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1、桥梁建筑新论桥梁建筑新论-第一章绪论第一章绪论桥梁建筑新论-第一章绪论.txt桥梁建筑新论第一章 绪论 liwei9604,你好! 今天是 2002-1-13 星期日 加入收藏夹 在线咨询服务留言板 您现在的位置桥梁空间网专业文苑公路桥梁此文已被阅读 50 次桥梁建筑新论第一章 绪论作者：张师定（声明：版权所有，未经作者许可，不得转载）第一章 绪论 1.1 桥梁建筑学的现状目前，作者还未看到其他著作中有称“桥梁建筑学”之说，大概是因为有些著作只谈桥梁美学、或只谈具体的桥梁建筑艺术的缘故吧。就笔者所见教科书中的论述，大概只包括：桥梁发展的非常粗略的描述；不够系统的桥梁体系的分类；简单的桥梁孔跨布
2、置原则及横断面设计等；零散的结构形式及构件横截面形式分类；虽谈及桥梁美学，甚至景观设计等，但尚未建立起系统的理论。而对结构受力优越的研究、力学与美学关系的研究、桥式方案设计构思及比选的理论研究等则显得寥寥无几。在过去，数值计算主要采用计算尺或机械式计算机进行 ，计算手段非常有限，因而常常需要深入理解结构的受力性能(structural performance)，如传力路径等，在弄清了承重结构体系中哪些是重要构件与哪些是次要构件的前提下，对结构提出简化图式，使其处于当时人类所能达到的数值计算能力之范围内，才能导致满意的结果，有时，往往需要作出其他方面的牺牲，例如，采用静定结构或超静定次数较少的结
3、构等；在方案比较阶段，还要对不同的结构体系作出选择。客观上来说，这对重视桥梁概念设计有利。但也由于当时计算手段的落后，对于大跨、非线性、复杂体系的桥梁结构受力行为研究不够，从而制约着桥梁的发展。随着当今科技的发展，电子计算机(electronic digital computer)的运算速度已极高、容量也很大，其越来越广泛地应用于桥梁领域中，使得工程结构分析成为一件轻而易举的事，从而使设计师从以前繁重的结构计算中摆脱了出来，并能设计出诸如日本明石海峡大桥、丹麦大贝尔特桥、香港汀九大桥及青马大桥等著名建筑来。但鉴于计算机本身不能对效能差的结构体系作出有利的修改，这将导致其接受不合适的结构体系。因
4、此，当今的设计师不能仅局限于能够使用结构分析软件，而应该、而且有精力深入细致地研究桥梁建筑技术，使其结构优越、技术可行、经济合理、美观协调，以弥补计算机的不足。科学系统地建立桥梁建筑学是当务之急，这也是桥梁工程由零散、经验型走向系统、科学型的主要内容之一。1.2 桥梁建筑学的特点要说桥梁建筑学的特点，或许只有将其与房屋建筑学进行对比方可显示出来。笔者以为，桥梁建筑学与房屋建筑学的异同之处也就是桥梁与房屋的异同之处。房屋结构有如下特点：主要是围护结构；所处地形平坦；地质变化不大；以受压为主；柱子是其主要承重构件；恒载占总荷载的绝大多数； 施工往往采用支架由下而上层层建造。而桥梁结构有如下特点：主
5、要是跨越结构（外露） ，其跨度往往是房屋建筑所无法比拟的；往往跨越大河、峡谷，甚至海峡；其跨越的地形、地质均复杂、多变；顺桥方向常呈狭长带状；主要承重构件以受弯剪（梁） 、压（拱）或拉（索桥）为主；活载（车辆、行人等）占相当大的比例； 施工方法多样，施工历程复杂，并可能发生复杂的体系转换。这就决定了桥梁不同于房屋建筑的最大特点便是桥梁建筑造型首先必须满足静力平衡的要求， 这种以受力为重心的建筑特点正是桥梁建筑学的特点。作为反面例证，文献1.2中提到的巴黎塞纳河上的“奥斯特利兹阿芒特桥”失败的建筑师竞争图令人震惊，依笔者之见，正是由于这些曾经设计过房屋建筑的大名鼎鼎的建筑师对桥梁建筑特点缺乏了解
6、，才酿成此果。笔者不才，撰文提出桥式设计应遵循的二十条准则、桥梁孔跨布置应遵循的二十条准则、桥梁内力粗略分析及有关体系转换的七条准则、桥梁景观设计等，斗胆建立桥梁建筑学。1.3 桥梁建筑学的内容桥梁建筑学(bridge architecture)，应该不仅仅是桥梁美学(bridge aesthetics)，而应该包括桥梁最优受力理论，并将其放在一个非常重要的位置上，同时，也包括桥梁总体设计、方案设计与比较等。桥梁建筑学所需的基础理论知识有：理论力学、材料力学、结构力学、结构设计原理、水力学、土力学、桥梁发展史、美学、桥梁总体设计与施工等。而桥梁建筑设计是以上基础理论与建筑艺术（景观建筑设计）的
7、有机融合。考虑到桥梁有关基础知识已在普通的桥梁工程教课书中多有论述，而桥梁美学、甚至景观建筑设计又有专著论述，故在此只做简要介绍，而将重点放在桥式最优设计理论、桥梁孔跨布置、横断面形式选择以及方案设计与比选上，并简要介绍了宁通公路泰州引江河大桥的方案构思及设计等。因此，本书以下各章安排为：第一章：讲述桥梁建筑设计的现状，并论述了建筑师与结构工程师的职责、技术与艺术的关系、结构与功能在建筑中的重要性及现代建筑设计的一般原理等。第二章： 桥梁发展概略。这是了解桥梁建筑必备的基础知识。第三章： 桥梁合理结构形式所遵循的规律，笔者总结出 20 条准则。这是本书的主要内容之一。 第四章： 桥梁分类，笔者
8、将桥式分为 15 类，对各桥式进行了新的评价等。这是本书的主要内容之一。 第五章：桥梁内力粗略估算及横截面尺寸拟定，这里所列出的计算方法是极为粗略的，但有利于简单、方便、快速地计算出内力，并给出粗略的截面尺寸。第六章： 桥式方案设计，主要阐述桥梁孔跨布置的 20 条准则，方案设计应综合考虑的因素，方案构思及方案比选等。这是本书的主要内容之一。 第七章： 工程设计例宁通公路泰州引江河大桥，以本桥为例，简介桥梁建筑设计的全过程。这是本书的主要内容之一。 第八章： 桥梁新结构及展望，主要介绍笔者提出的全索桥新桥式及其它崭新的桥式与构思，展望桥梁的未来。1.4 建筑师与结构工程师的分工与协作1.3当今
9、的建筑师以艺术家、美学家自居，缺少对技术真正的理解，并无技术构思创新的灵感，缺乏与工程师广泛而真诚的合作，其建筑设计往往流于表面化，难以逃脱美学范畴，进而阻碍了建筑上的创新。相反，结构工程师却“重视内在的东西、轻视外在的东西” ，偏重于对技术本身和内在组织关系的思考，容易陷入烦琐的计算及复杂的细部处理过程中，并将涉及自然、社会和人的心理感受等建筑问题简单地归结为单向的技术问题，成为某种程度上的“唯技术论者” 。对于技术与艺术的关系问题，著名的结构工程师、建筑师奈尔维在建筑的技术与艺术一书中讲到：“一个技术上完善的作品，有可能在艺术效果上很差；但是，无论是古代还是现代，却没有一个美学上公认的杰出
10、建筑在技术上却不是优秀的。 ”这里，奈尔维太看重艺术了，而忽视了技术的重要性，因为，满足功能的结构不可能不美。作为反面教材，文献1.2已证明了一切。另外，当前中国建筑作品乏善可陈的现象确与“重视艺术、轻视技术”的观念紧密联系。对于奈尔维的这一观点，笔者当然不敢苟同。与“重艺术、轻技术”的建筑师相反， “重技术、轻艺术”的工程师们却走向了另一个极端，如中国许多大城市里十字路口处修建的四通八达的螃蟹式人行天桥，其遮天蔽日之态，对城市空间造成了无理侵占，不论是对行人、还是行车，都让人产生压抑的感觉。另外，不协调的孔跨布置、过分压缩的桥孔、与环境格格不入的桥式选择等等随处可见。著名的结构设计大师林同炎
11、说：“从科学出发做设计，达到艺术的目的。 ”笔者以为，林大师道出了技术与艺术的关系问题的真谛。事实上，建筑学确是介于技术与艺术之间的学科。虽然建筑师偏重于艺术方面，而工程师偏重于技术方面；虽然有的建筑偏重于技术，而有的建筑却偏重于艺术。但评价一座建筑时，采取双重标准（即技术与艺术）是始终存在的，也是客观、合理的。这就要求建筑师与工程师之间密切配合，要求建筑师充分重视技术的作用。1.5 现代建筑设计原理(principle of modern architectural design)桥梁本属于建筑，但一般所讲的建筑原理却是针对工业与民用建筑而言，但这丝毫不会影响将建筑设计的一般原理用于桥梁建筑
12、的设计中，而且，桥梁建筑理论必须吸收几千年来人类实践并予以研究、而且正在实践研究当中的建筑学成就，正所谓“他山之石，可以攻玉” 。建筑设计既是营造建筑实体的前提，也是一种艺术创作过程；既要考虑人们的物质生活需要，又要考虑人们的精神生活需求。在建筑设计过程中，必须综合考虑各种因素，统一解决各种矛盾。实践表明，建筑设计就是要处理好总体布局、景观设计、建筑功能、建筑技术、建筑艺术等问题。总体布局 从全局出发，综合考虑影响预想中的建筑物室内、室外空间的各种因素，作出总体安排，使建筑物内在功能要求与外界条件彼此协调、有机地结合。例如：建筑群中的单体建筑设计应在总体构思的原则指导下进行，并受总体布局的制约
13、。因此，设计构思应遵循“由外到内”和“由内到外”的原则，先从总体布局着手。根据外界条件，解决全局性的问题，然后再进行单体(single unit)建筑设计中各种空间的组合。在这个过程中，使单体建筑设计在体型、体量、高度（层数） 、建筑形式、色彩、朝向、日照、交通等方面同总体布局及周围环境取得协调，并在单体建筑设计趋于成熟时，再行调整并确定总体布局。在总体设计构思中，既要考虑使用功能、结构、经济和美观等内在因素，也要考虑当地的历史、文化背景、城市规划要求、周围环境、场地条件等外界因素。通常是先从体型着手， 以表达设计者的构思。体型确定后，再研究内部的平面组织及空间组织。研究体型（对桥梁而言，就是
14、指桥式）是为了解决内因与外因之间的矛盾、解决功能与形式之间的问题。桥梁总体设计尤其受桥址工程条件，如地形、地貌、地物、气候、水文、地质、地震、通航、或跨线等的影响，在这一点上，桥梁与房屋建筑设计存在较大的不同。建筑功能 建筑设计的基本出发点就是使建筑物表现出对使用者的最大关怀。因此，建筑功能总是随着人类社会的发展和生活方式的改变而发展变化的。随着社会的进步、经济的发展、文明的提高，对建筑功能的要求越来越多、越高。如 20 世纪 60 年代起，行为科学和心理学开始被引入建筑学，使建筑功能的研究更细致、更深入本质；景观设计概念的提出也极大地丰富了建筑学。a 功能分区 一栋建筑一般都包括许多部分，而
15、各部分的功能又不尽相同，因此，设计建筑物时，要根据各部分的各自功能要求及其相互关系，把它们组合成若干相对独立的分区，使建筑布局分区合理而清晰。例如：对于使用中联系密切的分区要使之彼此靠近；对于使用中互有干扰的部分，要加以分隔；要将主要使用分区和辅助使用分区分开；将公共分区（对外性强的部分）和私密分区（对内性强的部分）分开；将使用中“动”的分区与要求“静”的分区分开；将洁净的分区与可能会产生烟、灰、气味、噪声乃至污染的分区分开。b 流线组织 人要在建筑环境中穿梭，物要在建筑环境中运行，所以，建筑设计要合理安排交通流线。合理的交通流线要保证各个分区相互联系方便、简捷，同时，避免不同的流线间互相交叉
16、干扰。建筑应以人为本，因此，应以人流路线作为建筑中交通路线的主导线，把各分区之内外空间设计成有逻辑的、有序的、有联系的空间序列。c 平面组合与空间组合 d 朝向、采光和通风 北半球的建筑为使冬季取得较多的日照，要尽量争取朝南向或偏南向；南半球则相反。潮湿炎热地区的建筑，为解决自然通风的问题，要选择好建筑方位，组织好建筑群体的通风和单体建筑内的“穿堂风” ，以保持气流通畅。对于舒适度要求较高的室内环境问题，则应采用人工照明和可换气的空调设施予以解决，以弥补天然采光和通风的不足。桥梁建筑的功能要远较房屋建筑为少，笔者认为：桥梁建筑功能不外乎：一为跨越；二为交通；三为观赏。建筑技术 a 结构 结构是建筑的骨架，同造型密切相关。结构形式在很大程度上决定了建筑的空间体量和形式。建筑一方面受结构的制约，另一方面随功能的发展而演变。笔者以为，结构与功能是建筑设计的两大主题。在方案设计中，首先要考虑结构的形式是否能满足使用功能对建筑空间大小和层数高低的要求；同时要
