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园林景观设计——园林景观工程、中国园林石拱桥设计

2023-04-03 18:56:42 2782

摘要:前文序中国是一个幅员辽阔众多的国家,且山川河流、山地较多,自然天然石材资源丰富。对于园林景观造景设计中,实用与观赏俱佳的,园林石拱桥建设可谓增益良多。本文较为完整地编写和叙述了,中国园林石拱桥的发展历程。中国石拱桥的建造设计方法,与中国园林...

前文序

中国是一个幅员辽阔众多的国家,且山川河流、山地较多,自然天然石材资源丰富。对于园林景观造景设计中,实用与观赏俱佳的,园林石拱桥建设可谓增益良多。

本文较为完整地编写和叙述了,中国园林石拱桥的发展历程。中国石拱桥的建造设计方法,与中国园林石拱桥桥梁设计有关的民族文化特色,和园林拱桥基本建造设计分类,设计要求以及相对应桥梁的施工建造工艺。

雕塑一般的魅力,实用与美观的园林石拱桥

承前启后。旨在继承和发扬:中国石拱桥桥梁设计优秀灿烂文化,园林石拱桥施工建造技艺,园林拱桥建桥专业文化,和园林石拱桥桥梁设计基本专业知识结构。帮助有志于正在或准备从事园林景观设计的专业人才,与之相对应的,园林设计、景观设计、环艺设计、艺术设计、建筑设计、桥梁设计本专业或相关专业的在校大学生,以及大学毕业生从事园林景观设计的专业性、实用性文章!

有人说,园林拱桥设计很难,真的很难!这句话,对于不太热爱学习的人来说,确实比较难!对于渴望成才的有志人士,相信通过本文的阅读和思考,你会有所收获的,如有疑问,当然,也可以持续关注我的分享,定能成长!

庄子曰:

适莽苍者,三餐而反,腹犹果然;

适百里者,宿舂粮;

适千里者,三月聚粮;

欲行万里者,岂能懈怠乎?

石拱桥从实用交通功能的设计建造,进一步园林小型化、小品化

好了,接下来我们进入今天的内容。这篇文章会有点长,关键还是想把一些问题给大家说得清楚一些!

本文重点:

1、中国石拱桥发展简史

2、中国石拱桥的人文设计

3、中国园林石拱桥的基本设计特点

4、中国园林石拱桥的设计分类

5、中国石拱桥的建造设计方法

6、中国石拱桥,桥梁设计的专业语言

7、怎样开始设计,会有一个初步的理解

一、石拱桥发展简史

我们先来了解一下中国石拱桥的发展历史。中国石拱桥的建造和发展,历史悠久!我国较早石拱桥的建造和发展始于魏晋时期,后在南北朝因佛教文化传入中国并且极为盛行,随着佛教文化的广泛传播,交流场所的建筑,建筑附属设施与道路设施石拱桥的建造,在相当长的一段时间里,顺理成章的进入到了良性发展阶段。因而,石拱桥外观造形的美观性,与施工建造投入使用后的稳定性,在不断实践中得到了较大的发展,建造技艺日渐成熟。

但据相关文献史料记载,因桥梁建设材料的选择,木拱桥建设施工原材选择便利,所以,石拱桥发展的基本历史要晚于木拱桥。同时,石拱桥在世界范围内开端建桥的历史,也是晚于西方古罗马高空渡水渠建桥时代,大约4~5个世纪。

据《洛阳名园记》文中记载,因佛教文化传入,全国大兴土木,在名山大川中大规模营造建筑,全年造塔18000多座。打个比方,营造建筑就是现在各地风景名胜区,营造占地面积较大的古刹禅院等等。营造精舍,穿池构山,跨水有阁,蜿蜒前行两百余步。

其跨水有阁就是对于石拱桥建设发展的注释!至此,这个时期也是中国园林艺术,由园囿雏形到逐步改良,进入园林发展历史的转折期!

历经隋、唐、宋、元、明、清,石拱桥设计建造技术日益成熟,先后涌现大批匠心巨制,如建于隋朝的“安济桥”;花费6年时间建成的福建“万安桥”;建于大金时期的卢沟桥;还有清乾隆时期建成,著名的扬州瘦西湖“五亭桥”等等。

伴随时代社会发展的进步,石拱桥的建造和发展不再只是满足交通需要。也逐步在园林设计中,因其造型独特,形式多样,优美的姿态,浓郁的民族文化特色,和坚固耐用的特点,日益广泛地被人们所采用!

二、经典著名石拱桥的建造设计特征

最为古老的赵州桥,又名“安济桥”。我国建设保存完好的第一座石拱桥,建成于公园605年,隋朝石匠李春主持设计施工建造的赵州桥,距今1400多年的历史。

典型的敞肩无铰拱结构,就是在主跨拱圈拱背两侧各设两个小拱圈,因而被称为敞肩拱,或是空腹拱。李春主持设计建造的赵州桥,全长64.40米,主跨37.02米,失高7.23米,失跨比值1:5,上窄下宽,桥面宽度9.00米,桥台长约5.0米,宽度9.60米,五孔设计,小孔跨径分别3.81米和2.85米。坦拱、敞肩、空腹、设28道轴向肋拱,无铰拱结构设计。

对于桥台桥基受力安全,排洪泄洪,水平作用力与竖向横向载荷分布均匀,结构严谨简洁,线条圆润,造型美观,受力方式刚劲科学。在当时的社会,物质缺乏,运载工具落后,美学和数学、力学更是非现时可比,能够创造性地完成如此建桥壮举,实在令人钦佩,叹为观止!

赵州桥反复多次久历洪水、地震、风灾、战争等毁灭性力量而尚存,可见其高超的设计水平和建造技艺。建桥历史虽晚于古罗马,但敞肩拱空腹结构方式,却是世界桥梁史上首创,美观性与桥梁竖、横向受力高度完美契合,冠绝古今,成为世界桥梁史上建桥之最!

本小节重点:

充分了解并掌握,敞肩拱石拱桥失跨比设计尺寸;敞肩拱建桥构成要素;无铰拱的桥台桥基受力分布等。

保存较好的第二座石拱桥是,福建泉州洛阳桥,又名“万安桥”。建于公园1053~1059年间,属于跨海梁式大石桥。由宋代泉州太守蔡襄亲自主持监工建造,耗银接近1500万两。整座桥梁采用筏形基础,全部材质由花岗石砌筑建造,宏伟壮丽。

桥亭、桥台两侧碑林林立,和“万古安澜”宋代摩崖石刻,桥北“昭惠庙”,桥南“蔡襄祠”,其内《万安桥记》书法之髓、记文之深、雕刻之美,被誉为“万安三绝”。是我国典型的桥梁设计民族文化,从这些碑刻石刻文字记载中,显现了当时的社会管理制度,营造水平,文学才艺,风土人情等。同时也是中国成为世界桥梁史上“筏形基础”的开端发祥地,对于中国乃至世界,石拱桥桥梁建造设计研究,提供了大量珍贵的研究文献资料!

本小节重点:

充分了解并掌握:“筏形基础”的建桥设计思路;桥梁建设的民族文化对于桥梁设计的重要性;桥梁建设的附属建筑设施在建成后的实际作用。

洛阳桥的“筏形基础”

保存较好的第三座石拱桥则是北京的卢沟桥。始建于南宋末年,也是元朝大金时期,公园1189年,全桥总长266.50米,桥面宽度7.50米,总宽约9.50米。入口呈喇叭状,宽32.00米。10墩11孔,属于多跨多孔连拱石拱桥。桥身两端设有碑林、碑刻、和汉白玉碑亭。

桥面两侧石柱镶嵌石制雕刻栏板,栏板高0.850米,281个望柱各高1.400米。每柱顶端雕刻有造型石狮子,形态各异,共485个。或背或抱,或举或卧,或立或跃,抚摸仰望,生动形象,神态逼真,雕工细腻,其工艺精湛的石刻艺术非同凡响,享誉世界!

本小节重点:

充分了解并掌握:多孔桥桥孔分布数据呈奇数的特点,符合中国传统审美的民族文化要求;桥体设计尺寸与环境的关系;多孔桥望柱栏板的实用性和装饰性。

三、石拱桥的特点,和民族智慧的结晶

早在唐宋明清时期,石拱桥的发展就已遍布全国各地。只是中国地域分布,南北东西地形差异较大,设计建造对于拱形的选择,也就因地制宜。北方偏坦拱,桥面平坦形如玉带,南方偏陡拱,驼峰高耸形如皎月。因地域不同,使用不同,性质不同,所以,建桥造型差异,民族文化表现特点也就随之不同。关于这一点,是从事园林石拱桥设计的从业人员特别需要注意的,因地制宜固然重要,须得结合考虑当地人文,民族民俗文化等特点。

我国石拱桥的建造技术和发展水平,囊括建筑设计、力学、数学、材料学、工程学、绘画学、美术学、地质学、管理学、民俗学、宗教、哲学、石刻艺术等,是中华民族上下几千年来,民族智慧的高度结晶,是桥梁史上民族的瑰宝!其高超的设计建造方式和工艺技术水平,领先西方世界,在当时世界桥梁史上史无前例,领风气之先!

四、园林石拱桥的设计分类

1、从拱形结构分类为:

板拱,肋拱,箱型拱,双曲拱,桁架拱,基本为比较大型的桥梁,本文不作主要叙述;园林景观设计中,为设计受力科学和施工便利起见,又分类为陡拱和坦拱。

陡拱,又发展为两心拱与三心拱。

通常挺拔险峻,彩虹一般俊丽多姿。如颐和园的玉带桥,桥面只能行人步行通过,桥身挺拔则能更好地满足桥下船运,这个特点在长江以南因水系密布,故使用最为广泛;

颐和园玉带桥就是比较典型的陡拱设计,而且是无铰拱,陡拱分类中的双心拱。如下图:

从下图中,可以看出两心拱就是具有两个圆心点的设计。图中ab两点是双心拱桥的计算跨径,o点~m点是该桥的计算矢高,c点与d点分别是该双心拱桥的两个圆心点。沿拱轴线上下两侧,位于拱轴线上侧的为拱背线,位于拱轴线下侧的为拱腹线。拱腹线与拱背线之间的高度则是拱券石。这个拱券石也是拱肋,是桥梁在横向方面依次排列建造的施工依据。

坦拱,又称为割圆拱(是因绘制方法而得名)。

拱形平坦,适合通车或人车通用。如赵州桥,赵州桥既是坦拱,又是敞肩拱。敞肩拱就是在坦拱两端的上方增设两个小拱,小拱的作用不仅减轻桥身荷载,同时又能起到防洪泄洪的作用,还能延长桥身,使桥身受力分布均匀。造型美观,受力科学,在世界桥梁史上首开先河。

赵州桥中间的大跨径是比较典型的坦拱设计,而且是无铰拱,敞肩拱,如下图:

从下图表现,图中表明了计算跨径与上图CAD图纸中的计算跨径相同,但采用了割圆法的设计,矢高却是差别很大,是一个比较平坦的坦拱石拱桥。该桥主要表现计算失跨设计,失跨比值大约1:2.5。陡拱与坦拱的失跨比差别明显,竖向与横向荷载分布均匀,且都是无铰拱桥设计,受力刚劲,坚固耐用,节约投资,使用广泛。

2、从拱圈静力体系分类为:

无铰拱和双铰拱与三铰拱,前面的无铰拱与双铰拱属于超静定结构,后面的为静定结构。

无铰拱,在桥身受力分布方面,主要是由,沿桥身轴向至桥台桥基受力,桥身两端固结于桥台。优特点是受力强度刚度较高,受压受力刚劲,变形系数小,预算经济,节约投资,是石拱桥普遍采用的修建方式,施工建成数量最大。缺点是桥体伸缩与地基沉降,和温度变化引起的变形几无调节,因此,无铰拱的石拱桥设计,必须考虑桥台桥基受力安全,地基与基础坚固结实,稳定耐用;

双铰拱是在桥身两端桥台桥基设置拱铰,拱铰是可以转动的桥支承,结构方式虽不如无铰拱受力刚劲和费用经济,但可减弱桥梁位移伸缩方面的不利因素。对于地基受力条件较差的地区,不宜使用无拱铰的建桥选址,则可使用双铰拱的结构方式;如下图:

双铰拱示意图

三铰拱则是在双铰拱拱顶再增设一道拱铰,结构刚度较之前两者较差,结构方式和维修也更加复杂,且不经济费用较高。因此,不太适宜主拱圈建桥。在园林设计较小跨径的石拱桥建设过程中,这类桥梁用之较少。如下图:

三铰拱示意图

三铰拱除了上述情况,还可以进一步因为设计需要,分类为:带拉杆的三铰拱与带吊杆的三铰拱,均是静定结构。

什么是超静定结构?

这个问题有必要陈述一下:从力学性能角度定义,具有多余约束的几何不变体系,多余约束是指在静定结构上的附加约束,每一个多余约束都带来一个多余未知广义力,并且其总数超过该桥所能列出的独立平衡方程的总数,超出的内容称之为结构的静不定度或静不定次数。这种力学分布特征称为超静定结构,又称静不定结构。受力特点刚劲,变形系数小,是小跨径石拱桥设计建造的最佳经济选择。

什么是静定结构?

在静定结构中,未知广义力的数目相等于该桥结构中所能列出独立平衡方程的数目。能够用平衡方程可以解析确定全部内力,和约束力的几何不变结构,称为静定结构。

对于静定结构受力特点的桥梁,一般非专业人士是不容易弄得清楚,但也不用着急,在园林景观设计项目中,一般使用无较拱结构也就足够使用了。倘若无铰拱结构尚有疑问,可以交流或者私信,一定答疑解惑!

3、从使用材料进行分类:

木制结构拱桥;砖制结构拱桥;砖木混合结构拱桥;石制结构拱桥;石木混合结构拱桥;石、砖、木混合结构拱桥;钢结构拱桥;钢筋混凝土结构拱桥;钢材与钢筋混凝土混合结构拱桥。

4、从石拱桥桥拱的数量进行分类:

又分类为,敞肩拱(如赵州桥)、单孔桥、多孔桥。

单孔石拱桥。桥身既有坦拱也有陡拱之分。尤其陡拱,如颐和园玉带桥,桥跨11.38米,失高7.50米,失高比值小于1:2。拱券陡峻,桥身纤薄,驼峰突起,拱高而顶薄。观之,顿感柔和轻松妖娆多姿,曲线双向弯曲,和谐优美,独具一格。这种桥梁的设计,一般是根据地形和使用性质展开设计。

颐和园玉带桥

多孔石拱桥,奇数孔设置(偶数较少),遍布全国。桥身普遍较长,稍显厚重,但因连续起拱并呈现,从中间沿纵轴向,至桥身两端黄金比例缩小,依次排列,具有强烈的节奏感。因此,虽大,却不失灵秀,且典雅端庄大方。是我国古代桥梁史上比较大型的桥梁建设,适用于宽阔大型水面尤佳!

现存比较完整的也比较多,除去前面已经分享的北京卢沟桥,还有建成于清乾隆年间,北京颐和园昆明湖的十七孔桥等等。昆明湖占地面积较广,常年水位变化不大,修建十七孔桥也能很好地与环境相得益彰。

十七孔桥属于奇数孔,多孔连孔石拱桥。桥的两端出入口分别呈喇叭口,为桥面宽度3~4倍设计。全长150.00米,桥面宽度8.00米。仿卢沟桥桥型而建,共有造型各异的石狮子540余个。

多孔石拱桥,中间大拱向两端依次缩小排列

颐和园昆明湖十七孔桥。设计的重点在于桥孔分布比例,桥基承台受力安全,分水金刚墙桥墩三个方面至关重要。

桥孔分布具体方法:取中间最大桥孔为两侧桥孔尺寸的设计基数,以此类推,计算净跨和计算失高,依次按照4/5~4.5/5比例缩小,桥孔分布尺寸就可以得出。如下图:

一般设于常年水位变动不大的水域比较恰当

分水金刚墙的设计:承载桥体和桥面的支承构件,由平水墙和分水尖组成。分水尖可以设计为水滴形或者三角形,以减小流水阻力从而达到保护分水金刚墙之目的。

桥基承台。是桥体受力的建筑基础,须得坚固耐用。为保护桥墩基础,通常在河底至持力层,铺设护底石,也称为“装板石”,护底石外的上下游两侧,安装“护底牙子”作为栏边。它的主要作用是防止水流冲刷固土保基,以免影响河床和桥墩基础安全。如下图:

护底石与护底牙子,固结与湖床,稳定桥基

桥的两端为靠岸式边金刚墙,也是桥梁设计的主要构件,一般根据入口喇叭形状,八字形分布,必须基础坚实,经久耐用。边金刚墙的用途,呈喇叭口八字形,不仅仅是维护岸基,还担负持续保持稳定桥身,抵御桥身两侧横向推力,作用巨大。

桥头引桥加宽设计,对于引导交通,抵御横向推力作用不小

桥面铺设和桥面栏槛望柱的设计,不影响竖向受力则只是装饰的问题。栏槛造型雕花,可根据桥梁用途,或者地方民族特色进行雕刻图案设计。望柱安装包夹栏板,必须安装牢固,望柱一般安装在地栿上,采取石榫榫卯植筋结构比较妥当。横向推力即以扶手和望柱顶部,水平向外的推力大于1Kn/m,受力稳定,可很好抵御人为使用过程中的横向推力。

望柱底部制作石榫,榫卯植筋结构最为稳妥

本小节重点:

充分了解并掌握:

1、石拱桥的各种分类;

2、有关石拱桥的各类专业术语;

3、各类石拱桥的实际用途,怎样因地制宜实施拱形设计;

4、单孔桥的设计特点,陡拱失跨比对于陡拱桥梁设计有哪些影响?

5、多孔桥连拱应当怎样设计分布?失高和跨径怎样设计?多孔桥有哪些设计特点?多孔桥三个重点。

有关园林景观桥梁设计的内容篇幅较多,后面再继续进行分享,不吝关注!

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