1、橋梁建筑新論 - 第三章 橋梁結構合理形式所遵循的規律 .txt 偶爾要回頭看看， 否則永遠 都在追尋，而不知道自己失去了什么。男人掏錢是戀人關系，女人掏錢是夫妻關系，男女搶 著掏錢是朋友關系。男人愛用眼睛看女人，最易受美貌迷惑；女人愛用心看男人，最易受傷 心折磨。橋梁建筑新論第三章 橋梁結構合理形式所遵循的規律liwei9604, 你好 ! 今天是 2002-1-13 星期日 加入收藏夾 在線咨詢服務留言 板您現在的位置 >>橋梁空間網 >>專業文苑 >>公路橋梁此文已被閱讀 11 次 橋梁建筑新論第三章 橋梁結構合理形式所遵循的規律 作者：張師定第三章

2、橋梁結構合理形式所遵循的規律3.1 引言在漫長的古代和中世紀，從事建筑營造活動的工匠，既是建筑師，又是結構工 程師。后來，隨著房屋功能的大大增加及結構的復雜化，才出現了建筑師與結構工程師的分 工。但是，橋梁就有所不同，直到現在，一位橋梁設計師既是建筑師，又是結構工程師。依筆者之見，究其 原因大概有三條： 橋梁的功能并不復雜，其建筑設計可由結構工程師代替。 橋梁所受荷載較房屋建筑特別大，因而，其造型大多以結構受力合理為重心 進行選擇，也就是說，橋梁建筑設計與結構設計聯系非常緊密。 橋梁建筑設計與施工方法緊密相連，而施工方法與結構受力分析息息相關， 這是橋梁工程的顯著特點之一，詳見 5.8 節。橋

3、梁的受力特點等決定了橋梁建筑理性的特點。3.2 橋式最優設計理論 (optional design theory of bridge shapes)研究3.2.1結構設計概念談到橋梁建筑設計，就不得不提到結構設計概念，它是結構概念設計的重要組 成部分(工程可行性研究從略) 。它雖然不如數學公式那么嚴密， 但其內涵卻博大精深。 筆者 以為，概念設計大師、預應力先生林同炎正是對結構內在規律的洞察，才不拘一格，設 計出諸如：•美洲銀行大廈框筒結構；•莫斯康會議中心系桿拱結構、•波多黎各的 Ponce 圓形劇場雙曲拋物線殼；&#822

4、6;亞利桑那市場大廳雙曲拋物面馬鞍形懸索屋蓋；•Rio Colorado橋反吊橋；•舊金山航空港高架橋展翅梁；•Ruck-A-Chucky橋曲線斜拉橋等傳世佳作。定義 3.1 工程結構 (engineering structure)由若干構件相互聯結并支撐于大地上的幾何不變體系。•基本構件受力狀態有：拉(tension)、壓(compression)、彎(bending)、剪 (shear) 、扭 (torsion) 及其組合 (combination) 等。•(arch) 、殼 (shell)

5、 member)(beam) 、板 (slab) 、柱 (column) 、拱基本構件按其受力特點分為：梁 與索 (cable) (拉桿) (tension 六大類。• 工程結構中常用的基本類型有：梁、板、柱、桁架 (truss) 、拱、排架、框架、折板結構、殼體結構 (shellstructutre) 、網架結構、懸索結構 (suspensionstructure)、剪力墻、筒體結構、懸吊結構、板柱結構、墻板結構、充氣結構等。定義 3.2 工程結構設計 (design of engineering structure) 處理工程結構的安全性、適用性、經濟性及美觀的過程。分

6、為結構構思與結構計算兩階段。定義 3.3 結構構思 (structural thought processes) 在滿足結構功能要求的前提下，通過綜合處理各種矛盾(功能、結構、技術、 經濟與美觀之間) ，合理地組織各構件， 以解決結構的傳力系統及方式， 使結構成為幾何不變 體系、均衡與穩定、傳力路徑短、應力均勻，有韻律感與節奏感，與周圍環境協調等的過程。結構構思的過程是從大量的未知領域或多種選擇中確定需要的目標，如結構總 體布置、外形尺寸、工程材料及施工方法等，它需要創造性地將知識(科學)與技巧(藝術) 結合起來。構思過程中應能注意到各種關系與聯系，做到分析與綜合的結合： 既要看到總體，又要注

7、意到細部。 既要注意到現在，又要考慮到未來。 既要處理好核心問題，又要照顧到次要問題。 既要理解結構的內部關系，又要妥善處理與周邊的相互作用。 既要考慮到設計的可行性，又要考慮到施工的可行性； 既要考慮到運營，又要考慮到維修與改建。 既要考慮到結構，又要考慮到功能。 既要適用，又要耐久。 既要經濟，又要安全。 既要講技術，又要講藝術。 既要考慮到自身的美觀，又要考慮到與周圍環境的協調(景觀設計)。結構構思是建筑師的主要工作內容。由于其的復雜性與創造性，最優設計難以實現，但設計結果也應力求在合理的范圍內。目前，結構構思主要靠人工來完成，而計算機 對此無能為力。定義 3.4 結構計算 (struc

8、tural calculation processes)分為結構分析及應力分析，以給出結構各構件之尺寸及連接設計，使結構安全 可靠，即使結構強度，剛度及穩定性等均應滿足要求的過程。計算的過程主要是分析和評估結構在給定荷載作用下的響應，一方面確定結構 的內力，應力和變形等，另一方面評估結構是否滿足設計規范的要求。由于計算的過程通常 不含有未知的因素， 計算遵循固定的程序與模式 (如有限元法分析及內力應力檢算等) 等， 因此，與構思的過程相比，計算過程應更容易些。目前，這一任務主要由計算機來完成。準則 3.1 良好的結構方案是良好結構設計的重要前提。Execellent structure pla

9、n is the important presupposition of execellent structure design.因為在結構設計中、無論多么完美的結構計算都無法彌補經結構構思而形成的 結構方案中的不足。相反，良好的結構方案卻能夠部分彌補結構計算中的不足。由此可見結 構構思的重要性。對于技術復雜或規模較大的橋梁，都要求進行橋式方案的比選，這是合乎科學 的程序。定義 3.5 橋梁 供鐵路、道路、渠道、管線或行人等跨越河流、山谷或其它 交通線路等障礙物時使用的工程結構物。橋梁作為一工程結構， 其功能可由其定義一目了然， 即橋梁的功能是跨越河流、 山谷或其它交通線路等。 盡管橋梁的功能

10、歸根到底總是 “跨越”，然而， 橋梁的結構形式卻豐 富多彩，常把“橋梁的形式”簡稱為橋式。橋梁中橋式的概念應該與建筑中體型的概念相對應。定義3.6 橋式 指橋的結構體系， 橫截面形式及特征性構造等， 尤其以橋跨 結構形式所占的比重最大。可見，研究橋式就是要研究橋的結構體系、橫截面形式及特征性構造。這三者 最能反映橋的形式。3.2.2 最優橋式所遵循的一般規律 橋梁結構合理形式并非有特定的單一的結構形式，因此，研究其特性應從總體 上把握其規律，然后，以其為標準評價所要討論橋式的優劣。實際上，橋梁結構合理形式所遵循的一些規律已零散地存在于橋梁建設者的頭 腦中，并自覺地運用于實踐。挖掘其規律并使之系

11、統化是非常有意義的3.1 。以下有關橋梁力學與美學的準則便是筆者在橋梁建筑設計中的體會與理解，而其中的一些規律不僅僅適 用于橋梁，也適用于其它工程結構物。準則 3.2 功能公理 結構應滿足全部功能的要求。A structure should fulfil its function .準則 3.2 給出了橋式最基本的要求功能要求。 若籠統地講，橋梁的功能是跨越。但細致地分析，橋梁結構一般應滿足下列功 能要求： 能承受正常施工和正常使用過程中可能出現的各種作用（包括荷載、外加變 形和約束變形以及溫度的作用等） 。 在正常使用過程中具有良好的工作性能，如不產生過大的變形和過寬的裂縫等。 具有足夠的耐

12、久性，即在結構的設計壽命期內不發生嚴重的風化、腐蝕和老化。 在偶然事件發生時及發生后，能保持必要的整體穩定性。 這里包含了結構的安全性、適用性和耐久性等，其統稱為結構的可靠性。為方便建筑設計，筆者將橋梁功能劃分為跨越功能和交通功能。由準則 3.2可推出如下準則 3.3 ：準則 3.3 功能決定結構。Functions determines structure .修建橋梁， 目的是讓道路跨越障礙物而得以延續 （交通功能），其跨越功能是橋 梁最基本的功能之一。橋梁的跨越功能決定了橋梁必須有橋跨結構，而為了支撐橋跨結構， 必須有支撐結構。橋梁要使其上的車輛或行人等安全、舒適地通過，因此，橋梁需能承受

13、車 輛、行人等荷載，且不產生過大的變形而影響使用。正是橋梁功能的要求，才使得為滿足橋 梁功能要求所修建的結構被稱為橋梁。準則 3.4 結構幾何不變性 （geometrical invariability ofstructure） 準則 一般工程結構都必須是幾何不變體系。In general , geometric patterns of engineering structure must be invariable .為了保證車輛、行人等安全、舒適地通過橋梁，橋梁結構在主要受力面內（豎 向）應保證幾何不變，在次要受力面內（橫向）亦應保證足夠的剛度。這是橋梁成為工程結構的基本條件。判別一體系是

14、否為幾何不變體系的過程稱為機動分析3.7 。定義3.7 幾何不變體系 受到任意荷載作用時， 若不考慮材料的變形， 則其 幾何形狀與位置均能保持不變的體系。幾何不變的平面體系的組成規則有三條： 三剛片規則 三個剛片用不在同一直線上的三個單鉸兩兩相聯所組成的體系 是幾何不變的。 二元體規則 在一個剛片上增加一個二元體所形成的體系是幾何不變的。 兩剛片規則兩個剛片用一個鉸和一根不通過此鉸的鏈桿相聯所組成的體系是幾何不變的， 或兩個剛片用三根不全平行也不交于同一點的鏈桿相聯所組成的體系是幾何不變的。上述規則中所提到的二名詞剛片及二元體見如下定義。定義 3.8 剛體在機動分析中，由于不考慮材料的變形，因

15、此可以把一根構件或已知是幾何不 變的那部分看作一個剛體，在平面體系中又稱為剛片。大地便是一特殊剛體。定義 3.9 二元體 兩根不在一直線上的鏈桿聯結一個新結點的構造。準則 3.5 均衡與穩定公理 一般工程結構必須保持靜力平衡，即結構穩定。In general , engineering structure must keep itself balancy , i.e. structure stability .處于地球重力場內的一切物體，只有當其重心最低且左右均衡時，才會給人穩 定的感覺。從力學與美學角度上講，都要求結構均衡。均衡分為靜態均衡（對稱均衡與不對 稱均衡）與動態均衡（如飛鳥式、螺旋

16、形、具動感的曲線等） 。保持靜力平衡是橋梁結構安全與美觀的前提條件。準則 3.6 傳力路徑公理 合理的結構在荷載作用下，其傳力路徑較短。As a reasonable structure , the way of loads transmission is shortter .定義 3.10 傳力路徑 （the way of loads transmission）筆者建議，將構件中主拉（壓）應力跡線定義為傳力路徑，將結構在使用荷載 （包括恒載）作用下，各主要受力構件傳力路徑之和定義為該結構的傳力路徑總長。由于橋梁為一狹長結構， 其主要傳力面為豎向， 而橫向為次要傳力方向。 因此， 妥善處理好豎

17、向傳力途徑是關鍵問題，同時，照顧到橫向傳力問題。對于拉（壓）桿，其主應力跡線均平行于桿件軸線，因此，傳力路徑等于桿件 的長度。而對于純受彎桿件，任一橫截面內均有拉應力及壓應力，其主拉（壓）應力跡線亦 平行于件軸線，其傳力路徑等于桿件的長度。但梁常為彎剪耦合構件，梁內任意一點均處于 二向受為狀態。其主應力跡線呈曲線，可見，其傳力路徑復雜，此時可將梁比擬為“桁架” （拉壓結構） ，其各構件傳力路每項之和可定義為梁的傳力路徑。對于彎剪扭耦合構件， 可將其比擬為“空間桁架” 。可見，拉（壓）桿件傳力路徑較受彎桿件短得多，它是傳力最簡 捷的構件。而力在普通梁中所走的是最壞的彎路，僅從力學上來看，梁不是理

18、想的構件。一個優越的結構，應當根據最短的傳力路徑來組織各構件，因為結構的傳力路 徑越短、越直接，其工作效能就越高，所耗材料也就越少；尤其是結構承受的荷載越大，就 越應當合理地組織各構件，使其傳力路徑簡捷，這也是準則 3.19 的依據。不論是橋跨結構（荷載要在橋跨范圍內以最短路徑傳到支撐結構）還是支撐結 構（上部結構傳來的荷載要以最短路徑通過支撐結構傳至大地） ；不論是橫截面內 （如受彎箱 梁在彎矩平面內的傳力路徑主要是沿腹板傳遞，因此，其主筋應配置在靠近腹板的范圍內為 好等）還是細部構造 （如拱上立柱與箱拱連接處橫隔板沿立柱豎向設置較徑向設置傳力簡捷； 帶掛孔的懸臂梁橋采用受拉型鉸較傳統受壓型

19、鉸施工吊裝時方便，牛腿的受力與梁的受力吻 合，細部構造優越等） ，傳力路徑簡捷，明快者為較好的形式。若單從“傳力路徑最短”這一準則出發，則不難發現：懸帶橋是傳力路徑最短 的橋式。常見橋式豎向傳力路徑如圖 3.1 所示。圖 3.1 常見橋式豎向傳力路徑（實線為受壓，虛線為受拉）準則 3.7 應力均勻準則 結構應力應均勻流暢。As a reasonable structure , its stress should be uniform .對于桿系結構，應力均勻流暢包括桿件橫截面內應力均勻、沿桿件長度方向內 力均勻及結點、邊界處應力均勻。只有結構應力均勻，才能較好地發揮材料的強度，取得經濟效益。另

20、外，結構 應力均勻也是優越結構必備的條件之一。一般情況下，超靜定結構要比相應的靜定結構內力分布均勻些，而超靜定次數 高的結構要比超靜定次數低的結構內力分布均勻些。借助于彎矩概念或彎矩圖 （bending moment diagram） ，可幫助我們了解結構的傳力路徑及各構件的應力均勻性，比較不同 橋式的工作原理，深入了解和掌握各種橋式的發展演變及相互聯系，從而探求盡可能減小結 構中彎矩大小及彎曲應力大小的各種途徑，尋求滿足功能要求、適應橋址地形、地貌、地質 及水文等條件的合理橋式。準則 3.6 與準則 3.7 是從力學角度衡量橋式優劣的重要優化準則。 然而，早在 20 世紀 40 年代，就曾提

21、出以下幾條優化準則： 同步極限準則 最優設計的構件在受力后各部分應同時達到極限狀態。 滿應力設計準則 最優設計的結構，其每一構件應在至少一種工況下達到它 的容許應力限值。 最輕設計準則 一般的滿應力設計可能相當接近于、甚至就等于最輕設計。 最輕設計必須滿足的條件是：當任何一個自由設計變量作單位變化時，結構的剛度收益和重 量支出的比值應彼此相等，即都等于某一常數。也可以說，在最輕結構中，自由設計變量都 被調整到具有相等的優化效率。這意味著對結構剛度貢獻大的設計變量，應該多負點重量。筆者以為：體系優化才是第一位的，構件截面優化是第二位的；體系優化遠比 個別構件優化效益大。另外，對工程造價（或建筑安

22、裝費）追求最省，也是建筑師或結構工程師期望 的目標之一。 換句話說， 建筑師或結構工程師也希望自己的產品 / 作品有良好的性價比 （性能 / 價格）。由準則 3.6 與準則 3.7 可推出準則 3.8 ，準則 3.9 與準則 3.10 ， 它為尋求最優結構指明了方向。準 則 3.8 承 受 軸 向 拉 力 或 壓 力 的 結 構 ， 簡 稱 為 “ 拉 壓 結 構 ”“ tension/compressionstructure ”可能是合理結構。The structure which consists of pull- bars or push-bars , i.e.“ tension/com

23、pression structure” may be a reasonable structure .由于拉壓結構應力均勻流暢、傳力簡捷、材料強度能夠得到較好地發揮，因 此，“拉壓結構”可能是合理結構。諸如桁架、拱（殼） 、柱（筒）、懸索結構、鋼管網架、密索式斜拉橋、整體張 拉式結構（由壓桿群和拉索系組成的空間結構體系）等均為拉壓結構，而最后者整體 張拉式結構 （tensegritysystem） 正是人們理性探索的結果。 北京工業大學陸賜麟教授在尋求最佳預應力鋼結構形式的研究與探索中曾對理 想的預應力鋼結構作過預測和描述 3.6 ：“這種新型結構既不是建立在普通結構的基礎上，更不是普通結構中

24、個別桿件 的改善，而是重新建立完全區別于普通結構圖形的新式結構體系。可以設想，在這種結構體 系中具有最多數量的柔性拉桿， 這些拉桿由于預應力的作用， 既可承受拉力， 又可承受壓力。 基本為軸心受壓的構件代替了受彎構件，軸心受壓的桿件又都受預應力的作用而在受載前產 生內部預拉應力。只有這種新型體系的建立，才能徹底地、大量地節約鋼材，充分地利用材料 強度。”筆者不禁為陸賜麟教授敏銳的眼光及無限的暢想所折服。準則3.9 承受軸向拉力的跨越結構可能是大跨優越結構，即索結構可能是大跨優越結構。Striding structure that supports pull forces may be a re

25、asonable structure with large spans , in other words , cable-structure may be a reasonable structure with large spans . 目前，用于橋梁的索結構包括懸索橋、斜拉橋及拱橋（吊桿采用柔索者）等。 橋跨結構可以是受拉、受壓或受彎。現分別概論其優、缺點： 受彎的橋跨結構不方便施工，應力不夠均勻，材料強度不能很好地發揮，傳 力路徑長，現有的受彎材料比強度不高。因此，受彎的橋跨結構不適宜于大跨。 受壓的橋跨結構雖應力較均勻，材料強度能較好地發揮，傳力路徑較短，但 存在失穩問題，不方便施工，

26、且受壓材料比強度不高，對于大跨橋梁，幾何非線性的影響使 其所受內力聚增，因而不經濟，可見，受壓的橋跨結構還算不上較好的結構體系。 受拉的橋跨結構，雖存在振動、疲勞等問題，但其應力均勻，架設方便，材 料強度能得到很好地發揮， 傳力路徑較短， 受拉的材料比強度高， 當考慮幾何非線性影響時， 其內力大大減小，帶來顯著的經濟效益，因此，索結構適宜于大跨。準則 3.10 預應力索結構可能是大跨理想結構。Pre-stressed cable structure may be a perfect structure with large spans .在預應力索結構中，預應力使索系處于張緊與穩固狀態，使結構

27、體系具有承載 能力及剛度 （而不是降低或調整內力） 。這種不以增加自重為代價而增強結構剛度及承載能力 的特點正是預應力索結構的優越所在。如雙曲懸索結構及筆者提出的全索橋新橋式 （見第八章） 便屬于預應力索結構。 可見，優越結構排序如下： 第一位：受拉結構；第二位：拉壓結構；第三位：受壓結構；第四位：受彎結構。值得一提的是： 香港汀九斜拉橋 3.7 是一座預應力索結構， 其孔跨布置為三 塔四跨連續斜拉橋（127m+ 448m+ 475m+ 127m）,其特點主要有： 本橋為四索面體系； 為控制中塔的位移，采用中塔兩側各設一對錨索，由中塔塔頂斜拉至過塔靠近主梁處，并提高中塔的高度； 橋塔選用獨柱型

28、，傳力簡捷，而塔身在橫向采用鋼橫梁、鋼斜撐和橫向拉索 進行加寬，以承擔主梁。準則3.11 結構連續公理合理的結構整體性好 （超靜定結構尤其如此） ，構件體形變化平順，結點處或邊界處過渡平滑。A reasonable structure is an entirety with the shapes of memberschanging smoothly .這不僅是美觀的要求， 更是準則 3.7 應力均勻的要求， 因為構件體形變化 平順，結點處或邊界處過渡平滑、結構整體性強是力流平順的必要條件，同時，也可提高結 構的承載能力和剛度，這也是當今橋梁普遍不設鉸的原因所在吧！準則3.12 合理的結構應盡

29、量使其各構件承受均布荷載，如受彎構件承受橫 向均布（滿跨）荷載，而避免集中荷載等。A reasonable structure should make its members loaded with evendistributing forces .在橋梁設計中， 為減小集中輪載的集中作用， 常于橋面上鋪一定厚度的橋面層， 以擴散輪載的集中作用，使主要受力構件承受較為均勻的荷載；為擴散支座對梁產生的支承 力的集中作用，常于支座處設置橫隔梁或橫隔板等，同時，這也是“傳力轉向”的要求。另 外，拱橋中采用較密的立柱或吊桿、吊橋中采用較密的吊索、斜拉橋采用較密的斜拉索等， 均是使主要受力構件承受較為均

30、勻荷載的典型范例。這是應力均勻，傳力簡捷之要求。準則 3.13 韻律感與節奏感準則 合理的結構應有韻律感和節奏感。A reasonable structure is rhythmic .自然界或人工建筑物中的許多事物或現象，由于有秩序地變化或有規律地重復 出現，往往激起人們的美感，這種美通常稱為韻律美。由準則3.3 可知， 功能決定了結構。 因此， 結構并非由雜亂的構件拼湊而成，而是按功能要求有機地結合起來，這樣形成的巨大的、永久的、固定的、可視的合理結構必然不能令人漠視其在人類生活環境中的精神作用與美學價值，其韻律感和節奏感油然而生。橋梁孔徑的變化；墩高的變化；式樣的變化；橋面的彎曲與起伏；

31、斜拉索的輻射；大纜優美的曲線；拱的彎曲等等都形成了韻律與節奏 （連續韻律、 漸變韻律、 起伏韻律及交錯韻律） 。合諧的韻律與節奏（見圖 3.2 所示）使美麗的橋梁看上去如無聲而美妙的音樂。圖 3.2 曲線布置、形似蜈蚣、流暢優美的多跨長橋準則 3.13 是衡量橋式美觀的重要準則。 有關橋梁輪廓尺寸的協調比例關系見如下準則 3.14 。 準則 3.14 橋梁輪廓協調準則 梁橋或拱橋相鄰跨度的比值（小跨比大跨）宜在 0.4 , 1 內，接近 0.618 時，橋跨變化會顯得平順、流暢、有韻律感與節奏感。 梁橋墩高與跨度之比宜在0.25 , 0.85 內，接近0.618時，橋高與跨度的 比例最為和諧。

32、 拱橋之矢跨比宜在1/8 , 1/4 內。 斜拉橋索塔高度（自橋面算起）與中跨之比宜在 1/7 , 1/4 內，邊跨與中 跨之比宜在 1/3， 1/2 內。 懸索橋大纜矢跨比宜在1/11 ,1/7 內，邊跨與中跨之比宜在1/4 , 1/2 : 內。 帶單懸臂的簡支梁，懸臂長與簡支跨長之比宜取0.41左右。 帶雙懸臂的簡支梁，懸臂長與簡支跨長之比宜取0.35左右。 帶雙懸臂的兩跨（跨度相同）連續梁，其懸臂長與跨度之比宜取0.33左右。 三跨連續梁，其邊跨長與中跨之比取0.8左右時較好。 中間跨為等跨的多跨連續梁,其邊跨與中跨跨度的比值宜在 0.65, 0.7內。注：第條均只適用于建造過程中未發生

33、體系轉換之情形。 To a beam bridge or an arch bridge , the ratio （smaller span/larger span） of neighboring spans should be in0.4 , 1,if it 'sclose to 0.618 , changing of neighboring spans looks easy ,smoothand rhythmic . To a beam bridge , pier length / neighboring span should be in 0.25 , 0.85, if it

34、9;s close to 0.618 , the bridge looks pretty . To an arch bridge , depth-to-span ratio should be in 1/8 , 1/4 . To a cable-stayed bridge , the ratio of tower length（above thedeck）to midspan should be in 1/7 , 1/4 ,the ratio of side span tomidspan should be in 1/3 , 1/2 . To a suspension bridge , dep

35、th-to-span ratio should be in 1/11 , 1/7 , the ratio of side span to midspan should be in1/4, 1/2 . To a simple supported beam with a single cantilever , the ratio of cantilever length to simple supported span should be about 0.41 . To a simple supported beam with double cantilevers , the ratio of c

36、antilever length to simple supported span should be about 0.35 . To two same spans continuous beam with double cantilevers , the ratio of cantilever length to one span should be about 0.33 . To a continuous beam with three spans , the ratio of side span to midspan should be about 0.8 . To a continuo

37、us beam with same more midspans , the ratio of side span to midspan should be in0.65 , 0.7 .準則3.14 中條可由結構力學知識較容易地得到，其條件是，梁的EI 相同，所受荷載為滿布均布荷載，并讓支點處負彎矩與跨(中跨)中之正彎矩絕對相等，對 于三跨連續梁，讓邊跨跨中彎矩與中跨跨中彎矩相等。準則3.14 中的條對蓋梁的分跨及墩柱的布置有參考價值。準則 3.14 是結構美觀、經濟、受力合理三者統一協調的典型表現。準則 3.15 形式感與量感準則 合理的結構應有形式感和量感。 A reasonable str

38、ucture should give us shape feeling and dimension feeling .定義 3.11 形式感是指藝術領域中形式因素本身對于人的精神所產生的某種 感染力。如： 水平線條給人的感受是親切、委婉； 垂直線條給人的感受是莊嚴、高昂； 斜線具力感、動感和方向感； 波形線條可以產生流動感、跳躍感； 懸挑線條可以產生靈巧感、騰飛感； 水平線條使人聯想到平靜的水面，一望無際的平原； 垂直線條使人聯想到向上生長的樹木、挺立蒼穹的高山； 半圓曲線會使人聯想到掛在空中的彩虹； 兩個半圓曲線的組合會使人聯想到展翅飛翔的海鷗。 正放的三角形給人以穩定、安全的感覺，而倒放的

39、三角形會使人感到危險與 不安；圓形給人以純性情、圓潤、光滑、完美的感受，而圓球或橢圓球補認為是完美的物體； 矩形給人以理性、中規中矩的感受。橋梁外在的墩、塔、梁、拱、索、大纜、甚至欄桿等均給人產生強烈的感染力。例如， 美麗的金門大橋 (見圖 3.3 )、美國人心中的偶像、 精神的依托， 它給人以強烈的美感。圖 3.3 美麗的金門大橋準則 3.16橋梁特有的美學特征 (special aesthetic feeling)準則橋梁除了具有其他建筑的美感，如征服改造大自然之感、成就感、使用價值 帶來的美感等外，其尚有有別于其它建筑結構的美學特征，如：通達之美(go through beauty)凌空

40、之美(fly beauty)流暢之美(smooth beauty)剛柔之美(hard and soft beauty)暴露之美(clear beauty) 橋梁由此岸到達彼岸，使道路通達。其實，這就是其功能美一一通達之美。 橋梁為一跨越結構，其騰空飛架的梁索讓人感受到了凌空之美。橋梁較路基 有通透感，對自然的影響較小。 橋梁為一帶狀結構，長大橋中的豎曲線設置使橋面看上去連續流暢，纖細輕 快。 橋梁結構兼顧了剛柔之美。梁、拱之纖細、親切、委婉；墩、塔之雄壯、莊嚴、高昂；斜索之力感、動感、方向感；大纜之起伏飄動、流暢、張力感。 橋梁結構的外露性使人們容易由其外觀而看到其力的傳遞，從而獲得安全、 和

41、諧、力線明確的心理誘惑力，給人以信賴、快慰和滿足，這便是造型美、安全美及成就美。如圖 3.4 所示那樣設豎曲線、具動感的梁橋。圖 3.4 設豎曲線、具動感的跨河梁橋準則 3.17 橋梁與環境的協調準則 橋梁結構的造型、體量與色彩等應與周圍環境，如河流、海洋、湖泊、峽谷、 房屋建筑、道路、雕塑、園林、農田、曠野或天空等協調。Shape ,outline dimension and colour of bridge structure must coordinate with round environment , such as , rivers , seas , lakes , valleys

42、 , buildings ,roads , statue , garden , farmland , wilderness or sky .橋梁造型及體量與周圍環境協調的類型有以下幾種： 當橋梁規模較大、氣勢宏偉時，突出橋梁之美； 當橋梁較小或影響其他重要物體之美時，橋梁順從他物之美； 當橋梁與周圍景觀相當協調時，選擇橋梁與他物爭奇斗妍。如圖3.5所示的悉尼桁架拱橋與悉尼歌劇院之間的協調；圖 3.6 所示的橫臥的延河橋與聳立的寶塔之間的協 調。圖 3.5 美麗的澳大利亞悉尼港橋及悉尼歌劇院圖 3.6 中國延河橋與寶塔準則 3.17 是景觀建筑學在橋梁建筑中的應用。準則 3.18 橋式與地形協調

43、準則 橋址形一般可分為山區、平原及城區三種類型： 山區常以連綿不斷的山脈為背景，其體量與橋梁相比可謂相當大，其向上天 際輪廓線造型對人的視覺誘導力及動態感很強，此時，宜修建拱橋或吊橋。Arch bridge and suspension bridge are suitable for mountain district 平原區地形平坦，通視良好，宜修建梁橋或斜拉橋。Beam bridge and cable-stayed bridge are suitable for plain district 城區有大量的房屋建筑及公共設施，背景輪廓線有疏有密，有高有低，人流 擁擠，車流多變，環境較為煩雜

44、，因此，宜修建簡潔流暢的梁橋。Simple beam bridge is suitable for city district . 鮮艷、醒目、具跳動感的臺灣關渡橋，見圖 3.7 ，與周圍山區地形相當協調， 并成為橋址區域景觀中的主角。圖 3.7 臺灣關渡橋準則 3.19 造型與受力的關系準則 筆者以為，當跨度不大時，由于橋梁受力不大，其造型發揮的余地就大，能夠 很好地供人觀賞；而當跨度較大時，由于橋梁受力較大，其造型當以結構受力合理為重心進 行選擇， 而這種造型并不是不美， 這是技術與藝術的統一。 換句話來說， 力學是選型的依據， 幾何形態是自然科學規律的藝術表現。Selection of

45、bridge shapes must be based on reasonableload-transmission .準則 3.20 可靠性準則合理的結構應使結構在設計壽命期內安全可靠，即結構的強度、剛度、穩定性 及耐久性均應滿足要求。A reasonable structure must have enough strengh,enough stiffness,enough stability and enough durability during the service .結構的設計壽命期 （service lifeexpectancy） 是指在正常設計、 正常施工、 正常使用和正常養護及維修的條件下 所規定的結構使用時間。眾所周知，在外荷載和其他因素作用下，結構的每一構件均會受到不同水平和不同種類應力的作用，把這種應力與根據材料試驗所得出的材料強度進行比較，使前者乘以 一定的安全系數仍小于后者，這就是強度設計，其實質是把荷載因素與材料強度因素進行比 較。而穩定問題與強度問題不同，所謂結構或構件失穩是指荷載因素在構件中所產生的內力并不很大，但在與荷載正交的某一個方向卻會因偶然的擾動、偏心加載、構件缺陷 等原因產生很大的位移，使結構或構件失去正常工作的能力，這就叫結構或構件失穩，其實 質是研究與荷載正交方向的位移問題。現代輕質高強建筑