懸索橋造型與景觀設(shè)計.doc

淺析懸索橋造型與景觀設(shè)計青島工學(xué)院 土木工程系 摘要：從懸索橋的形態(tài)特征出發(fā),分別闡述了懸索橋的造型設(shè)計和景觀設(shè)計,進而分析了橋梁造型與橋梁景觀的聯(lián)系和區(qū)別。最后,根據(jù)國內(nèi)目前橋梁設(shè)計的實況,提出了景觀橋梁的概念。塔型設(shè)計是一門綜合性的藝術(shù), 是結(jié)構(gòu)工程學(xué)和建筑美學(xué)的有機結(jié)合。懸索橋的造型設(shè)計同時又是一門個性化的藝術(shù), 她的身上不可避免地鐫刻著建筑傳統(tǒng)和設(shè)計師個人風(fēng)格的烙印。前者要求塔型構(gòu)造除了本身各部分之間應(yīng)相互協(xié)調(diào)之外, 還必須和加勁梁的設(shè)計風(fēng)格相協(xié)調(diào)。而兩者的綜合則可以解釋一些令人費解的現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：懸索橋;橋塔;造型設(shè)計;景觀設(shè)計;景觀橋梁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 簡介懸索橋的形態(tài)特征懸索橋是利用橋塔將主纜凌空架起,并通過有序排列的吊桿把設(shè)有加勁梁或加勁桁架的橋面懸掛起來的結(jié)構(gòu)1 。橋面均布恒載使主纜形成賞心悅目的拋物線形,纖柔的橋面凌空掛起,結(jié)構(gòu)明顯易見而引人注目。懸索橋潛藏著力的緊張感而富于無可比擬的力度感。由加勁縱梁、橋塔和主纜構(gòu)成。豎直吊桿的心理誘導(dǎo)力線群與橋塔平行,有助于增進橋塔向高空伸展的動態(tài)。如果采用斜吊桿,連續(xù)斜桿的心理誘導(dǎo)力線有減緩橋塔往上動態(tài)的傾向。懸索橋的梁、塔、纜合理而簡潔的構(gòu)圖,勾畫出剛勁的縱梁借助于氣勢壯觀的弧形主纜,使大跨徑一躍而過,表現(xiàn)出力線明快、簡潔流暢的現(xiàn)代氣息。一躍而過的懸索橋,可創(chuàng)造出宏偉規(guī)模的景觀形象,形成該地域的標(biāo)志性建筑和游覽景點。有人根據(jù)在懸索橋上驅(qū)車行駛的心理感受,譜寫出懸索橋主旋律,體現(xiàn)了連續(xù)、富于節(jié)奏、反復(fù)、和諧韻律。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,表現(xiàn)出連續(xù)反復(fù)、節(jié)奏優(yōu)美的主韻律;凌空氣勢磅礴的形態(tài),體現(xiàn)了柔中濟剛、輕盈飄逸總體造型。德國漢堡的Kohlbrand 橋2 懸索橋造型設(shè)計2. 1 立面構(gòu)成在跨徑組合上,根據(jù)鷹部屋福平對懸索橋所作的美學(xué)分析,設(shè)主跨跨徑為2A ,兩邊跨均為B 時,AB 以接近或超過黃金比(1. 6181) 為宜,以突出主跨,使整個立面造型均衡。橋塔高度由受力和主纜垂度決定,通常應(yīng)將橋塔選得高些使立面雄偉,同時也減少索力利于錨固,而橋塔的材料數(shù)量增加并不多。從立面構(gòu)成上點要素的作用來看,塔頂控制著整個索面,沒有足夠的塔身高度就起不到控制作用。橋塔有了足夠高度后,主纜中央離開主跨橋面就有一段距離,維護了主纜形狀的完整性。主纜用得粗些,使外輪廊線更加明確。橋面要設(shè)置一段豎曲線保持外觀連續(xù),并將橋面結(jié)構(gòu)處理得輕巧而纖柔,使內(nèi)外輪廓線形成較好的對比。武漢白沙洲大橋2. 2 橋塔造型橋塔多數(shù)為簡單的剛架,不宜設(shè)置過多的橫梁,特別要注重頂部橫梁與塔柱形狀的協(xié)調(diào)。高橋塔時,為了確保塔柱的橫向剛度,以剪刀撐代替剛架的橫梁,同時還應(yīng)按序列要求減少頂部橫梁尺度與剪刀撐取得協(xié)調(diào)。從整體效果出發(fā),將頂部橫梁下緣處理為配合塔柱的復(fù)合曲線。塔頂索鞍之間設(shè)置裝飾性的護墻,使橫梁外形簡潔,也使橋塔呈現(xiàn)出一種有機的整體外貌。同樣,瀨戶大橋的橋塔也給人留下簡潔、勻稱的外貌。塔柱伸出頂部橫梁之外作為設(shè)置索鞍的所在,避免了頂部沉重的感覺,尤其是索_適用于斜拉橋) 橋塔的設(shè)計中, 有幾點是需要仔細處理的: 第一, 要合理安排下、中、上三個塔段的高度分比例。依據(jù)美學(xué)原則, 類似甘蔗的節(jié), 按由短到長順序設(shè)置的塔段高度給人以穩(wěn)重、流暢的感覺。如果做到下短上長有困難, 則應(yīng)逐步減小上層塔柱的截面尺寸。第二, 如果橋面以上塔柱的高度低于橋面以下塔柱高度的2 倍,則橋面以上的塔柱間應(yīng)使用單橫梁。強度不夠時將頂部橫梁的高度加大, 橫梁下緣做成拱型曲面(圖14)。第三, 橋上、橋下的塔段設(shè)計風(fēng)格應(yīng)當(dāng)盡可能和諧。香港青馬大橋適度的變化是允許的,只要構(gòu)造上蘊涵的內(nèi)在節(jié)奏和韻律不遭到破壞。第四, 需要仔細安排塔柱剖面尺寸、橫梁剖面尺寸和塔高間的相對比例關(guān)系, 不要使塔柱和橫梁顯得過于笨重, 給人以不舒服的沉重感。塔型設(shè)計是一門綜合性的藝術(shù), 是結(jié)構(gòu)工程學(xué)和建筑美學(xué)的有機結(jié)合。塔型設(shè)計同時又是一門個性化的藝術(shù), 她的身上不可避免地鐫刻著建筑傳統(tǒng)和設(shè)計師個人風(fēng)格的烙印。前者要求塔型構(gòu)造除了本身各部分之間應(yīng)相互協(xié)調(diào)之外, 還必須和加勁梁的設(shè)計風(fēng)格相協(xié)調(diào)。而兩者的綜合則可以解釋一些令人費解的現(xiàn)象。伊藤學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象。日本的大跨懸索橋比較多地采用了桁架式的塔型設(shè)計, 而歐美的同類橋梁則比較多地采用了剛架式的塔型設(shè)計。比較典型的有桁架式的日本明石海峽大橋和剛架式的美國金門大橋等。伊藤學(xué)認為,造成這一現(xiàn)象的主要原因是, 日本的地震和強風(fēng)等橫向荷載比較大, 采用桁架式的塔型設(shè)計比較經(jīng)濟。我們認為, 日本明石海峽大橋和美國金門大橋設(shè)計風(fēng)格上的差異更多地源于設(shè)計傳統(tǒng)和設(shè)計師的個人風(fēng)格, 而不是源于地理上的差異。日本人的確喜歡使用交叉桁架式的塔型, 如日本的關(guān)門橋、南、北備贊瀨戶大橋、因島大橋等, 但未必源于地理環(huán)境上的差異。第一, 金門大橋的橋位位于著名的加利福尼亞強地震帶上, 并且和明石海峽大橋一樣, 曾經(jīng)遭受過強地震的洗禮。第二, 歐洲和美國也都有一些桁架式塔型的大跨度懸索橋, 如葡萄牙里斯本的塔古斯河橋、美國的奧克蘭海灣橋、英國蘇格蘭福斯灣公路大橋等。第三, 日本人采用剛架式塔型的大跨度懸索橋也不少, 如日本的來島大橋、大島大橋、東京港彩虹橋、下津井瀨戶大橋等。還有一個有趣的現(xiàn)象: 美國人設(shè)計的橋塔比較剛勁, 而英國人設(shè)計的橋塔則比較纖柔。我們對這一現(xiàn)象的解釋是: 美國人設(shè)計的這些橋梁采用了高度7m12 m 的高大的桁架式加勁梁, 無論從美學(xué)還是從力學(xué)的角度看, 橋塔都應(yīng)該設(shè)計得比較剛勁。而英國人設(shè)計的這些橋梁采用了高度為310 m415 m的扁平的鋼箱梁, 無論從美學(xué)還是從力學(xué)的角度看, 橋塔都應(yīng)該設(shè)計得比較纖柔。事實上, 由英國人設(shè)計的香港青馬大橋, 由于加勁梁的高度為717m , 其橋塔同樣設(shè)計得剛勁有力。因此,對橋梁設(shè)計而言, 體現(xiàn)設(shè)計師的個人風(fēng)格和魅力固然重要, 但橋型設(shè)計和橋梁的內(nèi)在功能及與周邊環(huán)境的關(guān)系保持協(xié)調(diào)則更為重要。我們的看法是, 如果采用扁平的鋼箱梁為加勁梁, 則橋塔造型以采用剛架式為宜。3、懸索橋景觀照明方案和特點懸索橋主要由錨碇、主塔、主纜、吊索、鋼梁（鋼箱梁或鋼桁梁）等結(jié)構(gòu)組成，優(yōu)美的懸索橋夜景就需要利用照明勾畫出懸索橋的主體輪廓，突出各個結(jié)構(gòu)的建筑特點，應(yīng)用光和色體現(xiàn)出懸索橋所蘊藏的文化內(nèi)涵，同時反映出所在地經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展的水平。要設(shè)計和確定景觀照明方案，需要全面了解懸索橋各主體結(jié)構(gòu)特點、使用功能、表面裝飾和涂裝保護材料的特性，同時不能脫離橋梁所在區(qū)域的周邊環(huán)境。 圖一 懸索橋結(jié)構(gòu)示意圖3 主塔泛光照明主塔是懸索橋的主體結(jié)構(gòu)，可為鋼結(jié)構(gòu)，也可為混凝土結(jié)構(gòu)，國內(nèi)目前均為混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是雄偉、高大、壯觀。泛光照明主要投射塔身。為了取得較好的投射效果，需要在不同的區(qū)域設(shè)置投射燈具。橋塔表面宜進行涂料涂裝，既可美化表面（還可有防腐蝕功能），又可提高對燈光的反射率。為了反映塔體的真實狀況，選用白色光源較為適宜。從燈具安裝考慮，橋面以上部分塔身的亮度采用自下而上，逐漸變暗的方式較能體現(xiàn)主塔的雄偉。橋面以下塔體根據(jù)塔基礎(chǔ)的狀況選擇不同的投射方式。泛光燈具安裝在鋼梁結(jié)構(gòu)上時要考慮防震問題，同時采取有效保護措施。泛光燈具安裝在橋面時應(yīng)采取防眩光措施，減少對路面車輛和水面船只的光干擾。一般情況下，選擇車行方向的兩立面和上下游外側(cè)面為照射面。 3 塔頂照明塔頂是懸索橋的制高點，一般懸索橋都在塔頂增加了塔頂裝飾性建筑。塔頂泛光照明主要是對其外表投射照明，并突出塔頂結(jié)構(gòu)的制高點構(gòu)造，以此顯示出塔頂建筑的特色。根據(jù)結(jié)構(gòu)和材料裝飾特點，可采用白色和彩色光源，表現(xiàn)塔頂結(jié)構(gòu)的特點。在塔頂頂端一般設(shè)置航空障礙燈，一方面是航空警示，另一方面頂端警示燈的紅色頻閃效果，夜間給觀賞者以塔頂高聳入云、直插星空的感覺。4、懸索橋景觀照明方案的選擇懸索橋景觀照明要達到的效果是在懸索橋主要結(jié)構(gòu)上以合適的光分布，適宜的色顯示，加上控制技術(shù)，表現(xiàn)出懸索橋的結(jié)構(gòu)特征和夜景特點，展現(xiàn)出懸索橋出神入畫的景觀魅力。方案選擇上力求以較少的投資，追求較好，較完美的效果，力爭較高的經(jīng)濟效益比。41 選擇功能性合理的燈具和光源首先燈具和光源的光學(xué)性能、照度、色調(diào)、色溫、顯色性等均要滿足要求，以實現(xiàn)照明的景觀效果。要注意選擇高效率的燈具、光源和控制方式，以較少的燈具、投資和能耗，爭取較好的效果。5、懸索橋景觀照明方案的應(yīng)用由于投資者和設(shè)計人員的努力以及知名品牌廠商的積極參與，我國懸索橋的景觀照明進步較快，新的懸索橋景觀照明突出了結(jié)構(gòu)特點，實用方案均表現(xiàn)出點懸索橋結(jié)構(gòu)線面結(jié)合、錯落有序、明暗相交、層次分明和重點突出的特點，完整的表現(xiàn)出懸索橋的優(yōu)美橋型，初步形成了以下較成熟的方案設(shè)計原則：）全面熟悉懸索橋的結(jié)構(gòu)特點、使用功能、建筑風(fēng)格、表面裝飾材料及周圍的環(huán)境；）通過光與色的變化勾畫大橋的輪廓，突出結(jié)構(gòu)特點，體現(xiàn)建筑風(fēng)格內(nèi)涵；）光源用色簡單、淡雅，表現(xiàn)橋梁真實本色，少用慎用彩色光源；）突出節(jié)能和綠色環(huán)保照明，采用高效、長壽、省電的燈具、光源和控制方式；）安全、絕緣、防水、防塵、防腐、防震，方便安裝、使用、維護和維修；）不破壞原結(jié)構(gòu)，不影響整體外觀，與周圍環(huán)境有機結(jié)合。6 結(jié)論在最近幾十年里，大跨徑懸索橋的飛速發(fā)展，顯示了人類在橋梁的實用要求，和美學(xué)要求的提高。在懸索橋的橋塔方面，從以前單獨考慮在實用功能的安全方面，到如今的利用現(xiàn)代化的技術(shù)，利用高新的材料，使得在橋塔的使用功能在不斷提高，跨度越來越大的前提下，橋塔的體積，重量等都在減少。這大大的滿足了現(xiàn)代人類追求美觀實用的心理。在懸索方面，性能更好的高分子材料的應(yīng)用，將懸索的截面面積較少，越來越細巧的懸索，卻承擔(dān)起更高的荷載。照明如今也成為懸索橋景觀不可缺少的一部分，甚至于說照明的應(yīng)用，不僅僅可以在很大程度上彌補懸索橋的體積的龐大，和與周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)的缺點，越來越多的城市懸索橋的建立作為城市標(biāo)志性的建筑。照明可以將懸索橋的流暢的條形，夜晚光亮的色彩，繁華的都市的象征，展示的淋漓盡致。參考文獻1史永吉，面向21世紀(jì)焊接橋梁的發(fā)展。中國鐵道科學(xué)2周先念,周世忠，21世紀(jì)特大跨橋梁的展望A，中國公路學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會2000 年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集C3周世忠.，懸索橋的總體設(shè)計A，江陰長江公路大橋工程建設(shè)論文集C，北京人民交通出版社。4LeonhardtF. 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