拱桥常用的拱轴线有哪几种(园林景观设计——园林景观工程、中国园林石拱桥设计)

Posted 2023-05-27

篇首语：饱带饥粮，晴带雨伞。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了拱桥常用的拱轴线有哪几种(园林景观设计——园林景观工程、中国园林石拱桥设计)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

拱桥常用的拱轴线有哪几种(园林景观设计——园林景观工程、中国园林石拱桥设计)

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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