橋梁結(jié)構(gòu)的造型設(shè)計

萬大學(xué)

摘要：橋梁作為一種跨越障礙物的設(shè)施，除了具有一定的交通功能外，還應(yīng)該包括橋梁造型設(shè)計，即包含景觀功能和美學(xué)價值，尤其在一些大的沿江、沿海城市，一座造型設(shè)計成功的橋梁往往是一個城市的地標(biāo)性建筑?？v觀歷史，可以發(fā)現(xiàn)一些造型優(yōu)美的橋梁已成為文化遺產(chǎn)，記載著名族精神，也是技藝水平的見證。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計;力學(xué)性能;美學(xué)價值;傳力路徑;造型

前 ?言

橋梁作為道路交通網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點，其在保證道路通暢方面發(fā)揮著不可磨滅的作用。但隨著社會經(jīng)濟水平和人民生活質(zhì)量的提高，橋梁在交通系統(tǒng)中飾演的角色也悄無聲息地發(fā)生了變化。在滿足功能要求的同時，橋梁造型的設(shè)計成為橋梁工程師們關(guān)心的問題。因此，對橋梁進行造型設(shè)計具有很好的現(xiàn)實意義。通過對橋梁建筑藝術(shù)的剖析，提出了橋梁建筑藝術(shù)的美學(xué)原則，分析了橋梁建筑藝術(shù)風(fēng)格的時代性、民族性和地域性，介紹了橋梁建筑的造型要素，從而揭示了橋梁建筑藝術(shù)意蘊豐富的內(nèi)涵。

一、力學(xué)性能分析

無論橋梁結(jié)構(gòu)是否進行造型設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)滿足功能要求，在設(shè)計使用年限內(nèi)不發(fā)生破壞，保證通路交通的通暢都是至關(guān)重要的。因此，在進行造型設(shè)計的同時也不可避免要對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，一個合理的結(jié)構(gòu)是進行造型設(shè)計的基礎(chǔ)，也只有建立在合理橋梁結(jié)構(gòu)之上的造型設(shè)計才具有價值，才能在滿足交通要求的同時，給予人們美的享受。

在進行力學(xué)性能設(shè)計時必須要保證幾條原則：

1.傳力路徑要明確

橋梁從結(jié)構(gòu)受力上可以分為梁橋、拱橋、斜拉橋和吊橋。無論是那種橋梁結(jié)構(gòu)形式，可以清晰發(fā)現(xiàn)，其傳力路徑都是非常明確的。梁橋以受彎為主，拱橋以受壓為主，而斜拉、吊橋則以受拉為主。

2.造型設(shè)計不參與結(jié)構(gòu)受力

為了保證結(jié)構(gòu)具有明確的傳力路線，在進行造型設(shè)計時應(yīng)盡量保證其不參與結(jié)構(gòu)受力。使其具有較為純粹的功能，即僅提供美學(xué)價值。

3.主要受力構(gòu)件無需進行造型設(shè)計

為了保證結(jié)構(gòu)的受力合理性及結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，對橋梁結(jié)構(gòu)中的主梁、主塔、斜拉索等一系列主要的承力、傳力構(gòu)件應(yīng)盡量避免其參與造型設(shè)計。綜上可知：橋梁造型設(shè)計是體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)美學(xué)價值的過程，對結(jié)構(gòu)具有更高層次意義。但進行造型設(shè)計必須以力學(xué)性能分析為依據(jù)，保證結(jié)構(gòu)合理的前提下，通過一定程度的造型設(shè)計，是橋梁成為一個奇葩。因此，力學(xué)性能分析是基礎(chǔ)，是進行造型設(shè)計的關(guān)鍵步驟。

二、橋梁造型設(shè)計

橋在形態(tài)上的一個特征是構(gòu)造形式的多樣化，不同構(gòu)造形式的橋自然而然的有不同的使用范圍，因此，橋型的多樣性是非常引人注目的。由于文化背景、自然條件的不同，可看出不同國家的風(fēng)格，也可看出因時代的潮流、技術(shù)變遷而產(chǎn)生的明顯差異。

1.梁橋

提到橋梁結(jié)構(gòu)，人們總是會聯(lián)想到那些大跨度，線型優(yōu)美的懸索、斜拉或拱橋。但基于統(tǒng)計資料，可以發(fā)現(xiàn)世界上絕大多數(shù)為梁橋結(jié)構(gòu)。這主要是因為梁橋具有結(jié)構(gòu)形式簡單、受力明確等優(yōu)點。這就給橋梁造型設(shè)計帶來了一定的困難。如城市中的高架橋，上部結(jié)構(gòu)過于單一，外加粗壯的橋墩結(jié)構(gòu)常會給人以壓迫感，缺少柔和感。鑒于此，國內(nèi)外不少學(xué)者對于高架橋的造型設(shè)計進行研究，成功案例不勝枚舉。再加上橋梁斷面向下變大，給人以穩(wěn)定感。最終橋梁造型設(shè)計中的輕盈體現(xiàn)的淋漓盡致。因此，對于梁橋結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合具體的橋梁，根據(jù)其所在場地、自然環(huán)境進行造型設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)的簡單、大方而又不乏穩(wěn)重。

2.斜拉橋

真正斜拉橋發(fā)展起源于第二次世界大戰(zhàn)以后。斜拉橋?qū)嶋H上是彈性支撐的連續(xù)梁。一般斜拉橋結(jié)構(gòu)均包括主塔、斜拉索、主梁三部分組成，因此對斜拉橋進行造型設(shè)計也應(yīng)從這三個角度出發(fā)。尤其是主塔的縱、橫橋向布置和斜拉索的形態(tài)均可作為造型設(shè)計的出發(fā)點。

拉索的布置形態(tài)主要包括：豎琴形、輻射形、扇形、不對稱形索等。橋塔，從橫向看，有柱式、門式、A形、倒Y形及菱形等。具體進行斜拉橋的造型設(shè)計要結(jié)合周圍自然環(huán)境和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。和梁橋相比斜拉橋的造型設(shè)計具有多角度的特點，即不單單可以從主梁上進行設(shè)計，還可以對拉索、主塔等結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。這些都無形中給斜拉橋的造型設(shè)計提供的基礎(chǔ)，但同時也增大了設(shè)計的難度，和整體協(xié)調(diào)性的統(tǒng)一。

3.拱橋

“長虹臥坡”是人們對拱橋的一個美麗描述，拱橋在我國有著悠久的發(fā)展歷史，這主要取決于其受力特點，以壓為主，結(jié)合我國很多山區(qū)石材豐富，因此發(fā)展迅速，如著名的趙州橋。

拱橋因其自身的結(jié)構(gòu)形式猶如彩虹，為一帶狀結(jié)構(gòu)，因此進行造型設(shè)計時其本身就是一條亮麗的風(fēng)景線。拱橋根據(jù)其拱肋與橋面系的位置關(guān)系可以分為上承式、中承式和下承式三種，三種結(jié)構(gòu)形式均有自己的造型設(shè)計特點。

葡萄牙附近的Mariapia橋和法國南部的Garabit橋，均由埃菲爾設(shè)計。兩座橋的共同點是拱肋、梁、柱都采用桁架結(jié)構(gòu)，橋墩低端斷面尺寸加大，和埃菲爾鐵塔有異曲同工之妙。桁架拱型橋梁較為成功的是位于悉尼的Harbour橋作為地標(biāo)建筑。因此，對于拱橋的造型設(shè)計，應(yīng)放在對主拱圈的設(shè)計，以及橋面系與主拱圈位置關(guān)系的構(gòu)造。

4.懸索橋

吊橋，近代稱懸索橋，自古就有。近代吊橋通過吊桿將橋面結(jié)構(gòu)懸吊于主纜，因此在自重作用下，主纜的線形基本上為拋物線，其猶如倒置的拱肋，因此吊橋是具有曲線形式美的。有人根據(jù)在懸索橋上驅(qū)車行駛的心里感受，譜寫出懸索橋主旋律，體現(xiàn)了連續(xù)、富于節(jié)奏、反復(fù)、和諧的旋律。懸索橋特有的形態(tài)特征為：流暢、輕快、極富心理誘導(dǎo)力的曲線主旋律;排列有序的吊桿，變現(xiàn)出連續(xù)反復(fù)、節(jié)奏優(yōu)美的主旋律;凌空氣勢磅礴的形態(tài)，體現(xiàn)柔中濟剛、輕盈飄逸的總體造型。懸索橋從結(jié)構(gòu)上包括主纜、主塔、吊桿和加勁主梁，因此對懸索橋進行造型設(shè)計要從各部分結(jié)構(gòu)出發(fā)。本文以橋塔造型設(shè)計為例進行說明。

橋塔設(shè)計應(yīng)以簡單、大方為依據(jù)，不易設(shè)置過多的橫梁，由于橫橋向剛度的要求，橫梁的設(shè)置有時則是必須的，此時則要盡量保證其外形與主塔塔柱的協(xié)調(diào)。湘西矮寨大橋，其主塔采用門式結(jié)構(gòu)，主要考慮與周邊自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性。美國金門大橋，其主塔采用階梯型，且依次減小，具有建筑結(jié)構(gòu)的特色。懸索橋的其他結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和橋塔一致，即保證結(jié)構(gòu)安全的同時，應(yīng)保證與周邊自然、人文環(huán)境的協(xié)調(diào)性，全橋線性的流暢、舒展。

四、結(jié)論

本文通過對各種橋型各自特點的簡單分析、結(jié)合橋型的特色對造型設(shè)計的原則進行總結(jié)。主要包括以下幾點：

1.力學(xué)能力分析是依據(jù)

進行造型設(shè)計應(yīng)以保證結(jié)構(gòu)安全為前提。橋梁作為交通系統(tǒng)中不可獲取的一部分，其主要功能是保證交通的通暢，因此必須保證結(jié)構(gòu)的安全。

2.與周邊自然環(huán)境協(xié)調(diào)

橋梁結(jié)構(gòu)具有龐大性，無論其位于郊區(qū)的公、鐵系統(tǒng)中，還是位于市區(qū)，都占據(jù)很大的自然空間，因此保證結(jié)構(gòu)與周邊自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性具有很好的意義。

3.橋梁結(jié)構(gòu)自身特色

對橋梁進行造型設(shè)計時應(yīng)結(jié)合橋梁自身的特色進行，并保證設(shè)計后的橋梁結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一的流暢性、整體性。

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