威廉迪爾橋(Vierendeel Bridge)設計簡介

羅瑞剛技師

以往預力梁尚未開發使用以前，鐵路橋都使用鋼橋，跨距較小者採用上承式鋼鈑梁橋(steel plate girder)，跨距較大者採用鋼拱橋或是穿越式鋼桁架橋(steel truss)，尤其是華侖式桁架(warren truss)用得最多。高鐵烏日站及其附近也採用此型鋼桁架橋，不過上下樑及斜撐之尺寸看起來似乎很龐大。公路局在北橫及中橫公路也有使用鋼桁架橋。在人行陸橋方面，在台北市民權西路與承德路交叉路口採用交叉鋼管斜撐之鋼架橋。

在公路及鐵路橋梁，由於行車速度很快，桁架斜撐並不影響景觀，唯在人行陸橋考慮到景觀時，想到桁架如果沒有斜撐不是更好看嗎?民國68年台北市政府考慮到大安區龍安國小學童穿越新生南路及和平東路上學之安全問題。鑒於新生南路(寬40m)，和平東路(寬35m)道路既寬通行車輛又多，學童走路比較慢，還沒有走完綠燈已變成紅燈，於是市政府決定採用口字型人行陸橋，該陸橋由中華顧問工程司承辦設計。

該橋設計時由結構部經理林樹柱技師全程督導並指示寶貴意見，副理林澄燦技師提示主橋及樓梯造型之意匠設計，由廖耀宇技師首度採用沒有斜撐之威廉迪爾構架(筆者自譯名)(vierendeel frame)作結構分析及鋼構設計。現況如(照片1)

威廉迪爾構架與桁架不同之點就是只有梁柱組成之框架沒有斜撐。我們在學校讀結構學時知道桁架(truss)是利用斜撐將垂直載重產生之剪力傳遞到兩端的支承，如果沒有斜撐那麼載重產生之剪力怎麼辦，這種結構是不是有問題。由於威廉迪爾構架沒有斜撐，所有垂直剪力均由上下梁來傳遞。梁與柱的結合不是鉸接(hinge)而是剛接(ridge)。上下粱除了承受張力或壓力之軸力之外還有彎矩及剪力，柱也是有軸力、彎矩及剪力，整個結構就是剛構架(ridge frame)。

本陸橋設計期間承蒙鋼結構副理曾清銓技師、組長李榮南技師熱心指導，以及林松裕技師、莊信男技師鼎力協助，由羅瑞剛技師統合完成本設計。本橋由新台灣基礎公司承包，鋼結構由中鋼結構公司製造施作及安裝完成。民國72年完工開放通行，綠色油漆塗裝的外表，優雅、清純、美觀與鄰近的的大安森林公園很協調配合。(註:那時候還沒有大安森林公園)。再加上本橋是國內首度開發使用之壁式迴轉樓梯。(照片2)。可以說是一項非常理想的搭配。

壁式迴轉樓梯厚度為50公分、長度約4公尺，兩端以圓弧收尾很美觀，本橋迴轉樓梯有許多特點，茲說明如下：

(1) 樓梯短只有7公尺長，一般直梯要14公尺，唯樓梯處之人行道寬度要有4公尺以上

(2) 樓梯重量不加在主橋上，樓梯位置可配合現況移位及調整方向

(3) 階梯同一寬度，不像一般圓形迴轉樓梯因階梯寬度不同而踩空摔落。本樓梯每一踏階均是30公分寬、15公分高，無論是6歲學童或是80歲老翁都能走。這是依據日本「橫斷步道橋設計指針」之規定設計。

(4) 壁側有不鏽鋼扶手，外側有不鏽鋼欄杆高120公分，直桿中心間距為15公分，淨寬只有13.5公分，小孩的頭伸不出去，因此身體也出不去，絕對安全。

(5) 樓梯第一段由道路側爬上，經過迴轉平台到內側就有2.1公尺之淨高，行人可由樓梯下方通過，不妨礙交通。半圓形之迴轉平台，美觀大方，頗令行人喜愛。

(6) 配合主橋，本樓梯有頂蓋，可遮陽又可避雨，很適合多雨及多日照的台北市。

其後此型人行陸橋，本工程司推廣設計應用在士林區陽明國中附近跨越中正路之人行陸橋。以及高雄市中正路技擊館跨越中山高速公路之人行陸橋(照片3)，此橋甚高在12公尺以上，壁式迴轉樓梯有五段、四個迴轉平合(照片4)。以上所述人行陸橋之梁柱斷面均為焊接組合H型鋼斷面主構架鋼鈑用高強度鋼ASTM.A572Gr.50亦即JIS.SM490鋼鈑(以下同)。

再者，國道第二高速公路關廟休息站東西兩側跨越高速公路上方之鋼橋，為考慮景觀不用斜撐所以也採用此型剛構橋梁。(照片5)。橋上預定設置咖啡座提供旅客在橋上一邊喝咖啡，一邊欣賞來往車輛之風景。由於本橋跨度長60公尺、寬9公尺載重相當大，所以梁柱主構材都用高強度鋼鈑焊接組合之箱型斷面。

關於應用在公路橋梁方面，在台北市環東大道跨越基隆河段採用羅傑式(rhose bridge)雙層橋面版之鋼拱橋也併用威廉迪爾構架。(照片6)。另外在南京東路六段跨越基隆河之麥帥一橋也是用羅傑式單拱雙層橋面版之鋼拱橋。在鋼拱兩側也併用威廉迪爾構架。(照片7)。鋼拱與威廉迪爾構架組合而成一體構造，以三維立體結構作承受載重結構分析，主要構材均採用由高強度鋼板焊接組合而成之箱型斷面。

至於台鐵及高鐵之鐵路橋，由於列車載重太大，這種沒有斜撐之鋼橋可能無法應用。據說日本新幹線未來之設計趨勢是盡量減少車輛載重，一方面可以提高行車速率，另一方面可以節省土木工程之施工成本。方法是一方面增加動力機車的數量，一列車可能有三至四個動力機車，一個機車拉三至四個車廂，如此可以減輕動力車的重量。另一方面車體原設計使用年限是30年，以後改為15年，車體採用較輕較薄的材料以減少車廂重量。或許有一天新幹線也有可能出現這種威廉迪爾式鋼橋。

今後鋼橋設計趨勢逐漸重視景觀考量，採用(vierendeel frame)代替(truss)是一個不錯的選擇，僅以此文提供技師先進參考。

照片1		照片2		照片3		照片4
照片5		照片6		照片7