環(huán)形鋼桁架天橋總體設計簡介

黎杰群

（佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)人民政府，廣東佛山 528231）

0 前言

近年來，我國城市交通日趨發(fā)達，為提高城市路網的通行能力、確保行人過街安全方便，城市人行過街設施的建設日益增多，其中主要的就是人行天橋的建設。城市人行天橋的建設對提高車輛運行速度、實現(xiàn)人車分流、改善交通擁擠狀況，提高城市居民步行質量等有良好交通和社會效益。

對交通繁忙，多條主干道匯聚的平交路口，環(huán)形天橋可以解決各方向人流的通行問題，形成車流和人流立體交叉，路口范圍各功能區(qū)也可由人行廊道直接連接。比如上海陸家嘴天橋、深圳春花天橋，武漢小東門天橋等。

本文從佛山市某天橋入手，分析這類天橋主要的設計理念，并對該類型天橋的結構特點進行分析。

天橋設計需要解決五個方面的問題：

（1）妥善安排車流、人流：

連接各方向人流，解決人車立體交叉的問題，并滿足弱勢人群過街的需要。

（2）緊密連接周圍功能區(qū)

連接交叉路口各功能區(qū)，形成各種建筑、廣場見的廊道，提升周邊地塊的功能。

（3）在夾縫中做好細節(jié)設計

城市中心區(qū)寸土寸金，建筑、管線密集，人行道狹窄，天橋在完善功能的條件下需見縫插針。

（4）成為城市風景線

由于環(huán)形天橋的體量較大，造型獨特，本身即能形成城市景觀小品。解決好這三個方面的問題，就基本解決了環(huán)形天橋的設計問題。

（5）結構合理，造價經濟

環(huán)形天橋受力本身較復雜，再加上景觀要求，對天橋的結構設計要求較高。再加上我國經濟條件的限制，天橋總體造價也不宜過高。

通過解剖依托工程，對以上五個問題逐個解決，可為以后的工程提供一定的借鑒。

1 妥善安排車流、人流

本橋所處平交路口位于經濟發(fā)達的佛山某鎮(zhèn)中心，G321、G325和兩條地方道路匯聚于此，車流可通往五個方向。周圍商業(yè)、公園、政府行政密集，人、車流量巨大，重車多。除車流、人流的交叉外，還有沿街行進的人流、進入各建筑的人流和過街人流之間的交叉關系，見圖1。

圖1 天橋地理位置示意圖

1.1 天橋形式的確定

經現(xiàn)場調查，G325、G321車流量較大，過境重車較多，對行人較為危險。兩條市政道路車流量相對較小。解決該處人車分流問題，可采用在國道上設置獨立的天橋；以環(huán)島中心為廣場，形成輻射型天橋等多種方案。但最終確定了環(huán)形天橋方案，這是因為環(huán)形天橋由以下優(yōu)勢：

（1）環(huán)形天橋流線最為簡單，行人從任一點上橋，均可直達目的地，有效解決了人流交匯問題。

（2）環(huán)形天橋對車流最為有利。這種形式不僅有效的解決了人車分流問題，使得車流更為通暢，而且在橋墩全部布設在分隔帶和人行道范圍內，對車流沒有影響。

（3）環(huán)形天橋分孔布墩方便，最好的結合了現(xiàn)場條件。

（4）環(huán)形天橋造型最為簡潔美觀。

因此，雖然有行人流線稍長的特點，但在復雜道路路口，環(huán)形天橋仍然是較為合理的天橋方案。

1.2 人流升降方式和橋下慢行系統(tǒng)

本橋連接的人行道共有五處。通過現(xiàn)場調查，通發(fā)大廈、新都匯、公園三處為主要升降位置，設置了較為完備的升降方案；其余兩處一方面人流較少，另一方面通往主要升降位置僅需跨越城市道路，因此只留了垂直升降電梯。

根據(jù)具體的情況，對主要升降采取了不同的處理措施。通發(fā)大廈為政府行政服務中心，人流較大，但北側人行道為廊道，無法布設梯道；因此通發(fā)大廈采用了天橋直接接入服務大廳的方式。新都匯側前往購物的人流可由連接天橋直接進入商場，市政人流可通過歩梯、扶梯、垂直升降電梯升降。公園處設置了歩梯和垂直升降電梯。

除此之外，人流升降方式還考慮了無障礙設計，包括垂直升降電梯和盲道、盲文指示牌等。

升降系統(tǒng)的布設，還應考慮地面行人上下方便的問題和過路人流順暢的問題。應結合地形、地物反復比選。

通過上述分析可知：天橋建設應根據(jù)實際情況，解決好各方向人流、車流的問題和人流升降的問題。在交通復雜的多叉路口，環(huán)形天橋是有較強競爭優(yōu)勢的方案。

本橋就是一個較為典型的案例。圖2是本橋布設的平面圖。本橋修建前，路口交通組織主要由信號燈控制，人行過街路線復雜，時常出現(xiàn)人車搶道、交通混亂的情況，存在很大的安全隱患，該區(qū)域常期駐守交警疏通交通。通過環(huán)形天橋、配合連接線的方法，解決了該處天橋人流、車流交叉的問題，行走便捷、安全。

圖2 設置環(huán)形天橋后的人行交通

2 成為周圍功能區(qū)整合的紐帶

環(huán)形天橋由于其四通八達的特點，已不僅是點對點的過街橋梁，更是各區(qū)域間整合的紐帶。因此，要根據(jù)各區(qū)域不同的功能需求和建設條件，選擇天橋跟區(qū)域的對接方式。

本橋交叉口周邊有公園、購物廣場、步行街、大酒店、行政服務中心等重要建筑物，是該地區(qū)最繁華最復雜的交叉口之一，集中了商業(yè)、休閑、辦公、行政等多種城市功能要素。天橋的連接方式見表1。

表1 周邊主要建筑物與天橋對接方式表

（1）鎮(zhèn)行政服務中心是由位于交叉口西側的大樓改造成為，為公共性建筑體系，預計遠期人流密集，建筑物內部設置全天候開放式廊道，方便行人上、下天橋。本天橋與該大樓改造同期實施，按照功能齊全、改動最小、經濟合理的原則，天橋直接接入大廈二樓。

（2）購物廣場是該鎮(zhèn)目前最高端的商業(yè)廣場之一，是該地塊的商業(yè)核心，目前主要的人群聚集、人流出入都集中在此處，位于交叉口南側偏東。天橋無法直接接入該商業(yè)建筑，因此采用附加連接線的方式溝通天橋與建筑，接線的主體構造和造型與主橋基本一致，整體感觀協(xié)調統(tǒng)一。

（3）大酒店、公園和步行街分別位于交叉口東側、北側和西南側，由于酒店具有一定的私密性，公園和步行街均為地表建筑，因此主要考慮采用樓梯、電梯等方式落地后接入。

總之，環(huán)形天橋設計中，應充分利用其交通樞紐的優(yōu)勢，盡可能的將周圍功能區(qū)整合在一起。

3 做好細節(jié)設計，減少對周邊的影響

除水文、地質、材料等建設條件外，城市天橋所處地塊往往是建筑密集，管線縱橫、人行道狹窄的區(qū)域，可供利用的條件較少。在有接入建筑需求時，又受限于建筑的層高、地下室、接入位置等條件。而且，考慮到對周圍居民生活的影響，又要盡量考慮對環(huán)境的保護，并減小施工對車行、人行的影響。因此要特別注意細節(jié)的設計。本天橋的幾個細節(jié)設計。

（1）與周邊建筑、構筑物的關系處理

此處以通發(fā)大廈為例，受限于原通發(fā)大廈的改造因素，天橋無法與大廈三層相連接，與通發(fā)大廈的二層之間高差達到了0.95 m，大廈距離路邊僅5.55 m。受限于道路凈空要求，天橋標高無法降低，因此天橋與大廈之間的連接坡度達到1：4.35，局部設置了梯道，為滿足無障礙坡道的要求，設置了1.6 m寬的無障礙坡道，部分坡道設置于通發(fā)大廈內側與大廈廊道接順。坡道示意見圖3。

（2）天橋與地下管線的關系處理

總體布設時，應盡量考慮避天橋下部結構避讓管線，但仍有不少管線無法避開，綜合考慮管線改遷成本等因素，對部分橋墩、承臺進行了特殊設計。如 Pm3橋墩緊鄰10 kV高壓電纜溝，如進行拆遷，則價格昂貴，周期較長。設計中采用了橋墩、蓋梁及承臺的特殊結構，見圖4，雖然增加了結構費用，但總投資較少，施工較為快捷。

（3）天橋橋位處原有功能區(qū)域的恢復

天橋設計中，應盡量減少對地區(qū)內原有功能的影響。如交叉口北側的公園內原有一座廁所，現(xiàn)天橋設計過程中，需將舊廁所拆除，考慮到廁所對整個交叉口范圍內景觀的影響，將整個廁所平面結構型式設計成為異形，使之完全處在天橋及梯道平面范圍以下，將其遮蔽、弱化，在滿足公園使用功能的前提下，達到較為優(yōu)秀的景觀效果。

綜上所述，天橋設計中應充分結合周邊建設條件，做好細節(jié)設計。

4 做好造型設計，是天橋融入城市景觀

環(huán)形天橋往往位于城市中心區(qū)多條主干道匯聚的地方，這就要求天橋不能僅僅停留在功能的層面，還應成為城市景觀小品，和周圍建筑水乳交融，交相輝映。

本天橋就位于該地區(qū)最繁華的區(qū)域之一，區(qū)域內集政治、經濟、生活休閑多種因素于一身，因此對天橋的景觀有著很高的要求。天橋的景觀設計主要是從以下幾個方面考慮的：

（1）從總體設計上考慮景觀因素

綜合各種條件，天橋采用了橢圓形的平面布置，天橋整體圓潤而不失變化，體現(xiàn)了天橋柔美的一面。天橋主橋采用了輕盈通透的鋼桁架結構，體現(xiàn)了橋梁陽剛的一面。剛柔結合，展示了天橋的結構美。

（2）從細節(jié)小品上考慮景觀因素

天橋周邊均為現(xiàn)代建筑，因此采用了現(xiàn)代風格的裝飾方案，鋁塑板外包、追逐LED彩燈、洗墻燈，具有嶺南風格的鋼藝裝飾，這些裝修小品，使天橋融入了現(xiàn)代化的城市景觀之中，又帶有自己鮮明的個性，成為了城市中靚麗的風景線。

（3）天橋橫跨交通要沖，連接高聳的大廈，天橋上的行人也會駐足欣賞周圍的街景的愿望。天橋上設置了觀景平臺，正對通發(fā)大廈的LED顯示屏，顯示屏中展示的區(qū)域文化記錄片與兩側國道繁忙的交通向人們展示了該城市文化和經濟蓬勃的發(fā)展勢頭，天橋既是城市一景，同時也是觀景的一個優(yōu)質平臺。

對美的理解仁者見仁，但本橋依據(jù)的既融入周圍景觀，又具有自己個性的設計思路，不失為可供參考的案例。圖5為天橋效果圖。

圖5 天橋效果圖

5 結構安全合理，造價經濟

天橋采用了全長260.419 m的鋼桁架連續(xù)梁，跨徑組合為5m+18m+30m+33m+30m+33m+30m+30.5m+27.5m+13.5m+9.918m。桁架全高4.075 m，梁寬為6.4 m(含兩側各0.8 m的挑出花槽)。為節(jié)省工期，減少對道路的影響，主梁采用了工廠分段預制，現(xiàn)場拼裝的施工方案。

環(huán)形天橋空間體系，尤其是不封口的環(huán)形結構，扭矩、橫彎等空間效應顯著。桁架體系抗扭剛度較小，對空間效應的影響更為明顯。在設計中，為充分分析結構的受力特性，對該天橋建立空間結構計算模型，模型見圖6。

圖6 主橋空間計算模型

結構的變形見圖7，桁架結構跨中最大豎向位移為0.053 m,位于Pm03墩與Pm04墩之間，小于鋼橋容許變形值1/600，因此鋼桁架結構的剛度是滿足要求的。

圖7 成橋狀態(tài)恒載+人群荷載作用下的結構變形圖

構件沿軸向的應力計算結果見圖8、圖9。最大組合應力為168.5MPa，最小組合應力為-169.8MPa，均小于鋼材的容許應力210 MPa，因此人行天橋的強度是滿足要求的。

圖8 最大組合應力圖

圖9 最小組合應力圖

計算得到成橋狀態(tài)時豎向震形一階震動頻率為3.8 Hz，對應的震型圖見圖10。

圖10 第一階豎向振型圖,3.8 Hz

天橋豎向自振頻率大于3Hz，滿足規(guī)范的要求。

經計算，天橋各項指標均滿足規(guī)范要求。

6 結語

本文所述的環(huán)形天橋現(xiàn)已基本完工。天橋在一定程度上解決了路口處人車混雜，通行效率低，風險較大的問題。通過對本天橋的設計，可以得出一下的結論：

（1）在交通復雜的多叉路口，環(huán)形天橋可以使人流、車流有效分離，使人流較為順暢，同時適應建設條件，是具有有較強競爭優(yōu)勢的方案。在設計中，應梳理清流線和交叉點，并做好升降設計和橋下慢行系統(tǒng)的設計。

（2）應充分利用環(huán)形天橋四通八達的優(yōu)勢，因此，要根據(jù)各區(qū)域不同的功能需求和建設條件，根據(jù)各天橋連接區(qū)域不同的功能需求和建設條件，合理選擇天橋跟區(qū)域的對接方式，使環(huán)形天橋成為各區(qū)域間整合的紐帶。

（3）天橋設計中應充分結合周邊建設條件，做好細節(jié)設計，減少對周邊原有環(huán)境的影響。

（4）環(huán)形天橋往往地處城市中心，本身又具有一定的體量，應盡量做成城市景觀小品，既融入城市景觀之中，又具有自己鮮明的個性。

（5）環(huán)形天橋結構復雜，造價也較高。設計中，要細致分析結構受力，確保結構安全，減少造價。

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