拱結(jié)構(gòu)在承擔(dān)豎向荷載作用時(shí)支座產(chǎn)生水平推力，利用其幾何曲線將荷載作用轉(zhuǎn)化為軸向壓力，顯著減小其彎矩和剪力，能夠充分利用材料的強(qiáng)度。隨著包頭鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，拱形鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、材料強(qiáng)度高、抗拉性能好、承載效率高、造型美觀、施工安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。

從結(jié)構(gòu)類型來(lái)看，拱形鋼結(jié)構(gòu)主要分為實(shí)腹式截面拱和桁架拱兩大類。其中實(shí)腹式截面拱包括普通截面鋼拱、腹板開(kāi)孔鋼拱及波形腹板鋼拱等多種形式。實(shí)腹式截面拱一般用于中小跨度結(jié)構(gòu)中，常用的截面形式有圓管、箱形及工字形截面等。當(dāng)有設(shè)備管線穿過(guò)或建筑美觀要求時(shí)，可選擇腹板開(kāi)孔鋼拱。波形腹板鋼拱由于腹板面外波折或波浪從而大大增強(qiáng)了腹板的面外剛度和剪切屈曲承載力。當(dāng)實(shí)腹式截面拱采用圓管或箱形截面時(shí)，可在拱身內(nèi)填充混凝土形成鋼管混凝土拱，提高其剛度和穩(wěn)定承載力，改善局部穩(wěn)定性、耐火與耐久性能。桁架拱結(jié)合了拱和桁架的雙重優(yōu)勢(shì)，以其曲線形式實(shí)現(xiàn)彎矩向軸力的轉(zhuǎn)化，并通過(guò)格構(gòu)的方式將截面彎矩轉(zhuǎn)化為弦桿的軸力，具有更高的結(jié)構(gòu)承載效率，常用于超大跨度空間結(jié)構(gòu)中，如體育館、影劇院、候車廳等。

拱的受力與其軸線形式、矢跨比和拱腳邊界條件等密切相關(guān)。拱軸線形式的確定原則是，在滿足建筑外觀要求的前提下，在主要荷載工況下盡量減小截面的彎矩，以軸壓受力為主。常規(guī)的拱軸線形式有圓弧形、拋物線形、懸鏈線形和橢圓形等。矢跨比對(duì)拱內(nèi)力大小與分布影響很大，一般需要根據(jù)建筑外觀、承載效率、基礎(chǔ)條件和通航限制等各方面因素綜合確定。關(guān)于矢跨比的取值，當(dāng)鋼拱的跨度一定時(shí)通常存在使其穩(wěn)定承載力最高的最優(yōu)矢跨比。

拱形鋼結(jié)構(gòu)的軸壓特征明顯，其穩(wěn)定性計(jì)算成為設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，主要包括局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性兩方面。局部穩(wěn)定對(duì)于實(shí)腹式截面拱表現(xiàn)為翼緣或腹板的鼓曲，對(duì)于鋼管桁架拱表現(xiàn)為腹桿或弦桿的屈曲。整體穩(wěn)定性包括拱軸線的平面內(nèi)穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定。當(dāng)屋面檁條、屋面板或支撐提供足夠的平面外約束、限制拱截面的面外位移和扭轉(zhuǎn)時(shí)，只需驗(yàn)算拱的平面內(nèi)穩(wěn)定性。當(dāng)面外無(wú)支撐或支撐不足時(shí)，整個(gè)鋼拱或支撐間拱段會(huì)發(fā)生面外的空間彎扭失穩(wěn)破壞，成為穩(wěn)定設(shè)計(jì)的控制因素。拱形鋼結(jié)構(gòu)通常在全跨均布豎向荷載作用下具有較好的平面內(nèi)穩(wěn)定承載性能。

關(guān)于拱的截面類型，一般選擇雙軸對(duì)稱的工字形開(kāi)口截面或者圓管、箱形閉合截面?？紤]拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定時(shí)，采用閉合截面將獲得較高的自由扭轉(zhuǎn)剛度與平面外彎曲剛度，還可以灌入混凝土形成鋼管混凝土拱。拱形鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循構(gòu)造簡(jiǎn)單、整體剛度好、傳力明確、安全可靠、節(jié)約鋼材和施工方便等原則，節(jié)點(diǎn)選型可參照其他鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式，例如鋼管桁架拱可以參考鋼管桁架梁柱的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理方法。拱腳應(yīng)采用傳力可靠、連接簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)形式，其構(gòu)造措施應(yīng)保證與計(jì)算假定一致，鉸接時(shí)應(yīng)保證拱腳位置具有充分的自由轉(zhuǎn)動(dòng)能力，同時(shí)可以有效傳遞剪力和軸力，而固接時(shí)應(yīng)保證其能可靠傳遞彎矩，反之則需要根據(jù)實(shí)際拱腳構(gòu)造情況在計(jì)算中考慮節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角特性。對(duì)于非落地拱形鋼結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)重視下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確保下部支承結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度和承載力以抵抗拱腳推力，當(dāng)拱腳沉降或側(cè)移較大時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)無(wú)鉸拱與兩鉸拱受力性能的影響?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 249—2011）涵蓋了結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)選型、荷載效應(yīng)分析、強(qiáng)度及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、制作安裝及工程驗(yàn)收等各方面內(nèi)容，可作為拱形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。