康科迪亚设计中心餐厅和屋顶露台(康科迪亚设计中心餐厅和屋顶露台–波兰)

康科迪亚拱桥(Bridge La Concordia)跨越M-12高速公路,连接瓦尔德贝巴斯城区与阿道夫·苏亚雷斯-马德里巴拉哈斯机场。主跨162 米,全长207米,宽24.5米。2021年建成后,成为马德里重要的地标之一。受周围环境的限制,在综合考虑美学与结构效率的基础上,钢拱创新性地采用双层“斜交网格”,并与照明设备充分结合,展示了桥梁独特的个性美。也因此入围了2022年度IABSE创新施工奖项。

兼具吸引力与结构效率的概念设计

2007年3月,西班牙最著名的桥梁工程师收到了一份独家招标邀请,计划修建的这座桥将严格受到M-12高速公路和航空规定的垂直净空限制,162米的跨度范围内不能有任何的支撑结构,更不能影响未来可能会拓宽的下方公路。

招标文件中没有对功能或结构参数进行严格的约束,而是对工程所在地有一些要求,即受到瓦尔德贝巴斯公园城市发展计划的影响。要把这座桥打造成为城市的新地标,瓦尔德贝巴斯的城市名片,还要能从瓦尔德贝巴斯的新城区通往马德里巴拉哈斯机场T-4航站楼。为了彰显个性,需要设计一座独特的桥梁,在城市和周围建筑物中脱颖而出。

最终的设计方案特意将这座桥以清晰、精准的线条呈现出来,更接近罗杰-塔伦的工业设计或航空业的设计,而不仅仅是一个162米跨度的典型结构类型。

在设计过程中,机场的影响从未被忽略。它启发了桥梁的空气动力学造型,桥面仅作为一个外壳,选用镀锌铝漆,使结构看起来类似于T-4航站楼的屋顶。

图1 拱与桥面板连接处的斜格栅详细视图

与此同时,设计这座桥时还受到一个强大的、全面的结构概念的启发,即设计一个形式清晰简单、结构纯粹且极具动态美感和吸引力的桥梁几何形状。最终桥梁的形状从一个倒T形截面演变而来,与下承式拱类型相关,这是一种经典的、建造大跨度桥梁的方案,且不会将水平推力传递给地基。

设计中最独特的形式包括一个双斜面网格,一个可穿透的结构网连接着桥面板和拱肋。斜格栅,除了保证视觉上的通透性,还赋予了结构的动态美,展现了光与影的魅力,用白天与夜晚不同的色调丰富了桥梁的视觉感受。此外,从结构角度来看,这种形状很高效,没有多余的装饰性配件,其结构设计基本上也是正统的。

从结构的立面看,气势恢宏,可识别性强,灵感来自古典、正统的结构类型学。由于这两方面的原因,产生了一个创新的概念设计:建筑吸引力与结构效率相结合。

白天,根据光线强度和司机或行人的视角,穿过斜格栅的光线将成倍增加。而到了晚上,斜格栅成为桥梁的参照物。桥上有昏暗的灯光,由于灯光位于斜格栅之间,光线被包含在它所创造的网格里。

图2 带夜间照明的桥梁效果图

沿着人行道精心设计的灯柱加强了桥梁的照明。此外,几个外部的光点将照亮桥面板的下表面和拱肋向拱脚的过渡处。这种装饰性的照明,昏暗而有暗示性,在功率和方向上有适当的考量,勾勒出了不同的体积、表面和线条,从而在其复杂的周围环境中加强了桥梁的作用。

简洁有力的结构解决方案

尽管方案中提出的创新性形式设计和建造方法在桥梁领域并不常见,但确是源自正统的结构概念设计。正如上文所阐释的那样,其所有元素都来自一个优化的结构方案,任何装饰性或多余的元素都被消除了。

拱肋

整个桥面板悬挂在拱肋上,结构高度为10.30米,跨度为124米(仅考虑桥面板上方的拱),1/12的矢跨比表明这是一个浅拱。拱肋的钢和混凝土组合部分几乎是矩形的,顶部有两个突起,以便连接斜格栅平面。拱的厚度恒定为1.5米,宽度从拱脚处的4米到拱顶处的2米不等。由S355J2钢制成,顶部的厚度最大,拱脚处的厚度最小。从仰角看,拱肋沿半径约为150米的圆形曲线延伸,并沿切线一直延伸到拱脚处。在桥面板下方,继续延伸到支撑物,由于拱肋变得越来越宽,并与桥面板相连,因此形成了一个体积较大的三角形拱肩,呈现出强大的形式感。拱肩的几何形状也有助于分配从拱肋传递到支座的压应力。

图3 吊装拱肋

桥面板

桥面板由一个多室的空心钢箱梁组成,中心处厚3米,上面是0.25米厚的混凝土板,采用S355J2钢,屈服应力为355N/mm2。截面底部沿一条半径21.65米的圆形曲线与桥台相切。

图4 桥面板截面

由于桥梁较宽,扭转力矩是相当重要的。在截面内,每隔5.0米设置一个横向桁架,这样由偏心作用产生的扭转效应就可以转移到“斜腹板”上,在桥面中间的124米处可以承受复合部分的高扭转刚度。出于安全考虑,对桥面的扭转刚度进行了评估。考虑了由于构成桥面复合部分的拉杆所承载的张力而产生的不同开裂假设。

斜格栅

桥面通过S355J2H钢网格与拱门相连,称为“斜格栅”。其结构作用是将桥面上的垂直荷载转移到拱上。它基本上是受拉的,因为作为倒T形截面的腹板可能必须承受的剪应力被拱的抗压能力及桥面板(或系梁)的抗弯刚度而降低。每个斜钢网由两个共面的、相互垂直的管状剖面组成,相对于水平面呈45度角排列。在拱肋的每一侧都有两个斜格栅平面,每个方向都有一个。

图5 组装格栅

斜格栅在其自身平面内的刚度抑制了任何平面内的拱的屈曲问题。同样,拱肋两侧的两个斜格栅平面通过桁架支撑在一起,以防止任何风引起的振动。这些桁架平行于斜格栅,从而防止了视觉和内部照明的干扰。

基础和配重

通过在桥面的宽度上放置一个混凝土配重,使桥梁在其末端处于平衡状态。平衡是在配重的顶部实现的。作用力是桥面板的拉力、配重的垂直力和沿混凝土支柱的压缩,将配重连接到拱的支撑部分。为了便于应力传递,隐藏在桥台内的桥面板,在其最后的1米被设计成预应力混凝土,以这样一种方式,钢制桥面(预应力钢束连接的地方)可以充分传递其张力。

康科迪亚拱桥的设计是一个正统的、优化结构发展后的结果。桥的形式和建筑特点源于结构本身的作用和属性。原创的设计和创新的解决方案,使这座桥满足了人们对结构和审美的要求。

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2023年 第1期 总第111期

资料来源 / 2022年布拉格IABSE研讨会论文集

作者 / Francisco Millanes Mato, Miguel Ortega Cornejo

作者单位 / 马德里技术大学

(Technical University of Madrid)

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