橋梁造型設計方法

1、開始,陳艾榮 盛 勇,同濟大學橋梁工程系二零零三年十一月,橋梁結構力與美的體現,橋梁美的認識橋梁美的創(chuàng)造橋梁美的評價,橋梁結構力與美的體現,橋梁美學:環(huán)球展望,橋梁和橋梁所在地的統一 Bridge/place integration 關聯設計 Contextual design 相互關聯 Context結構上的表現形式 Structurally expressive form同時存在的目標 Simultane

2、ity橋梁美學準則 Bridge－Aesthetics Guidelines局限 Limitations抽象 Abstractions,橋梁美的認識,橋梁和橋梁所在地的統一,專家們提出的最普遍的建議是橋梁和橋梁所在地的結合，其中后者包括“景觀”、“城市風景”、“城市空間”、“環(huán)境”、“風景區(qū)”等，前者要對后者不“干擾”、要“諧和”、“互補”、“增強”、“保護”、“偎依”等。 “我們必須注意自然平衡，以盡可能不干擾景觀的方式構成

3、我們的橋梁。只要橋梁建筑在鄰近引人入勝的自然風景區(qū)，這一點就特別重要”?！猇on Olnhausen(瑞典)。 “……我們認為必須將橋梁與其所在地環(huán)境，景觀或城市風景相結合，特別是在涉及尺寸關系和比例的場合。在過去幾十年問，由于將笨重的混凝土塊體置入城市老區(qū)的中心已經造成了許多錯誤……往往，具有深、重梁的長跨橋梁會破壞可愛的河谷風景或城市……”——Leonhardt(德國)。,橋梁美的認識,關聯設計,“…因為橋粱建在—定的環(huán)境中

4、，不僅應保護現有的景觀，而且應與設定的環(huán)境互補，甚至為之增色”。在此基礎上，專家們建議采用“相互關聯” (contextual)設計法。 采用這種方法，意指對橋梁所在地的所有或至少大多數重要元素或方面(建筑的、歷史的、環(huán)境的、地形的、結構的、幾何的、地質的、社會的、文化的、考古學的等等)都加以鑒定和研究。,橋梁美的認識,結構上的表現形式,世界第一流工程師和建筑師提出的第二個最共同的建議，是關于橋梁在結構上的表現形

5、式，即關于顯現橋梁主體力學結構的形式。 “橋梁還須表現為單純、清晰的形式，因而給人以可靠和穩(wěn)定的感覺。在這點上，我們必須尋求簡單?；镜臉蛄盒问竭€必須與使用的材料相稱。砌磚與木結構橋各自限定為不同于鋼橋或鋼筋混凝土橋的形式?！薄狶eonhardt(德國)。 “橋梁建筑形式最重要的原則，就是獲得清晰和輪廓分明的可以剖析的結構，去掉掩飾和不必要的細節(jié)，而只有直接的線條，即令人稱心悅目，又能給人作出合理的解釋”?！?Gha

6、swala (印度)。,橋梁美的認識,同時存在的目標,橋梁構形應設計成在視覺上最大限度地引人人勝的狀態(tài)下承受其荷載。 橋梁形式的塑造不應只求荷載效應，而不考慮其外觀，同時橋梁形式的塑造也不應只求外觀，而不考慮橋梁承受荷載的效應。功能和外觀兩者共同確定形式，忽視一個或另一個主要目標的橋梁設計師，將在錯誤的時間、錯誤的地點建造著錯誤的橋梁。,橋梁美的認識,同時存在的目標(續(xù)),“在這方面，無論如何，必須強調根據工程要求，但以較少變

7、化或裝飾試圖改進外觀的設計橋梁的方法，應該受到最強有力的措辭譴責。只有把美學設計發(fā)展成為總體思想的主要部分，才能實現優(yōu)秀的設計。因此，必須有建筑師的充分介入，這一點，從基本形式正在設想的時候就要開始”。 ——Liebenberg(南非)。 “橋梁建筑形式最重要的原則，就是獲得清晰和輪廓分明的可以剖析的結構，去掉掩飾和不必要的細節(jié)，而只有直接的線條，即令人稱心悅目，又能給人作出合理的解釋”。—— Ghaswala

8、(印度)。,橋梁美的認識,橋梁美學準則,《環(huán)球橋梁美學》的許多作者，深信明智的采用由其他人推定和建議的準則可以接近和偶爾達到美的實現。盡管多數橋梁專家蔑視使用定則或準則，另一些專家告誡切忌全部使用，而許多專家則容許和推薦把定則或準則作為實現美的幫助手段來使用。,“我們不能假定這些準則的簡單應用本身就將產生一座美麗的橋梁。設計師仍須具有想像力、直覺感，以及形式和美的感覺……然而，準則提供給我們一個較好的起點，幫助我們對我們的設計進行關鍵性

9、的評價，特別是在模型階段，這樣能夠使得我們察覺美學設計的錯誤”?！狶eonhardt(德國)。,限制,橋梁美的認識,抽象,橋梁美的認識,戴維·P·比林頓 David P. Billington 《塔和橋——結構工程的新藝術》 The Tower and The Bridge —The New Art of Structural Engineering,塔和橋

10、——結構工程的新藝術,“……他們(設計大師們)都高度重視輕巧和安全，經濟和功能以及優(yōu)美的外觀。這些基本的理想導致不同的形式，這表明在結構方面沒有所謂最合適的條件，有的是很多合理的選擇。這些選擇為每個設計師提供了表現其個人思想的自由，并表現其風格”。,橋梁美的認識,結構藝術的思想,以埃菲爾鐵塔和布魯克林橋為代表的大型結構工程體現了一種新的藝術形式，即結構藝術，平行于建筑并完全獨立。僅僅顯示出結構與表現結構并不是一回事，結構的表現應當清

11、楚地標明荷載的傳遞（力量）與構件的連接（安全）。,橋梁美的認識,結構藝術的特點,結構藝術與建筑藝術的區(qū)別體現在尺寸、用途和形式的差別。和建筑藝術相比，結構藝術的特點包括：尺寸相當大，需要進行工程設計；用途相當簡單；形式本身的設計是為了控制應力，而非創(chuàng)造空間。,橋梁美的認識,橋梁美學的三個“神話”,加拿大多倫多大學 Paul Gauvreau 橋梁美學的三個“神話” THE THREE MYTHS OF BRIDG

12、E AESTHETICS 形式從屬于功能 Form Follows Function , 公眾總是對的 The Customer Is Always Right ， 建筑師會更好的完成工作 Architects Do It Better.,橋梁美的認識,“形式從屬于功能 ”,源起： “形式從屬于功能 ”源于美國建筑師Louis Sullivan的個人美學觀點，他在美國摩天大樓形式發(fā)展的進程中有重要的影響

13、。 他認為建筑的每一個視覺造型單元都必須是某一功能的一致體現。橋梁美學中的普遍認識： 良好的結構性能、便宜的工程造價就足以體現視覺上的美感。Paul Gauvreau的認識： 橋梁應該是功能明顯的，但功能無法決定橋梁的形式。結構性能和經濟性本身毫無美學意義，在天才的設計師手中效率和經濟的原則有助于創(chuàng)造和提煉視覺形式，因為如果不這樣的話，再好的視覺形式也有可能被擱置、棄用。,橋梁美的認識,“公

14、眾總是對的 ”,在今年來的橋梁建設中有一種趨勢，在橋梁的設計過程中越來越多的引入公眾的參與。公眾過分的參與在某種程度上是由于公眾擔心在其附近修建的橋梁不是一個好看的“鄰居”，同時堅信沒有他們的參與，他們的擔心將不會有人重視。過分遵從公眾的意見，不可能對現在的觀點提出有意義的挑戰(zhàn)，因為公眾的意見強調的是認從而不是創(chuàng)新。沒有了有意義的創(chuàng)新也就無從談起橋梁的美。,橋梁美的認識,“建筑師會更好的完成工作”,標志性橋梁： “形式從屬于功能”的例

15、外業(yè)主們往往不惜重金打造標志性橋梁并且指定建筑師在橋梁造型上起主導作用。 建筑師與橋梁工程師建筑師布置抽象的、符號化的視覺形象，他們很少能夠游刃有余的處理對對荷載和平衡明確的、有意義的視覺表達 。往往會為了富有表現力的視覺形象，而使力流迂回曲折， “走錯了路”。 工程師們對橋梁美學的職業(yè)理解局限于“功能決定形式”的思想，以及由此產生的眾多毫無光澤的橋梁結構，使得人們更傾向于尋求建筑師的幫助。,橋梁美的認識,建筑師與橋梁工程

16、師的關系,橋梁工程師、建筑師應通力合作。 橋梁工程師在橋梁的設計建造過程中應起主導作用。 起主導作用的橋梁工程師應具備一定的藝術和美學素養(yǎng)， 并能對建筑師的意見采取積極的配合的態(tài)度。,橋梁美的認識,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁造形 心理引誘力 、靜態(tài)的動勢 、造型三要素 外形表現方法 、美學規(guī)則 、力學性能的表現 橋梁景觀 環(huán)境與環(huán)境調查 、橋梁與環(huán)境的關系 、視點與視點場 橋梁造型和景觀設計的實踐 表現手

17、法 各種橋梁形式的靜力特點和造型格調、高速公路跨線橋的造型研究 具有代表性的橋梁,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁造型三要素 ——形、色、質,形的構成 形的構成要素 平面構成 ：點、線、面 立體構成 ：線材，板材、塊材形的構成法則 組合構成法、切割構成法 視錯覺 （錯視）造型單元及造型單元的組合,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁造型單元設計法,確定了幾類基本的造型單元，橋梁結構的各個組成構件就可以以這些基本造型單元為模板，按

18、具體的結構要求進行尺度、比例的變化，并最終構成橋梁結構整體。,,,橋梁整體造型設計法,整體造型設計法更加強調的是橋梁形式的整體性。在這里，各構件的功能性得到一定的弱化，相互之間沒有明顯的區(qū)分。,,,色彩構成 與 材料構成,色彩構成 光源色與物體色色別、明度、飽和度蒙塞爾色系、奧斯特瓦德色系、日本色研所色系配色的有調和與對比材料構成質感設計的基本法則：配比原則主從原則適合原則,橋梁美的創(chuàng)造,外形表現方法,輕巧感 形：

19、提高重心可取得輕巧的造型效果色： 應用明度高的色彩(輕感色) 質： 采用細密、光澤的表面 穩(wěn)定感 包括結構上的“實際穩(wěn)定”和外觀上的“視覺穩(wěn)定” 形： 重心下降法、擴大支撐面色： 深(重)色彩 質： 表面粗糙、無光澤、具有較大的量感的材料 運動感 斜直線、彎曲線,橋梁美的創(chuàng)造,造型的美學規(guī)則,比例與尺度對稱與均衡穩(wěn)定與輕巧節(jié)奏與韻律統一與變化對比與調和過渡與呼應主從與重點比擬與聯想單純

20、與和諧,橋梁美的創(chuàng)造,力學性能的表現,利用拓撲分析優(yōu)化橋梁造型 主梁和橋塔的氣動選型和造型設計的結合 曲線梁在梁、拱、斜拉和懸索四種體系中的應用,橋梁美的創(chuàng)造,利用拓撲分析優(yōu)化橋梁造型,拓撲優(yōu)化的目的就是在單獨荷載或多個荷載的作用下，尋求對材料的最佳使用方式，即造型的優(yōu)化（shape optimization or layout optimization）。對材料的最充分使用在拓撲優(yōu)化中，代表的是最大剛度的設計。 下圖是一個V

21、＝60的例子，其中圖a表示載荷和邊界條件，圖b則以密度云圖形式繪制的拓撲結果。,,,橋梁美的創(chuàng)造,環(huán)境與環(huán)境調查,心理學上一般將環(huán)境分為三類：自然環(huán)境 如峽谷、江河、平原、海灣等 社會環(huán)境 如田原、工廠、碼頭等 文化環(huán)境 如文教區(qū)、宗教區(qū) 環(huán)境調查的內容包括地形地勢、環(huán)境色彩構成以及地區(qū)自然和人文環(huán)境等。調查結果的匯總和整理將成為后續(xù)展開設計的重要依據。,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁與環(huán)境的關系,橋梁與環(huán)境相結合

22、的三種方法：消去法，隱蔽橋梁的存在 融合法，使橋梁和環(huán)境按基本相同的格調融合 強調法，強調突出橋梁的存在,橋梁美的創(chuàng)造,視點與視點場,橋梁的形態(tài)隨著觀察方向的不同，會呈現各種不同的外形。 視點是“觀”的出發(fā)點，視點場是“觀”的范圍。對于不同位置和性質的視點，有景觀的如下分類：根據水平視角及視距，景觀分為遠景、中景、近景和可觸摸景。根據視點位置的高低可分為仰視景觀，平視景觀和俯視景觀。 另外根據視

23、點行為的性質可分為靜態(tài)景觀和動態(tài)景觀。,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁造型和景觀設計的表現手法,素描圖、渲染圖 模型 計算機效果圖、模擬動畫 、虛擬現實技術 橋梁參數化三維造型,橋梁美的創(chuàng)造,設計概念的提出與展開,設計概念回答的是這樣一個問題，即：要設計一個什么樣的橋。它是設計過程中的中心思想、是基調。其后每一步具體設計都應圍繞這個主題，而不能隨意發(fā)揮。設計概念的建立和豐富必須是在對環(huán)境情況和結構性能的準確把握的基礎上，同時融入設計師創(chuàng)

24、造性的勞動。,橋梁美的創(chuàng)造,橋梁形式的靜力特點和造型格調,梁式橋 梁式橋以受彎為主，但在梁式橋的主梁中潛藏著沿水平方向左右伸展的力，并由此給橋梁帶來了緊張感和動勢。 拱橋 拱橋的基本心理引誘力線是由拱肋和梁組成，但吸引力最強的還是由拱肋產生的。拱橋的特征就在于它的孕育著力的緊張感的弧形心理引誘力線，以很大跨徑一躍而過，具有極優(yōu)美的力動感。懸索橋與斜拉橋 懸索橋與斜拉橋都可以歸于纜索承重

25、橋梁，兩者向上伸展的主塔的動勢和水平伸展的加勁梁的動勢，在保持令人滿意的視覺平衡的同時，產生了橋梁整體上十分優(yōu)美的力動感。,橋梁美的創(chuàng)造,高速公路跨線橋的造型研究,環(huán)境調查 設計概念 跨線橋布孔的特點與比例 主梁形式及其視覺連續(xù)性 墩臺的設計 結構的力學分析 互通立交匝道橋之間的區(qū)分與呼應 同一高速公路上各跨線橋的個性與共性——多樣與統一 整條高速公路的“色彩”——個性,橋梁美的創(chuàng)造,從MAILLART的Salginat

26、obel橋看技術的繼承與創(chuàng)新,1999年 20世紀最美麗橋梁的評選ROBERT MAILLART設計的瑞士 Salginatobel 橋， 一座鐮刀型的混凝土三鉸拱,橋梁美的創(chuàng)造,,從MAILLART的Salginatobel橋看技術的繼承與創(chuàng)新（續(xù)一）,Stauffacher橋——石結構傳統,更多的保留了傳統石拱橋的外觀，而沒有體現出混凝土拱的結構形式。,,橋梁美的創(chuàng)造,從MAILLART的Salginatobel橋看技術的繼

27、承與創(chuàng)新（續(xù)二）,Zuoz橋——中空箱槽的設計,高的，無用的豎墻其實是對傳統的羅馬拱拱肩墻的一種視覺表現。,,橋梁美的創(chuàng)造,從MAILLART的Salginatobel橋看技術的繼承與創(chuàng)新（續(xù)三）,Tavanasa橋——三鉸拱形式,去掉了橋臺附近很高的豎墻，于是產生了一種嶄新的三鉸拱的形式。,,橋梁美的創(chuàng)造,從MAILLART的Salginatobel橋看技術的繼承與創(chuàng)新（續(xù)四）,Tavanasa橋(1905)和Salginatobel

28、橋(1930),以Tavanasa橋為模板，報價最低，同時在質量和外觀上也被認為是最好的,,橋梁美的創(chuàng)造,圖,,多多羅橋的造型和景觀設計,主題：光與影、未來性、飛躍、存在感 內容：結合風洞試驗的結果進行綜合考慮 橋塔造型：橋塔上部和下部形式、塔柱切角、下塔柱轉角位置 斜拉索布置：錨固間距圓順過渡、塔下無索區(qū)長度橋墩造型：與下塔柱形狀相協調、盡量不妨礙視野表面涂裝：與主題的呼應、與環(huán)境的協調、與已建橋梁的統一,橋梁美的

29、創(chuàng)造,多多羅圖片一,多多羅圖片二,程陽風雨橋的鑒賞,建于1912—1924年:—座石墩、木面、瓦頂的長廊式橋梁 木梁伸臂結構：“木上加木，層層遞出” 壓重的五座塔式樓亭：有主有次，有同有異,,橋梁美的創(chuàng)造,程陽風雨橋圖片,,金門橋和大海帶橋橋塔造型淺析,金門橋橋塔桿的概念 桿件組合、加法構成 大海帶橋橋塔 板的概念板件裁切、減法構成引橋墩和梁 的“板”樣造型全橋統一于一個“飄帶”的概念.,,,橋梁美的創(chuàng)造,金門橋圖

30、片,大海帶橋圖片,橋梁美的評價,橋梁美的評價表現為人們對橋梁及地域環(huán)境“景觀價值”（“Landscape value”）的認識，包括設計過程中的模擬評價和建成后的使用評價，內容涉及使用者的體驗（對遠景、近景以及夜景的觀感）和對地域景觀的改善、維護與創(chuàng)造。,橋梁美的評價,景觀評價的調查,景觀評判測量方法 評分法 ——SBE法（Scenic Beauty Estimation）逐個評分，優(yōu)點是能對大量景觀樣本進行評價，缺點是

31、各個景觀樣本間缺乏比較的機會，影響相關分析的可靠性。 比較評判法——LCJ法（Law of Comparative Judgment）對偶比較法與等級排列法 高可靠性，小樣本量 被調查人群非專業(yè)人員，主要指公眾，如當地居民和單位；初級專業(yè)人員，主要指在校專業(yè)學生，專業(yè)人員，主要包括該領域專家和大橋的參建人員。,橋梁美的評價,景觀評價的量化分析,選取美觀評價因素，制作比選方案，并對不同人群進行調查。在此基礎上利用二元對比排序