第八章建筑物的其他结构体系 8.1拱和悬索结构体系 拱一一有推力结构 +++++ 争 受力特点 M=M° M=M-H1 梁截面:弯 N=sind+Hcosφ 剪 V=W°cos如- H sin 拱截面:压(为主)由∑M2=04=q可得 弯 小 →b括0 0.42q1 f0.3 M。为与拱同跨简支梁的跨中弯矩
第八章 建筑物的其他结构体系 8.1 拱和悬索结构体系 一、 拱——有推力结构 1．受力特点 M=M0 梁截面：弯 剪 拱截面：压（为主） 弯 剪 小 为与拱同跨简支梁的跨中弯矩 由 可得 0 2 0 0 0 0 0.42 0.3 8 1 2 1 0, cos sin sin cos c c c A M ql l ql f M H M V ql V V H N V H M M Hy = = = = = = − = + = − D C
拱主要受压 充分利用抗压性能好的材料,如砖、石砌体。 拱属于轴心受压或小偏心受压 对于受压性能好的材料(砖、石)是一种合理的结 构形式 按结构组成和支承方式 三铰、两铰、无铰 2.类型一一按推力由谁承受 拱是有推力的结构,拱脚支座应能可靠地传递和承受水 平推力,否则拱的结构性能将无法保证 (1)推力由拉杆承受一一拉杆拱 拉杆中的拉力=水平推力H,则支承拱的砖墙或柱不受推 力 拉杆截面: 给排水实验室 拉杆落地拱 型钢:H大时 当地质条件不好 圆钢:H小时 时,较为经济 2)推力通过刚性水平结构集中传递给拉杆 拉杆 端头拉杆 边跨屋盖
拱主要受压 充分利用抗压性能好的材料，如砖、石砌体。 拱属于轴心受压或小偏心受压 对于受压性能好的材料（砖、石）是一种合理的结 构形式 按结构组成和支承方式： 三铰、两铰、无铰 2．类型——按推力由谁承受 拱是有推力的结构，拱脚支座应能可靠地传递和承受水 平推力，否则拱的结构性能将无法保证。 （1） 推力由拉杆承受——拉杆拱 拉杆中的拉力==水平推力 H，则支承拱的砖墙或柱不受推 力。 拉杆截面： 给排水实验室 拉杆落地拱 型钢：H 大时 当地质条件不好 圆钢：H 小时 时，较为经济 （2）推力通过刚性水平结构集中传递给拉杆 拉杆 拉杆 拉杆 端头拉杆 拉杆 H 边跨屋盖 拉杆
首先 H 水平屋盖结构 两端拉杆(内部无拉杆) (3)推力由侧面框架结构承受 两铰拱 框架 崇文门菜市场 (4)推力由基础直接承受 当地质条件好 时可采用,此时基 础尺寸大,材料用 量多 3.拱轴的形式 (1)合理轴线一一在某种荷载作用下,使拱处于M=0状态 的拱轴曲线,称为拱的合理轴线。不同的结构型式 不同的荷载作用,合理轴线不同 y=1x(1-x)三铰拱:均布竖向荷载 合理轴线:抛物线
首先 H 水平屋盖结构 两端拉杆（内部无拉杆） （3）推力由侧面框架结构承受 崇文门菜市场 （4）推力由基础直接承受 当地质条件好 时可采用，此时基 础尺寸大，材料用 量多。 3．拱轴的形式 （1）合理轴线——在某种荷载作用下，使拱处于 M=0 状态 的拱轴曲线，称为拱的合理轴线。不同的结构型式、 不同的荷载作用，合理轴线不同。 三铰拱：均布竖向荷载 合理轴线：抛物线 两铰拱 框架 y x y=--x(l-x) 4f l 2
铰拱垂直于拱轴上 的均布压力 圆 合理轴线:圆弧线 实际工程中,只能根据某种主要荷载确定合理拱轴,一般 采用抛物线,使M尽可能小 (2)拱的矢高f 影响合理拱轴形状一一建筑外形 影响拱身轴力N 影响拱脚推力H的大小,三铰拱时:受力合理 H=McO/f 屋盖结构:一般取fL/5~L/7,且应>=L/10,f小,H大 常用跨度数: 下水道顶盖 公共建筑 大跨 L=1.5~2.0m 30~40m 95~200m 结构合理性 考虑 屋面做法和排水方式: 自防水:屋面坡度1/3,则f=1/6 油毡防水:屋面坡度<=1/4,f<=1/8 (沥青流淌) 4.拱身的截面形式与尺寸
三铰拱垂直于拱轴上 的均布压力 合理轴线：圆弧线 实际工程中，只能根据某种主要荷载确定合理拱轴，一般 采用抛物线，使 M 尽可能小。 （2）拱的矢高 f 影响合理拱轴形状——建筑外形 影响拱身轴力 N 影响拱脚推力 H 的大小，三铰拱时： H=Mc 0 /f 屋盖结构:一般取 f=L/5~L/7，且应>=L/10，f 小，H 大。 常用跨度数： 下水道顶盖 公共建筑 大跨 L=1.5~2.0m, 30~40m, 95~200m 结构合理性 屋面做法和排水方式： 自防水：屋面坡度 1/3，则 f=1/6 油毡防水：屋面坡度<=1/4，f<=1/8 (沥青流淌) 4．拱身的截面形式与尺寸 受力合理 考虑 圆
C一实体一矩形截面, h=(1/30~1/40)L 拱身 工字型 钢结构——格构式一一高度=(1/30~1/60)L 实体式一—高度=(1/50~1/80)L 拱身一般为等截面 无铰拱 按内力力变化,变截面 (拱身)WB与拱结构结合时,可采用波形截面 折板形截面
R．C—实体—矩形截面， ，h=（1/30~1/40）L 拱身 工字型 钢结构—— 格构式——高度=（1/30~1/60）L ——实体式——高度=（1/50~1/80）L 拱身一般为等截面 无铰拱 按内力力变化，变截面 （拱身）WB 与拱结构结合时，可采用波形截面 折板形截面 b h
(推力) 悬索一一有拉力的结构 对于受拉性能好的钢材,是一种理想的结构型式 普通用钢铰线:φ2.5、3、4、5mm的高强碳素钢筋, 每七根扭铰而成,f=1500~1800N/m2 假定索绝对柔性,任一截面均不承受M、V,只有N (拉力)。 受力特点 q 跨中截面 VEqL/2 (1)支座反力: 0 0 B 即1=y12,则=12M0、 由∑M跨中 0 , qg CH与下垂度y成反比 M →>确定合理轴线
（推力） 二、 悬索——有拉力的结构 对于受拉性能好的钢材，是一种理想的结构型式 普通用钢铰线：2.5、3、4、5mm 的高强碳素钢筋， 每七根扭铰而成，fy=1500~1800N/mm2 假定索绝对柔性，任一截面均不承受 M、V，只有 N （拉力）。 1、受力特点 （1） 支座反力： H 与下垂度 y 成反比 H 确定合理轴线 M y y C M y ql Hy ql H l Hy ql l l M q ql B V A V B V A V c 0 2 0 8 , 2 8 1 , 2 2 1 2 4 0, 2 0 0 1 = = = = = + = = = = = 或 即 则 得 跨中 由 M=0 D C D 跨中截面
当为均布竖向时,为抛物线 与简支梁M图形相似 集中力作用时,为折线 A IP P P (2)索的拉力 由 Ncos=H 所以N=H/cosa (3)受力特点 ●索网只受轴向力N,既无M,也无V; 悬索(绝对柔性),只能单向受力,承受与其垂度y方向 致的作用力 ●悬索的边缘构件必须具有一定的刚度和合理的形式,以索 网的拉力。 2、类型 边缘构件(梁) 索网 组成(索网 边缘构件 下部支撑结构下部支承结构
当为均布竖向时，为抛物线 与简支梁 M 图形相似 集中力作用时，为折线 （2）索的拉力 由 Ncosa=H 所以 N=H/cosa （3）受力特点 ⚫ 索网只受轴向力 N，既无 M，也无 V； ⚫ 悬索（绝对柔性），只能单向受力，承受与其垂度 y 方向 一致的作用力； ⚫ 悬索的边缘构件必须具有一定的刚度和合理的形式，以索 网的拉力。 2、类型 组成 索网 边缘构件 下部支撑结构 P P P 索网 边缘构件(梁) 下部支承结构
上索:垂度y 索的布置形式 下索:拱度 表面呈圆筒形凹面(1/50-1/20)L 单层悬索 构造简单,但稳定性差,采用重屋面 单曲面 (矩形建筑)双层悬索曲率相反 承重索(1/17-1/20)L 稳定索(1/20-1/25)L 按表面形式 单层 圆形平面在均布q作用下,全部N相等 圆形建筑双层圆形平面之间用圆钢或拉索联系 交叉索网(鞍形索) 3、适用范围一一大跨 用于L>=60m的建筑物 (100~150)m,经济合理 受力合理,施工方便,节约材料,造型美观 4、悬索结构(屋盖)的刚度及屋面构造 (1)屋盖的刚度和稳定 悬索是悬挂的柔性索网,故结构的刚度及稳定性较 差 风向 风吸力压力 某游泳池屋盖的风压分布图 吸力u=-16~-19
3、适用范围——大跨 用于 L>=60m 的建筑物 L=（100~150）m，经济合理 受力合理，施工方便，节约材料，造型美观 4、悬索结构（屋盖）的刚度及屋面构造 （1） 屋盖的刚度和稳定 ⚫ 悬索是悬挂的柔性索网，故结构的刚度及稳定性较 差。 吸力s=-1.6~-1.9 索的布置形式 交叉索网(鞍形索) 按表面形式 双曲面 (圆形建筑) 双层 (矩形建筑) 单曲面 单层 单层悬索 双层悬索 圆形平面在均布q作用下,全部N相等 构造简单,但稳定性差,采用重屋面 圆形平面之间用圆钢或拉索联系 曲率相反 下索:拱度 上索:垂度y 承重索(1/17-1/20)L 表面呈圆筒形凹面(1/50-1/20)L 稳定索(1/20-1/25)L 风向 风吸力 压力 某游泳池屋盖的风压分布图
所以,柔软屋盖有被掀起危险 漏水 荷载不对称时,屋盖有较大变形和波动失稳 凤、地震等动力荷载作用,可能发生共振丿破坏 ↓+++￥￥￥ 对称均布 悬链线 非对称 共振:1940年美国,塔考姆桥,L=840m,由于弱 风作用共振而破坏。 办法: (a)选择合理的结构型式一一双曲面悬索 刚度及稳定性都好 (b)对悬索施加预应力 (c)悬挂薄壳法 稳定索 内环 稳定索 承重索 承重索
所以，柔软屋盖有被掀起危险 漏水 荷载不对称时，屋盖有较大变形和波动 失稳 风、地震等动力荷载作用，可能发生共振 破坏 共振：1940 年美国，塔考姆桥，L=840m，由于弱 风作用共振而破坏。 办法： （a） 选择合理的结构型式——双曲面悬索 ——刚度及稳定性都好 （b） 对悬索施加预应力 （c） 悬挂薄壳法 悬链线 对称均布 非对称 稳定索 承重索 承重索 稳定索 内环