斜拉桥设计中的美学应用分析

鹿健，吴琴琴，周珂，王海燕 （南通大学杏林学院，江苏 南通 226019）

0 前言

随着物质生活的提高，精神上的享受也更为人们所重视，对于美学的要求也是越来越高，桥梁设计中也需要美学元素的加入[1]。桥梁，特别是大型桥梁已经不仅仅是一座促进交通便利的人工建筑，更是一座城市的风景体现。斜拉桥由于规模庞大、主塔高大、外形美观、造型丰富能使人产生震撼的感觉，具有很强的生命力，美学在斜拉桥中合理的应用就变得十分重要。

1 主塔美学

1.1 塔高分析

主塔作为斜拉桥的主要构成要素，不仅在力学上保证桥梁整体的安全稳定性能，同时其高耸的形象也是桥梁的一种标志与象征，在桥梁美学中有着极其重要的作用[2]。桥梁设计成双塔三跨式时，塔高与中跨的比值可以保持在1/4～1/7之间；而当桥梁造型为单塔双跨式时，一般保持在1/2.7～1/4.7的范围之内。塔高与梁下空间应该保持一定的比例，保证梁下空间与塔柱、主梁构成协调的比例关系，以产生均衡的视觉体验。

1.2 主塔形态分析

斜拉桥主塔的形态多种多样，从一根独柱的形式到双柱、门形、A形、倒Y形，甚至曲线形、弓形等特殊的构造形式。如此多的主塔形式使得斜拉桥的造型有着极大的空间可以进行设计、选择、组合，桥梁美学的设计也有着更多的自由与创新。可以根据桥梁的整体设计、当地文化及周围环境的影响选择与之相适应的主塔形态，这对于桥梁的整体构造基本不会产生影响，同时还能创造出最佳的美学感受[3]。

1.2.1 独柱形式主塔

主塔采用独柱形式的斜拉桥形态简洁，是最为常见的。在使用独柱式主塔时，会在拉索最上端的锚固点上继续向上延伸一段距离，这样可以使得桥梁具有高耸挺拔的观感和向上的动感，可以保持在美学设计上的整体平衡[4]，但同时也会产生一些缺陷。当桥面不是很宽时，使用独柱式的主塔，其较为宽大的塔柱会对行驶中的驾驶员造成视线上的阻断，给驾驶员造成心理上的压迫感，影响安全驾驶。独柱式主塔往往与桥墩的剖面尺寸相差较大，当存在较大尺寸差异时就会对桥梁的造型美学设计产生较大的困难。浙江境内的嘉绍大桥（图1）进行了创新设计。该桥为一座四索面独柱式斜拉桥，全长10137m，采用斜拉钢箱梁结构。下部结构摒弃了传统的圆形墩柱，采用多面形，使得截面的尺寸大幅度降低。不仅大大减少了墩柱的体量，同时墩柱的线条更能显示出墩柱的支撑作用，在夜间桥梁的照明系统作用下，墩柱的光影搭配十分协调，大大提升了桥梁整体的美学效果。

1.2.2 双柱形式主塔

相较于单柱式主塔，双柱式主塔斜拉桥的桥面空间更为开阔通畅，不会使得驾驶员产生压抑的心理，大大提高了行车安全。在两根塔柱之间使用横梁进行联系，形成门形、H形等主塔形式。位于湖州市市区北部的南太湖大桥（图2）就是一座采用H形主塔造型的双索面的斜拉桥，主塔在桥面以上的结构高度约100m，两塔的中心间距为29.5m。主塔高度较高，为了安全性能的考虑，在主塔高约70m的地方设置了一道横梁，使其横向更为稳定，安全性能得以保证。由于采用的是H形主塔，且塔柱设计较高，桥面整体空间极其开阔、通畅，驾驶员行驶舒适，从而保证了行车安全，同时也彰显出桥梁整体的宏伟、大气的景观感受。

图1 嘉绍大桥

图2 南太湖大桥

1.2.3 异型主塔形式

与门形、H形的主塔造型相比，A形、倒Y形的主塔类型在抗风性能上更好，具有更好的稳定性。倾斜塔柱的斜率越大，主塔更为“险峻”，显示出桥梁的活力以及向上的动力，更能展示出宏伟的气势[5]。主塔本身就具有向上的动势，不需要设计者再对纵向线条进行过多的设计与考虑。江苏境内的南京长江三桥（图3）为双塔双索面的钢塔钢箱梁斜拉桥。弧线设计的A形主塔，有着向上的动势，给桥梁增添了活力，充分展示出了桥梁的宏伟壮观。

随着桥梁建造技术的进步以及人们审美需求的提高，斜拉桥的主塔形式不仅局限于H形、A形等传统的形式，许多造型独特的主塔形式也相继出现。在河南境内就有一座造型独特的独塔双索面斜拉桥——潮晟路跨潮河桥（图4）。该桥主塔采用罕见的圆形设计，为国内首座跨径最大的圆环形独塔斜拉桥。优美的圆环形设计宛如古代的玉璧一般，造型圆润柔美，线条流畅顺滑，夜幕之下宛如一轮皎月，纯洁柔美，白色的圆环在河水之上宛如一枚纯洁的戒指，给桥梁整体营造出唯美的意境，成为当地的一大景观。

图3 南京长江三桥图

图4 潮晟路跨潮河桥

位于西安沣河之上的沣河大桥（图6），结构上采用单塔“花瓣式”的钢拱塔结构，其优美的花瓣造型如同绽放在沣河上的一朵花，完美的配合了沣河的美景，成为欣赏沣河景观的一处绝佳地，被评为“西安最美桥梁”。

图5 鸭嘴岩大桥图

图6 沣河大桥

西藏拉萨境内的柳东大桥（图7）采用城市“戒指”作为设计的创意。城市“戒指”代表着城市的文化，是友好与信任的象征。桥梁整体采用环形的主塔造型，与当地的城市文化和地域民族的特色相融合，展现出藏族人民淳朴的民风。在环形主塔上布置了太阳能电池板，不仅丰富了桥梁的造型，而且与绿色建筑的理念相关联，体现了桥梁设计上节能环保的理念，彰显出强烈的现代感和新技术的时尚气息。

图7 柳东大桥

2 拉索形态分析

拉索的斜向直线与主塔、梁形成稳定的结构构成，展示出强劲的力感。拉索作为斜拉桥的主要构成单元，对于桥梁的构造比例、视觉感受的均衡有着极其重要的作用。拉索设计上主要采用密索的形式，远观拉索仿佛薄纱，近观纤细、有力，给人以极强的韵律感。拉索的布置主要有以下三种方式。

①辐射型。全部拉索集中在主塔的顶端，斜拉力较小，拉索的用钢量也较少，但这种拉索形式对于主塔的抗弯刚度有着较大的要求。由于塔顶聚集了所有的拉索，如果拉索处理不当，布置不共面会导致拉索杂乱分散，给人以杂乱复杂的感觉，对桥梁的整体美感产生极大的影响。

②竖琴型。所有拉索都平行排列，整齐而有规则。由于拉索是按照一定的规则布置，在拉索与主塔的连接处容易处理，但材料耗费较多，且对主梁产生较大的轴力。这种排列可以给人舒适的感觉，外形美观，给桥梁整体美感增色不少。

③扇型。这种拉索布置形式，是辐射型和竖琴型两种布置方式的综合，兼具两种布置方式的优点。其在塔上和梁上按照等间距布置，有利于桥塔竖直方向的受力，平行排列，易给人以优美的感受。

3 结语

由于桥梁建造技术的进步，对于桥梁跨径的要求不断地提高，斜拉桥的桥梁造型越来越多的运用到了桥梁设计之中。其桥塔、索等构件的多种组合形式使得斜拉桥的设计组合有着多种选择，更有利于桥梁设计的创新，提高了桥梁设计的活力，对于桥梁美学的设计应用也更为自由灵活。本文从不同的主塔及拉索形态来分析斜拉桥美学设计的特点及美学构成，提出在斜拉桥美学设计方面存在的一些误区与不足，总结提炼出斜拉桥的美学设计原则以及具体的细节。相信随着桥梁美学的研究越来越深入，斜拉桥必将成为城市景观设计的重要组成部分。