柏果樹河景觀橋梁方案優(yōu)化設(shè)計

劉 軍，高海亮，劉海萍

[1.青島市市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，山東 青島266000；2.青島西海岸發(fā)展（集團(tuán)）有限公司，山東 青島266000]

1 工程概況

柏果樹河景觀橋位于青島市東方影都影視制作區(qū)內(nèi)，橋址沿線擁有優(yōu)質(zhì)的旅游文化資源，且靠近青島西海岸新區(qū)商業(yè)、文化中心。柏果樹河景觀橋?yàn)閰^(qū)域天際線重點(diǎn)打造的景觀節(jié)點(diǎn)。

2 橋梁方案

該橋梁方案以影視文化為契機(jī)，通過橋梁造型“如夢如幻，時空之門”的優(yōu)美姿態(tài)，展現(xiàn)出影視基地“屹立東方、走向世界”的影視浪漫思緒。該橋梁在方案創(chuàng)作階段將建筑外形與周邊文化結(jié)合，形成片區(qū)“美”與“雅”的載體[1]。

柏果樹河景觀橋全長85m。主橋采用鋼箱梁，跨徑布置為25m+60m=85m（見圖1）。主橋橫斷面布置為2.0m（吊桿區(qū)）+2.5m（人行道）+11m（車行道）+2.5m（人行道）+2.0m（吊桿區(qū)）=20m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁，橋梁靠近濱河西路一側(cè)設(shè)環(huán)形索塔。索塔為側(cè)傾拱肋，傾斜角度為25°（見圖2）。拱肋由內(nèi)拱肋及外拱肋組成，拱軸線采用橢圓線擬合；內(nèi)、外拱肋斷面采用梯形斷面，外拱肋平面內(nèi)橢圓短半徑為16m，長半徑為17.654m；橋面以上拱肋凈高21m[2]。

圖1 橋梁方案縱斷面布置圖

圖2 橋梁方案圖

3 建筑設(shè)計

3.1 片區(qū)定位

橋梁位于青島東方影都產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，橫跨柏果樹河道連接濱河?xùn)|西路。影視產(chǎn)業(yè)園占地200hm2，外景區(qū)有歐陸風(fēng)情、明清古都、阿拉伯世界等多個外景區(qū)。

3.2 建筑理念

（1）隨著上世紀(jì)無數(shù)經(jīng)典影視作品贏得市場好評，銀鹽感光膠片與電影文化早已深度融合，傳統(tǒng)膠片已成為電影行業(yè)代名詞。20世紀(jì)80年代，數(shù)字電影誕生使傳統(tǒng)工法逐步退出歷史舞臺。但膠片的文化概念已深入人心，該景觀橋?qū)⒛z片與圓形拱肋的造型結(jié)合，形成獨(dú)特的設(shè)計思路。

（2）電影與歷史的記錄在時間軸上總是交融在一起，以影視作品為載體可以突破時空的限制，放飛人類思緒，在歷史的長河中漫步。該景觀橋第二個設(shè)計靈感為時空之門，凸顯產(chǎn)業(yè)園區(qū)文化底蘊(yùn)。

（3）舞臺光效的發(fā)展為影視藝術(shù)表現(xiàn)力提升，以及戲劇理念發(fā)展提供廣闊的前景。長期以來，設(shè)計者與導(dǎo)演意圖的溝通,通常在平面二維表述、口頭闡述與探討中進(jìn)行。上世紀(jì)50年代以后，逐漸由紙型向立體的較為準(zhǔn)確的模型過渡,使導(dǎo)演與設(shè)計者之間的思維交往有了明確的演劇空間概念。該景觀橋第三個設(shè)計思路通過設(shè)置拉索的布置，體現(xiàn)舞臺光效的設(shè)計理念；配合夜景亮化設(shè)計，提高整體設(shè)計效果。

結(jié)合片區(qū)定位提取文化元素，將膠片、時空、舞臺光效三個元素進(jìn)行整合，并在方案設(shè)計階段進(jìn)行提煉[3]（見圖3）。

圖3 建筑理念：膠片、時光之門、舞臺光效之圖示

4 橋梁優(yōu)化

4.1 支座布置

為實(shí)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)三跨布置，應(yīng)對索塔、橋梁下部結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。方案優(yōu)化階段對增設(shè)立柱、增設(shè)拱肋牛腿兩種方式進(jìn)行比選（見圖4）。

圖4 增設(shè)立柱或拱助牛腿方案圖

（1）在索塔內(nèi)側(cè)增加墩柱，預(yù)應(yīng)力箱梁至橋梁墩柱傳力路徑簡潔，但增加墩柱對景觀效果影響較大。基礎(chǔ)頂為索塔拱腳及墩柱共同作用區(qū)域，傳力路徑繁瑣。

（2）將預(yù)應(yīng)力箱梁以下索塔斷面沿橋梁橫向加寬，增設(shè)索塔牛腿。將上部結(jié)構(gòu)支座反力通過牛腿與索塔軸力合并后傳至基礎(chǔ)頂，路徑簡潔明確。在索塔內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿，對景觀效果的影響降至最低；缺點(diǎn)為牛腿節(jié)段構(gòu)造復(fù)雜，需采用BIM進(jìn)行正向設(shè)計[4]。

經(jīng)比選后采用拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿的處理方式。

4.2 結(jié)構(gòu)計算

該橋梁結(jié)構(gòu)采用三維有限元計算軟件MIDAS Civil2019進(jìn)行計算分析，拱肋及主梁采用梁單元模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件，斜拉索采用桁架單元模擬。橋梁汽車荷載采用城-A級，人群荷載按現(xiàn)行《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》規(guī)定取值。全橋共離散為753個單元和641個節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)模型及計算結(jié)果如圖5所示。

（1）主拱、主梁應(yīng)力均小于規(guī)范限值，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；（2）主梁活載位移小于規(guī)范限值，主梁剛度滿足規(guī)范要求；（3）吊桿安全系數(shù)大于規(guī)范限值，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；（4）結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定分析滿足規(guī)范要求。

圖5 主橋有限元模型及計算結(jié)果圖示

4.3 BIM技術(shù)在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用

（1）建立BIM整體模型，對空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查。

三維曲面構(gòu)件對構(gòu)件尺寸及空間相對關(guān)系的準(zhǔn)確性要求較高，對不符合構(gòu)造要求的情況應(yīng)及時調(diào)整；通過對索塔截面尺寸多次調(diào)試確定最優(yōu)截面，以滿足景觀及力學(xué)要求。通過BIM正向設(shè)計，提早發(fā)現(xiàn)隱患點(diǎn)，輔助設(shè)計人員對項(xiàng)目提前進(jìn)行決策。

（2）內(nèi)拱柱腳位于橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)施帶內(nèi)，由于內(nèi)拱軸線為橢圓線、內(nèi)拱面位于傾斜面內(nèi)，同時考慮橋面縱坡等因素影響，對內(nèi)拱拱腳進(jìn)行BIM三維建模，在橋面內(nèi)精確放樣定位，確?，F(xiàn)場安裝準(zhǔn)確無誤，避免返工。

圖6 為支座布置方式圖。

圖6 支座布置方式圖

5 結(jié) 語

人們在物質(zhì)生活水平提高的同時，也需要更完美、更完善的建筑橋梁結(jié)構(gòu)，以滿足精神上的需要。因而，力學(xué)與審美必須完美地結(jié)合成為建筑發(fā)展的必然趨勢。這就促使橋梁結(jié)構(gòu)工程師在建筑師進(jìn)行方案創(chuàng)作階段予以介入，協(xié)同設(shè)計從而確保后續(xù)方案的落地。