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

從結構類型來看，拱形鋼結構主要分為實腹式截面拱和桁架拱兩大類。其中實腹式截面拱包括普通截面鋼拱、腹板開孔鋼拱及波形腹板鋼拱等多種形式。實腹式截面拱一般用于中小跨度結構中，常用的截面形式有圓管、箱形及工字形截面等。當有設備管線穿過或建筑美觀要求時，可選擇腹板開孔鋼拱。波形腹板鋼拱由于腹板面外波折或波浪從而大大增強了腹板的面外剛度和剪切屈曲承載力。當實腹式截面拱采用圓管或箱形截面時，可在拱身內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。桁架拱結合了拱和桁架的雙重優(yōu)勢，以其曲線形式實現(xiàn)彎矩向軸力的轉化，并通過格構的方式將截面彎矩轉化為弦桿的軸力，具有更高的結構承載效率，常用于超大跨度空間結構中，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。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。矢跨比對拱內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、基礎條件和通航限制等各方面因素綜合確定。關于矢跨比的取值，當鋼拱的跨度一定時通常存在使其穩(wěn)定承載力最高的最優(yōu)矢跨比。

拱形鋼結構的軸壓特征明顯，其穩(wěn)定性計算成為設計中的關鍵問題，主要包括局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性兩方面。局部穩(wěn)定對于實腹式截面拱表現(xiàn)為翼緣或腹板的鼓曲，對于鋼管桁架拱表現(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穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定。當屋面檁條、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時，只需驗算拱的平面內穩(wěn)定性。當面外無支撐或支撐不足時，整個鋼拱或支撐間拱段會發(fā)生面外的空間彎扭失穩(wěn)破壞，成為穩(wěn)定設計的控制因素。拱形鋼結構通常在全跨均布豎向荷載作用下具有較好的平面內穩(wěn)定承載性能。

關于拱的截面類型，一般選擇雙軸對稱的工字形開口截面或者圓管、箱形閉合截面?？紤]拱形鋼結構的平面外穩(wěn)定時，采用閉合截面將獲得較高的自由扭轉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。拱形鋼結構的節(jié)點設計應遵循構造簡單、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)點選型可參照其他鋼結構節(jié)點形式，例如鋼管桁架拱可以參考鋼管桁架梁柱的節(jié)點構造處理方法。拱腳應采用傳力可靠、連接簡單的節(jié)點形式，其構造措施應保證與計算假定一致，鉸接時應保證拱腳位置具有充分的自由轉動能力，同時可以有效傳遞剪力和軸力，而固接時應保證其能可靠傳遞彎矩，反之則需要根據(jù)實際拱腳構造情況在計算中考慮節(jié)點的彎矩-轉角特性。對于非落地拱形鋼結構，尚應重視下部結構的設計，確保下部支承結構具有足夠的剛度和承載力以抵抗拱腳推力，當拱腳沉降或側移較大時，應考慮對無鉸拱與兩鉸拱受力性能的影響?，F(xiàn)行行業(yè)標準《拱形鋼結構技術規(guī)程》（JGJ/T 249—2011）涵蓋了結構與節(jié)點選型、荷載效應分析、強度及穩(wěn)定性設計、制作安裝及工程驗收等各方面內容，可作為拱形鋼結構設計的參考依據(jù)。