试议城市高架桥梁设计

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1引入“黄金分割”景观设计理论

多年来很多画家、摄影师和艺术家都是应用这一伟大规则,创作了一幅幅优秀的艺术作品,笔者认为在高架道路景观设计时亦可引入“黄金分割”理论,即高架道路纵断面设计时将桥墩立柱横梁的黄金分割线作为高架桥梁整体结构的黄金分割线,以提升高架桥下地面道路的竖向净空,减少大断面高架桥下给人的压抑感。浦东机场北通道高架道路纵断面线形设计在地面道路纵断面的基础上进行,纵向设计标高在加上道路净空要求、桥梁结构高度、沥青混凝土铺装及横坡影响后确定,同时充分考虑“黄金分割”景观设计理论,即立柱横梁黄金分割线至防撞护栏高度H1与立柱横梁黄金分割线至地面道路的高度H2的比值为0.618,确定将高架道路的桥下净空标准控制在7.838m左右,此时高架道路防撞护栏顶与地面道路的平均高差达1682m左右,增添了浦东机场北通道高架道路的整体景观效果。

2采用造型美观的桥梁上部结构和墩柱形式

城市高架桥梁存在形象造型单纯、重复性强的特点,因此,在高架桥梁设计中选择合理的跨径布置、造型美观的桥梁上部结构和墩柱形式就显得尤为重要,可带给驶入高架桥下的司机和行人耳目一新的视觉感受。同时通过对不同结构断面的墩柱形式加以调整,加上对墩柱的特色化涂装和修饰,减弱高架桥下混凝土树林的单调感。浦东机场北通道高架桥梁结构的选择在满足道路线形要求、遵循适用、安全、经济及施工快捷的建设方针的前提下,尽可能采用造型美观独特的桥梁上部结构和墩柱形式。

(1)桥梁上部结构选型及跨径布置考虑到浦东机场北通道高架道路设计为双向八车道标准,标准桥宽为30.5m,合理的跨径布置应使桥梁梁高能同时兼顾横向宽度与纵向跨度,对此在结构美观、经济并且满足建设进度的前提下,确定桥梁上部结构采用等高度的预应力混凝土连续箱梁结构。在考虑减少桥墩个数及桥梁高跨比和谐等因素后,选择30、35m的跨径作为主线高架桥梁的主要跨径。在城市高架中布置30、35m跨径的连续梁结构不仅在外形上较美观、和谐,立柱间距不显狭小,而且30、35m跨径布置灵活,在城市高架中较为适用,可基本满足大多数情况下的布墩要求。同时,选择h=4m的梁高既降低了工程造价,还可在部分超过35m跨径但小于40m跨径的路口上采用等高度连续梁结构,确保整个浦东机场北通道高架桥梁线形的优美和谐。在高架桥梁横断面的选择中,经过多方案的研究比选,最终确定上部结构采用整体式碟形箱梁造型,其具有造型美观大方,结构整体受力性能好、抗弯抗扭刚度大,跨越能力强,能适应各种线形和桥宽变化的特点。整体式碟形箱梁造型是在斜腹板箱梁的基础上将斜腹板采用弧线设计,两侧翼板的挑出一方面可以降低梁截面的厚重感,另一方面弧线形的出挑感强化了桥梁的横向线条,赋予桥梁整体造型一种动感的效果。从梁的侧向视觉效果看,日光投射的阴影效果层次感比较丰富,视觉效果好;从梁底面视觉效果看,弧线形的长悬臂使得梁底宽度减小,可以减轻梁体对桥底的视觉压抑感,使其外形美观、轻盈,组合柔美,富于变化。高架桥梁的整体式立体结构运用圆弧曲线的元素,组合成圆弧形的挑臂结构造型,突破了原高架桥梁造型单一的形式。高架桥梁圆弧曲线的造型,使高大的造型趋于柔和,较容易与周边的环境相结合,减少了高架桥下给人的压抑感。

(2)桥墩结构形式的选择整体式桥梁标准段断面宽度为30.5m,且部分路段有匝道的汇入,造成桥梁宽度达49.5m,宽幅整体式断面决定桥梁自身的比例造型至关重要,下部立柱的形式需与上部结构相协调方能使如此宽大的桥体协调美观,达到最佳组合。桥墩结构形式宜简洁、轻盈、通透、挺拔,同周围环境尽可能协调与融洽,并与上部结构协调一致。对此,在对下部立柱进行多方案研究比选后,最终确定立柱采用带圆角的矩形断面形式,在横桥向为加大桥梁支座间距,同时与上部蝶形箱梁的弧线顺接,墩柱采用弧线与直线相结合,实现下部结构与上部弧形结构之间的完美衔接,使高架桥梁总体的风格具有曲线的柔和。两个立柱间采用横梁相联系,形成了一个曲线的整体效果,提高了桥型的景观协调性。同时略低的横梁也可提供一个将来调节或更换支座的平台。

3桥梁细部的特色化设计

高架桥梁细部设计应注重强调环境和景观结合,除采用独特的碟形连续箱梁以及曲线立柱结构的形式外,还应注重防撞护栏、路灯、声屏障及外装饰等细部的特色化设计,确保了浦东机场北通道高架桥梁的总体景观效果。防撞护栏、路灯、声屏障及外装饰等细部设计应与高架桥梁结构主体设计相配合,避免高架桥梁整体外观不协调,将景观设计和结构设计融为一体,把浦东机场北通道建成体现国际化大都市建设水平的精品工程。在高架桥梁的细部设计中,一方面应注重高架桥梁外观涂料、色泽和结构的统一,另一方面应注重高架桥梁附属设施与结构的统一。为防止防撞护栏的雨水绕梁的悬臂流下影响高架桥梁的美观效果,防撞护栏下设置滴水沟檐;防撞护栏扶手采用透光玻璃钢管材,夜间开启有诱导视线功能的内置灯带,以突出浦东机场北通道晚上的景观效果;为避免路灯、声屏障与桥梁主体结构外观不协调,二者外观设计时与高架桥梁主体结构造型紧密配合,均采用“造型简洁、线条流畅”的简约主义外观造型,以满足浦东机场北通道的整体景观设计要求。

4桥下空间的景观构建

浦东机场北通道高架桥下空间的景观构建以“路上的风景———世博风尚·华夏旋律”为主题,通过对交汇形、延伸形高架桥下空间的充分利用,并结合绿化种植、土方造型、景观小品、园林广场及廊架等景观设计手法,重视对时空环境和视觉形态的研究,通过春、夏、秋、冬四季具有江南特色的造景,取得“路移景异”的舒展效果,使浦东机场北通道整体风格更加简洁明快,充分体现了浦东新区独特的地域特征和文化特色。城市高架桥梁由于体型大、线路长、视觉效果突出,如果不对其桥下空间进行景观设计,很容易使其成为缺乏生机的、单调的巨型城市构筑物,因此必须加强高架桥下的景观构建,融合城市文化与城市特有的景观要素,从整体到局部对桥下的空间进行设计,使其融入城市。应充分利用交汇形高架桥下空间可用作生态休闲绿地,通过对其进行专项设计形成点状景观节点;而延伸形高架桥下空间则可通过有效的绿化,通过对其进行专项设计形成线性景观廊道,以降低城市交通对环境的污染。此外还可结合高架桥下空间的各种利用形式(如公园广场、休闲设施、市政设施等)布置艺术性小品、景观标志和休憩空间等,充分体现以人为本的思想。通过城市诸多交汇形高架桥(图5)下较为宽阔的点状生态空间与延伸形高架桥(图6)下线性生态廊道空间,加之与纵横的线状城市道路、河流等绿地空间的结合,最终形成网络状城市生态空间系统。

5结语

人们在享受快捷便利交通的同时,对交通设施的审美期望也逐渐提高,要求城市高架桥梁能够与城市建筑融为一体,以提升城市的整体景观形象,甚至成为国际现代化都市的重要标志之一。因此在城市高架设计中不应把整体造型与景观设计割裂开来,在贯彻工程性能良好、经济安全合理、满足道路交通功能总体要求的基础上,使城市高架整体造型在满足建筑美学要求的同时,进一步注重高架桥梁结构的景观设计,使之与国际化城市发展相协调具有重要的意义。

作者：赵文聘单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司