關于城市異形人行景觀橋梁設計的探討

時黎明

安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽合肥 230092

在城市建設規劃逐漸推進過程中，基礎設施建設要求逐漸增多，不僅需要滿足地方交通與發展，還要符合城市景觀功能。因此，設計人員越來越重視城市人行景觀橋梁設計，通過先進計算方法與研究工具體現出景觀橋梁美觀功能。在城市異形人行景觀橋梁設計方面，設計人員著重研究環境協調、橋梁功能和藝術特點等，為特定目標群體設置獨特橋梁造型，從而滿足客戶使用體驗。

1 工程概況

本文以某城市旅游景區內景觀橋梁為工程案例，對異形人行景觀橋梁設計進行探討。該旅游景觀橋梁位于城西山區，景區內部有一條貫穿的河流，主要通過景觀橋梁設計連接河對岸，為游客旅游觀光提供便利。景觀橋梁位置在景區入口位置，該橋梁屬于景區內部形象工程之一，設計人員在橋梁設計時必須體現出橋梁的獨特性。

2 景觀天橋設計研究

2.1 設計標準

異形人行景觀橋梁是三維空間作品，在橋梁形式和橋梁內容設計方面必須保持標準統一性與協調性。因此，在城市異形人行景觀橋梁設計過程中需要對周邊環境進行考慮，從美學角度進行橋梁造型方案設計，結合造型進行異形結構形式合理選擇。在本旅游景觀橋梁設計方面，設計人員需要結合《公路橋涵設計通用規范》進行人群載荷標準設計，并對欄桿水平與豎向力進行考慮。該異形人行景觀橋梁橋面寬度為4m，在橋下設計時需要考慮到游船通航需求，設置為12×3m2，橋梁安全等級設置為I級，期限為100年，鋼結構防腐年限設置為20年。在景觀天橋設計方面，主要從視覺角度進行鋼架結構設計，以鋼材、混凝土、鋼筋等為主要材料[1]。在主橋梁設計方面需要采用防水涂料進行橋面防水設計，涂層厚度可控制在1.5～2.0mm，防腐年限設置為15年。鋼結構防腐涂裝見下表1所示。

表1 鋼結構防腐涂裝

2.2 設計方案

在城市異形人行景觀天橋設計方面，需要從本土性、輕盈性與活力等方面考慮綜合設計理念，確定橋梁基礎功能與美觀功能等。因為該橋梁屬于旅游景觀一角，所以在橋梁外形設計方面必須體現出自然、和諧等設計理念，使游客在穿過橋梁過程中能夠置身于自然環境之中，享受自然帶來的和諧美。在設計方案制定過程中，需要對城市異形人行景觀橋梁周邊環境進行考慮，在造型設計過程中融入周邊環境特點。該橋梁周圍地塊屬于開發區，已經興建起多個小區、商業設施等，周圍環境風貌偏向于休閑、現代化，主要以生活娛樂為發展中心。因此，在橋型方案設計方面需要以簡約、現代感和沖擊力等為研究視角，從橋梁結構本身設計體現出環境效果。在景觀天橋橋梁平面設計過程中，設計人員可以通過兩端弧形曲線設計連接，將橋梁分為引橋與主橋兩部分，以主橋外形設計體現出異形結構特點。在橋梁步道設置方面，本研究主要選擇木材進行鋪地設計，通過統一材料形成連貫體，從視覺上體現出簡約、美觀效果。

3 結構設計分析

3.1 主橋空間設計

在城市異形人行景觀橋梁主橋空間設計過程中，本研究采用空間異形拱橋設計方式，橋面中心線位置在圓曲線中，橫斷面橫向設置與寬度均設置為5.5m，跨徑設置為121.4m，主橋空間曲線半徑為69.5m。主拱拱肋平面軸線設置為二次拋物線，水平夾角設置為70°。在主梁斷面設置方面，設計人員選擇單懸臂鋼箱梁結構進行非對稱結構設計，內側曲線和主拱相連，中間吊桿設置為15根。該景觀橋梁地理位置較好，淺層土主要有礫砂與粉質黏土，深埋地下7～8m便可以看到花崗巖。主墩基礎結構設計成深井結構，高度有7.3m，平面尺寸為12×8m2，有利于維持主拱推力平衡，便于施工方施工。在斷面結構設計方面，本研究采用鉆石形鋼箱斷面，斷面外輪尺寸設置為1.8×2.4m2，板厚25mm。在拱橋吊裝施工設計方面，將橋梁劃分成7段，從而為施工方吊裝提供方便。主梁曲線設計成單懸臂鋼箱梁斷面，側寬與頂寬分別為2.45、2.3m，斷面寬高分別為1.4、4.75m。斷面腹板與頂底板標準厚度都是12mm，中支點周圍局部加厚厚度控制在16～20mm。在景觀天橋全橋設計過程中，需要設置橫隔板，間距為2.25m，曲線內部設置耳板進行吊桿連接。通過成品索進行主拱和主梁連接，兩端位置均設置成叉耳式，安全系數必須超過2.5，通過空間放樣測試明確耳板與吊桿構造處理方式[2]。在拱腳位置設置鋼混凝土結構，并在拱腳周圍設置槽型鋼筋和剪力釘，從而增強握裹力。

3.2 異形平面設計

在景觀橋梁平面設計方面，常規人行天橋主要以人行通道功能為主，通過直線橋梁設置滿足行人交通需求。相對于異形平面設計而言，常規天橋橋梁跨徑相對較小，在平面設置過程中能夠滿足城市景觀橋梁工程設計規范。在異型橋梁平面布置時，設計人員需要根據功能需要適當增加橋梁跨徑，導致橋梁縱向剛度相對減少，難以滿足基頻規范需要。在橋梁彎曲設置方面，橋梁橫面可能會出現不穩定現象，導致側向傾覆，容易對景觀橋梁使用造成不利影響。在固定支座設置方面，風載荷與恒載會產生水平反力，因此城市異形人行景觀橋梁必須擁有反力拱效應。因為天橋主跨跨度范圍較大，設計人員想要保留城市景觀效果，就需要對主梁建筑高度進行限制。在異形平面設計方面，設計人員應該盡量減少主梁受力，不斷提升全橋剛度。在異形塊設置方面，需要在各橋墩位置處設計異形塊，通過異形塊將上下結構連接起來，以保障全橋結構體系安全可靠[3]。異形塊區域內受力比較復雜，需要設計人員通過整體變高截面進行計算研究，橋墩和主梁連接處高度分別為0.9、0.6m。在壓重段鋼梁設計方面，設計人員需要對壓重段長度進行考慮。若壓重段長度較長，則鋼梁底板與腹板位置可能會存在鼓脹變形現象，這可能會對橋梁正常使用造成不良影響，需要通過布局加強處理防止鋼梁變形。

3.3 結構計算分析

在城市異形人行景觀橋梁設計方面，設計人員可以通過軟件進行整體模型計算。在橋面板結構計算研究方面，設計人員可以通過空間板單元進行模擬分析，利用修改材料容重進行挖孔模擬研究。在異形人行景觀橋梁施工流程劃分方面，設計人員需要從施工和運營方面進行結構計算分析，確定橋梁結構剛度、內力與應力等。在板單元模擬分析過程中，設計人員無法通過有限元計算分析鋼筋作用。在橋梁施工流程計算方面，設計人員需要通過載荷組合獲得內力，根據城市景觀橋梁設計相關規定指標進行橋面板特征值、承載力與使用性能研究。在異形橋梁計算方面，平面體系無法滿足城市景觀橋梁計算精度需求，需要通過三維模擬分析軟件進行立體空間結構研究，計算全橋受力情況。計算荷載內容主要有風荷載、雪荷載、溫度與恒載等。比如，在風荷載計算方面，計算人員需要對公路橋梁抗風規范內容進行了解，根據橋梁風荷載規定要求計算出風荷載數值。在荷載組合研究方面，需要將風荷載、雪荷載與溫度等組合起來，對極限狀態下荷載組合情況計算出來。同時，計算人員需要對橋梁空間結構承載能力進行計算，了解各結構構件不利組合下的應力值，確保異形景觀橋梁結構承載能力在預估范圍內，確定全橋受力不利位置。

4 結語

綜上可知，異形人行景觀橋梁設計主要為滿足城市行人交通需要，從橋梁基礎功能與美學角度等方面進行異形結構布局。不同地區城市景觀橋梁需求不一樣，設計人員需要從地形條件、地域特色與設計要求等方面進行綜合考慮，對橋梁外形、材料與結構等進行合理設置。在異型橋梁設計過程中，不可避免會涉及到計算、載荷分布與結構選擇等問題，需要設計人員具備專業理論基礎與實踐能力，以保障設計方案完整、可靠。