建筑设计
ARCHITECTURAL DESIGN
桥梁建筑

斜拉桥桥梁主体构件景观设计

斜拉桥桥梁主体构件景观设计

林选泉 刘月琴   该文发表于《城市道桥与防洪》[M], 2005年第5期

本文为黑龙江省交通厅(2002)课题――《松花江大桥桥梁景观设计的研究》部分成果



摘要:结合松花江大桥桥梁景观设计,探讨斜拉桥主体构件各部分的景观设计,其中包括了斜拉桥主体构件景观设计的总体方针,标准性构筑物的设计分析,斜拉桥均衡稳定性的景观设计分析,斜拉桥桥塔、拉索、桥墩的造型设计及比选景观设计方案。使松花江大桥成为一件大地艺术品,为哈市景观增添新亮点。

关键词:桥梁景观; 斜拉桥; 景观设计; 桥梁设计; 桥梁美学; 哈尔滨市;  

  

Landscape Design of Main Structural Member of Cable-stayed Bridge                

Abstract: In combination with the landscape design of Songhuajiang Bridge, the paper approaches to the landscape design of every part of main structural members of cable-stayed bridge, in which includes the overall policy of the landscape design of main structural member of cable-stayed bridge, the design analysis of criterion structure, the landscape design analysis of balanced stability of cable-stayed bridge, the shaped design of tower, cable and pier of cable-stayed bridge as well as the landscape design option f...

Key words: : landscape of bridge; cable-stayed bridge; landscape design; bridge design; bridge aesthetics; Harbin City;

 

引言

斜拉桥其刚度大、空气动力性能好,且简捷流畅、连续舒展、轻巧纤细、、向上动势感强,体现桥梁的现代美。它与悬索桥同属悬吊式结构,在景观特征上有共同之处,与其他桥型相比,都增加了塔和索的构造,在空间构图上对单维突出的水平大梁起到了协调比例的作用。斜拉桥桥型景观主要是以竖直线的桥塔、斜直线的拉索、拱曲线的主梁等为主基调,斜拉桥的桥体景观印象中,是以刚性的美为审美主格调。斜拉桥的桥塔、主梁、拉索、桥墩等桥梁主体结构构件的景观设计是桥梁(总体)景观设计的重要组成部分,影响着桥梁整体风格和形象。

 

1.斜拉桥主体构件景观设计总体方针

    桥梁主体构件景观设计是桥梁景观设计的重要组成部分,是局部与整体的关系,其景观设计景观设计总体方针应该与桥梁景观设计的总体方针为依据。[1]

 

1.1  景观性  

桥梁架在河流上作为景观装点着大地,一座大桥由于本身规模宏大,气势磅礴,自然成为独立景致,以而成为该环境主要景观。

 

松花江大桥与桥域周围自然景物、人工景物一起构成人们生活空间中的整体景观,它不仅影响原有环境,而且改善了景观,给人们生活带来了丰富的变化3

 

松花江大桥位于松花江干流中游,松嫩平原中心的哈尔滨江段,是松花江流域第一座大跨径桥梁,是国道主干线哈尔滨环城高速公路(四环路)的重要桥梁,目前是一座城郊桥梁。该桥横跨松花江南北两岸,桥域是四周开阔的冲积平原,滩地平坦,极具现代桥梁美的大桥,跃然于四周环境,体现现代桥梁的美,它与周围的环境构成了一幅美丽景观,使得松花大江具有功能价值的同时又具有景观价值。

 

随着哈尔滨的城市建设发展,松花江大桥将成为一座城市桥梁,将成为哈尔滨市又一具有标志意义的新景观点。

 

1.2象征性(信号性)                  

人类从周围环境中接受表示各种不同意义的信息并做出反应。斜拉桥连同周围环境一起映入人们的眼帘,怀着工程上的稳定和精神上的安全感,产生各种复杂心情。

 

斜拉桥既是人们所看到的一种由构件组成的力学结构,同时又是具有信号作用和多种象征含义的一种标记[4]

松花江大桥具有标记性的同时也具有象征性。

 

松花江大桥位于在建的哈尔滨四环路上,它和环城高速路构成线性连续通道,和其它路线组成哈尔滨市OK型道路交通网络体系。

 

Lynch在《城市的意象》认为,边界是线型要素,属城市、地区或邻里之分界线,路能成为边界,从这个角度上看。哈尔滨环城高速公路是哈尔滨的界线,而松花江大桥是这一“界线”的“节点”。( 见图1)

 

 

图1  松花江大桥---环城路的节点 

 

松花江大桥把水路与陆路及松花江两岸联结成一个整体,给人以强烈的动态平衡感。松花江大桥作为城市界线的节点,有着重要的象征意义,它是哈尔滨市边界线上的标志物起着哈尔滨市“门户”和“关口”作用,同时目前是松花江流域最大跨径桥梁,它的建成将加强哈尔滨市的意象能力与可识性,它将是哈尔滨市又一标志性建筑,象征哈尔滨文化、经济、科技及城市建设的发展。

 

 

1.3文化性 

松花江大桥预计建造费用为3.1256亿人民币,其设计除满足功能性、经济性、安全性外,更应上升到文化、艺术、景观层面,使其成为一件大地艺术品。

哈尔滨素有“天鹅项下珍珠城”、“丁香城”美称,专家考证哈尔滨就是女真语“天鹅”之意。哈尔滨曾是远东著名的国际商埠,有“东方小巴黎”、“东方莫斯科”之称,且曾是中国金、清两代王朝的“龙兴之地”。哈尔滨有42个民族,民俗文化多异且建筑和文化杂糅着浓郁的欧陆风情和本土气息。哈尔滨同时是历史文化、音乐文化、冰雪文化名城。

因此,松花江大桥景观设计须结合哈尔滨历史文化进行,并将桥梁整体景观设计与旅游文化设计结合起来。

1.  4旅游性  

  城市斜拉桥桥域能形成特殊的桥空间,结合桥梁本身景观及桥域滨水带状景观规划设计,能形成新的旅游资源。  

                  

黑龙江省旅游业开发的“OKL”框架设想中,哈尔滨市是其“O”字的中心,哈尔滨市制定了旅游业“九五”计划与2010年长期规划纲要,提出了在旅游产品开展中,除继续拓展冰雪旅游、金源文化开发利用外,要“利用松花江旅游资源优势,开辟沿江旅游带,形成新景区,再创优势”。

 

 

图2 松花江大桥--西部旅游带旅游分点

 

基以此,松花江大桥景观设计还应以可持续发展的眼光规划设计好桥域滨水带状景观,创造新的旅游资源,使其成为新的沿江旅游景观。

  

松花江大桥南岸附近有“长岭湖旅游区”和“金河旅游区”,而“金河旅游区”是哈尔滨市旅游资源开发项目之一,可构成市西部旅游区中心,那么随着将来环城高速公路的开通,城市建设的迅速发展,松花江大桥将成为市区西部旅游分点,与它们构成市区西部的旅游带[1]。( 见图2)

 


2. 松花江大桥主体构件景观设计

2.1.桥梁主体构件景观设计理念分析

从松花江大桥所处的地理、历史、文化、经济背景上看,结合松花江大桥所具有的景观性、象征性、文化性、实用性,旅游性,桥梁主体构件景观设计理念分析如下表1:                    

表1

性质

设计元素

经济特性

“经济腾飞”       “锐意进取”

历史文化

风土人情

“中西方文化融合” “建筑文化博物馆” “尤兴之地”

“冰雪文化”        “丁香城”

交通特性

“关口门户”

 2.2整体的均衡稳定

几乎所有的美学家、建筑学家都一致认为比例在建筑艺术上的重要性,合乎比例或优美比例是桥梁建筑美的根本法则。

 

斜拉桥以高耸的主塔呼吁了塔侧斜拉索的均衡稳定感,加上斜拉索形成简洁明快的力线,它们构成三角形形态,加强了桥梁平衡的姿态,其空间形态在景观上已具备了先天优势。在松花江大桥主体构件景观设计中注意构件要素之间比例与尺度的和谐、均衡稳定。

 

2.2.1跨径分割之比  

一般桥的边、主跨合理而均衡的跨度比为1:2:1,但从拉索应力疲劳来看,希望由活载引起的应力度变化要小,一般恒载大的砼斜拉桥边跨可大些,为0.3-0.4间[5],松花江大桥边跨138m与主跨336m比为0.411,合乎美学比例。

 

2.2.2梁高与中跨之比  

结构纤细是现代桥梁美学着眼点,据国内外资料统计,梁高与中跨比在1:80-1:300间,大多超过1:200[5],松花江大桥主梁梁高2.47m与主跨比为1:136,能体现现代桥梁纤细的美学原则。

 

2.2.3塔高与中跨之比 

主塔高度与拉索角度有关,资料统计表明,从景观角度看,塔高与中跨之比在1/4-1/7范围内是合适的,松花江大桥塔高113m与中跨之比接近1/3。

 

2.3主 塔

作为斜拉桥主体构件要素而在力学上起着重要作用的主塔,其高耸挺拔的风姿引人注目,起着象征和标志作用,是景观中最重要的因素之一,因此,对桥梁主塔应在结构设计的基础上,按照桥梁景观设计的原则作造型及外装的完善,使桥塔在蕴藏着自身力量感、紧张感同时,又孕育着向高空伸展,刺破青天的动势,诱发参观者升入更高境界,由“情境”层面进入“意境”层面,从而使桥塔具有高扬功能与动态美。

 

斜拉桥的独特风格主要受塔的造型和索的布置形式影响,主塔的造型、结构形式受工程条件、桥跨、桥面宽、拉索布置等因素影响,在松花江大桥工研阶段,黑龙江省公路勘察设计院,在推荐选用合梁混凝土斜拉桥的情况下,设计了:柱门塔、异形门塔、直柱无上横梁门塔、 A型门塔四种方案,从工程角度考虑,选取直柱门塔、A型门塔较合适。从主体构件景观设计角度看,松花江大桥桥塔造型设计应结合桥梁所处的历史、文化、背景、经济、地理背景及桥梁所具有的景观性、象征性、文化性、旅游性,此外,在斜拉桥桥塔造型方案分析比较中,笔者提出“造型上扬功能视觉稳定性纵线条-凹曲槽 塔柱递减”5个指标,详见下图3表2。 

  

四种塔型比较分析1

 


通过桥塔景观分析比较,确定对直柱门塔方案进行桥塔造型景观设计,设计内容有:塔柱造型、 塔柱面面造型、上下横型造型、塔柱基座造型

 

表2

 

塔形

造型

上扬功能

视觉稳定性

纵线条-凹曲槽

塔柱递减

其他

直柱无上横梁

(见图 3-1

)

简洁流畅、单一(国内外较少用,如s桥)

心理诱引力线突出,高扬功能强,动势感强

桥梁塔有效高度大(90.4m)塔距(30.7m)宽,无横梁欠缺联系,比较孤立

作用:能增加光影效果,使柱面变得丰富活泼,且加强向上动势,另外,对抗风和结构有力。

除塔侧外,南北向塔立面有凹曲槽,从侧面观景时能有效遮挡拉索锚具部位

塔近柱顶部位无递减,其余部分递减辐度大

截面变化丰富(三种截面)造型象征性

异形门塔

(见图 3-2

)

简洁独特(国内外几乎没用过)

塔立面心理引诱力线突出但高扬功能弱、    动势感弱

横桥向由于上宽下窄,中间收腰,上部开口大,内敛性弱,稳定性不强

塔侧有凹曲槽,(作用同上)

辐度小(递减1m)

上部开口大,内敛性弱,视觉效果差。

直柱门塔

(见图 3-3

)

简洁、门概念突出、新颖力不强(国内外较常用)

心理诱引力线突出,高扬功能强,动势感强

上横梁(2×3×30.7m)与塔柱距(30.7m)、塔有高度89.3m比过纤瘦,有一定视觉稳定性,但不强

塔侧有凹曲槽,(作用同上)

辐度小,塔顶,顺桥轴方向缩进1m

造型象征性弱

A型塔

(见图 3-4

)

较直柱门塔生动、活泼(国内外较常用)

有一定的向上动势和高扬功能

两塔柱顶端相互结合,稳定感强

塔侧有凹曲槽产生纵线条,(作用同上)

辐度小(递减1m)但塔型能弥补递减辐度小带来的不足

塔柱有效高度89.3m桥面和桥基处塔间距比值小,开口大,视觉上不够纤细、灵巧

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2.3.1 桥塔造型象征性景观设计

依据“主体构件景观设计总体方针”,对直柱门型塔进行改进设计,融入了“天鹅”设计元素、“经济腾飞”、“锐意进取”设计元素和“关口门户”设计元素。通过计算机“虚拟真实” ,对直柱门型塔上横梁位置的心理效果不足之处进行改进性景观设计

 

2.3.2塔柱造型设计深度[7]

①基本构造造型不变,只对表面肌理作一定处理或使用装饰材料

②在现有设计结构不作变更基础上,对其适当增减,改变断面形状形状。

③在不改变整体造型基础上,对局部构造、断面进行变更以达最佳景观效果

( 图4--图9 为松花江大桥桥塔造型设计部分方案)




2.4.拉 索

斜拉桥的动势是由主梁、桥塔和拉索来共同体现的。拉索不仅是斜拉桥的主要构件,而且也是决定桥梁景观的重要因素,它的斜直线分置,与桥塔构成的简洁、稳定的几何构图,蕴藏着明确、强劲的力感,同时又加强桥的平衡感[6]

桥梁众所周知是承重结构,由于构造外露,因而在其内部存在“物理上的力”但另一方面又以“心理上的力”吸引人们。桥各种传递力构件产生了心理引诱力线,斜拉桥的斜拉索作为能产生心理引诱力线的一种构件,由于其布置形式不同(单索面、双索面、辐射式、竖琴式、扇形式、星形式)所产生的心理引诱力线效果也不同,景观设计中注意拉索不同布置形式产生不同的心理引诱力线效果。松花江大桥主桥结构形式为双塔双索面,拉索采用空间扇形布置,设4 ×13对,共104根斜拉索。

拉索与主梁角度越大,引导观赏者向上的力势感越强,而其夹角与桥梁工程的结构力学性能有关。松花江大桥主桥桥索顺桥向标准索的距离为12m,索与塔夹角由59.6°向79.2°过渡,由此,心理引诱力线产生的向上动势感强,体现了松花江斜拉桥的刚劲感、生命感、充实感和稳定感。

 

松花江大桥斜拉桥扇形式布置的拉索,产生优美的节奏与韵律,按中国古代“阴阳生万物”的哲学思想,拉索属“阴”,主塔属阳,阳性为实,阴性为虚,虚实相生,对立统一,在景观设计中,对拉索的色彩涂装、夜景照明设计把握其分量和比重。

 

2.5.桥墩艺术造型设计

引桥是桥梁工程组成部分,也是主桥与路基的过渡段。在大型桥梁景观设计中,如果忽略了引桥的景观设计,必然会影响全桥景观的整体效应,根据桥地段的地形条件,松花江大桥引桥设计为连续钢箱梁,并通过减小梁高,加大翼板宽度,优化防护栏基座等方法,使上部结构显得轻盈流畅,在此前提下,对引桥桥墩进行艺术造型设计,选择外型优美的桥墩型式就变得更为重要了。

 

引桥桥墩必须具备安全可靠地传递和承受压力以及承受风力和防撞等功能。景观设计中除考虑其功能、经济、施工技术、管理等因素外,还需考虑应与上部钢箱梁及周围环境相协调。

 

按照桥梁美学原则,引桥单体桥墩造型设计可应用以下的方法展示:造型独特、结构轻巧、线性优美、比例和谐,通过单体桥墩连续排列形成起伏节奏,表现序列韵律美,并与环境协调。

 

桥墩纤细感设计对引桥景观影响较大,为了使桥墩看上去轻盈纤细有味,设计可中采取下面一些做法:

(1) 墩表面增加纵向装饰线条或开槽形成凹入部分,增加光影效果,使墩表面实体面积减少,以减轻墩笨重的体积感,改善单调表面。

(2) 改变墩断面形状:墩断面形状取决于功能、结构及施工技术,在实际断面处理过程中,可以把棱角以切角或圆弧过渡,使墩角过渡自然且显得轻盈活泼。

(3) 采用空透式桥墩:把墩上部的开口设计成空透式,使桥墩体态更为灵透、轻盈,增强整体韵律感,减轻墩的体量感[7]

 

松花江大桥引桥桥墩材料以混凝土为主材料,具有可塑性,其形态设计自由度大。在原设计的带凹槽Y形桥墩的造型基础上, 考虑了桥墩立体形态的虚实、刚柔、凹凸及光影变化,运用计算机“虚拟真实”技术引申设计出了一系列Y形桥墩。(图10 为松花江大桥桥墩造型景观设计部分方案)                                          



  图10

 

松花江大桥投资额大、跨越能力强,交通功能意义大,有其自身的景观性、象征性、文化性、旅游性,它的建成将添补国内在低温地区建造特大斜拉桥的空白。由于它所处的地理位置与环境及其本身的景观价值。随着哈尔滨城市建设的发展,松花江大桥将成为新的沿江旅游景观点,成为哈尔滨市又一具有标志意义的景观建筑。在松花江大桥主体构件设计中导入桥梁景观设计理论, 使松花江大桥成为一件大地艺术品,为哈尔滨市景观艺术增添新亮点。

-------------------------文中涉及的动画和效果图由林选泉2001制作

考文献:

[3] 贾艳敏,林选泉,等. 松花江大桥景观设计[A]. 2002 年全国桥梁学术会议论文集[C]. 北京: 人民交通出版社, 2002.

[4]  [日]山本宏. 桥梁美学[M]. 北京:人民交通出版社,1989.

[5] 和丕壮. 桥梁美学[M]. 北京: 人民交通出版社,1999.

[6] 贾艳敏, 林选泉. 松花江斜拉桥夜景景观设计[J]. 公路,2003,(9).

[7]  海沧大桥景观设计[Z]. 福建: 厦门路桥景观艺术公司,1997.

 

 

 

 

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