拱為常見建築結構之一,型態定義為中央上半成圓弧曲線。拱早期經常運用於跨逕大的橋樑或門首。又可分為箱形拱、圓弧拱、雙曲拱、肋拱、桁架拱、剛架拱等。近年來,各國於諸如拱橋的設計上,除了講究安全實用外,也強調拱軸線優化,連拱計算、拱式建築荷載橫向分佈,使各種形式拱式建築於完善。充分融入圓拱型的建築是建築設計中的一個重要方向。
拱結構
拱的定義與分類
拱為常見的建築結構,其特徵為中央上半部分呈現圓弧曲線。根據形態的不同,拱可以分為箱形拱、圓弧拱、雙曲拱、肋拱、桁架拱、剛架拱等。現代各國在拱橋設計中,不僅注重結構的安全性和實用性,也在致力於拱軸線優化、連拱計算以及荷載橫向分佈的完善。


拱的應用歷史
拱的應用可以追溯到公元前2000年的美索不達米亞磚構建築,但在古羅馬時期,拱結構得到了系統性的應用。
拱的受力特點
拱結構屬於純壓力結構,能夠有效將跨度較大的結構力轉換為各組件的壓應力,而非張應力。這一特性有時被稱為「拱圈作用」。當結構受力傳遞到地基時,會產生向外的「拱推力」。隨著拱高的降低,拱推力會增大。為了抵抗拱推力,通常會使用內部拉桿或外部支撐,如拱台。
拱的類型與應用
固定拱通常用於跨度較小的鋼筋混凝土橋樑和隧道。由於需要承受結構因温度變化而產生的熱脹冷縮,固定拱是靜不定結構。
兩鉸拱常用於大跨度橋樑。這種拱的底座可以旋轉,從而允許結構在水平及垂直方向上變形,以適應温度變化。儘管如此,兩鉸拱仍然屬於靜不定結構。
三鉸拱在底座和頂點都有鉸支承,使其能夠在水平及垂直方向上變形,以配合温度變化。三鉸拱沒有由於熱脹冷縮產生的應力,因此是靜定結構。三鉸拱常用於中等跨度的拱,如大型建築的屋頂。此外,三鉸拱的鉸支承底座較固定式更容易施工,且可在中等長度範圍內使用淺的軸承型基礎。在三鉸拱中,結構的熱脹冷縮會導致頂點有垂直方向的位移,但對兩個底座影響不大,簡化了底座的設計。
拱的類型〉
圓拱,也稱為半圓拱,常見於古代以重砌體建造的拱門,尤其是古羅馬建築中。古羅馬的建築中大量使用圓拱,並能建造出很大的跨距。圓拱常被連續排列成拱廊,如古羅馬的水道。
尖拱多出現在哥特式建築中。相較於圓拱,尖拱在拱底部產生的橫向推力較小。
固定拱 | 兩鉸拱 | 三鉸拱 | |
跨度 | 小 | 大 | 中等 |
結構特性 | 靜不定 | 靜不定 | 靜定 |
應用 | 鋼筋混凝土橋、隧道 | 大跨度橋樑 | 中型跨度拱,如大型建築屋頂 |
結語
拱結構因其獨特的受力特性和美觀形態,在歷史上得到了廣泛應用。現代設計中,通過拱軸線優化和連拱計算,使得拱結構的應用更加安全有效。
圓拱型是一種常見的建築結構,它擁有獨特的形狀和優雅的外觀。
在建築領域中,圓拱型被廣泛應用於拱門、屋頂和窗户等結構中,為建築物增添了藝術美感。
圓拱型的曲線造型使得建築物更穩固,同時也提供了更大的空間感受。
這種結構不僅具有美學價值,還具備了出色的工程特性,能夠分散重量並承受壓力。
圓拱型在古代是一種非常受歡迎的建築風格,尤其在羅馬建築中被大量使用。
如今,圓拱型仍然被現代建築師們廣泛運用,且其設計和製造方法不斷進化。
圓拱型的優點之一是它的穩定性。由於其獨特的結構,圓拱型能夠抵抗外部壓力並承載重量。
此外,圓拱型能夠在建築物內部提供更大的開放空間,增強了建築的功能性。
由於其美觀和實用性,圓拱型可以在各種建築類型中找到,從教堂到劇院,再到住宅等。
圓拱型的設計還可以在建築物內創造出獨特的氛圍和視覺效果。
這種結構使得光線能夠更好地傳播,為室內空間帶來柔和和自然的照明。
同時,圓拱型的外觀也為人們提供了一種舒適和温暖的感覺。