太原市躋汾橋工程總體設(shè)計

戴 偉

（同濟大學(xué)建筑設(shè)計院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 項目背景

本橋位于正在啟動的太原市南部長風商務(wù)文化區(qū)，該區(qū)域是太原新區(qū)開發(fā)建設(shè)的龍頭，是太原城市建設(shè)的重中之重。

長風文化商務(wù)區(qū)將建設(shè)具有21世紀新形象和體現(xiàn)晉陽文化特色的市政中心、國際會展中心、大劇院、音樂廳、圖書館、博物館、科技地質(zhì)館、體育場館和高檔寫字樓、賓館、酒店、大型購物城等，將建成一批具有梯級立體感、富有建筑藝術(shù)特點的系列建筑群。

長風文化商務(wù)區(qū)的建設(shè)將是歷史上錦繡太原的再現(xiàn)。

2 項目概況

本橋位于長風商務(wù)區(qū)中軸線上，跨越汾河；西連大劇院東平臺，東連學(xué)府街，位于學(xué)府街至文化島的延伸線上，同時與汾河?xùn)|西兩岸公園相銜接。

本橋為專用景觀人行橋，全長1053.2 m，包括南北兩線跨河主橋（其中南線橋長446.1 m，北線橋長535.1 m），一座跨線（濱河?xùn)|路）天橋，以及與兩岸濱河公園相接的引橋。

主橋采用三跨“V形剛構(gòu)—連續(xù)梁”結(jié)構(gòu)。橋梁人行道凈寬6.0 m，見圖1。

主梁為空間圓弧形梁，圓弧半徑283.5 m，兩座橋梁交叉錯落，保證交叉下穿處2.5 m行人通行凈空。

3 橋梁建筑構(gòu)思

3.1 橋梁設(shè)計理念

紐帶，是一種聯(lián)系，可以是繩子，可以是人，也可以是橋。

圖1 設(shè)計效果圖

本橋?qū)⒃?guī)劃中并行的兩座人行橋通過紐帶的設(shè)計理念連接到了一起，形成了一座極具特色的雙弧交叉空間交錯橋面人行橋。

不但滿足了原規(guī)劃人行橋各種功能需求，并且也為長風商務(wù)區(qū)增加了一個地標建筑。

結(jié)構(gòu)處理時，將紐帶人行橋拆分成兩條弧形的人行步道，通過平面的的扭轉(zhuǎn)交錯，南北兩橋（步道）間以拉桿相互連接，形成一個整體，見圖2。

圖2 建筑設(shè)計理念

弧形的最高點空間錯開，通過立面的高低起伏滿足交錯下穿和下層行人的通行需要。

橋中的平臺架設(shè)于兩條步道的等高處，除了將兩個步道連接成整體的結(jié)構(gòu)要求，也提供一個在不同步道上行進的行人重新選擇方向的機會。原本出發(fā)點不同的人出現(xiàn)、相遇，形成動人的戲劇化效果。

雙弧交叉的橋面與連續(xù)變化連接桿件，巧妙地形成了一個DNA分子的空間結(jié)構(gòu)，給本橋賦予了新舊傳承的深遠含義，象征著太原市依托老城區(qū)向新城區(qū)不斷發(fā)展的未來。

3.2 橋梁設(shè)計手法

針對國內(nèi)首創(chuàng)的雙弧交叉的空間交錯橋面，以及橋位所處的重要空間位置，為了充分體現(xiàn)橋梁輕盈、飄逸、流暢的理念，創(chuàng)新性地在125 m跨度的連續(xù)梁上采用了2 m高度的箱梁截面，高跨比達1/62.5。

在平面布置上充分考慮雙弧交叉點距離、與大劇院平臺接口位置等因素，確定弧形平面半徑為283.5 m，見圖3。

在立面布置上，綜合考慮與本橋相接的各個部分（大劇院平臺、濱河公園、濱河?xùn)|路等）的高差、平面交叉點凈空，以及百年一遇的洪水位高程，確定豎曲線半徑為800 m，巧妙地聯(lián)接了各個不同高程的建筑設(shè)施。

通過綜合考慮各種因素，使得橋梁在滿足交通功能的同時，也滿足了橋區(qū)周邊的景觀環(huán)境與城市規(guī)劃，將結(jié)構(gòu)形態(tài)與文化內(nèi)涵巧妙融合，表現(xiàn)了建筑與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。

3.3 夜景照明構(gòu)思

本橋照明設(shè)計理念——紐帶。

（1）橋梁側(cè)面照明

為配合橋側(cè)照明，在鋼箱梁截面兩側(cè)設(shè)置了穿孔鋼板，在鋼板中設(shè)置了七彩變幻燈光，見圖4。

圖4 夜景效果圖

（2）橋底和橋墩照明

為突出橋墩及橋梁輪廓，選用白色洗墻燈照明。

（3）橋面照明

考慮到景觀需要，在橋面上不設(shè)置高挑燈照明，而是在橋梁欄桿和地伏上設(shè)置白色光照明。不僅增加了專用人行橋的浪漫氣質(zhì)，也實現(xiàn)了見光不見燈的藝術(shù)效果。

4 橋梁總體布置及結(jié)構(gòu)簡介

本橋為專用景觀人行橋，全長1053.2 m，總建筑面積為8715 m2，其中包括南北兩線跨河橋梁，一座跨線天橋，其中南線橋長446.1 m；北線橋長535.1 m；以及三座樓梯。

主橋為V形剛構(gòu)七跨（南線）八跨（北線）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系。

主梁寬7.6 m，采用分離雙箱梁截面；標準段梁高2.0 m，V形剛構(gòu)支點梁高5.0 m。中跨側(cè)梁高變化段長度17.2 m，漸變至梁高2.0 m，邊跨側(cè)變化段長12.5 m，漸變至梁高1.5 m。

分離雙箱凈距1.5 m，布置景觀亮化的照明燈具。

南北兩線主橋通過28根連桿和中間平臺連接互通。連桿間距5.0 m一道。

橋梁采用空間圓弧形梁，圓弧半徑為283.5 m，兩座橋梁交叉錯落，保證交叉下穿處2.5 m以上行人通行凈空高度。

主墩采用鋼箱截面V形橋墩。在相交處，上層橋梁采用鋼箱支撐，通過下層橋梁傳至基礎(chǔ)。邊墩采用V形鋼橋墩，采用矩形截面。

5 技術(shù)創(chuàng)新

本橋的最大特色在于大跨度雙弧交叉空間交錯橋面的人行橋。

本橋?qū)偬卮罂缍热诵袠?，橋梁主跨達125 m，采用等高度鋼箱梁，梁高僅2 m，高跨比達1/62.5。加之整個橋梁均位于圓弧曲線上，空間結(jié)構(gòu)的受力模式也大大增加了設(shè)計難度。

為使結(jié)構(gòu)受力合理，安全可靠，在如下五個方面進行了技術(shù)創(chuàng)新：

5.1 組合受力體系

為了提高結(jié)構(gòu)整體剛度，采用了單V形剛構(gòu)連續(xù)梁形式，利用空間交叉的兩線橋梁結(jié)構(gòu)互相連接組合受力。

5.2 設(shè)計與科研緊密結(jié)合，完善人行橋舒適性設(shè)計

人行橋除了保證結(jié)構(gòu)本身受力安全外，最重要的一個設(shè)計指標是結(jié)構(gòu)基本頻率，評判標準是結(jié)構(gòu)適用的舒適度。

詳細的結(jié)構(gòu)動力分析顯示本橋基頻僅為1.125 Hz，遠低于《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）中規(guī)定的最小基頻3 Hz的要求，且有多階低頻落入可能發(fā)生人行橋人致振動的敏感頻率范圍，見表1。

表1 人行橋模態(tài)系列表

針對以上情況，為了保證橋梁使用性能和安全性能，進行了《人行橋振動分析研究》，對橋梁結(jié)構(gòu)的使用舒適性進行了專項研究。

通過專項研究，指導(dǎo)設(shè)計采取了相應(yīng)優(yōu)化措施——對上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和下部結(jié)構(gòu)的剛度進行了調(diào)整。調(diào)整后的結(jié)果顯示：該橋?qū)⒉粫霈F(xiàn)人致側(cè)向大振幅振動，人行舒適性滿足要求。

此外，針對橋梁實際運營中可能出現(xiàn)的超過舒適度要求的大振幅側(cè)向振動的狀況，根據(jù)研究成果，設(shè)計還采用了兩個預(yù)案：

（1）在兩橋中間的連桿處設(shè)置粘滯阻尼器，可以解決運營過程中意外導(dǎo)致的人致振動，見圖5、圖6。

（2）在跨中箱梁內(nèi)增加調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD），也能保證及時有效地解決運營過程中可能出現(xiàn)的人致振動情況。

5.3 設(shè)計與科研緊密結(jié)合，完善高烈度區(qū)人行橋抗震設(shè)計

橋位處屬8級烈度設(shè)防區(qū)。

圖5 設(shè)置阻尼器預(yù)案

圖6 荷載頻率與動力放大系數(shù)及阻尼比的關(guān)系圖

根據(jù)地質(zhì)勘察報告顯示，橋位處存在20 m厚的液化層。

橋梁為曲線空間結(jié)構(gòu)，加上單線長達446 m(535 m)，抗震設(shè)計時需考慮三向地震效應(yīng)。因此地震作用影響力比相同跨徑的直線梁橋大得多。

針對以上情況，進行了《結(jié)構(gòu)抗震性能計算》，對人行橋的抗震性能進行了專題研究。

通過抗震專題研究，結(jié)合實際構(gòu)造情況，設(shè)計采取了以下措施增強結(jié)構(gòu)的抗震性能：

（1）因本橋采用單V剛構(gòu)，地震效應(yīng)在主墩處最大，故主墩的墩身和承臺通過冷拉鋼筋進行錨固，并在主墩鋼箱內(nèi)填灌微膨脹混凝土，使之與外套鋼箱結(jié)構(gòu)形成組合截面，增強結(jié)構(gòu)抗震性能。

（2）邊墩的墩身與承臺基礎(chǔ)采用錨固架形式進行有效錨固，并在墩底0.5 m高度范圍內(nèi)灌注混凝土，有效防止地震來襲時鋼結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的失穩(wěn)狀況。

（3）橋墩與上部結(jié)構(gòu)間采用能抵抗水平力達豎向承載力20%的球鋼抗震支座進行聯(lián)接。采用球鋼支座同時還有利于空間曲線橋梁的非約束方向的自由位移。

5.4 橋梁抗風性能研究

本橋纖長薄柔，為曲線細長結(jié)構(gòu)，因此還對橋梁的抗風性能進行了研究。

（1）顫振穩(wěn)定性分析

通過顫振穩(wěn)定性分析表明，橋位處的基本風速小于顫振檢驗風速，因此結(jié)構(gòu)滿足顫振穩(wěn)定性檢驗要求。

（2）靜風失穩(wěn)分析

通過靜風失穩(wěn)分析表明，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)較大，不會失穩(wěn)。

（3）抗風構(gòu)造措施

在分離雙箱的主梁鋼箱兩側(cè)設(shè)置了穿孔鋼板，不但造型美觀，便于設(shè)置亮化燈具，同時對整個主梁截面起到了風嘴的作用。

綜合以上措施，結(jié)構(gòu)的抗風性能良好。

5.5 細節(jié)設(shè)計

（1）南北兩線橋交叉點節(jié)點設(shè)計

要形成交錯的空間結(jié)構(gòu)，兩橋交叉點的聯(lián)接成為關(guān)鍵節(jié)點。

從局部范圍來看，平面曲線半徑較大，偏角較??；從美觀方面考慮，為了和28根連桿協(xié)調(diào)一致，采用了連桿和銷軸立柱一一對應(yīng)的布置。

交叉點上層橋面通過銷軸立柱與下層橋面聯(lián)接在一起。立柱兩端均采用銷鉸，縱橋向可自由轉(zhuǎn)動。

6 結(jié)語

太原市長風文化島跨汾河學(xué)府景觀橋（躋汾橋）的設(shè)計于2009年10月完成，大橋于2009年10月開工，歷時一年多的時間，2010年11月已竣工通行。躋汾橋的建成，讓美麗的汾河上又多了一道靚麗的風景線，見圖7。

圖7 橋梁建成后的實景照片