橋梁欄桿選型的主要影響因素

劉振宇

(魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，山東煙臺(tái) 264000)

橋梁不僅僅意味著理性的計(jì)算和應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)的手段在一定的預(yù)知條件下承載特定的可變荷載以及跨越特定的距離，橋梁也可具有更多的內(nèi)涵，即超越其功能性之上的象征意義[1]?，F(xiàn)代橋梁呈現(xiàn)出的多功能設(shè)計(jì)要求就是對(duì)這一超越行為的具體回應(yīng)，除了滿足交通需要，還要具備公共空間景觀的視覺(jué)效果，甚至起到承載文化和地域特色的作用。欄桿是影響橋梁美觀性的最重要的附屬設(shè)施，也是與行人關(guān)系最為密切的橋梁構(gòu)件，其造型設(shè)計(jì)直接影響著橋梁的景觀效果和使用效果。欄桿在中國(guó)古典建筑中意義重大，甚至成為建筑構(gòu)圖的主題，反映在橋梁上就是對(duì)欄桿的精雕細(xì)琢，木石欄板望柱成為古代工匠表現(xiàn)技巧的地方?，F(xiàn)代欄桿因技術(shù)和材料優(yōu)勢(shì)，具有更廣泛的表現(xiàn)空間和更強(qiáng)的表達(dá)能力，建筑師或工程師如何恰當(dāng)選型以呼應(yīng)橋梁主體造型、如何在橋體不顯時(shí)提升橋梁的魅力就顯得至關(guān)重要了。

1 基本設(shè)計(jì)要求

欄桿最基本的設(shè)計(jì)要求是保障行人安全，在沒(méi)有任何造型要求時(shí)要做到形態(tài)簡(jiǎn)潔流暢。欄桿設(shè)置于橋梁兩側(cè)，其目的是為了防止行人從橋上跌落，因此要有足夠的強(qiáng)度和剛度以承載外力的荷載組合，并在良好維護(hù)狀態(tài)下滿足耐久性要求。欄桿的高度要考慮橋梁的用途和所處環(huán)境，對(duì)于一般的橋梁來(lái)說(shuō)，扶手的高度不能低于1.1 m，在水急風(fēng)大、橋面較高等危險(xiǎn)環(huán)境中還要提高此最低限值。對(duì)于園林橋來(lái)說(shuō)則不受此限，在水流淺緩且橋面較低時(shí)可設(shè)置矮欄或不設(shè)欄桿以求險(xiǎn)中得樂(lè)。為了防止行人從欄桿的空隙中跌落，需要控制欄桿構(gòu)件間的最大凈間距，城市橋梁要求不得大于140 mm且不宜采用橫線條欄桿，公路橋?qū)Υ隧?xiàng)無(wú)要求，可參考城市橋梁取值。欄桿與人接觸時(shí)不能有明顯變形和晃動(dòng)，同時(shí)要處理好焊縫表面缺陷、木材毛刺、構(gòu)件棱角等細(xì)節(jié)以避免傷人。

2 影響欄桿選型的主要因素

2.1 橋梁跨徑

力學(xué)平衡及材料效率的要求使大跨徑橋梁在造型設(shè)計(jì)方面供發(fā)揮的空間很小，其吸引力主要在于主體結(jié)構(gòu)的纖細(xì)和流暢，不必刻意追求象征意義以免大幅增加造價(jià)，只要全橋比例得當(dāng)即可獲得良好的視覺(jué)效果。由于欄桿在大跨徑橋梁中的相對(duì)尺度太小，對(duì)橋梁整體美觀性的影響微弱，因此只要做到簡(jiǎn)潔流暢即可。為了進(jìn)一步降低梁體長(zhǎng)細(xì)比，可采用通透性好的欄桿，使主梁看上去輕巧，同時(shí)也讓橋面視野開(kāi)闊，避免出現(xiàn)封閉感，在橋位處環(huán)境優(yōu)秀時(shí)更應(yīng)如此。

橋梁的跨徑越小，欄桿的相對(duì)尺度越大，其在整體造型中的作用越明顯，其設(shè)計(jì)要求也越高。對(duì)于有景觀要求的橋梁，若其設(shè)計(jì)原則是體現(xiàn)橋梁特有的結(jié)構(gòu)藝術(shù)，即獲得清晰和輪廓分明的可以剖析的結(jié)構(gòu)，去掉掩飾和不必要的細(xì)節(jié)[2]。那么欄桿造型設(shè)計(jì)就要從力的傳遞和解釋入手，以清晰明了的線條展示其功能要求，而且不能對(duì)橋體的力學(xué)可理解性造成干擾。若設(shè)計(jì)原則是體現(xiàn)某種象征意義，那么欄桿造型設(shè)計(jì)就要從指引和強(qiáng)調(diào)這一象征意義入手，以突出其整體性。對(duì)于無(wú)景觀要求的中小橋，我們只需對(duì)細(xì)節(jié)問(wèn)題給予更多的重視，就能讓結(jié)構(gòu)物的外形大為改觀[3]，而且此類橋梁往往選用經(jīng)濟(jì)橋型，一個(gè)用心設(shè)計(jì)的欄桿不會(huì)增加多少造價(jià)，但卻可以顯著提高橋梁的視覺(jué)效果和使用價(jià)值。

2.2 欄桿的景觀權(quán)重

在橋梁景觀評(píng)價(jià)中欄桿造型所占的權(quán)值體現(xiàn)了欄桿與橋體在造型上的主從關(guān)系。權(quán)重小意味著欄桿在造型上處于從屬地位，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是如何輔助橋體表達(dá)共同的設(shè)計(jì)主題；權(quán)重大意味著欄桿在造型上處于主體地位，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)裝飾效果。

橋梁造型設(shè)計(jì)的核心是橋梁主體造型設(shè)計(jì)，即讓橋體成為一個(gè)能滿足交通要求的巨大公共雕塑。在跨徑較小時(shí)雕塑可以具象化，生動(dòng)表達(dá)某一象征意義，跨徑越大這一雕塑的構(gòu)圖越簡(jiǎn)潔，越傾向于突出巨大力學(xué)結(jié)構(gòu)本身的壯觀、美感和可理解性，或?qū)ふ伊W(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)主題的抽象擬合，以降低設(shè)計(jì)和施工難度。為保證橋梁的整體性，欄桿也必須表達(dá)同一設(shè)計(jì)主題，若這一主題在欄桿造型上很難實(shí)現(xiàn)，則選取主題中的關(guān)鍵元素如色彩、線條等來(lái)作為欄桿造型的設(shè)計(jì)主題。此時(shí)欄桿在體量或視覺(jué)效果上均難以與橋體競(jìng)爭(zhēng)，自然處于從屬地位，其作用在于對(duì)橋體造型的引導(dǎo)和渲染、烘托環(huán)境以提升橋體的歸屬感(圖1、圖2)。

圖1 蘇格蘭特雷斯頓橋

圖2 太原祥云橋

若橋梁有景觀要求，但受造價(jià)或結(jié)構(gòu)所限無(wú)法通過(guò)橋體來(lái)展現(xiàn)時(shí)，一般會(huì)選擇較為經(jīng)濟(jì)的欄桿作為造型主體來(lái)提升橋梁的美觀性，舊橋美化也常常從欄桿入手，此時(shí)欄桿的景觀權(quán)重便會(huì)增大。由于是造型主體，欄桿選型必然涉及到與橋體、環(huán)境、文脈的協(xié)調(diào)關(guān)系；又因?yàn)闄跅U的基本結(jié)構(gòu)表達(dá)能力有限，所以作為造型主體的欄桿常常呈現(xiàn)出很強(qiáng)的裝飾性，并試圖隱藏橋體，獨(dú)自與環(huán)境和文脈形成呼應(yīng)。裝飾性欄桿在選擇設(shè)計(jì)主題時(shí)較為自由，景觀效果也較易實(shí)現(xiàn)，欄桿造型應(yīng)在與環(huán)境相融合的基礎(chǔ)上力求簡(jiǎn)潔，并努力協(xié)調(diào)其與橋體之間的關(guān)系(圖3、圖4)。

圖3 德國(guó)蒂申羅伊特懸?guī)?/p>

圖4 某公園小橋

2.3 人性化設(shè)計(jì)要求

欄桿是橋上行人最容易接近并可觀察觸摸的建筑部位，除了要滿足使用上的安全性、視覺(jué)上的美觀性，還要滿足觸覺(jué)上的舒適性。人性化設(shè)計(jì)要求越高，設(shè)計(jì)重心就越靠近后者。影響觸覺(jué)的最關(guān)鍵因素是材料選擇和細(xì)節(jié)處理。材料選擇要根據(jù)使用要求來(lái)確定，比如木材讓人感覺(jué)溫暖，鋼材有現(xiàn)代感和豐富的表現(xiàn)力，石材古樸淳厚，也可采用復(fù)合材料取長(zhǎng)補(bǔ)短以滿足多種使用要求。橋上人流量越多，停留時(shí)間越長(zhǎng)，越需要深入的細(xì)部設(shè)計(jì)，高水準(zhǔn)的細(xì)部處理能夠讓行人獲得良好的使用感受，同時(shí)也很容易獲得美學(xué)上的成功。欄桿表面的肌理和質(zhì)感、各部分的比例、行走時(shí)的感受、受到庇護(hù)的安全感、甚至是聲音和光線的反射等都十分重要，應(yīng)使行人無(wú)論是過(guò)橋還是在橋上停留，都能夠得到善意的呵護(hù)[1]。橋上的休息或觀景設(shè)施也往往靠近欄桿，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與欄桿一并考慮(圖5、圖6)。

圖5 臺(tái)灣高雄翠華橋

圖6 愛(ài)爾蘭利默里克大學(xué)人行橋

3 欄桿的附加功能

3.1 引導(dǎo)

當(dāng)橋梁出現(xiàn)在路線的平曲線或豎曲線上時(shí)，可通過(guò)欄桿來(lái)引導(dǎo)車輛的行駛方向，此時(shí)欄桿往往采用比較醒目的顏色來(lái)提醒司機(jī)注意。當(dāng)同一區(qū)域有多個(gè)橋梁時(shí)，也可以通過(guò)欄桿的不同造型或色彩等來(lái)引導(dǎo)行人和車輛，多個(gè)具有同一類型欄桿的橋梁，便暗示了前進(jìn)的路徑[4]。

3.2 趣味與游戲

走上去微微顫動(dòng)的鋼帶橋、驚險(xiǎn)刺激的玻璃鋼橋、蜿蜒曲折的公園長(zhǎng)橋等都能讓人在橋上行走時(shí)獲得豐富的情感體驗(yàn)，近似于行走中的游戲[5]。通過(guò)對(duì)這一狹長(zhǎng)空間的戲劇性處理來(lái)營(yíng)造輕松愉快或探索思考的氛圍，使橋梁具有趣味性和可參與性，而欄桿往往是氛圍營(yíng)造的重要道具，同時(shí)也是有驚無(wú)險(xiǎn)地體驗(yàn)樂(lè)趣的安全保障(圖7、圖8)。

圖7 丹麥哥本哈根圓橋

圖8 長(zhǎng)沙中國(guó)結(jié)步行橋

3.3 提高心理安全度

橋上行人的安全感主要來(lái)自欄桿，破舊的欄桿讓人望而生畏不敢靠近，即使其強(qiáng)度滿足要求也會(huì)讓人產(chǎn)生緊張情緒。一個(gè)清新整潔、造型優(yōu)雅的欄桿會(huì)讓行人對(duì)橋梁產(chǎn)生信心，也讓停留者愿意與之接近。欄桿的后期維護(hù)非常重要，要定期檢查，在出現(xiàn)破損時(shí)要及時(shí)維修，表面污染或褪色時(shí)要重新涂裝，使欄桿處于良好的工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

欄桿雖然不是主要承載結(jié)構(gòu)，但卻在保障行人安全、輔助實(shí)現(xiàn)交通功能、提升橋梁景觀效果方面發(fā)揮著重要作用。因此欄桿選型時(shí)要以一絲不茍的態(tài)度竭盡所能的改進(jìn)造型，避免欄桿的單調(diào)無(wú)趣。選型時(shí)可先從三個(gè)主要影響因素入手：橋梁跨徑?jīng)Q定了欄桿對(duì)全橋造型的影響能力；景觀權(quán)重決定了欄桿與橋體在造型上的主從關(guān)系；人性化設(shè)計(jì)要求決定了欄桿的設(shè)計(jì)深度。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮欄桿的各項(xiàng)功能要求，提煉出功能完備、形態(tài)優(yōu)美、與橋體和環(huán)境協(xié)調(diào)一致的造型方案，輔助橋梁超越其功能性要求并獲得期許的象征意義。