维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年１２月 第１２期（总１１１） 铁道工程学报 ＤｅＣ ２００７ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＮＯ．１２（Ｓｅｒ．１１１） 文章编号：１００６—２１０６（２００７）１２—００６１—０３ 双幅联体塔斜拉桥景观设计研究 张雷 李黎牛远志 （铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津３００１４２） 摘要：研究目的：天津南仓立交桥主桥为双幅桥面、四索面独塔斜拉桥，结构形式新颖独特。根据其特点，设计 出结构合理、景观效果突出的桥梁结构造型。 研究方法：结合桥塔、主梁、斜拉索及桥梁色彩等各部分，采用结构与艺术相结合的研究方法。 研究结果：探索出一套针对斜拉桥景观的设计方法，该方法体现结构与景观结合、技术与艺术结合、桥梁 与周边环境结合的思想，为同类桥梁的景观设计提供参考。 研究结论：在斜拉桥结构造型设计中，桥塔设计是最为关键的。双宝瓶联体桥塔满足双幅桥面使用要求， 受力合理、均衡，同时具有良好的桥梁景观效果。此外还应注重主梁、斜拉索以及色彩等方面的设计。 关键词：联体桥塔；斜拉桥；桥梁设计；桥梁景观 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ Ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｔ Ｔｏｗｅｒｓ Ｃａｂｌｅ—－ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ，ＬＩ Ｌｉ，ＮＩＵ Ｙｕａｎ—Ｚｈｉ （Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｔｈｅ Ｎａｎ—Ｃａｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｔｉａｎｊｉｎ ｉｓ ａ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ２一ｂｅａｍｓ ａｎｄ ４一ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅｓ．Ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄｓ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｏｗｅｒ，ｍａｉｎ ｂｅａｍ，ｃａｂａｌ ａｎｄ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｌｏｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｃｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｒｔ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ ｏｆ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｒｔ，ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｅｎｔｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｎｄ ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ ｉｓ ｐｉｖｏｔａ１．Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｔ ｔｏｗｅｒｓ ｃａｂｌｅ— ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ａｃｃｏｒｄ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ—ｂｒｉｄｇｅ—ｆｌｏｏｒｓ．Ｉｔｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｉｓ ｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂａｌａｎｃｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｏｆｇ ｂｅａｍ，ｃａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｌｏｒ，ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌｅｓｃｅｎｔ ｔｏｗｅｒｓ；ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ；ｂｒｉｄｇｅｓｃａｐｅ 桥梁在具备良好使用功能的同时，还应该是一座 令人赏心悦目的结构艺术。南仓立交桥是天津城市快 速路西北半环的一座大型互通立交，该立交桥连通北 辰区京津公路与铁东路，主要跨越京山、京津城际等既 有和规划的铁路共４１股，其主桥采用２ Ｘ １５０ ｍ独塔 四索面斜拉桥。在该桥设计过程中，充分重视桥梁景 收稿１３期：２００７—１１—２０ 作者简介：张雷，１９７５年出生，男，高级工程师。 维普资讯 http://www.cqvip.com ６２ 铁道工程学报 ２００７年１２月 观设计，力求使该桥成为结构与建筑艺术的完美结合。 分，是桥梁景观的根本所在。因此，笔者认为，用桥梁 １桥梁景观设计思想 桥梁作为跨越障碍的结构物，其最基本的功用是 交通功能。而一座桥梁，飞跨两岸，畅通无阻，除了交 自身完美的结构去实现景观性与艺术性，是对结构景 观最根本的阐释与最高追求。 ２主要研究内容 通功能外，它的美也融人于人们的生活。“人的一生， 不知要走过多少桥，在桥上跨过多少山与水，欣赏过多 少桥的山光水色，领略过多少桥的画意诗情”（茅以升 ・《桥话》）。人们对于桥梁美的关注由来已久，不仅 希望所建设的桥梁所能够达到实用的功能，还要体现 出美的特性。 我国著名桥梁专家茅以升曾经谈到，“桥的美首 先表现在形体，亦即桥身的构造，要它在所处环境中， 显得既不可少，又不嫌多，裱纤得衷，修短合度。其次 在艺术布置上处理得当，绝不画蛇添足。一条重要的 法则是技术和艺术的统一，不因此害彼。” 桥梁美学专家唐寰澄先生曾提出，“桥梁建筑艺 术表现出一个民族的艺术素养。一个桥梁设计者应当 在根据使用要求的条件下，以客观条件为出发点，在力 学计算确定方案的同时，从艺术的角度渐渐成熟地产 生出美学上较完整的建筑想象。”唐寰澄先生还多次 提到３个统一性是美的最重要属性：（１）感性和理性 的统一或感觉和意识的统一；（２）客观和主观的统一 或人和自然的协调统一，即“天人合一”的思想；（３）形 式和内容的统一，即造型和功能的一致。归纳起来的 桥梁美学法则是：多样和统一，协调与和谐，以及比侧、 对称和韵律。另外还有八纲：即刚柔、动静、阴阳、虚实 的矛盾和统一。理解为：设计要有新意，不要抄袭雷 同，要同中有异。要和环境协调，结构要求比例匀称， 没有画蛇添足的多余装饰，有动感和韵律美。 德国著名桥梁专家、现代桥梁美学奠基人之一弗 里茨・莱昂哈特根据对美学价值的理解和分析研究， 提出了由普遍美学特性引导出的桥梁评价准则：（１）目 的与功能的满足；（２）在三维空间中有好的、和谐的比 例；（３）结构物的线和边的序列原则；（４）精炼的形 式；（５）必须与环境、景观或城市风貌相结合，还必须 和人的尺寸联系起来；（６）材料的选择、表面质地、色 彩等和环境要求相适；（７）色彩的重要作用；（８）表现出 建筑物所应有的特性、特征或目的、地位；（９）表现出 建筑物的复杂性与多变性相结合所产生的艺术魅力； （１０）保护、建设自然环境，开发景观资源。 桥梁结构在桥梁景观建设中具有主体功能，表现 为直接利用桥梁结构进行建筑艺术造型创造，并直接 体现桥梁的美学效应。结构景观设计融美学于结构设 计之中，是桥梁景观设计中内在的、本质的、固有的部 ２．１桥塔 ２．１．１整体造型设计 桥塔是斜拉桥的标志，其造型对全桥景观至关重 要，几乎起决定性作用。世界各地著名的斜拉桥或悬 索桥，建筑风格最为显著、令人印象最为深刻的部分， 往往是桥塔部分。因而桥塔造型设计是斜拉桥景观设 计的重点，必须慎重选择桥塔形状，精心优化各部 比例。 本桥路面为双幅，每幅各四车道，在满足功能要求 与结构合理性的前提下，主桥采用四索面斜拉桥，因而 桥塔结构形式必须符合双幅梁、四索面的要求。从多 种造型概念出发，构思了双菱形、门形、山形、叶形、宝 瓶形双幅联体等多个不同风格、各具特点的桥塔形式 （图１）。 一豳 一■ 图１桥塔造型的多个方案 根据桥梁造型评价准则等景观设计思想的指导， 对这些桥塔造型方案深入分析。其中宝瓶形双幅联体 塔由２个宝瓶形桥塔并列组成联体形式，造型新颖别 致，除具有传统宝瓶形桥塔挺拔、幽雅、含蓄的美学特 点，还具有独一性——不同于已建成的所有桥塔。双 幅联体的形式，很符合中华民族对“成双成对”的情感 偏好，容易给观赏者以美好的感受。该塔形由于结构 对称，使得塔身受力均衡、稳定，同时索面在横向得以 对称布置，有利于主梁受力的平衡。因此，宝瓶形双幅 维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ２期 张雷李黎牛远志：双幅联体塔斜拉桥景观设计研究 ６３ 联体桥塔在使用功能上能够满足双幅宽路面的功能要 求；在结构受力上合理、均衡、稳定，在建筑造型上具有 简洁、流畅、精练的特点，桥塔各段比例协调匀称，建筑 ６５０ Ｈ 风格稳重、挺拔，富有朝气又不过分张扬，与周围环境 相融合。ｌ￣ＪｔＬ选择宝瓶形双幅联体塔作为实施方案 （图２）。 ８００１ ４７５ ８００ 十— 一 、。喜 ／－ ／ ／，， ｊＩ １ ＼ ｔ Ｉ． 、、 ，、＼＼ 铁路 １ ０ ０ ｆ 铁路 ｌｎ ｎ ｆ 肝 可 勰 （ａ）立面 ｛ （ｂ）侧面 图２主桥结构图（单位：ｃｍ） ２．１．２细部研究 上塔柱与地基之间形成良好的过渡，造型顺畅简洁，具 有良好的景观效果。 ２．２主梁 建筑学中，中外柱式一般都包括柱冠、柱身、台座 三部分。类似地，可以把桥塔塔体分为三大部分：塔 冠、塔身和塔座。塔冠是指超过最上段拉索的锚固点 后继续向上延伸的一段高度，虽然并非受力或构造所 必须，但这样处理后，桥塔比例更为俊秀，提高了桥梁 整体景观上的平衡。 经过比较，塔的顶端设计成向内倾斜的斜面，使塔 在主梁断面形式的选择中，当几种断面形式均能满 足静力荷载要求时，宜选择空气动力性能好的断面形 式。为避免铅直面而采用了倾斜腹板的双倒梯箱形断 面，它具有箱形截面刚度大的优点，且又减轻了底板重 量；斜腹板与底板采用曲线平滑过渡；在截面两端形成 三角形风鼻。这些措施进一步提高了截面的抗风能力。 ２．３斜拉索 的造型更为舒展，具有轻松愉悦感。 一般的宝瓶形桥塔，上塔柱多为竖直的。本桥桥 塔上塔柱做内收处理，两柱之问净距由Ｉ．５ ｎｌ过度到 塔顶Ｉ．２ ｍ。这样在实际视角下，不仅不会有塔柱内 倾的印象而且会避免竖直塔柱透视角度下的外叉错 斜拉索不仅是斜拉桥的主要构造单元，而且是决 定桥梁景观的重要因素，对调整桥梁形态构图比例，获 得视觉均衡方面起着十分有效的作用。本桥斜拉索采 觉，从而保持了桥塔向上的动势与整体的稳定感。 在桥塔截面设计中，将矩形截面的四角倒角，成为 八边形截面。有关研究表明，矩形截面适当倒角后，有 利于抑制桥塔风振，提高其抗风性能。同时由于切角 后形成的棱线，以及各面之间的折角，使得桥塔在光照 下呈现出沿竖向的线条，以及丰富的影调层次，从而改 善了矩形塔柱的单调形态，使桥塔更为挺拔有力。 中塔柱与下塔柱转折点的位置，大多简单处理成 用密索体系，规则排列的相对很细的索组成了索面，更 好地营造了建筑空间，丰富了桥梁的构成元素。从力 学思想考虑，密索方式的主梁类似于在弹性地基上，当 初张索力合适时，可显著减少主梁所受的弯矩。因此， 只要不发生压杆失稳，即可将梁做到足够纤细，降低了 建筑高度，节省了材料。索面布置形式根据桥塔的造 型特点，采用扇形布置，塔端锚固点分布于上塔柱范围 内，整体造型更为平衡。 ２．４色彩 与横梁型心在一致的高度。本桥将转折点向上移动少 许，使之与主梁位置一致。虽然截面内力有很小的增 加，但由于转折点的移动，桥塔与梁整体的平衡感显著 增强，下塔柱倾斜度减缓，造型也更为顺畅。 下塔柱的间距向根部逐渐收拢。在桥梁结构横向 桥梁的色彩对于加强或减弱对桥的印象，以及与 周围色彩环境调和的相互关系有很大影响。本桥位于 城市之中，周围建筑物较多，且跨越铁路站场，建筑、铁 路设施等很多，因而背景色彩复杂。经过分析，本桥色 彩采用浅灰色，容易与环境背景相融合，具有良好的效 （下转第６８页） 力作用下，塔根部将承受很大弯矩，为提高下塔柱刚度 需进行加强。经过分析，采用横向渐宽的形式，使其在 维普资讯 http://www.cqvip.com ６８ 铁道工程学报 ２００７年１２月 或薄弱面是不易发现的，必须加强施工中的过程控制 合关系，结合超前地质预报，提出了碎裂玄武岩夹凝灰 和不断总结施作初期支护的经验，根据施作情况及时 岩型隧道的支护体系和衬砌结构，通过施工实践，效果 调整支护参数，防止已施作的初期支护发生变形或脱 良好，保证了施工顺利有序地进行。也为今后滇西地 落，确保隧道施工安全。需要强调的是，在实际施工 区类似围岩的隧道施工提供有益的借鉴和参考。 中，尚应根据超前地质预报、掌子面地质素描、施作初 期支护的情况结合本文介绍的设计方案及时调整支护 参考文献： 参数。 ［１］ＴＢ １０００３－－２００５，铁路隧道设计规范［Ｓ］． ［２］铁道第一勘察设计院．铁路工程地质手册［Ｋ］．北京：中 ４ 结论 国铁道出版社，１９９９． 根据２年多施工开挖揭示的碎裂玄武岩夹凝灰岩 ［３］ＴＢ １００２７－－２００１，铁路工程不良地质勘察规程［Ｓ］． 型隧道围岩结构特征，针对玄武岩和凝灰岩的复杂组 （编辑慕成娟赵立兰） （上接第６３页） 果。多索面斜拉桥在中景、近景时，索面容易呈现相互 交错的视觉印象，如果拉索被黑色ＰＥ护套包裹，将加 ４ 结论 重拉索间视觉交叉的印象。因此拉索用白色进行处 （１）桥梁作为一种建筑，尤其是大桥，它具有使用 理，可降低交错感造成的繁杂效果。 和观赏２项功能，桥梁设计者运用结构学原理进行设 ３整体景观效果 计，以满足交通使用的要求；同时，还要运用美学原理 进行构思，以满足人们观赏及改变环境景观的要求。 通过前述对桥塔、主梁、斜拉索以及色彩等方面的 用桥梁自身完美的结构去实现景观性与艺术性，是结 研究，设计出的双幅联体塔斜拉桥在建筑造型上具有 构景观设计的根本所在。 很好的景观效果。全桥整体造型均衡、典雅，桥塔俊 （２）在斜拉桥结构造型设计中，桥塔设计是最为 秀、挺拔，塔身细节丰富；主梁造型流畅，与桥梁整体建 关键的。宝瓶形双幅联体塔不仅满足使用功能要求， 筑风格统一；色彩简洁、稳重而不失亲和力。桥梁在使 在结构受力上合理、均衡、稳定，而且在建筑造型上具 用方面很好地满足了双幅路面的交通需求；在结构方 有幽雅、简洁的特点，与周围环境相融合。 面，具有对称、均衡、合理的力学特点。因此本桥体现 （３）此外还应注重主梁、斜拉索、色彩以及附属设 了结构与艺术完美结合的设计初衷，用桥梁自身结构 施等各个部位、各个方面的设计，力求使桥梁成为功能 美实现了桥梁景观最为本质的含义。 与建筑艺术的统一。 桥梁所处地区为铁路编组站区，周围地形开阔，双 参考文献： 幅联体塔斜拉桥以宏伟、挺拔的造型伫立其间，成为这 ［１］弗里茨・莱昂哈特．桥梁艺术与造型［Ｍ］．北京：人民交 一地区的标志性景观。天津快速路西北半环得以通过 通出版社，１９８８． 本桥顺畅地跨越铁路站区。安全、舒适、快速的交通线 ［２］ 陈艾荣，盛永，钱丰．桥梁造型［Ｍ］．北京：人民交通出版 也成为一道亮丽的风景。本桥的建设不仅使这片远离 社，２００５． 市中心的边缘地带纳入全市快速交通体系，而且用桥梁 ［３］ 王伯惠．斜拉桥结构发展和中国经验［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，２００３． 自身结构所阐释的美好，融人于当地人们的生活中。 （编辑马丽张滨）
