桥梁结构的造型设计

万大学

摘要：桥梁作为一种跨越障碍物的设施，除了具有一定的交通功能外，还应该包括桥梁造型设计，即包含景观功能和美学价值，尤其在一些大的沿江、沿海城市，一座造型设计成功的桥梁往往是一个城市的地标性建筑。纵观历史，可以发现一些造型优美的桥梁已成为文化遗产，记载着名族精神，也是技艺水平的见证。

关键词：桥梁设计;力学性能;美学价值;传力路径;造型

前  言

桥梁作为道路交通网中的关键节点，其在保证道路通畅方面发挥着不可磨灭的作用。但随着社会经济水平和人民生活质量的提高，桥梁在交通系统中饰演的角色也悄无声息地发生了变化。在满足功能要求的同时，桥梁造型的设计成为桥梁工程师们关心的问题。因此，对桥梁进行造型设计具有很好的现实意义。通过对桥梁建筑艺术的剖析，提出了桥梁建筑艺术的美学原则，分析了桥梁建筑艺术风格的时代性、民族性和地域性，介绍了桥梁建筑的造型要素，从而揭示了桥梁建筑艺术意蕴丰富的内涵。

一、力学性能分析

无论桥梁结构是否进行造型设计，保证结构满足功能要求，在设计使用年限内不发生破坏，保证通路交通的通畅都是至关重要的。因此，在进行造型设计的同时也不可避免要对结构进行设计，一个合理的结构是进行造型设计的基础，也只有建立在合理桥梁结构之上的造型设计才具有价值，才能在满足交通要求的同时，给予人们美的享受。

在进行力学性能设计时必须要保证几条原则：

1.传力路径要明确

桥梁从结构受力上可以分为梁桥、拱桥、斜拉桥和吊桥。无论是那种桥梁结构形式，可以清晰发现，其传力路径都是非常明确的。梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，而斜拉、吊桥则以受拉为主。

2.造型设计不参与结构受力

為了保证结构具有明确的传力路线，在进行造型设计时应尽量保证其不参与结构受力。使其具有较为纯粹的功能，即仅提供美学价值。

3.主要受力构件无需进行造型设计

为了保证结构的受力合理性及结构的经济性，对桥梁结构中的主梁、主塔、斜拉索等一系列主要的承力、传力构件应尽量避免其参与造型设计。综上可知：桥梁造型设计是体现桥梁结构美学价值的过程，对结构具有更高层次意义。但进行造型设计必须以力学性能分析为依据，保证结构合理的前提下，通过一定程度的造型设计，是桥梁成为一个奇葩。因此，力学性能分析是基础，是进行造型设计的关键步骤。

二、桥梁造型设计

桥在形态上的一个特征是构造形式的多样化，不同构造形式的桥自然而然的有不同的使用范围，因此，桥型的多样性是非常引人注目的。由于文化背景、自然条件的不同，可看出不同国家的风格，也可看出因时代的潮流、技术变迁而产生的明显差异。

1.梁桥

提到桥梁结构，人们总是会联想到那些大跨度，线型优美的悬索、斜拉或拱桥。但基于统计资料，可以发现世界上绝大多数为梁桥结构。这主要是因为梁桥具有结构形式简单、受力明确等优点。这就给桥梁造型设计带来了一定的困难。如城市中的高架桥，上部结构过于单一，外加粗壮的桥墩结构常会给人以压迫感，缺少柔和感。鉴于此，国内外不少学者对于高架桥的造型设计进行研究，成功案例不胜枚举。再加上桥梁断面向下变大，给人以稳定感。最终桥梁造型设计中的轻盈体现的淋漓尽致。因此，对于梁桥结构应结合具体的桥梁，根据其所在场地、自然环境进行造型设计，保证结构的简单、大方而又不乏稳重。

2.斜拉桥

真正斜拉桥发展起源于第二次世界大战以后。斜拉桥实际上是弹性支撑的连续梁。一般斜拉桥结构均包括主塔、斜拉索、主梁三部分组成，因此对斜拉桥进行造型设计也应从这三个角度出发。尤其是主塔的纵、横桥向布置和斜拉索的形态均可作为造型设计的出发点。

拉索的布置形态主要包括：竖琴形、辐射形、扇形、不对称形索等。桥塔，从横向看，有柱式、门式、A形、倒Y形及菱形等。具体进行斜拉桥的造型设计要结合周围自然环境和结构力学分析。和梁桥相比斜拉桥的造型设计具有多角度的特点，即不单单可以从主梁上进行设计，还可以对拉索、主塔等结构进行设计。这些都无形中给斜拉桥的造型设计提供的基础，但同时也增大了设计的难度，和整体协调性的统一。

3.拱桥

“长虹卧坡”是人们对拱桥的一个美丽描述，拱桥在我国有着悠久的发展历史，这主要取决于其受力特点，以压为主，结合我国很多山区石材丰富，因此发展迅速，如著名的赵州桥。

拱桥因其自身的结构形式犹如彩虹，为一带状结构，因此进行造型设计时其本身就是一条亮丽的风景线。拱桥根据其拱肋与桥面系的位置关系可以分为上承式、中承式和下承式三种，三种结构形式均有自己的造型设计特点。

葡萄牙附近的Mariapia桥和法国南部的Garabit桥，均由埃菲尔设计。两座桥的共同点是拱肋、梁、柱都采用桁架结构，桥墩低端断面尺寸加大，和埃菲尔铁塔有异曲同工之妙。桁架拱型桥梁较为成功的是位于悉尼的Harbour桥作为地标建筑。因此，对于拱桥的造型设计，应放在对主拱圈的设计，以及桥面系与主拱圈位置关系的构造。

4.悬索桥

吊桥，近代称悬索桥，自古就有。近代吊桥通过吊杆将桥面结构悬吊于主缆，因此在自重作用下，主缆的线形基本上为抛物线，其犹如倒置的拱肋，因此吊桥是具有曲线形式美的。有人根据在悬索桥上驱车行驶的心里感受，谱写出悬索桥主旋律，体现了连续、富于节奏、反复、和谐的旋律。悬索桥特有的形态特征为：流畅、轻快、极富心理诱导力的曲线主旋律;排列有序的吊杆，变现出连续反复、节奏优美的主旋律;凌空气势磅礴的形态，体现柔中济刚、轻盈飘逸的总体造型。悬索桥从结构上包括主缆、主塔、吊杆和加劲主梁，因此对悬索桥进行造型设计要从各部分结构出发。本文以桥塔造型设计为例进行说明。

桥塔设计应以简单、大方为依据，不易设置过多的横梁，由于横桥向刚度的要求，横梁的设置有时则是必须的，此时则要尽量保证其外形与主塔塔柱的协调。湘西矮寨大桥，其主塔采用门式结构，主要考虑与周边自然环境的协调性。美国金门大桥，其主塔采用阶梯型，且依次减小，具有建筑结构的特色。悬索桥的其他结构设计原则和桥塔一致，即保证结构安全的同时，应保证与周边自然、人文环境的协调性，全桥线性的流畅、舒展。

四、结论

本文通过对各种桥型各自特点的简单分析、结合桥型的特色对造型设计的原则进行总结。主要包括以下几点：

1.力学能力分析是依据

进行造型设计应以保证结构安全为前提。桥梁作为交通系统中不可获取的一部分，其主要功能是保证交通的通畅，因此必须保证结构的安全。

2.与周边自然环境协调

桥梁结构具有庞大性，无论其位于郊区的公、铁系统中，还是位于市区，都占据很大的自然空间，因此保证结构与周边自然环境的协调性具有很好的意义。

3.桥梁结构自身特色

对桥梁进行造型设计时应结合桥梁自身的特色进行，并保证设计后的桥梁结构具有统一的流畅性、整体性。

参考文献：

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