拱以曲杆抗衡并传递外力给支座,故铰支座不仅承受竖向力,并有相当大的水平向外的拱脚推力,其合力就位于拱轴曲线在支座点的切线方向上。拱形屋顶建造被广泛用于工业厂房、仓储库房、体育场馆、集贸市场、车库机库等,它无梁无擦、空间高大开阔,可以随意分割组合,使用方便,自重轻、刚性强、弹性好、抗震性能优越等特点。拱形屋面还具有承压效果,拱所承受的荷载不同,其压力曲线的线形也不相同,一般按恒载下压力曲线确定;在活载作用下,拱内力可能产生弯矩,这时铰的设置就会影响拱内弯矩的分布状况。与刚架相仿,只有地基良好或两侧拱肢处有稳定边跨结构时才采用无铰拱,这种拱很少用于新颖美观拱形屋顶建造。双铰拱应用较多,为适应软弱地基上支座沉降差及拱拉杆变形,好采用静定结构的三铰拱。拱以曲杆抗衡并传递外力给支座,故铰支座不仅承受竖向力,并有相当大的水平向外的拱脚推力,其合力就位于拱轴曲线在支座点的切线方向上。拱脚有推力是其主要力学特征之一,矢高f越小,推力越大。一次超静定的双铰拱,支座的垂直或水平位移均会引起内力变化,对支座在推力作用下无变位的要求就更严格。由此可见,为了使拱保持正常工作,务必确保其支座能承受住推力而不位移,故拱脚推力的结构处理,是拱结构设计的中心问题。
拱形屋顶学名金属薄壁拱型屋盖是近几年来从国外引进和发展起来的一种新型的屋盖结构,国内目前大跨度可达36m,它与传统结构相比,有着自重轻、安装容易、造型美观、施工周期短、抗震性能好、造价低廉、环境污染少、免维护等综合优势。新颖美观拱形屋顶建造作为建设部2001年科技成果推广项目,在近年来有了长足的发展,目前施工技术已日臻成熟。作为冷弯型钢结构的一个分支,新颖美观拱形屋顶建造结构早在十九世纪八十年代就开始为人类所用,金属拱型波纹屋盖结构属于冷弯型钢结构范畴并有着很久的应用历史。
金属拱形屋顶广泛应用于工业厂房、粮食仓库、批发市场、体育场馆和飞机库等多种领域,在工业、商业、军用及民用设施方面有大大推广潜力。1955年美国首先将这种结构应用于军事,后来转为民用,我国于90年代初期引进这种结构。这种新型结构,由于波纹的存在,结构受力比较复杂,在国内尚未形成统一的计算模型、计算公式和分析方法。近年来由于设计理论不统一,不能保证工程质量,工程事故频繁出现。拱型屋顶是开口薄壁结构,对于金属拱形屋顶的失稳问题,是设计人员和用户非常关心的问题。所以关于金属拱形屋顶的临界载荷的研究工作,是一项非常重要的工作。拱形屋顶建造的动力计算,在国内有关刊物上并不多见。本文着重分析金属拱形屋顶的固有频率,研究波纹对于新颖美观拱形屋顶固有频率的影响,为分析金属拱形屋顶结构的振动响应奠定了基础。
无梁拱之拱形所承受的荷载不同,其压力曲线的线形也不相同,一般按恒载下压力曲线确定;在活载作用下,拱内力可能产生弯矩,这时铰的设置就会影响拱内弯矩的分布状况。与刚架相仿,只有地基良好或两侧拱肢处有稳定边跨结构时才采用无铰拱,这种保定新颖美观拱形屋顶很少用于房屋建筑。双铰拱应用较多,为适应软弱地基上支座沉降差及拱拉杆变形,好采用静定结构的三铰拱。拱以曲杆抗衡并传递外力给支座,故铰支座不仅承受竖向力,并有相当大的水平向外的拱脚推力,其合力就位于拱轴曲线在支座点的切线方向上。拱脚有推力是其主要力学特征之一,矢高f越小,推力越大。新颖美观拱形屋顶一次超静定的双铰拱,支座的垂直或水平位移均会引起内力变化,对支座在推力作用下无变位的要求就更严格。由此可见,为了使拱保持正常工作,务必确保其支座能承受住推力而不位移,故拱脚推力的结构处理,是拱结构设计的中心问题。
网架主要用于大、中跨度的公共建筑中,例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等,中小型工业厂房也开始推广应用。跨度越大,采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类:一类是由平面桁架系组成,有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向新颖美观拱形屋顶四种形式;二类由四角锥体单元组成,有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式;第三类由三角锥体单元组成,有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。新颖美观拱形屋顶建造按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架,其中以钢网架用得较多。