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分享你必掌握的桥梁美学十大设计准则

发布于：2022-08-30 14:06:30 来自：道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

一个成功的桥梁设计必须自然，简洁，新颖，与周围环境协调，相得益彰。桥梁往往是非常庞大、显眼的。它应该自然、朴实、与周围环境协调，虽然简洁，但绝不单调。如果一座桥梁能向人们传递出它是怎样工作的信息，那么它看上去将更加自然。人们常常会从多个不同的角度来欣赏一座桥，因此具有某个角度上的美感是远远不够的。

这里介绍了桥梁美学设计的十条准则。但是这些准则不应该限制直觉和幻想的自由。好的设计总是依赖于设计师的天赋、他们对美学的敏感性和他们对外观评价的训练。

随着设计的灵活性越来越强，工程师们可以利用结构的基本元素在既定的环境下设计出最合适的桥梁。这不是件难事。建造简洁、自然、新颖并与环境协调的桥梁是桥梁工程师不可推卸的责任。

本文共计7500字。美学干货阅读需19分钟。

清晰的结构体系

——“选择令人信服的简单承重系统”

一座桥必须看起来可靠和稳定。

不同静态系统的混合经常导致不良外观。不同承载元件的数量应减少到最低限度。另一方面，静态正确的系统不一定是美丽的。

威廷根大桥，作为一个多跨连续梁，横跨内卡山谷。等高度的梁强调了它的连续性。除了梁和桥墩这两个主要的承重结构之外，216米长的边跨由桥面以下的张弦杆支撑。这强调了这些地方很大的弯矩。

汉斯·卡姆梅勒教授担任桥梁工程师弗里茨·莱恩哈特的建筑顾问。

挪威和瑞典之间横跨斯温森特的拱桥的竞争性设计具有令人信服的结构体系。拱脚固定在山谷两侧的岩石斜坡上，拱肋结构的高度随着弯矩的变化从跨中向两侧增加。

桥面悬挂在拱肋上。它的细长与坚固的拱肋形成对比。吊索虽然是垂直的，但在视觉上是交叉的。这是由于拱肋倾斜的缘故——这也是倾斜拱肋的一个明显缺点。

主跨1210 m的吊桥，如图1.59瑞典的霍加·库斯滕大桥，在清晰度、简约性和优雅性方面都无法超越。悬索桥相对于斜拉桥的这种美学优势是不可否认的。

主缆通过吊杆和混凝土塔将荷载从细长的主梁传递到桥台（锚碇）。使用了四个结构元件：主梁、吊杆、主缆和索塔。

良好的比例

——结构构件所有三维尺寸之间或者桥跨长度和高度之间的比例良好

结构元素之间、桥跨的长度和高度之间、照明区域和阴影区域之间以及梁、桥墩和桥台的体量之间必须存在平衡的比例。

桥墩的跨度和高度之间的良好比例很重要。它们必须有明显的不同，每一跨要像“躺着”或“站着”的矩形——如果接近正方形，就会显得很呆板。

对于跨越山谷的桥梁，桥跨长度和高度之间的比率应大致保持不变。

温宁根莫塞尔山谷大桥的跨度就是一个例子。它们的跨度长度和离地高度从外到内逐渐增加。主跨矩形，跨度240米，高度120米，美观度为2 : 1。

高达180米高的高科切河谷大桥桥墩130米的跨度在横向上呈抛物线形状。这个轮廓提供了一个优雅的外观。尽管尺寸很大，但由于这座桥适合深谷，所以避免了巨大的印象。

科隆-多伊兹大桥三跨变高度梁的迷人外观，源于桥墩上方和桥跨中处梁高采用2 : 1的良好比例。这也是因为，在桥梁两端，梁高等于桥梁跨中处的梁高，并且因为梁的下侧平行于桥面。遵守这些规则几乎总是会产生一座好看的桥。

这在美国塞文河大桥上也很明显。对于其90米的主跨，还选择了梁高比为约2 : 1，且从主跨向边跨连续过渡的变高度连续梁。桥梁主跨跨中处的梁高等于边跨端部的梁高，也等于引桥的梁高。这个清晰的系统强调了主跨度，并为原本宁静的桥梁提供了一定的动力。

V形墩需要桥面具有一个合适的高度，以形成好看的三角形。作为汉诺威和维尔茨堡之间的新高速铁路线路的一部分，横跨梅因河的铁路桥梁配合V形墩的设置，梁高稍微变化，以强调130米的主跨。

拱桥要求拱本身和梁之间有明显不同的高度，至少是2 : 1或1 : 2的比例。梁和拱之间相等的结构高度显得呆板。易北河大桥，系杆拱的抗弯刚度主要由组合梁提供，这样，该组合梁的梁高由承载跨度确定，钢拱因此可以是细长的。

亚利桑那州罗斯福大坝上的固定拱通过合适的变高度本身提供了强大的抗弯刚度。因此，桥面板可以非常细长。

帕斯科-肯纳威克大桥的主梁梁高仅2.1m，对于一个主跨度为300米桥梁，因此显得细长。只有40厘米高的白色边梁又加深了这种印象。实际的梁高几乎消失在阴影倾斜的底面后面。创造了一种横跨河流的丝带的印象。

良好的顺序

决定外观的结构的所有线条和边缘的良好顺序–方向的数量应该最小化。

结构元件的数量和方向应尽量减少，尤其是桁架。只要不引起单调感，对称和相同元素的重复应该会产生良好的秩序。

汉堡哈默布鲁克铁路桥的桁架腹杆由起伏的斜杆组成，即使对于倾斜视图，也能产生有序的印象。

南腾巴赫附近横跨主要河流的铁路桥，也只包括起伏的斜杆，但没有交叉框架，以便将构件方向减少到最少的两个。尽管桁架梁的高度在变化，但斜杆的倾斜度几乎保持不变，因此不存在斜交。

尽管这是德国跨度最大的铁路桥梁（207m），但它看上去很轻盈。

而典型的19世纪桁架桥梁给人一种令人困惑的印象，在各个方向都有大量的桁架构件。一个例子是加尔各答跨胡格利河的豪拉桥。

相比之下，加尔各答的新胡格利河大桥(图1.71)被设计成一座线条清晰的斜拉桥。即使纵梁和横梁的规则排列从下面看也显示出良好的秩序，并且这种情况不断重复而不会产生单调。

塔的形状和缆索的布置决定了斜拉桥的外观。斜拉索的视觉交叉起着重要的作用。

竖琴形斜拉索的平行布置显示了最佳顺序，如奥伯卡塞尔桥所示。单索面布置自然不提供交叉点。在20世纪50年代初杜塞尔多夫桥家族的初始设计阶段，城市建筑师弗里德里希·塔姆斯坚持认为所有三座桥都采用竖琴式拉索。虽然桥梁的结构系统有很大的不同，但常见的竖琴形缆索排列在视觉上将它们结合成一个桥梁家族。

即使是两个竖琴形拉索平面也不显示交点，而且与平面是否垂直也无关。

如果斜拉索呈扇形倾斜变化，只有采用中央单索面布置，才能避免视觉交叉，例如香港昂船洲大桥。丹麦的迪斯-魏特林公司是桥梁工程师伊恩·弗斯的建筑设计师。

对于两个扇形拉索平面的布置，可以通过使用带有倾斜索平面的A形塔来减轻视觉交叉。

如果拉索的数量变得非常多，交叉的缺点可以进一步减少，因为它产生了一层面纱的感觉。

横跨得克萨斯州休斯顿船海峡的大桥需要8条车道，桥面全宽。最经济的体系是由两座独立的斜拉桥和两座菱形塔组成，它们在梁的高度处相互连接。这导致具有四个拉索平面的桥的良好秩序。许多拉索也接近面纱的外观，视觉索交叉有所缓解。

与环境融合

——桥梁与环境的和谐融合

与周围环境相比，桥梁的材料和规模是本条准则的主题。

一个令人印象深刻的例子是上哈维尔河南桥。桥墩在桥的两侧向上延伸，使用与周围住宅建筑相同的棕色石头。来自柏林的沃尔特·诺贝尔教授是这个项目的建筑顾问。

使桥梁设计适应其紧邻的城市环境的另一个例子是柏林的洪堡海港大桥。这里选择了偏离正常使用的材料——混凝土用于受压构件，钢用于受拉和受弯——来调整桥梁外观，使其与新的主火车站的相邻钢玻璃结构相适应。桥梁和车站都是由建筑师沃尔金·玛格和工程师约尔格·施莱奇共同设计的。

法兰克福附近横跨奥得河的第二座高速公路桥是出于美学原因建造的，它是一系列类似于现有拱桥的拱结构。

虽然这个桥梁系统在今天并不经济，但它符合奥得河沿岸美丽的未受干扰的景观。

在著名的安纳波利斯海军学院前面跨越塞文河的桥，赢得美国全国设计竞赛。这座桥设计成很有吸引力的曲线桥，以免在视觉上与背景中学院的历史建筑相竞争。由于其简单的形状，该桥在与更复杂的桥梁方案的竞争中胜出，比如拱桥和斜拉桥。

德国铁路的Dittenbrunn桥遵循自然轮廓，似乎从斜坡中生长出来，因此与周围环境相适应。

斯图加特的席勒斯特格人行桥连接了施洛公园的上部和中部。非常细长的钢梁在一端分叉，以便顺接自然的人行道。

最后，格莱贝岛大桥的纯技术设计似乎与悉尼港的工业环境融为一体。

准则材料的选择

——根据材料的承载能力和外观正确选择材料

一般来说，压杆应选择混凝土，拉杆应选择钢材。大面积桥墩和桥台内利用天然石材可能是有利的；大的混凝土表面可以通过模板或凿刻获得纹理。大的表面通常应该粗糙化，而对于小的区域，光滑的表面是合适的。

根据当时唯一可用的建筑材料，奥贝罗拉附近的伊尔姆河大桥于1848年由天然石头建成。因为这些石头不能承受拉力，所以选择了承受压力的拱桥。在对顶板进行了深入的修复和更换后，这座桥今天为现代高速铁路服务。

木材似乎是人行桥的天然材料，下图的桥梁跨度达到了60米。设计以轻盈和透明为目标。必须承受横向风载荷的端部框架需要重型木材部分。为了避免那里的沉重感，使用了细长的钢型材。通过对钢和木材使用不同的颜色，来突出材料的差异。

横跨沃诺山谷的800米长的高速公路桥梁仅高出地面10米。混凝土是相对较短跨度的合适材料。

美国的安纳波利斯桥设计有细长的八边形混凝土桥墩，没有横梁，以强调桥梁的轻盈。这些细长的双桥墩坐落在普通的花岗岩复合地基上。上部结构的浮动印象由向上生长的桥墩和坚固的基础支撑。

现代跨越易北河的系杆三跨拱桥在Pirna附近，受压拱使用混凝土，主梁使用钢材，作为拉杆和抗弯构件。混凝土桥面板扩散局部车轮荷载。

挪威海尔格兰大桥梁的主要特点是抗压能力，因此，它是用混凝土建造的。425米主跨，梁高为1.2米，足以承受弯矩并确保防屈曲安全。这创造了1 : 355的长细比记录。很明显，混凝土桥梁的主梁不一定笨拙。

弗莱赫的莱茵河大桥采用了钢为主跨梁和混凝土为引桥梁的良好材料组合，作为主跨的配重。

曾经创造跨度纪录的诺曼底大桥的精致外观证实了钢被用作非常长跨度桥梁的材料是适宜的。

色彩的运用

——令人愉悦的外观的一个重要因素是颜色。

不仅钢桥，混凝土桥也应该偶尔进行涂装，使其适合周围环境。对于大面积区域，应避免使用鲜艳的颜色。

对于斯图加特的混凝土沙腾桥，根据周围的森林，梁选择浅绿色，桥墩选择深绿色。

拉文斯堡明挖隧道的装配是一个例子，说明了如何对桁架斜杆件等细长构件使用深红色。

明挖隧道的桁架、人行斜拉桥的桥塔和曲线人行桁架桥选用了相同的颜色。统一的色彩将不同的结构融合为一个整体。

唐格木尔德的易北河大桥，色彩强调了不同桥梁构件的承载功能。弯曲刚度由相对较深的梁提供，该梁具有强烈的浅蓝色。拱形的细长由浅灰色强调。

阿根廷布宜诺斯艾利斯附近的Zárate市和Brazo Largo市之间横跨巴拉那河的两座几乎相同的桥梁，主跨330米，是第一座大型公路和铁路斜拉桥。它们独特的颜色包括塔顶的红色钢斜撑和白色拉索。两者都强调了长桥的主跨，否则将提供统一的灰色混凝土颜色。

对于横跨密西西比河的伯灵顿桥，选择了白色拉索，类似于许多其他斜拉桥。浅色突出了拉索支撑结构的浮动效果。

威尔士迪河大桥选用了一种由预制构件制成的特殊白色混凝土，使整个大桥呈现出空灵的外观。

休斯顿船舶海峡大桥的黄色斜拉索似乎适合强烈的阳光和德克萨斯州深蓝色的天空。这些黄色拉索给桥梁使用者留下了深刻的印象。

弗莱河莱茵河大桥的斜拉索，选用了红丹色。

空中交通管制要求为圣纳泽尔卢瓦尔河大桥的桥塔提供条纹危险颜色，这种不合适的解决方案在其他任何地方都没有重复过，通常塔顶的危险信标被认为是足够的。

桥面空间

——桥上方的空间应该以这样的方式塑造：让驾驶员体验到桥，并获得舒适的感觉。

如果没有桥梁构件延伸到桥面以上，最好显示桥梁的起点和终点。

旧桥传统上用柱子或圣徒雕塑来装饰。比如布拉格卡尔斯桥上的圣徒雕像，显示了桥梁的守护神圣内普穆克。

在这个传统中，上哈维尔河南桥的桥墩在桥面上方的桥两侧突出。他们支持这座桥的特殊照明系统，主要供行人使用。

俄亥俄州哥伦布市的布罗德街桥被有意识地设计成一座缓慢的内城桥，例如，通过用柱子标记桥的两端，这一解决方案是在公众参与度很高的研讨会上确定的。

A形塔斜拉桥的两个索面形成了帐篷状的屋顶，给使用者带来了安全感。一个典型的例子是细长的海尔格兰大桥。

阿根廷波萨达斯市和恩卡纳西翁市之间的巴拉那河大桥，有一条偏心铁路轨道，也有两个带有A型塔的拉索平面。

从这个角度来看，只有一个中心索面的斜拉桥在美学上是有问题的，科赫谷大桥未实现的设计就证明了这一点。虽然鸟瞰图看起来很吸引人，但是驾驶员对前方桥梁的观察是不够的。司机只看到前面有一根桅杆，它的意义并不明显。这就产生了一种不确定感。

清晰的力流

一座桥的设计必须使力的流线即使对于一个偶然的观察者来说也是显而易见的。

即使是一个不熟悉情况的观察者，也会本能地感觉到桥中的力的转移是否合理。这一规则最近经常被定位“地标桥”或“网红桥”下的壮观设计所违反，这些设计仅仅是为了外观而开发的，没有考虑到力的有效流动。在这些情况下，设计往往是由建筑师确定的，而这些建筑师，是工程师们不能或不想成功反对的。

桥梁的加高部分应确定固定在坚固的桥墩上，桥墩头应比梁的下底宽。

托尔戈的易北河大桥仅单侧加高，该位置的力集中由一个座落在花岗岩基层的坚固桥墩来支承强调，该桥墩与其他桥墩具有相反的侧倾角(“A”而不是“V”)。

苏格兰莱文河大桥的桥塔横向略微不对称，因此反映了桥梁的曲率。

斜拉桥的桥塔必须将荷载从缆索转移到基础上。最简单和最有效的形状是像上面已经提到的直的A形塔。

如果由于桥梁的整体几何形状，塔根之间的距离对于船舶交通来说变得太大，或者如果所需的两个独立基础太昂贵，塔腿可以在桥面之下再被合在一起。这就形成了菱形。

一个早期的例子是佛罗里达州坦帕附近Sunshine Skyway Bridge的钢结构设计方案。从塔腿横向的宽度可以看出力的流动。控制载荷是斜拉索上的横向风，这在主梁以上由主塔形成类似桁架结构的拉杆和压杆承载，因此桥面以上的塔柱具有恒定的宽度。桥面以下塔柱的横向分力在横梁中产生张力都是通过后张预应力来平衡。内收的V形塔柱必须承受弯曲时的横向力，因此它们的宽度向下增大。