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為常見建築结构之一,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、圆弧拱、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。

磚砌拱
  1. 拱頂石
  2. 拱石英语Voussoir
  3. 拱背線
  4. 拱脚英语Impost (architecture
  5. 拱腹線
  6. 拱高
  7. 凈跨距
  8. 拱臺英语Abutment
萬里長城上的拱門

拱最早是出現在公元前二千年的美索不达米亚的磚建築[1],不過一直到古羅馬時期才開始有系統的將拱應用在許多建築結構中。

基本概念

拱屬於純壓力結構[2][3][4][5],可以在有大跨度的情形下,將受力轉換為各元件的壓應力,而不會有張應力。有時會稱為「拱圈作用」(arch action)[6]。當拱結構的受力帶到地面時.拱結構會對基地施下一往外的力,稱為「拱推力」。當拱的高度下降時,其往外的拱推力也會變大[7]。為了維持拱圈作用,避免拱結構倒塌,需要抑制往外的拱推力,可能是利用內部的拉桿或是外部的支撐,例如拱臺英语abutments[8]

固定拱以及鉸接拱

最常見的幾種真拱為固定拱、兩鉸拱(two-hinged arch)及三鉸拱(three-hinged arch)[9]

固定拱最常用在跨度較小的鋼筋混凝土橋以及隧道。固定拱需承受內部結構因為溫度變化產生的热胀冷缩,因此是靜不定結構[8]

兩鉸拱(two-hinged arch)最常用在大跨度的橋[8]。這種拱在其拱的底座是由鉸支承固定旳,和固定拱的底座不同,鉸支承可以旋轉[10],讓結構可以形變,以配合因為室外溫度變化產生的热胀冷缩。不過仍然會有額外的應力,因此兩鉸拱仍然是靜不定拱,不過情形比固定拱要好很多[8]

三鉸拱(three-hinged arch)不止在底座有鉸支承固定,在其頂點也有有鉸支承固定。因此可以在水平及垂直的方向變形,以配合因為室外溫度變化產生的热胀冷缩。這種拱沒有因為热胀冷缩產生的應力,因此是靜定結構[9]。三鉸拱最常用在中等跨距的拱,例如大型建築的屋頂。三鉸拱的另一個好處是鉸支承底座比固定式底座好施工,可以在中等長度範圍內使用淺的,軸承型基礎。在三鉸拱中,拱的熱热胀冷缩會讓頂點有垂直方向的位移,但二個底座不會有太大的影響,這可以簡化底座的設計[8]

類型

拱主要可以分為三拱:圓拱、尖拱以及拋物線拱。拱也可以用在拱頂拱廊[8]

圓拱也稱為半圓拱,常用在用重砌體建造的古代拱門[11]。古羅馬建築大量的使用圓拱,而且有很大的跨距。會用許多圓拱接續排列,以形成拱廊,例如古羅馬水道[12]

尖拱常出現在哥特式建筑[13]。尖拱相較於圓拱的好處,是尖拱在拱底部產生的橫向推力較小。這可以讓拱的高度提高,也可以有較多安排較密集出入口,這也是哥特式建筑的特點[14][15]

拋物線拱英语parabolic arch的原理是讓質量平均分佈在拱對地面的投影面上,其內部的壓力會使拱出現拋物線的外形。在主要的拱造形中,拋物線拱產生的橫向推力最大,但其跨距也是最大的。拋物線拱常用在需要大跨距的橋樑中[11]

結構

 
加泰罗尼亚埃布罗河畔莫拉橋上的多拱拋物線拱橋

理論上,拱可以將所有結構荷重分解成壓應力而減少消除結構內的拉應力。因此一些可以有效抵抗壓力,但不能抵抗強大拉力、剪應力和扭力的材料,如石材和混凝土,用拱結構可以跨越很長的長度。不過拱承受拉應力的能力不強[16]

拱是因為所有的重量才能可以維持其結構,因此在施工時會出現問題。有一種解決方式是在拱下方架一個框架(以往會是木頭的材質),框架的形狀完全和拱下方的曲線一致,這稱為拱模英语centring分塊拱英语Voussoir會放在拱模上,直到整個拱完成,可以支持自身的重量後,才會移除拱模。興建拱時,有時會需要鷹架,可以合併使用來支撐拱的重量。若拱的設計有問題或是施工不當,在移除拱模時,拱可能會倒塌。像在1940年代,蘇格蘭達爾馬里英语DalmallyA85公路在第一次移除拱模時就倒了[來源請求]。拱的內側曲線及下方曲線稱為拱腹線(intrados)。

舊的拱因為拱頂石的老化,有時需要再補強,這稱為bald arch英语bald arch

其他種類的拱

 
猶他州拱門國家公園的精緻拱門,是一座天然形成的拱門

盲拱英语blind arch是指一個拱的內部已被填滿,因此沒有門、窗或通道的功能。

自然界石頭也可能形成拱的形狀。天然拱是指因侵蚀作用形成的拱,不是用人工挖掘或建築而成,像美國猶他州的拱門國家公園中就有許多天然拱。

有一種特殊的拱稱為凱旋門,其建造目的是在慶祝戰爭的勝利,例如法國巴黎的巴黎凯旋门即為一例。

相關條目

參考文獻

  1. ^ Ancient Mesopotamia:Architecture. The Oriental Institute of the University of Chicago. [16 May 2012]. (原始内容于2012-05-16). 
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  3. ^ Arches and Domes. oer2go.org. [2019-07-29]. (原始内容于2019-07-29). 
  4. ^ Adriaenssens, Sigrid; Block, Philippe; Veenendaal, Diederik; Williams, Chris. Shell Structures for Architecture: Form Finding and Optimization. Routledge. 2014-03-21: 8. ISBN 9781317909385 (英语). 
  5. ^ Sandaker, Bjørn N.; Eggen, Arne P.; Cruvellier, Mark R. The Structural Basis of Architecture. Routledge. 2013-01-11: 326 [2020-09-15]. ISBN 9781135666873. (原始内容于2020-09-28) (英语). 
  6. ^ Vaidyanathan, R. Structural Analysis, Volume 2. USA: Laxmi Publications. 2004: 127 [2013-06-25]. ISBN 81-7008-584-5. (原始内容于2016-05-28). 
  7. ^ Ambrose, James. Building Structures. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. 2012: 30. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 Ambrose, James. Building Structures. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. 2012: 31. ISBN 978-0-470-54260-6. 
  9. ^ 9.0 9.1 Reynolds, Charles E. Reynolds's Reinforced Concrete Designer's Handbook. New York: Psychology Press. 2008: 41. ISBN 978-0-419-25820-9 –通过Google Books. 
  10. ^ Luebkeman, Chris H. Support and Connection Types. MIT.edu Architectonics: The Science of Architecture. MIT.edu. [3 February 2013]. (原始内容于28 October 2012). 
  11. ^ 11.0 11.1 Ambrose, James. Building Structures . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. 2012: 32. ISBN 978-0-470-54260-6. 
  12. ^ Oleson, John. The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World. US: Oxford University Press. 2008: 299. ISBN 978-0-19-518731-1. 
  13. ^ Crossley, Paul. Gothic Architecture. New Haven, CT: Yale University Press. 2000: 58. ISBN 978-0-300-08799-4 –通过Google圖書. 
  14. ^ Hadrovic, Ahmet. Structural Systems in Architecture. On Demand Publishing. 2009: 289. ISBN 978-1-4392-5944-3. 
  15. ^ MHHE. . MHHE.com. [3 February 2013]. (原始内容存档于13 March 2013). 
  16. ^ Reid, Esmond. Understanding Buildings: A Multidisciplinary Approach. Cambridge, MA: MIT Press. 1984: 12. ISBN 978-0-262-68054-7. (原始内容于2 June 2016). 

提示, 此条目的主题不是栱, 為常見建築结构之一, 型態定義為中央上半成圓弧曲線, 早期經常運用於跨逕大的橋樑或門首, 又可分為箱形, 圆弧, 雙曲, 桁架, 剛架等, 近年來, 各國於諸如橋的設計上, 除了講究安全實用外, 也強調軸線優化, 連計算, 式建築荷載橫向分佈, 使各種形式式建築於完善, 磚砌頂石石, 英语, voussoir, 背線脚, 英语, impost, architecture, 腹線高凈跨距臺, 英语, abutment, 萬里長城上的門, 最早是出現在公元前二千年的美索不达米亚的磚建築, . 提示 此条目的主题不是栱 拱為常見建築结构之一 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 圆弧拱 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 磚砌拱拱頂石拱石 英语 Voussoir 拱背線拱脚 英语 Impost architecture 拱腹線拱高凈跨距拱臺 英语 Abutment 萬里長城上的拱門 拱最早是出現在公元前二千年的美索不达米亚的磚建築 1 不過一直到古羅馬時期才開始有系統的將拱應用在許多建築結構中 目录 1 基本概念 1 1 固定拱以及鉸接拱 1 2 類型 2 結構 3 其他種類的拱 4 相關條目 5 參考文獻基本概念 编辑拱屬於純壓力結構 2 3 4 5 可以在有大跨度的情形下 將受力轉換為各元件的壓應力 而不會有張應力 有時會稱為 拱圈作用 arch action 6 當拱結構的受力帶到地面時 拱結構會對基地施下一往外的力 稱為 拱推力 當拱的高度下降時 其往外的拱推力也會變大 7 為了維持拱圈作用 避免拱結構倒塌 需要抑制往外的拱推力 可能是利用內部的拉桿或是外部的支撐 例如拱臺 英语 abutments 8 固定拱以及鉸接拱 编辑 最常見的幾種真拱為固定拱 兩鉸拱 two hinged arch 及三鉸拱 three hinged arch 9 固定拱最常用在跨度較小的鋼筋混凝土橋以及隧道 固定拱需承受內部結構因為溫度變化產生的热胀冷缩 因此是靜不定結構 8 兩鉸拱 two hinged arch 最常用在大跨度的橋 8 這種拱在其拱的底座是由鉸支承固定旳 和固定拱的底座不同 鉸支承可以旋轉 10 讓結構可以形變 以配合因為室外溫度變化產生的热胀冷缩 不過仍然會有額外的應力 因此兩鉸拱仍然是靜不定拱 不過情形比固定拱要好很多 8 三鉸拱 three hinged arch 不止在底座有鉸支承固定 在其頂點也有有鉸支承固定 因此可以在水平及垂直的方向變形 以配合因為室外溫度變化產生的热胀冷缩 這種拱沒有因為热胀冷缩產生的應力 因此是靜定結構 9 三鉸拱最常用在中等跨距的拱 例如大型建築的屋頂 三鉸拱的另一個好處是鉸支承底座比固定式底座好施工 可以在中等長度範圍內使用淺的 軸承型基礎 在三鉸拱中 拱的熱热胀冷缩會讓頂點有垂直方向的位移 但二個底座不會有太大的影響 這可以簡化底座的設計 8 類型 编辑 拱主要可以分為三拱 圓拱 尖拱以及拋物線拱 拱也可以用在拱頂及拱廊上 8 圓拱也稱為半圓拱 常用在用重砌體建造的古代拱門 11 古羅馬建築大量的使用圓拱 而且有很大的跨距 會用許多圓拱接續排列 以形成拱廊 例如古羅馬水道 12 尖拱常出現在哥特式建筑中 13 尖拱相較於圓拱的好處 是尖拱在拱底部產生的橫向推力較小 這可以讓拱的高度提高 也可以有較多安排較密集出入口 這也是哥特式建筑的特點 14 15 拋物線拱 英语 parabolic arch 的原理是讓質量平均分佈在拱對地面的投影面上 其內部的壓力會使拱出現拋物線的外形 在主要的拱造形中 拋物線拱產生的橫向推力最大 但其跨距也是最大的 拋物線拱常用在需要大跨距的橋樑中 11 三角拱 Triangular arch 圓拱或半圓拱 平圓拱 Segmental arch 拱的弧面小於半圓 不等長圆拱 尖頂拱 銳尖拱 等角拱 肩平拱 Shouldered flat arch 參見平拱 英语 Jack arch 三心花瓣拱 英语 Trefoil arch 馬蹄形拱 英语 Horseshoe arch 三心拱 Three centered arch 橢圓拱 Inflexed arch 蔥形拱 英语 Ogee 反蔥形拱 英语 Ogee 都鐸式拱 英语 Four centred arch 拋物線拱結構 编辑 加泰罗尼亚埃布罗河畔莫拉橋上的多拱拋物線拱橋 理論上 拱可以將所有結構荷重分解成壓應力而減少消除結構內的拉應力 因此一些可以有效抵抗壓力 但不能抵抗強大拉力 剪應力和扭力的材料 如石材和混凝土 用拱結構可以跨越很長的長度 不過拱承受拉應力的能力不強 16 拱是因為所有的重量才能可以維持其結構 因此在施工時會出現問題 有一種解決方式是在拱下方架一個框架 以往會是木頭的材質 框架的形狀完全和拱下方的曲線一致 這稱為拱模 英语 centring 分塊拱 英语 Voussoir 會放在拱模上 直到整個拱完成 可以支持自身的重量後 才會移除拱模 興建拱時 有時會需要鷹架 可以合併使用來支撐拱的重量 若拱的設計有問題或是施工不當 在移除拱模時 拱可能會倒塌 像在1940年代 蘇格蘭達爾馬里 英语 Dalmally 的A85公路在第一次移除拱模時就倒了 來源請求 拱的內側曲線及下方曲線稱為拱腹線 intrados 舊的拱因為拱頂石的老化 有時需要再補強 這稱為bald arch 英语 bald arch 其他種類的拱 编辑 猶他州拱門國家公園的精緻拱門 是一座天然形成的拱門 盲拱 英语 blind arch 是指一個拱的內部已被填滿 因此沒有門 窗或通道的功能 自然界石頭也可能形成拱的形狀 天然拱是指因侵蚀作用形成的拱 不是用人工挖掘或建築而成 像美國猶他州的拱門國家公園中就有許多天然拱 有一種特殊的拱稱為凱旋門 其建造目的是在慶祝戰爭的勝利 例如法國巴黎的巴黎凯旋门即為一例 相關條目 编辑拱桥 叠涩拱 天然拱 悬索桥 凱旋門參考文獻 编辑 Ancient Mesopotamia Architecture The Oriental Institute of the University of Chicago 16 May 2012 原始内容存档于2012 05 16 Chilton John Isler Heinz The Engineer s Contribution to Contemporary Architecture Thomas Telford 2000 32 ISBN 9780727728784 英语 Arches and Domes oer2go org 2019 07 29 原始内容存档于2019 07 29 Adriaenssens Sigrid Block Philippe Veenendaal Diederik Williams Chris Shell Structures for Architecture Form Finding and Optimization Routledge 2014 03 21 8 ISBN 9781317909385 英语 Sandaker Bjorn N Eggen Arne P Cruvellier Mark R The Structural Basis of Architecture Routledge 2013 01 11 326 2020 09 15 ISBN 9781135666873 原始内容存档于2020 09 28 英语 Vaidyanathan R Structural Analysis Volume 2 USA Laxmi Publications 2004 127 2013 06 25 ISBN 81 7008 584 5 原始内容存档于2016 05 28 Ambrose James Building Structures Hoboken New Jersey John Wiley amp Sons Inc 2012 30 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 8 5 Ambrose James Building Structures Hoboken New Jersey John Wiley amp Sons Inc 2012 31 ISBN 978 0 470 54260 6 9 0 9 1 Reynolds Charles E Reynolds s Reinforced Concrete Designer s Handbook New York Psychology Press 2008 41 ISBN 978 0 419 25820 9 通过Google Books Luebkeman Chris H Support and Connection Types MIT edu Architectonics The Science of Architecture MIT edu 3 February 2013 原始内容存档于28 October 2012 11 0 11 1 Ambrose James Building Structures Hoboken NJ John Wiley amp Sons Inc 2012 32 ISBN 978 0 470 54260 6 Oleson John The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World US Oxford University Press 2008 299 ISBN 978 0 19 518731 1 Crossley Paul Gothic Architecture New Haven CT Yale University Press 2000 58 ISBN 978 0 300 08799 4 通过Google圖書 Hadrovic Ahmet Structural Systems in Architecture On Demand Publishing 2009 289 ISBN 978 1 4392 5944 3 MHHE Structural Systems in Architecture MHHE com 3 February 2013 原始内容存档于13 March 2013 Reid Esmond Understanding Buildings A Multidisciplinary Approach Cambridge MA MIT Press 1984 12 ISBN 978 0 262 68054 7 原始内容存档于2 June 2016 维基共享资源中相关的多媒体资源 拱 取自 https zh wikipedia org w index php title 拱 amp oldid 72627275, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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