
vaulting
拱形圆顶(gǒng xíng yuán dǐng)是一种建筑结构术语,指由拱形结构支撑或构成的半球形或近似半球形的屋顶形式。其核心特征结合了“拱形”的力学承重原理与“圆顶”的穹窿形态,常见于古典建筑、宗教建筑及现代大型空间设计中。
拱形(Arch)
指通过楔形砌块(voussoir)相互挤压形成弧状跨越的结构,可将垂直荷载转化为侧向推力,实现大跨度支撑。在拱形圆顶中,拱作为基础构件支撑穹顶或形成穹顶的骨架 。
圆顶(Dome)
指围绕中心轴旋转生成的曲面屋顶,几何形态多为半球体、椭圆体或多瓣形。其结构需通过基座(drum)或拱券过渡到方形/多边形平面 。
拱形圆顶的力学本质是“拱的旋转延伸”:
典型公式表达为:
$$
F_{thrust} = frac{w cdot R}{2 tan(theta)}
$$
其中 ( w ) 为荷载, ( R ) 为曲率半径, ( theta ) 为拱心角。
现存最完整的古罗马混凝土拱形圆顶(直径43.3米),顶部开眼洞(oculus)减轻自重,基座厚度逐层递减 。
米开朗基罗设计的三层拱肋穹顶,通过石链(stone chains)箍束侧推力 。
参考文献
“拱形圆顶”是建筑学中结合了拱形与圆顶特点的结构形式,其核心含义需从以下三方面解析:
拱形
指具有弯曲弧度的结构形态,通过将垂直压力转化为向外推力实现承重优化。如古罗马引水渠的拱券结构。
圆顶
特指半球形或球形的顶部覆盖结构,通过几何稳定性实现大跨度空间覆盖,典型如罗马万神殿穹顶。
•组合原理
圆顶由多个拱形单元围绕中心轴旋转组合而成,形成连续的曲面结构。这种构造使压力沿曲面均匀分布,如伊斯坦布尔圣索菲亚大教堂的巨型穹顶。
•力学优势
兼具拱形的侧向推力分散能力与圆顶的全向承压特性,可支撑更大跨度的无柱空间。佛罗伦萨圣母百花大教堂的42米直径穹顶即典型应用。
•宗教建筑:拜占庭式教堂常用双层拱形圆顶营造神圣空间感
•公共建筑:现代体育场馆通过预应力混凝土技术实现超大跨度覆盖
•工业建筑:粮仓等仓储设施利用其自重轻、抗风性强的特点
注:完整技术参数可参考《建筑结构设计规范》相关章节。
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