3、拱结构的应用

图1-19所示的棚室顶盖呈曲线的外形。为什么要采用这种拱结构呢？

棚室结构一般多采用拱。拱结构，即中间高四周低呈弧形的曲面。拱结构对承受荷载有利。荷载压力作用于拱上，圆拱再把力传到其四周的支撑点上。例如雪荷载，它是作用在屋面上的垂直荷载。屋面上积雪的程度不仅与降雪量有关，而且与屋面形状和坡度有关。屋面拱度愈大，积雪愈浅，雪压愈小。又比如风荷载，拱的弧形屋面同样要比平板形屋面有利（受力小）。

多注意观察，你就会发现：在较大的跨度情况下，建筑物多采用拱结构。这样的结构既有利于承载，有美观。

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单杠和棚室屋架，其结构所承受的外力主要有拉力、压力和弯曲力。实际上，结构因其所负荷载形式的不同，相应承受的外力还有很多其他的力。

例如，桥的荷载有人、车及载重物、冰雪、大风等。因此，桥除承受拉力、压力、弯曲力之外，还承受因荷载分布不均匀、不对称而产生的扭力。

又如，梯子的横梁，除了承受压力、弯曲力之外，在横梁与支柱的两个交接处还要承受剪切力。大坝与此类似，除承受河水作用的压力外，由于水深的变化还要承受剪切力。

试一试

列举几种结构承受不同外力的例子。

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梁、拱的受力示意图

1．梁的受力与变形

为了区别拉应力和压应力，常以“+”表示拉应力，以“－”表示压应力。

图1-23梁的变形与应力

梁受力后，一部分受压力而缩短，另一部分受拉力而伸长。两部分之间有一层不缩短也不伸长，称为中性层。

图1-24梁的危险截面

对于整个梁来说，弯矩最大的横截面上的应力也最大，这个截面称为危险截面。

图1-25悬臂梁的受力变形

在相同荷载作用下，梁越长，梁的变形越大。

图1-26梁的变形与长度的关系

梁的变形和其剖面尺寸有关。梁的变形量和水平方向尺寸成反比；和垂直方向尺寸的立方成反比。

因此，若要加强梁的抗变形能力，将材料加在高度上，会比加在宽度上有效。

图1-27梁的变形量和梁的高度及宽度的关系

梁抗变形能力和材料有关。木材和钢材，都能够抵抗压力和拉力，适合做梁。混凝土和石材，较能抵抗压力，却无法抗拉力。因此，要在混凝土梁上加钢筋，以避免产生裂变，它们通常被安排在拉力一侧。

未配筋的混凝土梁（底部有裂痕）

梁底部配筋

图1-28拉力加强示意图

梁的变形和材料的弹性系数成反比。铝的弹性系数是钢的弹性系数的1/3。

(a)钢梁    (b)铝梁

图1-29不同材质的变形

荷载越靠近梁的中央，变形量就越大。

(a)    (b)

图1-30荷载位置与梁变形量的关系