拱形钢结构及节点选择

保罗·西格纳特

1. 一般规定

1、拱形钢结构的截面形式、轴线形状、节点结构和拱脚结构应根据建筑物的功能要求、荷载条件、跨度尺寸、施工方法和基础条件综合确定。

2、拱形钢结构可选用等截面或变截面的实腹截面拱、腹板开孔钢拱、钢管桁架拱、钢管混凝土拱以及上述各种形式的钢拱和拉索（或拉杆）、支柱组合而成的拉索拱结构。

3、拱形钢结构的轴线形状可以是圆弧、抛物线、椭圆、悬链线、变曲率等，拱脚约束可以采用铰接式或固定式。

4、拱形钢结构为无底拱时，其支撑柱或框架柱应有足够的刚度和承载能力钢结构节点板，以抵抗拱脚的推力。 当拱脚沉降或侧移较大时，应考虑对无铰拱和二铰拱受力性能的影响。

5、拱形钢结构的选型应考虑面外支撑的安装要求。 平面外支撑可以使用钢桁架、钢梁、檩条和屋顶板系统。

2、结构选择

1、拱形钢结构应根据荷载及荷载效应组合的控制条件，对轴线形状进行优化分析。 对于竖向荷载在整个跨度上均匀分布的控制工况，应优先考虑抛物线拱。 对于竖向荷载沿轴线均匀分布的控制工况，应优先考虑悬链拱。

2、拱形钢结构可采用实腹截面拱和腹板开腹钢拱。 实心腹板断面拱可采用工字形断面、箱形断面或圆管断面。 腹板开孔的钢拱可采用工字形断面或组合断面。 组合段的法兰可以采用钢板、圆钢管或矩形钢管的形式。 网上的开口可以是圆形、椭圆形、方形（长方形）和六边形。 异形孔等

带腹板开口的钢拱

3、钢管桁架拱可采用平面桁架和三维桁架。 三维桁架可采用三角形、矩形和梯形截面（下图）。 其弦杆、腹板可选用圆形钢管、矩形钢管或其他型钢。 斜腹板与弦杆的夹角宜控制在30～60度范围内。 里面。 对于三角形截面的钢管桁架拱，应优先选用等边三角形截面。

钢管桁架拱

4、索拱结构应综合考虑拱轴形式、跨比、主要荷载类型、支撑条件、使用功能和结构要求等因素，确定合理的索拱形式。 可以选择以下类型：

A。 由索和拱组成的张拉索拱结构；

张力索拱结构

1-电缆； 2-拱形

b. 由拉索、斜撑和拱组成的弦支撑索拱结构；

弦支撑索拱结构

1 拉索； 2-支柱； 3-拱形

C。 由拉索、索盘和拱组成的辐条式索拱结构；

辐条索拱结构

1 拉索； 2-电缆板； 3拱体

d. 一种由拉索、桥面和拱桥组成的索拱桥结构；

索拱桥结构

1 拉索； 2桥面； 3-拱形

5、辐条式索拱的垂跨比宜选择在0.3～0.5之间。 电缆盘的位置应控制在拱脚连接线上方，且应位于弧垂高度的一半附近。

6、钢管混凝土拱截面可以是单根钢管混凝土截面、哑铃形截面、桁架式截面等。哑铃形截面和桁架形截面的弦杆可以采用混凝土-充满钢管，不应将其断开。 腹杆可由圆形钢管或方形、矩形管制成（见下图）。

钢管混凝土拱

3. 节点选择

1、拱形钢结构节点的选择和设计应遵循结构简单、整体刚度好、传力清晰、安全可靠、节省材料、施工方便的原则。

2、实腹截面拱与腹板开腹钢拱的拼接节点可采用对焊连接、法兰连接或端板连接。 钢管桁架拱的弦杆应设置在全长上，腹杆与腹杆之间的连接可采用直接相贯焊或通过节点板进行。 节点结构及计算应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定。

3、索拱结构中的钢索可穿过拱段锚固在上翼缘上，也可通过卡箍或锚栓与拱或其连接板连接。 单支撑与拱的连接节点宜采用铰接。

4、支柱与钢索的连接可采用滑动节点或非滑动节点。 当支撑在索轴线平面内呈V形布置时，索与支撑宜采用滑动节点，或施工张拉后与支撑节点固定，形成非滑动节点。 当支撑为单杆并与拱铰接时，支撑与拉索的连接节点宜为非滑动节点。

5、辐条索拱结构的索盘可采用平缝、浇缝等形式。

具有辐条电缆拱结构的电缆盘

6、钢管混凝土桁架拱中，腹杆宜直接与弦杆焊接或通过节点板连接。 可以采用下图所示的结构。

钢管混凝土桁架拱腹杆与弦杆的连接

7、钢管混凝土拱跨度超过30m时，可在跨中设置翼缘拼接节点。

钢管混凝土拱中跨法兰拼接接头

4. 足弓脚的选择

1、拱脚支撑应采用传力可靠、连接简单的结构形式，并应符合计算假设。

2、拱形钢结构应考虑拱脚推力对基础（当为落地拱时）或下部结构（当位于支撑结构上时）的影响，并采取相应措施。 当拱脚推力较大且条件允许时，应安装与拱脚连接的钢绞线或钢拉杆。

3、实腹截面拱采用铰接拱脚时，可设置拱脚加劲肋，并采用销钉连接； 拱脚刚性连接时，应适当扩大拱脚截面高度，或采取设置加强筋或填充混凝土等加强措施。宜避免在拱脚附近开孔。带腹板开口的钢拱门。

4、钢管桁架拱采用铰接拱脚时，各分支可在拱脚处集中一处； 当采用刚性连接拱脚时，每个弦杆都可以刚性连接到基础上。

参考

拱形钢结构技术规程

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丁文，985结构大师钢结构节点板，高级工程师，国家一级注册结构工程师。 长期在一线从事建筑结构设计和研究工作，擅长高层结构和空间结构。

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