Burgers' Zoo Mangrove, Arnhem, Hà Lan

Dữ liệu dự án

Địa điểm - Antoon van Hooffplein 1, Arnhem

Chủ đầu tư - Koninklijke Burgers' Zoo, Arnhem

Kiến trúc - Koninklijke Burgers' Zoo / Sijven Eindhoven, Arnhem

Thiết kế kết cấu - ABT, Velp

Thiết kế chi tiết kết cấu - Staalbouwkundig Adviesburo Van Odenhoven

Thực hiện  - P&H Adviseurs Construction & Real Estate (quản lý và giám sát thi công), Veldhoven

Kết cấu thép - Moeskops Steel Construction, Bergeijk

Mô tả chung về dự án

Trên toàn thế giới, các khu rừng ngập mặn đang biến mất với diện tích lớn mặc dù chúng có chức năng thiết yếu đối với thiên nhiên. Burgers' Zoo muốn nâng cao nhận thức của du khách và đã xây dựng khu rừng ngập mặn có mái che lớn nhất thế giới tại Arnhem. Khu rừng ngập mặn được xây dựng dựa trên mô hình rừng ngập mặn của đất nước Trung Mỹ Belize. Khi bước vào Burgers' Mangrove, hành trình bắt đầu bằng việc đi qua một cây cầu thép bắc qua hồ chứa lợn biển (100 m3). Sau đó, tuyến đường tiếp tục trên một sàn đi bộ xuyên qua rừng ngập mặn. Rất ít loài thực vật có thể tồn tại trong khí hậu cực kỳ mặn này, nơi các điều kiện khác nhau xuất hiện theo thủy triều lên xuống. Phía trước, du khách có thể tiếp xúc trực tiếp bằng mắt với những con bò biển Caribbean nhờ một cửa sổ acrylic cong dài 12 m và cao 1,8 m. Burgers' Mangrove được bao phủ bởi một kết cấu vòm thép đường kính 60 m. Hồ chứa lợn biển Caribbean được lấp đầy bằng 1 triệu lít nước.

Mô tả kết cấu thép và/hoặc việc sử dụng thép

Thiết kế là một quá trình tổng thể trong đó các lựa chọn được cân nhắc kỹ lưỡng. Đối với sảnh rừng ngập mặn, cân nhắc lớn nhất trong quá trình thiết kế là sự lựa chọn cẩn thận giữa diện tích bề mặt tối đa có thể cho việc trưng bày sinh thái trong một hình dạng công trình tối ưu và, mặt khác, thể tích lớn nhất có thể, trong đó chi phí xây dựng được kiểm soát bởi diện tích mặt đứng/mái nhỏ nhất có thể. Ngoài ra, kết cấu phải được thực hiện ở bên ngoài, giống như với Burgers' Bush và Burgers' Desert. Kết cấu mái hình vòm được chọn phù hợp tốt với các yêu cầu đã đề cập ở trên. Kết cấu cao nhất ở giữa, giúp tối ưu hóa trải nghiệm của khu trưng bày sinh thái và cho phép cây cối phát triển. Ở các phần thấp hơn của vòm, có đủ chiều cao còn lại để sử dụng không gian một cách hiệu quả và diện tích mặt đứng thẳng đứng được giữ ở mức tối thiểu.

Kết cấu vòm được thiết kế bằng thép, điều này tự nó đã đáng chú ý, vì nhiều kết cấu loại này được thiết kế bằng gỗ. Thép được chọn vì khu trưng bày sinh thái này cần nhiều ánh sáng tự nhiên. Kết cấu gỗ sẽ làm giảm đáng kể lượng ánh sáng chiếu vào do kích thước tiết diện lớn, tạo ra nhiều bóng tối. 

Thép tỏ ra phù hợp hơn nhiều cho các lực kéo lớn cần thiết trong vòng đáy. 

Vòm được nhịp theo một hướng bởi các ống thép có đường kính 323 mm và độ dày thành 8 mm. Các ống không chạy song song với nhau do độ cong kép của vòm, nhưng nhìn chung, chúng cách nhau khoảng 4 mét. Nhịp lớn nhất bao gồm năm cấu kiện đúc sẵn với chiều dài trung bình 13 mét; các nhịp nhỏ hơn bao gồm ít cấu kiện hơn. Các bộ phận được ghép nối bằng liên kết bích với mười bu lông mỗi liên kết. Một chi tiết quan trọng là các bích ở phần lõi có các lỗ chống khử kẽm để ngăn chặn sự xuống cấp của thép mạ kẽm nhúng nóng. Điều này là do toàn bộ kết cấu được tiếp xúc với điều kiện bên ngoài vì lớp chống thấm mái thực sự được treo bên dưới.

Giữa các ống chính, có các liên kết thanh chống chéo, bao gồm các ống có đường kính 193 mm và độ dày thành 8 mm. Các thanh chống được liên kết với các ống chính bằng khớp nối chạc. Các bản của các liên kết này được chế tạo sẵn vào các ống chính và ống thanh chống. Điều này đòi hỏi kích thước và công việc chính xác, vì mỗi khớp nối chạc có góc độ khác nhau do độ cong kép của vòm. Trong quá trình lắp ráp các ống chính và các thanh chống, toàn bộ kết cấu được tạm thời đỡ bởi ba kết cấu phụ trợ. Điều này là cần thiết vì vòm chỉ đạt được độ bền khi kết cấu vòm thực sự được khép kín. Vòm được xây dựng từng bước một. Sau khi vòm được khép kín, kết cấu phụ trợ được tháo dỡ.

Vòng đáy hấp thụ tất cả các lực từ vòm. Nó được cấu thành từ các ống giống như các dầm chính: ống có đường kính 323 mm và độ dày thành 8 mm. Dầm này cũng được tạo thành từ các cấu kiện đúc sẵn, được liên kết bằng các bích hàn dày 40 mm, để đảm bảo an toàn thêm. Các ống chính của vòm được liên kết bích vào vòng đáy. Các đoạn ống ngắn được hàn vào đây với một bản đáy ở đầu. Đối với các cấu kiện ghép nối này, kích thước chặt chẽ và độ chính xác cũng được yêu cầu, vì vị trí của các liên kết này lại khác nhau đối với mỗi ống chính do độ cong của vòm.

Vòng đáy được đỡ độc lập bởi các cột thép, tiết diện HEA 240, như đã đề cập, được bố trí cách nhau từ 4,50 đến 5,00 m. Các cột có chiều dài khác nhau do sự thay đổi của cao độ mặt đất. Ở một số vị trí, giằng gió được áp dụng giữa các cột. Tất cả các cột được giằng trong quá trình lắp ráp và trong quá trình lắp ráp kết cấu vòm, dầm kéo được bố trí cứ hai cột một.

Sự khéo léo về kết cấu đặc biệt / chi tiết

Tại mép vòm, kết cấu lưới hội tụ thành một vòng. Vòng này được đỡ bởi các cột con lắc và giằng chéo được áp dụng giữa các cột. 

Vòng đáy phân đoạn  có kích thước Ø 323,9 x 8 S355J2H, các điều kiện do khách hàng yêu cầu như sau:

• Liên kết cần chịu được lực dọc N_c,Rd = 2818 kN
• Kết cấu mạ kẽm nhiệt cần có 'lỗ thoát' ≥ 30% tiết diện ngang
• Không cho phép thép liên kết không hàn, kể cả bên trong (hàn góc hai phía hoặc hàn đối đầu)
• Bên ngoài kết cấu không được phép tích tụ bụi bẩn, lá cây, v.v.
• Liên kết lắp ráp chỉ bằng bu lông (không hàn tại công trường)

Giải pháp cuối cùng cho các nút liên kết được tính toán bằng IDEA StatiCa Connection.

Đối với thiết kế giằng chéo, thách thức đặt ra như sau:

• kết cấu như vậy rất nhạy cảm với dung sai chế tạo
• các lỗ để mạ kẽm làm yếu tiết diện ngang tới hạn
• 1 cánh chỉ có thể hàn vào 1 phía  

Bằng cách sử dụng IDEA StatiCa Connection, tất cả các vấn đề này có thể được giải quyết với các bản hàn hoàn hảo và không cần lỗ để mạ kẽm.

Kết luận

Theo lời của nhóm kỹ sư: "Thiết kế trong Idea StatiCa Connection giống như sử dụng các khối "LEGO" đối với Kỹ sư chi tiết hoặc Kỹ sư kết cấu."

Nguồn ảnh: ABT B.V.