拉杆时可取: 无拉杆时可取: f=L/7 f=(1/5~1/2)L b•.落地拱,凡是矢高 f 取为: f=(1/7~1/3)L (2)拱身截面 拱身凡是挑选等截面,对于无铰拱,由于内力从拱顶向拱脚逐步增长,因而一般做成变 截面的体式•。拱身的截面宽度 b 视其截面高度而定•。为保证平面外的刚度与坚实,拱身应 有富裕的截面宽度.日常取 b=h/2把握:拱身截面高度 h,可按下列合系取用: a.钢筋混凝土肋形拱 h=(1/40~1/30)L b.钢构造实腹式拱肋 h=(1/80~1/50)L c.钢布局格构式拱肋 h=(1/60~1/30)L 2.拱的型式 拱式组织行使通俗,型式各类。从力学盘算简图看,可分成无铰拱、两铰拱和三铰拱; 按行使材料分类,有钢筋混凝土拱布局、钢拱布局、胶合木拱结构、砖石砌体拱结构;从拱 身截面看,有格构式和实腹式拱,等截面和变截面拱。 一般,拱身秉承弯矩斗劲容易速意条件。但拱在平面外会爆发压曲现象。为充分表现抗 压资料的强度,拱身截面需有富饶宽度,最好能把拱身做建立体型式,以处分拱身平面外刚 度与坚实问题。 据此,拱身可分为两大类(梁式拱与板式拱)共有下面几种••: (1)梁式拱 a. 肋形拱 拱身为一矩形截面曲杆。 跨度较大者多抉择钢筋混凝土或钢肋形拱(图1-41),为现浇方便,其截面可采取矩形 的•,但为省料与减轻重量,预制拱肋也可做成空肚或工字形截面,以致在肋腹开孔。 图1-41 北京展览馆核心大厅 b.格构式拱 当拱截面较高 h>1500mm 时,可做成格构式钢拱。为使其具有较好平面外刚度,拱截 面最好联想成三角形或箱形的,这是拱肋立体化方法。 格构式钢拱的截面可顺应弯矩变更的需要而变革,因之其造型更为多变(见图1-42), 落地钢三铰拱也可由两片新月形桁架构成•, 这便是三铰刚架开展而成的三铰拱•。 初月桁架为 三角形斜腹杆,附加再分式竖杆(垂直拱轴或垂直水准面)以支承屋面构件。 图1-42 格构式钢拱 当前我们国最大跨度的拱组织之一西安秦俑博物馆展览厅即选择67m 格构式箱形聚集截 面钢三铰拱。拱轴为二次扔物线)板式拱 拱身向立体化开展的另一要领,也是最好的型式,是把屋面的板与拱关二为一,既是承 重的拱组织, 其自身又是屋面板。 这便是板式截面拱。 不只省料后沉轻, 且平面外刚度极大, 造型美妙。 板式拱的种类良多,有下列几种。 a•. 筒拱 最纯正的板式拱截面是呆板式的,称筒拱。因它口角板,纵向为直线,故其横向刚度很 小•, 仅用于中、 小跨组织, 加倍在小跨中操纵很广, 大多挑选钢筋混凝土筒拱的 (见图1-43) 。 图1-43 布加勒斯特航站楼筒壳屋盖 b.双波拱 这种拱的横截面呈有凹有凸的波浪形。 最著名的双波拱的实例,是工程师•、修筑师 Nervi 设想的意大利都灵展览馆(图1-44) , 其妙技与艺术在此来到完满的和谐。 图1-44 意大利都灵展览馆 c.箱形拱 1959年巴黎国家产业与本事展览核心展览大厅(图1-45),其屋盖是分段预制•、安设整 体式钢筋混凝土、凸波箱形截面、落地三叉拱。 图1-45 1959,巴黎,国家资产与技能展览主题展览大厅 澳大利亚悉尼歌剧院选择预制的预应力混凝土落地三铰拱结构。 其拱身是标准极度大的 箱形拱(图1-46) 。 图1-46 澳大利亚悉尼歌剧院的落地三铰拱结构 澳大利亚悉尼歌剧院遴选预制的预应力混凝土落地三铰拱组织。 其拱身是准绳极端大的 箱形拱(图1-46) 。 1.拱式构造的支撑系统 拱为平面受压或压弯构造, 以是一定成立横向保持并通过檩条或大型屋面板体例来保险 拱在轴线平面外的受压安稳性。为了巩固构造的纵向刚度,传达习染于山墙上的风荷载,还 应扶植纵向坚持与横向坚持变成全豹, 如图1-47所示。 拱维持系统的布置规则与单层刚架结 构宛如。 图1-47 拱的维持系统 2.并列安插 平常处境下,矩形平面建筑多遴选等间距••、等跨度、并列安放的平面拱结构(图1-48) , 供给靠保护统制其纵向抗侧力的才干与侧向安稳性。 图1-48 美国蒙哥玛利体育馆 3.径向计划 凑合非矩形平面(如正多边形•、圆形、扇形等)修建,拱的布局安置安放较多,如径向、 环向、井式、多叉等部署规划(图1-49) •,但都已利害平面构造,而成为空间拱布局。由平 面拱拉拢构成的空间拱结构,因其各拱肋已相互交织毗连•,具有空间刚度与坚韧性,也就无 需保护•。空间拱构造可因而落地拱•,也没关系支承在墙柱或刚架顶上的圈梁上。 图1-49 加拿大蒙特利尔市梅宗纳夫公园奥林匹克体育中心赛车场 4•.环向安置 古罗马的拱布局许多采用环向铺排安放,各拱沿周圈罗列•、拱脚互抵,推力相消。此中 以罗马大决斗场和万神庙最具有代表性(图1-50) 。 图1-50 罗马大纠纷场 5.多叉计划 古罗马的半圆拱、筒拱与十字拱,经拜占庭的帆拱,展开到罗马风的肋形拱,乃至哥特 式的尖券肋形拱,已完满了环抱一个焦点点,经向摆设辐射状的4~8根拱肋的多叉拱特点 (图1-51) •。 多叉拱的平面适应性额外之强,几乎能适应任何平面花样。多叉拱最优越的代表作是 15世纪上半叶,意大利佛伦萨市主教堂(图1-51)的圆顶。 图1-51意大利佛伦萨市主教堂

币安交易所