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建筑設計
ARCHITECTURAL DESIGN
橋梁建筑

斜拉橋橋梁主體構件景觀設計

斜拉橋橋梁主體構件景觀設計

林選泉 劉月琴   該文發表于《城市道橋與防洪》[M], 2005年第5期

本文為黑龍江省交通廳(2002)課題――《松花江大橋橋梁景觀設計的研究》部分成果



摘要:結合松花江大橋橋梁景觀設計,探討斜拉橋主體構件各部分的景觀設計,其中包括了斜拉橋主體構件景觀設計的總體方針,標準性構筑物的設計分析,斜拉橋均衡穩定性的景觀設計分析,斜拉橋橋塔、拉索、橋墩的造型設計及比選景觀設計方案。使松花江大橋成為一件大地藝術品,為哈市景觀增添新亮點。

關鍵詞:橋梁景觀; 斜拉橋; 景觀設計; 橋梁設計; 橋梁美學; 哈爾濱市;  

  

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

斜拉橋其剛度大、空氣動力性能好,且簡捷流暢、連續舒展、輕巧纖細、、向上動勢感強,體現橋梁的現代美。它與懸索橋同屬懸吊式結構,在景觀特征上有共同之處,與其他橋型相比,都增加了塔和索的構造,在空間構圖上對單維突出的水平大梁起到了協調比例的作用。斜拉橋橋型景觀主要是以豎直線的橋塔、斜直線的拉索、拱曲線的主梁等為主基調,斜拉橋的橋體景觀印象中,是以剛性的美為審美主格調。斜拉橋的橋塔、主梁、拉索、橋墩等橋梁主體結構構件的景觀設計是橋梁(總體)景觀設計的重要組成部分,影響著橋梁整體風格和形象。

 

1.斜拉橋主體構件景觀設計總體方針

    橋梁主體構件景觀設計是橋梁景觀設計的重要組成部分,是局部與整體的關系,其景觀設計景觀設計總體方針應該與橋梁景觀設計的總體方針為依據。[1]

 

1.1  景觀性  

橋梁架在河流上作為景觀裝點著大地,一座大橋由于本身規模宏大,氣勢磅礴,自然成為獨立景致,以而成為該環境主要景觀。

 

松花江大橋與橋域周圍自然景物、人工景物一起構成人們生活空間中的整體景觀,它不僅影響原有環境,而且改善了景觀,給人們生活帶來了豐富的變化3。

 

松花江大橋位于松花江干流中游,松嫩平原中心的哈爾濱江段,是松花江流域第一座大跨徑橋梁,是國道主干線哈爾濱環城高速公路(四環路)的重要橋梁,目前是一座城郊橋梁。該橋橫跨松花江南北兩岸,橋域是四周開闊的沖積平原,灘地平坦,極具現代橋梁美的大橋,躍然于四周環境,體現現代橋梁的美,它與周圍的環境構成了一幅美麗景觀,使得松花大江具有功能價值的同時又具有景觀價值。

 

隨著哈爾濱的城市建設發展,松花江大橋將成為一座城市橋梁,將成為哈爾濱市又一具有標志意義的新景觀點。

 

1.2象征性(信號性)                  

人類從周圍環境中接受表示各種不同意義的信息并做出反應。斜拉橋連同周圍環境一起映入人們的眼簾,懷著工程上的穩定和精神上的安全感,產生各種復雜心情。

 

斜拉橋既是人們所看到的一種由構件組成的力學結構,同時又是具有信號作用和多種象征含義的一種標記[4]

松花江大橋具有標記性的同時也具有象征性。

 

松花江大橋位于在建的哈爾濱四環路上,它和環城高速路構成線性連續通道,和其它路線組成哈爾濱市OK型道路交通網絡體系。

 

Lynch在《城市的意象》認為,邊界是線型要素,屬城市、地區或鄰里之分界線,路能成為邊界,從這個角度上看。哈爾濱環城高速公路是哈爾濱的界線,而松花江大橋是這一“界線”的“節點”。( 見圖1)

 

 

圖1  松花江大橋---環城路的節點 

 

松花江大橋把水路與陸路及松花江兩岸聯結成一個整體,給人以強烈的動態平衡感。松花江大橋作為城市界線的節點,有著重要的象征意義,它是哈爾濱市邊界線上的標志物起著哈爾濱市“門戶”和“關口”作用,同時目前是松花江流域最大跨徑橋梁,它的建成將加強哈爾濱市的意象能力與可識性,它將是哈爾濱市又一標志性建筑,象征哈爾濱文化、經濟、科技及城市建設的發展。

 

 

1.3文化性 

松花江大橋預計建造費用為3.1256億人民幣,其設計除滿足功能性、經濟性、安全性外,更應上升到文化、藝術、景觀層面,使其成為一件大地藝術品。

哈爾濱素有“天鵝項下珍珠城”、“丁香城”美稱,專家考證哈爾濱就是女真語“天鵝”之意。哈爾濱曾是遠東著名的國際商埠,有“東方小巴黎”、“東方莫斯科”之稱,且曾是中國金、清兩代王朝的“龍興之地”。哈爾濱有42個民族,民俗文化多異且建筑和文化雜糅著濃郁的歐陸風情和本土氣息。哈爾濱同時是歷史文化、音樂文化、冰雪文化名城。

因此,松花江大橋景觀設計須結合哈爾濱歷史文化進行,并將橋梁整體景觀設計與旅游文化設計結合起來。

1.  4旅游性  

  城市斜拉橋橋域能形成特殊的橋空間,結合橋梁本身景觀及橋域濱水帶狀景觀規劃設計,能形成新的旅游資源。  

                  

黑龍江省旅游業開發的“OKL”框架設想中,哈爾濱市是其“O”字的中心,哈爾濱市制定了旅游業“九五”計劃與2010年長期規劃綱要,提出了在旅游產品開展中,除繼續拓展冰雪旅游、金源文化開發利用外,要“利用松花江旅游資源優勢,開辟沿江旅游帶,形成新景區,再創優勢”。

 

 

圖2 松花江大橋--西部旅游帶旅游分點

 

基以此,松花江大橋景觀設計還應以可持續發展的眼光規劃設計好橋域濱水帶狀景觀,創造新的旅游資源,使其成為新的沿江旅游景觀。

  

松花江大橋南岸附近有“長嶺湖旅游區”和“金河旅游區”,而“金河旅游區”是哈爾濱市旅游資源開發項目之一,可構成市西部旅游區中心,那么隨著將來環城高速公路的開通,城市建設的迅速發展,松花江大橋將成為市區西部旅游分點,與它們構成市區西部的旅游帶[1]。( 見圖2)

 


2. 松花江大橋主體構件景觀設計

2.1.橋梁主體構件景觀設計理念分析

從松花江大橋所處的地理、歷史、文化、經濟背景上看,結合松花江大橋所具有的景觀性、象征性、文化性、實用性,旅游性,橋梁主體構件景觀設計理念分析如下表1:                    

表1

性質

設計元素

經濟特性

“經濟騰飛”       “銳意進取”

歷史文化

風土人情

“中西方文化融合” “建筑文化博物館” “尤興之地”

“冰雪文化”        “丁香城”

交通特性

“關口門戶”

 2.2整體的均衡穩定

幾乎所有的美學家、建筑學家都一致認為比例在建筑藝術上的重要性,合乎比例或優美比例是橋梁建筑美的根本法則。

 

斜拉橋以高聳的主塔呼吁了塔側斜拉索的均衡穩定感,加上斜拉索形成簡潔明快的力線,它們構成三角形形態,加強了橋梁平衡的姿態,其空間形態在景觀上已具備了先天優勢。在松花江大橋主體構件景觀設計中注意構件要素之間比例與尺度的和諧、均衡穩定。

 

2.2.1跨徑分割之比  

一般橋的邊、主跨合理而均衡的跨度比為1:2:1,但從拉索應力疲勞來看,希望由活載引起的應力度變化要小,一般恒載大的砼斜拉橋邊跨可大些,為0.3-0.4間[5],松花江大橋邊跨138m與主跨336m比為0.411,合乎美學比例。

 

2.2.2梁高與中跨之比  

結構纖細是現代橋梁美學著眼點,據國內外資料統計,梁高與中跨比在1:80-1:300間,大多超過1:200[5],松花江大橋主梁梁高2.47m與主跨比為1:136,能體現現代橋梁纖細的美學原則。

 

2.2.3塔高與中跨之比 

主塔高度與拉索角度有關,資料統計表明,從景觀角度看,塔高與中跨之比在1/4-1/7范圍內是合適的,松花江大橋塔高113m與中跨之比接近1/3。

 

2.3主 塔

作為斜拉橋主體構件要素而在力學上起著重要作用的主塔,其高聳挺拔的風姿引人注目,起著象征和標志作用,是景觀中最重要的因素之一,因此,對橋梁主塔應在結構設計的基礎上,按照橋梁景觀設計的原則作造型及外裝的完善,使橋塔在蘊藏著自身力量感、緊張感同時,又孕育著向高空伸展,刺破青天的動勢,誘發參觀者升入更高境界,由“情境”層面進入“意境”層面,從而使橋塔具有高揚功能與動態美。

 

斜拉橋的獨特風格主要受塔的造型和索的布置形式影響,主塔的造型、結構形式受工程條件、橋跨、橋面寬、拉索布置等因素影響,在松花江大橋工研階段,黑龍江省公路勘察設計院,在推薦選用合梁混凝土斜拉橋的情況下,設計了:柱門塔、異形門塔、直柱無上橫梁門塔、 A型門塔四種方案,從工程角度考慮,選取直柱門塔、A型門塔較合適。從主體構件景觀設計角度看,松花江大橋橋塔造型設計應結合橋梁所處的歷史、文化、背景、經濟、地理背景及橋梁所具有的景觀性、象征性、文化性、旅游性,此外,在斜拉橋橋塔造型方案分析比較中,筆者提出“造型上揚功能視覺穩定性縱線條-凹曲槽 塔柱遞減”5個指標,詳見下圖3表2。 

  

四種塔型比較分析1

 


通過橋塔景觀分析比較,確定對直柱門塔方案進行橋塔造型景觀設計,設計內容有:塔柱造型、 塔柱面面造型、上下橫型造型、塔柱基座造型

 

表2

 

塔形

造型

上揚功能

視覺穩定性

縱線條-凹曲槽

塔柱遞減

其他

直柱無上橫梁

(見圖 3-1

)

簡潔流暢、單一(國內外較少用,如s橋)

心理誘引力線突出,高揚功能強,動勢感強

橋梁塔有效高度大(90.4m)塔距(30.7m)寬,無橫梁欠缺聯系,比較孤立

作用:能增加光影效果,使柱面變得豐富活潑,且加強向上動勢,另外,對抗風和結構有力。

除塔側外,南北向塔立面有凹曲槽,從側面觀景時能有效遮擋拉索錨具部位

塔近柱頂部位無遞減,其余部分遞減輻度大

截面變化豐富(三種截面)造型象征性

異形門塔

(見圖 3-2

)

簡潔獨特(國內外幾乎沒用過)

塔立面心理引誘力線突出但高揚功能弱、    動勢感弱

橫橋向由于上寬下窄,中間收腰,上部開口大,內斂性弱,穩定性不強

塔側有凹曲槽,(作用同上)

輻度?。ㄟf減1m)

上部開口大,內斂性弱,視覺效果差。

直柱門塔

(見圖 3-3

)

簡潔、門概念突出、新穎力不強(國內外較常用)

心理誘引力線突出,高揚功能強,動勢感強

上橫梁(2×3×30.7m)與塔柱距(30.7m)、塔有高度89.3m比過纖瘦,有一定視覺穩定性,但不強

塔側有凹曲槽,(作用同上)

輻度小,塔頂,順橋軸方向縮進1m

造型象征性弱

A型塔

(見圖 3-4

)

較直柱門塔生動、活潑(國內外較常用)

有一定的向上動勢和高揚功能

兩塔柱頂端相互結合,穩定感強

塔側有凹曲槽產生縱線條,(作用同上)

輻度?。ㄟf減1m)但塔型能彌補遞減輻度小帶來的不足

塔柱有效高度89.3m橋面和橋基處塔間距比值小,開口大,視覺上不夠纖細、靈巧

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2.3.1 橋塔造型象征性景觀設計

依據“主體構件景觀設計總體方針”,對直柱門型塔進行改進設計,融入了“天鵝”設計元素、“經濟騰飛”、“銳意進取”設計元素和“關口門戶”設計元素。通過計算機“虛擬真實” ,對直柱門型塔上橫梁位置的心理效果不足之處進行改進性景觀設計

 

2.3.2塔柱造型設計深度[7]

①基本構造造型不變,只對表面肌理作一定處理或使用裝飾材料

②在現有設計結構不作變更基礎上,對其適當增減,改變斷面形狀形狀。

③在不改變整體造型基礎上,對局部構造、斷面進行變更以達最佳景觀效果

( 圖4--圖9 為松花江大橋橋塔造型設計部分方案)




2.4.拉 索

斜拉橋的動勢是由主梁、橋塔和拉索來共同體現的。拉索不僅是斜拉橋的主要構件,而且也是決定橋梁景觀的重要因素,它的斜直線分置,與橋塔構成的簡潔、穩定的幾何構圖,蘊藏著明確、強勁的力感,同時又加強橋的平衡感[6]。

橋梁眾所周知是承重結構,由于構造外露,因而在其內部存在“物理上的力”但另一方面又以“心理上的力”吸引人們。橋各種傳遞力構件產生了心理引誘力線,斜拉橋的斜拉索作為能產生心理引誘力線的一種構件,由于其布置形式不同(單索面、雙索面、輻射式、豎琴式、扇形式、星形式)所產生的心理引誘力線效果也不同,景觀設計中注意拉索不同布置形式產生不同的心理引誘力線效果。松花江大橋主橋結構形式為雙塔雙索面,拉索采用空間扇形布置,設4 ×13對,共104根斜拉索。

拉索與主梁角度越大,引導觀賞者向上的力勢感越強,而其夾角與橋梁工程的結構力學性能有關。松花江大橋主橋橋索順橋向標準索的距離為12m,索與塔夾角由59.6°向79.2°過渡,由此,心理引誘力線產生的向上動勢感強,體現了松花江斜拉橋的剛勁感、生命感、充實感和穩定感。

 

松花江大橋斜拉橋扇形式布置的拉索,產生優美的節奏與韻律,按中國古代“陰陽生萬物”的哲學思想,拉索屬“陰”,主塔屬陽,陽性為實,陰性為虛,虛實相生,對立統一,在景觀設計中,對拉索的色彩涂裝、夜景照明設計把握其分量和比重。

 

2.5.橋墩藝術造型設計

引橋是橋梁工程組成部分,也是主橋與路基的過渡段。在大型橋梁景觀設計中,如果忽略了引橋的景觀設計,必然會影響全橋景觀的整體效應,根據橋地段的地形條件,松花江大橋引橋設計為連續鋼箱梁,并通過減小梁高,加大翼板寬度,優化防護欄基座等方法,使上部結構顯得輕盈流暢,在此前提下,對引橋橋墩進行藝術造型設計,選擇外型優美的橋墩型式就變得更為重要了。

 

引橋橋墩必須具備安全可靠地傳遞和承受壓力以及承受風力和防撞等功能。景觀設計中除考慮其功能、經濟、施工技術、管理等因素外,還需考慮應與上部鋼箱梁及周圍環境相協調。

 

按照橋梁美學原則,引橋單體橋墩造型設計可應用以下的方法展示:造型獨特、結構輕巧、線性優美、比例和諧,通過單體橋墩連續排列形成起伏節奏,表現序列韻律美,并與環境協調。

 

橋墩纖細感設計對引橋景觀影響較大,為了使橋墩看上去輕盈纖細有味,設計可中采取下面一些做法:

(1) 墩表面增加縱向裝飾線條或開槽形成凹入部分,增加光影效果,使墩表面實體面積減少,以減輕墩笨重的體積感,改善單調表面。

(2) 改變墩斷面形狀:墩斷面形狀取決于功能、結構及施工技術,在實際斷面處理過程中,可以把棱角以切角或圓弧過渡,使墩角過渡自然且顯得輕盈活潑。

(3) 采用空透式橋墩:把墩上部的開口設計成空透式,使橋墩體態更為靈透、輕盈,增強整體韻律感,減輕墩的體量感[7]。

 

松花江大橋引橋橋墩材料以混凝土為主材料,具有可塑性,其形態設計自由度大。在原設計的帶凹槽Y形橋墩的造型基礎上, 考慮了橋墩立體形態的虛實、剛柔、凹凸及光影變化,運用計算機“虛擬真實”技術引申設計出了一系列Y形橋墩。(圖10 為松花江大橋橋墩造型景觀設計部分方案)                                          



  圖10

 

松花江大橋投資額大、跨越能力強,交通功能意義大,有其自身的景觀性、象征性、文化性、旅游性,它的建成將添補國內在低溫地區建造特大斜拉橋的空白。由于它所處的地理位置與環境及其本身的景觀價值。隨著哈爾濱城市建設的發展,松花江大橋將成為新的沿江旅游景觀點,成為哈爾濱市又一具有標志意義的景觀建筑。在松花江大橋主體構件設計中導入橋梁景觀設計理論, 使松花江大橋成為一件大地藝術品,為哈爾濱市景觀藝術增添新亮點。

-------------------------文中涉及的動畫和效果圖由林選泉2001制作

考文獻:

[3] 賈艷敏,林選泉,等. 松花江大橋景觀設計[A]. 2002 年全國橋梁學術會議論文集[C]. 北京: 人民交通出版社, 2002.

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

[5] 和丕壯. 橋梁美學[M]. 北京: 人民交通出版社,1999.

[6] 賈艷敏, 林選泉. 松花江斜拉橋夜景景觀設計[J]. 公路,2003,(9).

[7]  海滄大橋景觀設計[Z]. 福建: 廈門路橋景觀藝術公司,1997.

 

 

 

 

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