1.拱结构的概念
拱结构、 刚架结构
拱是一种十分古老而现在仍在大量应用的一种结构形式。它是主要受轴向力的结构，这对于混凝土、砖、石等抗压强度较高的材料是十分适宜的，它可充分利用这些材料抗压强度高的优点，避免它们抗拉强度低的缺点，因而很早以前，拱就得到了十分广泛的应用。拱结构最初被大量应用于桥梁结构中，我国古代拱结构的杰出建筑是河北省的赵州桥，其跨度为37m，建于1300 多年前，为石拱桥结构，经受了历次地震考验，至今仍完好。在混凝土材料出现后，拱结构也逐渐应用于大跨度房屋建筑中。由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横向推力。常见的方式是在拱的两侧做两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。不过，这也会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，近年来也大量采用钢结构拱，跨度可达百米以上。拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
2.拱结构的形式
拱结构按组成和支座方式不同可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种，如图11-2所示。三铰拱为静定结构，较少采用；两铰拱和无铰拱为超静定结构，目前较为常用。
图11-2 拱结构简图
（a）三铰拱；（b）两铰拱；（c）无铰拱
3.拱结构的建筑造型
拱结构的建筑造型主要取决于平衡拱推力的方式和矢高大小。
拱是一种有水平推力的结构，解决水平推力的方式不同，建筑的外形也就不一样，通常有以下几种处理方式。(www.xing528.com)
（1）利用地基基础直接承受水平推力。
利用地基基础承受水平推力并直接传递给地基，是最省事的方法。落地拱就是这种做法。为了更有效地抵抗水平推力，其基础底部常做成斜面形状，如图11-3所示，而且要求地基的土质条件较好。落地拱的拱结构直接落地，不需设置立柱来支承拱，形如帐篷或蒙古包，形式别致。不过，因为拱脚直接落地，拱端部的建筑空间高度较小，故常用于仓库或小型的体育健身房这类建筑。
图11-3 落地拱
（2）利用侧面框架结构承受水平推力。
建筑设计上，建筑大厅的周围（特别是两侧）常需要有提供服务性的附属建筑，如办公室等。两侧服务性建筑一般为框架结构，若大厅屋盖采用拱结构，拱的水平推力则可利用两侧的框架来承受。这样既解决了拱的水平推力问题，也使建筑功能与结构需要有效地结合起来，相得益彰，如图11-4所示。不过，应该注意的是，倘若框架的顶部因推力发生过大的水平位移或倾斜，就不能保证拱的正常受力状态。所以，要求拱结构两侧的框架必须具有足够的刚度。
图11-4 利用侧面框架结构承受水平推力（单位：mm）
（3）利用拉杆承受水平推力。
在拱脚处设置钢杆，利用钢杆受拉从而抵抗拱的推力，如图11-5所示。这种解决办法传力路线最简短，在拱结构的范围内直接解决推力问题而不致将推力传给支承拱的结构构件。由于钢杆受拉，这样处理的拱也称为“拉杆拱”。拉杆拱因为推力问题可在拱本身独立解决，故拉杆拱普遍用于屋盖结构上。
图11-5 拉杆拱（单位：mm）
拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。矢高小的拱，外形起伏变化小，呈扁平状，结构占用的空间小，但水平推力和拱身轴力都偏大。而矢高大的拱，外形起伏变化强烈，产生的水平推力和轴向力都较小，但拱身用材量多，拱下形成的内部空间大，拱曲面坡度很陡。所以矢高大小应综合考虑建筑的外观造型要求、结构受力的合理性、材料消耗量、屋面防水构造等多种因素。通常拱屋顶的矢高为拱跨的1/7～1/5，最小不小于1/10。采用卷材屋面时，矢高不应大于1/8，混凝土自防水屋面的矢高一般取1/6。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
