位于瑞典斯德哥爾摩以西110公里的埃斯基爾斯蒂納市Munktellstad區(qū)，STIGA體育競技場園區(qū)自2017年啟用以來，一直是多功能活動(dòng)的熱門場地。這個(gè)園區(qū)不僅適用于各類體育活動(dòng)，還可承辦音樂會(huì)、大型會(huì)議及展覽。主競技場設(shè)計(jì)靈活，可為體育活動(dòng)提供3700個(gè)座位，而在舉辦音樂會(huì)時(shí)則可容納約5000名觀眾。值得一提的是，整個(gè)園區(qū)還包含了三個(gè)獨(dú)立的體育館，進(jìn)一步豐富了其活動(dòng)多樣性。
基于其工程、審美、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保屬性，鋼材在一定范圍內(nèi)是室內(nèi)競技場最常選用的材料。STIGA 體育競技場的大跨度鋼桁架屋蓋為觀眾提供了對無障礙視覺要求的寬闊平面凈空間。
桁架是由桿件組成的骨架，載荷主要以軸向力的方式由各單個(gè)桿件承受，在大跨度結(jié)構(gòu)方面相對傳統(tǒng)工字鋼結(jié)構(gòu)而言通常更具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。相對使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼，在桁架的非不穩(wěn)定機(jī)構(gòu)桿件中有選擇地使用高強(qiáng)鋼可提供顯著的結(jié)構(gòu)輕量化解決方案。
競技場設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方面包括空間使用靈活性、聲學(xué)、節(jié)能與可持續(xù)性考量，此外還考慮了建筑配套服務(wù)設(shè)施的優(yōu)化方案。因其采用了低環(huán)境影響建筑材料及其使用壽命周期的低能耗，本園區(qū)獲得了瑞典綠色建筑委員會(huì)的金質(zhì)證書。
圖 1 STIGA 體育競技場園區(qū)簡圖
圖片來源：由瑞典埃斯基爾斯蒂納市政府提供
圖 2 主場地屋蓋桁架
圖片來源：由 Svante Lundb?ckSE 提供
材料選擇
主場地屋蓋桁架采用了冷成型長方和方形空心型鋼?？招男弯撘蚱浣Y(jié)構(gòu)效率與優(yōu)美外形通常被用于超大跨度桁架。為了優(yōu)化屋蓋桁架設(shè)計(jì)，使用了三個(gè)不同鋼號：S355、S420 與 S700。表1展示了其機(jī)械性能。
S355和S420 是瑞典鋼-鐵 SSAB生產(chǎn)的Domex? Tube Double Grade 鋼種，可滿足并超過EN 10219:2006 標(biāo)準(zhǔn)對S355J3H 與 S420MH鋼號的要求。
這兩個(gè)鋼號的材質(zhì)證書已被提供給客戶。
EN 10219 標(biāo)準(zhǔn)目前只覆蓋最高S460 級別的鋼種。桁架使用的S700 鋼(SSAB Strenx? Tube S700MC)是按EN 10419-2 標(biāo)準(zhǔn)提供的;此標(biāo)準(zhǔn)覆蓋滾壓成型型材用鋼。此標(biāo)準(zhǔn)覆蓋 S315 至 S960 強(qiáng)度的控溫軋制鋼材。EN 10219 的未來修訂版本也將覆蓋高至 S960 的強(qiáng)度，這顯示了對高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)型鋼不斷增長的需求。
需要提示的是新型高強(qiáng)度鋼是典型的低碳微合金化產(chǎn)品，含有高至0.070%(重量)的鈮，主要用來細(xì)化晶粒度，這取決于對最終強(qiáng)度的要求。這種組合使強(qiáng)度與韌性的要求能很容易地同時(shí)被滿足，冷成型性也被提高。此外，因?yàn)槠涮籍?dāng)量較低，此鋼種有著突出的可焊性，不需或可大程度地降低焊接前預(yù)熱。
表 1 各鋼號的機(jī)械性能
設(shè)計(jì)
STIGA 體育競技場園區(qū)由三個(gè)不同的體育館組成，即主競技場和兩個(gè)小競技場。主競技場有約52 x 70 m的平面面積，容納比賽場地和觀眾席。盡管其它兩個(gè)競技場較小，但也要求較寬敞凈平面面積。園區(qū)部分地區(qū)為辦公室和餐飲區(qū)。辦公室與餐飲區(qū)所在的中間樓層是一個(gè)空心樓板，在結(jié)構(gòu)上起到剛性隔墻的作用。
鋼結(jié)構(gòu)骨架由鋼柱、桁架、鋼梁與支撐構(gòu)件組成。屋蓋及豎墻的支撐提供了穩(wěn)定性，可抗橫向風(fēng)載荷并把載荷分布到地基。屋蓋采用鍍層型鋼，墻體采用彩鋼夾芯板。桁架與支撐的柱子之間進(jìn)行鉸接所以不能承受彎曲力矩。柱基也使用鉸接。
主競技場的每一個(gè)桁架柱間跨度為52m，中跨的深度約4m。桁架間距為7 至9m。柱子足夠高以便為競技場提供至少15m 的凈空。桁架、柱子及支撐 構(gòu)件使用的型材為方形空心型鋼(SHS)和長方形空心型鋼(RHS)。
為了優(yōu)化骨架的結(jié)構(gòu)效率，在為鋼結(jié)構(gòu)的每個(gè)部件選用鋼種時(shí)進(jìn)行了細(xì)致的考量。針對結(jié)構(gòu)部件的載荷模式采用更高強(qiáng)度的鋼號可使用較小截面的型材。這造就了較輕的結(jié)構(gòu)，減少了鋼材使用量，節(jié)約了鋼材成本、運(yùn)輸費(fèi)用與制造成本并提高了建筑的環(huán)保性。
圖 3 主競技場柱子和屋蓋桁架
圖片來源：由 Svante Lundb?ckSE 提供
桁架的主要重量依附于弦桿。使用高強(qiáng)鋼制造弦桿可以有效地降低重量并節(jié)約成本。另一方面，盡管切割和焊接斜桿的費(fèi)用為制造成本的主要部分，斜桿在結(jié)構(gòu)總重量中所占比重較低。一個(gè)優(yōu)化分析顯示 STIGA 主競技場的最節(jié)約方案為在支撐件上使用常規(guī)強(qiáng)度 S355 鋼號。S700 鋼號用來制造下弦桿，因?yàn)榇瞬课欢喑惺軓埩λ愿邚?qiáng)鋼的優(yōu)勢得以全面發(fā)揮。上弦桿主要承受壓縮，所以不能完全利用高強(qiáng)鋼的優(yōu)勢;在此使用 S420 鋼號足以提供所需性能。桁架總重量為100 噸，遠(yuǎn)輕于使用常規(guī)強(qiáng)度鋼材的方案。表 2 展示了主競技場使用的型材尺寸。
兩個(gè)小競技場桁架的斜桿使用了 S355 鋼號，上弦桿和下弦桿使用了 S420 鋼號。
表 2 競技場鋼結(jié)構(gòu)部件型鋼尺寸
制造與安裝
安裝作業(yè)始于 2015 年5月，并于 2017 年4月完成。主鋼結(jié)構(gòu)與屋蓋的安裝耗時(shí)約三個(gè)月(圖 5)。
骨架鋼結(jié)構(gòu)部件、夾芯板與鍍層型鋼由位于芬蘭和波蘭的羅奇建筑- Ruukki Construction Oy 生產(chǎn)。建筑骨架結(jié)構(gòu)的安裝由羅奇- Ruukki 負(fù)責(zé)。
為了使鋼結(jié)構(gòu)的制造與運(yùn)輸更便捷，每個(gè)長桁架都分為兩段制造。分別運(yùn)至施工現(xiàn)場后兩段桁架通過螺栓接頭組合在一起，接頭位于跨中上下弦桿處。
為了補(bǔ)償桁架自身重量導(dǎo)致的彎曲變形，桁架弦桿在制造時(shí)預(yù)設(shè)一定弧度，組裝后即看不出有任何下垂。
圖 4 安裝到位的主競技場跨度 52 m 的桁架
