关于城市异形人行景观桥梁设计的探讨

时黎明

安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230092

在城市建设规划逐渐推进过程中，基础设施建设要求逐渐增多，不仅需要满足地方交通与发展，还要符合城市景观功能。因此，设计人员越来越重视城市人行景观桥梁设计，通过先进计算方法与研究工具体现出景观桥梁美观功能。在城市异形人行景观桥梁设计方面，设计人员着重研究环境协调、桥梁功能和艺术特点等，为特定目标群体设置独特桥梁造型，从而满足客户使用体验。

1 工程概况

本文以某城市旅游景区内景观桥梁为工程案例，对异形人行景观桥梁设计进行探讨。该旅游景观桥梁位于城西山区，景区内部有一条贯穿的河流，主要通过景观桥梁设计连接河对岸，为游客旅游观光提供便利。景观桥梁位置在景区入口位置，该桥梁属于景区内部形象工程之一，设计人员在桥梁设计时必须体现出桥梁的独特性。

2 景观天桥设计研究

2.1 设计标准

异形人行景观桥梁是三维空间作品，在桥梁形式和桥梁内容设计方面必须保持标准统一性与协调性。因此，在城市异形人行景观桥梁设计过程中需要对周边环境进行考虑，从美学角度进行桥梁造型方案设计，结合造型进行异形结构形式合理选择。在本旅游景观桥梁设计方面，设计人员需要结合《公路桥涵设计通用规范》进行人群载荷标准设计，并对栏杆水平与竖向力进行考虑。该异形人行景观桥梁桥面宽度为4m，在桥下设计时需要考虑到游船通航需求，设置为12×3m2，桥梁安全等级设置为I级，期限为100年，钢结构防腐年限设置为20年。在景观天桥设计方面，主要从视觉角度进行钢架结构设计，以钢材、混凝土、钢筋等为主要材料[1]。在主桥梁设计方面需要采用防水涂料进行桥面防水设计，涂层厚度可控制在1.5～2.0mm，防腐年限设置为15年。钢结构防腐涂装见下表1所示。

表1 钢结构防腐涂装

2.2 设计方案

在城市异形人行景观天桥设计方面，需要从本土性、轻盈性与活力等方面考虑综合设计理念，确定桥梁基础功能与美观功能等。因为该桥梁属于旅游景观一角，所以在桥梁外形设计方面必须体现出自然、和谐等设计理念，使游客在穿过桥梁过程中能够置身于自然环境之中，享受自然带来的和谐美。在设计方案制定过程中，需要对城市异形人行景观桥梁周边环境进行考虑，在造型设计过程中融入周边环境特点。该桥梁周围地块属于开发区，已经兴建起多个小区、商业设施等，周围环境风貌偏向于休闲、现代化，主要以生活娱乐为发展中心。因此，在桥型方案设计方面需要以简约、现代感和冲击力等为研究视角，从桥梁结构本身设计体现出环境效果。在景观天桥桥梁平面设计过程中，设计人员可以通过两端弧形曲线设计连接，将桥梁分为引桥与主桥两部分，以主桥外形设计体现出异形结构特点。在桥梁步道设置方面，本研究主要选择木材进行铺地设计，通过统一材料形成连贯体，从视觉上体现出简约、美观效果。

3 结构设计分析

3.1 主桥空间设计

在城市异形人行景观桥梁主桥空间设计过程中，本研究采用空间异形拱桥设计方式，桥面中心线位置在圆曲线中，横断面横向设置与宽度均设置为5.5m，跨径设置为121.4m，主桥空间曲线半径为69.5m。主拱拱肋平面轴线设置为二次抛物线，水平夹角设置为70°。在主梁断面设置方面，设计人员选择单悬臂钢箱梁结构进行非对称结构设计，内侧曲线和主拱相连，中间吊杆设置为15根。该景观桥梁地理位置较好，浅层土主要有砾砂与粉质黏土，深埋地下7～8m便可以看到花岗岩。主墩基础结构设计成深井结构，高度有7.3m，平面尺寸为12×8m2，有利于维持主拱推力平衡，便于施工方施工。在断面结构设计方面，本研究采用钻石形钢箱断面，断面外轮尺寸设置为1.8×2.4m2，板厚25mm。在拱桥吊装施工设计方面，将桥梁划分成7段，从而为施工方吊装提供方便。主梁曲线设计成单悬臂钢箱梁断面，侧宽与顶宽分别为2.45、2.3m，断面宽高分别为1.4、4.75m。断面腹板与顶底板标准厚度都是12mm，中支点周围局部加厚厚度控制在16～20mm。在景观天桥全桥设计过程中，需要设置横隔板，间距为2.25m，曲线内部设置耳板进行吊杆连接。通过成品索进行主拱和主梁连接，两端位置均设置成叉耳式，安全系数必须超过2.5，通过空间放样测试明确耳板与吊杆构造处理方式[2]。在拱脚位置设置钢混凝土结构，并在拱脚周围设置槽型钢筋和剪力钉，从而增强握裹力。

3.2 异形平面设计

在景观桥梁平面设计方面，常规人行天桥主要以人行通道功能为主，通过直线桥梁设置满足行人交通需求。相对于异形平面设计而言，常规天桥桥梁跨径相对较小，在平面设置过程中能够满足城市景观桥梁工程设计规范。在异型桥梁平面布置时，设计人员需要根据功能需要适当增加桥梁跨径，导致桥梁纵向刚度相对减少，难以满足基频规范需要。在桥梁弯曲设置方面，桥梁横面可能会出现不稳定现象，导致侧向倾覆，容易对景观桥梁使用造成不利影响。在固定支座设置方面，风载荷与恒载会产生水平反力，因此城市异形人行景观桥梁必须拥有反力拱效应。因为天桥主跨跨度范围较大，设计人员想要保留城市景观效果，就需要对主梁建筑高度进行限制。在异形平面设计方面，设计人员应该尽量减少主梁受力，不断提升全桥刚度。在异形块设置方面，需要在各桥墩位置处设计异形块，通过异形块将上下结构连接起来，以保障全桥结构体系安全可靠[3]。异形块区域内受力比较复杂，需要设计人员通过整体变高截面进行计算研究，桥墩和主梁连接处高度分别为0.9、0.6m。在压重段钢梁设计方面，设计人员需要对压重段长度进行考虑。若压重段长度较长，则钢梁底板与腹板位置可能会存在鼓胀变形现象，这可能会对桥梁正常使用造成不良影响，需要通过布局加强处理防止钢梁变形。

3.3 结构计算分析

在城市异形人行景观桥梁设计方面，设计人员可以通过软件进行整体模型计算。在桥面板结构计算研究方面，设计人员可以通过空间板单元进行模拟分析，利用修改材料容重进行挖孔模拟研究。在异形人行景观桥梁施工流程划分方面，设计人员需要从施工和运营方面进行结构计算分析，确定桥梁结构刚度、内力与应力等。在板单元模拟分析过程中，设计人员无法通过有限元计算分析钢筋作用。在桥梁施工流程计算方面，设计人员需要通过载荷组合获得内力，根据城市景观桥梁设计相关规定指标进行桥面板特征值、承载力与使用性能研究。在异形桥梁计算方面，平面体系无法满足城市景观桥梁计算精度需求，需要通过三维模拟分析软件进行立体空间结构研究，计算全桥受力情况。计算荷载内容主要有风荷载、雪荷载、温度与恒载等。比如，在风荷载计算方面，计算人员需要对公路桥梁抗风规范内容进行了解，根据桥梁风荷载规定要求计算出风荷载数值。在荷载组合研究方面，需要将风荷载、雪荷载与温度等组合起来，对极限状态下荷载组合情况计算出来。同时，计算人员需要对桥梁空间结构承载能力进行计算，了解各结构构件不利组合下的应力值，确保异形景观桥梁结构承载能力在预估范围内，确定全桥受力不利位置。

4 结语

综上可知，异形人行景观桥梁设计主要为满足城市行人交通需要，从桥梁基础功能与美学角度等方面进行异形结构布局。不同地区城市景观桥梁需求不一样，设计人员需要从地形条件、地域特色与设计要求等方面进行综合考虑，对桥梁外形、材料与结构等进行合理设置。在异型桥梁设计过程中，不可避免会涉及到计算、载荷分布与结构选择等问题，需要设计人员具备专业理论基础与实践能力，以保障设计方案完整、可靠。