项目数据
地点 - Antoon van Hooffplein 1，阿纳姆
业主 - Koninklijke Burgers' Zoo，阿纳姆
建筑设计 - Koninklijke Burgers' Zoo / Sijven Eindhoven，阿纳姆
结构设计 - ABT，Velp
结构深化设计 - Staalbouwkundig Adviesburo Van Odenhoven
项目管理 - P&H Adviseurs Construction & Real Estate（施工管理与监督），Veldhoven
钢结构施工 - Moeskops Steel Construction，Bergeijk
项目概述
全球大面积红树林正在消失，而红树林对自然生态具有不可或缺的功能。伯格斯动物园希望唤起游客的保护意识，在阿纳姆建造了世界上最大的室内红树林。该红树林以中美洲国家伯利兹的红树林为原型。进入伯格斯红树林后，参观之旅从一座横跨海牛水池（100立方米）的钢桥开始。随后，路线沿栈道穿越红树林。在这片极度盐碱化的环境中，随着潮汐变化产生不同的生态条件，只有少数植物物种能够存活。前方，一扇长12米、高1.8米的弧形亚克力观察窗使游客得以与加勒比海牛近距离接触。伯格斯红树林由一座跨度60米的钢穹顶结构覆盖。加勒比海牛水池蓄水量达100万升。
钢结构设计与用钢说明
设计是一个综合权衡的过程。对于红树林展馆，设计阶段最重要的考量是在两个目标之间审慎取舍：一方面，在最优建筑形态下尽可能扩大生态展示区的展示面积；另一方面，尽可能增大建筑体量，同时通过最小化外立面与屋面面积来控制建造成本。此外，与伯格斯丛林馆和伯格斯沙漠馆一样，结构须建于室外。所选用的弧形屋盖结构很好地满足了上述要求。结构在中部最高，使生态展示的体验效果最佳，同时为树木生长提供了空间。在穹顶较低的部位，仍有足够的净高以满足功能使用需求，且竖向外立面面积被控制在最小范围内。
穹顶结构采用钢材设计，这本身颇为特别，因为此类结构通常采用木材建造。选用钢材的原因在于该生态展示区需要大量自然采光。木结构因截面尺寸较大，会大幅减少采光量，产生大量阴影。
事实证明，钢材更适合承受底部环梁所需的高拉力。
穹顶在一个方向上由直径323毫米、壁厚8毫米的钢管跨越。由于穹顶具有双曲率，各钢管并非相互平行，但总体间距约为4米。最大跨度由五段预制构件组成，平均长度为13米；较小跨度则由更少的构件组成。各构件通过每组十颗螺栓的法兰连接进行拼接。一个重要细节是，中心处的法兰设有所谓的"脱锌孔"，以防止热浸镀锌钢材发生劣化。这是因为整个结构暴露于室外环境，实际的屋面防水层悬挂于结构下方。
主管之间设有斜撑连接，由直径193毫米、壁厚8毫米的钢管组成。斜撑通过叉形节点与主管连接，这些连接板均预制焊接于主管和斜撑管上。由于穹顶的双曲率特性，每个叉形节点的角度各不相同，因此对尺寸精度和加工质量要求极高。在主管和斜撑的安装过程中，整体结构由三套临时支撑体系进行支撑。这是必要的，因为穹顶只有在结构完全合拢后才能获得其整体刚度。穹顶采用逐步累积安装的方式建造，待穹顶合拢后，临时支撑结构随即拆除。
底部环梁承受来自穹顶的全部荷载，其组成管材与主梁相同：直径323毫米、壁厚8毫米的钢管。该环梁同样由预制构件拼接而成，为确保安全，各构件通过40毫米厚的焊接法兰连接。穹顶主管通过法兰与底部环梁连接，短管段焊接于环梁上，管头设有瓶形连接板。这些连接件同样对尺寸精度要求极高，因为由于穹顶曲率的影响，每根主管的连接位置各不相同。
底部环梁由钢柱独立支撑，柱截面为HEA 240型钢，如前所述，柱间距为4.50至5.00米。由于地面标高变化，各柱长度不同。柱间局部设有风撑。所有柱子在安装阶段均设有临时支撑，在穹顶结构安装过程中，每隔两根柱子设置一道拉梁。
特殊构造创新与节点详情
在穹顶边缘，网格结构汇聚于一道环梁。该环梁由摆柱支撑，柱间设有斜向支撑。
分段底部环梁的截面尺寸为 Ø 323.9 × 8 S355J2H，业主提出的设计条件如下：
- 节点须能承受轴向压力 Nc,Rd = 2818 kN
- 热浸镀锌结构须设置"排锌孔"，面积不小于截面面积的30%
- 不允许未焊接的钢材连接，内部亦不例外（两侧均须采用角焊缝或对接焊缝）
- 结构外表面不得积存污垢、落叶等杂物
- 现场拼接节点仅允许采用螺栓连接（不得现场焊接）
节点的最终解决方案通过 IDEA StatiCa Connection 计算确定。
斜向支撑设计面临的挑战如下：
- 此类结构对加工制作公差极为敏感
- 镀锌排锌孔削弱了关键截面的承载能力
- 单侧唇板仅能焊接于一侧
借助 IDEA StatiCa Connection，上述所有问题均得以解决——采用全焊接连接板，无需设置镀锌排锌孔。
结论
用工程团队的话来说："在 IDEA StatiCa Connection 中进行设计，就像是结构深化工程师或结构工程师在使用'乐高'积木。"
图片来源：ABT B.V.