Drijvend Bouwen
DRIJVEND BOUWEN Graduation project Lisen Hablé Delft, 14 april 2011
Student:
E.B. Hablé
Coordinator Lab /1e mentor:
Ir. J.F. Engels
2e mentor:
Ir. M.W. Kamerling
Professor Lab:
Prof.ir. M.F. Asselbergs
Dura Vermeer:
Prof.dr.ir. C. Zevenbergen
Master 4 Architectural Engineering‐Building Technology Faculteit Bouwkunde, Technische Universiteit Delft
Drijvend Bouwen
i
Drijvend bouwen
Voorwoord Voor u ligt mijn afstudeer scriptie over drijvend bouwen op de Maas. Een onderzoek wat het afgelopen jaar is gedaan aan de faculteit Bouwkunde van de Technische Universiteit Delft, als afsluiting van de Master Architectural Engineering. Het onderzoek bestaat uit twee delen, namelijk een ontwerptraject en een onderzoekstraject, toegespitst op respectievelijk Architecture and Engineering. Drijvend bouwen is een vorm van ruimtelijke inrichting, die door klimaatsverandering en verstedelijking in Nederland opnieuw in het licht is gekomen. Innovaties op dit gebied houdt stedenbouwkundigen, ontwerpers en waterdeskundigen bezig. In dit onderzoek is een innovatief drijflichaam ontworpen voor drijvende hoogbouw. Als Engineering onderzoek is de technische haalbaarheid hiervan onderzocht. Voor het Architecture traject is een drijvend conferentie hotel ontworpen wat door zijn drijvende karakter een unieke waterervaring heeft ten opzichte van een op land gefundeerd ontwerp. De stedelijke plaatsing, compositie, materialisatie en constructie zijn gekozen in overeenstemming met het drijvende concept en de technische haalbaarheid. In de scriptie vindt u een overzicht van de chronologische stappen in het ontwerp onderzoek ondersteunt door het technische onderzoek. Het afgelopen jaar heb ik met veel plezier, vallen en opstaan en veel nieuwe ervaringen beleeft. Dit was niet mogelijk geweest zonder de begeleidingen vol inspiratie en empathie van mijn hoofdbegeleider Jan Engels.. Ook wil ik Wim Kamerling hartelijk bedanken voor zijn nuchtere en constructieve begeleidingen. Het eerste deel van het onderzoek is gedaan in samenwerking met Dura Vermeer Business Development, waarvoor ik Chris Zevenbergen en Jan Willem Roël wil bedanken. En natuurlijk het afstudeerlab met wie wij dit jaar gezamenlijk meegemaakt hebben. Lisen Hablé Delft, april 2011
ii
Drijvend bouwen
iii
Drijvend bouwen
Samenvatting Ruimte voor nieuwbouw is in de steden van het verstedelijkte Nederland schaars. Door de klimaatsverandering zal in de toekomst meer water moeten worden verwerkt en opgeslagen, wat ook ruimte vereist. Drijvend bouwen biedt hiervoor een dubbele oplossing. De gemeente Rotterdam en de RDM campus steunen hierdoor het initiatief van drijvend bouwen en mede door de leegstand van de oude havens door de komst van de Maasvlakte 2. De RDM campus, wat vroeger een grote scheepswerf was, is momenteel een innovatiecentrum op het gebied van bouwen, bewegen en energie. Bij dit motto sluit innovatie en het onderzoek naar drijvend bouwen aan. De campus heeft nog geen mogelijkheden voor recreatie, avond en nacht voorzieningen en bovendien is een voorbeeld van een daadwerkelijk drijvend gebouw wenselijk voor (inter)nationale bezoekers uit het bedrijfsleven en onderwijs. Hierdoor is het initiatief genomen een drijvende conferentiehotel te ontwerpen. In het stedenbouwkundige Masterplan voor het gebied is aan het quarantaine eiland een recreatieve bestemming toegewezen. Het drijvende conferentiehotel heeft zowel met recreatie als de RDM campus een figuurlijke en fysieke connectie nodig. Hierdoor is een loop en fietsbrug toegevoegd tussen de twee gebieden, die beiden bereikbaar zijn door de lightrail die het gehele gebied verbindt met het stadscentrum van Rotterdam. Aan de noordzijde van de brug, die onderdeel is van een industriële route waar de sferen van de haven en havenbedrijvigheid te proeven zijn, zal het drijvende gebouw komen te liggen. De technische uitdaging voor het ontwerp van dit gebouw is het mogelijk maken van een drijvend gebouw met opbouw van 25m hoog. Voor drijvende hoogbouw is de stabiliteit en daarmee het geïntegreerde ontwerp voor drijflichaam en opbouw cruciaal. Het metacentrum dient boven het zwaartepunt te liggen waardoor het drijflichaam een oprichtend moment kan genereren wat kanteling tegenhoudt. Een drijflichaam moet hiervoor breed en diep genoeg zijn en de opbouw moet licht en symmetrisch genoeg zijn. De architectonische uitdaging is een drijvend conferentiehotel te ontwerpen, wat op een architectonische manier zijn meerwaarde haalt dat het drijft ten opzichte van een gebouw op het land. Het ontwerp bestaat uit drie gebouwen die met elkaar zijn verbonden door loopbruggen. Het middelste gebouw heeft een driehoekige plattegrond, is gefundeerd op palen en ligt aan de brug, tussen het quarantaine eiland en de RDM campus. Het gebouw is negen verdiepingen hoog en heeft als functie entree en foyer met boven in een café en kantoorruimtes. De constructie is van beton, wat in het zicht blijft met een glazen gevel, waardoor uitzicht over de bruggen naar de andere twee gebouwen mogelijk wordt gemaakt. iv
Drijvend bouwen
De andere twee gebouwen, het hotel en het vergadergebouw drijven. ze hebben een opbouw van 5 respectievelijk 6 verdiepingen, waarop het technische onderzoek wordt toegepast. De twee gebouwen bewegen verticaal op en neer door het tij, dat in de Rotterdamse haven maximaal 2,40m is. Hierdoor ontstaat een verschil in compositie van de drie gebouwdelen, bovendien zijn de tussenliggende bruggen architectonisch interessante ruimtes. Dit is samen met de vele buitenruimtes op waterniveau en de zaal in het drijflichaam met ramen architectonische meerwaarde van een drijvend gebouw. Het hotelgebouw en het vergadergebouw zijn beiden opgebouwd Lenotec, Kerto‐Ripa, wat een licht gelamineerd houten constructieprincipe is, en bovendien gemakkelijk opbouwbaar. Het hotel gebouw is een langwerpig gebouw met een aaneenschakeling van verschillende hotelkamers met een glazen en houten uitstraling die op een stalen tafelconstructie staat, waardoor een open ruimte op waterniveau ontstaat. Het vergadergebouw is een drijvende kubus, met Western Red Cedar houten stijlen‐ gevel die spel van open en dicht spelen. Dit gebouw kan weg worden gevaren, wat een extra dimensie geeft aan de compositie verandering van de drie gebouwdelen. De drijflichamen van het hotelgebouw en het vergadergebouw zijn doorgerekend en ontworpen met een stalen 3d vakwerk, die de oprichtende waterkrachten van de diepe drijflichamen en de neerwaartse krachten van de gebouwen, kunnen opnemen. De vakwerken zijn in gestort in beton en worden in een loods geprefabriceerd. Op de wanden van het 3d vakwerk zijn 2d vakwerken gelast waarop de stabiliteit en dragende kolommen en wanden van de gebouwen op staan. De scheefstand van het, horizontaal en verticaal over het water bewegende vergadergebouw, wordt door het ontwerp van de kubus en het diepe drijflichaam gereduceerd tot 0.03 rad, wat voldoet aan de scheefstandeisen. Het hotelgebouw, dat alleen verticaal dient te bewegen is aangelegd aan meerpalen waardoor ook de scheefstandeisen worden gehaald. Aan de technische eisen voor een drijvend gebouw met opbouw 25 m hoog is voldaan. De architectonische meerwaarde die ontstaat door het verschil in eb en vloed kan niet worden opgelost zonder meerpalen wat een aanbeveling zou zijn voor verder onderzoek.
v
Drijvend bouwen
Inhoudsopgave Voorwoord ................................................................................................................................. ii Samenvatting ............................................................................................................................. iv Inhoudsopgave .......................................................................................................................... vi Lijst met afbeeldingen .............................................................................................................. viii 1 De fascinatie: drijven .......................................................................................................... 1 1.1 Persoonlijke fascinatie ................................................................................................. 1 1.2 Noodzaak drijvend bouwen in de toekomst ............................................................... 1 1.3 Voordelen drijvend bouwen in de toekomst ............................................................... 3 2 RDM campus ....................................................................................................................... 5 2.1 Vergaderhotel op de RDM campus ............................................................................. 5 2.2 RDM vroeger ................................................................................................................ 6 2.3 RDM nu ........................................................................................................................ 7 2.4 Masterplan ................................................................................................................... 9 3 Ontwerp concept .............................................................................................................. 11 3.1 Lokatie ....................................................................................................................... 11 3.2 Uitgangspunten ......................................................................................................... 14 3.2.1 Wind ................................................................................................................... 14 3.2.2 Zon & zicht .......................................................................................................... 14 3.2.3 Water .................................................................................................................. 16 3.3 Programma ................................................................................................................ 18 3.3.1 Overdag en ’s nachts .......................................................................................... 18 3.3.2 Functies .............................................................................................................. 18 3.3.3 Routing ............................................................................................................... 19 4 Engineering onderzoek ..................................................................................................... 21 4.1 Typologieën drijflichamen ......................................................................................... 21 4.1.1 Stalen Buizen ...................................................................................................... 21 4.1.2 Betonnen casco .................................................................................................. 22 4.1.3 EPS met betonschijf ............................................................................................ 23 4.1.4 EPS met betonskelet .......................................................................................... 23 4.1.5 Toekomstige drijfsystemen ................................................................................ 24 4.2 Hoogbouw op water, het technische onderzoeksdoel ............................................. 26 4.3 Mogelijkheden voor stabiliteit .................................................................................. 27 4.4 Oplossingen voor stabiliteit ....................................................................................... 29 4.5 Innovatief drijflichaam ............................................................................................... 30 4.6 Materialisatie en opbouw ......................................................................................... 33 4.6.1 Composieten opbouw ........................................................................................ 33 4.6.2 Houten opbouw ................................................................................................. 34 5 Architectuur definitief ontwerp ........................................................................................ 37 5.1 Architectonische meerwaarde van drijven ............................................................... 37 5.2 Entreegebouw ........................................................................................................... 41 vi
Drijvend bouwen
5.3 Hotel gebouw ............................................................................................................ 44 5.4 Vergadergebouw ....................................................................................................... 49 6 Engineering definitief Ontwerp ........................................................................................ 56 6.1 Constructieve schema’s ............................................................................................. 56 6.1.1 Entree gebouw ................................................................................................... 56 6.1.2 Constructie van de bruggen ............................................................................... 58 6.1.3 Hotel gebouw ..................................................................................................... 62 6.1.4 Vergader gebouw ............................................................................................... 64 6.2 Energie concept ......................................................................................................... 67 6.2.1 Energie concept .................................................................................................. 67 6.2.2 Entree gebouw ................................................................................................... 67 6.2.3 Hotel gebouw ..................................................................................................... 68 6.2.4 Vergader gebouw ............................................................................................... 69 6.3 Berekeningen constructie .......................................................................................... 70 6.3.1 Berekening scheefstand ponton vergaderzaal ................................................... 70 6.3.2 Afmetingen van het drijflichaam van de vergaderzaal: ..................................... 77 6.3.3 Vakwerk berekening ........................................................................................... 78 7 Conclusie ........................................................................................................................... 81 7.1 Literatuur ................................................................................................................... 83 7.2 Rapporten .................................................................................................................. 83 7.3 Internet bronnen ....................................................................................................... 84 8 Bijlagen .............................................................................................................................. 85
vii
Drijvend bouwen
Lijst met afbeeldingen Figuur 1 ‐ Drijven als architectonische meerwaarde ................................................................. 1 Figuur 3 ‐ (a) Klimaatverandering(b) Nederland Waterland (c) Vervuilde grond (d) Innovatief in toekomst................................................................................................................................. 2 Figuur 2 ‐ Economisch voordeel ................................................................................................. 2 Figuur 4 ‐ (a) Verplaatsbaarheid (b) Bouwfase los van productie (c) Levensloopbestendig (d) Modulair opbouwbaar ............................................................................................................... 3 Figuur 5 –Voorbeelden van drijvend bouwen ............................................................................ 3 Figuur 6 ‐ (a) Climative initiative (b) Gemeente Rotterdam ...................................................... 5 Figuur 7 ‐ (a) Drijvend Vergadergebouw (b) RDM Campus ........................................................ 5 Figuur 8 ‐ (a) Rotterdam Haven (b) RDM locatie........................................................................ 6 Figuur 9 ‐ (a) RDM vroeger (b) Scheepswerf (c) RDM vroeger & toekomst .............................. 6 Figuur 10 – Motto RDM .............................................................................................................. 7 Figuur 11 – Innovation Dock in de toekomst ............................................................................. 7 Figuur 12‐Plattegrond RDM campus .......................................................................................... 8 Figuur 13‐Haventonwikkeling en ontstaan Maasvlakte 2 .......................................................... 8 Figuur 14 – RDM‐campus ........................................................................................................... 9 Figuur 15 – Industriële sfeer ...................................................................................................... 9 Figuur 16 ‐ Masterplan ............................................................................................................. 10 Figuur 17 – Verbinding quarantaine eiland en RDM. ............................................................... 11 Figuur 18 – Loop en fietsbrug. ................................................................................................. 12 Figuur 19 – Ervaring vanaf de brug. ......................................................................................... 13 Figuur 20 –Invloed wind ........................................................................................................... 14 Figuur 21‐Zichtlijnen ................................................................................................................. 15 Figuur 22_Invloerd van de zon ................................................................................................. 15 Figuur 23 ‐ (a) Eb en vloed verschil maximaal 2,40m (b) Diepte Maas 15m (c) Stroming verwaarloosbaar(d)Vuistregel diepgang drijflichaam .............................................................. 16 Figuur 24 –Verticale en horizontale beweging over water ...................................................... 17 Figuur 25 ‐ (a) Functies (b) Routing .......................................................................................... 20 Figuur 26 – Stalen drijflichaam waterwoning ‐Herman Herzberger ........................................ 21 Figuur 27 – Betonnen drijflichaam ........................................................................................... 22 Figuur 28 –(a) Open caisson (b) Gesloten caisson (c) Omgekeerde bak .................................. 22 Figuur 29 ‐ EPS met betonschijf ............................................................................................... 23 Figuur 30 ‐ (a) Flexbase‐Floating Roses (b) Flexbase plateau .................................................. 23 Figuur 31 – Drijfsysteem Ties Rijcken ....................................................................................... 24 Figuur 32 ‐ (a) Floating roses (b) Amfibische woningen Maasbommel ................................... 25 Figuur 33 ‐ (a) Logo Dura Vermeer (b) Logo Acciona (c) Floatec systeem ............................... 25 Figuur 34 ‐ (a) (b) (c) Alternatieve modulaire systemen voor Floatec ..................................... 26 Figuur 35 – Drijvende situatie in evenwicht ............................................................................. 26 Figuur 36 – Metacentrum ten opzichte van Zwaartepunt ....................................................... 26 viii
Drijvend bouwen
Figuur 37 –Mogelijke oplossingen voor scheefstand (1) Algemeen model (2) 22m breed (3) Grotere diepgang (4) Grotere diepgang en zand (5) Composieten opbouw (6) Hoge landvasten op 12,5m ................................................................................................................ 27 Figuur 38 – (a)Modulair drijflichaam met massa erbovenop (b) EPS blokken met beton verbinding ................................................................................................................................. 29 Figuur 39 ‐ (a) (b) Scheepsbouwloods: Giessen‐ De Noord (c) Nieuw Maas ca 15 m diep ...... 31 Figuur 40 – Innovatief drijflichaam (a) Betonnen schil (b)Stalen 3D vakwerk (c)Referentie piramide vakwerk ..................................................................................................................... 32 Figuur 41 ‐ Vergelijking stijfheid en sterkte diverse materialen .............................................. 33 Figuur 42 – Composieten (a) I‐profiel (b) Sandwich paneel..................................................... 34 Figuur 43 – (a)Dragende houten wanden(b) Simpele assemblage (c)Lenotec houten constructie ................................................................................................................................ 36 Figuur 44 – 3D overzicht van bewegings concept .................................................................... 37 Figuur 45 – Bewegings concept door eb en vloed ................................................................... 38 Figuur 46 –Scharnierende bruggen .......................................................................................... 39 Figuur 47 –Buitenruimte entreegebouw op de 9e verdieping ................................................. 39 Figuur 48 –Buitenruimte van het hotel .................................................................................... 40 Figuur 49 ‐ Plattegrond Entree gebouw ................................................................................... 41 Figuur 50 – (a) Gevel Zuidzijde (b) Referentie Gevel Zuidzijde ................................................ 42 Figuur 51 – Fragement 1:20 Entreegebouw ............................................................................ 42 Figuur 52 – Zuid aanzicht ......................................................................................................... 43 Figuur 53‐Aanzicht hotelgebouw ............................................................................................. 44 Figuur 54 – (a) Gevel Noorzijde (b) Villa Rohling‐Paul‐de‐Ruiter (c) Referentie galerij‐Tadao Ando (d) Villa Berkel‐ Paul de Ruiter ........................................................................................ 45 Figuur 55 – Render openbare ruimte hotel ............................................................................. 46 Figuur 56 – (a) Plattegrond 3e verdieping hotel (b)Epoxy gietvloeren (c) Interieur lenotec ... 47 Figuur 57 – Fragment Hotelgebouw 1:20 ................................................................................ 47 Figuur 58 – (a) (b) Simpele verbindingsprincipes van Lenotec constructie ............................. 48 Figuur 59 – (a) Switzerland, Monolith of Expo.02 ‐ Jean Nouvel (b) Copenhagen Concert Hall ‐ Jean Nouvel .............................................................................................................................. 50 Figuur 60 – (a) Plattegrond 3de Verdieping Vergadergebouw(b)Referentie semi buitenruimte (c) Referentie spel van schijven (d) Referentie glazen lift ....................................................... 50 Figuur 61‐Aanzicht Vergadergebouw ....................................................................................... 51 Figuur 62 –(a)Gevel Zuidzijde Vergadergebouw (b) Te openen luiken (c)Western Red Cedar(d)Veralgd beton drijflichaam ......................................................................................... 52 Figuur 63‐Aanzicht Vergadergebouw dat weg vaart ............................................................... 53 Figuur 64‐Aanzicht vanaf de brug ............................................................................................ 54 Figuur 65 –Fragment 1:20 Vergadergebouw ........................................................................... 55 Figuur 66 – (a) Constructie plattegrond (b) Betonnen zichtbare constructie .......................... 56 Figuur 67 – (a) BubbleDeckvloer met holle bollen (b)Betonnen uiterlijk constructie ............. 56 Figuur 68 – Opbouw entreegebouw ........................................................................................ 57 ix
Drijvend bouwen
Figuur 69 – (a) Bewegingen van de vrijheidsgraden ................................................................ 58 Figuur 70 – (a) Constructie plattegrond (b) Betonnen zichtbare constructie .......................... 59 Figuur 71 – (a) Plattegronden overzicht ................................................................................... 60 Figuur 72 – (a) Constructie plattegrond avoibruggen .............................................................. 60 Figuur 73 – Opbouw hotelgebouw ........................................................................................... 62 Figuur 74 – Opbouw vergadergebouw ..................................................................................... 65 Figuur 75 – (a) Plattegrond drijflichaam vergadergebouw ...................................................... 65 Figuur 76 – (a) Doorsnede vergadergebouw ........................................................................... 66 Figuur 77‐ (a) Natuurlijke ventilatie met PCM units (b) Multiprojectvloeren en aluminium aankleding ................................................................................................................................ 68 Figuur 78 ‐ (a) 1. Natuurlijke ventilatie2. PCM untis (b) Multiproject vloeren ........................ 68 Figuur 79 – (a)en (b) Kerto Ripa Vloer met sparingen voor leidingen ..................................... 69 Figuur 80 –(a) Krachten (b) Plattegrond drijflichaam (c) Momentenlijn ................................. 77 Figuur 81 –(a) Krachten (b) Plattegrond drijflichaam (c) Momentenlijn ................................. 77 Figuur 82 – (a) Aanzicht naar de bruggen ................................................................................ 82
x
Drijvend bouwen
1 De fascinatie: drijven 1.1 Persoonlijke fascinatie Op het moment van introductie op de ontwerplocatie op de RDM campus aan de Zuidoever van de Maas in Rotterdam kreeg ik inspiratie en fascinatie voor een drijvend gebouw. Een innovatieve, fascinerende manier van bouwen die maatschappelijk aansluit bij de wensen van bouwen in de toekomst. Mijn hele leven heb ik een fascinatie gehad voor water, watersport, zee en waterrust. Water straalt een bepaalde rust en frisheid uit, een één wording met de natuur zelfs in hyper stedelijke omgevingen. Voor stedenbouw en architectuur biedt de toevoeging van water een enorme esthetische en gevoelsmatige meerwaarde. Bovendien is ruimte in het verstedelijkte Nederland schaars en is er veel ruimte nodig voor bouwen en voor wateropslag. Het bouwen op water biedt innovatieve technische oplossingen en uitdagingen voor dit soort waterproblematiek. In het Design Research Project1, wat in de eerste 3 maanden van het Graduation Project plaatvond, heb ik de water‐inspiratie uitgewerkt in een bewegend drijvend café bestaande uit twee onderdelen die door het getij telkens een andere compositie vormden. Het streven naar een dergelijke architectonische meerwaarde die een drijvende gebouw kan hebben op water ten opzichte van een gebouw op land is de architectonische uitdaging voor het afstudeerproject. Figuur 1 ‐ Drijven als architectonische meerwaarde
1.2 Noodzaak drijvend bouwen in de toekomst In Nederland bestaan al jaren drijvende gebouwen. Het zijn vooral woonarken van één of soms twee verdiepingen met een betonnen ponton, die in de grachten van grote steden liggen. In het begin van de 20e eeuw bewoonden armere bevolkingsgroepen overtollige houten boten, door de ontdekking van het stalen schip. Deze vorm van wonen had een goedkoop imago, zonder specifieke overheidsregelgeving. Nu in de 21e eeuw is de vraag naar drijvend bouwen aan het toenemen. De hoofdoorzaak hiervoor is de klimaatsverandering. De temperatuur op de aarde stijgt, waardoor ook het zeespiegelniveau zal stijgen en de kans op hevige regenbuien of juist extreme droogte neemt 1
Hablé, L; Design research Project (2010).
1
Drijvend bouwen
toe. Voor een grotendeels beneden de zeespiegel liggend land als Nederland kan dit voor problemen zorgen. Rivieren zullen meer water gaan bevatten. Wateroverlast zal in dichte stedelijke gebieden toenemen, waardoor meer ruimte dient te worden gereserveerd voor waterberging. Er zal hierdoor en mede door de aanhoudende verstedelijking in Nederland een schaarste ontstaan aan ruimte. Er is dus een groeiende ruimtebehoefte in Nederland, niet alleen voor wonen, werken en recreëren maar dus ook voor de berging van water. Waterbewust bouwen zoals bouwen met een drijvende fundering lijkt in de deltametropool hiervoor een perfecte oplossing.2 Figuur 2 ‐ Economisch voordeel Hierdoor zal het water meervoudig kunnen worden gebruikt. En worden dure saneringen van vervuilde grond overbodig. Het meervoudig gebruik kan economisch veel opleveren, door dubbele opbrengsten en een investeringsvermindering ten opzichte van traditionele grondverwerving oplossingen van €600,=/m³, zie figuur 2. (a)
(b)
(c)
(d)
Figuur 3 ‐ (a) Klimaatverandering(b) Nederland Waterland (c) Vervuilde grond (d) Innovatief in toekomst
Nederland is altijd een vooruitstrevend land geweest met het gebruiken, controleren en beheren van water. Drijvend bouwen zal dus aansluiten bij de innovatieve, technische ontwikkelingen van een waterland als Nederland. Er zijn op dit moment bedrijven bezig met het ontwikkelen en haalbaar maken van innovatieve drijvende steden, kassen en infrastructuur 2 Urhahn, G. Wonen in de Delta Metropool (2000)
2
Drijvend bouwen
1.3 Voordelen drijvend bouwen in de toekomst (a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Figuur 4 ‐ (a) Verplaatsbaarheid (b) Bouwfase los van productie (c) Levensloopbestendig (d) Modulair opbouwbaar (e) Volledig energie neutraal
Naast de maatschappelijk en economische noodzaak van drijvend bouwen in de toekomst zijn er ook verschillende voordelen van drijven ten opzichte van bouwen op land. Gebouwen of infrastructuur kunnen volledig worden geprefabriceerd in fabrieken of op werkplaatsen. En vervolgens op hun drijflichaam worden vervoerd naar hun locatie. Waardoor de overlast in de bouw of sloopfase op de locatie kan worden verkort. Deze scheiding van assemblage en productie biedt tevens de mogelijkheid voor massaproductie. Een drijvend gebouw is verplaatsbaar over water. Door dit mobiele karakter is er een mogelijkheid gebouwen tijdelijke locaties te geven. Er kan op deze manier worden voldaan aan een fluctuerende vraag van verschillende functies op verschillende plekken. Dit zou oplossingen kunnen bieden voor tijdelijke problemen zoals huisvesting voor de sector vergrijzing in bepaalde regio’s. De drijvende gebouwen zullen ook variabeler in te delen zijn, omdat uitbreiding of vergroting van extra delen van het gebouw mogelijk wordt door het verplaatsbare karakter. Hierdoor is modulair bouwen, in de zin van gebouwunits toevoegen of weghalen, een mogelijkheid. Een gebouw leent zich voor herbruikbaarheid en wordt levensloopbestendig. Leegstand zou een minder groot probleem kunnen worden door deze variabiliteit. (a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figuur 5 –Voorbeelden van drijvend bouwen
3
Drijvend bouwen
In het buitenland worden gebouwstructuren aangepast op het klimaat of andere weersinvloeden. In New Orléans ontwikkelen ze na overstromingen door de orkaan Katrina drijvende systemen. In China en Japan zijn aardbeving vriendelijke bouwskeletten als gevolg van de vele aardbevingen of aardschokken. Waarom zouden we wachten met het ontwikkelen van nieuwe systemen of technieken totdat het te laat is? Duurzaam drijvend bouwen is een oplossing voor de maatschappelijke vraag die gepaard gaat met de klimaatsverandering. Een energie neutraal drijvend gebouw zou op deze vraag in kunnen spelen.
4
Drijvend bouwen
2 RDM campus 2.1 Vergaderhotel op de RDM campus Rotterdam behoort wereldwijd tot de grootste stedelijke vervuilers op het gebied van CO² door de vele havenactiviteiten. Omdat dit een negatief effect heeft op het broeikaseffect en dus de klimaatsverandering neemt de gemeente haar verantwoordelijkheid en streeft naar een 50% reductie van CO² in 2025 ten opzichte van de situatie in 1990. Er zijn op het gebied van milieu en energie meerdere advies organen ontstaan, zoals conform het advies van de Rotterdamse International Advisory Board (IAB) van 2006 ‐ het Rotterdam Climate Initiative. In 2007 is een advies uitgebracht over het thema Water. Rotterdam wil een waterkennisstad worden. Aanpassingen aan de gevolgen van de klimaatsontwikkeling, zoals de omgang met meer water en regen, is essentieel voor Rotterdam en een ambitieus watermanagement biedt vele economische kansen. (a)
(b)
Figuur 6 ‐ (a) Climative initiative (b) Gemeente Rotterdam
In het kader van de oprichting van de RDM campus, gelegen in de Heysehaven aan de zuidoever van de Maas in Rotterdam, dienen onderwijs‐ en onderzoeksinstellingen, partners uit het bedrijfsleven en de overheid samen te werken op het gebied van Research, Design and Manufacturing. Onder het motto Building, Moving and Powering ontstaan op het RDM terrein vele duurzame en innovatieve oplossingen en technologieën voor de bouw, mobiliteit en energie. (a)
(b)
Figuur 7 ‐ (a) Drijvend Vergadergebouw (b) RDM Campus
Vanuit de ambities van de gemeente Rotterdam, het Rotterdam Climate Initiative en de RDM campus is de Heysehaven een ideale locatie voor het ontwikkelen van een innovatief drijvend gebouw. De plek waar internationale gasten innovatieve kennis over drijvend bouwen kunnen uitwisselen zal een meerwaarde bieden aan hun bezoek aan de waterkennisstad, Rotterdam. De uitwisselingen zullen plaatsvinden in een daadwerkelijk drijvend vergadergebouw, waar ook kan worden gelogeerd op kleine schaal en met een architectonische meerwaarde voor drijven. Het gebouw dient een voorbeeldfunctie te zijn voor de innovaties op het gebied van drijven waar op dat moment over wordt vergaderd. 5
Drijvend bouwen
2.2 RDM vroeger (a)
(b)
Figuur 8 ‐ (a) Rotterdam Haven (b) RDM locatie
De RDM campus is de locatie waar het innovatieve drijvende conferentie gebouw zal komen te liggen. De Rotterdamse Droogdok Maatschappij is in 1902 opgericht aan de zuidoever van de haven als voortzetting op de Maatschappij de Maas. De voormalige scheepswerf groeide vanaf de oprichting, er werden nieuwe schepen gebouwd en verbouwd. In 1914 werd gestart met de bouw van het tuindorp Heijplaat, voor het groeiende personeelsaantal, vlakbij de RDM. Het RDM terrein groeide uit tot één van de grootste werven in Europa, waar ook stoomschip “de Rotterdam”werd gebouwd uit de Holland‐Amerika Lijn. Ook opdrachten uit de defensie‐industrie, offshore en energiesector vonden plaats op de RDM campus. Het is altijd een groeiende en innoverende werf geweest die met de tijd meeging. Echter in 1983 ging het RDM‐concern failliet waarna het in bezit kwam van de Gemeente Rotterdam.3 (a)
(b)
(c)
Figuur 9 ‐ (a) RDM vroeger (b) Scheepswerf (c) RDM vroeger & toekomst
Internet bron RDM‐campus 3
6
Drijvend bouwen
2.3 RDM nu Vandaag de dag komen op het RDM terrein onderwijs, bedrijven en evenementen bij elkaar. Er wordt samengewerkt aan duurzame innovatie oplossingen op het gebied van bouwen, mobiliteit en energie. Building, Moving and Powering onder het motto: Research, Design & Manufacturing, een initiatief van Albeda College, Hogeschool Rotterdam en het Havenbedrijf Rotterdam. De vestiging van onderwijs, onderzoek en leerwerkplekken tezamen op één campus is bedoeld om kennis uit te wisselen, innovatie te stimuleren en mensen tezamen op te leiden voor de huidige en toekomstige arbeidsmarkt. Specifieke kennis wordt op deze manier tevens in het havengebied vastgehouden. En het innoverende karakter van de voormalige scheepswerf wordt op deze manier in de toekomst doorgezet. Figuur 10 – Motto RDM De visie van RDM Campus luidt: RDM Campus wordt het oplaadstation van Nederland voor duurzame innovaties op het gebied van Building, Moving & Powering. RDM Campus biedt plaats aan ambitieuze studenten en (jonge) ondernemingen van klein tot groot, waarbij in een open omgeving samenwerkingsverbanden tussen deze gebruikers worden gestimuleerd voor de ontwikkeling van mensen, producten en diensten.4 De RDM Campus bestaat uit enkele gebouwen rond de Dokhaven. De oude machinehal doet tegenwoordig dienst als het Innovation Dock, hierin bevinden zich het onderwijs en de verhuurbare ruimtes voor bedrijven. Het hoofdkantoor van de RDM Figuur 11 – Innovation Dock in de toekomst bevindt zich in het Droogdok. Deze gebouwen fungeren samen met de dokloodsen als basis voor het nieuwe creatie en innovatie terrein. Het is wenselijk dat na succes van het concept meer bedrijvigheid zal gaan 4 Internet bron RDM‐campus
7
Drijvend bouwen
plaatsvinden op het terrein. Met de bus kan het tuindorp Heijplaat worden bereikt en ook een veerboot zorgt voor de verbinding met de andere kant van de haven. De functie verandering van scheepswerf met havenactiviteiten naar een innovatie centrum op het gebied van bouwen, transport en energie komt voort uit de ontwikkeling van de Maasvlakten. Omdat de huidige schepen te groot worden voor de oude, binnenhavens worden er op de Maasvlakte 1 en 2 nieuwe grotere havens gebouwd. Dit heeft tot gevolg dat de binnenhavens leeg komen te staan en de havenactiviteiten zich verplaatsen richting de Noordzee. Dit biedt voor stedenbouwkundigen, architecten en ontwikkelaars enorme mogelijkheden tot herontwikkelingen van het Rotterdamse Havengebied. Vooral voor drijvende gebouwen ontstaat veel ruimte, waar door verstedelijking in deze deltametropool in de toekomst veel gebruik van zou kunnen worden gemaakt.
Figuur 12‐Plattegrond RDM campus
Figuur 13‐Haventonwikkeling en ontstaan Maasvlakte 2
8
Drijvend bouwen
2.4 Masterplan Er is een analyse van het masterplan voor het RDM terrein gemaakt.5 In het analyse document wordt een kort stukje geschiedenis beschreven van het RDM terrein. Het gebied wordt vervolgens onderverdeeld in zones en geanalyseerd op functie, mate van uniciteit, impressies, bereikbaarheid met openbaar vervoer over water en over land, bereikbaarheid met auto, bevolking, economie en bedrijvigheid, sociale aspecten, veiligheid en Figuur 14 – RDM‐campus wonen. Het gebied wordt in kaart gebracht naast verschillende precedenten zoals iconische bouwwerken in de omgeving, stad en water, haven en stad. En er wordt een zonnestudie geïllustreerd. De stedenbouwkundige beslissingen voor het ontwerp zijn gemaakt op basis van dit masterplan. Om een beeld te krijgen van de industriële sfeer is hieronder een beeld geschept van de omgeving. (a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Figuur 15 – Industriële sfeer
(f)
De belangrijkste conclusie uit de analyse van het masterplan is het vlekkenplan voor de toekomstige invulling van het gebied. Dit vlekkenplan is voor het ontwerp van het drijvende vergaderhotel gebruikt. Hieronder is de zonering van het masterplan te zien met daarbij de bereikbaarheid per openbaar vervoer. Omdat de bus en de Aqualiner slechts een lage capaciteit of frequentie hebben en een langzame verbinding met het stadscentrum, is in het masterplan een lightrail aangelegd. Hierdoor is het RDM terrein vanuit centrum Rotterdam 5
Stedenbouwkundige analyse en planvisie RDM heijplaat(2009).
9
Drijvend bouwen
beter en sneller te bereiken. Iedere zone in het vlekkenplan heeft een functionele, toekomstige bestemming. De zone van recreatie en RDM terrein zijn gebruikt voor het plaatsing van het vergaderhotel.
Figuur 16 ‐ Masterplan
10
Drijvend bouwen
3 Ontwerp concept 3.1 Lokatie De zone van het RDM terrein en recreatie zijn uit het masterplan gekozen als locatie voor het drijvende vergadergebouw. Het RDM terrein dient als innovatie technology punt voor building, moving and powering, waar (inter)nationale gasten op af zullen komen vanuit de ambities van de gemeente Rotterdam en Climate Initiative. De gasten zullen voor conferenties naar het drijvende gebouw komen en kunnen op het RDM terrein praktijk voorbeelden en initiatieven aanschouwen georganiseerd door onderwijs en bedrijvigheid. De plaatsing van het drijvende gebouw bij het RDM gebied ligt op deze wijze voor de hand. Daarnaast is er een wens om ook recreatie toe te voegen aan het masterplan, dit zal gaan plaatsvinden op het quarantaine eiland. Het quarantaine eiland is een klein stukje groen midden in de industriële haven. Dit groene gebied zal volgens het masterplan op lange termijn worden uitgebreid en musea of andere recreatie doeleinden kunnen gaan huisvesten. Door het koppelen van het RDM terrein met het quarantaine eiland kunnen de gasten van het vergaderhotel zowel terecht bij de bedrijvigheid van RDM als bij de recreatie van het quarantaine eiland. Op deze manier is het hotel meer toegankelijk voor doeleinden anders dan de bedrijvigheid van het RDM gebied. Dit zal meerwaarde geven aan het RDM gebied. Een brug zal deze twee gebieden letterlijk koppelen. Het is een brug voor voetgangers en fietsers, die van het recreatiegebied naar het RDM gebied willen. De brug is toegankelijk voor taxi’s en noodverkeer, maar niet voor auto’s. Het drijvende vergadergebouw zal zich in het water aan de kant van het RDM gebied ten noorden van de brug bevinden. Zie onderstaande figuren.
RDM CAMPUS
RECREATIE
LIGHT RAIL
Figuur 17 – Verbinding quarantaine eiland en RDM.
11
Drijvend bouwen
Een drijvend gebouw omringd door water en havenactiviteiten vraagt sterk om de benadrukking van deze industriële omgeving. Ten alle tijden is het wenselijk de haven met al zijn facetten te ervaren en te voelen. In aansluiting op het masterplan en de keuze voor de plaatsing van het gebouw tussen RDM en recreatie, is een industriële maasroute ontwikkeld. Tegenover het Innovation Dock zullen mensen het terrein binnenkomen. Dit is het centrale punt waar de Aqualiner aankomt, waar de bus stopt en waar de autoweg eindigt in een parkeerterrein. Per lightrail is ook het terrein via het quarantaine eiland te bereiken, door gebruik te maken van de fiets en loopbrug. Op dit centrale aankomstpunt zal de industriële maasroute starten. Langs het innovatiecentrum, waar de gebruiker van de route start. Tussen de oude loodsen van RDM door loopt de route, en tussen de gebouwen kun je kijken naar de Maas en de wind voelen. Opslag plaatsen voor tankers, containers, oude havenmaterialen dragen bij aan deze sfeer van de route. Als men om het Innovation Dock heen is gelopen, is een zichtlijn richting het quarantaine eiland vrijgehouden. Groen is tussen de twee gebouwen, aan de linkerkant van het RDM terrein, door in de verte te zien en ook de brug die er naartoe leidt. Boven de twee gebouwen uit steekt het drijvende gebouw. De industriële route vervolgd zich over de loopbrug, waar aan alle kanten water, wind en uitzicht is. Om de haven te blijven voelen, ook in het gebouw, is het eerste basis concept: de route industriële maasroute door te zetten in het drijvende gebouw. Je kunt als het ware een afslag van de route nemen en gebouw in. De afslag leidt naar een uitzichtpunt waar de Maas richting de Noordzee een bocht maakt. Grote schepen zijn vanaf hier te bezichtigen, de wind is wederom te voelen en het water is overal.
Figuur 18 – Loop en fietsbrug.
Er is als basis voor het ontwerp concept een centrale kern van het gebouw genomen. Om deze kern heen vervolgt zich de industriële Maasroute door middel van loopbanen. De 12
Drijvend bouwen
optimale vorm van de kern is erop gebaseerd dat naar verschillende kanten kan worden gekeken. Als rechtdoor wordt gekeken vanaf de brug is het quarantaine eiland te zien, vanaf de T‐spitsing, die later de loopbaan of galerij zal worden is de bocht in de Maas richting de Noordzee te zien, na de T‐spiting keer je terug naar de brug en kijk je uit op de kade ten zuiden van het eiland. Een driehoekige vorm zorgt ervoor dat de route doorloopt en toch een vertakking heeft, waar op het uiterste punt het mooiste zicht is, de bocht van de Maas ten Noorden van het quarantaine eiland. Ervaring locatie VERBINDENDE BRUG
Figuur 19 – Ervaring vanaf de brug.
13
Drijvend bouwen
3.2 Uitgangspunten De basiskern waar loopbanen in een driehoekige vorm omheen lopen reageert op verschillende factoren uit de omgeving. De factoren wind, zon & zicht en water vormen samen met de gebieden die de brug door middel van de industriële maasroute verbindt, de randvoorwaarden die de ontwerp uitgangspunten bepalen.
3.2.1 Wind Voor een drijvend gebouw is scheefstand een maatgevend probleem, door de wind zal een gebouw gefundeerd op water sneller scheef gaan staan, al dan niet omklappen. In het technische ontwerp dient hiervoor een oplossing te worden gezocht. Maar ook architectonisch is het slim ontwerpbeslissingen te nemen die ervoor zorgen dat het gebouw zo min mogelijk last heeft van de wind. De in Nederland overwegend Zuidwesten wind zal door de driehoekige vorm van de plattegrond, niet loodrecht op de gevel staan maar er grotendeel langs razen, waardoor minder krachten op de gevel zullen staan.
ERVARING VAN DE WIND
Bron: www.knmi.nl
Figuur 20 –Invloed wind
Het voelen van de wind is wel wenselijk en dan vooral op de terrassen van het gebouw of op de loopbanen die om de driehoekige kern lopen en zich buiten bevinden. Het ervaren van de wind zal bijdragen aan het buiten en haven gevoel, wat een architectonische meerwaarde geeft voor de bezoeker omdat op het water de wind extra te voelen is.
3.2.2 Zon & zicht De aftakking van de industriële maasroute, over de brug zorgt voor optimale zichtlijnen. De ene zichtlijn laat de RDM campus van dichtbij zien, de campus met het industriële karakter met kranen en containers. Het uitzicht naar de Maas is een verre zichtlijn, waar schepen varen en de bebouwing op de oevers te zien is met in de ene richting de skyline van 14
Drijvend bouwen
Rotterdam en de andere richting de bocht die de Maas maakt richting de Noordzee. Ook het recreatie gebied op het quarantaine eiland en de zuidoever onder het eiland omringd door water is een zichtlijn. Al deze lijnen zijn te aanschouwen vanuit de driehoekige plattegrond van het gebouw. Aan de Noordzijde van het gebouw zijn hotelkamers, met optimaal uitzicht op de maas en daarbij rustig en koel. Aan de zuidzijde is het hotel opengesteld waardoor veel zon het gebouw binnenkomt. De centrale kern heeft uitzicht en buitenruimte op het zuiden.
ZICHTLIJNEN ONTSTAAN DOOR VERSCHUIVING
Figuur 21‐Zichtlijnen
ERVARING VAN DE ZON
Figuur 22_Invloerd van de zon
15
Drijvend bouwen
3.2.3 Water De randvoorwaarden van water zijn voor een drijvend gebouw essentieel. De eerste randvoorwaarde die het water op dit gebied heeft is een verschil tussen eb en vloed. Het maximale verschil tussen hoog en laag water is 2,40m in de haven van Rotterdam. Dit verschil is maximaal, dus in de doorgaande dagen minder groot. Het tij verschilt vier keer per etmaal, maar maandelijks of jaarlijks zal de waterhoogte niet erg verschillen. Het ontwerp voor het drijvende vergadergebouw zal, net als het Design Research Project, een architectonische meerwaarde moeten uitdrukken voor drijven. Er wordt hiermee bedoelt te (a)
(b)
(c)
(d)
Figuur 23 ‐ (a) Eb en vloed verschil maximaal 2,40m (b) Diepte Maas 15m (c) Stroming verwaarloosbaar(d)Vuistregel diepgang drijflichaam
streven naar een ontwerp‐tool die een drijvend gebouw zou kunnen hebben en een normaal gebouw op land niet. Deze tool wordt in dit project gehaald uit het verschil tussen eb en vloed. Een drijvend gebouw beweegt verticaal mee met het water en een gebouw gefundeerd op palen in het water niet. Dit verschil tussen een vast en een bewegend gebouw kan zich op land niet voordoen en op het water wel. Het bewegende gebouw heeft een referentiepunt bij het vaste gebouw, waardoor het bewegen wordt benadrukt. Dit concept idee wat zich versnelt voordoet in een sluis, wordt toegepast. De ruimtes tussen de twee gebouwen zullen ook bewegen om transport mogelijk te maken. Zowel de tussenruimte als het referentie beeld tussen vast en bewegend worden uitgewerkt als architectonische meerwaarden van het gebouw op water ten opzichte van een gebouw op land. Het gebouw bestaat uit drie delen, waarvan 1 deel op palen is gefundeerd en de andere twee gebouwen op een drijflichaam. Het hoogte verschil tussen de gebouwen wordt 16
Drijvend bouwen
opgevangen door beweegbare hellingbanen die tevens de uitzichtplekken zullen zijn. Op deze manier is de verplaatsing van vast naar drijvend gebouw een architectonische meerwaarde omdat de compositie van de drie gebouwen 4 keer per etmaal veranderd. Hiernaast kan een drijvend gebouw zich verplaatsen over het water, daarom is 1 deel van de 3 gebouwen horizontaal verplaatsbaar door middel van een duwbootje waardoor vergaderingen midden op de Maas zouden kunnen plaatsvinden. Een andere architectonische meerwaarde zijn de vele buitenruimtes die het gebouw heeft, deze ruimtes vergroten de relatie met het water en het industriële unieke uitzicht. Naast eb en vloed is de diepgang van de Maas, die op de ondiepste uitgegraven plekken 15 m is, een randvoorwaarde. Het drijflichaam mag niet dieper steken dan 12m, waarbij de overige 3m veiligheidmarge is en tevens nodig voor ecologische doorstroom van het water. De stroming die het tij veroorzaakt is echter te verwaarlozen in de Heijsehaven, waar het gebouw komt te liggen. Dit is gunstig voor het aanmeren van het drijvende gebouw.
BEWEGEN VERTICAAL OVER WATER
BEWEGEN HORIZONTAAL OVER WATER
ERVARING VAN WATER
EB & VLOED VERSCHIL 2,40M
Figuur 24 –Verticale en horizontale beweging over water
17
Drijvend bouwen
3.3 Programma 3.3.1 Overdag en ’s nachts Het RDM terrein is momenteel ingericht op bedrijvigheid en onderwijs wat zich voornamelijk gedurende de dag afspeelt. Een vergadergebouw sluit hierbij aan en zal het gebouw gedurende de dag betrekken bij de RDM campus gebouwen. Door bij het vergadergebouw ook een hotel te plaatsen wordt het gebied ook buiten werktijden gebruikt. Bovendien ontstaan er meerdaagse vergadermogelijkheden. Een restaurant en bar behorend bij het drijvende centrum zullen vermaak ook ‘s avonds mogelijk maken. Vooral in combinatie met de toekomstige ontwikkelingen van het culturele en recreatie gebied op het quarantaine eiland. Het hotel, het restaurant en de bar dienen een dermate drijvende meerwaarde te hebben waardoor gasten op het RDM terrein zullen blijven slapen in plaats van het centrum van Rotterdam. Dit is een architectonische opgave die door eb en vloed zal worden geleverd. Door de zalen voor vergaderingen multifunctioneel te maken zullen ook culturele uitvoeringen, zoals toneel, dans en kunst op de Maas kunnen worden opgevoerd en zal het RDM gebied ook buiten werktijden, ’s avonds en ’s nachts een trekpleister worden.
3.3.2 Functies Functie
Aantal
Personen
Extra
1.
Multifunctioneel auditorium/ theaterzaal
1
500
Uitzicht haven
2.
Vergaderruimtes
10
10, 20 of 50
Combineerbaar
3.
Hotelkamers
40
2, 3 of 4
4.
Bar/restaurant
1
150
5.
Multifunctionele ontvangshal
1
500
Hoog gelegen Uitzicht haven
Tabel 1 – Functies in het gebouw
Het drijvende vergadercentrum zal bestaan uit verschillende ruimtes van varierende groottes. Waardoor het drijvende gebouw in de toekomst ook voor andere doeleinden kan worden gebruikt. Het conferentiegebouw zal in ieder geval een multifunctioneel auditorium/theaterzaal, verschillende grootten vergaderruimtes, hotelkamers, een 18
Drijvend bouwen
bar/restaurant, een grote multifunctionele ontvangsthal met informatiedesk, sanitaire ruimten en een garderobe huisvesten. Deze functies zijn niet alleen voor de zakelijke gasten, maar zijn toegankelijk voor alle bezoekers van de RDM campus.
3.3.3 Routing De hoofdentree van het gebouw bevindt zich in het driehoekige vaste gebouw. Via de brug komt men het driehoek gebouw binnen op de eerste verdieping. Buiten voor de entree is een taxi standplaats en ruimte voor fietsen op de brug. Vervolgens kun je je in dit entree gebouw verticaal bewegen door middel van de liften op de trap. De verdiepingen fungeren als foyer voor de hotelkamers, hebben een glazen gevel waardoor het uitzicht over de maas en op het water te zien zijn. Ook is vanuit dit gebouw de verticale beweging van de twee hieraan vast liggende drijvende gebouwen te zien. Het rechter, langwerpige gebouw is het hotelgebouw. Het heeft verschillende naast elkaar liggende kamers met buiten ruimtes aan de voor en achterzijde van de kamer. Vanaf de foyer verdiepingen lopen scharnierende bruggen over het water naar de hotelkamers. Het is dus de bedoeling dat je eerst verticaal in het driehoeksgebouw omhoog gaat en daarna per brug naar je hotelkamer. Op de bovenste verdiepingen van het hotel gebouw en het driehoekige gebouw bevinden zich het restaurant en de bar, verbonden door een zelfde scharnierende brug. In het drijflichaam zijn voorzieningen van het hotel zoals een wasserette en ook een sauna aanwezig. Voor externe bezoekers is dit bereikbaar via de open foyer verdieping op de begane grond van het hotelgebouw aangegeven op de afbeelding in blauw. Ook vanuit het driehoeksgebouw is het tweede drijvende gebouw te bereiken, namelijk het vierkante vergadergebouw. In plaats van scharnierende bruggen zijn 3 aviobruggen ook wel vliegtuigslurf bruggen gebruikt. In het drijflichaam van het vergadergebouw bevindt zich een grote multifunctionele zaal. Daarboven een foyer verdieping waar ook de entree voor de zaal is. Transport gebeurd verticaal aan de rechterzijde van het gebouw. En links is op elke verdieping een vergroot of verkleinbare vergaderzaal door middel van schuifwanden. Ook zijn er buitenruimtes waar bijvoorbeeld kan worden gepauzeerd en kan worden genoten van het uitzicht.
19
Drijvend bouwen
(a)
Figuur 25 ‐ (a) Functies (b) Routing
20
Drijvend bouwen
4 Engineering onderzoek 4.1 Typologieën drijflichamen Bouwen op water kan op verschillende manieren. Een gebouw kan op een conventionele manier worden gefundeerd op palen, waarbij water het gebouw omringd. Bij een palenfundering kan ook water zich onder het gebouw bevinden, waardoor het lijkt of het gebouw zweeft boven het water. Dan zijn er half op palen gefundeerde, half op drijflichaam gefundeerde gebouwen, amfibische funderingen. Hierbij drijven de funderingen bij hoog water en zakken ze bij laag water op de palen fundering. Tot slot zijn er verschillende typologieën van drijvende funderingen.
4.1.1 Stalen Buizen In de scheepsbouw en in de offshore wordt gebruik gemaakt van stalen bodems om op te drijven. Staal heeft een hoge soortelijke massa, maar ook een hoge sterkte. Er is weinig staal nodig om een sterke constructie te bouwen. Op deze manier kan een relatief licht drijf systeem worden ontwikkeld, met een hoge sterkte. Als drijfsysteem is het van belang dat het stalen element volledig is afgesloten waardoor lucht niet kan ontsnappen en dus voor drijfvermogen kan zorgen. Het zwaartepunt van het drijfsysteem van stalen buizen zal hoog liggen, waardoor de stabiliteit laag is. Om deze reden worden stalen drijfsystemen vaak diep in het water gelegd. Staal in water is onderhoudsonvriendelijk. Er zullen mossen en algen op het materiaal groeien, waardoor het niet een heel vaak toegepaste drijfvorm is. (a) (b)
(c)
Figuur 26 – Stalen drijflichaam waterwoning ‐Herman Herzberger
21
Drijvend bouwen
4.1.2 Betonnen casco Een betonnen bak als drijflichaam wordt vaak toegepast in woonarken. Het is een zware constructie waardoor opdrijven geen problemen kan veroorzaken, maar zinkbaarheid een risico is, bij geval van lekkage of brand. Het zwaartepunt zal laag komen te liggen. Het is een goedkope manier van funderen op water. Er kan met een betonnen drijflichaam zodanig diepgang worden gehaald, tussen de 0,75m en 2m, dat een kelder of installatie ruimte mogelijk is. (a)
(b)
Figuur 27 – Betonnen drijflichaam
Er zijn drie vormen van betonnen casco’s: een open caisson, een gesloten caisson en een omgekeerde bak. Een open caisson is een betonnen bak die open is aan de bovenkant. De onderplaat kan een overspanning van 7 meter behalen. Voor grotere overspanningen zal een balkenrooster moeten worden toegepast. Een gesloten caisson is aan de bovenkant en aan de onderkant gesloten. De tussenruimtes zijn onderverdeeld in compartimenten, die tevens een balkenrooster vormen en dus voor grotere overspanningen kunnen zorgen. De gesloten ponton is zwaarder dan de open ponton, waardoor het zwaartepunt lager komt te liggen en het drijflichaam stabieler is. De massa van de opbouw op een gesloten ponton zal echter beperkt moeten blijven. Een omgekeerde bak is een variant op deze twee vormen van betonnen drijflichamen. Deze bak heeft geen betonnen onderzijde. Het systeem blijft drijven door de gecomprimeerde lucht die niet kan ontsnappen door de betonnen zijkanten en bovenkanten van de bak. Het is een lichtere bak, waardoor het zwaartepunt hoger ligt en het systeem minder stabiel is. (a)
(b)
(c)
Figuur 28 –(a) Open caisson (b) Gesloten caisson (c) Omgekeerde bak
22
Drijvend bouwen
4.1.3 EPS met betonschijf Geëxpandeerd polystyreen schuim(EPS) wordt toegepast in de variant van de omgekeerde betonnen bak. De luchtlaag in dat systeem wordt vervangen door EPS, waardoor de betonnen schil minder dik hoeft te zijn. Het is vergelijkbaar met een sandwichprofiel. EPS heeft een lage dichtheid in vergelijking met beton. Hierdoor ligt het zwaartepunt hoger waardoor de opbouw zwaarder kan worden gerealiseerd. De diepgang van een fundering met EPS en beton ligt meestal rond de 0,5 m. De stabiliteit van dit lichte systeem zal minder hoog zijn, waardoor het systeem vaak wordt toegepast met een grote breedte. De dichtheid van EPS is lager dan water, waardoor het materiaal onzinkbaar is (ρ EPS= 10 kg/m3; ρ beton= 2400 kg/m3; ρ water = 1000 kg/m3). Een nadeel van het systeem is dat er geen ruimte is voor een kelder of installatie systeem in het drijflichaam.
Figuur 29 ‐ EPS met betonschijf
4.1.4 EPS met betonskelet Dura Vermeer heeft een variant op dit principe ontwikkeld: Flexbase. Er wordt hierbij EPS in een betonnen skelet aangebracht, in plaats van de betonnen bak met EPS. Er ontstaat een stijf drijflichaam, wat niet zwaar is. De verschillende lichamen kunnen door het skelet ook stijf aan elkaar worden gekoppeld, waardoor het een geschikt systeem is om grote oppervlakten mee te realiseren, zoals drijvende landbouwkassen. Op de drijfelementen wordt een afwerklaag beton gestort wat de verschillende lichamen tot één systeem maakt en de krachten verdeeld. (a)
(b)
Figuur 30 ‐ (a) Flexbase‐Floating Roses (b) Flexbase plateau
23
Drijvend bouwen
Een systeem ontwikkelt sinds 2005 op de TU Delft door Ties Rijcken is een geïntegreerd frame van beton met EPS. Hierbij zorgt het beton voor de sterkte en het EPS voor het drijfvermogen. In een mal wordt het EPS vervormd, hierdoor kan het drijflichaam alle gewenste vormen aannemen. Ook de geometrie van het betonnen frame kan op deze manier worden bepaald. Net zoals bij Dura Vermeer’s drijflichamen wordt gebruik gemaakt van vezel hoogwaardig versterkt beton. Hierdoor is de toepassing van wapening overbodig. Het systeem is sterk en stijf door het betonnen frame, kan worden gemaakt in de des gewenste vorm en heeft een lage massa. (a)
(b)
(c)
(d)
Figuur 31 – Drijfsysteem Ties Rijcken
4.1.5 Toekomstige drijfsystemen Er wordt momenteel onderzoek gedaan naar de optimalisatie van het drijfsysteem. Waarbij de volgende eisen worden geoptimaliseerd en onderzocht: a. Vormvrijheid b. Licht gewicht c. Hoge sterkte, goede stabiliteit d. Water vriendelijk materiaal e. Makkelijke produceerbaarheid f. Plaats voor (nuts)voorzieningen
24
(a)
Drijvend bouwen
(b)
Figuur 32 ‐ (a) Floating roses (b) Amfibische woningen Maasbommel
Er worden ook alternatieve manieren van drijven onderzocht. Dura Vermeer heeft amfibische waterwoningen gerealiseerd in Maasbommel, gefundeerd op een betonnen bak voor het drijven en betonnen palen voor de conventionele fundering op palen. Door het tij zijn de huizen soms in drijvende positie en soms in vaste positie. Op het EPS flexbase systeem zijn verschillende varianten ontwikkeld zoals flexbase heavy en flexbase light. Dit product kan op verschillende projecten worden toegepast. Enkele voorbeelden hiervan zijn de drijvende kassen van Floating Roses, het ontwerp voor het werkeiland in de Heysehaven, het drijvend paviljoen in de Koolhaven en de drijvende PreChoiseSystem woningen in de Nassauhaven Rotterdam. Momenteel ontwikkelt Dura Vermeer Business Development samen met Acciona en nieuw drijfsysteem bestaande uit een basis module van polystyreenschuim, luchtdelen en composieten (glass‐fiber reinforced polymers) om aan alle eisen te voldoen. Bovendien zou het materiaal puntbelasting bestendig zijn en zou er relatief weinig materiaal nodig zijn, waardoor kosten kunnen worden bespaard. Het systeem bestaande uit modules is koppelbaar, waardoor het in vele verschillende groottes zou kunnen worden uitgevoerd. De modulaire opzet verzorgd een brede marktwaarde en mate tot massaproductie voor het product. (a) (b)
(c)
Figuur 33 ‐ (a) Logo Dura Vermeer (b) Logo Acciona (c) Floatec systeem
25
(a)
Drijvend bouwen
(b)
(c)
Figuur 34 ‐ (a) (b) (c) Alternatieve modulaire systemen voor Floatec
4.2 Hoogbouw op water, het technische onderzoeksdoel De ontwikkeling van deze systemen zijn erg interessant voor lage en stabiele opbouw van gebouwen. Door de lage dichtheid en massa van de materialen en drijflichamen ligt het zwaartepunt relatief hoog, waardoor de stabiliteit van het drijvende gebouw een maatgevend probleem wordt. Om deze reden zijn er tot op het heden dan ook geen drijvende gebouwen ontwikkeld met meer dan 4 verdiepingslagen. De maximale hoogte van drijvende gebouwen is momenteel ongeveer 10m, wat overeen komt met drie verdiepingen. Voor het ontwerpen van een drijvend gebouw met meer dan 4 verdiepingen, meer dan 12 m hoogte, is een innovatief drijflichaam noodzakelijk. Stabiliteit en diepgang zijn hierbij grote aandachtspunten. Het technische doel van het onderzoek is dan ook op de grens van het mogelijke een creatieve oplossing te zoeken voor de vraag naar drijvende hoogbouw. Hiervoor dient een innovatief, creatief en generiek toepasbaar drijflichaam te worden ontworpen, voor meer dan vier verdiepingen. Dit technische onderzoeksdoel is samen met Jan Willem Roel vastgesteld. Hij is de initiatief nemer van flexbase en werkzaam voor Dura Figuur 35 – Drijvende situatie in Vermeer Business evenwicht Development. Uit maatschappelijke overwegingen is een flexibel indeelbaar programma voor het congrescentrum, wenselijk. Op deze manier kan de functie van het gebouw in de loop van de tijd evolueren. Een uitdagende, creatieve en bijpassende hoofddraagstructuur voor deze flexibiliteit, die bovendien is te combineren met drijven en hoogbouw is de tweede technische doelstelling van dit onderzoek. Uit het theoretisch kader van Technical background study van Martijn van Winkelen6 zijn de basis principes van het drijven en Figuur 36 – hoogbouw onderzocht. De basis conclusies uit dit onderzoek zijn: Metacentrum ten opzichte van 1. De wet van archimedes beschrijft in Zwaartepunt 6 Winkelen van, M; Technical background study (2007).
26
Drijvend bouwen
hoeverre een drijvend object met bepaald volume in een vloeistof zakt, waarmee de diepgang van een drijflichaam kan worden berekend. Als het gewicht van het volume van het verplaatste water gelijk is aan de zwaartekracht die op het object werkt is de situatie in evenwicht en blijft het object drijven. zie figuur 35 2. Bij een hoog drijvend gebouw is de scheefstand(tweede orde effect) bepalend voor technische haalbaarheid. De haalbare bouwhoogte wordt bepaald door de positie van het metacentrum(M) ten opzichte van het zwaartepunt(Z). De breedte en de diepgang van het drijflichaam beïnvloeden de positie van het metacentrum. 3. Een drijvende hoogbouw constructie is stabiel als het metacentrum boven het zwaartepunt ligt. Een hoog metacentrum en een laag zwaartepunt zorgt voor de grootste afstand hm, hoe groter deze afstand, hoe groter het oprichtend moment is dat de drijvende constructie kan leveren, hoe minder het ponton zal roteren. Zie figuur 36.
4.3 Mogelijkheden voor stabiliteit Bij het ontwerpen van een hoog drijvend gebouw van meer dan 4 verdiepingen dient dus een drijflichaam te worden ontworpen waarbij de scheefstand kan worden beperkt door de afstand hm zo groot mogelijk te maken. Er zijn verschillende mogelijkheden om deze 1. Algemeen model
3. Grotere diepgang
Diepgang 8,1 m
Diepgang 8,1 m
Diepgang 12,5 m
Scheefstand 0,09 rad
Scheefstand 0,03 rad
Scheefstand 0,06 rad
22x25x52m
11x25x52m
4. Grotere diepgang en zand (2m * 16 kN/m3)
11x25x52m
2. 22m breed
11x25x52m
5. En ook composieten opbouw 6. Hoge landvasten op 12,5 m (1,5 kN/m3)
Diepgang 13,1 m
Diepgang 11,8 m
Diepgang 11,8 m
Scheefstand 0,04 rad
Scheefstand 0,04 rad
Scheefstand 0,02 rad
11x25x52m
11x25x52m
Figuur 37 –Mogelijke oplossingen voor scheefstand (1) Algemeen model (2) 22m breed (3) Grotere diepgang (4) Grotere diepgang en zand (5) Composieten opbouw (6) Hoge landvasten op 12,5m
27
Drijvend bouwen
scheefstand te beperken. Er is een basis model aangenomen waarmee handberekeningen zijn gemaakt met behulp van de reader van Wim Kamerling.7 Bij verschillende varianten zijn de scheefstand en de diepgang van het drijflichaam berekend. Er kunnen hieruit conclusies worden getrokken voor het basisprincipe van het drijflichaam van het ontwerp. Het basis model(zie afbeelding 37) voor de berekeningen bestaat uit een rechthoekig gebouw met afmetingen van 11 meter breed bij 52 meter lang en 25 meter hoog. Met vuistregels voor de permanente belasting van een met staal geconstrueerd gebouw, namelijk ρ= 2kN/m³, is de totale permanente belasting 28.600kN. Voor de totale momentane belasting, van 14.000kN, en de permanente belasting van het betonnen ponton, van 3.500 kN, zijn ruwe berekeningen gemaakt. De diepgang van dit gebouw zal uitkomen op ongeveer 8,1m en de scheefstand op 0,09 rad. In overleg met Wim Kamerling is aangenomen dat een scheefstand van 0,03 rad zou kunnen voldoen voor een gebouw van 25 meter hoog. De uitwijking bij de bovenste verdieping zal dan 0,8 m zijn onder de uiterste omstandigheden van extreem veranderlijke belastingen en extreme windbelastingen. Stel dat het gebouw een dubbel zo breed drijflichaam zou hebben, dus met een waarde van 22m. Onder dezelfde randvoorwaarden als het basismodel zou dit model 2 (zie afbeelding 37) een zelfde diepgang hebben als het basismodel, namelijk 8,1 m. Echter zal de scheefstand 0,03 rad zijn, wat volgens de afspraak voldoende zou kunnen zijn voor de scheefstand van het gebouw. Een breder drijflichaam heeft dus een enorm effect op de stabiliteit van het gebouw. Dit is te verklaren uit de formules. De berekening van het metacentrum punt tot de kiel is namelijk afhankelijk van de kwadratische breedte: b² mc 1/2d 12 d Een grotere breedte leidt tot een kleinere mc, die later ten opzichte van het zwaartepunt wordt berekend, en waardoor de scheefstand verkleind. Deze uitgebreide berekening is te zien in hoofdstuk 6, daar wordt met daadwerkelijke belastingen een nauwkeurige berekening gemaakt voor het drijflichaam van het vergadergebouw. Deze berekening is globaal toegepast voor de uitkomsten van de 6 modellen in dit hoofdstuk. 8 Voor model 3(zie afbeelding 37) is een grotere diepgang genomen ten opzichte van de andere gelijkblijvende randvoorwaarden in vergelijking met het basis model. De diepgang is vergroot naar 12,5m waardoor de scheefstand 0,06 rad zal zijn. Dit model voldoet dus niet aan de eisen. 7 Kamerling, ir. M.W. Ontwerp van betonnen pontons (2001)
8
De berekeningen hiervoor zijn in een apart rapport beschreven deze kunnen worden aangevraagd.
28
Drijvend bouwen
In het volgende model 4(zie afbeelding 37) is in het diepere drijflichaam ook nog een ballast toegevoegd van 2m zand met een dichtheid van ρ=16kN/m³. de diepgang van het gebouw wordt hierdoor 13,1m en de scheefstand 0,04 rad. Ten opzichte van model 3 zal model 4 dus aanzienlijk minder scheef staan, maar nog steeds wordt niet aan de eisen voldaan. Bij model 5 (zie afbeelding 37) is de stalen opbouw van het basismodel vervangen door een composieten constructie. Deze lichte constructie opbouw is berekend met een vuistregel van ρ=1,5kN/m³. Model 5 wordt vergeleken met model 4, dus het zand en de vergrote diepgang blijven in stand. Echter is nu de diepgang verkleind door de lichtere opbouw, die is nu namelijk 11,8m. De scheefstand is gelijk gebleven als in model 4, namelijk 0,04 rad. Er kan dus worden geconcludeerd dat extra massa in het drijflichaam gunstig is voor de scheefstand, en dat een lichtere opbouw van het gebouw een vermindering van diepgang tot gevolg heeft en geen gevolgen voor de scheefstand. Als het gebouw met de afmetingen van 11 meter breed bij 52 meter lang en 25 meter hoog in model 6 (zie afbeelding 37) wordt aangemeerd aan palen, de vaste kade of een vast drijvend gebouw op een hoogte van 25 m, dan zal dit een positief effect hebben op de scheefstand zodat dit aan de vastgestelde eisen kan voldoen, de scheefstand is namelijk: 0,02 rad.
4.4 Oplossingen voor stabiliteit Voor het definitieve ontwerp bestaande uit 3 gebouwdelen zijn de volgende scheefstand oplossingen gekozen. Het vergadergebouw heeft een dubbel zo breed drijflichaam gekregen. Het gehele gebouw is 22 m breed geworden waardoor ook voor de vergaderfunctie grotere zalen te realiseren zijn. Het driehoekige gebouw is gefundeerd op palen. Het drijvende hotelgebouw heeft nog steeds een breedte van 25 m, en stabiliteit zal worden verleend aan de aanmeerpalen. Het driehoekige gebouw wordt gekoppeld aan het drijvende hotel door middel van loopbruggen, die de architectonische meerwaarde van drijven benadrukken. (a)
(b)
Figuur 38 – (a)Modulair drijflichaam met massa erbovenop (b) EPS blokken met beton verbinding
29
Drijvend bouwen
4.5 Innovatief drijflichaam Voor het drijflichaam met een opbouw van 25 meter hoogte is het wenselijk extra massa in het drijflichaam te voegen, wat ten gunste komt aan de stabiliteit omdat het zwaartepunt verlaagd wordt en de afstand hm vergroot. Dit is te zien in bovenstaand voorbeeld, waarbij zand ballast is toegevoegd. Voor de maakbaarheid van het drijflichaam is het wenselijk de bouw te starten op een drijvend plateau, waarop vervolgens, ook op locatie, de opbouw wordt gebouwd. Een plateau van onzinkbaar EPS behoort tot de mogelijkheden. Blokken van EPS worden achtereenvolgens geschakeld op een basis laag van 100 mm EPS. Om de EPS blokken te verbinden en tevens de sterkte te verzorgen wordt stortbeton met wapening gegoten tussen de EPS blokken. Het beton heeft een poreuze structuur waardoor het automatisch hecht aan de EPS blokken als het beton hard wordt. Voor het gieten van beton is geen maatvaste structuur vereist, wat bij een opbouw op bewegend water een voordeel is. Als toplaag bovenop de EPS structuur kan een betonnen laag worden aangebracht, die als vloer fungeert en tevens massa toevoegt voor de stabiliteit van het hoge drijvende gebouw. Er zitten echter nadelen aan dit systeem. Zo zal het drijflichaam in de bouwfase scheef komen te liggen als wordt gestart met het gieten van beton, door de onregelmatige belasting. Voor een drijflichaam op water is dit onacceptabel. Bovendien heeft het stortbeton een uithardingtijd van 28 dagen voordat de constructie volledig kan worden belast, waardoor de bouwtijd oploopt. Voor de sterkte en verbinding van de EPS blokken kunnen ook geprefabriceerde composieten profielen worden gebruikt. Deze profielen zijn lichter dan beton, waardoor het drijflichaam in de bouwfase minder scheef zal komen te liggen en waar geen uithardingtijd op van toepassing is. Echter wordt nu maatvastheid van prefab profielen een probleem en hecht de composieten kunststof niet automatisch aan de EPS blokken. Zowel betonnen als composieten verbindingsconstructies tussen de EPS blokken hebben dus nadelen. Bovendien is een lichte constructie van een duur EPS plateau, waarop voor stabiliteit extra massa wordt toegevoegd, een tegenstrijdig concept. Het drijfsysteem is dan modulair opbouwbaar en uitbreidbaar door de EPS blokken, maar de materiaal combinatie van zwaar beton als extra massa bovenop licht EPS, maakt het niet haalbaar een modulaire opbouw met een zwaar drijflichaam te combineren. Om deze reden is een betonnen drijflichaam waarbij lucht voor het drijfvermogen zorgt, een meer haalbare en logische keuze op het gebied van materiaal en maakbaarheid. In een betonnen bak kan bovendien een programmatische functie worden geplaatst zoals een vergaderzaal. Een betonnen drijflichaam zal niet meer op locatie kunnen worden gemaakt, omdat geen drijvend plateau meer aanwezig is. Hiervoor is een scheepsloods noodzakelijk. In de buurt van de Heijsehaven is de scheepsbouwloods: Giessen‐ De Noord in Krimpen aan de IJssel. De loods is 265 m lang, 97 m breed en 52 m hoog. De maximale afmetingen van een schip of drijflichaam die er kunnen worden gebouwd is 245 m lang en 38 m breed. De drijflichamen voor het ontwerp met afmetingen van 25m breed, 25m lang en 8 m hoog en 11m breed, 52m lang en 8 m hoog zouden kunnen worden gemaakt in deze loods. Vervolgens kunnen de drijflichamen worden verscheept naar de Heijsehaven volgens onderstaande route, waarbij 30
Drijvend bouwen
bruggen 50m breed en doorvaarhoogten ook 50m zijn en de diepte minimaal 15m is. In de Heijsehaven wordt de opbouw van de gebouwen bovenop de betonnen drijflichamen gebouwd. (a)
(b)
(c)
Figuur 39 ‐ (a) (b) Scheepsbouwloods: Giessen‐ De Noord (c) Nieuw Maas ca 15 m diep
Een betonnen bak die volledig wordt afgesloten van het water, waardoor lucht voor het drijfvermogen zorgt is het basisprincipe voor het drijflichaam van het vergadergebouw en het hotel. Het drijflichaam zal een diepte hebben van ongeveer 8 meter. Dit is gunstig voor de stabiliteit van de gebouwen van 25m hoog. Maar het is ongunstig voor opwaartse belasting van het water. De waterdruk is gelijk aan 10 kN/m³. De gelijkmatig verdeelde belasting die op de bodem van het drijflichaam omhoog werkt door het water is gelijk aan 10 kN/m³ * 8 m diepgang van het drijflichaam. Dit is ongeveer gelijk 80 kN/m², als de massa van het drijfsysteem even buiten beschouwing wordt gelaten. Dit geeft aan dat er zowel op de wanden als op de bodem van het drijflichaam een enorme kracht komt te staan. Vooral als we ervan uitgaan dat een vergaderzaal zich in het drijflichaam bevindt waardoor de breedte en lengte van 25m moet worden overspannen zonder tussenliggende kolommen die de afstand zouden kunnen verkorten. Een oplossing hiervoor is een stalen driedimensionaal vakwerk. Het stalen 3D vakwerk zal de q‐belasting gelijkmatig verdelen over de bodem en zijkanten van het drijflichaam. Ten opzichte van een volledig betonnen drijflichaam bespaart een stalen vakwerk heel veel materiaal en dus gewicht, waardoor het drijflichaam minder diep hoeft te zijn, maar toch bijdraagt aan de stabiliteit. De onderste flens van het 3D vakwerk zal in gegoten beton worden gezet, waardoor een betonnen onderzijde zich in het water zal bevinden en de druk zal verdelen over het vakwerk. De bovenste flens zal bestaan uit een IPE profiel waardoor betonnen prefab vloeren bovenop het vakwerk kunnen worden gelegd. Hieronder is het basisprincipe van het innovatieve drijflichaam weergegeven. 31
(a)
Drijvend bouwen
(b)
(c)
Figuur 40 – Innovatief drijflichaam (a) Betonnen schil (b)Stalen 3D vakwerk (c)Referentie piramide vakwerk
32
Drijvend bouwen
4.6 Materialisatie en opbouw Om de diepgang van het drijflichaam te beperken en zo materiaal te kunnen besparen is een lichte opbouw noodzakelijk. Daarom wordt er in dit hoofdstuk gezocht naar een constructiemateriaal voor de opbouw van het vergadergebouw en het hotelgebouw, die aan eisen van een lage dichtheid, grote stijfheid en sterkte dienen te voldoen. Tevens dient het materiaal een architectonische en esthetische connectie te hebben met drijven. Het materiaal moet identificeerbaar zijn met drijven en dus water. Een conventionele opbouw van staal of beton voldoen niet aan de eisen. De beide materialen hebben een hoge dichtheid (staal 7800 kg/m³ en beton 2500 kg/m³) en zijn architectonisch niet voldoende 250 200
1500
Stijfheid (GPa
1000
500
100 50
0
G la sv ez el Bi m di G Un at re la la ct id s io ire we m n in ct es aa aa io el lg ne Un t la la el id m s Un ire le gl in g a aa ct id se sv io ire t ez l la ne ct el m el io ve in ne ar aa rs am el t t e ko rk id tp ev ol st er ro of fie st ve er l ze kt lve pr of rs ie te l rk Na tp al ro dh fie ou l t( in ve ze lri Co O ch nv tin ns er g) tru st ct O e rk ie nv st tk er a u st al ns er ts kt to ku fP ns E ts to fP VC
0
Be to n
G la sv ez el Bi m G at Un dire la la ct s id m we io ire in na es ct aa al io el t n g Un la ee la m sl id lg i e Un ire n la gs aa ct s id e t ve io ire ne ze l lam ct el lve io in ne ar aa rs am el te t rk ko id tp ev ol st ro er of f st ie ve er l ze kt lve pr of rs i el te rk Na tp al ro dh fie o ut Co (in ns tru ve ze ct ie lri s ch ta O tin al nv g) (v er lo st ei er O gr nv kt en er ku s) st ns er ts kt to ku fP ns E ts to fP VC
150
Be to n
Sterkte (MPa)
2000
Figuur 41 ‐ Vergelijking stijfheid en sterkte diverse materialen
identificeerbaar met drijven, maar worden vooral geassocieerd met conventionele bouw. Composieten‐ kunststof constructies hebben een dichtheid tussen de 1500‐2000 kg/m³ met een daarbij behorende sterkte vergelijkbaar met staal of veel hoger. Waardoor dit constructie type interessanter is dan beton of staal. Hout heeft een erg lage dichtheid(500kg/m³), maar ook de sterkte en stijfheid zijn laag. Toch zijn zowel hout als composieten identificeerbaar met drijven, waardoor deze twee materialen zijn vergeleken.
4.6.1 Composieten opbouw Voor het onderzoek van composieten, VVK (vezel versterkte kunststoffen) is een interview afgelegd met Dr. Ir. Albert ten Busschen, Technisch directeur van PolyProducts op 31 maart 33
Drijvend bouwen
2010 in Werkendam. Polyproducts is een composietenfabrikant die veel toepassingen heeft in de bouw. PolyProducts heeft ook de technische informatie verschaft. (a)
(b)
Figuur 42 – Composieten (a) I‐profiel (b) Sandwich paneel
Composieten materialen zijn vervaardigde kunststoffen die in de fabriek worden gemaakt. Ze bestaan uit glasvezel of andere vezel‐matten die in verschillende richtingen zijn geweven. De matten worden in verschillende richtingen op elkaar gelegd en vervolgens geïnjecteerd met harsen van uiteenlopende sterktes. Met dit principe worden verscheidene producten, constructie onderdelen en anderen gemaakt. Het voordeel van VVK is dat het materiaal een hoge sterkte heeft. De composieten waarbij de sterkste harsen zijn gebruikt en ook de sterkste kunststof matten hebben een treksterkte van 1000‐1500 MPa. Dit is een ongeveer 5 keer zo sterk als constructiestaal. Bovendien is de dichtheid van composieten ongeveer 4 keer zo laag dan staal. Composieten zijn dus sterk en licht, wat het materiaal interessant maakt voor een drijvende constructie. Echter is de stijfheid van composieten niet hoog, het materiaal kan gemakkelijk rekken. Daarom worden vezelversterkingen of sandwich panelen toegepast. Door de hoogte van het profiel wordt het traagheidsmoment verhoogd. Het principe hiervoor is vergelijkbaar met een I‐profiel. Een sandwich paneel bestaat uit glasvezels aan de onderkant en bovenkant van een tussenliggende laag PUR schuim. De panelen kunnen in grote mate worden versterkt, door het toevoegen van extra glasvezels. Als deze droge constructie reageert met het toegevoegde hars zullen chemische reacties ontstaan waarbij styreen uit de vezels zal reageren met polyester uit het hars, die zo verhard. In het sandwichpaneel kunnen op deze manier verticale versterkingen worden toegevoegd, die kunnen worden vergeleken met de toevoeging van regels in bijvoorbeeld dakplaten. Door een constructie te maken van sandwichpanelen is tevens een hoge isolatie waarde te behalen vanwege de PUR schuim, waardoor de panelen ook geschikt zijn voor gevel panelen of woningscheidende elementen.
4.6.2 Houten opbouw Een houten opbouw heeft als grootste voordeel dat hout een lage dichtheid heeft, en dus weinig weegt. Maar de sterkte en stijfheid van hout zijn laag. Hierdoor is het materiaal niet 34
Drijvend bouwen
geschikt om grote overspanningen te maken. Alle mechanische eigenschappen van hout zijn afhankelijk van de vezelrichting. Het materiaal is anisotroop. Er zijn verschillende houtsoorten en ook sterkteklassen van hout. Waarbij er hogere eisen kunnen worden gesteld aan de sterkte en stijfheid van hout. Ook zijn er verschillende soorten samengestelde hout platen, balken en kolommen bestaande uit drie of meer elkaar kruisende fineerlagen. Hout wordt hierdoor minder anisotroop dan gezaagd hout. Dit gelamineerde hout is geschikter voor draagconstructies. De verbindingen van de houten onderdelen bestaan meestal uit simpele stalen profielen die in het hout worden geschroefd. Net als bij kunststof zijn ook samengestelde profielen mogelijk. De versterkingen die bij de sandwichpanelen in verticale richting worden gegeven door extra glasvezels die reageren met hars, zijn in vergelijkbare mate te maken bij houten constructies, zoals verstijvingregels tussen 2 houten platen. Zo wordt stijl en regelwerk op elkaar getimmerd, omdat de beste sterkte en stijfheideisen te geven aan de houtconstructie. Aangezien de overspanningen van het vergadergebouw en het hotel gebouw maximaal 14 meter zijn, kan worden volstaan met een houtenvloeren constructie. Er zijn geen ingewikkelde en heel grote constructie onderdelen nodig waarvoor de vormvrijheid van composieten van pas zouden komen. Bovendien is een houten constructie architectonisch sterk geassocieerd met water en drijven. En is hout een duurzamer materiaal dan composieten Er is daarom gekozen voor een houten constructieprincipe voor de twee drijvende gebouwen, waarbij de constructie van hout in het zicht moet blijven zodat de gebruikers van het gebouw deze associatie direct zullen voelen. Lenotec9 is een gelamineerd houten constructieprincipe afkomstig uit Zweden, waarbij volledig geprefabriceerde constructie onderdelen als een bouwpakket in elkaar worden gezet. Een gemakkelijk te bouwen systeem, wat het principe voor bouwen op water geschikt maakt. De onderdelen van Lenotec bestaan uit dragende en tevens woningscheidende, isolerende wanden. Voor geluidseisen en brandveiligheidseisen worden extra lagen van het gelamineerde, samengestelde hout toegevoegd. De houten onderdelen kunnen eenvoudig met elkaar worden verbonden door stalen hoekprofielen die in het hout worden geschroefd. Sparingen in de constructieve wanden voor deuren en ramen zijn van tevoren gemaakt. Doordat aan de bovenzijde of aan de onderzijde van de sparingen in de dragende wanden altijd een doorlopend Lenotec deel is, kunnen spanningen worden opgenomen. Ook de wanden met sparingen zijn hierdoor geschikt als dragende wanden of stabiliteitswanden. De vloeren van het Lenotec systeem bestaan uit volledig gelamineerde houten platen. Voor grote overspanningen is echter een variant ontwikkeld die minder onnodig materiaal gebruikt. Dit principe heet Kerto‐Ripa. Het zijn eigenlijk vergelijkbare principes als de verticale glasvezel versterkingen bij de sandwichprofielen van composieten zoals eerder besproken. De vloeren bestaan uit een bovenplaat en een onderplaat die zijn verbonden door middel van houten regels. De houten regels overspannen tussen twee dragende kolommenrijen of Lenotec 9
Internet bron Lenotec en Kerto‐Ripa; Finnforest
35
Drijvend bouwen
houten dragende wanden. Door de regels kunnen grotere overspanningen worden gemaakt en zijn kleine overstekken mogelijk. (a)
(d)
(b)
(e)
(c)
(f)
Figuur 43 – (a)Dragende houten wanden(b) Simpele assemblage (c)Lenotec houten constructie (d)Materiaal besparen vloeren(e)Hoofddraagstructuur hout (f)Kerto Ripa houten constructie
36
Drijvend bouwen
5 Architectuur definitief ontwerp 5.1 Architectonische meerwaarde van drijven Het gebouw is uniek, door de combinatie van een drijvende fundering met een vaste fundering. De verticale beweging die ontstaat door het tij, verandert de compositie van het gebouw. Zo staan de drie gebouwen, het hotel, het vergadergebouw en het entreegebouw, steeds op een andere hoogte ten opzichte van elkaar. Doordat het vergadergebouw ook weg kan worden gevaren in horizontale richting ontstaat een nog Figuur 44 – 3D overzicht van bewegings concept andere compositie. De meest interessante ruimtes zullen de verbindingen zijn tussen de vaste en bewegende gebouwdelen. Dit zijn de loopbruggen. De bruggen zijn te bereiken vanuit het centrale entreegebouw. Dit glazen gebouw geeft je van binnenuit meteen zicht op deze interessante ruimtes en het water wat daaronder ligt. De bruggen tussen het entree gebouw en het vergadergebouw zijn aviobruggen. Deze vliegtuigbruggen hebben geen constructieve eisen. Maar dienen de twee gebouwen te verbinden nadat het gebouw is aangelegd aan de daarvoor beschikbare meerpalen. Als het gebouw wegvaart kunnen de bruggen worden ingetrokken. De bruggen tussen het hotel en het entreegebouw zijn scharnierende bruggen, die een rollende opleg hebben bij het entreegebouw. Het constructie principe zal worden uitgelegd in hoofdstuk 6.1.2. De hotelgasten zullen deze loopbruggen gebruiken naar hun kamer te gaan, en tevens kijken deze bruggen uit over het industriële terrein en de Maas. De ervaring met het water en de wind zijn te voelen.
37
Drijvend bouwen
Figuur 45 – Bewegings concept door eb en vloed
38
Drijvend bouwen
Figuur 46 –Scharnierende bruggen
Een andere architectonische meerwaarde die het drijvende gebouw heeft ten opzichte van een gebouw op het land zijn de vele buitenruimtes. Op het niveau onder de loop en fietsbrug, dus op waterniveau, zijn zowel het hotel gebouw als het vergader gebouw open. De gevels bestaan voor het grootste gedeelte uit glas waardoor direct uitzicht over het water op hetzelfde niveau, mogelijk wordt gemaakt. In de glazen gevels zijn deuren te openen en kun je naar buiten op grote terrassen direct aan het water. Het glazen gebouw heeft ook verschillende buitenruimtes die van allerlei niveaus een view over de Maas en het industrie gebied geven. Vanaf deze buitenruimtes kan het compositieverschil tussen de drie gebouwen van dichtbij worden bekeken. Als men buiten een sigaretje rookt zowel voor als na de vergadering heeft het gebouw door het tij ineens een andere positie ingenomen.
Figuur 47 –Buitenruimte entreegebouw op de 9e verdieping
39
Drijvend bouwen
Naast het bewegen en de vele buitenruimtes is het vergaderen in het drijflichaam een architectonisch meerwaarde. De constructie van het drijflichaam blijft in het zicht, wat voor kenners duidelijk maakt dat een enorme waterdruk op de wanden zijn krachten uitoefent. Door de ramen bovenin het drijflichaam komt weerkaatst zonlicht over de rivier de zaal binnen. De vergaderzaal wordt bereikt van bovenaf via een trap die op verschillende niveaus een tussenstop maakt. Vanaf deze niveaus kun je door de ramen kijken en het water zien. Zonlicht kun je zien weerspiegelen en regen en wind ervaren in de Maas.
Figuur 48 –Buitenruimte van het hotel
40
Drijvend bouwen
5.2 Entreegebouw Het entreegebouw heeft een driehoekige plattegrond. De driehoek is gelijkzijdig maar gedraagt zich niet zo. Er is een entree strook waar zich verschillende vierkante ruimtes bevinden. Deze”doosjes” dienen als installatie ruimtes, toiletten, kleine zitruimtes,opbergruimtes en de hoofdentree van het gebouw. Vanuit deze strook die zich evenwijdig aan de loop en fietsbrug bevindt, kun je twee kanten op. Het zijn de twee zijden van de driehoek, links richting het vergadergebouw en rechts Figuur 49 ‐ Plattegrond Entree gebouw richting het hotel. Aan beide zijden zijn op de eerste verdieping balies waar kan worden ingecheckt en waar de vergadermensen en de hotel mensen het juiste gebouw in worden geleid. Je kunt ook nog rechtdoor lopen richting de punt van de driehoek. Vlak daarvoor zitten glazen lift schachten die de verticale verplaatsing in het gebouw mogelijk maken. De gevel van het driehoekige gebouw dient transparant te zijn. De focus ligt niet alleen op het uitzicht naar buiten, maar vooral op het uitzicht naar de twee aanliggende gebouwen, die bewegen. De bruggen boven het water zijn door de transparante gevel te zien. Een slanke en minimale constructie van de gevel vergroot dit gewenste effect. Als het gebouw volledig van glas wordt dient er zonwering op de zuidzijde te zijn zodat het gebouw niet teveel opwarmt. De “doosjes”bevinden zich in het gebouw op de zuidzijde waardoor de zon niet het gehele gebouw op kan warmen. Het uitzicht naar het zuiden blijft bestaan doordat langs de doosjes heen kan worden gekeken en dat in de reeks enkelen zijn weggelaten voor verblijfsruimten.
41
(a)
Drijvend bouwen
(b)
Figuur 50 – (a) Gevel Zuidzijde (b) Referentie Gevel Zuidzijde
De glazen gevel is bevestigd aan de betonnen vloeren. De vloeren hebben een overstek van 1,5m. Dit is de opstapruimte richting de bruggen. De kolommen liggen dus 1,5m terug uit de vloeren, door de slanke glazen gevel is deze overstek vanaf buiten te zien. De glazen gevel heeft windverbanden voor de dwarskracht die wordt opgenomen door glazen puien die loodrecht op de glasgevel staan. Hierin bevinden zich te openen luikjes voor natuurlijke ventilatie. Aluminium bevestigingsstalen zorgen ervoor dat de glasplaten bij elkaar komen. En alle krachten verdelen over de dragende betonnen vloeren.
Figuur 51 – Fragement 1:20 Entreegebouw
42
Drijvend bouwen
Het entreegebouw is hoger dan de twee drijvende gebouwen. De hoogste verdiepingen hebben een enorm uitzicht. Op één van de verdiepingen bevindt zich het café en op de anderen is ruimte gereserveerd voor privé kantoren of voor bijzondere gelegenheden. Het café is door middel van een scharnierende brug gekoppeld aan het restaurant op de bovenste verdieping van het hotel gebouw.
Figuur 52 – Zuid aanzicht
43
Drijvend bouwen
5.3 Hotel gebouw
Figuur 53‐Aanzicht hotelgebouw
Het hotelgebouw heeft een langwerpige plattegrond. Het is een aaneenschakeling van drie typen hotelkamers. Eenvoudige kamers, grote kamers en de luxe kamers op de kop van het hotelgebouw. Het idee achter deze aaneenschakeling is dat alle kamers zowel aan de voorzijde als aan de achterzijde uitzicht hebben over de Maas en industrie. En een groot contact oppervlak met één van de zijden van de driehoek en dus de scharnierende bruggen. Aan de achterkant, de noordzijde, hebben de kamers hun slaap en zit gedeelte, met een aansluitend privé balkon uitkijkend over de Maas. Aan de voorzijde bevinden zich de badkamers die de zon op de zuidzijde tegenhouden en inkijk voorkomen richting het slaapgedeelte mede door de translucente ramen. In de badkamers is een gedeeltelijk verlaagd plafond waar alle afzuiginstallaties in zitten.
44
Drijvend bouwen
(a)
(b)
(c)
(d)
Figuur 54 – (a) Gevel Noorzijde (b) Villa Rohling‐Paul‐de‐Ruiter (c) Referentie galerij‐Tadao Ando (d) Villa Berkel‐ Paul de Ruiter
Voor de badkamers zit een openbare galerij die aansluit op de scharnierende bruggen. Waar men voor de deur op een bankje van de zon kan genieten. Er is een stramien waar geen hotelkamer is maar een lift en een trap en bergruimte. Hier vindt verticale verplaatsing binnenin het hotelgebouw plaats. Beneden in het drijflichaam kunnen mensen naar de sauna en er is extra ruimte voor voorzieningen zoals een wasserette voor het hotel. Op de begane grond is een openbare ruimte die als hoofdentree dient voor sauna’s en fitness en waar ook buiten kan worden gezeten. Deze openbare ruimte bevindt zich in de stalen tafelconstructie die op het drijflichaam staat. De tafelconstructie zorgt ervoor dat het hotel lijkt te zweven op het drijflichaam, wat tevens de buitenruimte is. Zie voorveeld Villa Rohling van Paul de Ruiter. Op de bovenste verdieping bevindt zich een groot restaurant, met groots uitzicht en een verbinding naar het café van het entreegebouw.
45
Drijvend bouwen
Figuur 55 – Render openbare ruimte hotel
De materialisatie van het hotelgebouw bestaat uit Lenotec geprefabriceerde houten wanden en vloeren. Deze constructie is te zien in het interieur en het exterieur van het hotel. De scheidende wanden dragen de constructie en behouden hun afwerking. Alle wanden in het hotel zijn dus van hout Lenotec, dat is de interieur uitstraling. De vloeren worden afgewerkt met epoxy gietvloeren en de plafonds worden met stuc afgewerkt, hierdoor ontstaat een verschil tussen de houten wanden en de niet houten horizontale plafonds en vloeren. De houten wanden steken uit aan de voor en achterzijde van de hotelkamers, waardoor hout ook in het gevelbeeld is te zien. De achter gevel bestaat uit aluminium kozijnen met glas en de voorgevel heeft translucent glas. Om materiaal te besparen zijn de Lenotec vloeren vervangen door de variant: Kerto Ripa vloeren. Hierin zit geluidsisolatie materiaal.
46
Drijvend bouwen
(a)
(b)
(c)
(d)
Figuur 56 – (a) Plattegrond 3e verdieping hotel (b)Epoxy gietvloeren (c) Interieur lenotec
Figuur 57 – Fragment Hotelgebouw 1:20
47
(a)
Drijvend bouwen
(b)
Figuur 58 – (a) (b) Simpele verbindingsprincipes van Lenotec constructie
48
Drijvend bouwen
5.4 Vergadergebouw Het vergadergebouw is het diamantje van het gebouw. Het was in het oorspronkelijke concept net als het hotel gebouw een langwerpig gebouw, onderdeel van de driehoek. Later kwam het idee om dit onderdeel van het gebouw ook horizontaal te kunnen laten bewegen. De verandering in compositie die door dit idee ontstond was de basis voor een andere vorm dan het hotelgebouw. Een deel van het gebouw dat ineens weg zou kunnen varen leek een surrealistisch beeld. Om dit onwerkelijke idee te versterken was het wenselijk een ‐niet met varen te associëren‐ gebouwvolume te creëren. Een vierkante kubus onderdeel van het geheel dat ineens weg kon varen. Dus niet een bootachtig gebouw maar juist het tegenovergestelde. Bovendien heeft een vierkante plattegrond een breed drijflichaam wat voor de stabiliteit van het drijvende gebouw een gunstig effect zou hebben. Als referentie hiervoor is het Monolith expo .02 van Jean Nouvel bekeken. Een gebouw dat zich over het water begeeft waarvan men denkt: kan dat ding varen? Dit effect is ook wenselijk voor het vergadergebouw, dat kan wegvaren waardoor vergaderen op de Maas ineens een optie is. De concerthall van Jean Nouvel in Kopenhagen is ook een kubus‐doos. Toch is dit niet een simpele doos, dit komt doordat de volumes achter het gedeeltelijk doorzichtige kubusskelet zichtbaar zijn. Een vergelijkbaar effect is te zien in de Petting Farm in Almere ontworpen door 70F architecten. Het leuke aan dit ontwerp is dat het kubus effect met achterliggende volumes wordt gecreëerd door middel van hout. Western red cedar‐houten stijlen zijn op de aluminium regels van de gevel bevestigd. Het geeft een semi transparant kubus‐effect en tevens is dit hout associeerbaar met water en kan dat een geheel vormen met de houten Lenotec opbouw en gevel van het hotel gebouw. Ook Renzo Piano heeft in zijn gebouw: Marie Tjibaou Cultural Center het spel van open en dicht toegepast door middel van hout. (a) (b)
49
(c)
Drijvend bouwen
(d)
Figuur 59 – (a) Switzerland, Monolith of Expo.02 ‐ Jean Nouvel (b) Copenhagen Concert Hall ‐ Jean Nouvel (c) Petting Farm Design ‐ 70F architecture (d) Marie Tjibaou Cultural Center ‐ Renzo Piano
Het vierkante kubus gebouw bestaat voornamelijk uit vergaderzalen. Op het zuidwesten bevinden zich uitbreidbare zalen door middel van schuifwanden. De zalen worden afgesloten door middel van aluminium kozijnen met glas erin. Het zijn dezelfde kozijnen als in het hotelgebouw. De kozijnen worden afgewisseld met Lenotec houten wanden, deze wanden dienen voor stabiliteit en dragen hun krachten af naar de stalen vakwerken in het drijflichaam. De wanden worden afgewerkt met witte stuc. De wanden en kozijnen vormen tezamen een spel van schijven zoals Paul de Ruiter ook heeft toegepast in zijn Villa Rohling. (a)
(b)
(c)
(d)
de
Figuur 60 – (a) Plattegrond 3 Verdieping Vergadergebouw(b)Referentie semi buitenruimte (c) Referentie spel van schijven (d) Referentie glazen lift
50
Drijvend bouwen
Door de schijven en kolommen ontstaan semi buitenruimtes, tussen de buitengevel en de kozijnen binnengevel. Hier ontstaat een plek voor pauzeren met uitzicht op de Maas. De houten vloeren zijn van Kerto‐Ripa. Deze houten vloeren blijven in de horizontale lijnen in het gebouw in zicht. Aan de andere kant van de vergaderzalen is een transport ruimte. De trappen en liften voor verticale verplaatsing wordt van de zalen afgesloten door een kleine vide die van dak tot drijflichaam loopt.
Figuur 61‐Aanzicht Vergadergebouw
In het drijflichaam bevindt zich de grote zaal. De stalen constructie van het drijflichaam is in deze zaal te zien. Ook zijn er bovenin de zijwanden van het drijflichaam ramen gemaakt die licht in het drijflichaam brengen net als de dakramen die onder de vide zitten. De zaal is vrijgemaakt van kolommen waardoor ook feesten of festiviteiten kunnen worden georganiseerd. Naast de liften die de naar zaal in het drijflichaam dalen is plaats voor opberging van bijvoorbeeld stoelen. De verdieping op het drijflichaam is een entree of foyer verdieping. Hier komen de gasten voor de zaal het vergadergebouw binnen. Er is gelegenheid naar de buitenruimtes te gaan en ook zijn er minder stabiliteit schijven waardoor vanaf de entree een zicht ontstaat over de Maas. Dit zicht gaat door een semitransparante buitengevel, geïnspireerd op de Petting Farm van 70F Architecture. Van buiten gezien is de gevel gesloten, vooral vanaf een afstand. 51
Drijvend bouwen
(a)
(c)
(b)
(d)
Figuur 62 –(a)Gevel Zuidzijde Vergadergebouw (b) Te openen luiken (c)Western Red Cedar(d)Veralgd beton drijflichaam
Gevelstijlen van Red Cedar Hout geven het gebouw een semi transparante uitstraling waardoor van buitenaf een gesloten karakter is te zien. In het gebouw wordt vergaderd wat voor de buitenwereld wordt afgesloten, maar van binnen naar buiten kijkend is de gevel vooral transparant. Dit effect wordt veroorzaakt doordat je van binnenuit veel dichter op de gevel staat waardoor je door de houten stijlen kunt kijken. Om het effect te vergroten is het mogelijk het gebouw transparanter te maken door gevelluiken die te openen zijn.
52
Drijvend bouwen
Figuur 63‐Aanzicht Vergadergebouw dat weg vaart
53
Drijvend bouwen
Figuur 64‐Aanzicht vanaf de brug
54
Drijvend bouwen
Figuur 65 –Fragment 1:20 Vergadergebouw
55
Drijvend bouwen
6 Engineering definitief Ontwerp 6.1 Constructieve schema’s 6.1.1 Entree gebouw (a)
(b)
Figuur 66 – (a) Constructie plattegrond (b) Betonnen zichtbare constructie
Het entreegebouw dient als basis waar de twee drijvende gebouwen aan zijn verbonden. De constructie van het gehele driehoek gebouw bestaat uit beton, net als de entreebrug waaraan dit gebouw ligt. Bij de bouw wordt gestart met 25m diepe stalen buispalen, hierop is het gebouw gefundeerd. Betonnen kolommen, die 1,5m terug liggen uit de gevel, met daarop betonnen balken dragen hun krachten af aan de fundering. De balken zorgen voor stabiliteit in twee richtingen tezamen met twee wanden bij de ingang en de lift koker. De balken zorgen er ook voor dat de in twee richtingen overspannende vloer minder dik behoeft te zijn. Het is een bubbledeck‐vloer, die geschikt is voor twee richting overspanningen, wat bij een driehoek met overstek van 1,5m noodzakelijk is. De kolommen en balkenstructuur wordt met een betonnen deklaag afgewerkt en blijft in het zicht. De glazen gevel is slank geconstrueerd waardoor de aandacht op de robuuste betonnen structuur valt. (a) (b)
Figuur 67 – (a) BubbleDeckvloer met holle bollen (b)Betonnen uiterlijk constructie
56
Drijvend bouwen
Figuur 68 – Opbouw entreegebouw
57
Drijvend bouwen
6.1.2 Constructie van de bruggen In eerste instantie was het idee om de stabiliteit van het langwerpige hotelgebouw ook op te lossen met behulp van het driehoekige entreegebouw. Omdat het drijflichaam van het hotel gebouw erg smal is, zal het teveel scheef komen te staan. Het hotelgebouw dient alleen in verticale richting te bewegen. Waardoor stabiliteit op kan worden gevangen door meerpalen, in eerste instantie waren de meerpalen: het entreegebouw. Stabiele, stijve bruggen zouden de verbinding moeten zijn tussen het entreegebouw en het hotelgebouw, waardoor de windkrachten naar de constructie en funderingspalen van het entreegebouw konden worden afgevoerd. Na onderzoek is gebleken dat dit mogelijk is als alle bruggen precies even lang zijn. Zodra de bruggen een andere lengte hebben moeten alle vrijheidsgraden in x, y, en z richting variabel zijn. De verbindingen dienen dan dus scharnierend en rollend te zijn in alle richtingen. (a)
Figuur 69 – (a) Bewegingen van de vrijheidsgraden
58
Drijvend bouwen
Als dit al mogelijk zou zijn, is er nog steeds het probleem dat het gebouw door de kortere bruggen juist schever zal gaan staan. Veren zouden oplossingen kunnen bieden,maar dan ontstaan er grote krachten op de bruggen. In het gebruik zijn rails of veren ook niet altijd veilig. Bovendien zal het langwerpige gebouw kunnen gaan roteren om de driehoekige plattegrond, wat gevaarlijk is. (a)
Figuur 70 – (a) Constructie plattegrond (b) Betonnen zichtbare constructie
Om deze redenen is gekozen om het hotelgebouw aan te meren aan palen. Deze palen zorgen ervoor dat het drijvende gebouw stabiel is. Waardoor de bruggen alleen nog een scharnierende en een rollende verbinding nodig hebben. De rollende verbinding zal plaats vinden op het op palen gefundeerde gebouw, wat dus onder geen enkele omstandigheid scheef kan komen te staan. De scharnierende verbinding is bevestigd aan het hotelgebouw. Op deze manier kunnen de bruggen andere lengtes hebben en dus ter plaatse van de driehoekige plattegrond op andere plaatsen starten. Het is nu mogelijk kriskras bruggen door elkaar te laten lopen en bovendien het hotelgebouw niet evenwijdig aan de zijde van de driehoek te positioneren zodat de zon beter in kan vallen op de hotelkamers. De rolverbindingen op het entreegebouw hebben een maximale rail van 15 cm. Dit is de langste uitwijking die de kortste brug kan maken. Als de kortste brug, die 5 m lang is, een maximale hoek maakt bij 1,20m hoogteverschil dan zal hoek alfa 13,8 graden zijn. Met de tangens is dan te berekenen dat de horizontale afstand 4m85 is. Het verschil met 5m is dan 15 cm die wordt opgevangen door de rollende rail. De langere bruggen hebben een kortere rolafstand; voor consequentie is aangenomen dat alle rails even lang zijn. De bruggen die niet loodrecht op de zijde van de driehoek staan maar onder een hoek zullen een rail hebben in de verlengde afstand van deze hoek.
59
Drijvend bouwen
(a)
Figuur 71 – (a) Plattegronden overzicht
(a)
Figuur 72 – (a) Constructie plattegrond avoibruggen
De drie bruggen die tussen het entreegebouw en het vergadergebouw zitten zijn avoibruggen. Ze worden gekoppeld aan een kleine entree buiten de gevel. De bruggen zijn alle drie even lang en kunnen scharnieren, waardoor verticale beweging van het vergadergebouw mogelijk wordt gemaakt. Ook kunnen de bruggen worden losgekoppeld, wat horizontale verplaatsing van het vergadergebouw mogelijk maakt. Het vergadergebouw is op zichzelf stabiel. Het gebouw wordt eerst aangemeerd aan meerpalen, vervolgens wordt het gebouw gekoppeld door de drie bruggen. Deze bruggen lopen in langsrichting langs de gevel zodat de helling ook voor rolstoelgebruikers bruikbaar is. De maximale helling die
60
Drijvend bouwen
hiervoor geld is 1:10. Wenselijk is het 1:15 voor rolstoelgebruikers. De maximale hoogte die kan verschillen is 1,20 waardoor de hellingbanen 18m lang zijn. 10
10
Haak, A.J.H. De menselijke Maat(1994)
61
Drijvend bouwen
6.1.3 Hotel gebouw
Figuur 73 – Opbouw hotelgebouw
Het hotelgebouw is aangemeerd door middel van scharnierende bruggen aan het driehoekige gebouw. De scheefstand van dit 6 verdiepingen hoge gebouw wordt opgevangen door een aanmeerconstructie. De constructie van het gehele hotelgebouw bestaat uit Lenotec gelamineerd houten dragende en stabiliteitswanden met daarop Kerto‐ Ripa houten vloeren. Dit constructie principe is gemakkelijk opbouwbaar. De stabiliteitswanden staan loodrecht op de scheidende wanden tussen de verschillende hotelkamers, en vormen tevens de afscheiding tussen hotelkamer en badkamer. De scheidende wanden hebben een console waarop de vloeren aan de voor en achterkant van het gebouw oversteken. Deze overstekken vormen aan de achterzijde een privé balkon uitkijkend over de Maas en aan de voorzijde een entree galerij, hier is het verschil tussen eb en vloer te bezichtigen. De scheidende wanden zijn op de kopse kanten vervangen door kolommen zodat de hoekkamers drieramen wanden hebben in plaats van twee, waardoor extra uitzicht ontstaat en het de luxe kamers worden. Het hout blijft zichtbaar in de wanden en wordt iets verdikt door een extra laminaat laag, voor brandveiligheid en geluid. De vloeren worden afgewerkt met epoxy gietvloeren. De houten wanden en vloeren rusten op een stalen tafelconstructie die op het staal van het drijflichaam staat. Het drijflichaam heeft 62
Drijvend bouwen
hetzelfde innovatieve systeem als het drijflichaam van het vergadergebouw. De tafelconstructie heeft overstekken aan alle vier de zijden waardoor een open onderste entree verdieping ontstaat, hier kan men buiten staan en naar de sauna in het drijflichaam gaan.
63
Drijvend bouwen
6.1.4 Vergader gebouw Ook het vierkante vergadergebouw is verbonden aan het driehoeksgebouw. Het is aangemeerd aan een aanmeerconstructie. Het gebouw zou kunnen worden weggevaren. Het drijflichaam van dit gebouw is uitgelegd in hoofdstuk 4.5, bovenop het staal van de zijkanten van het drijflichaam zijn, net als bij het hotelgebouw, stalen 2D vakwerken opgelegd. Die ook in de langsrichting met elkaar zijn verbonden. Op deze vakwerken komen de puntlasten van de houten kolommen structuur van het bovenop liggende vergadergebouw. De gehele gevel bestaat uit dragende kolommen. 2 zijden van de gevelkolommen worden tevens gebruikt voor een balkoplegging. Asymmetrisch in het vierkante vergadergebouw bevinden zich twee andere dragende lijnen, waar kolommen afgewisseld door wanden ook een balkoplegging hebben. Van balk tot balk spannen Kerto‐ Ripa vloeren. Aan de ene zijde 14,4 m en aan de andere zijde 4,8 m. Beide vloeren hebben een overstek van 2m over de houten balken, hiertussen bevindt zich een vide waardoor men het drijflichaam in kan kijken en waar van bovenaf licht invalt. De vergaderzalen bevinden zich aan de zijde waar de 14,4m overspanning is en zijn door schuifwanden uitbreidbaar. In dwarsrichting zijn er houten Lenotec wanden toegevoegd die voor stabiliteit zorgen. De kant van de grote overspanning krijgt zijn stabiliteit uit de Lenotec wanden die hun krachten afdragen naar een verbindingsvakwerk tussen de 2Dvakwerken. Een liftschacht in het drijflichaam verdeeld deze krachten. Aan de kant van de kleine overspanning vindt het grootste gedeelte van de stabiliteit plaats, omdat hier kernen van de wc’s en liftschachten zijn. In het drijflichaam is aan deze kant dan ook een extra hoek toegevoegd aan het 2Dvakwerk zodat het de krachten worden verdeeld over het drijflichaam. De niet stabiliserende buitenwanden zijn van glas. Achter de semi buitenwanden zijn buitenruimtes, die zijn afgesloten door de gevel met Western Red Cedar houten stijlen, luiken zijn te openen om het uitzicht te verbreden.
64
Drijvend bouwen
Figuur 74 – Opbouw vergadergebouw
(a)
Figuur 75 – (a) Plattegrond drijflichaam vergadergebouw
65
Drijvend bouwen
(a)
Figuur 76 – (a) Doorsnede vergadergebouw
66
Drijvend bouwen
6.2 Energie concept 6.2.1 Energie concept Het energie principe van de drie gebouwen wordt gedeeltelijk geleverd door zon en water. Deze duurzame vormen van energie versterken het duurzame drijfconcept. Stroom en electra worden opgewekt door Solyndra PV cellen op het dak die horizontaal kunnen liggen. De stroom die door de zon ontstaat wordt in de PEM elektrolyser omgezet in waterstof en vervolgens als vaste waterstof opgeslagen in tanks met een rendement van 70%. De energie wordt opgeslagen in korte termijn accu’s en een lange termijn brandstofcel. LED verlichting en lage voltage apparatuur kunnen door deze energie werken. Dit principe is voor het hotelgebouw, het vergadergebouw en het entreegebouw gelijk De stroom uit de brandstofcel is aangesloten op de warmtepomp unit, die water verwarmd of koelt. Het water wordt door oppervlakte water uit de Maas door middel van een bodemwarmtewisselaar voorverwarmd. In een bodemwarmtewisselaar zijn kunststof leidingen met vloeistof die de warmte van het water op kunnen nemen. De warmtepomp unit neem alle warmte op, en een compressor verhoogd de druk waardoor de laatste verwarming plaatsvindt. Het verwarmde water kan nu het gebouw worden rondgepompt door leidingen die zijn aangesloten op verdelers van de vloerverwarmingen. De vloerverwarmingen verwarmen of koelen alle drie de gebouwen. Het entreegebouw wordt natuurlijk geventileerd terwijl de andere twee gebouwen ook mechanische ventilatie en afzuiging nodig hebben. Water in de bodemwarmtewisselaar kan lucht voorkoelen of voorverwarmen waardoor de Maas ook in het ventilatie principe een duurzame oplossing biedt. Ook is er in de centrale lucht behandelingskasten 90% warmteterugwinning waardoor minder warmte en dus energie verloren gaat.
6.2.2 Entree gebouw Het entreegebouw wordt natuurlijk geventileerd. In de glazen gevel bevinden zich te openen luikjes, de lucht wordt plaatselijk verwarmd of gekoeld door PCM‐inductie units die
67
Drijvend bouwen
(a) (b ) Figuur 77‐ (a) Natuurlijke ventilatie met PCM units (b) Multiprojectvloeren en aluminium aankleding zich in de uitstekende betonnen balken in sparingen bevinden. Het gebouw, dat beschouwd kan worden als een verblijfplek vergelijkbaar met een atrium wordt verwarmd en gekoeld door vloerverwarming. De leidingen lopen onder Multiproject vloeren door. Dit zijn bepaalde computervloeren die zich bovenop de Bubbledeck vloeren bevinden. De ruimte die hieronder vrijkomt is 100mm. Multiproject vloeren hebben 1 luik voor onderhoud, de rest van de vloer bestaat uit giet epoxy, dit is de afwerkvloer waar tevens de leidingen van de vloerverwarming inzitten. Electra wordt afgewerkt in aluminium aankleding van het betonnen gebouw, namelijk kabelgoten en leidingen.
6.2.3 Hotel gebouw
a)
(b)
Figuur 78 ‐ (a) 1. Natuurlijke ventilatie2. PCM untis (b) Multiproject vloeren
68
Drijvend bouwen
Het hotelgebouw wordt zowel natuurlijk als mechanisch geventileerd. Ramen zijn open te zetten. In de badkamers kan worden afgezogen en zorgt tevens voor air koeling in de hotel kamers, die aangezet kan worden. De kanalen hiervoor bevinden zich in het verlaagde plafond in de badkamers. En worden verticaal vervoerd in de schacht naast het trappengat. Verwarming en verkoeling wordt ook in het hotelgebouw geleverd door vloerverwarming. Dit bevindt zich in de epoxy afwerkvloeren op de houten Kerto Ripa vloeren. Electra wordt afgewerkt in aluminium aankleding van het houten gebouw, namelijk kabelgoten en leidingen.
6.2.4 Vergader gebouw Het vergadergebouw wordt ook natuurlijk en mechanisch geventileerd. Ramen zijn te openen en afzuiging of air koeling bij vergaderruimtes zijn aanwezig. De kanalen en leidingen lopen in de Kerto‐Ripa vloeren die hoog zijn en gemakkelijk sparingen kunnen opvangen. Verticale schachten bevinden zich in de ruimte naast de lift en mechanisch apparatuur is in het drijflichaam. Verwarming en koeling gebeurd eveneens door middel van vloerverwarming. De vloerverwarming loopt onder een houten afwerkvloer op de Kerto Ripa vloeren. In het interieur van het vergadergebouw zijn de vloeren dus van hout terwijl in het interieur van het hotelgebouw de wanden van hout zijn. De wanden in het vergadergebouw zijn afgewerkt met een witte stuc. Electra wordt ook in het vergadergebouw afgewerkt in aluminium aankleding van het houten gebouw, namelijk kabelgoten en leidingen. (a)
(b)
Figuur 79 – (a)en (b) Kerto Ripa Vloer met sparingen voor leidingen
69
Drijvend bouwen
6.3 Berekeningen constructie 6.3.1 Berekening scheefstand ponton vergaderzaal De scheefstand en de diepgang van het drijvende vergadercentrum zijn hier berekend, volgens de reader van ir. M.W. Kamerling, Het ontwerpen van pontons voor drijvende gebouwen. Deze gegevens zijn vervolgens verwerkt in de technische tekeningen van het vergadergebouw. De principes zoals hier berekend zijn ook van toepassing op het drijflichaam van de hotelgebouw. Het overzicht hiervan is te zien in de technische tekeningen van het hotelgebouw, de berekeningen zijn echter alleen uitgevoerd voor het vergadergebouw. Oppervlakte gebouw: 25m x 25m Verdieping hoogte: 3m Aantal verdiepingen(hout skelet): 5 Locatie gebouw: Gebied II 25 m hoog Dikte zijwanden ponton: 0,6m Permanente belastingen: Dak: Balken en beschot: Dakisolatie, dakbedekking en plafond: Vloeren (4x): Houten balken en beschot: Plafond: Zwevende dekvloer: Gevel: Houten gevel met glas: Binnenwanden: (Schuivende en stabiliteits) binnenwanden: Drijflichaam: Ponton vloer: 24 kN/m² x 0,6m Ponton wand: 24 kN/m² x 0,6m Stalen vakwerk: Zwevende dekvloer:
0,3 kN/m² 0,25 kN/m² 0,55 kN/m²
0,3 kN/m² 0,15 kN/m² 0,45 kN/m² 0,9 kN/m²
0,4 kN/m²
0,3 kN/m²
14,4 kN/m² 14,4 kN/m² 1 kN/m² 0,45 kN/m² 30,25 kN/m²
Veranderlijke belastingen op de vloeren en daken:
Extreme veranderlijke belasting op de vloeren(bijeenkomst gebouwen):
5 kN/m² 70
Drijvend bouwen
Momentane belasting op de vloeren (ψ= 0,25)(momentane belasting voor bijeenkomst gebouwen): 0,25 * 5 = kN/m²
1,25
Extreme belasting op het dak ten gevolge van sneeuw:
0,56 kN/m²
Extreme veranderlijke belasting ten behoeve van onderhoud e.d.: kN/m²
1,0
Windbelasting:
Voor de berekening van de windbelasting wordt aangenomen dat het vrijboord 0,6 m is en de dakrand 25 m boven de waterspiegel ligt. De representatieve winddruk wordt berekend met de formule: prep = Cdim * C index * C eq * φ1 * p w Cdim Ceq φ1 p w Cdruk Czuiging Cwr
= +/‐0,96 (25 m hoogte en breedte 25m)
= drukvereffeningsfactor = 1 Ceq
= dynamische vergrotingsfactor =1 NEN 6702 art. 8.6.6.2
= stuwdruk = 1,18 voor gebied II, onbebouwd en hoogte 25 m
= drukcoefficient = 0,8
= zuiging =0,4.
= 0,02
De belasting per m² tengevolge van de druk en zuiging op de gevels loodrecht op de beschouwde windrichting wordt dan berekend met: prep druk + zuiging = Cdim * C index * C eq * φ1 * p w = 0,96 * (0,8+0,4) * 1 * 1 * 1,18 = 1,359 kN/m2
De belasting per m2 tengevolge van de wrijving op de gevels en het dakvlak evenwijdig aan de beschouwde windrichting wordt berekend met: prep wrijving = Cdim * C index * C eq * φ1 * p w = 0,96 * (0,02) * 1 * 1 * 1,18 = 0,022 kN/m2
Met deze belastingen wordt vervolgens de totale windbelasting op de bovenbouw bepaald: 71
Wrijving dakvlak: Wrijving kopgevels: Druk + zuiging: Reactie op bovenbouw:
Drijvend bouwen
Frep wrijving dak
= 0,022 * (25,0m * 25,0m)
= 13,75 kN
Frep wrijving gevels
= 0,022 * 2 * (25,0 * 25,0m)
= 27,5 kN
Fdruk + zuiging
= 1,359 * (25,0 * 25,0)
= 849,375 kN
R
= 890,625 kN
Arm = 12,5 m (geen reductie factor dmv landvasten omdat het gebouw ook beweegt zonder landvasten.) Mrep= 12,5 * 890 kN = 11.125 kNm
Representatieve verticale belastingen, bijbehorende aangrijpingspunt a van deze belastingen ten opzichte van de bodem:
Gewichtsber. Permanente G Dak Vloeren Gevel Binnenwanden Veranderlijk Q Dak 1 vloer extreem 3 vloeren momentaan Drijflichaam Q Beton wand
Aantal belasting oppervlak 0,55 kN/m² * ( 25m*25m) 0,9 kN/m² * ( 25m*25m) * 4 0,4 kN/m² * ( 25m*25m) * 4 0,3 kN/m² * (3m*25m)*4 0,56 kN/m² * ( 25m*25m) 5 kN/m² * ( 25m*25m) 1,25 kN/m² *( 25m*25m) *3 14,4 kN/m² * ( 25m*8m) * 4
Beton vloer Dekvloer
14,4 kN/m² * ( 25m*25m) * 2 0,24 kN/m² * ( 25m*25m)
P F 343,8 kN 2250 kN 1000 kN 90 kN + 3683,8 kN
Qextreem. F
Qmom. F
excentr. a 25 m 12,5m 12,5m 12,5m + 15m 12,5 m +
Moment F*a 8595 kNm 28125 kNm 12500 kNm 1125 kNm + 50.345 kNm 29296,9 kNm
11520 kN
12,5 m
29.296,9 kNm
18000 kN 281,1 kN + 29801,1 kN
0,5m
14.900,6 kNm
350 kN 3125 kN 2343,8 kN+ 2343,8 kN
Gebruiksfase:
Belastingcombinatie: windbelasting + permanente + momentane belasting Berekening van de diepgang en het vrijboord voor deze belastingcombinatie. F perm woning = 3683,8 kN F perm ponton = 29801,1 kN 72
Drijvend bouwen
F momentaan = 2343,8 kN ΣF = 35.828,7 kN Gemiddelde diepgang: d =
.
, N
,
,
= 5,7 m,
Het vrijboord is dan 6,5m(aanname hoogte drijflichaam) – 5,7= 0,8m d=
, y=binnenwater Nederland, 10 kN/m3
Berekening van het aangrijpingspunt van de permanente en momentane belasting ten opzichte van de onderzijde: a=
F F
=
.
N
.
, N
.
.
, N
/
= 2,7 m
, N
Bepaling van de scheefstand: De scheefstand van het ponton wordt bepaald met: α= ²
met: C (veerconstante) = F * mc , mc =
½ d
en
M =
Mrep
Gegevens: representatieve belasting: Mrep = 11.125 kNm, Frep = 35.828,7 kN, a = 2,7 m, d = 5,7 m mc
=
C
=
²
½ 5,7
= 12,0 m
35.828,7 kN * 12,0
= 429.493,9 kNm
,
Bepaal vervolgens het knikgetal n met: n =
=
, ,
= 4,4
Bereken vervolgens de hoekverdraaiing met: α
= =
M
α =
, ,
= 1,29 >
1,29 *
.
N
.
, N
= 0,03 rad
De scheefstand over 25 meter hoogte is dus 0,75 meter 73
Drijvend bouwen
tan α x 25m = 0,75 meter De toename en afname van het vrijboord is gelijk aan tan α * ½ * b = 0,03 * ½ * 25= 0,375 m minimaal vrijboord, lijzijde: vmin = 0,8m – ‐0,375 m = 1,175 m maximaal vrijboord, loefzijde: vmax = 0,8m + ‐0,375 m = 0,425 m
Uiterste grenstoestandbbelastingcombinatie 1: Belastingcombinatie 1: Windbelasting + permanente + momentane belasting, veiligheidsklasse 2. Gemiddelde diepgang: d =
,
, N ,
, N ,
,
,
, N
= 7,0 m
Het vrijboord is voor deze belastingcombinatie gelijk aan: v = 6,5m ‐ 7,0 = ‐0,5 m Dus de hoogte van het drijflichaam moet groter zijn dan 6,5, bijvoorbeeld 7,5m Berekening van het zwaartepunt van de permanente en momentane belasting ten opzichte van de onderzijde: ΣF , . N , . , N , . , N = = 3,4 m a = . , N Σ F
Bepaling van de scheefstand:
De scheefstand van het ponton wordt bepaald met:
α =
²
met: C (veerconstante) = F * mc , mc =
½ d
en
M =
Mrep
Gegevens: representatieve belasting: Md = 1,5 *11.125 kNm, Fd = 35.828,7 kN, a = 3,4 m, d = 7,0m mc =
² ,
½ 7,0
C = 35.828,7 kN * 10,9
= 10,9 m
= 390532,8 kNm
74
Bepaal vervolgens het knikgetal n met:
Drijvend bouwen
,
=
n =
,
= 3,2
Bereken vervolgens de hoekverdraaiing met: α
= =
M
α =
, ,
=
1,45 >
1,45 *
,
. .
N , N
= 0,06 rad
De scheefstand over 25 meter hoogte is dus 1,5 meter tan α x 25m = 1,5 meter De toename en afname van het vrijboord is gelijk aan tan α * ½ * b = 0,06 * ½ * 25= 0,75 m minimaal vrijboord, lijzijde: vmin = 0,5 ‐ 0,75 = ‐0,25 m maximaal vrijboord, loefzijde: vmax = 0,5 + 0,75 = 1,25 m Dus de hoogte van het drijflichaam moet groter zijn dan 7,5m, bijvoorbeeld 8m.
Belastingcombinatie 2:
Permanente belasting + momentane belasting op begane grond + extreme belasting op de eerste verdieping, veiligheidsklasse 2. Bereken de diepgang en het vrijboord voor deze belastingcombinatie: d =
,
, N ,
N ,
, N , ,
, N
= 7,7 m
Het vrijboord is dan: v = 8,0 – 7,7 = 0,3 m Als het drijflichaam dus daadwerkelijk 8m hoog is. Berekening van het zwaartepunt van de permanente en momentane belasting ten opzichte van de onderzijde: a =
F F
=
,
.
N ,
,
.
N , N
, N ,
.
, N
= 5,0 m
75
Drijvend bouwen
Bereken het tweede orde effect: Bereken de afstand van het metacenterpunt tot de kiel met:
mc =
²
½ d
mc =
² ,
½ .7,7 = 10,6 m
Bepaal vervolgens het knikgetal n met: n =
=
, ,
= 2,1,
het knikgetal dient voor een aanvaardbare scheefstand van het tweede orde effect tussen de 2‐4 in te liggen. In dit geval wordt dat dus net gehaald.
76
Drijvend bouwen
6.3.2 Afmetingen van het drijflichaam van de vergaderzaal: Het drijflichaam van het vergadergebouw is vierkant , de afstanden zijn 25x25 m. Er bevinden zich acht raamwerken waar de piramides van het driedimensionale vakwerk elkaar herhalen. De vakwerken zijn anderhalve meter hoog en hebben dezelfde afstanden in de bodem als aan de zijkanten. (a)
(b)
(c)
Figuur 80 –(a) Krachten (b) Plattegrond drijflichaam (c) Momentenlijn
(a)
(b)
(c)
Figuur 81 –(a) Krachten (b) Plattegrond drijflichaam (c) Momentenlijn
77
Drijvend bouwen
6.3.3 Vakwerk berekening
ø
3
ø
2
³ 24
ø ³ 24
2
3
³ 24
h
M
2
3
24
M 2
3
. 12 2
h
2
3
h
.
3
.
3
h
waarbij,
h
k
3 2
l h
. k 12 h 3 . 3 h
M 2 M 2
. k 12 3 h . h 3
.
3
h
. k 12 l 3 1 2 h
M
k . 12 k 1
k
3 2
l h
3 25 2 7,7
4,9
Mhoek
4,9 . 12 5,9
0,07
Mveld
0,125
0,07
0,056
78
Drijvend bouwen
ø
3
ø
2
2 ø
2 45
²
2
2 45
²
3
2
³
M
45
.
3
2 2
3 3
waarbij,
k
.
2
M
³ 45
.
2
6
3
. 2 2
3 2
l h
M
² . 45
6 . 2 1
² 1 15 1 k
k
3 2
l h
3 25 2 7,7
4,9
Mhoek
² 1 . 15 5,9
0,01
79
Drijvend bouwen
7,7
.10
/
14,4
/
. 0,9
64
/
M hoek
0,07
0,01
M hoek
0,07 . 64
. 3,125m . 25
0,01 . 64
. 3,125m . 7,7
8750
118,6 kNm
M hoek
8868,6 kNm
Omdat het een 3D vakwerk is, kan er een reductie van 50 % worden toegepast. M 0,5 8868,6 kNm 4434,3 kNm , N = 2956,2 kNm Stel de hoogte van het vakwerk is 1m > = , , ³N = 12579,6 mm²
Wapeningsstaal feb 500, σ =
,
435 N/mm² indien er wapeningsstaal wordt toegevoegd,
echter is de berekening gemaakt voor de bovenste staaf, die dus een spanning heeft van 235 N/mm². Het oppervlak van een rond buisprofiel is gelijk aan: 12579,6 mm² 12579,6 mm²
63,3 mm
2
126,6 mm is de minimale diameter van bovenste ligger van het 3d vakwerk.
Om te voorkomen dat de buisprofielen knikken is het wenselijk een hol buisprofiel toe te passen in plaats van een massief buisprofiel. Met een oppervlakte van 12579,6 mm² kan het volgende profiel worden toegepast. :
100²,
12579,6 mm² 75² 13744,5 mm²
De holle buispfofielen hebben een diameter van 200mm met een dikte van 25mm.
80
Drijvend bouwen
7 Conclusie Het ontwerp voor Architectuur en het technische onderzoek voor Engineering zoals in dit rapport beschreven is tot stand gekomen door de stedenbouwkundige toevoeging van de brug tussen het quarantaine eiland en het RDM terrein. Hieraan ligt het drijvende gebouw met 5 of 6 verdiepingen hoog. Deze gebouwen zijn technisch mogelijk gemaakt door een diep drijflichaam gefabriceerd in een loods met beton, waardoor een functie in het drijflichaam kon worden aangebracht. De enorme waterkrachten zijn opgenomen door het stalen 3D vakwerk, wat met zijn onderflens in het beton is gestort. Het vergadergebouw blijft stabiel door de verhoudingen tussen de hoogte en breedte van het gebouw in combinatie met het brede drijflichaam. Het hotelgebouw verleend zijn stabiliteit doordat het gebouw is aangemeerd aan meerpalen. De architectonische onderzoeksdoelen waren het toevoegen van een architectonische meerwaarde aan het drijvende gebouw wat het gebouw onderscheid van een gebouw op het land. Dit is gedaan door twee van de drie gebouwdelen drijvend te maken, waardoor eb en vloed de compositie van het geheel veranderd. Op de tussen liggende bruggen, die zowel met een rol als met een scharnier verbinding zijn bevestigd, ontstaat hierdoor een architectonisch interessante ruimte. Verschillende buitenruimtes met water uitzicht zijn zowel op hoog als op waterniveau toegevoegd wat de ervaring met het water vergroot. Ook kan het vergadergebouw worden weggevaren, hierdoor verandert de compositie van het gebouw nog sterker. Door de architectonische en technische onderzoeksdoelen is een interessant gebouw ontstaan. Het gebouw is gebruiksvriendelijk ontworpen waardoor de functie van een waterconferentiehotel mogelijk wordt gemaakt. Het drijvende gebouw is op deze manier een bruikbaar voorbeeld van nieuwe technologieën op het gebied van drijvend bouwen voor (inter)nationale gebruikers van de RDM innovatiecampus
81
Drijvend bouwen
(a)
Figuur 82 – (a) Aanzicht naar de bruggen
82
Drijvend bouwen
Appendix I – Bronvermelding
7.1 Literatuur [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
Gerrits, J.M.(red) Draagconstructie Basis(2005). Delftsche Universitaire Pers Haak, A.J.H. De menselijke Maat(1994). Delftsche Universitaire Pers Hartsuijker, C. Toegepaste Mechanica Deel 2 (2003). Schoonhoven Kamerling, ir. M.W. Ontwerp van betonnen pontons (2001).Delft Moet, D. Autarkie, zelfvoorzienende woonwerklandschappen(2005).Thoth uitgeverij Schittich, C. Glasbau Atlas (2006). Birkhauser Schittich, C.(red) In detail (2009). Birkhäuser Urhahn, G. Wonen in de Delta Metropool (2000). Thoth uitgeverij Zevenbergen, C. Bouwen met Water(2003). V+K Publishing
7.2 Rapporten [10] [11] [12] [13] [14]
Afstudeerlab AE 2009‐2010; Stedenbouwkundige analyse en planvisie RDM heijplaat(2009). Broek, van der B; Afstudeerscriptie(2010). Drijvend zwembad aan de Maas. Hablé, L. Design research Project (2010). Drijvend Bouwen Minnema ,P (e.a.)Ontwerpprijsvraag(2009) 4D Drijven Duurzaam Draaien Dromen Winkelen van, M; Technical background study (2007). How high can you float?
83
Drijvend bouwen
7.3 Internet bronnen [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28]
ABC Arkenbouw, www.arkenbouw.nl Beton casco, www.betoncasco.nl Bouwmaatschappij Ooms, www.oomswaterwoningen.nl Bubbledeckvloeren; www.bubbledeck.nl/het_systeem Deltasync, www.deltasync.nl Dutch docklands, www.dutchdocklands.com Dura Vermeer, www.duravermeer.nl Dura Vermeer, www.dedrijvendestad.nl Finnforest: Lenotec en Kerto Ripa ; www.finnforest.nl/producten/Leno/ Getij, www.getij.nl Multiprojectvloeren; www.alteco.nl/multiprojectvloeren Polyproducts, www.polyproducts.nl Port Rotterdam, www.portorotterdam.nl RDM campus, www.rdmcampus.nl/rdm‐campus/rdm‐nu
84
Drijvend bouwen
8 Bijlagen
85
