戴 偉
(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限公司,上海市 200092)
本橋位于正在啟動的太原市南部長風(fēng)商務(wù)文化區(qū),該區(qū)域是太原新區(qū)開發(fā)建設(shè)的龍頭,是太原城市建設(shè)的重中之重。
長風(fēng)文化商務(wù)區(qū)將建設(shè)具有21世紀(jì)新形象和體現(xiàn)晉陽文化特色的市政中心、國際會展中心、大劇院、音樂廳、圖書館、博物館、科技地質(zhì)館、體育場館和高檔寫字樓、賓館、酒店、大型購物城等,將建成一批具有梯級立體感、富有建筑藝術(shù)特點(diǎn)的系列建筑群。
長風(fēng)文化商務(wù)區(qū)的建設(shè)將是歷史上錦繡太原的再現(xiàn)。
本橋位于長風(fēng)商務(wù)區(qū)中軸線上,跨越汾河;西連大劇院東平臺,東連學(xué)府街,位于學(xué)府街至文化島的延伸線上,同時(shí)與汾河?xùn)|西兩岸公園相銜接。
本橋?yàn)閷S镁坝^人行橋,全長1053.2 m,包括南北兩線跨河主橋(其中南線橋長446.1 m,北線橋長535.1 m),一座跨線(濱河?xùn)|路)天橋,以及與兩岸濱河公園相接的引橋。
主橋采用三跨“V形剛構(gòu)—連續(xù)梁”結(jié)構(gòu)。橋梁人行道凈寬6.0 m,見圖1。
主梁為空間圓弧形梁,圓弧半徑283.5 m,兩座橋梁交叉錯(cuò)落,保證交叉下穿處2.5 m行人通行凈空。
紐帶,是一種聯(lián)系,可以是繩子,可以是人,也可以是橋。
圖1 設(shè)計(jì)效果圖
本橋?qū)⒃?guī)劃中并行的兩座人行橋通過紐帶的設(shè)計(jì)理念連接到了一起,形成了一座極具特色的雙弧交叉空間交錯(cuò)橋面人行橋。
不但滿足了原規(guī)劃人行橋各種功能需求,并且也為長風(fēng)商務(wù)區(qū)增加了一個(gè)地標(biāo)建筑。
結(jié)構(gòu)處理時(shí),將紐帶人行橋拆分成兩條弧形的人行步道,通過平面的的扭轉(zhuǎn)交錯(cuò),南北兩橋(步道)間以拉桿相互連接,形成一個(gè)整體,見圖2。
圖2 建筑設(shè)計(jì)理念
弧形的最高點(diǎn)空間錯(cuò)開,通過立面的高低起伏滿足交錯(cuò)下穿和下層行人的通行需要。
橋中的平臺架設(shè)于兩條步道的等高處,除了將兩個(gè)步道連接成整體的結(jié)構(gòu)要求,也提供一個(gè)在不同步道上行進(jìn)的行人重新選擇方向的機(jī)會。原本出發(fā)點(diǎn)不同的人出現(xiàn)、相遇,形成動人的戲劇化效果。
雙弧交叉的橋面與連續(xù)變化連接桿件,巧妙地形成了一個(gè)DNA分子的空間結(jié)構(gòu),給本橋賦予了新舊傳承的深遠(yuǎn)含義,象征著太原市依托老城區(qū)向新城區(qū)不斷發(fā)展的未來。
針對國內(nèi)首創(chuàng)的雙弧交叉的空間交錯(cuò)橋面,以及橋位所處的重要空間位置,為了充分體現(xiàn)橋梁輕盈、飄逸、流暢的理念,創(chuàng)新性地在125 m跨度的連續(xù)梁上采用了2 m高度的箱梁截面,高跨比達(dá)1/62.5。
在平面布置上充分考慮雙弧交叉點(diǎn)距離、與大劇院平臺接口位置等因素,確定弧形平面半徑為283.5 m,見圖3。
在立面布置上,綜合考慮與本橋相接的各個(gè)部分(大劇院平臺、濱河公園、濱河?xùn)|路等)的高差、平面交叉點(diǎn)凈空,以及百年一遇的洪水位高程,確定豎曲線半徑為800 m,巧妙地聯(lián)接了各個(gè)不同高程的建筑設(shè)施。
通過綜合考慮各種因素,使得橋梁在滿足交通功能的同時(shí),也滿足了橋區(qū)周邊的景觀環(huán)境與城市規(guī)劃,將結(jié)構(gòu)形態(tài)與文化內(nèi)涵巧妙融合,表現(xiàn)了建筑與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。
本橋照明設(shè)計(jì)理念——紐帶。
(1)橋梁側(cè)面照明
為配合橋側(cè)照明,在鋼箱梁截面兩側(cè)設(shè)置了穿孔鋼板,在鋼板中設(shè)置了七彩變幻燈光,見圖4。
圖4 夜景效果圖
(2)橋底和橋墩照明
為突出橋墩及橋梁輪廓,選用白色洗墻燈照明。
(3)橋面照明
考慮到景觀需要,在橋面上不設(shè)置高挑燈照明,而是在橋梁欄桿和地伏上設(shè)置白色光照明。不僅增加了專用人行橋的浪漫氣質(zhì),也實(shí)現(xiàn)了見光不見燈的藝術(shù)效果。
本橋?yàn)閷S镁坝^人行橋,全長1053.2 m,總建筑面積為8715 m2,其中包括南北兩線跨河橋梁,一座跨線天橋,其中南線橋長446.1 m;北線橋長535.1 m;以及三座樓梯。
主橋?yàn)閂形剛構(gòu)七跨(南線)八跨(北線)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系。
主梁寬7.6 m,采用分離雙箱梁截面;標(biāo)準(zhǔn)段梁高2.0 m,V形剛構(gòu)支點(diǎn)梁高5.0 m。中跨側(cè)梁高變化段長度17.2 m,漸變至梁高2.0 m,邊跨側(cè)變化段長12.5 m,漸變至梁高1.5 m。
分離雙箱凈距1.5 m,布置景觀亮化的照明燈具。
南北兩線主橋通過28根連桿和中間平臺連接互通。連桿間距5.0 m一道。
橋梁采用空間圓弧形梁,圓弧半徑為283.5 m,兩座橋梁交叉錯(cuò)落,保證交叉下穿處2.5 m以上行人通行凈空高度。
主墩采用鋼箱截面V形橋墩。在相交處,上層橋梁采用鋼箱支撐,通過下層橋梁傳至基礎(chǔ)。邊墩采用V形鋼橋墩,采用矩形截面。
本橋的最大特色在于大跨度雙弧交叉空間交錯(cuò)橋面的人行橋。
本橋?qū)偬卮罂缍热诵袠颍瑯蛄褐骺邕_(dá)125 m,采用等高度鋼箱梁,梁高僅2 m,高跨比達(dá)1/62.5。加之整個(gè)橋梁均位于圓弧曲線上,空間結(jié)構(gòu)的受力模式也大大增加了設(shè)計(jì)難度。
為使結(jié)構(gòu)受力合理,安全可靠,在如下五個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新:
為了提高結(jié)構(gòu)整體剛度,采用了單V形剛構(gòu)連續(xù)梁形式,利用空間交叉的兩線橋梁結(jié)構(gòu)互相連接組合受力。
人行橋除了保證結(jié)構(gòu)本身受力安全外,最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)是結(jié)構(gòu)基本頻率,評判標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)適用的舒適度。
詳細(xì)的結(jié)構(gòu)動力分析顯示本橋基頻僅為1.125 Hz,遠(yuǎn)低于《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ69-95)中規(guī)定的最小基頻3 Hz的要求,且有多階低頻落入可能發(fā)生人行橋人致振動的敏感頻率范圍,見表1。
表1 人行橋模態(tài)系列表
針對以上情況,為了保證橋梁使用性能和安全性能,進(jìn)行了《人行橋振動分析研究》,對橋梁結(jié)構(gòu)的使用舒適性進(jìn)行了專項(xiàng)研究。
通過專項(xiàng)研究,指導(dǎo)設(shè)計(jì)采取了相應(yīng)優(yōu)化措施——對上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和下部結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后的結(jié)果顯示:該橋?qū)⒉粫霈F(xiàn)人致側(cè)向大振幅振動,人行舒適性滿足要求。
此外,針對橋梁實(shí)際運(yùn)營中可能出現(xiàn)的超過舒適度要求的大振幅側(cè)向振動的狀況,根據(jù)研究成果,設(shè)計(jì)還采用了兩個(gè)預(yù)案:
(1)在兩橋中間的連桿處設(shè)置粘滯阻尼器,可以解決運(yùn)營過程中意外導(dǎo)致的人致振動,見圖5、圖6。
(2)在跨中箱梁內(nèi)增加調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD),也能保證及時(shí)有效地解決運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的人致振動情況。
橋位處屬8級烈度設(shè)防區(qū)。
圖5 設(shè)置阻尼器預(yù)案
圖6 荷載頻率與動力放大系數(shù)及阻尼比的關(guān)系圖
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示,橋位處存在20 m厚的液化層。
橋梁為曲線空間結(jié)構(gòu),加上單線長達(dá)446 m(535 m),抗震設(shè)計(jì)時(shí)需考慮三向地震效應(yīng)。因此地震作用影響力比相同跨徑的直線梁橋大得多。
針對以上情況,進(jìn)行了《結(jié)構(gòu)抗震性能計(jì)算》,對人行橋的抗震性能進(jìn)行了專題研究。
通過抗震專題研究,結(jié)合實(shí)際構(gòu)造情況,設(shè)計(jì)采取了以下措施增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能:
(1)因本橋采用單V剛構(gòu),地震效應(yīng)在主墩處最大,故主墩的墩身和承臺通過冷拉鋼筋進(jìn)行錨固,并在主墩鋼箱內(nèi)填灌微膨脹混凝土,使之與外套鋼箱結(jié)構(gòu)形成組合截面,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震性能。
(2)邊墩的墩身與承臺基礎(chǔ)采用錨固架形式進(jìn)行有效錨固,并在墩底0.5 m高度范圍內(nèi)灌注混凝土,有效防止地震來襲時(shí)鋼結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的失穩(wěn)狀況。
(3)橋墩與上部結(jié)構(gòu)間采用能抵抗水平力達(dá)豎向承載力20%的球鋼抗震支座進(jìn)行聯(lián)接。采用球鋼支座同時(shí)還有利于空間曲線橋梁的非約束方向的自由位移。
本橋纖長薄柔,為曲線細(xì)長結(jié)構(gòu),因此還對橋梁的抗風(fēng)性能進(jìn)行了研究。
(1)顫振穩(wěn)定性分析
通過顫振穩(wěn)定性分析表明,橋位處的基本風(fēng)速小于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速,因此結(jié)構(gòu)滿足顫振穩(wěn)定性檢驗(yàn)要求。
(2)靜風(fēng)失穩(wěn)分析
通過靜風(fēng)失穩(wěn)分析表明,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)較大,不會失穩(wěn)。
(3)抗風(fēng)構(gòu)造措施
在分離雙箱的主梁鋼箱兩側(cè)設(shè)置了穿孔鋼板,不但造型美觀,便于設(shè)置亮化燈具,同時(shí)對整個(gè)主梁截面起到了風(fēng)嘴的作用。
綜合以上措施,結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能良好。
(1)南北兩線橋交叉點(diǎn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
要形成交錯(cuò)的空間結(jié)構(gòu),兩橋交叉點(diǎn)的聯(lián)接成為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
從局部范圍來看,平面曲線半徑較大,偏角較??;從美觀方面考慮,為了和28根連桿協(xié)調(diào)一致,采用了連桿和銷軸立柱一一對應(yīng)的布置。
交叉點(diǎn)上層橋面通過銷軸立柱與下層橋面聯(lián)接在一起。立柱兩端均采用銷鉸,縱橋向可自由轉(zhuǎn)動。
太原市長風(fēng)文化島跨汾河學(xué)府景觀橋(躋汾橋)的設(shè)計(jì)于2009年10月完成,大橋于2009年10月開工,歷時(shí)一年多的時(shí)間,2010年11月已竣工通行。躋汾橋的建成,讓美麗的汾河上又多了一道靚麗的風(fēng)景線,見圖7。
圖7 橋梁建成后的實(shí)景照片