某異形人行景觀橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

姜長(zhǎng)宇，劉娟，吳波

（1.東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，南京210096；2.南京工大橋隧與軌道交通研究院有限公司，南京210031；3.南京工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，南京210009）

1 引言

設(shè)計(jì)景觀橋梁需要因地制宜，在環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，將美學(xué)藝術(shù)充分應(yīng)用，最大限度地開發(fā)景觀資源和發(fā)揮周邊環(huán)境與橋梁的美學(xué)創(chuàng)造[1～3]。在國(guó)外由結(jié)構(gòu)師、建筑師和材料工程師等許多領(lǐng)域合作完成的橋梁創(chuàng)新項(xiàng)目不斷增加，形式新穎、造型獨(dú)特的橋梁成為城市一道亮麗的風(fēng)景[4～6]。位于蘇州工業(yè)園區(qū)的金雞湖西側(cè)CBD 蘇州中心星港中心過街人行天橋是該地區(qū)景觀系統(tǒng)工程的一個(gè)重要組成部分，人行天橋工程項(xiàng)目在方案設(shè)計(jì)階段就同步開展了橋梁景觀的研究和設(shè)計(jì)，并把橋梁造型的藝術(shù)美作為選擇橋型設(shè)計(jì)方案的重要條件，同時(shí)要求景觀建設(shè)方案能夠滿足環(huán)保、觀光和休閑等多方面功能需求。為了滿足景觀設(shè)計(jì)需求，星港中心過街人行天橋擬采用獨(dú)特、新穎的建筑造型，由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程中能夠借鑒的資料和案例較少，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要專門的研究。本文以該橋工程項(xiàng)目為背景，對(duì)具有異形特點(diǎn)和景觀要求的星港中心過街人行天橋的北主橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

2 人行天橋的景觀要求

2.1 景觀工程背景與景觀設(shè)計(jì)構(gòu)思

蘇州中心的景觀設(shè)計(jì)分區(qū)見圖1，圖中的阿數(shù)：1 代表星港中心過街人行天橋，星港中心過街天橋分為北橋和南橋2部分；2 指蘇州中心ABC 屋頂平臺(tái)的景觀工程；3 指時(shí)尚步行街；4 為世紀(jì)廣場(chǎng)；5 指H 屋頂花園。本文將對(duì)星港中心過街人行天橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。從圖1 可看出，星港中心過街人行天橋是蘇州景觀項(xiàng)目的重要組成部分，南北橋西側(cè)與湖濱香樟園和市民廣場(chǎng)銜接，東側(cè)銜接蘇州中心裙房3 層。天橋景觀項(xiàng)目設(shè)計(jì)構(gòu)思：金雞湖畔城市空間的延伸、空中的公園，滿足游客休閑觀光的需求。圖2 為星港中心過街人行天橋橋面景觀設(shè)計(jì)方案效果示意圖，綠樹、花草的設(shè)計(jì)構(gòu)思是希望能給通過的行人提供花園式體驗(yàn)。但為了滿足在橋面能夠種植大型喬木的需求，天橋橋跨結(jié)構(gòu)將需要在局部地方設(shè)置樹洞。該橋的另外一個(gè)特點(diǎn)是橋址位置在公交汽車站附近，要求該橋建成后能為上、下車乘客提供雨棚的功能。景觀設(shè)計(jì)方案還要求在橋上開洞，一方面為了解決橋下采光問題，另一方面希望能給游客帶來與眾不同的視覺體驗(yàn)，圖3 為橋跨結(jié)構(gòu)開通構(gòu)思的效果示意圖。

圖1 蘇州中心景觀設(shè)計(jì)項(xiàng)目組成

圖2 星港中心過街人行天橋景觀工程效果示意圖

圖3 橋面開洞效果示意圖

2.2 其他要求

還有以下3 個(gè)問題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮：

1）下部結(jié)構(gòu)（橋墩和基礎(chǔ)）位置的確定。橋址位置附近建筑物密集，主要有地鐵通道及地鐵3 號(hào)線東方之門站、星港街公路隧道、星港街地面道路、地下車庫及湖濱變電站等。復(fù)雜的地形和地理?xiàng)l件將會(huì)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生顯著的影響，圖4 為項(xiàng)目區(qū)地下建筑分布示意圖。

圖4 項(xiàng)目區(qū)地下構(gòu)造物布置示意圖

2）標(biāo)高受限。梁底最低標(biāo)高受星港大道橋上凈空的影響，因?yàn)樾歉劢謱儆谑姓饕傻?，其上凈空要滿足規(guī)范的要求，該橋要求橋下凈空大于或等于5.5m。橋面標(biāo)高受兩側(cè)連接構(gòu)造（蘇州中心裙樓和休閑廣場(chǎng)）的限制。上述2 個(gè)因素將影響梁高的設(shè)計(jì)取值。

3）飾面清水混凝土要求。因?yàn)樵摌蚓坝^要求較高，因此，要求主梁和橋墩均采用清水混凝土，并達(dá)到飾面清水混凝土的要求，工藝要求與普通混凝土有很大的不同。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 北橋總體設(shè)計(jì)

北橋共包含主橋1 座、分支橋梁3 座，分支橋通過橋臺(tái)與金雞湖畔香樟林銜接。北橋主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，跨徑布置約為：51m+25m+30m，其中邊跨及中跨跨越星港橋，中墩落在星港街中央分隔帶中。分支橋梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、雙懸臂形式，跨徑為24～27m，主橋和分支橋梁造型為空間異形結(jié)構(gòu)，均采用飾面清水混凝土要求。為了滿足景觀設(shè)計(jì)需求：在橋跨結(jié)構(gòu)頂面布置綠化，綠化設(shè)置平均厚度為50cm；為了達(dá)到能在橋上種植大型樹木的需求，在橋跨結(jié)構(gòu)局部的地方設(shè)置樹池；主橋部分還設(shè)置了4 個(gè)異形鏤空天井。

3.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋主梁縱向?yàn)樽兏叨仍O(shè)計(jì)，以西側(cè)裙房為第一跨起點(diǎn)，西側(cè)梁端橫梁位置的梁高取1.7m，依次2 個(gè)橋墩處的梁高分取2.3m 和2m，主橋另一側(cè)梁端與分支橋梁以牛腿的形式連接，此處的梁高取2m。

主橋箱梁橫斷面形狀見圖5，圖5a 對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)段，圖5b 對(duì)應(yīng)開洞處（設(shè)置天井）。標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面為單箱多室，為了滿足橋上種植樹木的需求，個(gè)別箱室采用開口形式。跨中和支點(diǎn)附近腹板厚度分別取50cm 和70cm。第一跨橫梁加厚段長(zhǎng)度分別為5m 和8m，過渡段長(zhǎng)度為3m，腹板變化采用平行過渡。第二跨和第三跨腹板變化均采用線形過渡形式，過渡段長(zhǎng)度分別為5m 和3m。

圖5 箱梁橫斷面構(gòu)造圖

裙房側(cè)端橫梁厚度為2m，厚度為2m 端橫梁；兩中墩位置處橫隔梁厚度均設(shè)置為3m，在牛腿處（主橋與分支橋梁銜接位置）設(shè)置2m 厚的端橫梁，牛腿尺寸大小為1m（縱向）×0.85m（豎向）。

3.3 異形橋墩設(shè)計(jì)

主橋中間2 個(gè)橋墩形式近似馬蹄蓮式造型，橋墩形式和構(gòu)造見圖6，屬于空間曲面異形形式的橋墩：最下段5m（或4.5m）為圓臺(tái)型，地面處直徑1.8m，按1：15 斜率向上漸變；接著為圓形截面漸變過渡為橢圓形截面，短軸為橫橋向、長(zhǎng)軸為橋縱向；最后，按橢圓截面向上漸變，直至與梁底銜接，設(shè)計(jì)成與梁體相切。

圖6 橋墩一般構(gòu)造圖

3.4 基礎(chǔ)布置

基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)的形式，樁基礎(chǔ)平面布置示意圖見圖7，樁基礎(chǔ)的具體尺寸和構(gòu)造見圖6。承臺(tái)間設(shè)置系梁，采用鉆孔灌注樁，直徑為1.2m。

4 結(jié)語

景觀異形橋梁的設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，牽涉面廣，往往需要多學(xué)科和多專業(yè)人士共同合作研究完成。

圖7 樁基承臺(tái)平面布置圖

有較高景觀需求的蘇州星港中心過街人行天橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：橋跨結(jié)構(gòu)外形呈現(xiàn)西窄東寬、且東邊分叉；橋墩采用墩梁固結(jié)方式，且采用流線型過渡方式；橋跨結(jié)構(gòu)采用弧形多室箱梁，且局部開洞（天井）提供橋下自然采光；箱梁局部箱室采用開孔方式實(shí)現(xiàn)樹洞的設(shè)置，滿足在橋上種植大型喬木的需要。