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拱结构的选型及布置优化

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】: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,以及拱的结构布置和支撑体系设置。图1.36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3)环向布置古罗马的拱结构很多采取环向布置方案,各拱沿周圈排列、拱脚互抵,推力相消。图1.39拱的支撑系统

拱结构的选型及布置优化

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,以及拱的结构布置和支撑体系设置。

从铰的设置来看,三铰拱是静定结构,当基础出现不均匀沉降或拱拉杆变形时,不会引起结构附加内力。但跨中拱顶存在铰,使拱身和屋盖结构构造复杂,除了在地基特别软弱的条件下,一般工程中不大使用。两铰拱和无铰拱是超静定结构,必须考虑基础不均匀沉降和温度变化引起的附加内力对结构的影响。两铰拱的优点是受力合理,用料经济,制作和安装比较简单,对温度变化和地基变形的适应性尚好,目前较为常用。在一般房屋建筑中的屋盖结构通常多采用带拉杆的钢筋混凝土两铰拱,推力在拱单元中自行平衡,可以直接搁置在柱上或承重墙上。无铰拱受力最为合理,对支座要求较高,实际工程中在地基条件好或两侧拱脚有稳固的边跨结构时,可以考虑采用。当地基条件较差时,不宜采用。无铰拱一般见于桥梁结构,很少用于房屋建筑。

1.拱结构的布置方案

拱结构根据建筑平面形式的不同,可以有并列式布置和径向、环向、井式以及多叉式等多种不同的布置方案。

1)并列布置

一般情况下,矩形平面建筑多采用等间距、等跨度、并列布置的平面拱结构,需要靠支撑解决其纵向抗侧力的能力与侧向稳定性,如图1.35所示。

图1.35 美国蒙哥玛利体育馆

2)径向布置

对于非矩形平面(如正多边形、圆形、扇形等)建筑,拱的结构布置方案较多,如径向、环向、井式、多叉等布置方案,但都已是非平面结构,而成为空间拱结构,如图1.36所示。由平面拱组合构成的空间拱结构,因其各拱肋已相互交叉连接,具有空间刚度与稳定性,也就无须支撑。空间拱结构可以是落地拱,也可以支承在墙柱或刚架顶上的圈梁上。

图1.36 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

3)环向布置(www.xing528.com)

罗马的拱结构很多采取环向布置方案,各拱沿周圈排列、拱脚互抵,推力相消。其中以罗马大角斗场和万神庙最具有代表性,如图1.37所示。

图1.37 罗马大角斗场

4)多叉布置

古罗马的半圆拱、筒拱与十字拱,经拜占庭的帆拱,发展到罗马风的肋形拱,以至哥特式的尖券肋形拱,已具备了围绕一个中心点,径向布置辐射状的4~8根拱肋的多叉拱特点。多叉拱的平面适应性非常之强,几乎能适应任何平面形状。多叉拱最杰出的代表作是15世纪上半叶意大利佛罗伦萨市主教堂的圆顶,如图1.38所示。

图1.38 意大利佛罗伦萨市主教堂

2.拱结构的支撑系统

拱为平面受压或压弯结构,因此必须设置横向支撑并通过檩条或大型屋面板体系来保证拱在轴线平面外的受压稳定性。为了增强结构的纵向刚度,传递作用于山墙上的风荷载,还应设置纵向支撑与横向支撑形成整体,如图1.39所示。

拱支撑系统的布置原则与单层刚架结构类似。

图1.39 拱的支撑系统

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