桥梁结构力与美的体现设计方法

开始桥梁结构力力与美的体体现桥梁美的认认识桥梁美的创创造桥梁美的评评价桥梁结构力力与美的体体现桥梁美学:环球展望望桥梁和桥梁梁所在地的的统一Bridge/placeintegration关联设计Contextualdesign相互关联Context结构上的表表现形式Structurallyexpressiveform同时存在的的目标Simultaneity桥梁美学准准则Bridge－AestheticsGuidelines局限Limitations抽象Abstractions桥梁美的认认识桥梁和桥梁梁所在地的的统一专家们提出的的最普遍的建建议是桥梁和和桥梁所在地地的结合，其其中后者包括括“景观”、“城市风景”、“城市空间”、“环境”、“风景区”等，前者要对对后者不“干扰”、要“谐和”、“互补”、“增强”、“保护”、“偎依”等。“我们必须注意意自然平衡，，以尽可能不不干扰景观的的方式构成我我们的桥梁。。只要桥梁建建筑在邻近引引人入胜的自自然风景区，，这一点就特特别重要”。——VonOlnhausen(瑞典)。“……我们认为必须须将桥梁与其其所在地环境境，景观或城城市风景相结结合，特别是是在涉及尺寸寸关系和比例例的场合。在在过去几十年年问，由于将将笨重的混凝凝土块体置入入城市老区的的中心已经造造成了许多错错误……往往，具有深深、重梁的长长跨桥梁会破破坏可爱的河河谷风景或城城市……”——Leonhardt(德国)。桥梁美的认识识关联设计“…因为桥粱建在在—定的环境中，，不仅应保护护现有的景观观，而且应与与设定的环境境互补，甚至至为之增色”。在此基础上上，专家们建建议采用“相互关联”(contextual)设计法。采用这种方法法，意指对桥桥梁所在地的的所有或至少少大多数重要要元素或方面面(建筑的、、历史的、环环境的、地形形的、结构的的、几何的、、地质的、社社会的、文化化的、考古学学的等等)都都加以鉴定和和研究。桥梁美的认识识结构上的表现现形式世界第一流工工程师和建筑筑师提出的第第二个最共同同的建议，是是关于桥梁在在结构上的表表现形式，即即关于显现桥桥梁主体力学学结构的形式式。“桥梁还须表现现为单纯、清清晰的形式，，因而给人以以可靠和稳定定的感觉。在在这点上，我我们必须寻求求简单。基本本的桥梁形式式还必须与使使用的材料相相称。砌砖与与木结构桥各各自限定为不不同于钢桥或或钢筋混凝土土桥的形式。。”——Leonhardt(德国)。“桥梁建筑形式式最重要的原原则，就是获获得清晰和轮轮廓分明的可可以剖析的结结构，去掉掩掩饰和不必要要的细节，而而只有直接的的线条，即令令人称心悦目目，又能给人人作出合理的的解释”。——Ghaswala(印度)。桥梁美的认识识同时存在的目目标桥梁构形应设设计成在视觉觉上最大限度度地引人人胜胜的状态下承承受其荷载。。桥梁形式的塑塑造不应只求求荷载效应，，而不考虑其其外观，同时时桥梁形式的的塑造也不应应只求外观，，而不考虑桥桥梁承受荷载载的效应。功功能和外观两两者共同确定定形式，忽视视一个或另一一个主要目标标的桥梁设计计师，将在错错误的时间、、错误的地点点建造着错误误的桥梁。桥梁美的认识识同时存在的目目标(续)“在这方面，无无论如何，必必须强调根据据工程要求，，但以较少变变化或装饰试试图改进外观观的设计桥梁梁的方法，应应该受到最强强有力的措辞辞谴责。只有有把美学设计计发展成为总总体思想的主主要部分，才才能实现优秀秀的设计。因因此，必须有有建筑师的充充分介入，这这一点，从基基本形式正在在设想的时候候就要开始”。——Liebenberg(南非)。“桥梁建建筑形形式最最重要要的原原则，，就是是获得得清晰晰和轮轮廓分分明的的可以以剖析析的结结构，，去掉掉掩饰饰和不不必要要的细细节，，而只只有直直接的的线条条，即即令人人称心心悦目目，又又能给给人作作出合合理的的解释释”。——Ghaswala(印度)。桥梁美美的认认识桥梁美美学准准则《环球球桥梁梁美学学》的的许多多作者者，深深信明明智的的采用用由其其他人人推定定和建建议的的准则则可以以接近近和偶偶尔达达到美美的实实现。。尽管管多数数桥梁梁专家家蔑视视使用用定则则或准准则，，另一一些专专家告告诫切切忌全全部使使用，，而许许多专专家则则容许许和推推荐把把定则则或准准则作作为实实现美美的帮帮助手手段来来使用用。“我们不不能假假定这这些准准则的的简单单应用用本身身就将将产生生一座座美丽丽的桥桥梁。。设计计师仍仍须具具有想想像力力、直直觉感感，以以及形形式和和美的的感觉觉……然而，，准则则提供供给我我们一一个较较好的的起点点，帮帮助我我们对对我们们的设设计进进行关关键性性的评评价，，特别别是在在模型型阶段段，这这样能能够使使得我我们察察觉美美学设设计的的错误误”。——Leonhardt(德国国)。。限制制桥梁梁美美的的认认识识抽象象设计优秀功能安全经济美学桥梁所在地观察者设计师A形式B表面C材料A环境B建筑C历史A技术B分析C创造性和美学A形式B表面C材料1表现2比例3细长度4形状5一致性6次序7变化8透明9装饰1终面2色彩3照明4装饰1质量2耐久性1观察2评价3个人意见4文化研究5辩和批评D社会A车辆使用者B行人C临近居民D专业人员桥梁梁美美的的认认识识戴维维·P·比林林顿顿DavidP.Billington《塔塔和和桥桥———结构构工工程程的的新新艺艺术术》》TheTowerandTheBridge—TheNewArtofStructuralEngineering塔和和桥桥———结构构工工程程的的新新艺艺术术“…………他们们(设计计大大师师们们)都高高度度重重视视轻轻巧巧和和安安全全，，经经济济和和功功能能以以及及优优美美的的外外观观。。这这些些基基本本的的理理想想导导致致不不同同的的形形式式，，这这表表明明在在结结构构方方面面没没有有所所谓谓最最合合适适的的条条件件，，有有的的是是很很多多合合理理的的选选择择。。这这些些选选择择为为每每个个设设计计师师提提供供了了表表现现其其个个人人思思想想的的自自由由，，并并表表现现其其风风格格”。桥梁梁美美的的认认识识结构构艺艺术术的的思思想想以埃埃菲菲尔尔铁铁塔塔和和布布鲁鲁克克林林桥桥为为代代表表的的大大型型结结构构工工程程体体现现了了一一种种新新的的艺艺术术形形式式，，即即结结构构艺艺术术，，平平行行于于建建筑筑并并完完全全独独立立。。仅仅仅显显示示出出结结构构与与表表现现结结构构并并不不是是一一回回事事，，结结构构的的表表现现应应当当清清楚楚地地标标明明荷荷载载的的传传递递（（力力量量））与与构构件件的的连连接接（（安安全全））。。桥梁梁美美的的认认识识结构构艺艺术术的的特特点点结构构艺艺术术与与建建筑筑艺艺术术的的区区别别体体现现在在尺尺寸寸、、用用途途和和形形式式的的差差别别。。和和建建筑筑艺艺术术相相比比，，结结构构艺艺术术的的特特点点包包括括：：尺寸寸相相当当大大，，需需要要进进行行工工程程设设计计；；用途途相相当当简简单单；；形式式本本身身的的设设计计是是为为了了控控制制应应力力，，而而非非创创造造空空间间。。桥梁梁美美的的认认识识桥梁梁美美学学的的三三个个“神话话”加拿拿大大多多伦伦多多大大学学PaulGauvreau桥梁梁美美学学的的三三个个“神话话”THETHREEMYTHSOFBRIDGEAESTHETICS形式式从从属属于于功功能能FormFollowsFunction,公众众总总是是对对的的TheCustomerIsAlwaysRight，建筑筑师师会会更更好好的的完完成成工工作作ArchitectsDoItBetter.桥梁梁美美的的认认识识“形式从属属于功能能”源起：“形式从属属于功能能”源于美国建筑筑师LouisSullivan的个人美美学观点点，他在在美国摩摩天大楼楼形式发发展的进进程中有有重要的的影响。。他认为建建筑的每每一个视视觉造型型单元都都必须是是某一功功能的一一致体现现。桥梁美学学中的普普遍认识识：良好的结结构性能能、便宜宜的工程程造价就就足以体体现视觉觉上的美美感。PaulGauvreau的认识：：桥梁应该该是功能能明显的的，但功功能无法法决定桥桥梁的形形式。结结构性能能和经济济性本身身毫无美美学意义义，在天天才的设设计师手手中效率率和经济济的原则则有助于于创造和和提炼视视觉形式式，因为为如果不不这样的的话，再再好的视视觉形式式也有可可能被搁搁置、弃弃用。桥梁美的的认识“公众总是是对的”在今年年来的的桥梁梁建设设中有有一种种趋势势，在在桥梁梁的设设计过过程中中越来来越多多的引引入公公众的的参与与。公公众过过分的的参与与在某某种程程度上上是由由于公众担心在在其附附近修修建的的桥梁梁不是是一个个好看看的“邻居”，同时时坚信信没有有他们们的参参与，，他们们的担担心将将不会会有人人重视视。过过分遵遵从公公众的的意见见，不不可能能对现现在的的观点点提出出有意意义的的挑战战，因因为公公众的的意见见强调调的是是认从从而不不是创创新。。没有有了有有意义义的创创新也也就无无从谈谈起桥桥梁的的美。。桥梁美美的认认识“建筑师师会更更好的的完成成工作作”标志性性桥梁梁：“形式从从属于于功能能”的例外外业主们们往往往不惜惜重金金打造造标志志性桥桥梁并并且指指定建建筑师师在桥桥梁造造型上上起主主导作作用。。建筑师与桥桥梁工程师师建筑师布置置抽象的、、符号化的的视觉形象象，他们很很少能够游游刃有余的的处理对对对荷载和平平衡明确的的、有意义义的视觉表表达。往往往会为了了富有表现现力的视觉觉形象，而而使力流迂迂回曲折，，“走错了路”。工程师们对对桥梁美学学的职业理理解局限于于“功能决定形形式”的思想，以以及由此产产生的众多多毫无光泽泽的桥梁结结构，使得人们们更倾向于于寻求建筑筑师的帮助助。桥梁美的认认识建筑师与桥桥梁工程师师的关系桥梁工程师师、建筑师师应通力合合作。桥梁工程师师在桥梁的的设计建造造过程中应应起主导作作用。起主导作用用的桥梁工工程师应具具备一定的的艺术和美美学素养，，并能对建筑筑师的意见见采取积极极的配合的的态度。桥梁美的认认识桥梁美的创创造桥梁造形心理引诱力力、静态的动势势、造型三要素素外形表现方方法、美学规则、力学性能的的表现桥梁景观环境与环境境调查、桥梁与环境境的关系、视点与视点点场桥梁造型和和景观设计计的实践表现手法各种桥梁形形式的静力力特点和造造型格调、、高速公路路跨线桥的的造型研究究具有代表性性的桥梁桥梁美的创创造桥梁造型三三要素——形、色、质质形的构成形的构成要要素平面构成：点、线、、面立体构成：线材，板板材、块材材形的构成法法则组合构成法法、切割构构成法视错觉（错视）造型单元及及造型单元元的组合桥梁美的创创造桥梁造型单单元设计法法确定了几类类基本的造造型单元，，桥梁结构构的各个组组成构件就就可以以这这些基本造造型单元为为模板，按按具体的结结构要求进进行尺度、、比例的变变化，并最最终构成桥桥梁结构整整体。桥梁整体造造型设计法法整体造型设设计法更加加强调的是是桥梁形式式的整体性性。在这里里，各构件件的功能性性得到一定定的弱化，，相互之间间没有明显显的区分。。色彩构成与与材料料构成色彩构成光源色与与物体色色色别、明明度、饱饱和度蒙塞尔色色系、奥奥斯特瓦瓦德色系系、日本本色研所所色系配色的有有调和与与对比材料构成质感设计的基基本法则：配比原则主从原则适合原则桥梁美的创造造外形表现方法法轻巧感形：提高重心心可取得轻巧巧的造型效果果色：应用明度度高的色彩(轻感色)质：采用细密密、光泽的表表面稳定感包括结构上的的“实际稳定”和外观上的“视觉稳定”形：重心下降法、、扩大支撑面面色：深(重)色彩彩质：表面粗糙、无无光泽、具有有较大的量感感的材料运动感斜直线、弯曲曲线桥梁美的创造造造型的美学规规则比例与尺度对称与均衡稳定与轻巧节奏与韵律统一与变化对比与调和过渡与呼应主从与重点比拟与联想单纯与和谐桥梁美的创造造力学性能的表表现利用拓扑分析析优化桥梁造造型主梁和桥塔的的气动选型和和造型设计的的结合曲线梁在梁、、拱、斜拉和和悬索四种体体系中的应用用桥梁美的创造造利用拓扑分析析优化桥梁造造型拓扑优化的目目的就是在单单独荷载或多多个荷载的作作用下，寻求求对材料的最最佳使用方式式，即造型的的优化（shapeoptimizationorlayoutoptimization）。对材料的最充充分使用在拓拓扑优化中，，代表的是最最大刚度的设设计。下图是一个V＝60的例子，其中中图a表示载荷和边边界条件，图图b则以密度云图图形式绘制的的拓扑结果。。桥梁美的创造造环境与环境调调查心理学上一般般将环境分为为三类：自然环境如如峡谷谷、江河、平平原、海湾等等社会环境如如田原原、工厂、码码头等文化环境如如文教教区、宗教区区环境调查的内内容包括地形形地势、环境境色彩构成以以及地区自然然和人文环境境等。调查结结果的汇总和和整理将成为为后续展开设设计的重要依依据。桥梁美的创造造桥梁与环境的的关系桥梁与环境相相结合的三种种方法：消去法，隐蔽蔽桥梁的存在在融合法，使桥桥梁和环境按按基本相同的的格调融合强调法，强调调突出桥梁的的存在桥梁美的创造造视点与视点场场桥梁的形态随随着观察方向向的不同，会会呈现各种不不同的外形。。视点是“观”的出发点，视视点场是“观”的范围。对于不同位置置和性质的视视点，有景观观的如下分类类：根据水平视角角及视距，景景观分为远景景、中景、近近景和可触摸摸景。根据视点位置置的高低可分分为仰视景观观，平视景观观和俯视景观观。另外根据视点点行为的性质质可分为静态态景观和动态态景观。桥梁美的创造造桥梁造型和景景观设计的表表现手法素描图、渲染染图模型计算机效果图图、模拟动画画、虚拟现实技术术桥梁参数化三三维造型桥梁美的创造造设计概念的提提出与展开设计概念回答答的是这样一一个问题，即即：要设计一一个什么样的的桥。它是设设计过程中的的中心思想、、是基调。其其后每一步具具体设计都应应围绕这个主主题，而不能能随意发挥。。设计概念的的建立和丰富富必须是在对对环境情况和和结构性能的的准确把握的的基础上，同同时融入设计计师创造性的的劳动。桥梁美的的创造桥梁形式式的静力力特点和和造型格格调梁式桥梁式桥以以受弯为为主，但但在梁式式桥的主主梁中潜潜藏着沿沿水平方方向左右右伸展的的力，并并由此给给桥梁带带来了紧紧张感和和动势。。拱桥拱桥的基基本心理理引诱力力线是由由拱肋和和梁组成成，但吸吸引力最最强的还还是由拱拱肋产生生的。拱拱桥的特特征就在在于它的的孕育着着力的紧紧张感的的弧形心心理引诱诱力线，，以很大大跨径一一跃而过过，具有有极优美美的力动动感。悬索桥与与斜拉桥桥悬索桥与与斜拉桥桥都可以以归于缆缆索承重重桥梁，，两者向向上伸展展的主塔塔的动势势和水平平伸展的的加劲梁梁的动势势，在保保持令人人满意的的视觉平平衡的同同时，产产生了桥桥梁整体体上十分分优美的的力动感感。桥梁美的的创造高速公路路跨线桥桥的造型型研究环境调查查设计概念念跨线桥布布孔的特特点与比比例主梁形式式及其视视觉连续续性墩台的设设计结构的力力学分析析互通立交交匝道桥桥之间的的区分与与呼应同一高速速公路上上各跨线线桥的个个性与共共性——多样与统统一整条高速速公路的的“色彩”——个性桥梁美的的创造从MAILLART的Salginatobel桥看技术术的继承承与创新新1999年20世世纪最美美丽桥梁梁的评选选ROBERTMAILLART设计的瑞瑞士Salginatobel桥，一座镰刀刀型的混混凝土三三铰拱桥梁美的的创造从MAILLART的Salginatobel桥看技术术的继承承与创新新（续一））Stauffacher桥——石结构传传统更多的保保留了传传统石拱拱桥的外外观，而而没有体体现出混混凝土拱拱的结构构形式。。桥梁美的的创造从MAILLART的Salginatobel桥看技术术的继承承与创新新（续二））Zuoz桥——中空箱槽槽的设计计高的，无无用的竖竖墙其实实是对传传统的罗罗马拱拱拱肩墙的的一种视视觉表现现。桥梁美的的创造从MAILLART的Salginatobel桥看技术术的继承承与创新新（续三））Tavanasa桥——三铰拱形形式去掉了桥桥台附近近很高的的竖墙，，于是产产生了一一种崭新新的三铰铰拱的形形式。桥梁美美的创创造从MAILLART的Salginatobel桥看技技术的的继承承与创创新（续四四）Tavanasa桥(1905)和Salginatobel桥(1930)以Tavanasa桥为模模板，，报价价最低低，同同时在在质量量和外外观上上也被被认为为是最最好的的桥梁美美的创创造图多多罗罗桥的的造型型和景景观设设计主题：光与影影、未未来性性、飞飞跃、、存在在感内容：结合风洞试验验的结果进行行综合考虑桥塔造型：桥塔上部和下部形式、塔柱切切角、下塔柱柱转角位置斜拉索布置：锚固间距圆顺顺过渡、塔下无索区区长度桥墩造型：与下塔柱形状状相协调、尽尽量不妨碍视视野表面涂装：与主题的呼呼应、与环境境的协调、与与已建桥梁的的统一