建筑结构之拱课件.ppt

《建筑结构之拱课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构之拱课件.ppt（82页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、如果你问砖想变成什么样子，它一定回答：拱。如果你问砖想变成什么样子，它一定回答：拱。如果你告诉砖，拱很贵，可以用混凝土代替吗，砖一定如果你告诉砖，拱很贵，可以用混凝土代替吗，砖一定回答，它还是喜欢拱。回答，它还是喜欢拱。路易斯路易斯.康康埃克埃克塞特塞特学院学院新图新图书馆书馆 第七章第七章 拱结构拱结构第一节第一节 认识拱结构认识拱结构第二节第二节 演变中的拱结构演变中的拱结构第三节第三节 拱结构典型案例拱结构典型案例补充：补充：天然拱欣赏天然拱欣赏 复习复习一、拱结构的受力特点一、拱结构的受力特点1 1、拱结构的内力、拱结构的内力拱结构为拱结构为抗压性能好的材料抗压性能好的材料提供了一种理

2、想的结构型式。提供了一种理想的结构型式。简支梁的弯矩曲线为二次抛物线，得到简支梁的弯矩曲线为二次抛物线，得到二次抛物线的理想拱曲线二次抛物线的理想拱曲线，将，将不不产生弯矩产生弯矩，只受压力作用只受压力作用。第一节第一节 认识拱结构认识拱结构实际中的拱，由于场地的限制、建筑整体的限制等原因，实际中的拱，由于场地的限制、建筑整体的限制等原因，不能做成不能做成理想的二次抛物线形状理想的二次抛物线形状，因此，因此拱内会存在一定的弯矩与剪力拱内会存在一定的弯矩与剪力。一、拱结构的受力特点一、拱结构的受力特点2 2、拱结构支座处的水平推力、拱结构支座处的水平推力拱结构拱结构的一个显著特点是的一个显著特点

3、是产生水平力产生水平力，而且与跨度有关，跨，而且与跨度有关，跨度越大，其水平力越大。因此，一般拱结构的难点都在于度越大，其水平力越大。因此，一般拱结构的难点都在于水平水平推力的处理推力的处理。半圆拱半圆拱在支座处的水平推力在支座处的水平推力为零，又称为零，又称“无推力拱无推力拱”。但。但由于半圆拱矢高比较大，限制由于半圆拱矢高比较大，限制了它的应用，一般很少用于建了它的应用，一般很少用于建筑屋盖上。筑屋盖上。拱高越大，水平推力越小拱高越大，水平推力越小。一、拱结构的受力特点一、拱结构的受力特点3 3、解决拱结构水平推力的方法如下：、解决拱结构水平推力的方法如下：设置牢固的基座（如基础、设置牢固

4、的基座（如基础、框架结构）来框架结构）来承受水平推力。承受水平推力。设置拉杆或拉索平衡水平推力。设置拉杆或拉索平衡水平推力。拱也可以做拱也可以做成成连续拱连续拱，通过连续拱通过连续拱结构之间的结构之间的推力平衡，推力平衡，以减小水平以减小水平推力，并对推力，并对基础只产生基础只产生垂直作用。垂直作用。一、拱结构的受力特点一、拱结构的受力特点4 4、拱结构的变化、拱结构的变化带拉杆的拱带拉杆的拱带竖杆的拱带竖杆的拱悬索拱悬索拱张弦拱张弦拱二、拱的形式二、拱的形式1、按结构组成，可分为、按结构组成，可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱无铰拱、两铰拱和三铰拱。两铰拱和无铰拱为超静。两铰拱和无铰拱为超静定结构

5、，工程上常用两铰拱和无铰拱形式。定结构，工程上常用两铰拱和无铰拱形式。三铰拱拉杆的处理三铰拱拉杆的处理二、拱的形式二、拱的形式2、按拱轴形式，可分为、按拱轴形式，可分为半圆拱半圆拱和和抛物线拱抛物线拱等。等。二、拱的形式二、拱的形式3、按建造材料，可分为、按建造材料，可分为砖石砖石砌体拱结构、砌体拱结构、钢筋混凝土钢筋混凝土拱结构、拱结构、钢管混凝土钢管混凝土拱结构、拱结构、钢钢拱结构、拱结构、胶合木胶合木拱结构等。由于拱是典型的受压构件，因此一拱结构等。由于拱是典型的受压构件，因此一般使用于般使用于抗压强度高抗压强度高的材料。的材料。对于钢材对于钢材，很多情况下采用，很多情况下采用格构式拱、

6、桁架格构式拱、桁架拱或组合拱拱或组合拱（钢（钢-混凝土组合结构）等形式。混凝土组合结构）等形式。第二节第二节 演变中的拱结构演变中的拱结构拱经历了从梁到三角拱，从筒拱到十字拱，到拱肋结构，从穹隆到帆拱的发展演变。拱经历了从梁到三角拱，从筒拱到十字拱，到拱肋结构，从穹隆到帆拱的发展演变。筒形拱实例：马克森提乌斯侧厅筒拱结构筒形拱实例：马克森提乌斯侧厅筒拱结构券拱技术券拱技术是罗马建筑的最大特色和成就。是罗马建筑的最大特色和成就。罗马人使用混凝土建造了罗马人使用混凝土建造了穹顶穹顶。穹顶与拱顶的比较穹顶与拱顶的比较：穹顶：穹顶属于球面，应力是均匀分属于球面，应力是均匀分散的；而拱顶属于圆柱体散的；

7、而拱顶属于圆柱体弧面，应力是集中的。穹弧面，应力是集中的。穹顶的整体性优于筒形顶，顶的整体性优于筒形顶，而且它形成的集中式的内而且它形成的集中式的内部空间也是前所未见的。部空间也是前所未见的。穹顶的缺点穹顶的缺点：穹顶源自球：穹顶源自球面，其平面投影必然是圆面，其平面投影必然是圆形，这样除非修建一座独形，这样除非修建一座独立的建筑，否则它就无法立的建筑，否则它就无法与周边的矩形建筑无缝隙与周边的矩形建筑无缝隙连结。连结。穹顶的代表作：万神庙穹顶的代表作：万神庙公元一世纪开始罗马人就使用公元一世纪开始罗马人就使用相交的筒形拱（十字拱）相交的筒形拱（十字拱）。它覆盖在方形的。它覆盖在方形的间上，只

8、需要四角有柱子，而不必要连续的承重墙，建筑内部空间得到解间上，只需要四角有柱子，而不必要连续的承重墙，建筑内部空间得到解放；而且便于开侧窗，大有利于大型建筑物的采光。放；而且便于开侧窗，大有利于大型建筑物的采光。由筒拱向十字拱的演变由筒拱向十字拱的演变十十字字拱拱的的形形式式十十字字拱拱的的应应用用2-32-3世纪时，十字拱世纪时，十字拱平衡侧推力平衡侧推力的方法是：一列十字拱的方法是：一列十字拱串连互相平衡纵向的侧推力，而横向的则由两侧的几串连互相平衡纵向的侧推力，而横向的则由两侧的几个筒形拱抵住，筒形拱的纵轴同这一列十字拱的纵轴个筒形拱抵住，筒形拱的纵轴同这一列十字拱的纵轴相垂直，它们本身

9、的横推力互相抵消，只在最外侧才相垂直，它们本身的横推力互相抵消，只在最外侧才需要厚重的墙体，这样就形成了需要厚重的墙体，这样就形成了拱顶组合成体系拱顶组合成体系。古罗马浴场复原图古罗马浴场复原图中央用三间十字拱，跨度中央用三间十字拱，跨度25.325.3米，高米，高4040米，左右各有三个跨米，左右各有三个跨度为度为23.523.5米的筒形拱抵抗水平米的筒形拱抵抗水平推力，结构水平很高。推力，结构水平很高。古罗马城中心广场东边的君士坦古罗马城中心广场东边的君士坦丁巴西利卡（马克森提乌斯）丁巴西利卡（马克森提乌斯）古罗马古罗马4 4世纪后，罗马采用世纪后，罗马采用肋架拱肋架拱，其基本原理，其基本

10、原理是是把拱顶区分为承重部分和围护部分把拱顶区分为承重部分和围护部分，从而大，从而大大大减轻拱顶减轻拱顶，并且把荷载集中到券上以摆脱承，并且把荷载集中到券上以摆脱承重墙。这种结构方法也能重墙。这种结构方法也能节约模架节约模架。后来，欧。后来，欧洲中世纪的哥特建筑大大发扬了这种肋架拱。洲中世纪的哥特建筑大大发扬了这种肋架拱。罗马人还发明了罗马人还发明了券柱式券柱式，将立面造型丰富。，将立面造型丰富。并用并用飞扶壁飞扶壁（扶拱垛，可用来分担主（扶拱垛，可用来分担主墙压力的辅助设施）来平衡拱的推力。墙压力的辅助设施）来平衡拱的推力。哥特式建筑的特点是普遍采用哥特式建筑的特点是普遍采用尖肋拱顶尖肋拱顶

11、，推力作用于四个拱底石上，这样拱顶的高度推力作用于四个拱底石上，这样拱顶的高度和跨度不再受限制，可以建得又大又高。和跨度不再受限制，可以建得又大又高。法国亚眠大教堂法国亚眠大教堂双层飞扶壁双层飞扶壁及及尖肋拱顶尖肋拱顶亚眠大教堂的两道扶拱垛，以支撑来自推力亚眠大教堂的两道扶拱垛，以支撑来自推力点上方和下方的推力。点上方和下方的推力。法国亚眠法国亚眠大教堂大教堂哥特式建筑的形制与结构是在罗马建筑基础上哥特式建筑的形制与结构是在罗马建筑基础上完成的第二次结构艺术的飞跃。集完成的第二次结构艺术的飞跃。集十字拱十字拱，骨骨架券架券，双圆心尖拱双圆心尖拱，尖券尖券等做法和利用等做法和利用扶壁扶壁支支撑拱

12、顶侧推力结构出现了。撑拱顶侧推力结构出现了。科隆大教堂（右图）与巴黎圣母院（上图）科隆大教堂（右图）与巴黎圣母院（上图）埃克塞特大教堂埃克塞特大教堂 哥特式建筑把原哥特式建筑把原本实心的、被屋顶本实心的、被屋顶遮盖起来的扶壁，遮盖起来的扶壁，都露在外面，称为都露在外面，称为飞扶壁飞扶壁。由于对教。由于对教堂的高度有了进一堂的高度有了进一步的要求，扶壁的步的要求，扶壁的作用和外观也被大作用和外观也被大大增强了。有的在大增强了。有的在扶拱垛上又加装了扶拱垛上又加装了尖塔改善平衡。扶尖塔改善平衡。扶拱垛上往往有繁复拱垛上往往有繁复的装饰雕刻，轻盈的装饰雕刻，轻盈美观，高耸峭拔。美观，高耸峭拔。沙特尔

13、大教堂沙特尔大教堂 米兰大教堂米兰大教堂拜占庭建筑则将拜占庭建筑则将穹顶穹顶和和帆拱帆拱进行进行了结合。了结合。在四个柱墩上沿方形平面的四条在四个柱墩上沿方形平面的四条边长做券，在四个垂向券拱之间砌边长做券，在四个垂向券拱之间砌筑一个过四个切点的相切穹顶，水筑一个过四个切点的相切穹顶，水平切口和平切口和4 4个发券之间所余下的个发券之间所余下的4 4个个角上的球面三角形部分，既称为角上的球面三角形部分，既称为“帆拱帆拱”。它的自重完全由四个券拱下的柱它的自重完全由四个券拱下的柱墩承担，这一结构不仅使穹顶与方墩承担，这一结构不仅使穹顶与方形平面的承接过渡在形式上自然简形平面的承接过渡在形式上自然

14、简洁，也将荷载集中至四座柱墩上，洁，也将荷载集中至四座柱墩上，而无需再要过渡的承重墙，从而使而无需再要过渡的承重墙，从而使内部空间获得极大的自由。内部空间获得极大的自由。1 1、沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场、沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场2 2、圣路易斯拱门、圣路易斯拱门3 3、伦敦证券交易所与梅隆体育馆、伦敦证券交易所与梅隆体育馆4 4、法国加尔桥、法国加尔桥 5 5、悉尼港湾大桥、悉尼港湾大桥6 6、中国木拱廊桥、中国木拱廊桥 7 7、陕北窑洞、陕北窑洞 8 8、卡帕多西亚窑洞、卡帕多西亚窑洞 8 8、挪威的莱昂纳多桥、挪威的莱昂纳多桥9 9、英国的盖特谢德千禧桥、英国的盖特谢德千禧

15、桥 10 10、郝久古桥、郝久古桥第三节第三节 拱结构典型案例拱结构典型案例屋面结构选型为大直屋面结构选型为大直径钢管组成的单层空径钢管组成的单层空间构格体系，南北整间构格体系，南北整体体跨度全长跨度全长360m的的钢结构桁架主拱钢结构桁架主拱在国在国内所有钢结构工程中内所有钢结构工程中为第一跨度，垂直高为第一跨度，垂直高度最高处为度最高处为82m，每，每个主拱墩水平推力约个主拱墩水平推力约3600t，以，以所有的基所有的基础梁连接在一起形成础梁连接在一起形成刚性网片刚性网片来承受四个来承受四个钢结构主拱墩的水平钢结构主拱墩的水平推力。推力。沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场沈阳奥林匹克体育中心

16、五里河体育场 沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场 沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场沈阳奥林匹克体育中心五里河体育场 圣路易斯拱门圣路易斯拱门，就是美国，就是美国向西开发的一个象征，这座向西开发的一个象征，这座雄伟壮观的不锈钢抛物线形雄伟壮观的不锈钢抛物线形的建筑物，的建筑物，高达高达192米米，是，是1964年动工后仅用两年时间年动工后仅用两年时间建成的。建成的。“大拱门大拱门”的的设计设计师是萨里恩师是萨里恩。“大拱门大拱门”每每天可接待游客天可接待游客6400人。游客人。游客乘坐斗式升降电梯，乘坐斗式升降电梯，4分钟就分钟就能到达顶部；如果沿楼梯攀能到达顶部；

17、如果沿楼梯攀登，则需要爬登，则需要爬1076个台阶。个台阶。在两米多宽的拱门顶部内，在两米多宽的拱门顶部内，每侧各有每侧各有16个小窗户，据说个小窗户，据说晴天时游客用肉眼就可看到晴天时游客用肉眼就可看到圣路易斯市的全貌和圣路易斯市的全貌和48公里公里外的伊利诺伊州。大拱门的外的伊利诺伊州。大拱门的下面是西部开发史博物馆。下面是西部开发史博物馆。拱身截面是拱身截面是三角形三角形的，一个个三角形框从两边开始，的，一个个三角形框从两边开始，逐步连接向上升起，最后在拱顶对接，逐步连接向上升起，最后在拱顶对接，“大拱门大拱门”即即使遇到时速使遇到时速80公里的大风，其公里的大风，其摆动幅度也仅有摆动幅

18、度也仅有5公分公分。由于整个拱门是用不锈钢建成的，因此每年都会遭到由于整个拱门是用不锈钢建成的，因此每年都会遭到数百次雷电的袭击，这也创造了超高建筑物被雷电击数百次雷电的袭击，这也创造了超高建筑物被雷电击中的最高纪录，但由于拱门有中的最高纪录，但由于拱门有非常先进的避雷电系统非常先进的避雷电系统，至今没有任何地方损坏或人员伤亡。至今没有任何地方损坏或人员伤亡。伦敦证券交易所的伦敦证券交易所的外观，无铰拱横跨外观，无铰拱横跨78米，拱上柱承压米，拱上柱承压，下柱承拉。，下柱承拉。位于位于“钢城钢城”匹兹堡的梅隆体育馆拥有世界匹兹堡的梅隆体育馆拥有世界上最大的不锈钢可伸缩圆屋顶，这在历史上上最大的

19、不锈钢可伸缩圆屋顶，这在历史上是第一次。尼穆斯说：是第一次。尼穆斯说：“体育馆呈半球形，体育馆呈半球形，分为三部分，可以旋转。面对这种非常简单分为三部分，可以旋转。面对这种非常简单而有效的方式，你不禁会问：而有效的方式，你不禁会问：嘿！我们为嘿！我们为什么不这么做？什么不这么做？”法国加尔桥法国加尔桥，1985年联合国教科文组织将其列入世界年联合国教科文组织将其列入世界遗产名录。桥高遗产名录。桥高49米，桥长米，桥长274米，绵延米，绵延48公里，另有公里，另有50公里长的输水道。公里长的输水道。三层拱桥三层拱桥，底层是人行道，有，底层是人行道，有6个拱门，长约个拱门，长约142米，高米，高度

20、为度为22米，间距米，间距16米米-24米。中间层有米。中间层有11个拱门，长约个拱门，长约243米，间距米，间距19米。上层有米。上层有35个拱门，间距为个拱门，间距为4.6米。上米。上层总高度为层总高度为7.4米米(含水道高含水道高)，拱跨也很小，因而实体部，拱跨也很小，因而实体部分占较大比重。桥的宽度下层为分占较大比重。桥的宽度下层为6.4米，中层米，中层4.5米，上层米，上层仅仅3米，正好在水槽下面。米，正好在水槽下面。1924年年悉尼海港大桥悉尼海港大桥破土建造桥基破土建造桥基,1932年年3月月19日竣工通车日竣工通车,历时历时8年多。年多。桥身长度（包括引桥）桥身长度（包括引桥）

21、1149米米,从海面到桥面高从海面到桥面高58.5米米,从海面到桥顶高从海面到桥顶高达达134米米,万吨巨轮可以从桥下通过。万吨巨轮可以从桥下通过。桥面宽桥面宽49米米,可通行各种汽车可通行各种汽车,中间中间铺设有双轨铁路铺设有双轨铁路,两侧人行道各宽两侧人行道各宽3米。米。这座大桥整个工程的全部用钢量为这座大桥整个工程的全部用钢量为5.28万吨万吨,铆钉数是铆钉数是600万个万个,最大铆钉重最大铆钉重量量3.5公斤公斤,用水泥用水泥9.5万立方米万立方米,桥塔、桥墩用花岗石桥塔、桥墩用花岗石1.7万立方米万立方米,建桥用油建桥用油漆漆27.2万升万升,从这些数字足可见铁桥工程的雄伟浩大。在从

22、这些数字足可见铁桥工程的雄伟浩大。在30年代的条件下年代的条件下,能在大海上凌空架桥能在大海上凌空架桥,实为罕见。实为罕见。悉尼大桥的最大特点是悉尼大桥的最大特点是拱架拱架,其拱架其拱架跨度为跨度为503米米,而且是而且是单孔拱形单孔拱形,这是世界上少这是世界上少见的。大桥的钢架头搭在两个巨大的钢筋水泥桥墩上见的。大桥的钢架头搭在两个巨大的钢筋水泥桥墩上,桥墩高桥墩高12米。两个桥墩上还米。两个桥墩上还各建有一座塔各建有一座塔,塔高塔高95米米,全部用花岗岩建造。全部用花岗岩建造。中国木拱廊桥中国木拱廊桥申请非物质文化遗产保护成功，非物质文化遗产保护的仅仅申请非物质文化遗产保护成功，非物质文化

23、遗产保护的仅仅是营造技术，据说现存的廊桥保护情况并不乐观。是营造技术，据说现存的廊桥保护情况并不乐观。窑洞是黄土高原的产物，陕北农民的象征。在这里，沉积了古老的黄土地深层文化窑洞是黄土高原的产物，陕北农民的象征。在这里，沉积了古老的黄土地深层文化,人民创造了陕北的窑洞艺术。窑洞防火，防噪音，冬暖夏凉，既节省土地，又经济人民创造了陕北的窑洞艺术。窑洞防火，防噪音，冬暖夏凉，既节省土地，又经济省工，确是省工，确是因地制宜的完美建筑形式因地制宜的完美建筑形式。由于自然环境、地貌特征和地方风土的影响，窑洞形成各式各样的形式。但从建筑由于自然环境、地貌特征和地方风土的影响，窑洞形成各式各样的形式。但从建

24、筑的布局结构形式上划分可归纳为的布局结构形式上划分可归纳为靠崖式、下沉式和独立式靠崖式、下沉式和独立式三种形式。三种形式。1414世纪，土耳其的卡帕多西亚巨石林立，修道士们凿洞而居修身养性，后来，更多世纪，土耳其的卡帕多西亚巨石林立，修道士们凿洞而居修身养性，后来，更多人为了躲避战乱而在这里建起了洞穴版的世外桃源。现在，这里是土耳其最著名的人为了躲避战乱而在这里建起了洞穴版的世外桃源。现在，这里是土耳其最著名的风景区，不仅可以在众多的洞穴中欣赏到拜占庭艺术壁画，还可以住进这里的风景区，不仅可以在众多的洞穴中欣赏到拜占庭艺术壁画，还可以住进这里的“洞洞穴旅馆穴旅馆”世界上最有趣的旅馆之一。世界上

25、最有趣的旅馆之一。挪威的莱昂纳多桥，挪威的莱昂纳多桥，15021502年达芬年达芬奇下笔设计此桥，奇下笔设计此桥，20012001年年Vebjoern SandVebjoern Sand将草案付诸实施。将草案付诸实施。达芬奇的达芬奇的“金喇叭金喇叭”大桥是大桥是一个完美的一个完美的“压弓。压弓。”盖特谢德千禧桥位于英国盖特谢德和纽盖特谢德千禧桥位于英国盖特谢德和纽卡斯尔之间的泰恩河上。绰号为卡斯尔之间的泰恩河上。绰号为“眨眼眨眼桥桥”，因为桥可以升起来让船通过，此，因为桥可以升起来让船通过，此时桥与上面的弧形拉索看起来就像一个时桥与上面的弧形拉索看起来就像一个巨大的眼睑。桥的名气如此之大，以至

26、巨大的眼睑。桥的名气如此之大，以至于每天中午在桥上都会举办一场演出。于每天中午在桥上都会举办一场演出。伊朗，伊朗，伊斯法罕的郝久古桥伊斯法罕的郝久古桥 ，16501650建造的。长约建造的。长约105105米，桥面宽米，桥面宽1414米左右，共有米左右，共有2323孔。孔。它既是一座桥，也是一座坝它既是一座桥，也是一座坝。除了让人瞠目的石基之外，色彩鲜明的瓦片及。除了让人瞠目的石基之外，色彩鲜明的瓦片及1717世世纪的独创绘画，也让这座桥惹人注目。而且它同时发挥纪的独创绘画，也让这座桥惹人注目。而且它同时发挥三项功能三项功能通道、拦河坝及通道、拦河坝及休闲场所休闲场所。郝久古桥还是萨法维时代国

27、王举行盛典的地方。据说当年国王在郝久古桥。郝久古桥还是萨法维时代国王举行盛典的地方。据说当年国王在郝久古桥中央，而每个大臣占据各个空洞，观看大典。中央，而每个大臣占据各个空洞，观看大典。郝久古桥不仅是一样交通工具，在某种意义上来说，它们还是郝久古桥不仅是一样交通工具，在某种意义上来说，它们还是一件艺术品一件艺术品。天然拱欣赏天然拱欣赏 1 1、一般拱结构的难点都在于、一般拱结构的难点都在于 的处理。的处理。2 2、拱为、拱为 性能好的材料提供了一种理想的结构形式。性能好的材料提供了一种理想的结构形式。3 3、拱只受压力作用，不产生弯矩与剪力。（、拱只受压力作用，不产生弯矩与剪力。（）4 4、二次抛物线拱因其水平推力为零，称为、二次抛物线拱因其水平推力为零，称为“无推力拱无推力拱”。（）5 5、简介解决拱水平推力的方法。、简介解决拱水平推力的方法。答：一般的处理方法有如下：答：一般的处理方法有如下：设置基础作为承受拱水平推力的基座。设置基础作为承受拱水平推力的基座。利用框架结构等上部结构作为承受拱水平推力的基座。利用框架结构等上部结构作为承受拱水平推力的基座。设置拉杆或拉索平衡水平推力。设置拉杆或拉索平衡水平推力。复习复习