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        從寧波三官堂大橋方案構(gòu)思淺談橋梁景觀

        2018-06-11 10:38:44韓雯
        城市道橋與防洪 2018年5期
        關(guān)鍵詞:橋梁景觀結(jié)構(gòu)

        韓雯

        (上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)

        1 工程概況

        三官堂大橋及接線工程位于寧波市東部,是連接高新區(qū)院士路與鎮(zhèn)海區(qū)明海大道的主要過江通道,南起高新區(qū)已建的江南路,北接鎮(zhèn)?,F(xiàn)狀中官西路,全長約3 000 m,橫穿甬江及四條規(guī)劃河道。新建三官堂大橋距上游常洪隧道約1.6 km,距下游明州大橋約4.6 km,距寧波莊橋機場直線距離約3.3 km,見圖1。

        圖1 工程地理位置示意圖

        橋址區(qū)域北岸碼頭密布,航運繁忙,防汛墻之間的水面寬度約400 m,應航道部門要求一跨跨越甬江,主跨約為465 m,適合的橋型主要有懸索橋、拱橋、斜拉橋和鋼桁梁橋幾種橋型。

        由于本橋有航空限高要求,結(jié)構(gòu)高度不超過48 m,橋下通航凈高不小于20 m,橋面以上結(jié)構(gòu)凈高基本不超過25 m。橋型構(gòu)思時應考慮此關(guān)鍵因素,選擇結(jié)構(gòu)高度低的橋型。因此在方案設計階段給出了兩個可行方案,見圖2、圖3,并經(jīng)綜合考慮景觀、結(jié)構(gòu)受力、施工造價等因素,最終確定鋼桁架方案,本文就此展開,探討鋼桁架橋的景觀構(gòu)思與考慮。

        圖2 方案一:主跨465 m的矮塔斜拉橋

        圖3 方案二:主跨465 m的鋼桁架橋。

        2 鋼桁架橋調(diào)研[1-4]

        鋼桁梁橋是一個比較傳統(tǒng)的橋型,早在1889年福斯橋就實現(xiàn)了521 m的跨越,1974年日本建成的港大橋跨徑也達到了510 m。隨著斜拉橋的興起,500 m左右的跨徑對鋼桁梁橋而言造價上并不占優(yōu)勢,但相對于鋼箱拱橋方案,該橋型施工便捷,臨時用鋼較少,優(yōu)勢明顯。

        1991年在日本長崎縣建成的連接生月島和平戶島的生月大橋全長960 m,主跨400 m,現(xiàn)居世界已建成的連續(xù)鋼桁梁橋跨徑之首,見圖4。

        由生月橋可見,桁架橋桿件密集,上弦桿和下弦桿之間,都是由規(guī)則地布置著斜桿和豎桿,“相同形狀的心理引誘力一經(jīng)重復出現(xiàn),就能體現(xiàn)出韻律感”(日)山本宏。

        建筑是凝固的音樂,成功的建筑總是以明確動人的節(jié)奏和韻律顯揚于世,將無聲的建筑變?yōu)樯鷦拥恼Z言和音樂,將無生命的實體發(fā)展為有規(guī)律、有情趣的有機體,因而節(jié)奏韻律美是建筑形式美的真髓。

        圖4 日本生月橋

        3 橋梁方案構(gòu)思

        作為如此跨度的超大橋,建成后勢必成為城市名片。工程建設既要重視質(zhì)量又要重視景觀,不但滿足交通功能的要求,而且要與周圍環(huán)境和整個城市融為一體,成為一道獨具特色的建筑“藝術(shù)品”。

        作為跨度將成為世界第一的連續(xù)體系鋼桁架橋,橋梁結(jié)構(gòu)的設計本身就已經(jīng)有很大的難度,在一切滿足力學的情況,在結(jié)構(gòu)的絕對安全為前提下,三官堂橋的建筑造型還必須保證是獨特的,有可識別性的,這無疑是一項有極具挑戰(zhàn)性的工作,見圖5~圖7。

        圖5 最終選定“飛檐”方案草圖

        圖6 結(jié)構(gòu)方案手稿

        圖7 裝飾方案手稿

        三官堂大橋應該作為寧波市未來最具現(xiàn)代感的一道風景,在平衡、比例、韻律等方面都需有其獨特的魅力,橋梁與環(huán)境和諧統(tǒng)一,既能喚起人們美感,具有良好視覺效果和審美價值、與橋位環(huán)境共同構(gòu)成景觀、又有一定的文化內(nèi)涵的橋梁。

        以上是我為早期方案設計時繪制的部分手稿,在大形態(tài)上探討了本橋的建筑方案可能性。

        德國著名的萊翁哈特教授在他的橋梁美學名著中說:“美可以在變化和相似之間,復雜和有序之間展示從而得到加強”。對橋梁美學的理解歸納起來是:多樣和統(tǒng)一,協(xié)調(diào)與和諧,以及比例、對稱和韻律。另外還有八綱:即剛?cè)帷屿o、陰陽、虛實的矛盾和統(tǒng)一。因此設計要有新意,不要抄襲雷同,要同中有異。要和環(huán)境協(xié)調(diào),結(jié)構(gòu)要求比例勻稱,沒有畫蛇添足的多余裝飾,有動感和韻律美。

        而三官堂大橋方案的設計選擇上,也秉承了這些橋梁美學的解釋,摒棄了新意有足,造型耀眼,但是需要外加裝飾構(gòu)件的裝飾方案,從結(jié)構(gòu)的合理性、施工的經(jīng)濟性、后期的養(yǎng)護成本等方面選擇了具有中國元素“飛檐”的方案進行深化。

        4 建筑造型比選

        4.1 立面造型的形式對比

        圖8對比了立面造型不同的弦桿景觀效果,由疏密程度的不同帶來的視覺呈現(xiàn)也是截然不同的,較密的弦桿形式由拉索組成,造型與結(jié)構(gòu)形式新穎大膽,結(jié)構(gòu)設計難度激增,且過密的桿件在較強的日光下會造成同等數(shù)量的光線陰影,對于橋面行車造成視覺上的強烈刺激,因此不予推薦。

        圖8 立面弦桿造型對比

        桁間距較大的方案造型優(yōu)美,然而妥協(xié)于目前的材料與工藝,可行性存在很大的問題,因此對于本橋的設計定位鎖定在了結(jié)構(gòu)可承受的最大桁間距造型。

        4.2 桁架數(shù)量的比選

        由于橋面較寬,三片桁架的結(jié)構(gòu)受力更具優(yōu)勢。但由于中間桁架需要承擔相當于兩側(cè)桁架兩倍的荷載,使得外側(cè)和中間桁架的構(gòu)件尺寸上會有很大的差別,降低原有的結(jié)構(gòu)一致的韻律性。如果統(tǒng)一尺寸則顯得太過粗壯,亦不理想。同時,從模擬的透視圖中可以看到三片桁架帶來的重疊效果并不理想,見圖9。

        圖9 三片桁架效果模擬

        參考美國新奧爾良的Crescent City Connection bridge(新月城橋),開始了四片桁架的研究,見圖10。實際上就轉(zhuǎn)換成了兩座相對尺寸較小的姐妹橋。這種形式的最大特點是減小了并且簡化了本身的結(jié)構(gòu),但桿件繁雜,日光下光影斑駁,對于公路橋而言并不是最優(yōu)選擇。

        圖10 新奧爾良新月城橋

        最終方案鎖定了兩片桁架的方向。桁架本身的尺寸就會較三片不同,在兩片桁架的情況下,橋底的承重梁的尺寸會變得很巨大,從而改變橋的整體形象,主橋的立面造型也由此經(jīng)橋梁結(jié)構(gòu)的計算而確認,見圖11。

        圖11 三官堂橋正立面

        4.3 主桁高度比選

        由于橋位處限高的影響,“福”形橋最高處僅有43 m,而跨中桁高可取范圍是10~20 m左右。

        選取中間桁高15 m進行比對,從三維模型來看,整體線形缺乏起伏,跨中從視覺上甚至給人以反鼓的感覺,景觀效果較差。尤其從岸邊的透視視角看整體效果,當跨中與主墩處的差距越大,則層次越鮮明,景觀效果越好,反之則越差,因此應盡可能的壓低中間桁高,見圖12。

        然而對于行車視角來說,當跨中選用較小桁高時,雖然可以滿足5.5的限高要求,但會造成視覺上的壓抑感,尤其對于車速較快時,會明顯給人以壓抑和不安全感,因此需要較高的桁高。

        在兩者沖突的情況下,考慮在盡可能滿足行車視角的舒適度前提下,將桁高壓倒最低,最終選取景觀和諧,結(jié)構(gòu)合理的13 m桁高。并在兩岸端部處增加一個上彎的弧線,以強化高度反差,見圖13~圖 15。

        圖13 跨中桁高13 m效果圖

        圖14 跨中桁高15 m透視效果圖

        圖15 跨中桁高13 m透視效果圖

        4.4 主桁形式比選

        在觀看大橋立面或側(cè)面景觀時除了桁架拱自身特有的曲線美外,最值得細細欣賞的構(gòu)件就是腹桿。疏落有致、富有節(jié)奏的腹桿能給人們一種精致細密、古樸典雅的韻味,見圖16。

        圖16 “N”形腹桿形式(推薦)

        “N”形腹桿形式排列規(guī)律,疏密布置合理,視覺效果優(yōu)美協(xié)調(diào),腹桿與吊桿的節(jié)奏統(tǒng)一中有變化,空間通透而不凌亂,整體造型具有一種傳統(tǒng)的優(yōu)雅氣質(zhì),為景觀推薦方案,見圖17。

        圖17 “Δ”形腹桿形式

        由于“Δ”形的傾斜腹桿與垂直的直腹桿在同一個立面上角度形成交叉,疏而不透,無法形成律動而有節(jié)奏的美,因此,將該方案不予推薦。

        4.5 上平聯(lián)方案比選

        上平聯(lián)是大橋構(gòu)造的主要構(gòu)件之一,造型關(guān)系到橋面的景觀效果,橋面行車與人行道行人上橋都可以看到上平聯(lián)的造型,上平聯(lián)布置不當會給人帶來空間的局促和壓抑感,為使之更加人性化,減輕對人的視覺壓迫感。分別對兩種形式進行模擬比選。

        上平聯(lián)平面造型布置結(jié)合結(jié)構(gòu)設計,盡可能簡化風撐造型,減少了桿件尺寸使空間通透性增加,避免了上平聯(lián)密布帶給人的厚重感和空間壓抑感,造型與大橋整體協(xié)調(diào),富有韻律,景觀效果佳,見圖 18、圖 19。

        圖18 上平聯(lián)平面造型

        圖19 上平聯(lián)桁架造型

        4.6 橋門架方案比選

        橋門架方案比選見圖20。

        將建筑中玄關(guān)的理念引入設計方案中,延續(xù)飛揚的起伏線形,5.5 m大的矩形實體塊作為橋梁的大門,氣勢磅礴、造型穩(wěn)重,在今后的使用中也可供懸掛橋銘牌;柵格作為橋梁入口的過渡,簡潔的幾何造型與“?!睒蛳嗥ヅ?,矩形柵格與風撐的菱形,兩側(cè)的N字形,統(tǒng)一中富有變化,同時對光影效果進行整理。

        圖20 橋門架方案比選

        5 結(jié)語

        對于美學的評價,并沒有詳細的規(guī)范尺度,人與人之間的審美亦或不同?,F(xiàn)階段往往是通過三維模型的模擬來比較、推敲待建橋梁的形態(tài)、韻律,以及與環(huán)境之間的關(guān)系來贏得大多數(shù)人的喜愛。

        橋梁美學,是一場建筑與結(jié)構(gòu)之間的博弈,如何平衡兩者的關(guān)系,是橋梁造型的重點。

        本文結(jié)合寧波三官堂大橋的工程實踐,整理并提出了一些關(guān)于橋梁造型設計的體會,希望能夠起到拋磚引玉的效果,能為今后我國的大型桁架橋的建設提供借鑒。

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