文档介绍：拱式结构体系
在本小节中我们要给大家介绍拱式结构体系的组成、优缺点及适用范围；拱式结构体系的合理布置原则及及受力特点。
在房屋建筑和桥梁工程中，拱是一种十分古老而现代仍在大量应用的结构型式。它是以受轴向压力为主的结构，这对于混凝土、砖、的荷载作用下，使拱截面内仅有轴力没有弯矩，满足这一条件的拱轴线称为合理
拱轴线。
了解合理拱轴线这个概念，有助于我们选择拱的合理形式。
对于不同的结构型式（三皎拱、两皎拱和无皎拱），在不同的荷载作用下，拱的合理轴线是不同的。对于三饺拱，在沿水平方向均布的竖向荷载作用下，合理拱轴线为一抛物线，见图1-35a。在垂直于拱轴的均布压力作用下，合理拱轴线为圆弧线，见图1-35b。
图1-35拱的合理轴线
在房屋建筑中拱结构的轴线一般采用抛物线，其方程为:
y=4f
x(l-x)(1-5)
式中：f一拱轴的矢高；l一拱轴的跨度。
拱的矢高
不同的建筑对拱的形式要求不同，有的要求扁平，矢高小；有的则要求矢高大。合理拱轴的曲线方程确定之后，可以根据建筑的外形要求定出拱轴的矢高。以三皎拱为例，在沿水平方向均布的竖向荷载作用下，拱的合理轴线为二次抛物线，。
由此可见，矢高对拱的外形影响很大。它直接影响建筑造型和构造处理。
矢高还影响拱身轴力和拱脚推力的大小。水平推力H与失高f成反比。
因此，设计时确定矢高大小，不仅要考虑建筑外形要求，还要考虑结构的合理性。
拱是有推力结构，因此拱脚支座必须能够可靠地承受传递水平推力，否则拱式结构的受力性能无法保证。
如果能将结构处理的手法与建筑功能和艺术形象融合起来，通过对结构的袒露和艺术来收到建筑造型优美的效果则更佳。
一般，抗推力结构的处理方案有下列四种。
水平推力由拉杆直接承担
这是最安全可靠的方案，能确保拱在任何情况下正常工作。另一优点是，其支承结构（墙、柱、刚架等）顶部无水平推力H作用，只承担竖向力，故支承结构的用料最省、最经济（图图1-36拱脚水平推力由拉杆承担
（a）室内拉杆拱（b）
地下拉杆拱
带拉杆（尤其预应力拉杆较粗）拱的主要缺点，是其室内空间（净高与内景）欠佳，故其应用受到限制，多用于食堂、礼堂、仓库、车间等建筑。
推力由水平结构承担
本方案的目标是尽量少设拉杆，让水平推力由拱脚标高平面内的水平结构（圈梁、挑檐板、边跨现浇钢筋混凝土楼屋盖等）承担（图1-37）,使拱脚以下的墙、柱、刚架等竖向结构顶部不承受水平推力。本方案比上一方案用料较多，造价较高，但由于拱内无拉杆，可获得较大的室内建筑空间。
图1-37拱脚水平推力由山墙内的拉杆承担（北京展览馆电影厅）
推力由竖向结构承担
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，对竖向结构的变形要求比强度要求更严。竖向结构应有极大刚度，极小变形。其基础应扩大，使地基应力尽量趋于均匀，其最大与最小应力相差不能过大，不致使竖向结构倾斜，以保证拱脚水平位移极小，避免拱内弯矩变化过大。这是对竖向结构的总要求。
抗推力竖向结构有下列几种型式：
跨度较大、拱脚推力较大时，采用斜柱墩方案，既传力直接，用料经济合理，又造型轻巧新颖。
近年来，我国一些体育、展览建筑采用双皎拱或三皎拱（尤其钢拱较多），不设拉杆支承在斜柱墩上，这种结构最早用于云南体育馆，后又陆续用于内蒙、天津、沈阳等地田径练****馆中，跨度40〜53m。斜柱秦俑博物馆展览厅的67m跨三皎钢拱，就支承在斜柱墩上（图1-38），。这种斜挑柱，承担拱脚推力，可减少柱弯矩，受力非常合理。
图1-38陕西、临潼，秦俑博物馆展览厅
当拱跨较大，且其旁侧有边建筑（如走廊、办公室、休息小厅、大厅等）时，就可让拱
脚推力传给边跨结构、靠它把推力均匀传布开去。这些抗推力的边跨竖向结构，可以是单层或多层的墙体，也可以是单层或多层的、单跨或多跨的刚架（图1-39）,或其它各种结构。
而这些抗推力竖向结构的侧向刚度要足够大，以保证其在推力下侧移极小。
图1-39北京崇文门菜市场
推力直接传给基础一一落地拱
对于落地拱，当地质条件较好或拱脚水平推力较小时，拱的水平推力可直接作用在基础上，通过基础传给地基。为了更有效地抵抗水平推力，防止基础滑移，也可将基础底面做成斜坡状，如图1-40所示。
落地拱的上部作屋盖，下部作外墙柱，不仅省去了抵抗拱脚推力的水平结构与竖向结构，而且由于拱脚推力的标高一直下降到皎基础，使基础处理大大简化。这是落地拱的结构特点，也是其所以经济有效的根源，对大跨度拱尤其显著。故一般大跨度拱几乎全都采用落地拱。
无论是双皎的或三皎的落地拱，其拱轴线形都采用悬链线或抛物线。
当拱脚推力较大