環(huán)形鋼桁架天橋總體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

黎杰群

（佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)人民政府，廣東佛山 528231）

0 前言

近年來(lái)，我國(guó)城市交通日趨發(fā)達(dá)，為提高城市路網(wǎng)的通行能力、確保行人過(guò)街安全方便，城市人行過(guò)街設(shè)施的建設(shè)日益增多，其中主要的就是人行天橋的建設(shè)。城市人行天橋的建設(shè)對(duì)提高車(chē)輛運(yùn)行速度、實(shí)現(xiàn)人車(chē)分流、改善交通擁擠狀況，提高城市居民步行質(zhì)量等有良好交通和社會(huì)效益。

對(duì)交通繁忙，多條主干道匯聚的平交路口，環(huán)形天橋可以解決各方向人流的通行問(wèn)題，形成車(chē)流和人流立體交叉，路口范圍各功能區(qū)也可由人行廊道直接連接。比如上海陸家嘴天橋、深圳春花天橋，武漢小東門(mén)天橋等。

本文從佛山市某天橋入手，分析這類天橋主要的設(shè)計(jì)理念，并對(duì)該類型天橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

天橋設(shè)計(jì)需要解決五個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）妥善安排車(chē)流、人流：

連接各方向人流，解決人車(chē)立體交叉的問(wèn)題，并滿足弱勢(shì)人群過(guò)街的需要。

（2）緊密連接周?chē)δ軈^(qū)

連接交叉路口各功能區(qū)，形成各種建筑、廣場(chǎng)見(jiàn)的廊道，提升周邊地塊的功能。

（3）在夾縫中做好細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

城市中心區(qū)寸土寸金，建筑、管線密集，人行道狹窄，天橋在完善功能的條件下需見(jiàn)縫插針。

（4）成為城市風(fēng)景線

由于環(huán)形天橋的體量較大，造型獨(dú)特，本身即能形成城市景觀小品。解決好這三個(gè)方面的問(wèn)題，就基本解決了環(huán)形天橋的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

（5）結(jié)構(gòu)合理，造價(jià)經(jīng)濟(jì)

環(huán)形天橋受力本身較復(fù)雜，再加上景觀要求，對(duì)天橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高。再加上我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件的限制，天橋總體造價(jià)也不宜過(guò)高。

通過(guò)解剖依托工程，對(duì)以上五個(gè)問(wèn)題逐個(gè)解決，可為以后的工程提供一定的借鑒。

1 妥善安排車(chē)流、人流

本橋所處平交路口位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的佛山某鎮(zhèn)中心，G321、G325和兩條地方道路匯聚于此，車(chē)流可通往五個(gè)方向。周?chē)虡I(yè)、公園、政府行政密集，人、車(chē)流量巨大，重車(chē)多。除車(chē)流、人流的交叉外，還有沿街行進(jìn)的人流、進(jìn)入各建筑的人流和過(guò)街人流之間的交叉關(guān)系，見(jiàn)圖1。

圖1 天橋地理位置示意圖

1.1 天橋形式的確定

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，G325、G321車(chē)流量較大，過(guò)境重車(chē)較多，對(duì)行人較為危險(xiǎn)。兩條市政道路車(chē)流量相對(duì)較小。解決該處人車(chē)分流問(wèn)題，可采用在國(guó)道上設(shè)置獨(dú)立的天橋；以環(huán)島中心為廣場(chǎng)，形成輻射型天橋等多種方案。但最終確定了環(huán)形天橋方案，這是因?yàn)榄h(huán)形天橋由以下優(yōu)勢(shì)：

（1）環(huán)形天橋流線最為簡(jiǎn)單，行人從任一點(diǎn)上橋，均可直達(dá)目的地，有效解決了人流交匯問(wèn)題。

（2）環(huán)形天橋?qū)?chē)流最為有利。這種形式不僅有效的解決了人車(chē)分流問(wèn)題，使得車(chē)流更為通暢，而且在橋墩全部布設(shè)在分隔帶和人行道范圍內(nèi)，對(duì)車(chē)流沒(méi)有影響。

（3）環(huán)形天橋分孔布墩方便，最好的結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)條件。

（4）環(huán)形天橋造型最為簡(jiǎn)潔美觀。

因此，雖然有行人流線稍長(zhǎng)的特點(diǎn)，但在復(fù)雜道路路口，環(huán)形天橋仍然是較為合理的天橋方案。

1.2 人流升降方式和橋下慢行系統(tǒng)

本橋連接的人行道共有五處。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通發(fā)大廈、新都匯、公園三處為主要升降位置，設(shè)置了較為完備的升降方案；其余兩處一方面人流較少，另一方面通往主要升降位置僅需跨越城市道路，因此只留了垂直升降電梯。

根據(jù)具體的情況，對(duì)主要升降采取了不同的處理措施。通發(fā)大廈為政府行政服務(wù)中心，人流較大，但北側(cè)人行道為廊道，無(wú)法布設(shè)梯道；因此通發(fā)大廈采用了天橋直接接入服務(wù)大廳的方式。新都匯側(cè)前往購(gòu)物的人流可由連接天橋直接進(jìn)入商場(chǎng)，市政人流可通過(guò)歩梯、扶梯、垂直升降電梯升降。公園處設(shè)置了歩梯和垂直升降電梯。

除此之外，人流升降方式還考慮了無(wú)障礙設(shè)計(jì)，包括垂直升降電梯和盲道、盲文指示牌等。

升降系統(tǒng)的布設(shè)，還應(yīng)考慮地面行人上下方便的問(wèn)題和過(guò)路人流順暢的問(wèn)題。應(yīng)結(jié)合地形、地物反復(fù)比選。

通過(guò)上述分析可知：天橋建設(shè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，解決好各方向人流、車(chē)流的問(wèn)題和人流升降的問(wèn)題。在交通復(fù)雜的多叉路口，環(huán)形天橋是有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方案。

本橋就是一個(gè)較為典型的案例。圖2是本橋布設(shè)的平面圖。本橋修建前，路口交通組織主要由信號(hào)燈控制，人行過(guò)街路線復(fù)雜，時(shí)常出現(xiàn)人車(chē)搶道、交通混亂的情況，存在很大的安全隱患，該區(qū)域常期駐守交警疏通交通。通過(guò)環(huán)形天橋、配合連接線的方法，解決了該處天橋人流、車(chē)流交叉的問(wèn)題，行走便捷、安全。

圖2 設(shè)置環(huán)形天橋后的人行交通

2 成為周?chē)δ軈^(qū)整合的紐帶

環(huán)形天橋由于其四通八達(dá)的特點(diǎn)，已不僅是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的過(guò)街橋梁，更是各區(qū)域間整合的紐帶。因此，要根據(jù)各區(qū)域不同的功能需求和建設(shè)條件，選擇天橋跟區(qū)域的對(duì)接方式。

本橋交叉口周邊有公園、購(gòu)物廣場(chǎng)、步行街、大酒店、行政服務(wù)中心等重要建筑物，是該地區(qū)最繁華最復(fù)雜的交叉口之一，集中了商業(yè)、休閑、辦公、行政等多種城市功能要素。天橋的連接方式見(jiàn)表1。

表1 周邊主要建筑物與天橋?qū)臃绞奖?/p>

（1）鎮(zhèn)行政服務(wù)中心是由位于交叉口西側(cè)的大樓改造成為，為公共性建筑體系，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期人流密集，建筑物內(nèi)部設(shè)置全天候開(kāi)放式廊道，方便行人上、下天橋。本天橋與該大樓改造同期實(shí)施，按照功能齊全、改動(dòng)最小、經(jīng)濟(jì)合理的原則，天橋直接接入大廈二樓。

（2）購(gòu)物廣場(chǎng)是該鎮(zhèn)目前最高端的商業(yè)廣場(chǎng)之一，是該地塊的商業(yè)核心，目前主要的人群聚集、人流出入都集中在此處，位于交叉口南側(cè)偏東。天橋無(wú)法直接接入該商業(yè)建筑，因此采用附加連接線的方式溝通天橋與建筑，接線的主體構(gòu)造和造型與主橋基本一致，整體感觀協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（3）大酒店、公園和步行街分別位于交叉口東側(cè)、北側(cè)和西南側(cè)，由于酒店具有一定的私密性，公園和步行街均為地表建筑，因此主要考慮采用樓梯、電梯等方式落地后接入。

總之，環(huán)形天橋設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分利用其交通樞紐的優(yōu)勢(shì)，盡可能的將周?chē)δ軈^(qū)整合在一起。

3 做好細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，減少對(duì)周邊的影響

除水文、地質(zhì)、材料等建設(shè)條件外，城市天橋所處地塊往往是建筑密集，管線縱橫、人行道狹窄的區(qū)域，可供利用的條件較少。在有接入建筑需求時(shí)，又受限于建筑的層高、地下室、接入位置等條件。而且，考慮到對(duì)周?chē)用裆畹挠绊?，又要盡量考慮對(duì)環(huán)境的保護(hù)，并減小施工對(duì)車(chē)行、人行的影響。因此要特別注意細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。本天橋的幾個(gè)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

（1）與周邊建筑、構(gòu)筑物的關(guān)系處理

此處以通發(fā)大廈為例，受限于原通發(fā)大廈的改造因素，天橋無(wú)法與大廈三層相連接，與通發(fā)大廈的二層之間高差達(dá)到了0.95 m，大廈距離路邊僅5.55 m。受限于道路凈空要求，天橋標(biāo)高無(wú)法降低，因此天橋與大廈之間的連接坡度達(dá)到1：4.35，局部設(shè)置了梯道，為滿足無(wú)障礙坡道的要求，設(shè)置了1.6 m寬的無(wú)障礙坡道，部分坡道設(shè)置于通發(fā)大廈內(nèi)側(cè)與大廈廊道接順。坡道示意見(jiàn)圖3。

（2）天橋與地下管線的關(guān)系處理

總體布設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量考慮避天橋下部結(jié)構(gòu)避讓管線，但仍有不少管線無(wú)法避開(kāi)，綜合考慮管線改遷成本等因素，對(duì)部分橋墩、承臺(tái)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。如 Pm3橋墩緊鄰10 kV高壓電纜溝，如進(jìn)行拆遷，則價(jià)格昂貴，周期較長(zhǎng)。設(shè)計(jì)中采用了橋墩、蓋梁及承臺(tái)的特殊結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4，雖然增加了結(jié)構(gòu)費(fèi)用，但總投資較少，施工較為快捷。

（3）天橋橋位處原有功能區(qū)域的恢復(fù)

天橋設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少對(duì)地區(qū)內(nèi)原有功能的影響。如交叉口北側(cè)的公園內(nèi)原有一座廁所，現(xiàn)天橋設(shè)計(jì)過(guò)程中，需將舊廁所拆除，考慮到廁所對(duì)整個(gè)交叉口范圍內(nèi)景觀的影響，將整個(gè)廁所平面結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)成為異形，使之完全處在天橋及梯道平面范圍以下，將其遮蔽、弱化，在滿足公園使用功能的前提下，達(dá)到較為優(yōu)秀的景觀效果。

綜上所述，天橋設(shè)計(jì)中應(yīng)充分結(jié)合周邊建設(shè)條件，做好細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

4 做好造型設(shè)計(jì)，是天橋融入城市景觀

環(huán)形天橋往往位于城市中心區(qū)多條主干道匯聚的地方，這就要求天橋不能僅僅停留在功能的層面，還應(yīng)成為城市景觀小品，和周?chē)ㄖ榻蝗?，交相輝映。

本天橋就位于該地區(qū)最繁華的區(qū)域之一，區(qū)域內(nèi)集政治、經(jīng)濟(jì)、生活休閑多種因素于一身，因此對(duì)天橋的景觀有著很高的要求。天橋的景觀設(shè)計(jì)主要是從以下幾個(gè)方面考慮的：

（1）從總體設(shè)計(jì)上考慮景觀因素

綜合各種條件，天橋采用了橢圓形的平面布置，天橋整體圓潤(rùn)而不失變化，體現(xiàn)了天橋柔美的一面。天橋主橋采用了輕盈通透的鋼桁架結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了橋梁陽(yáng)剛的一面。剛?cè)峤Y(jié)合，展示了天橋的結(jié)構(gòu)美。

（2）從細(xì)節(jié)小品上考慮景觀因素

天橋周邊均為現(xiàn)代建筑，因此采用了現(xiàn)代風(fēng)格的裝飾方案，鋁塑板外包、追逐LED彩燈、洗墻燈，具有嶺南風(fēng)格的鋼藝裝飾，這些裝修小品，使天橋融入了現(xiàn)代化的城市景觀之中，又帶有自己鮮明的個(gè)性，成為了城市中靚麗的風(fēng)景線。

（3）天橋橫跨交通要沖，連接高聳的大廈，天橋上的行人也會(huì)駐足欣賞周?chē)慕志暗脑竿?。天橋上設(shè)置了觀景平臺(tái)，正對(duì)通發(fā)大廈的LED顯示屏，顯示屏中展示的區(qū)域文化記錄片與兩側(cè)國(guó)道繁忙的交通向人們展示了該城市文化和經(jīng)濟(jì)蓬勃的發(fā)展勢(shì)頭，天橋既是城市一景，同時(shí)也是觀景的一個(gè)優(yōu)質(zhì)平臺(tái)。

對(duì)美的理解仁者見(jiàn)仁，但本橋依據(jù)的既融入周?chē)坝^，又具有自己個(gè)性的設(shè)計(jì)思路，不失為可供參考的案例。圖5為天橋效果圖。

圖5 天橋效果圖

5 結(jié)構(gòu)安全合理，造價(jià)經(jīng)濟(jì)

天橋采用了全長(zhǎng)260.419 m的鋼桁架連續(xù)梁，跨徑組合為5m+18m+30m+33m+30m+33m+30m+30.5m+27.5m+13.5m+9.918m。桁架全高4.075 m，梁寬為6.4 m(含兩側(cè)各0.8 m的挑出花槽)。為節(jié)省工期，減少對(duì)道路的影響，主梁采用了工廠分段預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方案。

環(huán)形天橋空間體系，尤其是不封口的環(huán)形結(jié)構(gòu)，扭矩、橫彎等空間效應(yīng)顯著。桁架體系抗扭剛度較小，對(duì)空間效應(yīng)的影響更為明顯。在設(shè)計(jì)中，為充分分析結(jié)構(gòu)的受力特性，對(duì)該天橋建立空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，模型見(jiàn)圖6。

圖6 主橋空間計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)的變形見(jiàn)圖7，桁架結(jié)構(gòu)跨中最大豎向位移為0.053 m,位于Pm03墩與Pm04墩之間，小于鋼橋容許變形值1/600，因此鋼桁架結(jié)構(gòu)的剛度是滿足要求的。

圖7 成橋狀態(tài)恒載+人群荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形圖

構(gòu)件沿軸向的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8、圖9。最大組合應(yīng)力為168.5MPa，最小組合應(yīng)力為-169.8MPa，均小于鋼材的容許應(yīng)力210 MPa，因此人行天橋的強(qiáng)度是滿足要求的。

圖8 最大組合應(yīng)力圖

圖9 最小組合應(yīng)力圖

計(jì)算得到成橋狀態(tài)時(shí)豎向震形一階震動(dòng)頻率為3.8 Hz，對(duì)應(yīng)的震型圖見(jiàn)圖10。

圖10 第一階豎向振型圖,3.8 Hz

天橋豎向自振頻率大于3Hz，滿足規(guī)范的要求。

經(jīng)計(jì)算，天橋各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文所述的環(huán)形天橋現(xiàn)已基本完工。天橋在一定程度上解決了路口處人車(chē)混雜，通行效率低，風(fēng)險(xiǎn)較大的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)本天橋的設(shè)計(jì)，可以得出一下的結(jié)論：

（1）在交通復(fù)雜的多叉路口，環(huán)形天橋可以使人流、車(chē)流有效分離，使人流較為順暢，同時(shí)適應(yīng)建設(shè)條件，是具有有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方案。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)梳理清流線和交叉點(diǎn)，并做好升降設(shè)計(jì)和橋下慢行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（2）應(yīng)充分利用環(huán)形天橋四通八達(dá)的優(yōu)勢(shì)，因此，要根據(jù)各區(qū)域不同的功能需求和建設(shè)條件，根據(jù)各天橋連接區(qū)域不同的功能需求和建設(shè)條件，合理選擇天橋跟區(qū)域的對(duì)接方式，使環(huán)形天橋成為各區(qū)域間整合的紐帶。

（3）天橋設(shè)計(jì)中應(yīng)充分結(jié)合周邊建設(shè)條件，做好細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，減少對(duì)周邊原有環(huán)境的影響。

（4）環(huán)形天橋往往地處城市中心，本身又具有一定的體量，應(yīng)盡量做成城市景觀小品，既融入城市景觀之中，又具有自己鮮明的個(gè)性。

（5）環(huán)形天橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)也較高。設(shè)計(jì)中，要細(xì)致分析結(jié)構(gòu)受力，確保結(jié)構(gòu)安全，減少造價(jià)。

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