悬索桥造型与景观设计

浅析悬索桥造型与景观设计青岛工学院 土木工程系 摘要：从悬索桥的形态特征出发,分别阐述了悬索桥的造型设计和景观设计,进而分析了桥梁造型与桥梁景观的联系和区别。最后,根据国内目前桥梁设计的实况,提出了景观桥梁的概念。塔型设计是一门综合性的艺术, 是结构工程学和建筑美学的有机结合。悬索桥的造型设计同时又是一门个性化的艺术, 她的身上不可避免地镌刻着建筑传统和设计师个人风格的烙印。前者要求塔型构造除了本身各部分之间应相互协调之外, 还必须和加劲梁的设计风格相协调。而两者的综合则可以解释一些令人费解的现象。关键词：悬索桥;桥塔;造型设计;景观设计;景观桥梁According to the suspension bridge modeling and landscape designZhengxianboAbstract:From the morphological characteristics of suspension bridge, respectively expounds the modelling of suspension bridge design and landscape design, and analyzes on the bridge modelling and bridge landscape relation and difference. Finally, according to the current live broadcast of bridge design, and puts forward the concept of bridge landscape. Tower design is a comprehensive art, is a structure engineering and architectural aesthetics, organic union. The modelling of suspension bridge design is also a personalized art, her body inevitably an engraving of the traditional architectural and stylist the imprint of personal style. Former request tower structure besides itself should be mutual coordination between the parts, but also must design the style of the stiffening girder and coordination. The comprehensive may explain some inexplicable phenomenon.Keywords: suspension bridge; Bridge tower; Modelling design; Landscape design; Of bridge landscape1 简介悬索桥的形态特征悬索桥是利用桥塔将主缆凌空架起,并通过有序排列的吊杆把设有加劲梁或加劲桁架的桥面悬挂起来的结构1 。桥面均布恒载使主缆形成赏心悦目的抛物线形,纤柔的桥面凌空挂起,结构明显易见而引人注目。悬索桥潜藏着力的紧张感而富于无可比拟的力度感。由加劲纵梁、桥塔和主缆构成。竖直吊杆的心理诱导力线群与桥塔平行,有助于增进桥塔向高空伸展的动态。如果采用斜吊杆,连续斜杆的心理诱导力线有减缓桥塔往上动态的倾向。悬索桥的梁、塔、缆合理而简洁的构图,勾画出刚劲的纵梁借助于气势壮观的弧形主缆,使大跨径一跃而过,表现出力线明快、简洁流畅的现代气息。一跃而过的悬索桥,可创造出宏伟规模的景观形象,形成该地域的标志性建筑和游览景点。有人根据在悬索桥上驱车行驶的心理感受,谱写出悬索桥主旋律,体现了连续、富于节奏、反复、和谐韵律。悬索桥特有的形态特征为:流畅、轻快、极富心理诱导力的曲线主旋律;排列有序的吊杆,表现出连续反复、节奏优美的主韵律;凌空气势磅礴的形态,体现了柔中济刚、轻盈飘逸总体造型。德国汉堡的Kohlbrand 桥2 悬索桥造型设计2. 1 立面构成在跨径组合上,根据鹰部屋福平对悬索桥所作的美学分析,设主跨跨径为2A ,两边跨均为B 时,AB 以接近或超过黄金比(1. 6181) 为宜,以突出主跨,使整个立面造型均衡。桥塔高度由受力和主缆垂度决定,通常应将桥塔选得高些使立面雄伟,同时也减少索力利于锚固,而桥塔的材料数量增加并不多。从立面构成上点要素的作用来看,塔顶控制着整个索面,没有足够的塔身高度就起不到控制作用。桥塔有了足够高度后,主缆中央离开主跨桥面就有一段距离,维护了主缆形状的完整性。主缆用得粗些,使外轮廊线更加明确。桥面要设置一段竖曲线保持外观连续,并将桥面结构处理得轻巧而纤柔,使内外轮廓线形成较好的对比。武汉白沙洲大桥2. 2 桥塔造型桥塔多数为简单的刚架,不宜设置过多的横梁,特别要注重顶部横梁与塔柱形状的协调。高桥塔时,为了确保塔柱的横向刚度,以剪刀撑代替刚架的横梁,同时还应按序列要求减少顶部横梁尺度与剪刀撑取得协调。从整体效果出发,将顶部横梁下缘处理为配合塔柱的复合曲线。塔顶索鞍之间设置装饰性的护墙,使横梁外形简洁,也使桥塔呈现出一种有机的整体外貌。同样,濑户大桥的桥塔也给人留下简洁、匀称的外貌。塔柱伸出顶部横梁之外作为设置索鞍的所在,避免了顶部沉重的感觉,尤其是索_适用于斜拉桥) 桥塔的设计中, 有几点是需要仔细处理的: 第一, 要合理安排下、中、上三个塔段的高度分比例。依据美学原则, 类似甘蔗的节, 按由短到长顺序设置的塔段高度给人以稳重、流畅的感觉。如果做到下短上长有困难, 则应逐步减小上层塔柱的截面尺寸。第二, 如果桥面以上塔柱的高度低于桥面以下塔柱高度的2 倍,则桥面以上的塔柱间应使用单横梁。强度不够时将顶部横梁的高度加大, 横梁下缘做成拱型曲面(图14)。第三, 桥上、桥下的塔段设计风格应当尽可能和谐。香港青马大桥适度的变化是允许的,只要构造上蕴涵的内在节奏和韵律不遭到破坏。第四, 需要仔细安排塔柱剖面尺寸、横梁剖面尺寸和塔高间的相对比例关系, 不要使塔柱和横梁显得过于笨重, 给人以不舒服的沉重感。塔型设计是一门综合性的艺术, 是结构工程学和建筑美学的有机结合。塔型设计同时又是一门个性化的艺术, 她的身上不可避免地镌刻着建筑传统和设计师个人风格的烙印。前者要求塔型构造除了本身各部分之间应相互协调之外, 还必须和加劲梁的设计风格相协调。而两者的综合则可以解释一些令人费解的现象。伊藤学发现了一个有趣的现象。日本的大跨悬索桥比较多地采用了桁架式的塔型设计, 而欧美的同类桥梁则比较多地采用了刚架式的塔型设计。比较典型的有桁架式的日本明石海峡大桥和刚架式的美国金门大桥等。伊藤学认为,造成这一现象的主要原因是, 日本的地震和强风等横向荷载比较大, 采用桁架式的塔型设计比较经济。我们认为, 日本明石海峡大桥和美国金门大桥设计风格上的差异更多地源于设计传统和设计师的个人风格, 而不是源于地理上的差异。日本人的确喜欢使用交叉桁架式的塔型, 如日本的关门桥、南、北备赞濑户大桥、因岛大桥等, 但未必源于地理环境上的差异。第一, 金门大桥的桥位位于著名的加利福尼亚强地震带上, 并且和明石海峡大桥一样, 曾经遭受过强地震的洗礼。第二, 欧洲和美国也都有一些桁架式塔型的大跨度悬索桥, 如葡萄牙里斯本的塔古斯河桥、美国的奥克兰海湾桥、英国苏格兰福斯湾公路大桥等。第三, 日本人采用刚架式塔型的大跨度悬索桥也不少, 如日本的来岛大桥、大岛大桥、东京港彩虹桥、下津井濑户大桥等。还有一个有趣的现象: 美国人设计的桥塔比较刚劲, 而英国人设计的桥塔则比较纤柔。我们对这一现象的解释是: 美国人设计的这些桥梁采用了高度7m12 m 的高大的桁架式加劲梁, 无论从美学还是从力学的角度看, 桥塔都应该设计得比较刚劲。而英国人设计的这些桥梁采用了高度为310 m415 m的扁平的钢箱梁, 无论从美学还是从力学的角度看, 桥塔都应该设计得比较纤柔。事实上, 由英国人设计的香港青马大桥, 由于加劲梁的高度为717m , 其桥塔同样设计得刚劲有力。因此,对桥梁设计而言, 体现设计师的个人风格和魅力固然重要, 但桥型设计和桥梁的内在功能及与周边环境的关系保持协调则更为重要。我们的看法是, 如果采用扁平的钢箱梁为加劲梁, 则桥塔造型以采用刚架式为宜。3、悬索桥景观照明方案和特点悬索桥主要由锚碇、主塔、主缆、吊索、钢梁（钢箱梁或钢桁梁）等结构组成，优美的悬索桥夜景就需要利用照明勾画出悬索桥的主体轮廓，突出各个结构的建筑特点，应用光和色体现出悬索桥所蕴藏的文化内涵，同时反映出所在地经济发展和社会发展的水平。要设计和确定景观照明方案，需要全面了解悬索桥各主体结构特点、使用功能、表面装饰和涂装保护材料的特性，同时不能脱离桥梁所在区域的周边环境。 图一 悬索桥结构示意图3 主塔泛光照明主塔是悬索桥的主体结构，可为钢结构，也可为混凝土结构，国内目前均为混凝土结构，其结构特点是雄伟、高大、壮观。泛光照明主要投射塔身。为了取得较好的投射效果，需要在不同的区域设置投射灯具。桥塔表面宜进行涂料涂装，既可美化表面（还可有防腐蚀功能），又可提高对灯光的反射率。为了反映塔体的真实状况，选用白色光源较为适宜。从灯具安装考虑，桥面以上部分塔身的亮度采用自下而上，逐渐变暗的方式较能体现主塔的雄伟。桥面以下塔体根据塔基础的状况选择不同的投射方式。泛光灯具安装在钢梁结构上时要考虑防震问题，同时采取有效保护措施。泛光灯具安装在桥面时应采取防眩光措施，减少对路面车辆和水面船只的光干扰。一般情况下，选择车行方向的两立面和上下游外侧面为照射面。 3 塔顶照明塔顶是悬索桥的制高点，一般悬索桥都在塔顶增加了塔顶装饰性建筑。塔顶泛光照明主要是对其外表投射照明，并突出塔顶结构的制高点构造，以此显示出塔顶建筑的特色。根据结构和材料装饰特点，可采用白色和彩色光源，表现塔顶结构的特点。在塔顶顶端一般设置航空障碍灯，一方面是航空警示，另一方面顶端警示灯的红色频闪效果，夜间给观赏者以塔顶高耸入云、直插星空的感觉。4、悬索桥景观照明方案的选择悬索桥景观照明要达到的效果是在悬索桥主要结构上以合适的光分布，适宜的色显示，加上控制技术，表现出悬索桥的结构特征和夜景特点，展现出悬索桥出神入画的景观魅力。方案选择上力求以较少的投资，追求较好，较完美的效果，力争较高的经济效益比。41 选择功能性合理的灯具和光源首先灯具和光源的光学性能、照度、色调、色温、显色性等均要满足要求，以实现照明的景观效果。要注意选择高效率的灯具、光源和控制方式，以较少的灯具、投资和能耗，争取较好的效果。5、悬索桥景观照明方案的应用由于投资者和设计人员的努力以及知名品牌厂商的积极参与，我国悬索桥的景观照明进步较快，新的悬索桥景观照明突出了结构特点，实用方案均表现出点悬索桥结构线面结合、错落有序、明暗相交、层次分明和重点突出的特点，完整的表现出悬索桥的优美桥型，初步形成了以下较成熟的方案设计原则：）全面熟悉悬索桥的结构特点、使用功能、建筑风格、表面装饰材料及周围的环境；）通过光与色的变化勾画大桥的轮廓，突出结构特点，体现建筑风格内涵；）光源用色简单、淡雅，表现桥梁真实本色，少用慎用彩色光源；）突出节能和绿色环保照明，采用高效、长寿、省电的灯具、光源和控制方式；）安全、绝缘、防水、防尘、防腐、防震，方便安装、使用、维护和维修；）不破坏原结构，不影响整体外观，与周围环境有机结合。6 结论在最近几十年里，大跨径悬索桥的飞速发展，显示了人类在桥梁的实用要求，和美学要求的提高。在悬索桥的桥塔方面，从以前单独考虑在实用功能的安全方面，到如今的利用现代化的技术，利用高新的材料，使得在桥塔的使用功能在不断提高，跨度越来越大的前提下，桥塔的体积，重量等都在减少。这大大的满足了现代人类追求美观实用的心理。在悬索方面，性能更好的高分子材料的应用，将悬索的截面面积较少，越来越细巧的悬索，却承担起更高的荷载。照明如今也成为悬索桥景观不可缺少的一部分，甚至于说照明的应用，不仅仅可以在很大程度上弥补悬索桥的体积的庞大，和与周围环境不协调的缺点，越来越多的城市悬索桥的建立作为城市标志性的建筑。照明可以将悬索桥的流畅的条形，夜晚光亮的色彩，繁华的都市的象征，展示的淋漓尽致。参考文献1史永吉，面向21世纪焊接桥梁的发展。中国铁道科学2周先念,周世忠，21世纪特大跨桥梁的展望A，中国公路学会桥梁与结构工程学会2000 年桥梁学术讨论会论文集C3周世忠.，悬索桥的总体设计A，江阴长江公路大桥工程建设论文集C，北京人民交通出版社。4LeonhardtF. 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