Afstudeerrapport Constructief ontwerp hoogbouw Onderzoek naar een effectievere verantwoording voor de keuze van constructiematerialen en draagprincipes in hoogbouwprojecten

Bouwkunde (COB) Afstuderen Juni 2014

Bart de Groot 2045094

Linda Keeris 2021161

Afstudeerbegeleiders:

- Ir. A.W.A.M.J. van den Bogaard

- Ir. A.T.J. Welters

Bedrijfsbegeleider:

- Ing. M.H.G.A Meulendijks PMSE

i, Samenvatting; Constructief ontwerp hoogbouw

Deel 1; Literatuurstudie De verschillende aspecten die komen kijken bij het ontwerp van een hoogbouwconstructie, maakt dat de afweging tussen verschillende constructieprincipes lastig is. Meestal wordt in het voorontwerp wel een afweging meegenomen, maar hier wordt niet erg diep op ingegaan.

Het doel van dit onderzoek is om achter de belangrijkste beweegredenen te komen voor de keuze van het constructiemateriaal en –principe bij een bepaald ontwerp. Verschillende toepassingen zijn geschikt, maar hebben zo hun voor- en nadelen. Deze voor- en nadelen zijn vaak gebouwspecifiek en komen voort uit de technische en esthetische eisen voor het gebouw.

De vraag die met dit onderzoek beantwoord wordt is: Wat zijn de belangrijkste aandachtspunten bij het constructieve ontwerp van hoogbouw in Nederland en hoe kunnen deze aandachtspunten gebruikt worden om de keuze tussen constructiematerialen en draagprincipes beter en sneller te verantwoorden?

In dit onderzoek zijn ten eerste verschillende hoogbouwprojecten in Nederland constructief onderzocht. Aan de hand van deze voorbeeldprojecten worden per gebouw de voornaamste constructieve voor- en nadelen op een rijtje gezet.

Vervolgens worden een aantal veel voorkomende aspecten van hoogbouwprojecten in Nederland op een rijtje gezet. Door deze aspecten terug te koppelen aan de voorbeeldprojecten, kan onderzocht worden welke invloed deze aspecten hebben op de keuze van het constructiemateriaal en het draagprincipe.

De onderzochte ontwerpaspecten zijn: Flexibiliteit in de gevel, flexibiliteit in de vloerindeling, het eigen gewicht van de constructie, eventuele uitkragingen en gevelsprongen in het ontwerp, de grote van de bouwplaats, de bouwtijd, de aanvullende eisen voor brandveiligheid, de aanvullende eisen voor geluidswering en de voorbereidingstijd.

De invloed van deze aspecten op het constructieprincipe, worden in beeld gebracht. Het product daarvan is een matrix waarin de behandelde constructieprincipes en de belangrijke aspecten tegen elkaar uitgezet worden. Door het invullen van wegingsfactoren per aspect, komt de beste draagstructuur naar voren met betrekking tot de technische en esthetische eisen van het gebouw. Dit product is te gebruiken als ontwerphulpmiddel voor de architect of voor een snelle afweging voor de constructeur.

Deel 2; casus Dit deel bevat een alternatief constructief ontwerp van een bestaand hoogbouwproject. De opgedane kennis uit de literatuurstudie kan worden gebruikt, om de invloed van de criteria toe te passen en tot een goed constructief ontwerp te komen. Het ontwerp is op twee manieren uitgewerkt op de belangrijkste constructieve knelpunten. Beide ontwerpen worden teruggekoppeld naar het bestaande gebouw, de matrix en de literatuurstudie.

Uiteindelijk wordt het ontwerpproces en de uitkomsten van de ingevulde matrix naast elkaar gelegd. De uitkomsten uit de ingevulde matrix en de gemaakte varianten zijn hetzelfde. De conclusie is dat de matrix goed werkt om het ontwerpproces te versnellen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 2

ii, Summary; The structural design of high rise buildings in the Netherlands

Part 1; literature study The important aspects for the design of a high rise building in the Netherlands, makes the consideration of different structural principles difficult. Mostly a consideration is made in the preliminary design but it is not really thorough.

The goal of this study is to find the most important reasons of choosing a construction material and structural principle. A lot of constructions are useable, but have their pros and cons. These pros and cons are mostly specific for the building and come from the technical and esthetic demands for the building.

The answered question in this research is: What are the most important points of interest when designing a high rise construction in the Netherlands and how can these points be used to improve the decision making for the construction materials and structural principles?

This research contains analysis of the construction of some high rise projects in the Netherlands. With these results, the pros and cons of the structural principles can be used to see what is important for which building.

With the projects analyzed, a list is made of frequent criteria that have an influence on the decisions that were made during the design process of the construction. These criteria are put together with the structural principles and are given a value, so it’s possible to see which structural principle is good at what aspects.

The design aspects are: Flexibility of the façade, flexibility of the floor plan, the weight of the construction, cantilevers or setbacks in the façade, the size of the construction site, the construction time, the additional demands for fire safety, the additional demands for sound insulation and the preparation time before actual construction.

With these values in order, a matrix has been made to quickly choose a structural principle that is best for the design of a building. By filling in variables, which show importance to all the criteria, you can see which structural design is most ideal. An architect can use this tool to see which structural design fits best with his vision. Also a structural engineer can use the tool to quickly see which design doesn’t work and which does.

Part 2; Case study This part of the research contains a structural design of a high rise building in the Netherlands. The found influences of the aspects in the literature study are used to make this design. Two different designs are worked out to a definitive design. The most important bottlenecks will be worked out to a definitive version to show that the designs are plausible. With these designs it’s possible to see if the literature study is correct and the matrix is working properly.

The results from the matrix are equal to the result of the design process. This means that the matrix works properly for this project and is much faster and easier to use.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 3

iii Inhoudsopgave

1. Inleiding ...... 7 1.1. Aanleiding ...... 7 1.2. Probleemstelling ...... 7 1.3. Onderzoeksvraag ...... 8 1.4. Hypothese ...... 8 1.5. Doel ...... 8 1.6. Opzet ...... 9 2. Definitie hoogbouw ...... 10 3. Materialen ...... 10 4. Draagprincipes ...... 10 5. Aspecten hoogbouw ...... 11 6. Invloed aspecten hoogbouw...... 12 6.1. Functie ...... 12 6.1.1. Wonen ...... 12 6.1.2. Werken ...... 13 6.2. Esthetische kenmerken ...... 14 6.3. Stabiliteit ...... 15 6.3.1. Stabiliteitsprincipes voorbeeldprojecten ...... 16 6.4. Gewicht...... 19 6.5. Functionaliteit...... 20 6.5.1. Netto/bruto-verdiepingshoogte ...... 20 6.5.2. Netto/bruto-vloerverhouding ...... 20 6.6. Uitvoering ...... 21 6.6.1. Bouwplaats ...... 21 6.6.2. Bouwtijd ...... 21 6.6.3. Wind ...... 22 6.7. Brandveiligheid ...... 22 6.8. Geluidswering ...... 23 6.9. Conclusie ...... 24 7. Matrix ...... 25 7.1. Opbouw matrix ...... 25

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 4

7.2. Conclusie ...... 27 8. Conclusie ...... 28 9. Aanbeveling ...... 28 Literatuurlijst ...... 29 1. Inleiding ...... 31 1.1. Doel ...... 31 1.2. Opzet ...... 32 2. Ontwerp ...... 33 2.1. Schetsontwerp ...... 33 2.2. Criteria ...... 33 2.3. Conclusie ...... 40 3. Ontwerpkeuzes ...... 41 3.1. Vloerkeuze ...... 41 3.2. Plattegrond ...... 42 3.3. Variant A...... 44 3.4. Variant B ...... 50 3.4.1. Krachtsverdeling knooppunten knik ...... 53 3.4.2. Dimensionering ...... 54 3.5. Conclusie/samenvatting ...... 56 4. Uitwerking ...... 57 4.1. Uitwerking algemeen ...... 57 4.1. Variant A...... 61 4.2. Variant B ...... 64 5. Analyse bestaand ontwerp Fifty Two Degrees ...... 67 6. Terugkoppeling ...... 69 6.1. Literatuurstudie/Matrix ...... 69 6.2. Bestaand gebouw ...... 71 7. Conclusie ...... 72 Literatuurlijst ...... 73

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 5

Deel 1; Literatuurstudie Constructief ontwerp hoogbouw

Bouwkunde (COB) Afstuderen 2014

8 april 2014

Bart de Groot 2045094

Linda Keeris 2021161

1. Inleiding

1.1. Aanleiding

In Nederland zijn we rond 1970 met hoogbouw begonnen. Beton was op dat moment al in een ver stadium van ontwikkeling en daarom werd beton als constructiemateriaal gebruikelijk bij hoogbouw in Nederland. In andere landen, als bijvoorbeeld de Verenigde Staten, werd al veel langer hoogbouw toegepast. Het Empire State Building in New York is bijvoorbeeld 382 meter hoog en stamt uit 1931 (zie Figuur 1. Empire State Building (z.j.). Geraadpleegd via http://www.empirestaterealtytrust.com/properties/office/e mpire-state-building1. In die tijd was beton nog niet sterk genoeg om een dergelijk hoogte te bereiken. Dus werd er voornamelijk met staal gebouwd. Het hoogste gebouw in Nederland is op dit moment 165 meter hoog en is in 2009 opgeleverd. Dit is de Maastoren in Rotterdam(zie Figuur 2, De Maastoren, z.j.).

Hoogbouw wordt voornamelijk in staal, beton of in een combinatie van de twee uitgevoerd. Dit zijn veruit de meest Figuur 1. Empire State Building (z.j.). Geraadpleegd via praktische materialen om de grote belastingen van een http://www.empirestaterealtytrust.com/properties dergelijk gebouw aan te kunnen, zonder te massief of te duur /office/empire-state-building1 te worden. Tegenwoordig worden er steeds meer hybride constructies toegepast. Na de ramp op 11 september 2001 met het WTC in New York worden er in het buitenland steeds vaker betonnen kernen toegepast om als eerste of tweede draagweg te dienen.

1.2. Probleemstelling

Aannemers in Nederland kiezen vaak voor het materiaal waar ze de meeste ervaring mee hebben. Dit is voor deze partij natuurlijk het makkelijkst. De materiaalkeuze kan dus afhangen van traditie en specialisatie van de aannemer, maar het kan ook afhangen van een groot aantal technische en esthetische aspecten die vaak gebouwspecifiek zijn. De grootte van de bouwplaats en het gewicht van de constructie zijn hier enkele voorbeelden van.

Deze verschillende aspecten maakt dat de afweging tussen verschillende constructieprincipes lastig is. Meestal wordt in het voorontwerp wel een afweging meegenomen, maar hier wordt niet Figuur 2. De Maastoren (z.j.). erg diep op ingegaan. Hierdoor kan een mogelijk constructieprincipe Geraadpleegd via in het begin al afvallen, terwijl dit later misschien beter blijkt te zijn. http://www.villapalladio.nl/wp- Het globaal uitwerken van verschillende ontwerpen is ook geen optie content/uploads/2010/07/Maastoren_ dampartners.jpg omdat dit te veel tijd kost.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 7

1.3. Onderzoeksvraag

De hoofdvraag voor dit onderzoek is:

Wat zijn de belangrijkste aandachtspunten bij het constructieve ontwerp van hoogbouw in Nederland en hoe kunnen deze aandachtspunten gebruikt worden om de keuze tussen constructiematerialen en draagprincipes beter en sneller te verantwoorden?

Om deze vraag te beantwoorden, moeten er eerst een aantal deelvragen worden beantwoord.

Wat is de definitie van hoogbouw in Nederland?

Welke materialen zijn geschikt voor hoogbouw?

Welke draagprincipes worden er gebruikt voor hoogbouw?

Welke aspecten zijn belangrijk bij hoogbouw?

Welke invloed hebben de belangrijke aspecten in hoogbouw op het constructieve ontwerp?

Hoe kan de invloed van de aandachtspunten in een hoogbouwontwerp in Nederland in beeld worden gebracht, zodat er een bruikbaar product ontstaat om het ontwerpproces te verbeteren en te bespoedigen? 1.4. Hypothese

De keuze voor het constructiemateriaal en voor het constructieprincipe kan sneller en in een eerder stadium worden verantwoord in een matrix, door middel van afwegingen tussen verschillende aandachtspunten en de constructieprincipes.

1.5. Doel

Het doel van dit onderzoek is om achter de belangrijkste beweegredenen te komen voor de keuze van het constructiemateriaal en -principe. Verschillende toepassingen zijn geschikt, maar hebben zo hun voor- en nadelen. Deze voor- en nadelen zijn vaak gebouwspecifiek en komen voort uit de technische en esthetische eisen voor het gebouw.

Door in beeld te brengen, wat de invloed van de aandachtspunten in hoogbouw op het draagprincipe is. Kan er een handvat gemaakt worden om een keuze sneller te verantwoorden. Deze kan gebruikt worden door de architect, maar ook door de constructeur. De architect ziet sneller bij de aspecten die hij belangrijk vindt aan het gebouw, welke mogelijke draagprincipes er zijn. Zo kan hij eerder rekening houden met de invloed van de constructie op het ontwerp. De constructeur heeft daarnaast een handvat waarbij te zien is welke principes al snel afvallen bij belangrijke eisen aan het gebouw. Technische aandachtspunten komen zo dus in het ontwerpproces al snel samen met de constructieve toepassingen. Hierdoor kunnen de verschillende belanghebbende partijen alvast rekening houden met elkaars eisen voor het ontwerp.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 8

1.6. Opzet

Er worden verschillende hoogbouwprojecten in Nederland constructief onderzocht. Aan de hand van deze voorbeeldprojecten worden per gebouw de voornaamste constructieve voor- en nadelen op een rijtje gezet. Bij elk ontwerp willen we achter de beweegredenen komen die destijds gemaakt zijn met betrekking tot het constructiemateriaal en de draagstructuur.

Vervolgens worden een aantal veel voorkomende aspecten van hoogbouw op een rijtje gezet. Door deze aspecten terug te koppelen aan de voorbeeldprojecten, kan onderzocht worden welke invloed deze aspecten hebben op de keuze van het constructiemateriaal en het draagprincipe.

Uiteindelijk wordt de invloed van deze belangrijke aspecten op het constructieprincipe, in beeld gebracht. Er wordt onderzocht op welke manier, dit in een bruikbaar product kan worden omgezet om het ontwerpproces te versnellen. Hierna zal dit product gerealiseerd worden.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 9

2. Definitie hoogbouw

Wat is de definitie van hoogbouw in Nederland?

De definitie van hoogbouw verschilt per gemeente. De gemeente Tilburg noemt een gebouw hoogbouw als er een lift nodig is. Dit is dus boven de vier verdiepingen of 15 meter. De gemeente Rotterdam noemt een gebouw hoogbouw als het hoger is dan 70 meter. De meeste gemeenten hanteren een grens van ongeveer 25 meter (Berg, R., van den Bokkers, T., Witteman, B. & Zandbelt, D. (2008)).

Voor dit onderzoek wordt de grens van 70 meter aangehouden. Dit is ook de grens die het bouwbesluit hanteert. Vanaf deze hoogte moet er extra gekeken worden naar de brandveiligheid van het gebouw en valt het gebouw in gevolgklasse CC3.

3. Materialen

Welke materialen zijn geschikt voor hoogbouw?

Voor hoogbouw worden voornamelijk maar twee constructiematerialen gebruikt. Dit zijn staal en beton. Dit zijn veruit de meest praktische materialen om de grote belastingen van een dergelijk gebouw aan te kunnen, zonder te massief of te duur te worden. In hoogbouw kan ook een combinatie van die twee materialen gebruikt worden, namelijk een hybride constructie. Andere materialen, zoals hout, worden niet geschikt geacht voor hoogbouw. Dit betekend niet dat het niet kan, maar dat het vooral onpraktisch is of dat we er geen ervaring mee hebben.

In dit onderzoek wordt alleen gekeken naar hoogbouw in de materialen staal, beton of een combinatie van die twee. Overige bouwmaterialen worden dus buiten beschouwing gelaten.

4. Draagprincipes

Welke draagprincipes worden er gebruikt voor hoogbouw?

Door het analyseren van twaalf verschillende hoogbouw projecten in Nederland (zie Bijlage; 1), zijn er een aantal bruikbare draagprincipes uitgekomen.

De principes die worden meegenomen in het onderzoek en in de matrix zijn:

- Stabiliteits/dragende wanden - kernconstructie met kolommen - Gevelbuis met kolommen binnen - Buis in Buis - Outrigger met kolommen

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 10

5. Aspecten hoogbouw

Welke aspecten zijn belangrijk bij hoogbouw?

Verschillende aspecten hebben invloed op de constructiekeuze in hoogbouw. Door de belangrijke punten uit geanalyseerde gebouwen te halen (zie Bijlage; 1), hebben we een aantal aspecten benoemd die belangrijk zijn voor de draagstructuur van hoge gebouwen.

De uitgangspunten die we behandelen in het onderzoek zijn:

 Functie o Kantoor o Wonen  Esthetische kenmerken o Uitkragingen o Gevelverspringing o Transparantie  Gewicht Constructie o Uitkragingen o Fundering  Stabiliteit o Wind o imperfecties  Uitvoering o Bouwplaats o Bouwtijd o Maattolerantie  Brandveiligheid o Vluchtroute o Eisen m.b.t. tijd o Vloerpakket  Functionaliteit o Netto/bruto verdiepingshoogte o Netto/bruto-vloerverhouding  Geluidswering o Massa o Aanvullende eisen

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 11

6. Invloed aspecten hoogbouw

Welke invloed hebben de belangrijke aspecten in hoogbouw op het constructieve ontwerp?

Er wordt onderzocht bij welke uitgangspunten voor een bepaald constructieprincipe wordt gekozen. Om achter deze beweegredenen te komen, worden verschillende hoogbouwprojecten in Nederland constructief onderzocht. Deze zijn terug te vinden in Bijlage;1.

Bij de verschillende aspecten die worden behandeld, wordt teruggekoppeld naar de onderzochte hoogbouwprojecten. Hierbij wordt aangegeven welke invloed het bepaalde aspect heeft gehad bij de keuze voor het constructieve ontwerp. Zo wordt per aspect duidelijk welke invloed deze heeft op het constructieprincipe.

6.1. Functie

Hoogbouw wordt vrijwel alleen gebruikt voor appartementen, kantoren of een combinatie van die twee. Er zijn ook nog andere functies die gebruik maken van hoogbouw zoals onderwijsgebouwen en ziekenhuizen. Deze worden niet meegenomen in het onderzoek. Wonen en werken vereisen beide een zeer verschillende aanpak. De eisen aan deze functies zijn namelijk niet hetzelfde.

6.1.1. Wonen

Wonen in hoogbouw kan tegenwoordig worden ondergebracht in twee disciplines, namelijk traditionele appartementen en flexibel wonen. De draagstructuur bij wonen is vooral afhankelijk van brandveiligheid en geluidswering.

De traditionele appartementen hebben vaste afmetingen en een vaste indeling. De wanden en het leidingwerk liggen vooraf al vast. Voor dit type appartementen wordt vooral in het werk gestort beton gebruikt. Dit ligt voor de hand, omdat er voor appartementen een hoge geluidsweringseis is. Door in het werk gestort beton te gebruiken stort je alle elementen aan elkaar, zodat er geen contactgeluidslekken ontstaan. Hier wordt in het onderzoek op een abstract niveau rekening mee gehouden. Er wordt alleen gekeken naar de basale geluidskenmerken van de principes. De geluidswering is afhankelijk van de dikte van de wanden en vloeren. De dikte voor de geluidsweringseis voldoet vaak ruim met betrekking tot de constructieve eis.

Omdat de plattegronden van de appartementen vooraf vast liggen, zijn bijvoorbeeld de woningscheidende wanden zeer geschikt voor de stabiliteit. Deze wanden zullen zeer waarschijnlijk niet meer doorbroken worden. Ook hier heeft in het werk gestort beton een groot voordeel omdat de knopen momentvast verbonden zijn. Zo worden de wanden en vloeren een geheel en Figuur 3. Doorsnede worden de horizontale krachten via de momentvaste knopen naar de Montevideo. fundering afgevoerd en ontstaat er een stabiel geheel. Zo hebben de Overgenomen uit constructieve elementen meteen drie functies namelijk: woningscheidend, Bouwen met Staal, Montevideo, oktober geluidwerend en stabiliteit. 2005, door Spangenburg, W., van Eerden, A.R.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 12

Voor de flexibele appartementen ligt het vaak anders en is de afweging ingewikkelder. Omdat hier geen vaste indeling is voor de plattegronden, kan moeilijk gebruik worden gemaakt van stabiliteitswanden. Hier wordt dus eerder gekozen voor een staalskelet, een kern of een buis in buis constructie. De afweging hiervan heeft vooral veel te maken met de visie van de architect.

Bij de Montevideo in Rotterdam is goed te zien hoe beide appartement types in een gebouw voor kunnen komen (zie Figuur 3, Spangenburg, van Eerden, 2005). De eerste 88 meter hoogte heeft een vaste indeling en hier is dan ook gebruik gemaakt van een in het werk gestort principe met stabiliteitswanden. Daarboven komen luxe flexibele appartementen. Via een overgangsconstructie wordt er overgegaan in een staalskelet in de gevel.

Meestal zijn gebouwen niet puur functioneel zoals hierboven beschreven. Er komen Figuur 4. La Fenêtre (z.j). uiteraard ook esthetische aspecten bij kijken. Zo is bijvoorbeeld het woongebouw La Geraadpleegd via http://www.latei.nl/docs/u Fenêtre in Den Haag in staal uitgevoerd vanwege het lagere eigen gewicht dat nodig pload/Image/referentie/larg was omdat het gebouw opgetild is vanaf maaiveld (zie Figuur 4, La Fenêtre z.j.) e//4.jpg

6.1.2. Werken

Bij kantoorgebouwen zijn een aantal andere aspecten belangrijk. Het gebouw moet aantrekkelijk zijn voor de bedrijven en een goede uitstraling hebben. De esthetische oogpunten van het gebouw zijn dus belangrijk. Het gebouw moet de huurder/eigenaar uitstralen. Ook wordt er vaak veel aandacht besteed aan flexibiliteit. Het gebouw moet eventueel verhuurd kunnen worden aan andere bedrijven. Dit komt de levensduur van het gebouw ten goede. Ook behagelijkheid is belangrijk. Het gebouw moet een goede werkomgeving hebben. Als de behagelijkheid niet goed is zal de efficiëntie van de werknemers verminderen.

Bij kantoor gebouwen is er niet zomaar een draagstructuur aan te wijzen. Wel is een variant met in het werk gestort beton en dragende wanden niet aan te raden vanwege de flexibiliteit.

Bij kantoorgebouwen komt de keuze voor de draagstructuur meestal vanuit andere oogpunten dan alleen de functie. Zo is de architectonische visie bij deze gebouwen over het algemeen belangrijker dan bij woongebouwen.

In het buitenland wordt veel hoger gebouwd dan in Nederland. In Azië of in de Verenigde Staten is 300 meter hoogte geen uitzondering. Dit tegenover het hoogste gebouw van Nederland met 165 meter, namelijk de Maastoren in Rotterdam. Dit heeft te maken met de daglicht toetreding die in Nederland in kantoorgebouwen vereist is. Een gebouw in Nederland moet daarom veel slanker zijn, dan bijvoorbeeld in Azië of de Verenigde staten. Door de grote slankheid van de kantoorgebouwen, kunnen we minder hoog bouwen, omdat de stabiliteit bij een zeer hoog en zeer slank gebouw heel moeilijk te waarborgen is.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 13

6.2. Esthetische kenmerken

Esthetische keuzes van de architect kunnen vergaande gevolgen hebben voor de constructie. Als de architect bijvoorbeeld verdiepingshoge kozijnen voor ogen heeft, wordt het zeer moeilijk om een dragende gevel toe te passen.

Door het architectonische ontwerp van het gebouw kunnen er vaak al constructieve principes weggestreept worden, omdat deze simpelweg niet haalbaar zijn. Hier kan bijvoorbeeld gedacht worden aan een bepaalde mate van transparantie in het gebouw of uitkragingen en andere gevelsprongen.

De architect heeft dus veel invloed op de constructiekeuze. Niet alleen op het materiaal, maar ook op bijvoorbeeld het stabiliteitsprincipe. Het constructieprincipe moet bij de visie van de architect passen. Zo zie je dat er bij de Kennedytoren in Eindhoven (figuur 6. Van Gestel R, 2005). Een zeer ongebruikelijk principe is toegepast, omdat dit bij de visie van de architect past. Hier is een drie dimensionale boomstructuur Figuur 5. Diagrid Vivaldi. Overgenomen gebruikt. Bij Vivaldi, te zien in Figuur 5 (Hoekstra R, 2007), is er uit Verdiepingbouw met staal, Bouwen vanuit architectonisch oogpunt een diagrid in de gevel met Staal, oktober 2007, door Hoekstra R. toegepast. Het diagrid is vervolgens ook toegepast als stabiliteitssysteem. Zo kan de constructie de architectonische ideeën versterken, maar mag deze zeker niet verzwakt worden door de constructie.

Figuur 6: Doorsnede Kennedytoren. Overgenomen uit Staal is de kern, Bouwen met staal, juni 2005, door van Gestel R.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 14

6.3. Stabiliteit

Hoge gebouwen hebben veel last van wind en hebben een relatief klein grondoppervlak om deze krachten af te dragen. Stabiliteit is dan ook een zeer belangrijk onderdeel in de hoogbouw.

De stabiliteit kan verzorgd worden door betonconstructies, staalconstructies of een combinatie van de twee. Voor de stabiliteitsconstructie wordt gebruik gemaakt van wanden, raamwerken, gekoppelde wanden en kernen, vakwerken, outriggers, gevelbuizen en megaconstructies. In Figuur 5 7 (Hogeslag, (z.j.)) staat schematisch weergeven tot hoeveel bouwlagen de stabiliteitsprincipes kunnen worden toegepast.

Figuur 7. Maximale verdieping per schoorconstructie. Overgenomen uit Draagconstructies III. BK 061a, Technische Universiteit Delft, door Hogeslag, ir. A.J. e.a.

Er wordt in Nederlandse hoogbouw voornamelijk gebruik gemaakt van betonnen kernen. De vaste wanden van de lift en het trappenhuis, om de brandveiligheid te waarborgen, kunnen goed gebruikt worden voor de stabiliteit. Deze geven bij geringe afmetingen al een hoge stijfheid aan het gebouw. Een kern geeft ook het voordeel dat de vluchtweg via het trappenhuis voldoet aan de brandwerendheidseisen. Bij woontorens kunnen de woningscheidende wanden gemakkelijk gebruikt worden voor de stabiliteit. De woningscheidende wanden worden vaak zwaar uitgevoerd vanwege de geluidweringseisen. Bij de woontorens de kroon, het strijkijzer en de waterstadtoren is dit principe met dragende wanden ook toegepast.

Toch is een kern niet altijd voldoende voor de stabiliteit van het gebouw. Om esthetische of functionele redenen kunnen ook andere systemen gekozen worden. Bij de onderstaande projecten zijn verschillende principes toegepast.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 15

6.3.1. Stabiliteitsprincipes voorbeeldprojecten

Overdrachtsconstructie (Outrigger) - Blaak Office Tower (Fortis Bank) (Figuur 8, Blaak Office Tower, (z.j.)) Outriggers zijn stalen of betonnen vakwerken die de stabiliteitsvoorziening verbindt met gevelkolommen. Zo werken deze gevelkolommen ook mee in de stabiliteit. Daarnaast geven de vakwerken ter plaatse een hogere stijfheid waardoor de vervorming verlaagd word.

Het slanke gebouw biedt te weinig ruimte voor een kern die de gehele stabiliteit waarborgt. Een grotere kern zou de vrije indeelbaarheid belemmeren en stalen stabiliteitsvoorzieningen in de gevel waren esthetisch niet verantwoord. In de toren is uiteindelijk een outriggersysteem toegepast. De gevel wordt zo niet aangetast en er is nog steeds een hoge vrije indeelbaarheid.

Gevelbuis - Maastoren, Vivaldi Figuur 8. Blaak Office Tower Bij het gevelbuis principe wordt de windbelasting geheel door de gebouwgevels (z.j.). Geraadpleegd via http://www.architectuurinrotte afgedragen. Dit kan zowel in een staalconstructie als in een betonconstructie. rdam.nl/images/building/buildi Wanneer de gevelbuis wordt gekoppeld aan een kern ontstaat het buis-in-buis ngid173_00005_Rotterdam_Fo principe. Hierbij wordt de horizontale kracht zowel door de gebouwgevels als rtis_kantoorpand_2008-02- door de kern afgedragen. 03_13.jpg

Bij de Maastoren (zie Figuur 9. De Maastoren (z.j.))werkt de prefab gevel samen met de kern. De gevel is door wanden en vloeren verbonden met de kern. Bij de Vivaldi toren (zie Figuur 10. Diagrid Vivaldi (z.j.)) is om esthetische redenen een stalen dagrid toegepast in de gevel. Deze is door trekbanden verbonden met de kern en werkt hierbij ook mee aan de stabiliteit.

Bij het JuBi gebouw (zie Figuur 11. JuBi Den Haag (z.j.)) wordt ook een buis in buisprincipe toegepast. Hier zorgen de vloeren voor de koppeling tussen de kern en de gevel. Hierdoor is de vloer dikker uitgevoerd en is er een bollenplaatvloer toegepast waarin de installaties weggewerkt zijn. Het gebouw voor justitie bracht extra veiligheidsmaatregelen met zich mee. Het buis in buis principe zorgt hier ook voor een sterke tweede draagweg.

Figuur 11. JuBi Den Haag (z.j.). Figuur 9. De Maastoren (z.j.). Figuur 10. Diagrid Vivaldi (z.j.). Geraadpleegd via Geraadpleegd via Overgenomen uit Bouwen met Staal: http://www.reflexxion- http://www.villapalladio.nl/wp- Verdiepingbouw met staal, oktober 2007, architecture.eu/wp- content/uploads/2010/07/Maasto door Hoekstra R. content/uploads/galleries/post- ren_dampartners.jpg 2790/JUBI%20-%2001.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 16

Kern en vakwerken - L’hermitage (Carlton) (zie Figuur 12. Carltontoren. (z.j.)) Bij de Carltontoren zijn stalen vakwerken toegepast om het gewicht op de kern te verhogen. De Vakwerken dragen hier een groot gedeelte van de bovenbelasting af naar de kern. Hierdoor krijgt de kern meer buigstijfheid en kan trek in de paalfundering voorkomen worden.

Vakwerken - Kennedytoren (zie Figuur 1213. Kennedytoren. (z.j.)) Een vakwerk wordt uitgevoerd als een skeletvormige constructie met scharnierend verbonden staven. De horizontale windbelasting wordt via de stabiliteitsverbanden afgedragen naar de fundering.

Door de uitkraging van de toren neemt een betonnen kern teveel ruimte in. Een staalconstructie in de gevel paste niet in het beeld van de architect. Hierdoor is er gekozen voor een stalen boomstructuur om de transparantheid van het gebouw te waarborgen en de constructie een belangrijk onderdeel van de architectuur te laten zijn.

Figuur 1213. Kennedytoren (z.j.). Figuur 12: Carltontoren (z.j.). Geraadpleegd via Geraadpleegd via https://c1.staticflickr.com/5/412 http://farm6.staticflickr.com/5094/5434 4/5014106791_792db2bd39.jpg 368318_17d206bc84.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 17

Combinatie stabiliteitsprincipes - De Rotterdam(zie Figuur 14. De Rotterdam. (z.j.)) Een combinatie van deze principes is ook mogelijk. Bij de Rotterdam zijn er drie kernen toegepast met daaraan op sommige plekken outriggers. Omdat het gebouw een aantal uitkragingen heeft, zijn op die plaatsen ook nog betonnen vakwerken geconstrueerd.

Het principe bestaat dus eigenlijk uit een constructie met kernen, die op sommige plaatsen in het gebouw niet voldoen. Daar zijn aanvullende maatregelen getroffen. Het gebouw is wel volledig in het werk gestort uitgevoerd.

Figuur 14. De Rotterdam (z.j.). Geraadpleegd via http://static.guim.co.uk/sys- images/Arts/Arts_/Pictures/2013/11/15/1384531941121/De-Rotterdam-009.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 18

6.4. Gewicht

Het gewicht kan belangrijk zijn voor de constructiekeuze. Dit kan komen door de ondergrond waar gebouwd wordt, uitkragingen, het optillen boven maaiveld of het voorkomen van trek in de funderingspalen.

Een stalen constructie is meestal veel lichter dan beton en kan een uitkomst bieden voor bepaalde keuzes. Als de Kennedytoren in Eindhoven (zie Figuur 1213. Kennedytoren. (z.j.)), bijvoorbeeld in beton gebouwd zou worden, wordt de kern veel te groot door de uitkraging aan de zijkant. Door het asymmetrische gewicht op de kern wordt deze door zijn slankheid te ver krom getrokken.

La Fenêtre in Den Haag (zie Figuur 15. La Fenêtre (z.j)) is opgetild vanaf maaiveld, omdat de eventuele onderste verdiepingen niet verhuurbaar zouden zijn door te weinig lichtinval. Om deze onderconstructie voldoende slank te houden, moest de constructie licht worden uitgevoerd. Daarom werd hier ondanks de nadelen voor staal gekozen. De Carltontoren (Figuur 12. Carltontoren (z.j.)) is echter juist in beton Figuur 15. La Fenêtre (z.j). Geraadpleegd via uitgevoerd om het gewicht zo hoog mogelijk te krijgen. Hierdoor kon trek http://www.latei.nl/docs/u in de funderingspalen voorkomen worden. pload/Image/referentie/larg e//4.jpg Bij uitkragingen is een lichte constructie vaak ook voordelig als het gebouw vrij slank is. Dit voorkomt extra scheefstand. Hier kan een hybride constructie oplossingen bieden. Door de uitkragende delen licht uit te voeren hebben ze minder invloed op de stabiliteitselementen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 19

6.5. Functionaliteit

6.5.1. Netto/bruto-verdiepingshoogte

Voor de verdiepingshoogte is het belangrijk het vloerpakket zo dun mogelijk te ontwerpen. Het gebouw kan dan voldoen met een lagere hoogte of er kunnen bij dezelfde hoogte meer verdiepingen gerealiseerd worden. Door een groter verhuurbaar oppervlak kan dan meer winst gemaakt worden.

De dikte van het vloerpakket hangt af van de keuze van de vloer en/of balken. Maar ook van een goede integratie met de installaties waardoor bijvoorbeeld geen extra verlaagd plafond benodigd is.

Met een dikker vloerpakket heb je ook meer gevel nodig tussen de verdiepingen. Deze gevel is vaak nutteloos en een duur aspect van het bouwwerk.

6.5.2. Netto/bruto-vloerverhouding

De vloerverhouding hangt veel samen met het draagprincipe en het stabiliteitssysteem. Door gebruik te maken van kolommen in plaats van wanden kan er bijvoorbeeld een groter oppervlak verhuurd worden. Bij een flexibel indeelbaar kantoorplattegrond, kan er in principe meer ruimte worden verhuurd en kan deze efficiënter benut worden. Daarom wordt er in een kantoorgebouw vaak gekozen voor een kolommenstructuur.

Bij de Vivaldi toren was de eis dat de ruimtes geheel kolomvrij waren. De vloeren overspannen hier van de kern naar de gevel, zie figuur 17 (Plattegrond Vivaldi, z.j.). Zo is er dus een zeer goede netto/bruto-vloerverhouding. Bij de Blaak Office Tower zou een grotere kern juist teveel ruimte innemen, zie figuur 16 (Plattegrond Blaak Office Tower, 1996). Om de dimensionering van de kern gelijk te houden is deze op twee plaatsen verstevigd met een outriggersysteem. Hierbij is de netto/bruto-vloerverhouding dus maar op twee relatief kleine plaatsen in de toren minder voordelig.

Figuur 16. Plattegrond Blaak Office Tower. Overgenomen uit Bouwen met Staal, 133, november/december 1996.

Figuur 17. Plattegrond Vivaldi z.j. Geraadpleegd via http://bouwwereld.nl/wp- content/uploads/2007/07/300_fullimage_bwe012viva- a1web26239_317x381.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 20

6.6. Uitvoering

6.6.1. Bouwplaats

De bouwplaats is een van de belangrijkste aspecten bij de uitvoering. Hoogbouw wordt veelal in de stad gebouwd waar er maar een klein grondoppervlak beschikbaar is (zie Figuur 188. Bouw Millenniumstoren. Kras, R. 2002/3). Er is dan ook niet veel ruimte op de bouwplaats aanwezig om materialen op te slaan. Deze moeten na levering vrijwel meteen worden geplaatst. De logistiek en de uitvoering moeten op elkaar afgestemd worden en heeft dan ook een strakke planning nodig.

Bij een kleine bouwplaats wordt er veelal voor een prefab constructie gekozen. De bouwtijd kan dan verkort worden en zo is er minder lang overlast. Ook kan een prefab systeem vanaf de vrachtwagen gemonteerd worden en neemt dit minder opslagplek in op de Figuur 18. Bouw bouwplaats. Millenniumtoren. Overgenomen uit Cement 2002/3, door Kras, R.

Het af en aanvoer van transport kan dus problemen opleveren. Omdat er zo weinig ruimte is kunnen vrachtwagens niet in de rij staan. Dan staan ze namelijk op de openbare weg en veroorzaken ze files. Zo is er bij het JuBi gebouw in den Haag buiten het centrum een extra bouwplaats ingericht waar vrachtauto’s moeten wachten tot ze aan de beurt zijn om zo filevorming in de binnenstad te voorkomen.

6.6.2. Bouwtijd

Hoogbouw kan pas worden opgeleverd als het helemaal klaar is. Door de bouwtijd te verkorten komen de inkomsten dus sneller binnen. Prefabricage van staalconstructies of prefab beton kan hier voordelen in leveren. Door de snelle assemblage van onderdelen wordt de bouwtijd versneld. Daarnaast kunnen de onderdelen met een goede logistieke planning direct geplaatst worden. En is er minder ruimte benodigd op de bouwplaats.

De Waterstadtoren en het Strijkijzer (zie Figuur 199, Vambersky, 2007) zijn geheel in prefab uitgevoerd vanwege de snelle bouwtijd. Hierbij waren de verbindingen een belangrijk punt om de bouwtijd zo snel mogelijk te laten verlopen. Bij het Strijkijzer had de aannemer de voorkeur om te bouwen met een tunnelbekisting. Vanwege de kleine bouwplaats is hier Figuur 19. Prefab uitvoering Strijkijzer. Overgenomen uit Woontorens in uiteindelijk gekozen voor een prefab betonconstructie. Door de prefab, b:ton, oktober 2007, door keuze voor prefab kon de toren ook bijna een jaar eerder Vambersky J.N.J.A. opgeleverd worden.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 21

6.6.3. Wind

De hoge windsnelheid is daarnaast ook een belangrijk punt. Met de hoogte van het gebouw neemt de windsnelheid en het oppervlak waarop deze werkt toe. De bouwkranen zijn windgevoelig en bij hoge windsnelheden kunnen deze niet ingezet worden. Om verletdagen te verminderen kunnen klimbekistingen of jumpliften worden toegepast.

6.7. Brandveiligheid

Brandveiligheid is een zeer belangrijk onderdeel bij hoogbouw. De vluchtwegen zijn namelijk erg lang. Toch bestaat er niet echt een regelgeving voor de brandwerendheid van een hoogbouwconstructie. Meestal wordt er 120 minuten aangehouden en eventueel verminderd door aanvullende voorzieningen zoals een sprinklersysteem.

De keuze van de constructie kan een grote invloed hebben op de brandveiligheid van een gebouw. Zo heeft een staalconstructie meer aanvullende maatregelen nodig om dezelfde brandveiligheidseis te halen dan een betonconstructie. Staal kan immers minder goed tegen hitte dan beton. Met het gebruik van een staalconstructie kan veel tijdwinst behaald in de uitvoering. Toch wordt deze tijdwinst vaak teniet gedaan door de aanvullende eisen, zoals het brandwerend bekleden van de constructie.

De constructie heeft een hoge brandwerendheidseis, omdat mensen er langer over doen om het gebouw te ontvluchten. De vluchtwegen verdienen dan ook extra aandacht. Vaak worden de trappenhuizen en liften in een betonnen kern geplaatst. Hierdoor wordt het meteen een beveiligde vluchtroute of een apart compartiment. De afstand tussen de verblijfplaats en de vluchtroute is vaak niet erg groot door de slankheid van de gebouwen. Dus vooral de vluchtroutes moeten goed beschermd zijn.

Bij hoogbouw is het vaak gewenst om een tweede draagweg te hebben. Hier wordt steeds meer aandacht aan gegeven, zeker na de ramp met het WTC in New York in 2001. Dit betekent als er een kolom uitvalt, deze krachten opgevangen moeten worden door de rest van de constructie. Het buis in buis principe voor de stabiliteit leent zich hier uitstekend voor.

Bij een betonnen constructie wordt er meestal gebruik gemaakt van kernen en/of dragende wanden. Mits deze wanden en vloeren dik genoeg zijn voldoen ze voor de brandveiligheidseis.

Het grootste probleem met brandveiligheid doet zich voor bij staalconstructies. Hier moet veel aandacht besteedt worden aan de vluchtwegen, maar ook aan de 120 min brandwerendheidseis. Er moet goed opgelet worden met de wbdbo eis. Alles moet goed bekleed of bespoten worden met brandwerend materiaal en de compartimenten moeten zorgvuldig gedetailleerd worden.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 22

6.8. Geluidswering

Dit is vooral een belangrijk punt in de woningbouw. Hier zijn strenge eisen opgesteld ten aanzien van de geluidswering. Hierdoor wordt er al snel met betonnen wanden gewerkt. De massieve wanden geven met minimale extra kosten al een goede geluidsisolatie. De vloeren in woongebouw worden vaak massief uitgevoerd om ook aan de geluidseis te komen.

Bij het woongebouw La Fenêtre (zie figuur 20. Detail La Fenêtre. Bouwen met staal, 2006) is er juist gekozen voor een staalconstructie. Om aan de geluidsweringseis te voldoen zijn hier extra maatregelen genomen. De staalconstructie is zoveel mogelijk akoestisch ontkoppeld om het contactgeluid te verminderen. Ook de dekvloer van de infra+ vloer is akoestisch ontkoppeld van de onderliggende stalen balken.

Figuur 20. Detail. Overgenomen uit La Fenêtre, Bouwen met Staal. Bouwen met Staal, Zoetermeer 2006

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 23

6.9. Conclusie

De constructiekeuze hangt van veel zaken af. Soms is één onderdeel maatgevend, maar meestal komt de keuze voort uit een combinatie van allerlei factoren. Sommige constructieprincipes zijn niet altijd mogelijk of niet praktisch om toe te passen.

Sommige constructieve principes zijn niet altijd haalbaar, bijvoorbeeld met betrekking tot het bruikbare vloeroppervlak van het gebouw. De overspanningen kunnen te groot worden, het netto vloeroppervlak kan te klein zijn en unieke architectonische keuzes kunnen van invloed zijn op de constructie. Hierbij moet je denken aan bijvoorbeeld uitkragingen of andere gevelsprongen.

Hoogbouwprojecten zijn vaak prestigeprojecten waar de architect en andere partijen een stempel op willen drukken. De keuze voor het constructiemateriaal is dan niet puur praktisch, maar hangt onder andere af van de visie van de architect. Als deze bijvoorbeeld de gevel niet dragend wil hebben, vallen er al verschillende principes af.

De aannemer heeft ook invloed op het constructiemateriaal. Deze heeft zich vaak gespecialiseerd in een bepaald materiaal of werkwijze. Met dit materiaal werkt hij het liefst en zal de bouwtijd korter zijn, dan bij het gebruik met een onbekend materiaal. Als de aannemer pas in beeld komt na het constructieve ontwerp, is er meestal een aannemer die gespecialiseerd is in het desbetreffende materiaal, waar het gebouw in ontworpen is.

Kosten zijn natuurlijk ook een belangrijke factor. Het probleem hiermee is, dat dit voor elk gebouw verschillend werkt. Als een staalconstructie ergens duurder is dan een betonconstructie, hoeft dit niet altijd zo te zijn. Dit hangt af van de omstandigheden, die per gebouw bekeken moet worden.

Zeker hoogbouwprojecten zijn in grote mate uniek. Alle afwegingen worden telkens weer opnieuw gemaakt, terwijl een groot deel van de te maken keuzes al ooit gemaakt zijn bij andere projecten.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 24

7. Matrix

7.1. Opbouw matrix Hoe kan de invloed van de aandachtspunten in een hoogbouwontwerp in Nederland in beeld worden gebracht, zodat er een bruikbaar product ontstaat om het ontwerpproces te verbeteren en te bespoedigen?

Om de gegevens uit de literatuurstudie overzichtelijk en bruikbaar in een product te verwerken, is een goed format nodig. Er is gekeken naar een boomdiagram, een stroomdiagram, grafieken en tabellen. Een boomdiagram was niet toepasbaar omdat er te veel informatie in moet. Deze zou dan veel te groot worden. Een stroomdiagram zou te ingewikkeld worden om af te lezen. Een grafiek was een optie, maar dit kan niet met een grafiek inzichtelijk worden gemaakt. De tabel is uiteindelijk gebruikt in de vorm van een matrix (zie Bijlage; 2). Hier is alle informatie overzichtelijk in verwerkt.

In deze matrix zijn de belangrijkste aspecten van een hoogbouwontwerp verwerkt. Hieronder staan de verwerkte aspecten weergeven:

 Flexibiliteit in de gevel  Flexibiliteit in de vloerindeling  Het eigen gewicht van de constructie  Eventuele uitkragingen en gevelsprongen in het ontwerp  De grote van de bouwplaats  De bouwtijd  De aanvullende eisen voor brandveiligheid  De aanvullende eisen voor geluidswering  De voorbereidingstijd

In de matrix is elk aspect te beoordelen met een cijfer van 0 t/m 5. Een nul is totaal onbelangrijk en een 5 is uitermate belangrijk. Door bij elk aspect een cijfer in te vullen komt er per constructieprincipe een score uit. De hoogste score is het meest ideaal voor de integratie met de technische en esthetische aspecten van het ontwerp.

De meest voorkomende stabiliteitsprincipes komen aan bod. Deze zijn elk uitgewerkt met een aantal omhullende structuren, omdat deze ook invloed hebben op de ontwerp keuzes. De omhullende structuren variëren vooral tussen staal, in het werk gestort beton en prefab beton. Hieronder staan de voornaamste stabiliteitsprincipes die verwerkt zijn in de matrix.

 Stabiliteits/dragende wanden  Een kernconstructie.  Een gevelbuis.  Een buis in buis (kern met gevelbuis).  Een kern met outriggers.

Als de matrix gebruikt, komt er bijna altijd een kern uit. Deze is over het algemeen het meest positief, maar niet altijd mogelijk om uit te voeren. De slankheid van een ontwerp kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat een kern niet mogelijk is. Deze zou dan te veel vloeroppervlak innemen. Een architect kan ook de eis hebben dat een kern niet mag. Hiervoor moeten er, voor de matrix ingevuld wordt, een aantal punten onderzocht worden. Deze staan boven de matrix weergeven en zijn:

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 25

Géén kern of interne constructie

Gevelbuis * opp. gebouw te klein voor kern * Geen interne constructie * Kolomvrije ruimtes tot een overspanning van ± 12m * Lage flexibiliteit in gevel

Stabiliteits/dragende wanden * Scheidingswanden woningbouw * Voldoende brand- en geluidswerend

Slankheid kern ≤ 1:10

Kern * Goed toe te passen bij trappenhuizen en liften * Geen extra voorzieningen nodig voor brandveiligheid * Tot slankheid kern ≤ 1:10

Slankheid kern > 1:10

Buis in buis * Versteviging kern * Lage flexibiliteit in gevel * Kolomvrije ruimtes tot een overspanning van gevel naar kern van ± 12m * 2e draagweg makkelijk te realiseren

Out rigger * Versteviging kern * Hoge flexibiliteit in gevel

Bij de bovenstaande eisen met betrekking tot een kern wordt aangegeven welke stabiliteitsprincipes hierbij toepasbaar zijn. Zo kan met deze vragen al een globale afweging maken en zorgt de navolgende matrix voor een meer specifieke keuze.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 26

7.2. Conclusie

De matrix kan gebruikt worden om de ontwerpkeuzes sneller te verantwoorden. In het onderzoek is aangegeven dat verschillende aandachtspunten invloed hebben op de ontwerpkeuzes van het constructieprincipe. In de projecten gaat het erom, deze verschillende aandachtspunten zo veel mogelijk te integreren in het constructieprincipe.

Hoogbouwprojecten hebben hoge gebouwspecifieke eisen. De torens zijn namelijk vaak een landmark, waar er geen tweede van staat. Elke keer zal weer uitgebreid onderzoek gedaan worden naar een constructieprincipe, omdat de keuze hiervan voor elk gebouw uniek is. In de matrix is snel te zien welk constructieprincipe wel of niet goed toe te passen is. Het is hierbij niet nodig om elk aspect apart te onderzoeken. Deze aspecten worden in de matrix meteen tegen elkaar afgewogen.

De matrix kan zo gebruikt worden door de architect, om sneller te zien welke mogelijke draagprincipes er zijn bij de aspecten die hij belangrijk vindt aan het gebouw. Zo kan hij eerder rekening houden met de invloed van de constructie op het ontwerp.

De constructeur heeft daarnaast een handvat waarbij te zien is welke principes al snel afvallen bij belangrijke eisen aan het gebouw. De principes die het beste samenkomen met de technische en esthetische eisen kunnen dan verder onderzocht worden.

Technische aandachtspunten komen zo dus in het ontwerpproces al snel samen met de constructieve toepassingen. Hierdoor kunnen de verschillende belanghebbende partijen alvast rekening houden met elkaars eisen voor het ontwerp.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 27

8. Conclusie

Wat zijn de belangrijkste aandachtspunten bij het constructieve ontwerp van hoogbouw in Nederland en hoe kunnen deze aandachtspunten gebruikt worden om de keuze tussen constructiematerialen en draagprincipes beter en sneller te verantwoorden?

De deelvragen zijn in voorgaande hoofdstukken beantwoord en geven samen antwoord op de hoofdvraag.

De belangrijkste aandachtspunten zijn in hoofdstuk 5 vermeld en in hoofdstuk 6 onderzocht. Na dit onderzoek was duidelijk wat de invloed van deze belangrijkste punten is. Door deze aandachtspunten te verwerken in een matrix, zijn deze integraal te gebruiken. Er kan dus met alle aandachtspunten samen gewerkt worden.

De matrix is een product waarmee de constructiekeuze snel afgestemd kan worden op basis van de gestelde eisen. Zonder diep in te gaan op alle aspecten kan er met de matrix toch met alle aandachtspunten rekening gehouden worden.

9. Aanbeveling

In dit onderzoek is niet ingegaan op de kosten van de verschillende constructieprincipes. Hiermee zou het onderzoek te uitgebreid worden. De bouwkosten zijn vaak een belangrijk punt, maar bij hoogbouw toch ondergeschikt aan het ontwerp. Het gaat dus om een zo goedkoop mogelijke constructie bij dat bepaald ontwerp en eisen die aan het ontwerp gesteld zijn. Hier houdt de matrix geen rekening mee.

Het best scorende constructieprincipe in de matrix is misschien het beste afgestemd op het ontwerp, maar deze kan gebruik maken van dure oplossingen. Hierdoor zal deze uiteindelijk toch niet toegepast worden. De kosten zullen los van de matrix nog onderzocht moeten worden of het zal een aanvulling kunnen worden op dit onderzoek.

In de matrix wordt verder uitsluitend gekeken naar het stabiliteitssysteem en de omhullende constructie. Dus eventuele plaatselijke hulpconstructies en oplossingen worden hier niet in meegenomen. Door het stabiliteitssysteem sneller af te stemmen op het ontwerp, kan er wel eerder ingegaan worden op deze plaatselijke oplossingen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 28

Literatuurlijst  Berg, R., van den Bokkers, T., Witteman, B. & Zandbelt, D. (2008). Hoogbouw: Een studie naar Nederlandse hoogbouwcultuur. Rotterdam, Zandbelt&vandenBerg.  Blaak Office Tower [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://www.architectuurinrotterdam.nl/images/building/buildingid173_00005_Rotterdam_F ortis_kantoorpand_2008-02-03_13.jpg  Bouw Millenniumtoren. [Foto]. Overgenomen uit Cement 2002/3, door Kras, R.  Carltontoren [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://farm6.staticflickr.com/5094/5434368318_17d206bc84.jpg  Figuur 2. De Maastoren (z.j.). Geraadpleegd via http://www.villapalladio.nl/wp- content/uploads/2010/07/Maastoren_dampartners.jpg  De Maastoren [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://www.villapalladio.nl/wp- content/uploads/2010/07/Maastoren_dampartners.jpg  De Rotterdam [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://static.guim.co.uk/sys- images/Arts/Arts_/Pictures/2013/11/15/1384531941121/De-Rotterdam-009.jpg  Deelen, ir. P.F. van. & Potjes, ir. B. Hoger bouwen in staal. Bouwen met Staal, 184, juni 2005  Detail [Afbeelding]. Overgenomen uit La Fenêtre, Bouwen met Staal. Bouwen met Staal, Zoetermeer 2006.  Diagrid Vivaldi [Foto]. Verdiepingbouw met staal. Bouwen met Staal oktober 2007, door Hoekstra R.  Doorsnede Montevideo [Afbeelding]. Overgenomen uit Bouwen met Staal: Montevideo, oktober 2005, Spangenburg, W., van Eerden, A.R.  Figuur 1. Empire State Building (z.j.). Geraadpleegd via http://www.empirestaterealtytrust.com/properties/office/empire-state-building1  JuBi Den Haag [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://www.reflexxion-architecture.eu/wp- content/uploads/galleries/post-2790/JUBI%20-%2001.jpg  Kennedytoren [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via https://c1.staticflickr.com/5/4124/5014106791_792db2bd39.jpg  La Fenêtre [Foto]. (z.j). Geraadpleegd via http://www.latei.nl/docs/upload/Image/referentie/large//4.jpg  La Fenêtre [Foto]. (z.j). Geraadpleegd via http://www.latei.nl/docs/upload/Image/referentie/large//4.jpg  Maximale verdieping per schoorconstructie. [Afbeelding]. Draagconstructies III. BK 061a, Technische Universiteit Delft, door Hogeslag, ir. A.J. e.a.  Plattegrond Blaak Office Tower [Afbeelding]. (1996). Overgenomen uit Bouwen met Staal, 133, november/december 1996.  Plattegrond Vivaldi [Afbeelding]. (z.j.). Geraadpleegd via http://bouwwereld.nl/wp- content/uploads/2007/07/300_fullimage_bwe012viva-a1web26239_317x381.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 29

Deel 2; Casus Fifty Two Degrees, Nijmegen

Bouwkunde (COB) Afstuderen 2014

29 mei 2014

Bart de Groot 2045094

Linda Keeris 2021161

1. Inleiding

In dit verslag wordt met een casus aan de slag gegaan. Adviesbureau Tielemans heeft verschillende hoogbouwprojecten constructief uitgewerkt. Door een van deze projecten te kiezen, kan er gebruik gemaakt worden van de beschikbare informatie over het project en de bevindingen die Tielemans bij de uitwerking heeft gedaan. Als casus is gekozen voor het kantoorgebouw Fifty Two Degrees te Nijmegen. Het project is in figuur 1 (Fifty Two Degrees, z.j.) te zien. Dit gebouw is gekozen vanwege het uitdagende ontwerp en omdat het gebouw zich goed leent voor een alternatieve constructie.

Projectgegevens casus:

Fifty Two Degrees – Nijmegen

 Architect Mecanoo architecten  Constructeur Adviesbureau Tielemans  Aannemer Ballast Nedam Bouw & Ontwikkeling

 Hoogte 86 m  Jaar van oplevering 2006  Functie kantoorgebouw  Constructiemateriaal Hybride (staal/beton) Figuur 21. Fifty Two Degrees.  Stabiliteit Betonnen kernen Geraadpleegd via  Bijzonderheden Knik in het gebouw http://www.greenroofs.com /projects/52degrees/52degr ees3.jpg

1.1. Doel

In het literatuuronderzoek is ingegaan op het constructieve ontwerp van hoogbouw in Nederland. Hierbij zijn verschillende constructieprincipes onderzocht in de Nederlandse hoogbouw. Tevens is de argumentatie voor de toepassing van deze principes bekeken.

In de casus wordt een constructief ontwerp gemaakt voor een hoogbouw project. Dit project is Fifty Two Degrees in Nijmegen. De opgedane kennis uit de literatuurstudie kan worden gebruikt om de invloed van de criteria toe te passen en tot een goed constructief ontwerp te komen. Zo worden de beweegredenen onderbouwd van de ontwerpkeuzes die gemaakt zullen worden.

Bij de schetsontwerpen wordt geen rekening gehouden met de criteria aan het gebouw. Hierbij wordt dus alleen gekeken naar mogelijke oplossingen voor de constructie. Zo ontstaat een goed inzicht in de mogelijke oplossingen voor het constructieve ontwerp van hoogbouw. Deze oplossingen worden vervolgens afgewogen tegen de eisen voor het gebouw. Op deze manier is goed te zien hoeveel werk er zit in het ontwerp van de constructie. Zeker wanneer de criteria aan het gebouw nog niet is vastgelegd. Door uiteindelijk de eisen aan het gebouw in de matrix in te vullen, kan worden onderzocht hoe de matrix het proces had kunnen versnellen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 31

1.2. Opzet

In het tweede deel van het verslag wordt ingegaan op het gemaakte ontwerp, de uitwerking van dit ontwerp en de terugkoppeling naar de matrix en het bestaande ontwerp.

Bij het ontwerp wordt weergeven hoe er tot de gemaakte ontwerpkeuzes is gekomen en welke criteria hiervoor belangrijk zijn geweest. Vervolgens komt de uitwerking van het project aan de orde. De uitkomsten van de berekeningen en tekeningen worden hier kort besproken. Op belangrijke knooppunten wordt dieper ingegaan. Uiteindelijk zal het definitieve ontwerp teruggekoppeld worden aan de matrix en het bestaande gebouw. Zo kunnen conclusies getrokken worden met betrekking tot de verschillen tussen het alternatieve ontwerp, het gebouwde ontwerp en de resultaten uit de matrix.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 32

2. Ontwerp

2.1. Schetsontwerp

Voor het ontwerp van Fifty Two Degrees heeft ieder een schetsboek bijgehouden met mogelijke oplossingen voor respectievelijk de stabiliteit, de overspanningen en de knik in het gebouw. In de schetsontwerpen zijn de criteria voor het gebouw zo veel mogelijk buiten beschouwing gelaten. Bij de schetsen zijn de voor- en nadelen aangegeven voor die constructieve oplossing (zie schetsboeken).

2.2. Criteria

Om vervolgens een keuze te kunnen beargumenteren zijn er verschillende criteria opgesteld die van toepassing zijn op dit kantoorgebouw. Hieronder staan de belangrijkste criteria weergegeven. Deze worden vervolgens verder toegelicht met betrekking tot de ontwerpkeuzes.

 Flexibiliteit in de gevel  Flexibiliteit in de plattegrond  Flexibiliteit van de installaties  De knik halverwege het gebouw  Eigen gewicht van de constructie  Dikte van het vloerpakket  Bouwtempo  Vrije hoogte van de verdiepingen is vastgesteld op 3000 mm

Flexibiliteit in de gevel Om de flexibiliteit in de gevel te behouden is het belangrijk om geen stabiliteitsvoorzieningen in de gevel toe te passen. Hierdoor valt een buis-in-buis- of buisprincipe, zoals in figuur 2, al snel af. Ook zullen raamwerken of stabiliteitswanden in de gevel niet gewenst zijn, zoals te zien in figuur 3 en figuur 4. Bij de toepassing van kernen kunnen deze het beste binnen het gebouw worden geplaatst. Het gevelaanzicht wordt op deze manier niet aangetast. Dus een kern leent zich het beste als stabiliteitsvoorziening waarbij de gevel geheel flexibel is in te delen.

Figuur 2. Gevelbuisconstructie. Figuur 3. Kern i.c.m. stalen Figuur 4. Stabiliteitswanden.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 33

Flexibiliteit in de plattegrond In een kantoorgebouw komen vaak verschillende huurders die ieder een eigen indeling wensen. Dit is in het geval van Fifty Two Degrees ook zo. Wanneer kolommen in het midden van de ruimte worden geplaats, is er een lagere flexibiliteit in de plattegrond. Een kolomvrije overspanning, zoals te zien in figuur 5, zal dus voor de huurders de hoogste indelingsvrijheid geven. Een nadeel hiervan is dat er door de grote overspanningen een beperkte vloerkeuze is. Daarnaast zullen de constructie elementen grote afmetingen krijgen en ervoor zorgen dat het vloerpakket zeer dik wordt. Om de constructie slanker te dimensioneren zullen kolommen in de kantoorruimte noodzakelijk zijn, zie figuur 6. Door de grote afmetingen van de ruimte zullen de kolommen niet erg in de weg staan voor de indelingsvrijheid.

Figuur 5. Kolomvrije overspanning. Figuur 6. Kolommen in het midden van de ruimte. 4.

Flexibiliteit van de installaties Om vrijheid te geven in de indeling is het ook belangrijk dat de installaties flexibel aan te leggen zijn. In een verlaagd plafond kunnen de installaties verwerkt worden. De gebruiker kan zo bij een andere indeling in de plattegrond nog bij de installaties om eventuele aanpassingen te maken. De installaties zullen in verticale richting in de kernen gelegd worden. Door de balken in de dwarsrichting te leggen, zoals in figuur 7, worden de installaties belemmerd door de balken. De balken kunnen dus beter in de langsrichting van het gebouw geplaatst worden, zoals in figuur 8. De installaties worden op deze manier zo min mogelijk door de balken heen of onder de balken door gelegd. Zo kan het hoogteverschil tussen de balken en de vloeren optimaal gebruikt worden voor de installaties.

Figuur 7. Balken in de dwarsrichting.. Figuur 8. Balken in de langsrichting.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 34

Knik in het gebouw De knik in het gebouw geeft een bijzondere architectonische uitstraling. Daarnaast vraagt dit ook om een afwijkende constructie. De spatkrachten die bij de knik ontstaan, moeten op een bepaalde manier worden opgevangen. Hiervoor kan gedacht worden aan bijvoorbeeld een overdrachtsconstructie of voorspanningswapening in de vloeren of balken, zie figuur 9 en figuur 10.

Figuur 9. Overgangsconstructie. Figuur 10. Voor- nagespannen vloeren.

Voor een overgangsconstructie hebben zijn vervolgens meerdere opties onderzocht. Hierbij hebben is gekeken naar een overgangsconstructie op trek, zoals in figuur 11. Maar ook naar overgangsconstructies op druk, zoals in figuur 12 en figuur 13. Waarbij gezocht is naar de optimale plaatsing van de constructie, zodat deze zo min mogelijk ruimte inneemt.

Figuur 11. Overgangsconstructie op trek. Figuur 12. Overgangsconstructie op druk. Figuur 13. Overgangsconstructie op druk.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 35

Uit de schetsontwerpen voor de knik zijn drie verschillende constructieprincipes te onderscheiden. Principe A t/m C, deze worden hieronder verder beschreven.

Principe A is te zien in figuur 14. Het geeft de constructie weer wanneer de belasting geheel symmetrisch wordt afgedragen. Door in het gebouw ook kolommen schuin te plaatsen wordt de constructie als het ware gespiegeld (zie afbeelding 15). De spatkrachten worden op deze manier opgevangen door de vloeren of balken. De constructie heeft dan inwendig evenwicht en wordt horizontaal alleen belast door de windbelasting. Doordat de kern zo geen extra gebouwbelasting hoeft op te vangen is dit principe het meest gunstige.

De windbelasting is als volgt gedefinieerd: Windgebied 3, hoogte 85 meter, onbebouwd: 1,3 kN/m2 Factor Windzuiging + Winddruk=1,6 1,65*1,3*21,8*1,2= 75kN/m (extreem)

Figuur 15. Constructie knik principe A.

Figuur 14. Principe A.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 36

Principe B is te zien in figuur 16. Dit principe geeft de constructie weer wanneer de bovenbelasting symmetrisch wordt afgedragen. Hierdoor worden de spatkrachten ten gevolge van de bovenbelasting opgenomen door bijvoorbeeld een overgangsconstructie, zoals te zien in figuur 17. De onderliggende constructie draagt aan de gevel de vloerbelasting af via de schuin geplaatste kolommen. Hierdoor ontstaat per verdieping een horizontale kracht. Deze krachten zijn in verhouding tot de windbelasting 0,3 keer zo groot. Dit geeft al een groot verschil ten opzichte van principe A waardoor de kern minder belast wordt.

Figuur 17. Constructie knik principe B.

Figuur 16. Principe B.

Permanente belasting gevelkolom knik - verdieping 7 aantal m² of m kN vloer 1 25,92 162 toeslag balk 1 7,2 20,52 kolom 1 3,2 7,2 gevel 1 26,64 21,312 totaal 211,032

Variabele belasting vloer: 2,5 kN Combinatiewaarde Ψ0: 0,4

Verticale belasting: (1,3 * 211,0) + (1,65 * 25,9 * 0,4 * 2,5) = 317,0 kN Horizontale belasting: 317,0 * tan(10) = 55,9 kN

Horizontale belasting over gehele gebouwbreedte: 55,9 * 8 = 450 kN

Het aantal m2 vloer op de gevelkolom neemt per verdieping af. Dus neemt de horizontale belasting ook per vierdieping af.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 37

Principe C is te zien in figuur 18. Dit principe geeft de constructie weer wanneer de bovenbelasting van het gebouw op de knik aangrijpt en deze via de schuin geplaatste kolommen naar de fundering wordt afgedragen, zie figuur 19. Ter plaatse van de knik in het gebouw wordt de verticale belasting ontbonden. Naast de windbelasting geeft dit een extra horizontale puntbelasting. Deze puntbelasting is in verhouding tot de windbelasting 0,85 keer zo groot. Dit betekend dat de kern dus gedimensioneerd moet worden om bijna 2x zoveel belasting op te nemen.

Figuur 19. Constructie knik principe C.

Figuur 18. Principe C.

gewicht gevel kolom knik verdieping 8-18 aantal m² of m kN vloer 10 25,92 1620 dak 1 25,92 134,784 toeslag balk 10 7,2 205,2 kolom 10 3,2 72 gevel 10 26,64 213,12 dakopstand 1 7,2 29,52 totaal per stramien 2274,624

Variabele belasting vloer: 2,5 kN Combinatiewaarde Ψ0: 0,4

Verticale belasting: 1,3 * 2275,0 + 1,65 * (8 * 25,9 * 0,4 * 2,5 + 2 * 25,9 * 2,5) = 3513,0 kN Horizontale belasting: 3513,0 * tan(10) = 619,0 kN

Horizontale belasting over gehele gebouwbreedte: 619,0 * 8 = 5000 kN

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 38

Eigen gewicht van de constructie Door het eigen gewicht van de constructie, kan er bespaard worden op de fundering. Door de constructie niet te zwaar te maken, kunnen er minder palen toegepast worden. Echter als de constructie te licht wordt moeten er trekpalen worden toegepast wat niet gewenst is. Funderingspalen kunnen immers meer druk dan trek opnemen. Hier zal dus een middenweg in gezocht moeten worden.

Verder kan er, met een lager gewicht van de constructie, slanker gedimensioneerd worden. Hierdoor nemen de constructie elementen minder ruimte in en is er een hogere verhuurbaarheid van het gebouw.

Dikte v/h vloerpakket De dikte van het vloerpakket beïnvloedt de totale constructiehoogte. Wanneer het pakket dun kan worden gehouden, bespaard dit een hoop kosten in de gevel. Ook zou er, als er genoeg bespaard wordt, met dezelfde constructiehoogte een extra verdieping geplaatst kunnen worden.

De dikte van het vloerpakket kan laag worden gehouden door kleinere overspanningen te maken. Dit heeft te maken met de dimensionering van de vloeren en balken. Met kleinere overspanningen kunnen deze slank gedimensioneerd worden. Daarnaast hebben de installaties ook invloed op de dikte van het pakket. Wanneer deze onder balken door moeten, nemen ze veel ruimte in. Het is dus belangrijk om de installaties goed te integreren in de constructie. Hiervoor kan bijvoorbeeld een gang zone toegepast worden, zoals in figuur 20. In de gang zone is de overspanning kleiner waardoor er een dunnere vloer gelegd kan worden. Hieronder kunnen vervolgens de hoofdleidingen verwerkt worden.

Figuur 20. Indeling met gang zone.

Bouwtempo Het bouwtempo kan versneld worden door de toepassing van prefab elementen, zie figuur 21 (Uitvoering prefab (z.j)). Deze kunnen op de bouwplaats direct geassembleerd worden vanaf de vrachtauto. De logistiek en de uitvoering moeten hierbij goed op elkaar afgestemd worden en heeft dan ook een strakke planning nodig. Het werken met prefab zorgt dus voor extra voorbereiding. Ook de detaillering is hierbij belangrijk. Door de overspanningen gelijk te houden hebben de elementen dezelfde dimensionering. Daardoor is er veel herhaling in de elementen wat het proces zal versnellen en Figuur 21. Uitvoering prefab. Geraadpleegd via eventuele foutieve plaatsing zal voorkomen. Http://www.hercuton.nl/sites/default/files/styles /landingpage/public/031_0.jpg?itok=H827Jhp9

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 39

2.3. Conclusie

In de eerste schetsontwerpen is er geen rekening gehouden met de criteria aan het gebouw. Hierdoor is een breed scala aan oplossingen onderzocht, waardoor er inzicht is verkregen in de mogelijke constructieve oplossingen.

Zoals duidelijk is geworden in het literatuuronderzoek, zijn er verschillende criteria die invloed hebben op de ontwerpkeuze. De schetsontwerpen zijn vervolgens dus langs de eisen aan het gebouw gelegd. Hierdoor werd al snel duidelijk welke oplossingen wel of niet goed toe te passen zijn. Elk aandachtspunt vraagt hierbij weer een om een andere toepassing. Het is dus belangrijk om al deze aandachtspunten zo veel mogelijk te integreren in de constructie. Zo vormt de constructie een samenwerkend geheel met inachtneming van de eisen aan het gebouw.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 40

3. Ontwerpkeuzes

Voor het uiteindelijke ontwerp is belangrijk dat de aandachtspunten voor het gebouw zo veel mogelijk geïntegreerd worden in het ontwerp. In dit hoofdstuk wordt onderbouwd welke keuzes we hebben gemaakt voor het constructieve ontwerp.

3.1. Vloerkeuze Voor de keuze van een vloer is een tabel gemaakt met vloerpakketten, zie tabel 1 (Vloerpakketten). Hierbij is er gekeken naar de overspanning van de vloeren en de balken van 5,4m, 7,2m en 10,8m. In de tabel staat, bij de bijbehorende overspanning, de dikte van de vloeren vermeld. Voor de balken is ervanuit gegaan dat ze geïntegreerd worden in de vloer. Zo kan de hoogte van de vloer meegenomen worden voor de doorsnede van de balk. In de tabel staat aangegeven hoeveel de balken dan onder de vloer uit zullen steken. Voor de dimensionering van de vloeren, zijn de tabellen en grafieken gebruikt uit bijlage 4; vloerkeuze.

Dimensionering balken: - 5400/12,5 ≈ 435 mm - 7200/12,5 ≈ 580 mm - 10800/12.5 ≈ 865 mm (te hoog)

Vloerdikte Hoogte v/d balken Hoogte v/d balken Gewicht van de (mm) onder de vloer bij onder de vloer bij vloer een overspanning een overspanning (kg/m2) van 5,4 m van 7,2 m (mm) (mm) Breedplaatvloer - 5,4 m 190 245 390 475 - 7,2 m 250 185 330 625 - 10,8 m - - - - Bollenplaatvloer - 5,4 m 230 205 350 370 - 7,2 m 280 155 300 460 - 10,8 m 390 45 190 640 Kanaalplaatvloer - 5,4 m 200 + 60 235 380 302 - 7,2 m 200 + 60 235 380 302 - 10,8 m 260 + 60 175 320 376 Infra+ vloer - 5,4 m 240 + 118 195 340 338 - 7,2 m 300 + 118 135 280 347 - 10,8 m 400 + 118 35 180 365 Tabel 1. Vloerpakketten.

Een breedplaatvloer en een bollenplaatvloer moeten in het werk gestort en onderstempeld worden. Bij de criteria was al aangegeven dat het bouwtempo vrij hoog ligt en zijn deze vloeren dus niet ideaal. Een voordeel van deze vloer is, dat er leidingen in gestort kunnen worden, zoals te zien in figuur 22 (Leidingen in een breedplaatvloer (z.j)). Door de geringe vloerdikte, zullen alleen niet alle kanalen in de vloer passen. Ook zorgt dit voor weinig flexibiliteit in de indeling. De plaatsing van de leidingen is namelijk niet meer te veranderen. Figuur 22. Leidingen in een breedplaatvloer. Geraadpleegd via http://www.scholz.nl/ fotos/205_foto6_afbeelding_groot.jpg Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 41

Omdat er balken toegepast zullen worden, kan de ruimte tussen de balken optimaal gebruikt worden voor het leidingwerk. Hierdoor kan het vloerpakket zo dun mogelijk worden gehouden. De kanaalplaatvloer biedt hiervoor de meeste ruimte tussen de balken. Een kanaalplaatvloer kan verder snel en direct van de vrachtwagen gemonteerd worden. Ook hoeft er niet gewacht te worden tot de plaat is uitgehard, zoals wel het geval is bij onder andere de breedplaatvloer. Dit komt het bouwtempo ten goede.

Voor de vloer zal dus een kanaalplaatvloer toegepast worden. Deze komt zoals hierboven aangegeven het beste naar voren als we kijken naar het gewicht van de vloer, de dikte van het vloerpakket en het bouwtempo.

3.2. Plattegrond In de plattegrond is uiteindelijk gekozen voor een overspanning van 7,2m voor de vloeren en de balken. Zie voor het gewicht en de dimensionering tabel 1 (vloerpakketten). De constructie wordt met de overspanning niet te zwaar, zodat er bespaard kan worden op de fundering. Met een lager constructiegewicht zal ook niet teveel gewicht op de knik van het gebouw komen te staan. Zo worden de spatkrachten, die ontstaan op de knik, meteen verminderd. Daarnaast is met deze overspanningen nog voldoende indelingsvrijheid in de plattegrond. Het is dus een soort middenweg tussen het constructiegewicht en de indelingsvrijheid.

De balken worden in de langsrichting geplaatst voor de flexibiliteit van de installaties. Voor de vloeren is gekozen voor een kanaalplaat. Het vloerpakket kan met deze vloer zo dun mogelijk worden gehouden. Deze heeft een laag gewicht en kan met een dikte van 200mm uitgevoerd worden.

Het ontwerp zal uitgevoerd worden in prefab om het bouwtempo te versnellen. Door de keuze voor gelijke overspanningen zit er veel herhaling in de elementen. Dit zal gunstig zijn voor het bouwproces.

Op de volgende pagina staat de plattegrond weergeven. De plattegrond van de bovenste verdiepingen in figuur 23 en de plattegrond van de begane grond in figuur 24.

Figuur 23. Plattegrond bovenste verdiepingen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 42

Figuur 24. Plattegrond begane grond

Knik in het gebouw Voor de knik in het gebouw zij er twee oplossing gekozen om uit te werken. Het verschil hierin zit hem vooral in de oplossing van de knik. We hebben beide gekozen voor een symmetrische oplossing. Zo wordt de kern niet te veel extra horizontaal belast en zal deze niet te groot worden.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 43

3.3. Variant A

De knik in het gebouw zorgt voor een enorme spatkracht die aangrijpt op de knik. Deze spatkracht wordt veroorzaakt, omdat de belasting uit het bovenste deel van het gebouw over een hoek van 10⁰ gedraaid moet worden. De verticale component uit het bovenste deel van het gebouw is 3670 kN. (zie tabel 2) De horizontale component is dan een trekkracht van 650 kN. Deze moet worden opgevangen (zie figuur 25). zijkolom aantal m² pb vb totaal vloer 8,00 25,92 1684,80 342,14 2026,94 kN vloer extreem 2,00 25,92 421,20 213,84 635,04 kN dak 1,00 25,92 175,22 0,00 175,22 kN toeslag balk 7200*400 10,00 2,88 355,68 355,68 kN kolom 400*400mm 10,00 0,16 161,20 161,20 kN gevel 10,00 26,64 277,06 277,06 kN dakopstand 1,00 7,20 38,38 38,38 kN totaal 3669,52 kN schuine component 10⁰ 3726,12 kN Spatkracht 647,03 kN Figuur 25: ontbinding Tabel 2: Gewichtsberekening zijkolom verdieping 8. Complete gewichtsberekening staat in bijlage 5 krachten verdieping 8 Door het gebouw symmetrisch en in evenwicht te ontwerpen, worden de spatkrachten op de verdieping zelf opgelost (zie figuur 26). De spatkrachten heffen elkaar op in de balk of vloer. Als de horizontale krachten niet in evenwicht zouden zijn, zal er een grote horizontale kracht op de kern aangrijpen. Dit heeft als gevolg dat de kern veel meer horizontale krachten op moet nemen en de kern veel zwaarder moet worden uitgevoerd.

Figuur 26: Doorsnede Fifty Two degrees. Oplossing knik door evenwicht in de constructie

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 44

Deze horizontale kracht van 650 kN is niet op te lossen met het bestaande ontwerp die voor de rest van het gebouw geld. Dit is dus niet op te vangen met een normale kanaalplaat. Op de knik moet dus een alternatieve oplossing komen om deze extra horizontale kracht op te nemen. Ik heb hier gekozen voor een voorspanning die de trekkracht opvangt. Door voorspanning toe te passen, komt er een horizontale druk op de vloeren te staan. Deze compenseert dan met de trekkracht door de spatkracht in het gebouw.

Deze voorspanning is zeer moeilijk toe te passen met de kanaalplaatvloeren. De voorspankabels moeten dan door vier balken en drie vloeren worden geleid. Deze kanaalplaatvloeren hebben weinig plek voor extra voorspanning en kunnen mogelijk deze extra drukkracht niet aan. Ook wordt de detaillering tussen de prefab elementen erg lastig.

Daarom is er gekozen om de balken op deze verdieping in de dwarsrichting te leggen (zie Error! Reference source not found. 27). Dan kunnen de balken gebruikt worden om de voorspankabels in te leggen. Deze balken zullen in het werk worden gestort, zodat er geen ingewikkelde oplossingen gevonden moeten worden bij eventuele prefab aansluitingen. Op deze in het werk gestorte balken komen dan gewoon dezelfde kanaalplaatvloeren als bij alle andere verdiepingen Figuur 227: Deel plattegrond verdieping 8 met (zie figuur 28). spatkrachten

Figuur 28: ontwerpdetail aansluiting dwarsrichting op knik

De voorspanstaven in deze balken zullen zo geplaatst worden dat de resultante kracht van deze staven precies door het zwaartepunt van de balk gaan. Omdat deze voorspanning alleen bedoeld is om de spatkrachten op te nemen, kunnen deze staven gewoon horizontaal in de balk gelegd worden. De extra drukkracht van de voorspanning compenseert dan met de spatkrachten.

Omdat de balken in de dwarsrichting komen, kunnen de leidingen niet tussen de balken door. Hierdoor zullen deze onder de balken door moeten worden geleid en zal de verdieping ongeveer 400 mm hoger worden dan de rest van de verdiepingen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 45

Figuur 30: Ontbinding krachten verdieping 7

Figuur 29: Deel plattegrond verdieping 7 met spatkrachten

Onder de knik komen per verdieping nog steeds spatkrachten voor. Dit komt omdat de verticale belasting schuin de kolom ingevoerd moet worden. Deze krachten zijn echter lang niet zo groot als bij de knik in het gebouw. Deze is maximaal 54kN (zie tabel 3 en figuur 30). Deze kracht resulteert in een normaalspanning die veel kleiner is dan de spanning van het moment ten gevolge van de vloerbelasting. Dit zal dus geen problemen opleveren in de doorsnede van de kanaalplaatvloeren. Dit betekent dus dat het deel onder de knik op dezelfde manier uitgevoerd kan worden als boven de knik (zie figuur 29). De enige afwijking bevindt zich dus precies op de knik. zijkolom aantal m² pb vb totaal schuine component 8e verd. 1,00 3726,12 kN vloer 1,00 23,40 190,13 38,61 228,74 kN vloer extreem 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN dak 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN toeslag balk 7200*400 1,00 2,88 35,57 35,57 kN kolom 400*400mm 1,00 0,16 16,12 16,12 kN gevel 1,00 26,64 27,71 27,71 kN dakopstand 0,00 0,00 0,00 0,00 kN totaal vert. van verdieping 308,13 kN schuine component 312,88 kN Spatkracht 54,33 kN schuine component totaal 4039,01 kN Tabel 3: Gewichtsberekening zijkolom verdieping 7. Complete gewichtsberekening staat in bijlage 5

In figuur 31 is een constructief geveldetail te zien van de prefab constructie onder het gebouw. De elementen worden op elkaar gemonteerd en daarna aangestort. Uit de onderste kolom steken stekken uit. Hier wordt de balk overheen gelegd en aangestort. Dan wordt de vloer geplaatst en aangestort. Daarna wordt er een nieuwe stek ingedraaid en de kolom er overheen gezet. Als laatste wordt de bovenste kolom geplaatst en aangestort via de gain.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 46

Figuur 31: Constructief geveldetail onder de knik

Deze oplossing van de knik zorgt ervoor dat de kern alleen horizontaal belast word door de wind. Zo kan deze zo klein mogelijk gedimensioneerd worden. Er is dus eigenlijk gebruik gemaakt van principe A (zie figuur14). Deze oplossing is mogelijk door de symmetrie.

Door de vloer ter plaatse van de knik anders te ontwerpen, kan er met relatief weinig materiaal een oplossing komen voor de spatkrachten. Er komen dus geen extra belemmeringen in de plattegrond van het gebouw.

De maximale kracht op de gevelkolom van de begane grond is 5560 kN (zie tabel 4). Deze kolom is twee verdiepingen hoog en zal dus maatgevend zijn voor het gebouw. De maximale kracht op de middenkolom van de begane grond is 9820 kN (zie tabel 4). Deze zullen beide gecontroleerd moeten worden. De kolommen op de begane grond zullen een hogere betonkwaliteit krijgen dan de hogere verdiepingen. Zo kunnen de kolommen dezelfde dimensies houden, maar worden ze naar beneden toe steeds sterker. Als de kolommen in hoge sterkte beton nog niet voldoen, zal er een staalprofiel in de kolom komen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 47

middenkolom aantal m² pb vb totaal Gewicht op 1e verd. 1,00 9449,59 kN vloer 1,00 30,60 248,63 50,49 299,12 kN vloer extreem 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN dak 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN toeslag balk 7200*400 1,00 2,88 35,57 35,57 kN kolom 400*400mm 2,00 0,16 32,24 32,24

totaal 9816,51 kN

zijkolom aantal m² pb vb totaal schuine component 1e verd. 1,00 5430,69 kN vloer 1,00 4,68 38,03 7,72 45,75 kN vloer extreem 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN dak 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 kN toeslag balk 7200*400 1,00 2,88 35,57 35,57 kN kolom 400*400mm 1,00 0,16 16,12 16,12 kN gevel 1,00 26,64 27,71 27,71 kN dakopstand 0,00 0,00 0,00 0,00 kN

totaal vert. van verdieping 125,14 kN schuine component 127,07 kN Spatkracht 22,07 kN schuine component totaal 5557,76 kN Tabel 4: Gewichtsberekening zij- en middenkolom verdieping 8. Complete gewichtsberekening staat in bijlage 5

Dimensionering

Toegepaste vuistregels balken:

Figuur 32. Vuistregels balk, Overgenomen uit Dictaat Construeren Beton B4, Avans Hogeschool AB&I, door ir. V.G. Keijzers Voor de gebruikte belastingen wordt verwezen naar de gewichtsberekening in Bijlage; 3.

Kolom gevel: Belasting max: 5558 kN (begane grond ) b = h = √(5558*10^3/40) = 372mm (Betonsterkteklasse C45/55) 400 x 400 mm

Kolom midden: Belasting max: 9817 kN (begane grond) b =h = √(9817*10^3/50) = 443mm (Betonsterkteklasse C80/95) 400 x 400 mm

De belasting op de kolommen neemt per verdieping in de hoogte af. De betonsterkteklasse neemt ook in de hoogte af, zo kan de dimensionering van de kolommen gelijk blijven.

Balk rand: h: 7200/12,5 = 580 mm

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 48

b: 1/2 à 1/3 h = 300 mm

Balk midden: h: 7200/12,5 = 580 mm (figuur 32) b: 1/2 à 1/3 h = 400 mm (figuur 32)

De balken in het gebouw dragen een hoge belasting. De balk draagt hier twee vloeren die beide 7,2 m overspannen. Hierdoor is de breedte van de balk in het gebouw hoger aangenomen. Daarnaast heeft de balk zo dezelfde afmeting als de kolommen binnen het gebouw, waardoor deze goed op elkaar aansluiten.

Balk knik De balk ter plaatse van de knik krijgt dezelfde hoogte als de andere balken. Omdat hier een aantal voorspanstaven in moeten, zal de wapening minder goed passen. Daarom wordt de wapening in meerdere lagen aangebracht. De voorspanstrengen komen dan in de tweede laag.

Hieronder zijn de balken nogmaals gedimensioneerd. Maar dan op basis van sterkte met gebruik van een eenvoudige krachtsverdeling. Zo is te zien welke betonsterkteklasse benodigd is bij een bepaald wapeningspercentage.

Balk rand: Betonsterkteklasse: C45/55 Wapeningspercentage: ρ = 0,8%

Vloer: (0,5 * 7,2) * 6,25 = 22,5 Balk: 25 * 0.58 * 0,3 = 4,4 Variabel: (0,5 * 7,2) * 2,5 = 9 q.d.max: 1,3 * (22,5+4,4) + 1,65 * 9 = 50 kN M.max: 0,115 * 50 * 7,2^2 = 300 kNm (GTB2010-6.2)

300/(30,0 *b * 0,58^2) = 110 (GTB2010-11.2) b = 270 mm

Balk midden: Betonsterkteklasse: C45/55 Wapeningspercentage: ρ = 1,13%

Vloer: 7,2 * 6,25 = 45 Balk: 25 * 0.58 * 0,4 = 5,8 Variabel: 7,2 * 2,5 = 18 q.d.max: 1,3 * (45+5,8) + 1,65 * 18 = 96 kN M.max: 0,115 * 96 * 7,2^2 = 572 kNm (GTB2010-6.2)

572/(30,0 *b * 0,58^2) = 150 (GTB2010-11.2) b = 380 mm

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 49

3.4. Variant B

Zoals eerder is aangegeven vraagt de knik in het gebouw om een bijzondere constructie. Wanneer de spatkrachten die ontstaan bij de knik niet worden opgevangen, zal de kern bijna twee keer zoveel horizontale belasting op moeten nemen. De kern zal dan zwaarder moeten worden uitgevoerd om deze belasting op te kunnen vangen. Daarnaast kan door de hoge horizontale belasting eerder trek optreden in de fundering.

Om de spatkrachten op te vangen is in dit ontwerp gekozen voor een overgangsconstructie. Deze constructie vangt de bovenbelasting op vanaf de knik in het gebouw. De verticale belasting wordt vervolgens via jukken afgedragen naar de achterliggende constructie. De horizontale trekkrachten die hierbij ontstaan worden opgevangen door een trekstaaf.

Figuur 33. Figuur 34. Overgangsconstructie op druk. Overgangsconstructie op trek. Wanneer de overdrachtsconstructie op druk belast wordt, zoals te zien in figuur 33 (Overgangsconstructie op druk), zal er trek in de betonnen vloer optreden. Deze trekkracht loopt dan, in de gehele gebouwbreedte, over lengte van 21,6 meter. Beton kan goed drukkrachten opnemen maar niet veel trekkrachten. Dus om trek in de betonnen vloeren zo veel mogelijk te vermijden is er gekozen voor een overgangsconstructie op trek, zoals te zien in figuur 34 (Overgangsconstructie op trek). Hierbij worden de spatkrachten bovenin opgevangen door een trekstaaf met een lengte van 7,2 meter. De spatkrachten onderin worden opgevangen door de vloeren. De vloeren worden hierbij dus belast op drukkrachten, wat goed opgenomen kan worden door het beton.

Op sommige punten sluit de overgangsconstructie aan op de kern. Hierdoor werkt er een extra drukkracht op de kern. Door deze drukkracht is er minder kans op trek in de kernwanden. Wanneer de drukspanning uit de verticale belasting groter is dan de trekspanning ten gevolge van de windbelasting, zoals te zien in figuur 35 (Spanningen kern tgv verticale belasting en wind), zal de constructie ongescheurd blijven. Hierdoor zal de constructie een hoge buigstijfheid hebben. Ook zal er minder tot geen trek in de fundering optreden. Dit is gewenst omdat funderingspalen vaak beter druk dan trek Figuur 35. Spanningen kern tgv verticale belasting en wind. kunnen opnemen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 50

Naast de overgangsconstructie zullen kolommen in het gebouw schuin geplaatst worden, deze worden in het rood weergeven in figuur 36 (Doorsnede onder de knik). De constructie wordt zo als het ware gespiegeld, waardoor een symmetrie ontstaat. Er is dan inwendig evenwicht in de constructie. De spatkrachten ten gevolge van de verticale vloerbelasting worden opgevangen door de vloeren.

Figuur 36. Doorsnede onder de knik.

Door de bovenbelasting af te dragen vanaf de knik, wordt de belasting op de schuin geplaatste kolommen verminderd. Hierdoor kunnen deze kolommen slanker uitgevoerd worden en is de gevel meer open. Er is dan, vanuit de binnenruimte, een beter zicht naar buiten toe.

Onder de overgangsconstructie, ter plaatse van de knik, zijn in principe geen kolommen nodig. De bovenbelasting wordt immers al afgedragen via de jukken. Door hier toch kolommen te plaatsen kan er eenvoudig een tweede draagweg gerealiseerd worden, zie figuur 37 (Doorsnede t.p.v. de knik). Deze kunnen dan geactiveerd worden wanneer de overdrachtsconstructie mocht bezwijken. Een tweede draagweg wordt ook steeds belangrijker in Nederland. Er zijn geen voorschriften voor, maar per gemeente kunnen hier wel eisen aan gesteld worden. In Rotterdam stelt de gemeente bijvoorbeeld al eisen aan een tweede draagweg bij gebouwen met een prefab constructie.

Figuur 37. Doorsnede t.p.v. de knik.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 51

In figuur 38 (Dwarsdoorsnede en krachtswerking per stramien), is in de dwarsdoorsnede het ontwerp van de hoofddraagconstructie weergeven. Van belangrijke knooppunten in de knik is een gewichtsberekening gemaakt. Hiermee wordt duidelijk hoe groot de spatkrachten zijn op deze knooppunten.

Figuur 38. Dwarsdoorsnede en krachtswerking per stramien.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 52

3.4.1. Krachtsverdeling knooppunten knik

De belasting die aangrijpt op de knooppunten ter plaatse van de knik, worden weergeven in tabel 5 t/m 7. De krachtsverdeling die hierbij hoort, is geschematiseerd in figuur 39 t/m 41.

Variabele belasting vloer: 2,5 kN Combinatiewaarde Ψ0: 0,4 gewicht gevel kolom knik verdieping 8-18 aantal m² of m kN vloer 10 25,92 1620 dak 1 25,92 134,784 toeslag balk 10 7,2 205,2 kolom 10 3,2 72 gevel 10 26,64 213,12 dakopstand 1 7,2 29,52 totaal per stramien 2274,624 Figuur 39. Krachtsverdeling Tabel 5. Belasting t.p.v. knooppunt 1. knooppunt 1

Verticale belasting: (1,3 * 2274,0) + 1,65 * (8 * 25,9 * 0,4 * 2,5 + 2 * 25,9 * 2,5) = 3511 kN

gewicht middenkolom overgangsconstructie aantal m² of m kN vloer 7 51,84 2268 dak 1 51,84 269,568 toeslag balk 7 7,2 143,64 kolom 7 3,2 50,4 totaal per stramien 2731,608 Figuur 40. Krachtsverdeling Tabel 6. Belasting t.p.v. knooppunt 2. knooppunt 2.

Verticale belasting: (1,3 * 2732,0) + 1,65 * (5 * 51,8 * 0,4 * 2,5 + 2 * 51,8* 2,5) = 4406 kN

gewicht gevel kolom knik verdieping 6 aantal m² of m kN vloer 1 23,508 146,925 toeslag balk 1 7,2 20,52 kolom 1 3,2 7,2 gevel 1 26,64 21,312 totaal 195,957 Figuur 41. Krachtsverdeling Tabel 7. Belasting t.p.v. knooppunt 3. knooppunt 3.

Verticale belasting: (1,3 * 195,0) + 1,65 * (1 * 25,9 * 2,5) = 362 kN

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 53

3.4.2. Dimensionering

Voor de gebruikte belastingen wordt verwezen naar de gewichtsberekening in Bijlage; 3.

Kolom gevel: Belasting max: 3600 kN (Boven knik gebouw) b = h = √(3600*10^3/40) = 300 mm (Betonsterkteklasse C70/85) 300 x 300 mm

Kolom gevel: Belasting begane grond: 1700 kN (Onder knik gebouw) b = (1700*10^3/29)/300 = 195 mm (Betonsterkteklasse C55/67) 200 x 300 mm

Kolom midden: Belasting begane grond: 14200 kN b = h = √(13400*10^3/54) = 498 mm (Betonsterkteklasse C90/105) 500 x 500 mm

De onderste kolommen dragen meer vloeren dan de kolommen die bovenin geplaatst zijn. De belasting op de kolommen neemt dus in de hoogte af. De betonsterkteklasse neemt ook in de hoogte af, zo kan de dimensionering van de kolommen gelijk blijven.

De verticale belasting van de gevelkolommen boven de knik worden afgedragen naar de achterliggende kolommen binnen het gebouw. Hierdoor krijgen deze een hoge belasting. Om de afmetingen van de kolommen gering te houden kan er in de onderste verdiepingen gebruik worden gemaakt van ingestorte staalprofielen.

Toegepaste vuistregels balken:

Figuur 42. Vuistregels balk. Overgenomen uit Dictaat Construeren Beton B4, Avans Hogeschool AB&I, door ir. V.G. Keijzers

Balk rand: h: 7200/12,5 = 580 mm b: 1/2 à 1/3 h = 300 mm

Balk midden: h: 7200/12,5 = 580 mm b: 1/2 à 1/3 h = 400 mm

De balken binnen het gebouw dragen een hoge belasting. De balk draagt hier twee vloeren die beide 7,2 m overspannen. Hierdoor is de breedte van de balk binnen het gebouw hoger aangenomen. Daarnaast heeft de balk zo dezelfde afmeting als de kolommen binnen het gebouw, waardoor deze goed op elkaar aansluiten. Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 54

Hieronder zijn de balken nogmaals gedimensioneerd. Maar dan op basis van sterkte met gebruik van een eenvoudige krachtsverdeling. Zo is te zien welke betonsterkteklasse benodigd is, bij een bepaald wapeningspercentage.

Balk rand: Betonsterkteklasse: C45/55 Wapeningspercentage: ρ = 0,8%

Vloer: (0,5 * 7,2) * 6,25 = 22,5 Balk: 25 * 0.58 * 0,3 = 4,4 Variabel: (0,5 * 7,2) * 2,5 = 9 q.d.max: 1,3 * (22,5+4,4) + 1,65 * 9 = 50 kN M.max: 0,115 * 50 * 7,2^2 = 300 kNm (GTB2010-6.2)

300/(30,0 *b * 0,58^2) = 110 (GTB2010-11.2) b = 270 mm

Balk midden: Betonsterkteklasse: C45/55 Wapeningspercentage: ρ = 1,13%

Vloer: 7,2 * 6,25 = 45 Balk: 25 * 0.58 * 0,4 = 5,8 Variabel: 7,2 * 2,5 = 18 q.d.max: 1,3 * (45+5,8) + 1,65 * 18 = 96 kN M.max: 0,115 * 96 * 7,2^2 = 572 kNm (GTB2010-6.2)

572/(30,0 *b * 0,58^2) = 150 (GTB2010-11.2) b = 380 mm

Overgangsconstructie:

Jukken: Staalkwaliteit: S355

Belasting max: 4290 kN A = 4290*10^3/355 = 12100 mm2

HEA 320 A = 12437 mm2

Trekstaven: Staalkwaliteit: S235

Belasting max: 2330 kN A = 2330*10^3/235 = 9920 mm2

HEA 300 / HEA 320 A = 11253 mm2 / A = 12437 mm2

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 55

3.5. Conclusie/samenvatting

De uiteindelijke ontwerpenvarianten die er liggen, hebben ieder voor en nadelen. Er is dus niet gelijk te zeggen welk ontwerp beter is. Dit zal verder onderzocht moeten met betrekking tot bijvoorbeeld de kosten.

Beide ontwerpen maken gebruik van evenwicht en symmetrie in het gebouw. De spatkrachten ten gevolge van de knik zijn wel anders ingevuld. Hieronder worden de ontwerpvarianten kort samengevat.

Ontwerp variant A De knik wordt opgelost door de balken in de dwarsrichting te leggen. Deze balken worden in het werk gestort en voorgespannen. Omdat de balken in de dwarsrichting liggen zal deze verdieping iets hoger worden in verband met de installaties die onderdoor moeten. De balken worden in het werk gestort. Dit zal de bouwtijd negatief beïnvloeden.

De spatkrachten worden opgevangen door voorspanning in de dwarsbalken. Zo is er geen hulpconstructie nodig. De oplossing van de knik neemt dus weinig ruimte in.

Ontwerp variant B Bij dit ontwerp worden de spatkrachten in de knik opgevangen door een stalen hulpconstructie. Het voordeel hiervan is dat de gevelkolommen minder zwaar belast worden krijgen en zo slanker uitgevoerd kunnen worden. De overgangsconstructie zorgt voor een tweede draagweg in het bovenste deel van het gebouw. Daarbij zorgt de overgangsconstructie ervoor dat de kern zwaarder belast word. Hierdoor zal deze stijver worden.

Het nadeel van deze overgangsconstructie is de detaillering van de staal-beton aansluitingen en het feit dat er een schuine ligger over drie verdiepingen in de weg zit. Deze zit echter maar plaatselijk in de weg en beïnvloed de zichtlijnen en de plattegrond nauwelijks. Omdat de kolommen in de gevel minder kracht opnemen, zullen de kolommen midden in het gebouw meer belasting op moeten nemen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 56

4. Uitwerking

4.1. Uitwerking algemeen

Uitwerking berekening balken

De balken in het gebouw zijn bij beide ontwerpen hetzelfde uitgevoerd. Deze zijn dan ook maar een keer berekend.

De gebouwdelen hebben de volgende uitgangspunten: Referentie periode: 50 jaar Milieuklasse: XC1 Betonsterkteklasse: C45/55 Constructieklasse: S3 (voor hoogbouw) Betonstaalklasse: B500

Voor de gehele berekeningen zie Bijlage; 6

Eindligger

Figuur 43: Aanduiding eindliggers

De eindliggers (zie figuur 43) zijn liggers op twee steunpunten met een overspanning van 7,2 meter. De balk is 580mm hoog en 400 mm breed gedimensioneerd. Dit is met de berekening ook gecontroleerd.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 57

Figuur 44: mechanica schema

Het maximale veldmoment in deze ligger is 572 kNm. De wapening die hier voor nodig is, is maximaal 4Ø32 aan de onderkant (zie figuur 45). Omdat de uiteindes scharnierend verbonden zijn (zie figuur 44), is het moment bij de steunpunten nul. Er wordt als boven wapening 2Ø16 toegepast.

Figuur 45: Langsdoorsnede wapening inclusief momentdekkingslijn

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 58

Liggers midden (tussen de kernen)

Figuur 46: Aanduiding ligger midden

De liggers in het midden van het gebouw (zie figuur 46) zijn liggers over meerdere steunpunten. De overspanningen zijn 7,2 meter. De dimensionering is hier ook 580x400mm en de balken zijn uiteindelijk met deze afmetingen toegepast.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 59

A

A

Figuur 47: Langsdoorsnede wapening midden ligger inclusief momentdekkingslijn

Deze ligger krijgt ter plaatse van de steunpunten een groot moment (zie figuur 47). Dit is ongeveer 500 kNm maximaal. Hierdoor moet er zo veel wapening bovenin de doorsnede, dat er een tweede laag nodig is. Dit komt omdat de balk bovenin minder breed is, door de opleggingen van de vloeren.

Figuur 48: wapeningsdoorsnede balk AA

Door een tweede laag toe te voegen voldoet de wapening wel met betrekking tot de tussenafstanden voor het storten (zie figuur 48).

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 60

4.1. Variant A Een aantal delen van het gebouw worden constructief uitgewerkt. Dit zijn een aantal maatgevende onderdelen, zoals de oplossing voor de knik, een prefab balk, de maatgevende gevelkolommen en de maatgevende middenkolommen.

De gebouwdelen hebben de volgende uitgangspunten: Referentie periode: 50 jaar Milieuklasse: XC1 Constructieklasse: S3 (voor hoogbouw) Betonstaalklasse: B500 Voorspanstaalklasse: B1860

De rechte kolommen zijn berekend met Technosoft Kolomwapening. De schuine kolommen zijn berekend met Technosoft Raamwerken. De liggers zijn berekend met Technosoft Liggers.

Voor volledige berekeningen zie bijlage; 7

Kolommen:

450 De middenkolommen: a b b b a

De maatgevende kolom die is uitgewerkt is de 4 ø25.0 : a c c kolom op de begane grond. Deze is namelijk twee 6 ø25.0 : b c c verdiepingen hoog en heeft een grote verticale 450 6 ø25.0 : c c c belasting. Dit is 9817 kN. De kolom kan hier geen 400x400 mm worden, omdat dan het maximum Y wapeningspercentage overschreden worden. Een a b b b a X optie hiervoor is om een staalprofiel in te storten Figuur49: Wapeningsdoorsnede middenkolom begane of de kolom 450x450 te maken. grond

Er is voor kolommen van 450x450mm gekozen, omdat dit makkelijker is in de detaillering. Dan is er 400 a b b a geen lastige koppeling nodig tussen de wapening van de balken en het staalprofiel. 4 ø25.0 : a c c 4 ø25.0 : b

De kolom wordt gewapend met 14Ø25 (zie figuur49) c c 400 4 ø25.0 : c en is van betonsterkte C80/95. Dit is nodig omdat er een grote kracht op komt. De normaalkracht is dan Y ook het belangrijkst in deze berekening. Het a b b a moment in de kolom is 83 kNm terwijl deze X oplossing 450 kNm op kan nemen. Figuur 50: Wapeningsdoorsnede middenkolom 1ste verdieping De kolom op de 1ste verdieping is wel 400x400mm en heeft minder wapening nodig, namelijk 12Ø25met betonsterkteklasse C80/95 (zie figuur 50). Alle kolommen die boven deze verdieping komen worden ook 400X400 uitgevoerd, maar met minder wapening en/of een lagere betonsterkteklasse.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 61

De gevelkolommen:

De maatgevende gevelkolom is ook op de begane grond. Omdat deze kolom schuin staat kan deze niet berekend worden met Technosoft kolomwapening. Hiervoor is Technosoft Raamwerken gebruikt. De gevelkolommen zijn gedimensioneerd op 400x400mm. Dit wordt na controle ook toegepast. De gevel kolommen moeten 400x400mm worden, omdat er bij een slankere kolom over het maximum wapeningspercentage heen wordt gegaan.

De wapening van de gevelkolom op de begane grond is 8Ø25 met een betonsterkteklasse van C45/55 (zie figuur 51). Ook bij deze kolommen neemt de wapening en/of de betonsterkteklasse per verdieping af. Omdat de gevelkolom schuin staat is het moment maatgevend op de begane grond. Dit is 85 kNm en deze oplossing kan 96 kNm aan.

Figuur 5123: doorsnede kolomwapening gevel begane grond

Figuur 52: doorsnede kolomwapening gevel 1ste verdieping

De kolomhoogte op de eerste verdieping is 3,1 meter. Het moment op deze kolom is dus kleiner. Hierdoor kan de wapening verminderd worden op de 1ste verdieping. Hier wordt 10Ø16 toegepast bij betonsterkteklasse C45/55 (zie figuur 52). Per verdieping kan dit verminderd worden tot het minimum wapeningspercentage.

Ligger 8ste verdieping

Deze ligger wijkt af van de andere liggers in het gebouw. Deze ligger ligt in de dwarsrichting en is voorgespannen om de spatkrachten ten gevolge van de knik op te nemen. Deze ligger wordt in het werk gestort en in het werk voorgespannen. Dit komt omdat een prefab ligger 22 meter lang zou worden. Als de ligger prefab in delen gemaakt wordt moeten er ingewikkelde koppelingen komen bij de overgang van elementen.

De voorspanning bestaat uit vier rechte strengen, die samen centrisch aangrijpen. De sterkte is B1860 en heeft een diameter van 12,5mm.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 62

De oppervlakte van een streng is dan 0,25x x12.52=122.7mm2. Met een spatkracht van 650kN is er een spanning in het voorspanstaal nodig van 650x103/6*122.7=883N/mm2. Een voorspankabel van B1860 heeft een aanvangsspanning van ongeveer 1200N/mm2. Na spanningsverliezen blijft er ongeveer 1000N/mm2 over. Dit is dus ruim voldoende. De voorspanning grijpt centrisch aan, dus er komt geen extra moment op de balk. De voorspanning is er puur om de spatkracht op te nemen.

De voorspanstrengen komen in een derde wapeningslaag te liggen (zie figuur 53 en 54). De krachten vanuit de vloeren worden door de normale wapening opgevangen.

A

A

Figuur 5324: Wapeningstekening balk 8ste’’ verdieping

Figuur 5425: Wapeningsdoorsnede AA, balk 8ste verdieping

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 63

4.2. Variant B

Voor de uitwerking zijn een aantal maatgevende onderdelen uitgewerkt. Hierbij is gekeken naar de overdrachtsconstructie, de zwaarst belaste kolommen in het gebouw en de schuin geplaatste gevelkolom op de begane grond.

De volgende uitgangspunten zijn aangehouden: Referentie periode: 50 jaar Milieuklasse: XC1 Constructieklasse: S3 (voor hoogbouw) Betonstaalklasse: B500

De rechte kolommen zijn berekend met Technosoft Kolomwapening. De schuine kolommen en de overdrachtsconstructie zijn berekend met Technosoft Raamwerken. De liggers zijn berekend met Technosoft Liggers.

Voor volledige berekeningen, zie Bijlage; 8.

Middenkolommen

De middenkolommen hebben een hoge belasting. De overdrachtsconstructie draagt namelijk een groot deel van de verticale gevelbelasting af naar deze kolommen.

Als maatgevende middenkolom, is de kolom op de begane grond aangenomen. Deze kolom is twee 500 a b b a verdiepingen hoog, met een lengte van 6900 mm. Hierdoor heeft deze kolom een hoge 4 ø32.0 : a knikgevoeligheid. De kolommen op de overige c c 4 ø32.0 : b verdiepingen hebben een lengte van 3100 mm. c c 500 4 ø32.0 : c

De belasting op deze kolom is 13050 kN. De Y betonsterkteklasse ligt op C 80/95. De afmetingen a b b a X worden hierbij 500x500 mm en is er wapening Figuur 55. Doorsnede middenkolom begane grond benodigd van 12Ø32. De doorsnede van deze kolommen is te zien in figuur 55.

e Vanaf de 3 verdieping kunnen de kolommen 450 volstaan met een afmeting van 450x450 mm. Hierbij a b b b a is er ook een betonsterkteklasse aangehouden van C 4 ø25.0 : a 80/95 en is er wapening benodigd van 16Ø25. De c c 6 ø25.0 : b belasting op deze kolommen is 11790 kN. De c c 450 6 ø25.0 : c doorsnede van deze kolommen is te zien in figuur 56. c c

Y Er kan voor gekozen worden om de kolommen onder a b b b a de 3e verdieping ook 450x450 mm te dimensioneren, X e e waarbij een staalprofiel wordt ingestort om de Figuur 56. Doorsnede middenkolom 3 tot 8 verdieping benodigde sterkte te behalen.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 64

400 e Boven de knik in het gebouw, op de 9 verdieping, ligt a b b b b a de belasting op 9230 kN. De kolommen worden vanaf 4 ø20.0 : a deze verdieping gedimensioneerd op 400x400 mm, c c met een betonsterkteklasse van C 80/95 en met c c 8 ø20.0 : b wapening van 20Ø20 (zie figuur 57). Boven de c c 400 8 ø20.0 : c overdrachtsconstructie, op de 11e verdieping, wordt c c de belasting op de kolommen bijna gehalveerd en Y a b b b b a kan met een lagere betonsterkteklasse worden e volstaan. FiguurX 57. Doornede middenkolom vanaf 9 verdieping

De balken zijn berekend met een breedte van 400x400 mm. Om deze goed aan te laten sluiten op de bredere kolommen zal ter plaatse van de oplegging een verbreding in de balk komen.

Gevelkolommen

Door de overdrachtsconstructie worden de schuin geplaatste gevelkolommen voor een groot deel ontlast. Deze kolommen kunnen zo met een kleinere afmeting voldoen. Vanuit de binnenruimte is er, met kleinere gevelkolommen, een beter uitzicht naar buiten. Als maatgevende gevelkolom is de kolom op de begane grond genomen. Net als de maatgevende middenkolom heeft deze kolom een lengte van ± 6900 mm, waardoor ook deze knikgevoelig is.

De gevelkolommen onder de knik van het gebouw zijn uitgevoerd in 200x300 mm. De kolom op de begane grond heeft een betonsterkteklasse van C 40/50 en voor de wapening kan worden volstaan met 4Ø20. Volgens de detailleringsregels mag de afstand tussen de wapening niet groter zijn dan 150 mm. Om hieraan te voldoen worden aan de brede zijde nog 2Ø8 bijgelegd. In figuur 58 wordt de doorsnede van de kolom weergeven. De belasting op deze kolom is 1700 kN. Doordat de belasting in de hoogte Figuur 58. Doorsnede gevelkolom begane grond afneemt kunnen de gevelkolommen op hogere verdiepingen volstaan met een lagere betonsterkteklasse.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 65

Overdrachtsconstructie

De overdrachtsconstructie wordt in staal uitgevoerd. De horizontale druk en trekkrachten die ontstaan worden door het element opgevangen. Op deze manier heeft het element een inwendig horizontaal evenwicht en worden alleen de verticale krachten afgedragen.

Het element is zo in Technosoft ingevoerd, dat alleen de stalen overdrachtsconstructie wordt weergeven. Deze invoer is te zien in figuur 59. Waar de overdrachtsconstructie de krachten afdraagt op de betonnen kolommen, is een oplegging geplaatst. De kern verzorgt de stabiliteit en de vloeren de schijfwerking. Dus de opleggingen zijn in principe beide rolscharnieren. Omdat het constructie element op zichtzelf niet stabiel is zijn twee opleggingen toch vastgezet.

Figuur 59. Schematisering overdrachtsconstructie

De belasting uit de gevelkolommen grijpt aan op de uitkragingen van het element. Deze kracht is aan beide zijde 3280 kN 3910 kN 3280 kN. Deze kracht wordt ontbonden, zoals te zien in figuur 60. Door de jukken loopt een kracht van 3910 kN en door de liggers een kracht van 2130 kN. De normaalkrachten, de verplaatsingen en de oplegreacties in de profielen zijn door de 2130 kN geschematiseerde opleggingen iets uit balans, Deze krachten zijn eigenlijk symmetrisch. Figuur 60. Ontbinding krachten

De jukken zijn uitgevoerd als HEA 300 in staalkwaliteit 355. De bovenste ligger is uitgevoerd als HEA 300 in staalkwaliteit 235. De onderste ligger wordt in de vloer gelegd en aangestort. Hierdoor is dit profiel gesteund tegen kip. In de berekening is hier geen rekening mee gehouden, waardoor de ligger misschien minder zwaar gedimensioneerd kan worden. Deze ligger wordt nu uitgevoerd als een HEM 240 in staalkwaliteit 355.

Om ter plaatse van de uitkraging een goede aansluiting te krijgen, worden de aansluitende kolommen en balken ook in staal uitgevoerd. De aansluitende kolommen en balken worden uitgevoerd als HEA 300 (zie figuur 61). De berekeningen van deze onderdelen zijn te vinden in Bijlage; 8. Figuur 61. Detail staalconstructie t.p.v. uitkraging

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 66

5. Analyse bestaand ontwerp Fifty Two Degrees

Fifty Two Degrees – Nijmegen (Figuur 62, (z.j.))  Architect Mecanoo architecten  Constructeur Adviesbureau Tielemans  Aannemer Ballast Nedam Bouw & Ontwikkeling

 Hoogte 86 m  Jaar van oplevering 2006  Functie kantoorgebouw  Constructiemateriaal Hybride (staal/beton)  Stabiliteit Betonnen kernen  Bijzonderheden Knik in het gebouw Figuur 6226: Fifty Two Degrees. Geraadpleegd via http://www.greenroofs.com/project Keuze constructie: s/52degrees/52degrees3.jpg (z.j.)

Voor een kantoorgebouw als dit ligt een kolommenstructuur voor de hand. Er is gekozen voor een overspanning van 7,2 meter voor de balken en 10,8 meter voor de vloeren. Er is gekeken naar een staalconstructie, een volledige betonconstructie en een hybride constructie. Een in het werk gestorte variant paste niet bij de eis voor de bouwsnelheid.

De staalconstructie is niet gekozen, vanwege de grote hoeveelheid schoren. Dit was niet praktisch met betrekking tot het gebruiksoppervlak. Een constructie volledig in beton zou bij deze overspanningen te groot worden ter plaatse van de knik in het gebouw. Door de knik ontstaan er namelijk hoge spatkrachten. Om deze op te vangen moet er veel voorspanning gebruikt worden, waardoor de afmetingen van de balken erg groot zouden worden.

Er is dus gekozen voor een hybride variant. De betonnen kern wordt in het werk gestort. De omhulling is van staal. Er is voor deze omhulling gekozen, zodat de liggers geïntegreerd kunnen worden in de vloer. Zo blijft de constructiehoogte beperkt. Het nadeel van een stalen omhulling is de fluctuerende staalprijs. Dit kan dus een dure oplossing zijn.

Vloerkeuze

Voor de vloeren is er gekozen voor een kanaalplaatvloer met een hoogte van 260 mm. Deze overspant 10,8 meter. Dit is een relatief lichte oplossing met een dun vloerpakket. De liggers zijn immers geïntegreerd in de vloer. Zo is er veel ruimte beschikbaar voor de installaties.

Een staalplaatbetonvloer is nog lichter. Deze was zelfs te licht, waardoor er veel trekpalen nodig zouden zijn.

Stabiliteit

De stabiliteit wordt verzorgd door de betonnen kern. Door de knik in het gebouw ontstaan spatkrachten. Doordat het gebouw met inwendig evenwicht is ontworpen, komen deze krachten niet in de kern terecht, maar worden deze per verdieping tegen elkaar opgeheven.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 67

Voor- en nadelen

Voordelen Dun vloerpakket Goede oplossing bij de knik in het gebouw Bouwtijd

Nadelen Potentieel dure oplossing Vervormingen van de constructie tijdens het bouwen met betrekking tot de gevel Extra maatregelen voor brandwerendheid Extra maatregelen voor geluidswering

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 68

6. Terugkoppeling

6.1. Literatuurstudie/Matrix

Literatuurstudie

Fifty Two Degrees heeft een aantal eisen aan het ontwerp. Deze eisen zijn langs de gemaakte ontwerpschetsen gelegd. Uit de literatuurstudie is duidelijk geworden welke invloed deze eisen hebben op het ontwerp. Zo kon goed beargumenteerd worden welke constructieve oplossingen wel of niet goed toegepast kunnen worden en wat de consequenties zijn van bepaalde ontwerpkeuzes. Zo konden afwegingen snel gemaakt worden. De gevel van Fifty Two Degrees moest bijvoorbeeld flexibel indeelbaar zijn. In ons onderzoek vielen hierdoor verschillende ontwerpschetsen al snel af en zijn we er achter gekomen welke principes wel in aanmerking komen.

Matrix

Voor Fifty Two Degrees zijn de belangrijke eisen aan het gebouw in de matrix verwerkt. De uitkomsten hiervan zijn te zien in Bijlage; 3.

Om de terugkoppeling te maken naar de casus, wordt eerst de argumentering voor de wegingsfactoren beschreven. Waarna wordt aangegeven waardoor bepaalde constructieprincipes hoger scoren dan andere. Uiteindelijk worden hieruit conclusies getrokken.

Argumentatie wegingsfactoren matrix - Fifty Two Degrees

Flexibiliteit in vloerindeling: Weging: 5 Vanuit de opdrachtgever is flexibiliteit in de vloerindeling zeer belangrijk. Het gebouw wordt namelijk aan verschillende bedrijven verhuurd, die allemaal hun eigen voorkeur hebben met betrekking tot de vloerindeling.

Flexibiliteit in gevel Weging: 5 De architect wilde graag een bepaalde uitstraling geven aan het gevelontwerp. Hij wilde niet dat de constructie daarbij in de weg zou zitten.

Gewicht Weging: 3 Door de knik in het gebouw moet er opgelet worden met het gewicht van het gebouw. Het gebouw mag zeker niet te zwaar zijn, omdat het dan scheef kan trekken. Het mag ook niet te licht zijn, omdat er dan te veel trekkrachten in de fundering komen. Vandaar dat het getal in het midden blijft.

Uitkragingen gevelsprongen Weging: 4 Hierbij is het belangrijk om rekening te houden met de knik in het gebouw. De waarde ligt net lager dan 5 omdat het geen echte uitkraging is en de krachten schuin afgevoerd kunnen worden.

Kleine bouwplaats Weging: 1 Deze factor is niet belangrijk, omdat er veel ruimte is om te bouwen. Er is geen 0 aan gegeven, omdat de bouwplaats ook weer niet onbeperkt groot is.

Bouwtijd Weging: 5 Het bouwtempo moet erg hoog liggen. Dit betekent dus dat deze wegingsfactor een 5 zal zijn.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 69

Brandveiligheid Weging: 2 Hieraan wordt een 2 gegeven. Er moet wel rekening mee gehouden worden, maar als je het bijvoorbeeld met de flexibiliteit vergelijkt is dit geen belangrijk punt.

Geluidswering Weging: 2 Hier geldt hetzelfde als bij de brandwering.

Voorbereiding Weging: 2 De bouwtijd van het gebouw moest heel kort zijn. De voorbereidingstijd was hier minder belangrijk.

Uitkomsten matrix - Fifty Two Degrees

Hierboven hebben we de wegingsfactoren voor Fifty Two Degrees ingevuld. In bijlage 3 is de matrix te vinden. De uitkomst wijst naar een kernconstructie. Dit stabiliteitsprincipe levert de meeste punten op. Dit komt omdat een kern veel flexibiliteit biedt in zowel de vloer als de gevel.

Als er verder wordt gekeken naar de rest van de constructie, geeft de matrix aan dat een in het werk gestorte kern met een stalen omhulling het beste is. Deze krijgt 102 punten. Dit is ook de uitgevoerde variant. De stalen variant komt het beste uit de matrix, omdat deze beter met uitkragingen of in ons geval de knik in het gebouw om kan gaan. Dit is bij de varianten ook naar voren gekomen. Dit komt omdat een stalen constructie beter met trekkrachten om kan gaan dan een betonconstructie. Door de knik in het gebouw treden er trekkrachten op in de constructie.

De in het werk gestorte kern met een prefab omhulling volgt op een kleine afstand met 99 punten. Dit is de versie die voor dit onderzoek ontworpen is. Deze scoort goed vanwege het bouwtempo. De prefab betonnen variant scoort daarnaast beter op brandveiligheid. Dit komt omdat een staalconstructie extra brandwerende maatregelen nodig heeft.

De variant met de betonnen prefab kern is ook goed uit te voeren, maar met betrekking tot de knik zal deze een moeilijkere detaillering krijgen. De oplossingen voor de knik liggen niet zo voor de hand als bij een staalconstructie.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 70

6.2. Bestaand gebouw

In ons ontwerp hebben we gekozen voor een vloeroverspanning van 7,2 meter, waar in het bestaande ontwerp een overspanning van 10,8 meter is toegepast. Dit resulteert, in ons ontwerp, in meer kolommen in de plattegrond, maar ook in een dunner vloerpakket. De vrije hoogte van het gebouw stond al vast. Dit was 3 meter. Dus een dunner vloerpakket zal een lagere constructiehoogte geven, waardoor er bespaard kan worden op bijvoorbeeld de gevel van het gebouw. Het gevelmateriaal is namelijk een van de duurste onderdelen.

Een constructie in staal is slanker uit te voeren dan een constructie in beton. Dit verschil is goed te zien bij de balken. Bij ons zullen de balken zo’n 380 mm onder de vloer uit steken, waar de balken bij het bestaande ontwerp maar 20 mm onder de vloer uitsteken. Bij ons ontwerp was het dus belangrijk rekening te houden met de richting waarin de balken kwamen te liggen. Om de flexibiliteit van de installaties te waarborgen, zijn ze in de langrichting gelegd. In het bestaande ontwerp vormen de balken geen obstakel voor de installaties en zijn ze in de dwarsrichting gelegd.

Bij alle ontwerpen is er rekening gehouden met symmetrie om inwendig evenwicht te realiseren. In het bestaande ontwerp geven de balken in de dwarsrichting hiervoor een groot voordeel. De spatkrachten die ontstaan bij de knik kunnen opgenomen worden door de dwarsbalken. Doordat deze in staal zijn uitgevoerd kunnen de trekkrachten hier goed opgenomen worden.

Bij de alternatieve ontwerpen is dat een lastigere situatie. Om de grote trekkracht op te vangen is er een afwijking in de constructie nodig. Bij de ene oplossing moeten de balken in de dwarsrichting gelegd worden met een toepassing van voorspanning door deze balken. Ook moeten deze balken in het werk gestort worden. Bij de andere oplossing is een stalen overdrachtsconstructie nodig om deze trekkrachten op te kunnen vangen.

Conclusie

Voordelen van het alternatieve ontwerp  Dunner vloerpakket en dus een lagere constructiehoogte;  Goede brandveiligheid zonder extra maatregelen;  Goede geluidswering zonder extra maatregelen;  Afgestemd op specialisatie van aannemer

Nadelen van het alternatieve ontwerp  Minder slanke constructie;  Meer kolommen;  Afwijkende onderdelen in de constructie om de trekkracht in de betonconstructie op te nemen.

Hoewel beide ontwerpen goed uit te voeren zijn, is het bestaande ontwerp beter. Dit komt omdat de stalen omhulling goed om kan gaan met de knik in het gebouw. De stalen constructie is ook slanker en er staan minder kolommen in de plattegrond. Het zou wel kunnen dat het bestaande ontwerp duurder is, maar dit is niet onderzocht. Bij Fifty Two Degrees was de aannemer ook de opdrachtgever van de constructeur. Deze wilde liever met beton werken, omdat daar zijn specialiteit ligt. Hier zou ons ontwerp wel beter bij aansluiten. Het ontwerp in beton is daarnaast minder hoog dan het uitgevoerde ontwerp, maar dit is niet voldoende voor een extra verdieping.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 71

7. Conclusie

Conclusie gebruik matrix

De matrix kan gebruikt worden om de ontwerpkeuzes sneller te verantwoorden. In het onderzoek is aangegeven dat verschillende aandachtspunten invloed hebben op de ontwerpkeuzes van het constructieprincipe. In de projecten gaat het erom, deze verschillende aandachtspunten zo veel mogelijk te integreren in het constructieprincipe.

In de casus zijn bij alle eisen onderzocht, welke invloed ze ieder hebben op de ontwerpkeuzes van het constructieprincipe. Hierna moesten deze eisen geïntegreerd worden in de constructie, zodat deze goed samenkomt met het technische en esthetische ontwerp. Om alle punten bij elkaar te brengen tot een goed ontwerp heeft veel tijd gekost, waarbij veel afwegingen gemaakt moesten worden.

Door de eisen van het gebouw in de matrix te verwerken, worden de afwegingen sneller gemaakt. Het is meteen duidelijk welke constructieprincipes afvallen en welke de moeite waard zijn om verder uit te werken. Hierbij kan dan sneller gekeken worden naar de meer plaatselijke gebouwspecifieke knooppunten, die niet meegenomen zijn in de matrix. Zoals de knik in het gebouw bij Fifty Two Degrees.

Uiteindelijk hebben de ondervindingen bij het ontwerpproces dezelfde uitkomst als de matrix. Er komen dezelfde constructieprincipes uit. Het invullen van de matrix kost echt veel minder tijd. Dit betekent dus dat de matrix in ieder geval voor dit project goed werkt.

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 72

Literatuurlijst  Fifty Two Degrees [Foto]. (z.j.) Geraadpleegd via http://www.greenroofs.com/projects/52degrees/52degrees3.jpg  Uitvoering prefab [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via Http://www.hercuton.nl/sites/default/files/styles/landingpage/public/031_0.jpg?itok=H827J hp9  Leidingen in een breedplaatvloer [Foto]. (z.j.). Geraadpleegd via http://www.scholz.nl/ fotos/205_foto6_afbeelding_groot.jpg

Constructief ontwerp hoogbouw Bart de Groot & Linda Keeris 73