橋梁欄桿選型的主要影響因素

劉振宇

(魯東大學土木工程學院，山東煙臺 264000)

橋梁不僅僅意味著理性的計算和應用最經濟的手段在一定的預知條件下承載特定的可變荷載以及跨越特定的距離，橋梁也可具有更多的內涵，即超越其功能性之上的象征意義[1]。現代橋梁呈現出的多功能設計要求就是對這一超越行為的具體回應，除了滿足交通需要，還要具備公共空間景觀的視覺效果，甚至起到承載文化和地域特色的作用。欄桿是影響橋梁美觀性的最重要的附屬設施，也是與行人關系最為密切的橋梁構件，其造型設計直接影響著橋梁的景觀效果和使用效果。欄桿在中國古典建筑中意義重大，甚至成為建筑構圖的主題，反映在橋梁上就是對欄桿的精雕細琢，木石欄板望柱成為古代工匠表現技巧的地方。現代欄桿因技術和材料優勢，具有更廣泛的表現空間和更強的表達能力，建筑師或工程師如何恰當選型以呼應橋梁主體造型、如何在橋體不顯時提升橋梁的魅力就顯得至關重要了。

1 基本設計要求

欄桿最基本的設計要求是保障行人安全，在沒有任何造型要求時要做到形態簡潔流暢。欄桿設置于橋梁兩側，其目的是為了防止行人從橋上跌落，因此要有足夠的強度和剛度以承載外力的荷載組合，并在良好維護狀態下滿足耐久性要求。欄桿的高度要考慮橋梁的用途和所處環境，對于一般的橋梁來說，扶手的高度不能低于1.1 m，在水急風大、橋面較高等危險環境中還要提高此最低限值。對于園林橋來說則不受此限，在水流淺緩且橋面較低時可設置矮欄或不設欄桿以求險中得樂。為了防止行人從欄桿的空隙中跌落，需要控制欄桿構件間的最大凈間距，城市橋梁要求不得大于140 mm且不宜采用橫線條欄桿，公路橋對此項無要求，可參考城市橋梁取值。欄桿與人接觸時不能有明顯變形和晃動，同時要處理好焊縫表面缺陷、木材毛刺、構件棱角等細節以避免傷人。

2 影響欄桿選型的主要因素

2.1 橋梁跨徑

力學平衡及材料效率的要求使大跨徑橋梁在造型設計方面供發揮的空間很小，其吸引力主要在于主體結構的纖細和流暢，不必刻意追求象征意義以免大幅增加造價，只要全橋比例得當即可獲得良好的視覺效果。由于欄桿在大跨徑橋梁中的相對尺度太小，對橋梁整體美觀性的影響微弱，因此只要做到簡潔流暢即可。為了進一步降低梁體長細比，可采用通透性好的欄桿，使主梁看上去輕巧，同時也讓橋面視野開闊，避免出現封閉感，在橋位處環境優秀時更應如此。

橋梁的跨徑越小，欄桿的相對尺度越大，其在整體造型中的作用越明顯，其設計要求也越高。對于有景觀要求的橋梁，若其設計原則是體現橋梁特有的結構藝術，即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[2]。那么欄桿造型設計就要從力的傳遞和解釋入手，以清晰明了的線條展示其功能要求，而且不能對橋體的力學可理解性造成干擾。若設計原則是體現某種象征意義，那么欄桿造型設計就要從指引和強調這一象征意義入手，以突出其整體性。對于無景觀要求的中小橋，我們只需對細節問題給予更多的重視，就能讓結構物的外形大為改觀[3]，而且此類橋梁往往選用經濟橋型，一個用心設計的欄桿不會增加多少造價，但卻可以顯著提高橋梁的視覺效果和使用價值。

2.2 欄桿的景觀權重

在橋梁景觀評價中欄桿造型所占的權值體現了欄桿與橋體在造型上的主從關系。權重小意味著欄桿在造型上處于從屬地位，設計重點是如何輔助橋體表達共同的設計主題；權重大意味著欄桿在造型上處于主體地位，設計重點是如何實現裝飾效果。

橋梁造型設計的核心是橋梁主體造型設計，即讓橋體成為一個能滿足交通要求的巨大公共雕塑。在跨徑較小時雕塑可以具象化，生動表達某一象征意義，跨徑越大這一雕塑的構圖越簡潔，越傾向于突出巨大力學結構本身的壯觀、美感和可理解性，或尋找力學結構對設計主題的抽象擬合，以降低設計和施工難度。為保證橋梁的整體性，欄桿也必須表達同一設計主題，若這一主題在欄桿造型上很難實現，則選取主題中的關鍵元素如色彩、線條等來作為欄桿造型的設計主題。此時欄桿在體量或視覺效果上均難以與橋體競爭，自然處于從屬地位，其作用在于對橋體造型的引導和渲染、烘托環境以提升橋體的歸屬感(圖1、圖2)。

圖1 蘇格蘭特雷斯頓橋

圖2 太原祥云橋

若橋梁有景觀要求，但受造價或結構所限無法通過橋體來展現時，一般會選擇較為經濟的欄桿作為造型主體來提升橋梁的美觀性，舊橋美化也常常從欄桿入手，此時欄桿的景觀權重便會增大。由于是造型主體，欄桿選型必然涉及到與橋體、環境、文脈的協調關系；又因為欄桿的基本結構表達能力有限，所以作為造型主體的欄桿常常呈現出很強的裝飾性，并試圖隱藏橋體，獨自與環境和文脈形成呼應。裝飾性欄桿在選擇設計主題時較為自由，景觀效果也較易實現，欄桿造型應在與環境相融合的基礎上力求簡潔，并努力協調其與橋體之間的關系(圖3、圖4)。

圖3 德國蒂申羅伊特懸帶橋

圖4 某公園小橋

2.3 人性化設計要求

欄桿是橋上行人最容易接近并可觀察觸摸的建筑部位，除了要滿足使用上的安全性、視覺上的美觀性，還要滿足觸覺上的舒適性。人性化設計要求越高，設計重心就越靠近后者。影響觸覺的最關鍵因素是材料選擇和細節處理。材料選擇要根據使用要求來確定，比如木材讓人感覺溫暖，鋼材有現代感和豐富的表現力，石材古樸淳厚，也可采用復合材料取長補短以滿足多種使用要求。橋上人流量越多，停留時間越長，越需要深入的細部設計，高水準的細部處理能夠讓行人獲得良好的使用感受，同時也很容易獲得美學上的成功。欄桿表面的肌理和質感、各部分的比例、行走時的感受、受到庇護的安全感、甚至是聲音和光線的反射等都十分重要，應使行人無論是過橋還是在橋上停留，都能夠得到善意的呵護[1]。橋上的休息或觀景設施也往往靠近欄桿，設計時應與欄桿一并考慮(圖5、圖6)。

圖5 臺灣高雄翠華橋

圖6 愛爾蘭利默里克大學人行橋

3 欄桿的附加功能

3.1 引導

當橋梁出現在路線的平曲線或豎曲線上時，可通過欄桿來引導車輛的行駛方向，此時欄桿往往采用比較醒目的顏色來提醒司機注意。當同一區域有多個橋梁時，也可以通過欄桿的不同造型或色彩等來引導行人和車輛，多個具有同一類型欄桿的橋梁，便暗示了前進的路徑[4]。

3.2 趣味與游戲

走上去微微顫動的鋼帶橋、驚險刺激的玻璃鋼橋、蜿蜒曲折的公園長橋等都能讓人在橋上行走時獲得豐富的情感體驗，近似于行走中的游戲[5]。通過對這一狹長空間的戲劇性處理來營造輕松愉快或探索思考的氛圍，使橋梁具有趣味性和可參與性，而欄桿往往是氛圍營造的重要道具，同時也是有驚無險地體驗樂趣的安全保障(圖7、圖8)。

圖7 丹麥哥本哈根圓橋

圖8 長沙中國結步行橋

3.3 提高心理安全度

橋上行人的安全感主要來自欄桿，破舊的欄桿讓人望而生畏不敢靠近，即使其強度滿足要求也會讓人產生緊張情緒。一個清新整潔、造型優雅的欄桿會讓行人對橋梁產生信心，也讓停留者愿意與之接近。欄桿的后期維護非常重要，要定期檢查，在出現破損時要及時維修，表面污染或褪色時要重新涂裝，使欄桿處于良好的工作狀態。

4 結束語

欄桿雖然不是主要承載結構，但卻在保障行人安全、輔助實現交通功能、提升橋梁景觀效果方面發揮著重要作用。因此欄桿選型時要以一絲不茍的態度竭盡所能的改進造型，避免欄桿的單調無趣。選型時可先從三個主要影響因素入手：橋梁跨徑決定了欄桿對全橋造型的影響能力；景觀權重決定了欄桿與橋體在造型上的主從關系；人性化設計要求決定了欄桿的設計深度。在此基礎上，綜合考慮欄桿的各項功能要求，提煉出功能完備、形態優美、與橋體和環境協調一致的造型方案，輔助橋梁超越其功能性要求并獲得期許的象征意義。