關(guān)于城市異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)的探討

時(shí)黎明

安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥 230092

在城市建設(shè)規(guī)劃逐漸推進(jìn)過程中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求逐漸增多，不僅需要滿足地方交通與發(fā)展，還要符合城市景觀功能。因此，設(shè)計(jì)人員越來越重視城市人行景觀橋梁設(shè)計(jì)，通過先進(jìn)計(jì)算方法與研究工具體現(xiàn)出景觀橋梁美觀功能。在城市異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員著重研究環(huán)境協(xié)調(diào)、橋梁功能和藝術(shù)特點(diǎn)等，為特定目標(biāo)群體設(shè)置獨(dú)特橋梁造型，從而滿足客戶使用體驗(yàn)。

1 工程概況

本文以某城市旅游景區(qū)內(nèi)景觀橋梁為工程案例，對異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。該旅游景觀橋梁位于城西山區(qū)，景區(qū)內(nèi)部有一條貫穿的河流，主要通過景觀橋梁設(shè)計(jì)連接河對岸，為游客旅游觀光提供便利。景觀橋梁位置在景區(qū)入口位置，該橋梁屬于景區(qū)內(nèi)部形象工程之一，設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)必須體現(xiàn)出橋梁的獨(dú)特性。

2 景觀天橋設(shè)計(jì)研究

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

異形人行景觀橋梁是三維空間作品，在橋梁形式和橋梁內(nèi)容設(shè)計(jì)方面必須保持標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性與協(xié)調(diào)性。因此，在城市異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)過程中需要對周邊環(huán)境進(jìn)行考慮，從美學(xué)角度進(jìn)行橋梁造型方案設(shè)計(jì)，結(jié)合造型進(jìn)行異形結(jié)構(gòu)形式合理選擇。在本旅游景觀橋梁設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》進(jìn)行人群載荷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并對欄桿水平與豎向力進(jìn)行考慮。該異形人行景觀橋梁橋面寬度為4m，在橋下設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到游船通航需求，設(shè)置為12×3m2，橋梁安全等級(jí)設(shè)置為I級(jí)，期限為100年，鋼結(jié)構(gòu)防腐年限設(shè)置為20年。在景觀天橋設(shè)計(jì)方面，主要從視覺角度進(jìn)行鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以鋼材、混凝土、鋼筋等為主要材料[1]。在主橋梁設(shè)計(jì)方面需要采用防水涂料進(jìn)行橋面防水設(shè)計(jì)，涂層厚度可控制在1.5～2.0mm，防腐年限設(shè)置為15年。鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝見下表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝

2.2 設(shè)計(jì)方案

在城市異形人行景觀天橋設(shè)計(jì)方面，需要從本土性、輕盈性與活力等方面考慮綜合設(shè)計(jì)理念，確定橋梁基礎(chǔ)功能與美觀功能等。因?yàn)樵摌蛄簩儆诼糜尉坝^一角，所以在橋梁外形設(shè)計(jì)方面必須體現(xiàn)出自然、和諧等設(shè)計(jì)理念，使游客在穿過橋梁過程中能夠置身于自然環(huán)境之中，享受自然帶來的和諧美。在設(shè)計(jì)方案制定過程中，需要對城市異形人行景觀橋梁周邊環(huán)境進(jìn)行考慮，在造型設(shè)計(jì)過程中融入周邊環(huán)境特點(diǎn)。該橋梁周圍地塊屬于開發(fā)區(qū)，已經(jīng)興建起多個(gè)小區(qū)、商業(yè)設(shè)施等，周圍環(huán)境風(fēng)貌偏向于休閑、現(xiàn)代化，主要以生活?yuàn)蕵窞榘l(fā)展中心。因此，在橋型方案設(shè)計(jì)方面需要以簡約、現(xiàn)代感和沖擊力等為研究視角，從橋梁結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)體現(xiàn)出環(huán)境效果。在景觀天橋橋梁平面設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以通過兩端弧形曲線設(shè)計(jì)連接，將橋梁分為引橋與主橋兩部分，以主橋外形設(shè)計(jì)體現(xiàn)出異形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在橋梁步道設(shè)置方面，本研究主要選擇木材進(jìn)行鋪地設(shè)計(jì)，通過統(tǒng)一材料形成連貫體，從視覺上體現(xiàn)出簡約、美觀效果。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 主橋空間設(shè)計(jì)

在城市異形人行景觀橋梁主橋空間設(shè)計(jì)過程中，本研究采用空間異形拱橋設(shè)計(jì)方式，橋面中心線位置在圓曲線中，橫斷面橫向設(shè)置與寬度均設(shè)置為5.5m，跨徑設(shè)置為121.4m，主橋空間曲線半徑為69.5m。主拱拱肋平面軸線設(shè)置為二次拋物線，水平夾角設(shè)置為70°。在主梁斷面設(shè)置方面，設(shè)計(jì)人員選擇單懸臂鋼箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行非對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)曲線和主拱相連，中間吊桿設(shè)置為15根。該景觀橋梁地理位置較好，淺層土主要有礫砂與粉質(zhì)黏土，深埋地下7～8m便可以看到花崗巖。主墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成深井結(jié)構(gòu)，高度有7.3m，平面尺寸為12×8m2，有利于維持主拱推力平衡，便于施工方施工。在斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，本研究采用鉆石形鋼箱斷面，斷面外輪尺寸設(shè)置為1.8×2.4m2，板厚25mm。在拱橋吊裝施工設(shè)計(jì)方面，將橋梁劃分成7段，從而為施工方吊裝提供方便。主梁曲線設(shè)計(jì)成單懸臂鋼箱梁斷面，側(cè)寬與頂寬分別為2.45、2.3m，斷面寬高分別為1.4、4.75m。斷面腹板與頂?shù)装鍢?biāo)準(zhǔn)厚度都是12mm，中支點(diǎn)周圍局部加厚厚度控制在16～20mm。在景觀天橋全橋設(shè)計(jì)過程中，需要設(shè)置橫隔板，間距為2.25m，曲線內(nèi)部設(shè)置耳板進(jìn)行吊桿連接。通過成品索進(jìn)行主拱和主梁連接，兩端位置均設(shè)置成叉耳式，安全系數(shù)必須超過2.5，通過空間放樣測試明確耳板與吊桿構(gòu)造處理方式[2]。在拱腳位置設(shè)置鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并在拱腳周圍設(shè)置槽型鋼筋和剪力釘，從而增強(qiáng)握裹力。

3.2 異形平面設(shè)計(jì)

在景觀橋梁平面設(shè)計(jì)方面，常規(guī)人行天橋主要以人行通道功能為主，通過直線橋梁設(shè)置滿足行人交通需求。相對于異形平面設(shè)計(jì)而言，常規(guī)天橋橋梁跨徑相對較小，在平面設(shè)置過程中能夠滿足城市景觀橋梁工程設(shè)計(jì)規(guī)范。在異型橋梁平面布置時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)功能需要適當(dāng)增加橋梁跨徑，導(dǎo)致橋梁縱向剛度相對減少，難以滿足基頻規(guī)范需要。在橋梁彎曲設(shè)置方面，橋梁橫面可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致側(cè)向傾覆，容易對景觀橋梁使用造成不利影響。在固定支座設(shè)置方面，風(fēng)載荷與恒載會(huì)產(chǎn)生水平反力，因此城市異形人行景觀橋梁必須擁有反力拱效應(yīng)。因?yàn)樘鞓蛑骺缈缍确秶^大，設(shè)計(jì)人員想要保留城市景觀效果，就需要對主梁建筑高度進(jìn)行限制。在異形平面設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量減少主梁受力，不斷提升全橋剛度。在異形塊設(shè)置方面，需要在各橋墩位置處設(shè)計(jì)異形塊，通過異形塊將上下結(jié)構(gòu)連接起來，以保障全橋結(jié)構(gòu)體系安全可靠[3]。異形塊區(qū)域內(nèi)受力比較復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員通過整體變高截面進(jìn)行計(jì)算研究，橋墩和主梁連接處高度分別為0.9、0.6m。在壓重段鋼梁設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員需要對壓重段長度進(jìn)行考慮。若壓重段長度較長，則鋼梁底板與腹板位置可能會(huì)存在鼓脹變形現(xiàn)象，這可能會(huì)對橋梁正常使用造成不良影響，需要通過布局加強(qiáng)處理防止鋼梁變形。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

在城市異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員可以通過軟件進(jìn)行整體模型計(jì)算。在橋面板結(jié)構(gòu)計(jì)算研究方面，設(shè)計(jì)人員可以通過空間板單元進(jìn)行模擬分析，利用修改材料容重進(jìn)行挖孔模擬研究。在異形人行景觀橋梁施工流程劃分方面，設(shè)計(jì)人員需要從施工和運(yùn)營方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，確定橋梁結(jié)構(gòu)剛度、內(nèi)力與應(yīng)力等。在板單元模擬分析過程中，設(shè)計(jì)人員無法通過有限元計(jì)算分析鋼筋作用。在橋梁施工流程計(jì)算方面，設(shè)計(jì)人員需要通過載荷組合獲得內(nèi)力，根據(jù)城市景觀橋梁設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定指標(biāo)進(jìn)行橋面板特征值、承載力與使用性能研究。在異形橋梁計(jì)算方面，平面體系無法滿足城市景觀橋梁計(jì)算精度需求，需要通過三維模擬分析軟件進(jìn)行立體空間結(jié)構(gòu)研究，計(jì)算全橋受力情況。計(jì)算荷載內(nèi)容主要有風(fēng)荷載、雪荷載、溫度與恒載等。比如，在風(fēng)荷載計(jì)算方面，計(jì)算人員需要對公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行了解，根據(jù)橋梁風(fēng)荷載規(guī)定要求計(jì)算出風(fēng)荷載數(shù)值。在荷載組合研究方面，需要將風(fēng)荷載、雪荷載與溫度等組合起來，對極限狀態(tài)下荷載組合情況計(jì)算出來。同時(shí)，計(jì)算人員需要對橋梁空間結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行計(jì)算，了解各結(jié)構(gòu)構(gòu)件不利組合下的應(yīng)力值，確保異形景觀橋梁結(jié)構(gòu)承載能力在預(yù)估范圍內(nèi)，確定全橋受力不利位置。

4 結(jié)語

綜上可知，異形人行景觀橋梁設(shè)計(jì)主要為滿足城市行人交通需要，從橋梁基礎(chǔ)功能與美學(xué)角度等方面進(jìn)行異形結(jié)構(gòu)布局。不同地區(qū)城市景觀橋梁需求不一樣，設(shè)計(jì)人員需要從地形條件、地域特色與設(shè)計(jì)要求等方面進(jìn)行綜合考慮，對橋梁外形、材料與結(jié)構(gòu)等進(jìn)行合理設(shè)置。在異型橋梁設(shè)計(jì)過程中，不可避免會(huì)涉及到計(jì)算、載荷分布與結(jié)構(gòu)選擇等問題，需要設(shè)計(jì)人員具備專業(yè)理論基礎(chǔ)與實(shí)踐能力，以保障設(shè)計(jì)方案完整、可靠。