斜拉橋設(shè)計中的美學(xué)應(yīng)用分析

鹿健，吳琴琴，周珂，王海燕 （南通大學(xué)杏林學(xué)院，江蘇 南通 226019）

0 前言

隨著物質(zhì)生活的提高，精神上的享受也更為人們所重視，對于美學(xué)的要求也是越來越高，橋梁設(shè)計中也需要美學(xué)元素的加入[1]。橋梁，特別是大型橋梁已經(jīng)不僅僅是一座促進交通便利的人工建筑，更是一座城市的風(fēng)景體現(xiàn)。斜拉橋由于規(guī)模龐大、主塔高大、外形美觀、造型豐富能使人產(chǎn)生震撼的感覺，具有很強的生命力，美學(xué)在斜拉橋中合理的應(yīng)用就變得十分重要。

1 主塔美學(xué)

1.1 塔高分析

主塔作為斜拉橋的主要構(gòu)成要素，不僅在力學(xué)上保證橋梁整體的安全穩(wěn)定性能，同時其高聳的形象也是橋梁的一種標(biāo)志與象征，在橋梁美學(xué)中有著極其重要的作用[2]。橋梁設(shè)計成雙塔三跨式時，塔高與中跨的比值可以保持在1/4～1/7之間；而當(dāng)橋梁造型為單塔雙跨式時，一般保持在1/2.7～1/4.7的范圍之內(nèi)。塔高與梁下空間應(yīng)該保持一定的比例，保證梁下空間與塔柱、主梁構(gòu)成協(xié)調(diào)的比例關(guān)系，以產(chǎn)生均衡的視覺體驗。

1.2 主塔形態(tài)分析

斜拉橋主塔的形態(tài)多種多樣，從一根獨柱的形式到雙柱、門形、A形、倒Y形，甚至曲線形、弓形等特殊的構(gòu)造形式。如此多的主塔形式使得斜拉橋的造型有著極大的空間可以進行設(shè)計、選擇、組合，橋梁美學(xué)的設(shè)計也有著更多的自由與創(chuàng)新?？梢愿鶕?jù)橋梁的整體設(shè)計、當(dāng)?shù)匚幕爸車h(huán)境的影響選擇與之相適應(yīng)的主塔形態(tài)，這對于橋梁的整體構(gòu)造基本不會產(chǎn)生影響，同時還能創(chuàng)造出最佳的美學(xué)感受[3]。

1.2.1 獨柱形式主塔

主塔采用獨柱形式的斜拉橋形態(tài)簡潔，是最為常見的。在使用獨柱式主塔時，會在拉索最上端的錨固點上繼續(xù)向上延伸一段距離，這樣可以使得橋梁具有高聳挺拔的觀感和向上的動感，可以保持在美學(xué)設(shè)計上的整體平衡[4]，但同時也會產(chǎn)生一些缺陷。當(dāng)橋面不是很寬時，使用獨柱式的主塔，其較為寬大的塔柱會對行駛中的駕駛員造成視線上的阻斷，給駕駛員造成心理上的壓迫感，影響安全駕駛。獨柱式主塔往往與橋墩的剖面尺寸相差較大，當(dāng)存在較大尺寸差異時就會對橋梁的造型美學(xué)設(shè)計產(chǎn)生較大的困難。浙江境內(nèi)的嘉紹大橋（圖1）進行了創(chuàng)新設(shè)計。該橋為一座四索面獨柱式斜拉橋，全長10137m，采用斜拉鋼箱梁結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的圓形墩柱，采用多面形，使得截面的尺寸大幅度降低。不僅大大減少了墩柱的體量，同時墩柱的線條更能顯示出墩柱的支撐作用，在夜間橋梁的照明系統(tǒng)作用下，墩柱的光影搭配十分協(xié)調(diào)，大大提升了橋梁整體的美學(xué)效果。

1.2.2 雙柱形式主塔

相較于單柱式主塔，雙柱式主塔斜拉橋的橋面空間更為開闊通暢，不會使得駕駛員產(chǎn)生壓抑的心理，大大提高了行車安全。在兩根塔柱之間使用橫梁進行聯(lián)系，形成門形、H形等主塔形式。位于湖州市市區(qū)北部的南太湖大橋（圖2）就是一座采用H形主塔造型的雙索面的斜拉橋，主塔在橋面以上的結(jié)構(gòu)高度約100m，兩塔的中心間距為29.5m。主塔高度較高，為了安全性能的考慮，在主塔高約70m的地方設(shè)置了一道橫梁，使其橫向更為穩(wěn)定，安全性能得以保證。由于采用的是H形主塔，且塔柱設(shè)計較高，橋面整體空間極其開闊、通暢，駕駛員行駛舒適，從而保證了行車安全，同時也彰顯出橋梁整體的宏偉、大氣的景觀感受。

圖1 嘉紹大橋

圖2 南太湖大橋

1.2.3 異型主塔形式

與門形、H形的主塔造型相比，A形、倒Y形的主塔類型在抗風(fēng)性能上更好，具有更好的穩(wěn)定性。傾斜塔柱的斜率越大，主塔更為“險峻”，顯示出橋梁的活力以及向上的動力，更能展示出宏偉的氣勢[5]。主塔本身就具有向上的動勢，不需要設(shè)計者再對縱向線條進行過多的設(shè)計與考慮。江蘇境內(nèi)的南京長江三橋（圖3）為雙塔雙索面的鋼塔鋼箱梁斜拉橋?；【€設(shè)計的A形主塔，有著向上的動勢，給橋梁增添了活力，充分展示出了橋梁的宏偉壯觀。

隨著橋梁建造技術(shù)的進步以及人們審美需求的提高，斜拉橋的主塔形式不僅局限于H形、A形等傳統(tǒng)的形式，許多造型獨特的主塔形式也相繼出現(xiàn)。在河南境內(nèi)就有一座造型獨特的獨塔雙索面斜拉橋——潮晟路跨潮河橋（圖4）。該橋主塔采用罕見的圓形設(shè)計，為國內(nèi)首座跨徑最大的圓環(huán)形獨塔斜拉橋。優(yōu)美的圓環(huán)形設(shè)計宛如古代的玉璧一般，造型圓潤柔美，線條流暢順滑，夜幕之下宛如一輪皎月，純潔柔美，白色的圓環(huán)在河水之上宛如一枚純潔的戒指，給橋梁整體營造出唯美的意境，成為當(dāng)?shù)氐囊淮缶坝^。

圖3 南京長江三橋圖

圖4 潮晟路跨潮河橋

位于西安灃河之上的灃河大橋（圖6），結(jié)構(gòu)上采用單塔“花瓣式”的鋼拱塔結(jié)構(gòu)，其優(yōu)美的花瓣造型如同綻放在灃河上的一朵花，完美的配合了灃河的美景，成為欣賞灃河景觀的一處絕佳地，被評為“西安最美橋梁”。

圖5 鴨嘴巖大橋圖

圖6 灃河大橋

西藏拉薩境內(nèi)的柳東大橋（圖7）采用城市“戒指”作為設(shè)計的創(chuàng)意。城市“戒指”代表著城市的文化，是友好與信任的象征。橋梁整體采用環(huán)形的主塔造型，與當(dāng)?shù)氐某鞘形幕偷赜蛎褡宓奶厣嗳诤希宫F(xiàn)出藏族人民淳樸的民風(fēng)。在環(huán)形主塔上布置了太陽能電池板，不僅豐富了橋梁的造型，而且與綠色建筑的理念相關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了橋梁設(shè)計上節(jié)能環(huán)保的理念，彰顯出強烈的現(xiàn)代感和新技術(shù)的時尚氣息。

圖7 柳東大橋

2 拉索形態(tài)分析

拉索的斜向直線與主塔、梁形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，展示出強勁的力感。拉索作為斜拉橋的主要構(gòu)成單元，對于橋梁的構(gòu)造比例、視覺感受的均衡有著極其重要的作用。拉索設(shè)計上主要采用密索的形式，遠觀拉索仿佛薄紗，近觀纖細、有力，給人以極強的韻律感。拉索的布置主要有以下三種方式。

①輻射型。全部拉索集中在主塔的頂端，斜拉力較小，拉索的用鋼量也較少，但這種拉索形式對于主塔的抗彎剛度有著較大的要求。由于塔頂聚集了所有的拉索，如果拉索處理不當(dāng)，布置不共面會導(dǎo)致拉索雜亂分散，給人以雜亂復(fù)雜的感覺，對橋梁的整體美感產(chǎn)生極大的影響。

②豎琴型。所有拉索都平行排列，整齊而有規(guī)則。由于拉索是按照一定的規(guī)則布置，在拉索與主塔的連接處容易處理，但材料耗費較多，且對主梁產(chǎn)生較大的軸力。這種排列可以給人舒適的感覺，外形美觀，給橋梁整體美感增色不少。

③扇型。這種拉索布置形式，是輻射型和豎琴型兩種布置方式的綜合，兼具兩種布置方式的優(yōu)點。其在塔上和梁上按照等間距布置，有利于橋塔豎直方向的受力，平行排列，易給人以優(yōu)美的感受。

3 結(jié)語

由于橋梁建造技術(shù)的進步，對于橋梁跨徑的要求不斷地提高，斜拉橋的橋梁造型越來越多的運用到了橋梁設(shè)計之中。其橋塔、索等構(gòu)件的多種組合形式使得斜拉橋的設(shè)計組合有著多種選擇，更有利于橋梁設(shè)計的創(chuàng)新，提高了橋梁設(shè)計的活力，對于橋梁美學(xué)的設(shè)計應(yīng)用也更為自由靈活。本文從不同的主塔及拉索形態(tài)來分析斜拉橋美學(xué)設(shè)計的特點及美學(xué)構(gòu)成，提出在斜拉橋美學(xué)設(shè)計方面存在的一些誤區(qū)與不足，總結(jié)提煉出斜拉橋的美學(xué)設(shè)計原則以及具體的細節(jié)。相信隨著橋梁美學(xué)的研究越來越深入，斜拉橋必將成為城市景觀設(shè)計的重要組成部分。