![[分享]良好桥梁设计指南—良好设计的目标](/skin/img/logo.png){kind=logo}
[分享]良好桥梁设计指南—良好设计的目标
国际预应力联合会FIB桥梁特别委员会2000年7月发布了《良好桥梁设计指南》（《Guidance for good bridge design》），指南共分为两部分，第一部分是对如何建设一座良好桥梁的初步解答，主要包括：良好设计的目标、桥梁工程与其他工程的协调、设计过程及项目管理、设计成本、设计流程、概念设计等；第二部分是对如何建设一座良好桥梁的详细解答，主要包括施工方法总体论述、施工方法对设计的影响、截面选择的依据等。
以下是《Guidance for good bridge design》指南的前言，从本期开始，《说桥》公众号将陆续发布该指南的翻译内容供大家学习交流。
前 言
国际预应力联合会（The International Federation for Prestressed Concrete，FIP）决定设立一个专门委员会来指导设计和建造桥梁。它的工作始于1993年6月，少数有经验的工程师准备了一份关于桥梁设计的文件。
最初，我们的目的是向设计师提出建议，帮助他们提高项目的各方面质量，也包括美学。但我们很快发现，我们能给予的最重要的帮助根本不在这个领域。
我们发现许多问题关于桥梁设计，尤其是那些有关创造力和创新，美学和优雅和许多其他元素关系的整体表现，以及详细设计本身的质量，可能来自设计师根据不合适的标准和合同条件作出的选择。显然，一个好的设计必须以它的实际成本为代价；在考虑项目的最终全寿命成本时，节约设计成本可能会对业主产生极端不利的影响。此外，我们认为在大型项目中解决设计师的责任和与其他参与者的关系，以及最终设计理念本身都是非常重要的。由于编写一份关于桥梁设计的完整文件，包括这些主要方面以及更技术性的方面，需要很长时间，我们决定分步骤进行工作。我们的结论是，最迫切的需要是处理这些现有文件或国际协会的活动没有涉及的重大专业问题。
这份报告的第一部分是我们对这些问题的初步解答。它当然是针对设计师的，但更多地是针对业主和项目管理人员，作为有效选择设计师和承包商的指南，并作为编制以合理成本提供高质量的公平合同的指南。
第二部分，技术性较强，主要面向桥梁设计者，系统分析了结构和构造桥梁的概念:架设技术及其对设计、截面组织的影响……
它们共同构成了第一卷，成为FIP良好桥梁设计指南。CEB（欧洲混凝土协会，Comite Euro-International du Beton）与FIP（国际预应力联合会，The International Federation for Prestressed Concrete）合并后，FIP桥梁委员会被整合到一个任务范围更广泛的委员会。《桥梁设计指南》的第一卷以新协会fib的名义出版。
由于所有的作者都来自西欧，出于实际的原因，他们的许多例子都来自世界的这一地区，因此，可以认为这份文件只是根据欧洲的经验编写的。然而，在不同章节中讨论的问题是国际性的，最好的技术解决方案在世界各地是相同的，或者几乎是相同的。如有需要，如本指引对良好桥梁设计有用，日后可予以补充和修订。
最后，应该理解的是，本报告所载的这种指导方针必须采取非常明确和强有力的立场，其中一些立场可能受到持不同意见的人的挑战。我们尽力对各国存在的各种问题和制度作了平衡的介绍，但同时我们不能削弱我们的分析，不得不批评一些导致质量低下和设计不良的方法或倾向。我们试图清楚地提出我们的想法和建议，我们认为这些想法和建议是建造设计良好的桥梁的关键。
Bonnelles / Geneve, 2000年6月
Michel VIRLOGEUX
第一届FIP桥梁委员会主席
Jean-FrancoisKlein
第二届FIP桥梁委员会主席
fib委员会1“结构”主席
（本推文主要介绍FIP《良好桥梁设计指南》第一部分第一章节：良好设计的目标的相关内容，主要包含以下四部分：引言、效率、经济和优雅）
第一部分
第一章节
良好设计的目标
一．引言
马库斯·维特鲁威斯·波利奥(Marcus Vitruvius Pollio)是一名军事工程师和建筑师，曾在朱利叶斯·恺撒(Julius Caesar)手下任职。他认为，建筑的基本特征是三个主要原则:坚固性(强度/安全性)、实用性(适用性/服务性或功能性)和景观性(优雅/美观)。
20多世纪后的今天，这些原则仍然有效，尽管寻求节约在今天显得更为重要，或许在某种程度上过于重要。David Billington认为，好的设计的基本目标是效率(firmitas / utilitas)、经济和优雅(venustas)；这些构成了主导思想，或者他所说的“结构艺术”，一种伴随着工业革命而诞生的新艺术形式。
这表明，要想成功地进行桥梁设计，工程师不仅要优化桥梁结构的安全性、服务性和经济性，还要考虑桥梁的美观性。必须强调的是，为了纯粹的经济和技术目的而设计桥梁，然后试图通过微小的造型或装饰来改善外观是错误的。另一方面，在没有任何结构逻辑的情况下为纯粹的幻想和外观选择形状，然后试图修改设计以平衡负载和效果，这纯粹是一派胡言。
只有把美学从一开始就作为整体结构概念的重要组成部分加以发展，表达一种逻辑的、简单的流动或力量，才能实现美丽的设计。
图1 法国加尔桥
加尔桥位于法国南部加尔省，是一座三层的石头拱形桥。它是古罗马帝国时期修建的高空引水渡槽。加尔桥跨越那尔河，将水引至尼姆，再分至公共澡堂、喷泉和私人住宅。它曾为罗马人类文明和卫生的生活条件做出了重要贡献。
加尔桥照字面的意思就是加尔东河的桥梁，而加尔东河则是因为加尔省而得名。加尔东河是由许多支流汇集而成，而当中有几条支流被叫做加登（Gardon）。
加尔桥总共有三层，高49米，最长的一层（上层）长度为275米。建筑该桥全部使用就地取材的石灰岩。
第一层：6个拱，142米长，宽6米，高22米。
中间层：11个拱，242米长，宽4米，高20米。
第三层：47个拱，275米长，宽3米，高7米。
在第一层有一条道路，在第三层则为输水道，输水道为1.8米（6英尺）深，1.2（4英尺）米宽。
加尔桥建造原因和背景为：在奥古斯都全盛时期，当时加尔南边的尼姆是在罗马的统治之下。奥古斯都在此建立了一个城镇，公元前19～20年，阿格里巴占有这个城镇及周边地区。当时，城内有许多天然泉水，但要保证城内居民的饮用水得到足量的供应，还必须从尼姆以北50公里外修建渠道，将泉水运送到目的地，加尔桥便是这一工程中很小的一部分。许多渠道是修在地下的，经过周密谨慎的计算和设计，使其有高低不平的段落。这就是运用一个简单的地势落差避免了安装、设置压力系统来排除水流动过程中的障碍和促进水流动的动力。位于地表的一段横渠需跨越加尔东河（附近约21公里处），于是加尔桥被建造。它是这输水管道的一部分，当然，也是跨越加尔东河的通道，供敞蓬双轮马车、行人通行。在尼姆的城墙内，人们仍能见到一个圆形水池。它带有一个沉淀槽以及一系列闸门和出水口。这些设施曾在需要时用于将水引到城市的供水系统。
18世纪中期拓宽下层为高架桥，19世纪在拿破仑三世执政时期进行修葺。1958年千年一遇的洪水水位曾达到渠桥的第二层，造成35人死亡，该桥却安然无恙，不能不令人惊叹古罗马建筑师们的鬼斧神工。
二 效率
1 功能
效率首先要满足桥梁的功能需求，而桥梁是用来建立新连接的。必须仔细分析这些需要，并在它们发生冲突时给予适当的重视。必须考虑到不同类型用户的安全，并相应提供手段，使他们在合理的范围内尽可能不受事故侵范，甚至在某些情况下不受恶劣气候条件的影响。
但是，新建工程不应当改变其他基础设施的运行;必须尊重其上或下的公路、铁路、航道的限制；以及附近的生活和活动。新建筑物的用途，应不改变现有运输系统、工业及住宅用途。
2 设计
桥梁设计本质上是一种解决工程问题的方案，其安全性和适用性起着决定性的作用。桥梁必须有效地承受估计的荷载，并提供足够的安全系数，以防止不稳定或材料失效，不发生可能导致结构退化的过度挠度或振动，向使用者发出警报或干扰正常使用。因此必须选择合理的结构形式，以便从适用于支座和基础的地方有效地转移荷载；能有效利用材料及其强度、变形性和其他力学特性；并能有效地使用选定的安装技术和设备。
此外，设计，包括材料的选择，必须保证在预期寿命内不会因腐蚀或其他长期影响而造成强度的显著损失。
最后，工程师们必须意识到，安全更多地来自整体结构概念的一致性。也就是说，组织力流的高效性，以及良好的施工质量都比通过满足规范要求要好，规范本身无法保证所需的安全。规范把安全编成典籍，好的设计才能提供安全。
图2纳特伯桥（Salginalobel Bridge）
纳特伯桥为三铰混凝土空心箱梁拱桥，钢筋混凝土结构，位于瑞士萨尔基那山谷，总长度133米（436英尺），宽度3.5米（11英尺），高度90米（300英尺），最长的跨度90米（300英尺），设计师：罗伯特梅拉特，施工开始时间为1929年，1930年施工结束。
三 经济
费用是一个重要的因素；但是在某些时候人们对它给予了太多的重视，这种趋势又在增加。此外，经济效益不能仅以建设成本来判断，而要以全寿命成本来判断，即建设、维护和使用的总成本。
为了实现经济的解决方案，选择最合适的结构形式和施工安装系统是很重要的，土壤的性质、当地的地形和环境、功能的限制及其要求，要考虑到这些条件所施加的所有限制和提供的机会。由于桥梁的成本是材料、人力和施工设备的总和，因此应该记住，一个地方的最佳经济解决方案可能与另一个地方的最佳经济解决方案不同。
可通过特别关注，使人们容易进入桥梁的所有部分，特别是最易受伤害的部分(可检查性)，从而减少维修和操作费用；方便更换支座、伸缩缝接头等设备，可不中断交通(可维护性)；并提供简单的——或至少尽可能简单的——结构的强化、升级或修改(适应能力)。
在所有结构材料中，预应力混凝土如果使用得当，在许多国家和情况下无疑是耐久性和经济性最好的。
四 优雅
如前所述，成本很重要，但不是唯一的决定性因素。我们的建筑不仅要体现设计师的技术和创造力，还要尊重环境和公众对优雅建筑的渴望。工程师们必须意识到，他们的建筑将在未来几十年成为周围环境的一部分；因此，它们不应对它们产生不利影响，并在可能的情况下应是积极的改进。至少，对于新结构艺术的最佳创作来说，这应该是真的。
这显然意味着工程师有责任和义务以合理的成本建造美丽的桥梁。美丽是人类幸福的重要要求。桥梁美学有两个不同的方面：一是结构与周围环境(无论是城市还是自然场地)的融合，二是桥梁建筑本身的内在美。
图3 加拉比尔高架桥（Garabil Viaducl），美丽与优雅的结合
加拉比尔高架桥（Garabil Viaducl）所用材料为：锻铁；总长度565米（1,854英尺）；最长的跨度165米（541英尺）。设计师：古斯塔夫·埃菲尔；施工开始：1882年；施工结束；1884年。
1 融入环境
融入环境
野外自然桥址
自然场地的整合要简单得多，尤其是当它很漂亮，有强烈或清晰的特点时。首先，必须注意桥梁的位置，要考虑道路的路线和轮廓。当桥址位置高度可变时，必须为选择的位置提供清晰的逻辑。桥面的高低对桥面的外观至关重要。道路在平面和高程上形成的线形质量，在三维空间中形成曲线，对桥梁美学起着决定性的作用。当然，这些参数的选择必须与来自其他学科的密切合作，主要是道路工程师要密切合作。然后，设计者必须根据场地地形、景观和土壤条件，选择结构类型、支座位置和所有其他主要参数。
能产生拱效应的拱桥及斜腿支撑桥梁，在岩体较强且靠近地表时，能很好地适应陡坡V形峡谷。带长引桥的斜拉桥和悬索桥是一种在平坦平原上穿越航道、海洋航道或通航河流的桥梁。当跨度与桥墩高度成恰当比例时，重复的跨度给人一种安静的感觉。
图4 卡塞拉和纳宁拱桥（Cascella and Nanin arch bridges），位于圣贝纳迪诺山口
桥梁规模大小是非常重要的。大型桥梁，尤其是跨径很大的桥梁，都有其独特的雄伟之处，因此，如果设计得当，它们就会非常吸引人。
图5 科赫塔尔大桥（Kochertal Bridge）
科赫塔尔大桥总长度1128米（3701英尺），宽度31米（102英尺），高度178米（584英尺），预应力混凝土梁桥共9跨，桥跨布置为81+7*138+81米，桥墩高度从40米到178米不等。桥台宽31米。施工开始时间为1976年；施工结束时间为1979年。
城市桥梁
另外就是在城镇内部建造的桥梁，既有现代建筑，也有传统建筑，在设计的选择上，地方敏感性可以有所不同，没有规则可循。
在一些城镇，即使是那些历史遗迹丰富的城镇，现代桥梁也会因其简洁而受到青睐，即它们的直线不与传统建筑相抵触，就像许多艺术收藏家在他们的房子里混合着古代和现代的家具和绘画一样。而在其他一些地方，现代设计会被认为是完全不可接受的，会引起强烈的反对；新桥梁的设计具有非常传统的形状，这些形状主要可以追溯到19世纪。
图6 莫斯塔尔古桥
莫斯塔尔古桥（塞尔维亚-克罗地亚语：Stari most，又译莫斯塔尔老桥）是波斯尼亚和黑塞哥维那莫斯塔尔的一座16世纪的桥梁，横跨内雷特瓦河。总长度29米，宽度 4米，建筑师：Mimar Hayruddin（概念可以源自Mimar Sinan的想法）施工开始于1557年，施工结束于1566年，1993年被炸毁，重建于2001年6月7日至2004年7月23日。
在所有的情况下，都要注意细节，注意桥梁与现有基础设施的连接，注意材料的质量，甚至装饰。然而，最重要的方面是结构解决方案如何满足桥上、桥下和横穿的行人、自行车、小汽车和公共汽车。行人和骑自行车的人应安全行驶，并尽可能受到保护，不受碰撞和侵犯。效用在这里很重要。
图7 米拉波桥（Mirabeau Bridge）
米拉波桥是巴黎市区的塞纳河上35座桥梁之一，主拱的跨度为93米，两个侧拱为32.4米，1893年-1896年建成。
郊区、工业和其他地区
在城市与野外这两个极端之间是位于郊区和工业区的桥梁，在那里有许多运输系统存在并相互交叉。通常这里的主要问题是在当下还根本不存在桥梁的地方统一桥梁。
2 桥梁美学
、桥梁美学
桥梁美学与传统建筑没有太大的区别，经典名家Leohnardt、Menn、Transportation Research Board 都给出了明确的建议。然而，对于桥梁来说，控制力学的主要方面是结构概念以及力流的简洁性和效率。
比例
桥墩的结构高度和宽度、梁的高度和跨径、桥墩的高度和跨径、实和空、光与影等各要素之间必须达到良好的比例。良好的比例是取得建筑成功的关键。
图8 布鲁东纳大桥（Brotonne Bridge）
布鲁东纳大桥是桥梁比例正确选择的代表桥梁，本公众号曾详细介绍过该桥的建设资料。详见：
透明度
透明度也是一个主要目标：桥下的景观必须保持开放，即使是从斜方向观察。透明度受桥墩数量和形状的影响；桥墩宽度与跨径之间的关系起着重要作用。
长细比
沉重的结构不优雅。因此，桥梁的长细比——梁高比跨径——以及高桥墩的长细比，是影响桥梁外观的一个重要标准。然而，必须避免过度苗条，不仅因为动态行为可能带来的不适，而且因为过于苗条的构件可能会给人一种过于虚弱的印象，无法承担它们的任务。
图9 亨利比克大桥（Hennebique Bridge）
亨利比克大桥，又名Mativa Bridge，因其设计者的名字而被称为Hennebique bridge，它的历史可以追溯到1905年的世界博览会。它是一座人行桥，由钢筋混凝土建造，变高度梁桥（Haunched girder bridge）是比利时第一个这种类型的建筑。它一跨跨越La Dérivation河。与桥弧形的轻盈形成对比的是，两根坚固的柱子支撑着桥的两侧。有趣的是，这座桥的拱顶只有35厘米厚。
统一与和谐
不同的桥梁元素之间需要统一和和谐，才能达到令人愉悦的外观。最好的结果不仅来自设计的简单和结构概念的清晰，而且来自不同元素及其形状之间的一致性。桥梁必须是同质的，和谐的，并且容易被观察者理解。
图10 日本岩国锦带桥（King Tai Bridge）
锦带桥（Kintaikyo Bridge）是一座横跨锦川的五拱桥，被列为日本三大名桥之一。采用传统的木工工艺，全桥只用包铁和插销固定、充分应用精巧的木工技术的桥梁结构。大桥最早建于1673年，修建过程中屡次被洪水冲塌。建成后又于1950年被一场台风带来的洪水摧毁。1953年重建，后又在2001年和2004年部分修复，至今仍雄踞于江面上。
细节
必须认真注意细节和次要元素，因为它们在视觉上和功能上都非常重要。对于主要从远距离来看的桥梁来说，尺寸和比例是最重要的；没有足够的理由投资于细节，比如处理混凝土表面。但对城市桥梁和所有近观桥梁来说，关注细节是正确的。
颜色
色彩在桥梁美学中起着重要的作用。当使用得当时，颜色会加重或减弱结构元素的视觉影响。暖色倾向于强调形的存在和大小，而冷色则减少了元素的视觉重要性。
材料与设备
美学受到了所选材料质量的广泛影响。混凝土的质量是最重要的，不仅是它的颜色，而且是它的压实程度，支配着表面的外观和耐久性。管道质量对斜拉桥非常重要，吊索质量对悬索桥同样重要。低质量的材料立即降低了桥梁图景级别。
图11 Wandre Bridge （拉索为不锈钢材料）
比利时Wandre桥是一座独塔混凝土斜拉桥，主跨168m，建于1984-1989年。
桥梁配件和设备还必须具有与其用途相适应的良好质量，如挑臂、护栏和扶手。糟糕的设计，或用低质量的材料建造，这些会严重降低桥梁的美观。桥梁配件和设备从设计之初就应考虑，之后再添加新设备往往是一场灾难。
装饰
装饰可以增加桥梁的外观，主要是在城市地区，如果它符合结构的概念，并有助于表达它。装饰可以有效地改善一座桥梁，使它特别具有吸引力。但是，在装饰和无趣的添加之间有一条明确的分界线：应避免人为简单地添加装饰，而不考虑与结构的协调。
图12 巴黎亚历山大三世桥
亚历山大三世桥上有新艺术运动的路灯、天使、仙女和两端的飞马，兴建于 1896 -1900年，得名于俄国沙皇亚历山大三世，他在1892年缔结了法俄同盟。
结论：优雅来自设计师的许多明智决定，但结构概念的选择，即力量流动的组织，是支配所有其他因素的主要考虑因素。
图13 诺曼底大桥
诺曼底大桥总长度2143.21米（7,032英尺），宽度23.60米（77英尺），塔高度214.77米（705英尺），主跨856米（2,808英尺），净高52.00米。该桥由Michel Virlogeux设计，研究由Bouygues的Bernard Raspaud领导，工程管理由G. Barlet和P. Jacquet联合进行。建筑师是FrançoisDoyelle和Charles Lavigne。大桥施工于1988年开始，历时7年。该桥于1995年1月20日开放交通，是当时世界上最长的斜拉桥，也是斜拉桥最大跨径，之后记录由1999年日本的Tatara Bridge打破，斜拉桥长度记录在2004年由Rio-Antirrio桥的2883米打破。在建设结束时，桥梁的总成本，所有辅助结构和融资成本为4.65亿美元，这座桥本身耗资2.33亿欧元（2.5亿美元）。
![[分享]超高层强外框结构体系关键技术研究及实践](/e/data/images/no.jpg)
