
vaulting
拱形圓頂(gǒng xíng yuán dǐng)是一種建築結構術語,指由拱形結構支撐或構成的半球形或近似半球形的屋頂形式。其核心特征結合了“拱形”的力學承重原理與“圓頂”的穹窿形态,常見于古典建築、宗教建築及現代大型空間設計中。
拱形(Arch)
指通過楔形砌塊(voussoir)相互擠壓形成弧狀跨越的結構,可将垂直荷載轉化為側向推力,實現大跨度支撐。在拱形圓頂中,拱作為基礎構件支撐穹頂或形成穹頂的骨架 。
圓頂(Dome)
指圍繞中心軸旋轉生成的曲面屋頂,幾何形态多為半球體、橢圓體或多瓣形。其結構需通過基座(drum)或拱券過渡到方形/多邊形平面 。
拱形圓頂的力學本質是“拱的旋轉延伸”:
典型公式表達為:
$$
F_{thrust} = frac{w cdot R}{2 tan(theta)}
$$
其中 ( w ) 為荷載, ( R ) 為曲率半徑, ( theta ) 為拱心角。
現存最完整的古羅馬混凝土拱形圓頂(直徑43.3米),頂部開眼洞(oculus)減輕自重,基座厚度逐層遞減 。
米開朗基羅設計的三層拱肋穹頂,通過石鍊(stone chains)箍束側推力 。
參考文獻
“拱形圓頂”是建築學中結合了拱形與圓頂特點的結構形式,其核心含義需從以下三方面解析:
拱形
指具有彎曲弧度的結構形态,通過将垂直壓力轉化為向外推力實現承重優化。如古羅馬引水渠的拱券結構。
圓頂
特指半球形或球形的頂部覆蓋結構,通過幾何穩定性實現大跨度空間覆蓋,典型如羅馬萬神殿穹頂。
•組合原理
圓頂由多個拱形單元圍繞中心軸旋轉組合而成,形成連續的曲面結構。這種構造使壓力沿曲面均勻分布,如伊斯坦布爾聖索菲亞大教堂的巨型穹頂。
•力學優勢
兼具拱形的側向推力分散能力與圓頂的全向承壓特性,可支撐更大跨度的無柱空間。佛羅倫薩聖母百花大教堂的42米直徑穹頂即典型應用。
•宗教建築:拜占庭式教堂常用雙層拱形圓頂營造神聖空間感
•公共建築:現代體育場館通過預應力混凝土技術實現超大跨度覆蓋
•工業建築:糧倉等倉儲設施利用其自重輕、抗風性強的特點
注:完整技術參數可參考《建築結構設計規範》相關章節。
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