Constructief ontwerp voor parkeergebouw Molenwijk, Amsterdam-Noord

Constructief ontwerp voor parkeergebouw Molenwijk, Amsterdam-Noord Eindrapport

Afstudeerproject Tim Kooij Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Maart 2007

Afstudeercommissie Prof.dipl-ing. J.N.J.A. Vambersky (TU Delft, Sectie Gebouwen en Civieltechnische Constructies) Prof.dr.ir. J.C. Walraven (TU Delft, Sectie Betonconstructies) Ir. A. te Boveldt (TU Delft, Sectie Gebouwen en Civieltechnische Constructies) Ir. R.Th. van Wageningen (voorheen Pieters Bouwtechniek, thans Ingenieursbureau Dijkhuis)

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorblad (ander bestand)

AFSTUDEERWERK - T. Kooij – C1116568

1

_______________________________Molenwijk______________________________________

2


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorwoord Voor u ligt het afstudeerwerk van de opleiding Civiele Techniek aan de Technische Universiteit Delft, afstudeerrichting Gebouwen, getiteld “Constructief ontwerp voor parkeergebouw De Molenwijk, Amsterdam-Noord”. Dit afstudeerwerk bestaat uit een onderzoek en de uitwerking van de hoofddraagconstructie voor het ontwerp van een nieuw te bouwen parkeergebouw met woonen kantoorruimten in de Amsterdamse Molenwijk. De aanleiding voor deze opdracht is het bouwkundig ontwerp van dit parkeergebouw, ontworpen door Fün Design Consultancy in opdracht van De Alliantie Amsterdam. Ingenieursbureau Pieters Bouwtechniek is uitgekozen om het constructieve gedeelte van het ontwerp te verzorgen en heeft op mijn verzoek het project “De Molenwijk” beschikbaar gesteld voor dit afstudeerwerk. Nu dit afstudeerwerk een feit is, sluit ik mijn studententijd, een belangrijke periode, af. Graag wil ik hierbij een aantal mensen bedanken. In het bijzonder wil ik ir. R.Th. van Wageningen bedanken voor het beschikbaar stellen van deze afstudeeropdracht en het zitting nemen in de afstudeercommissie. Vanuit de Technische Universiteit wil ik prof.dipl-ing. J.N.J.A. Vambersky bedanken voor het voorzitten van de afstudeercommissie en het begeleiden van dit afstudeerwerk. Verder wil ik prof.dr.ir. J.C. Walraven en ir. A. te Boveldt bedanken voor hun bereidheid in de afstudeercommissie plaats te nemen en voor hun adviezen. Tevens ben ik nog dank verschuldigd aan ing. A.P. van der Marel en ir. C.J. Spaargaren voor de nodige adviezen en de tijd die zij genomen hebben om vragen van mijn kant te beantwoorden. Ik wil dit voorwoord afsluiten met het bedanken van mijn ouders en vriendin voor hun medeleven en steun om uiteindelijk deze opleiding te kunnen voltooien. Iedereen hartelijk bedankt! Tim Kooij


3

_______________________________Molenwijk______________________________________

4


_______________________________Molenwijk______________________________________

Samenvatting Net als in de meeste grote steden wordt ook in de Amsterdamse Molenwijk parkeren als één van de grootste problemen en ergernissen ervaren. De bewoners willen in een autoluwe omgeving wonen en toch in de nabijheid van de woning kunnen parkeren. Om voor deze problemen een oplossing aan te dragen is er een plan ontwikkeld om het ontoereikende aantal bestaande parkeergarages te vervangen door grotere nieuw te bouwen parkeergarages, met woonen kantoorruimten. Naast de woningen en kantoren zullen er ook een aantal andere faciliteiten in de te bouwen parkeergarage worden ondergebracht. Dit om het gebouw meer te laten zijn dan alleen een parkeergarage, om de wijk weer aantrekkelijk te maken voor de huidige bewoners en nieuwe bewoners aan te trekken. De architect heeft hiervoor, in overleg met de opdrachtgever, een uitdagend gebouw ontworpen. De footprint van het gebouw zal op straatniveau slechts bestaan uit een drietal kernen, zodat er een gevoel van openheid zal ontstaan. Het gevolg hiervan is dat de bovenbouw zal uitkragen ten opzichte van deze kernen. De vraag die rijst is dan ook of dit voorstel voor het ontwerp zowel constructief als uitvoeringstechnisch als voldoende haalbaar kan worden geacht. In dit onderzoek is in eerste instantie een literatuurstudie verricht naar het materiaal hogesterktebeton. Dit om te onderzoeken of dit materiaal een oplossing zou kunnen bieden voor het uitdagende ontwerp. Het materiaal heeft diverse voordelen ten opzichte van een “gewone” betonsoort. De voornaamste reden waarom dit materiaal goed bruikbaar zou kunnen zijn binnen dit ontwerp, is dat deze betonsoort een hoge druksterkte heeft. Met dit materiaal zal slanker en lichter geconstrueerd kunnen worden. Vervolgens is er een alternatievenstudie verricht naar de verschillende constructieve concepten voor de hoofddraagconstructie van het gebouw. Er zijn drie hoofdvormen zijn te onderscheiden: • hangconstructie; • tafelconstructie; • over de hoogte van het gebouw geïntegreerde draagconstructie.


5

_______________________________Molenwijk______________________________________

Om de meest geschikte variant voor de hoofddraagconstructie te kunnen bepalen zijn deze vormen onderworpen aan een multicriteria-analyse. De twee maatgevende criteria binnen deze analyse zijn; 1) het inpassen van de hoofddraagconstructie in het ontwerp van de architect en 2) de invloed die de hoofddraagconstructie heeft op het uiterlijk van het gebouw. Nu deze twee criteria in de variant over de hoogte geïntegreerde hoofddraagconstructie, het beste resultaat opleveren, is voor deze constructie gekozen. Bijkomend voordeel van deze vorm is dat de hoogte van het gebouw ingezet zal kunnen worden voor de benodigde sterkte en stijfheid van de constructie. Hierdoor scoort dit alternatief zowel vanuit een functioneel, architectonisch als constructief oogpunt het hoogst. Voor de over de hoogte van het gebouw geïntegreerde draagconstructie zijn verschillende varianten, in zowel staal als (hogesterkte-)beton, onderzocht en uitgewerkt. Voor het gebouwdeel waar de woningen zich bevinden is tevens rekening gehouden met de wens van de architect om het uitzicht vanuit de woningen vrij te houden. De meest geschikte varianten voor de over de hoogte van het gebouw geïntegreerde hoofddraagconstructie zijn de vakwerkligger en de wandligger. Het voordeel van de (betonnen) wandligger is dat deze, voor de gebouwdelen waar dat noodzakelijk is, naast een dragende functie (constructief) ook een scheidende functie (functioneel) zal kunnen vervullen. De belangrijkste eisen waaraan deze functionele scheiding zal moeten voldoen zijn de eisen die gesteld worden aan de geluidswerendheid (bruikbaarheid) en brandwerendheid (veiligheid). Na het onderzoeken van de verschillende mogelijke varianten op de over de hoogte van het gebouw verdeelde hoofddraagconstructies, is gebleken dat de door de architect gestelde randvoorwaarden het niet mogelijk maken om een draagconstructie te ontwerpen waar voornamelijk drukkrachten in op zullen treden. Het is daardoor niet zinvol om een hogesterktebetonsoort voor dit ontwerp in te zetten. Voor het gebouwdeel waar de betonnen wandligger zal kunnen worden toegepast zal juist massa nodig zijn om aan de gestelde geluidsnormen en brandwerendheidseisen te kunnen voldoen. Door de beschikbare hoogte zijn de optredende spanningen in de wandligger niet zo groot dat er een betonsoort met een hoge sterkteklasse noodzakelijk is. Een dergelijke betonnen wandligger zal alleen toegepast worden voor het gebouwdeel waar de woningen zich bevinden. Voor de overige gebouwdelen zullen stalen vakwerkliggers toegepast worden. Dit komt door de grote overspanning en de grote uitkraging die door de hoofddraagconstructie gemaakt moet worden. Hierdoor worden de optredende krachten dusdanig groot dat deze alleen door een stalen constructie opgenomen kunnen worden. Aan deze staalconstructie zal een aparte scheidingsconstructie toegevoegd moeten worden om aan de gestelde bruikbaarheidsen veiligheidseisen te kunnen voldoen.

6


_______________________________Molenwijk______________________________________

Nu er een keuze is gemaakt voor de draagconstructie is deze verder uitgewerkt. Zo is er gekeken naar de transportmogelijkheden en de hiermee samenhangende bouwmethode. Ook zijn een aantal verbindingen en aansluitingen uitgewerkt. Als laatst is een alternatief aangedragen voor de hoofddraagconstructie van het gebouw. Hierbij zijn er mogelijkheden beschreven die ontstaan wanneer de constructeur de vrijheid zou hebben gehad om een voor de krachtsafdracht meer gunstige oplossing had kunnen ontwerpen. De voornaamste wijzigingen die hierbij op de door de architect gestelde randvoorwaarden zijn gemaakt, hebben betrekking op de indeling van de plattegrond. Deze zou op een andere wijze dan die door de architect gekozen is, transparant gemaakt kunnen worden. Of dit een haalbare variant is zal door de opdrachtgever bepaald moeten worden.


7

_______________________________Molenwijk______________________________________

8


_______________________________Molenwijk______________________________________

Inhoudsopgave Voorwoord Samenvatting 1

INLEIDING

3 5

17

1.1 PROJECTGEBIED 1.1.1 DE MOLENWIJK

18 18

2

21

ONTWERPBESCHRIJVING

2.1 INLEIDING 2.1.1 BETROKKEN PARTIJEN 2.2 ARCHITECTONISCH ONTWERP 2.2.1 VOORLOPIG ONTWERP 2.2.2 STRAMIENEN 2.3 PROBLEEMSTELLING 2.4 DOELSTELLING

21 21 22 22 28 29 30

3

31

PROGRAMMA VAN EISEN

3.1 INLEIDING 3.2 RANDVOORWAARDEN 3.2.1 ARCHITECTONISCHE RANDVOORWAARDEN 3.2.2 FUNCTIONELE RANDVOORWAARDEN 3.3 UITGANGSPUNTEN

31 31 31 32 32

4

35

OPZET VOORLOPIG ONTWERP

4.1 INLEIDING 4.2 ANALYSE ARCHITECTONISCH ONTWERP 4.2.1 SPLIT-LEVEL INDELING PARKEERGARAGE 4.2.2 PLAATSING WONINGEN 4.2.3 VERDIEPINGSHOOGTE 4.2.4 UITKRAGENDE VLOERVELDEN WONINGEN 4.2.5 OVERSPANNINGEN 4.3 ONTWERPONDERDELEN 4.3.1 PARKEERGARAGE 4.3.2 WONINGEN 4.3.3 KANTOREN


35 36 36 37 37 38 38 40 40 41 41

9

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.3.4 FITNESSCENTRUM 4.4 ONTWERPOPZET 4.4.1 BESTAANDE BEBOUWING 4.4.2 GEBOUW DOORSNEDE 4.4.3 VASTE GEGEVENS 4.4.4 DRAAGLIJNEN 4.5 BESTAANDE GEBOUWEN 4.5.1 ACANTHUS, AMSTERDAM 4.5.2 STADHUIS ALPHEN AAN DEN RIJN 4.5.3 MUZIEKGEBOUW / BIM-HUIS, AMSTERDAM 4.5.4 MONTEVIDEO, KOP VAN ZUID, ROTTERDAM 4.5.5 TORRE MARE NOSTRUM, BARCELONA, SPANJE 4.5.6 WOONZORGCOMPLEX OKLAHOMA, AMSTERDAM 4.5.7 SILVERLINE WOONTOREN, ALMERE 4.5.8 HET BOUWHUIS, ZOETERMEER 4.5.9 SCHEEPSVAART EN TRANSPORTCOLLEGE, ROTTERDAM 4.5.10 TOD’S, OMOTESANDO, TOKIO 4.5.11 ATLASGEBOUW, WUR, WAGENINGEN 4.5.12 CITY HARBOUR HOTEL, AMSTERDAM 4.5.13 OVERIGE VOORBEELDEN

41 42 42 44 45 48 50 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 63

5

65

ALGEMENE CONSTRUCTIEVE CONCEPTEN

5.1 INLEIDING 5.2 CONSTRUCTIEVE CONCEPTEN 5.2.1 HANGCONSTRUCTIE 5.2.2 TAFELCONSTRUCTIE 5.2.3 HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE GEÏNTEGREERD OVER DE HOOGTE 5.3 CONSTRUCTIEVE CONCEPTEN WONINGEN 5.3.1 UITKRAGENDE VLOERVELDEN 5.3.2 SCHEIDING VAN DE WOON- EN PARKEERVLOEREN 5.3.3 WONINGSCHEIDENDE WANDEN UIT LATEN KRAGEN 5.3.4 WONINGEN AANHANGEN 5.4 ALGEMENE ONTWERPCRITERIA 5.4.1 BELASTINGEN 5.4.2 STERKTE 5.4.3 STIJFHEID 5.4.4 STABILITEIT 5.4.5 TWEEDE DRAAGWEG 5.4.6 UITVOERING 5.4.7 INPASSING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE

10

65 66 66 67 67 68 68 69 69 70 71 71 71 72 73 74 76 76


_______________________________Molenwijk______________________________________

6

UITVOERINGSTECHNIEKEN

77

6.1 INLEIDING 6.2 HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE IN DELEN MONTEREN 6.2.1 BOUWHUIS, ZOETERMEER 6.2.2 ACANTHUS, AMSTERDAM 6.3 HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE IN ZIJN GEHEEL MONTEREN 6.3.1 WOONZORGCOMPLEX OKLAHOMA, AMSTERDAM 6.3.2 SCHEEPVAART EN TRANSPORTCOLLEGE, ROTTERDAM 6.4 TIJDELIJKE ONDERSTEUNINGEN 6.4.1 TORRE MARE NOSTRUM, BARCELONA 6.4.2 SILVERLINE WOONTOREN, ALMERE 6.5 AANDACHTSPUNTEN 6.6 RANDVOORWAARDEN MOLENWIJK 6.6.1 KEUZE UITVOERINGSMETHODE

77 78 78 80 81 81 82 84 84 85 86 88 89

7

91

VOORLOPIG CONSTRUCTIEF ONTWERP

7.1 INLEIDING 7.2 ANALYSE VERSCHILLENDE TYPEN DRAAGCONSTRUCTIES 7.2.1 HANGCONSTRUCTIE 7.2.1.1 Belastingen 7.2.1.2 Sterkte 7.2.1.3 Stijfheid 7.2.1.4 Stabiliteit 7.2.1.5 Uitvoering 7.2.1.6 Tweede draagweg 7.2.1.7 Inpassen hoofddraagconstructie 7.2.1.8 Invloed uiterlijk gebouw 7.2.2 TAFELCONSTRUCTIE 7.2.2.1 Belastingen 7.2.2.2 Sterkte 7.2.2.3 Stijfheid 7.2.2.4 Stabiliteit 7.2.2.5 Uitvoering 7.2.2.6 Tweede draagweg 7.2.2.7 Inpassen hoofddraagconstructie 7.2.2.8 Invloed uiterlijk gebouw 7.2.3 HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE GEÏNTEGREERD OVER DE HOOGTE 7.2.3.1 Belastingen 7.2.3.2 Sterkte 7.2.3.3 Stijfheid


91 92 92 92 93 93 94 94 94 95 95 96 96 96 96 97 97 98 98 98 99 99 99 100

11

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.3.4 Stabiliteit 7.2.3.5 Uitvoering 7.2.3.6 Tweede draagweg 7.2.3.7 Inpassen hoofddraagconstructie 7.2.3.8 Invloed uiterlijk gebouw 7.2.4 CONCLUSIE CONSTRUCTIEF CONCEPT 7.2.4.1 Aanvulling stijfheid 7.2.4.2 Keuze constructief concept 7.3 VARIANTEN OVER DE HOOGTE GEÏNTEGREERDE DRAAGCONSTRUCTIE 7.3.1 VAKWERKLIGGER 7.3.2 RAAMWERKLIGGER 7.3.3 GEVELBUIS / RAATSTRUCTUUR 7.3.4 WANDLIGGER 7.3.5 PROFIEL VAN VRIJE RUIMTE 7.4 STABILITEITSCONSTRUCTIE 7.4.1 BUIGSTIJFHEID EI 7.4.2 AFSCHUIFSTIJFHEID GA 7.4.3 ROTATIESTIJFHEID C 7.4.4 TWEEDE-ORDE EFFECT 7.4.5 MOGELIJKHEDEN STABILITEITSCONSTRUCTIE 7.4.5.1 Schijven 7.4.5.2 Betonnen schijven 7.4.5.3 Schijven in staal 7.4.5.4 Kernconstructie

100 101 101 101 101 102 102 103 105 105 109 110 112 113 115 115 115 116 116 118 118 118 119 120

8

123

UITWERKING CONSTRUCTIEF ONTWERP

8.1 INLEIDING 8.2 CRITERIA SCHEIDINGSFUNCTIE DRAAGCONSTRUCTIE 8.2.1 GELUIDSWERING 8.2.1.1 Luchtgeluidsisolatie 8.2.1.2 Contactgeluid 8.2.1.3 Beton versus staal 8.2.2 BRANDWERENDHEID 8.2.2.1 Beton versus staal 8.2.3 UITVOERING 8.2.4 TRILLINGEN 8.2.5 CONCLUSIE 8.3 ONTWERPBEREKENING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE 8.3.1 GEBOUWDELEN 8.3.2 UITGANGSPUNTEN VOOR DE BEREKENING 8.4 HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE AS 1 8.4.1 SCHEMATISERING

12

123 125 125 126 126 127 128 129 129 130 131 132 132 133 135 135


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.2 LIGGER OP TWEE STEUNPUNTEN 8.4.3 STAALVARIANT 8.4.3.1 Handberekening 8.4.3.2 Controle berekening 8.4.3.3 Conclusie staalvariant 8.4.4 BETONVARIANT 8.4.4.1 Eigenschappen 8.4.4.2 Voorspanning 8.4.4.3 Conclusie voorspansystemen 8.4.4.4 Vakwerkligger 8.4.4.5 Raatligger 8.4.5 SAMENVATTING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE GEVEL AS 1 8.4.6 HOOFDLIGGERS 8.4.7 LIGGER OP MEERDERE STEUNPUNTEN 8.5 UITKRAGEND GEBOUWDEEL AS B EN 7 8.5.1 SCHEMATISERING 8.5.1.1 Belastingen 8.5.2 BETONVARIANT 8.5.2.1 Vervorming 8.5.2.2 Sterkte 8.5.2.3 Berekening 8.5.2.4 Voorspanwapening 8.5.3 STAALVARIANT 8.5.4 SAMENVATTING UITKRAGEND GEBOUWDEEL 8.6 GEBOUWDEEL WONINGEN 8.6.1 SCHEMATISERING 8.6.1.1 Draagconstructie in de gevel 8.6.1.2 Woningscheidende wanden laten dragen 8.6.2 BETONVARIANT 8.6.2.1 Drager in de gevel 8.6.2.2 Uitkragende woningscheidende wanden 8.6.2.3 Wandliggers as 7 en J 8.6.3 STAALVARIANT 8.6.4 SAMENVATTING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE WONINGEN 8.7 CONCLUSIE DRAAGCONSTRUCTIE 8.8 STABILITEITSCONSTRUCTIE 8.8.1 ZWAARTEPUNT STABILITEITSCONSTRUCTIE 8.8.2 WRINGING 8.8.3 BEREKENING STABILITEITSCONSTRUCTIE 8.8.4 CONCLUSIE STABILITEITSCONSTRUCTIE


136 139 139 142 148 149 149 150 150 151 159 164 166 171 178 179 181 184 185 186 190 194 199 201 203 203 204 205 207 207 211 214 220 223 224 227 228 229 231 233

13

_______________________________Molenwijk______________________________________

9

DEFINITIEF CONSTRUCTIEF ONTWERP

235

9.1 INLEIDING 9.2 UITWERKING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE 9.2.1 UITWERKING VLOERSYSTEEM 9.2.1.1 Dubbel T-liggers 9.2.1.2 Staalplaat-betonvloer 9.2.2 VAKWERKLIGGER AS 1 9.2.2.1 Aanpassen vakwerkligger as 1 9.2.2.2 Uitwerking vakwerkligger as 1 9.2.2.3 Profielvorm 9.2.2.4 Detaillering vloerrand 9.2.2.5 Berekening profielafmetingen 9.2.2.6 Hoofdliggers 9.2.3 VERBINDINGEN 9.2.3.1 Bouwmethode 9.2.3.2 Detaillering knopen 9.2.3.3 Aansluiting kernen 9.2.4 UITVOERING 9.2.4.1 Draagconstructie as 1 9.2.4.2 Draagconstructie uitkragend gebouwdeel 9.2.4.3 Draagconstructie gebouwdeel woningen 9.3 CONCLUSIE UITWERKING HOOFDDRAAGCONSTRUCTIE 9.4 ALTERNATIEF 9.4.1 NADELEN BESTAAND ONTWERP 9.4.2 VOORDELEN ALTERNATIEF 9.4.3 CONCLUSIE

235 236 236 236 238 240 240 241 243 245 246 248 250 251 254 259 262 262 263 263 265 266 267 270 272

10 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

273

10.1 INLEIDING 10.2 CONCLUSIES 10.3 AANBEVELINGEN

273 273 274

14


_______________________________Molenwijk______________________________________

LITERATUURLIJST

275

BIJLAGE: A

ONTWERPCRITERIA

283

BIJLAGE: B

UITWERKINGEN

289

BIJLAGE: C

PARKEEROPLOSSINGEN

317

BIJLAGE: D

VLOERENSYSTEMEN

331

BIJLAGE: E

HOGESTERKTEBETON

357


15

_______________________________Molenwijk______________________________________

16


_______________________________Molenwijk______________________________________

1

Inleiding

De auto is niet meer weg te denken uit het huidige straatbeeld. Door het almaar toenemende bezit en gebruik ontstaat een groeiende parkeerbehoefte. Voornamelijk in de grote steden ontstaan hierdoor de nodige problemen. Enerzijds willen de bewoners van drukke wijken in een autoluwe omgeving wonen om de overlast zo beperkt mogelijk te houden, anderzijds willen zij in de nabijheid van de woning kunnen parkeren. Dit probleem wordt vertaald naar de parkeernorm, het aantal parkeerplaatsen dat per woning beschikbaar is. Wanneer deze wordt teruggedrongen tot onder de één, voor elke woning één parkeerplaats, zullen bijvoorbeeld gezinnen met jonge kinderen wegtrekken uit deze gebieden. Hierdoor ontstaat een afname van de kwaliteit van wijken en buurten. Dit willen de gemeentes juist voorkomen. Zolang de auto een feit is, moet daar dus plek voor zijn. Een mogelijke oplossing voor dit probleem is om deze parkeerbehoefte niet alleen op straatniveau op te lossen, maar door het aanleggen van bovenen ondergrondse parkeergarages. Zo wordt ook in de Amsterdamse Molenwijk (Amsterdam-Noord) door de bewoners parkeren als één van de grootste problemen en ergernissen aangemerkt. De bestaande parkeergarages voldoen niet meer aan de huidige parkeernorm. De woningbouwcoöperatie is voor dit probleem op zoek naar een oplossing. Zo zijn er verschillende variantenstudies verricht. Gekeken is hierbij naar een renovatie/uitbreiding van de bestaande garages of volledige nieuwbouw. Dit afstudeerwerk omvat een onderzoek naar en uitwerking van de hoofddraagconstructie voor een ontwerp van een nieuw te bouwen woonen parkeergebouw op de plaats van de bestaande parkeergarages. De in dit hoofdstuk te formuleren probleemstelling, doelstelling en programma van eisen geven een indicatie van de problematiek en de gewenste oplossingsrichting.


17

_______________________________Molenwijk______________________________________

1.1

Projectgebied Het projectgebied ‘De Molenwijk’ is onderdeel van het in de jaren zestig gerealiseerde bebouwingsplan Oostzanerwerf. Oostzanerwerf is gelegen op een grondgebied tussen Oostzaan en het Amsterdamse stadsdeel Amsterdam-Noord dat op 1 augustus 1965 door Amsterdam is geannexeerd. Oostzanerwerf is opgebouwd uit drie wijken. De Molenwijk, een groene hoogbouwwijk uit de jaren zestig, de Kermisbuurt uit de jaren tachtig en de Walvisbuurt, een wijk uit de jaren negentig met veel eengezinswoningen. Deze wijken bestaan voornamelijk uit huizen die eigendom zijn van de woningbouwcorporaties. In de buurt zijn goede voorzieningen aanwezig zoals een winkelcentrum, bibliotheek, gezondheidscentrum en centraal in de wijk ligt een kinderboerderij.

1.1.1

De Molenwijk De Molenwijk, met appartementen in de sociale sector, is eind jaren zestig van de vorige eeuw gerealiseerd. Deze buurt is opgezet als proefproject voor de hoogbouw van het tegenwoordige Amsterdam-Zuidoost. Daarom wordt de Molenwijk ook wel de ‘Bijlmermeer in het klein’ genoemd. De hoogbouwflats zijn opgebouwd uit prefab elementen waardoor het mogelijk was de appartementen in snel tempo te bouwen. De wijk is opgebouwd uit vijftien van deze woonblokken en staan geplaatst in de vorm van de wieken van een molen. De namen van deze woonblokken zijn ontleend aan de verschillende type molens (Figuur 1).

• • • • • • • •

Grondzeiler Handmolen Palmolen Bovenkruier Torenmolen Petmolen Bergmolen Wipmolen

• • • • • • •

Watermolen Rosmolen Schipmolen Walmolen Spinnekop Tjasker Standerdmolen

Figuur 1 De Molenwijk

De Molenwijk heeft een publieke groene ruimte, waar geen auto’s zijn toegestaan. In deze autoluwe wijk horen de auto’s thuis in de parkeergarages die een verbinding vormen tussen de tien verdiepingen tellende flats (Figuur 2). De flats zijn galerijflats die onderdak verlenen aan 1256 appartementen, waarvan ongeveer 68% uit vierkamerwoningen met een gemiddelde oppervlakte van 95 vierkante meter bestaan. De overige woningen zijn twee- en driekamerwoningen.

18


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 2 Luchtfoto de Molenwijk Opvallend aan de Molenwijk is dat in deze wijk de ‘Bijlmerproblematiek’ nooit heeft gespeeld en er van leegstand nooit sprake is geweest. Hierdoor is het nodig gebleken de Bijlmermeer in een vroeger stadium aan een herinrichting te onderwerpen. De Molenwijk is een grote, groene ruimte om te recreëren en te wonen. De auto’s kunnen hierdoor alleen vanaf de buitenring (Stellingweg, Molenaarsweg) de parkeergarages bereiken, waardoor de publieke groene ruimte vrij blijft van auto’s. Deze auto’s vormen een probleem in de Molenwijk. Tijdens de bouw van de wijk is voor het aantal parkeerplaatsen in de garage rekening gehouden met één parkeerplaats per woning. Dit aantal is tegenwoordig niet meer toereikend (Figuur 3). Door het tekort aan parkeerplaatsen wordt in de omliggende wijken geparkeerd. Deze zijn niet berekend op de grote stroom auto’s waardoor ook hier de nodige parkeerproblemen en de daarbij komende overlast ontstaat.

Figuur 3 Parkeerdrukte


19

_______________________________Molenwijk______________________________________

Door deze problematiek is het plan ontstaan om de bestaande parkeergarages, met een hoogte van vier verdiepingen (Figuur 4), te vervangen door parkeergebouwen. Elk parkeergebouw, met een totale hoogte van twaalf verdiepingen, biedt onderdak aan ruim 400 parkeerplaatsen. Deze parkeerplaatsen zullen verdeeld zijn over negen verschillende verdiepingen. Daarnaast zijn in het gebouw ruimten ingericht voor woningen en kantoren.

Figuur 4 Bestaande situatie

Een andere reden voor het ontwikkelen van deze parkeergebouwen met woonen bedrijfsruimten is het mogelijk invoeren van het betaald parkeren in Amsterdam-Noord. Amsterdam-Noord is het enige stadsteel in Amsterdam waar nog gratis geparkeerd kan worden. Wel is het zo dat de gemeente voor sommige drukke gebieden “Blauwe zones” heeft ingevoerd, waar een beperkte parkeerduur geldt, en voor de bewoners van deze gebieden ontheffingen heeft ingevoerd. De discussie omtrent het betaald parkeren in Amsterdam-Noord is hiermee op gang gekomen. Voor een parkeerplaats in de bestaande parkeergarages wordt nu ook al een huursom in rekening gebracht. Door een mogelijke invoering van het betaald parkeren zal deze mogelijk verhoogd kunnen worden en dit zal de haalbaarheid van het geheel ten goede komen.

Figuur 5 Parkeertariefgebieden Amsterdam

20


_______________________________Molenwijk______________________________________

2 2.1

Ontwerpbeschrijving

Inleiding Bij aanvang van dit afstudeerproject was door de architect de voorlopige ontwerpfase van het project afgerond. Deze plannen zijn bij Pieters Bouwtechniek ingediend met het verzoek een voorlopig constructief ontwerp voor de gebouwen te maken en te presenteren. In dit hoofdstuk zal een beschrijving van het voorlopig ontwerp van de architect worden gegeven. Naast deze beschrijving op het ontwerp van de architect zullen ook de verhoudingen tussen de verschillende betrokken partijen uiteen worden gezet. De hierna volgende probleemstelling en doelstelling geven samen met de ontwerpbeschrijving een beknopte samenvatting van de problematiek en de gewenste oplossingsrichting.

2.1.1

Betrokken partijen De opdrachtgever voor het ontwerpen en uiteindelijk uitvoeren van de parkeergebouwen met woonen bedrijfsruimten is woningcorporatie De Alliantie Amsterdam (www.de-alliantie.nl). De Alliantie Amsterdam, vanaf 1 januari 2006 een fusie tussen PWV Wonen, De Dageraad en De Alliantie, is een werkmaatschappij van De Alliantie die woningen verhuurt, bouwt en onderhoudt in Amsterdam. De Alliantie heeft op haar beurt Fün Design Consultancy (www.fundc.com) opdracht gegeven om een ontwerp te maken voor de parkeergebouwen met woonen bedrijfsruimten in de Amsterdamse Molenwijk. Voor dit werk is door Pieters Bouwtechniek (www.pietersbouwtechniek.nl) een ontwerp voor de hoofddraagconstructie gemaakt. Deze plannen zijn gepresenteerd en aan de hand hiervan is een globale haalbaarheidsstudie gemaakt. De plannen voor de ontwikkeling van de parkeergebouwen met woonen bedrijfsruimten zijn momenteel opgeschort. Dit mede door de reorganisatie binnen De Alliantie. Pieters Bouwtechniek heeft op mijn verzoek het project “Molenwijk” beschikbaar gesteld voor deze afstudeeropdracht.


21

_______________________________Molenwijk______________________________________

2.2

Architectonisch ontwerp Om een beeld te krijgen van de plannen van de architect zal hieronder een beschrijving van het voorlopig ontwerp volgen. De plattegronden van het gebouw omvatten verschillende indelingen. Het grootste gedeelte van de plattegronden wordt ingenomen door de parkeerplaatsen. Daarnaast zijn er ruimtes ingericht voor woningen, kantoren en op de begane grond is een fitnesscentrum aanwezig. De architect heeft in zijn tekeningenset een plattegrondnummering aan de verschillende verdiepingen gegeven. Hierbij is begonnen op de begane grond met nummer één en hier vanuit is doorgeteld. Om verwarring te voorkomen is deze nummering voor de verdiepingen overgenomen. Om het ontwerp van de architect toe te kunnen lichten zal in onderstaande beschrijving wellicht vooruit worden gelopen op de randvoorwaarden die gelden voor dit project. Een beschrijving van de totale randvoorwaarden en uitgangspunten zal volgen in het volgende hoofdstuk.

2.2.1

Voorlopig ontwerp Bij het maken van het voorlopig ontwerp heeft de architect rekening gehouden met de eis van de opdrachtgever om de begane grond vrij te houden. Het idee van de opdrachtgever is het gehele gebouw op “drie grote poten” te laten rusten. Het gebouw zal daarom door drie kernen gedragen worden en voor de rest vrij zijn van dragende constructie-elementen. In deze kernen bevinden zich de liften en trappenhuizen voor het verticale transport naar de bovengelegen verdiepingen. Op de begane grond heeft de architect aan de linkerzijde een ruimte ingericht voor een fitnesscentrum. In dit centrum zijn naast de ruimte voor de fitnessapparatuur ook sportzalen, kleedruimten en een bar aanwezig. De totale ruimte zal worden omsloten door een glazen gevel (Figuur 6).

22


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 6 Begane grond (plattegrond nummer 1)

Figuur 7 Plattegrond nummer 2/3

Aan de rechterzijde van de begane grond bevindt zich een hellingbaan die de ingang van de parkeergarage vormt (Figuur 6). Wanneer men deze hellingbaan rechtdoor rijdt komt men op de tweede plattegrond (Figuur 7). Vanuit hier kan doorgereden worden tot aan de vijfde plattegrond, waarbij men in de hoogte steeds een halve verdieping overbrugd (split-level). Op iedere plattegrond kan aan weerszijde worden geparkeerd.


23

_______________________________Molenwijk______________________________________

Ook is het mogelijk om, vanaf de begane grond, op de hellingbaan links af te slaan waardoor men op een spiraalvormige hellingbaan komt (Figuur 7). Deze komt uit op de zesde plattegrond, waar vanuit de gehele parkeergarage toegankelijk is (Figuur 8).

Figuur 8 Langs- en dwarsdoorsnede verdiepingsvloeren en hellingbanen Vanaf de zesde plattegrond wordt de gehele plattegrond van het gebouw gebruikt en vanaf de zevende plattegrond is er dan ook ruimte voor de woningen en kantoren. Deze bevinden zich aan de randen van het gebouw (Figuur 9). Vanaf deze plattegrond zal ook de minimale verdiepingshoogte niet meer door de parkeergarage gedicteerd worden, maar door de op deze plattegronden aanwezige woningen.

24


_______________________________Molenwijk______________________________________

Binnen het ontwerp zijn in totaal zestien woningen opgenomen. Tien hiervan bevinden zich aan de randen van het gebouw. Acht er van, verdeeld over vier verdiepingen, bevinden zich tussen de stramienen 7-8 en E-J. De andere twee bevinden zich tussen de stramienen 5-9 en A-B op de onderste twee verdiepingen (Figuur 9).

Figuur 9 Zevende plattegrond Eén woning is verdeeld over twee verdiepingen. Op de bovenste van deze twee bevindt zich de entree, badkamer en twee slaapkamers (Figuur 10). Via een trap kan naar de onderste verdieping worden afgedaald. Hier bevindt zich een toilet, keuken en de woonkamer met eethoek. Ook is op deze verdieping een vluchtdeur aangebracht, welke uitkomt in de parkeergarage (Figuur 11). De woningen hebben een totaal netto vloeroppervlak van circa 98 m2.

Figuur 10 Bovenste verdieping woning


25

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 11 Onderste verdieping woning De overige zes woningen bevinden zich in de drie, twee verdiepingen boven het gebouw, doorstekende kernen (Figuur 13). Deze woningen zijn opgezet als penthouse en hebben oppervlaktes van 200, 260 en 300 m2. De kantoren, binnen het ontwerp van de architect, zijn in ruimtes voor en achter de woningen geplaatst (Figuur 9). Het grootste gedeelte van deze kantoren bevinden zich op de twee bovenste verdiepingen (Figuur 12). De architect heeft op deze verdiepingen de woningen laten vervallen en deze ruimte met werkplekken ingericht. De verschillende kantoorruimten zullen gedeeltelijk door de woningbouwcoöperatie gebruikt worden en gedeeltelijk aan derden worden verhuurd.

Figuur 12 Kantoorruimten plattegrond 9 en 10

26


_______________________________Molenwijk______________________________________

De parkeergebouwen zullen tussen de bestaande flatgebouwen op de plaats van de te slopen parkeergarages geplaatst worden. De flatgebouwen kunnen geen belastingen vanuit het nieuw te bouwen parkeergebouw op nemen. Het gebouw zal dus een gebouw op zichzelf moeten zijn en zou op iedere willekeurige locatie geplaatst moeten kunnen worden.

Figuur 13 Constructief voorlopig ontwerp architect De verbinding tussen de bestaande flatgebouwen en het nieuw te bouwen parkeergebouwen worden gevormd door loopbruggen. Deze loopbruggen vormen een verbinding tussen de galerijen van de bestaande flats en de bovenste plattegronden van het parkeergebouw (Figuur 14).

Figuur 14 Aansluiting bestaande- en nieuwe bebouwing


27

_______________________________Molenwijk______________________________________

2.2.2

Stramienen Voor de indeling van de stramienen heeft de architect in de lengte van het gebouw een stramien van 7,8 m aangehouden. De totale lengte van het gebouw bestaat uit tien van deze stramienen, waarmee deze uitkomt op 78 m. De totale breedte van het gebouw is 39,5 m. Deze breedte is opgedeeld in een aantal stramienen, waarbij de architect voor het parkeergedeelte van het gebouw een maat heeft aangehouden per gebouwhelft van circa 16 m. Aan de randen van deze parkeervloeren heeft de architect een stramien van 4 m gehanteerd. Hierdoor blijft in het midden een strook over van circa 8,5 m waar de rijbanen voor de auto’s vrij kunnen worden geplaatst. Of deze stramienmaten gehanteerd zullen worden of dat de plattegronden door middel van een andere stramienmaat beter in te delen zijn, zal later onderzocht worden. De kolommen zoals de architect deze op de plattegronden van de verdiepingsvloeren heeft getekend, worden niet als vast gegeven aangenomen. Dit geldt met name voor de parkeervloeren. Het zal moeten blijken of de door de architect geplaatste kolommen noodzakelijk zijn of dat de overspanning van circa 16 m in één keer, als kolomvrije overspanning, gemaakt zal kunnen worden.

28


_______________________________Molenwijk______________________________________

2.3

Probleemstelling Zoals genoemd was bij aanvang van dit afstudeerproject de voorlopig ontwerpfase voor het project door de architect afgerond. De tekeningenset behorende bij dit voorlopig ontwerp is op 18 juli 2005 bij Pieters Bouwtechniek binnengekomen. Op grond van dit voorlopig ontwerp zal in deze afstudeeropdracht een ontwerp en een verdere uitwerking van de te ontwerpen hoofddraagconstructie volgen. De probleemstelling die in deze afstudeeropdracht onderzocht zal worden is de volgende; Voor de parkeergebouwen met woonen kantoorruimten met grote uitkragende gebouwdelen is bij het voorlopig ontwerp nog niet voldoende gekeken naar de constructieve en uitvoeringstechnische haalbaarheid. Ook zijn er voor het ontwerp van de hoofddraagconstructie nog geen mogelijke alternatieven bekeken. Om tot een oplossing te kunnen komen voor bovengenoemde probleemstelling, zullen voor het gebouw verschillende constructieve concepten worden onderzocht en uitgewerkt. Voor dit onderzoek zullen verschillende ontwerpcriteria worden beschreven en getoetst om de veiligheid en de bruikbaarheid van het gebouw te kunnen garanderen. Hierbij zal het comfort van de bewoners van de aan de randen van de uitkragingen bevindende woningen, een belangrijke criterium vormen. Ook zal onderzoek gedaan worden naar de materialisatie van de hoofddraagconstructie. De krachten in de draagconstructie van de uitkragende bouwdelen zullen groot zijn. Er zal worden gekeken of een betonvariant voor deze hoofddraagconstructie geschikt zal zijn of dat de trekspanningen in de constructie voor dit constructiemateriaal te groot zullen zijn. Deze trekspanningen kunnen wellicht gereduceerd worden door het voorspannen van de constructie of wellicht zal een zeer hogesterktebeton uitkomst kunnen bieden. Hiervoor zal inzicht verkregen moeten worden in de eigenschappen van het materiaal (zeer) hogesterktebeton. Ook zal gekeken worden naar de uitvoering van het project. Deze zal bemoeilijkt worden door het feit dat de hoofddraagconstructie zich op aanzienlijke hoogte zal bevinden.


29

_______________________________Molenwijk______________________________________

2.4

Doelstelling De doelstellingen aan de hand waarvan de probleemstelling onderzocht zal worden, zijn het verrichten van een alternatieve studie voor de hoofddraagconstructie van het parkeergebouw met grote uitkragende gebouwdelen en het uitwerken van de meest geschikte variant. In eerste instantie zal er getracht worden een draagconstructie (of een deel daarvan) in het materiaal (zeer) hogesterktebeton uit te voeren. Er zal getracht worden om dit materiaal op een dusdanige wijze te belasten dat alle kerneigenschappen van het materiaal benut kunnen worden. Ook zal bij het opstellen en analyseren van mogelijke alternatieven voor de draagconstructie, de nadruk komen te liggen op de uitkragende gebouwdelen. In het ontwerp zijn aan de randen van deze uitkraging woningen gepland. Hierdoor is het noodzakelijk inzicht te krijgen in de invloed die een uitkraging van een gebouw op het draagsysteem heeft, voornamelijk met betrekking tot het gevoel van veiligheid (comfort) van de bewoners. Met deze afstudeeropdracht wordt beoogd om te komen tot een veilig en gebruiksvriendelijk constructief ontwerp voor het parkeergebouw met woonen kantoorruimten, waarbij het architectonisch ontwerp en de constructieve logica de leidende factoren zijn.

30


_______________________________Molenwijk______________________________________

3 3.1

Programma van eisen

Inleiding De meeste wensen en eisen van de opdrachtgever zijn, gecombineerd met de visie van de architect, vertaald naar het voorlopig ontwerp. De eisen van de opdrachtgever zijn voornamelijk te vertalen naar functionele randvoorwaarden. Daar tegenover staan de architectonische randvoorwaarden, die tot stand zijn gekomen door de visie, inzichten en ideeën van de architect rondom het te realiseren project.

3.2

Randvoorwaarden Naast de hieronder vermelde randvoorwaarden zijn de voor ieder gebouw geldende regelgeving uiteraard ook op dit ontwerp van toepassing. Het gebouw zal moeten voldoen aan de in de normen en het bouwbesluit gestelde regelgeving en richtlijnen. Deze hebben veelal betrekking op gezondheids-, veiligheids- en bruikbaarheidsaspecten. De met betrekking tot deze aspecten gestelde eisen en richtlijnen zullen een ondergrens voor het te ontwerpen bouwwerk beschrijven.

3.2.1

Architectonische randvoorwaarden • De “footprint” van het gebouw op de begane grond zal alleen bestaan uit een drietal kernen en een glazen gevel rondom het fitnesscentrum. Dit om op straatniveau een ruimtelijke constructie te creëren. • Vrij uitzicht van de boven op het gebouw geplaatste penthouses over het omliggende gebied. • Gevoel van vrije ruimte en transparantie voor de in de gevels van het gebouw gesitueerde woningen. • Het mogen tonen van de hoofddraagconstructie. Deze zal niet achter een “schil” verstopt hoeven te worden.


31

_______________________________Molenwijk______________________________________

3.2.2

Functionele randvoorwaarden • Geluidswering. De woningen in het gebouw zullen geen overlast vanuit parkeergarage mogen ondervinden (lucht-, contactgeluid). • Luchtverontreiniging. De bewoners zullen ook geen overlast van de uitlaatgassen van de auto’s moeten ondervinden. • Vervormingseisen. Deze kunnen onderverdeeld worden in doorbuigingseisen en hoekverdraaiingseisen. Aan de hoofddraagconstructie zullen daarom beperkingen opgelegd worden om problemen met afbouwconstructies, en daarmee de bruikbaarheid van het gebouw, te voorkomen. • Trillingen. De bewoners zullen gevoel van veiligheid moeten hebben. Hiervoor zullen er eisen gesteld dienen te worden aan de voor de bewoners voelbare trilling. • De routing door de parkeergarage zal duidelijk en eenduidig moeten zijn om de veiligheid en de doorstroming in de parkeergarage te kunnen waarborgen.

3.3

Uitgangspunten Zoals eerder genoemd zal er voor het maken van een ontwerp voor de hoofddraagconstructie worden uitgegaan van de plattegronden zoals die door de architect zijn ingedeeld. Hierbij wordt aangenomen dat de indeling conform de minimumeisen van het bouwbesluit zijn. Hiermee worden bijvoorbeeld de minimale breedte voor de gangen langs de woningen en de indeling van de verschillende ruimten in de woning op zich bedoeld. Deze bouwtechnische zaken zullen dus niet meer gecontroleerd worden. Verder kan, wat betreft het ontwerp van de architect, worden opgemerkt dat de plannen voor het parkeergebouw zich nog in een vroeg stadium van het ontwerp-proces bevinden. Het zal dus mogelijk zijn om goed onderbouwde wijzigingen aan te kunnen dragen en deze door te voeren voor het definitief tot stand komen van het ontwerp. Deze aanpassingen aan het ontwerp zullen voornamelijk te maken hebben met de inpassing van de hoofddraagconstructie. Een ander uitgangspunt binnen het ontwerp is dat de omliggende flatgebouwen niet zijn berekend op een mogelijke belasting vanuit het parkeergebouw. Het nieuw te bouwen parkeergebouw zal dus geen belastingen af kunnen dragen naar de bestaande flatgebouwen en zal de op het gebouw werkende belastingen naar haar eigen fundering af moeten dragen.

32


_______________________________Molenwijk______________________________________

Door de grote uitkragende gebouwdelen zal de fundering onder de kernen van het parkeergebouw met woonen kantoorruimten ook een hele opgave worden. Deze uitwerking is op zichzelf een specialisme. Voor onder andere de stijfheden van de fundering zal dan ook gebruik worden gemaakt van globale oplossingsmodellen met de daarbij behorende rekenregels. Voor de woningbouwcoöperatie zullen de kosten voor het te realiseren gebouw van groot belang zijn voor de haalbaarheid van het ontwerp. Binnen dit afstudeerwerk zal er echter geen rekening worden gehouden met deze kosten, omdat het afstuderen voornamelijk gericht zal zijn op de mogelijke constructieve oplossingen van de draagconstructie. Wel zullen de te verwachten kosten een overweging voor de keuze voor een hoofddraagconstructie kunnen beïnvloeden, maar deze zullen niet per variant exact bepaald worden. De uitgangspunten kunnen dus als volgt worden opgesomd: • Voor de indeling van de plattegronden wordt uitgegaan van het voorlopig ontwerp zoals dat door de architect in zijn tekeningenset is aangegeven. Aangenomen wordt dat deze indelingen conform het bouwbesluit zijn. • Wel zal het, waarnodig, mogelijk zijn goed onderbouwde wijzigingen in dit ontwerp aan te kunnen brengen. • Het parkeergebouw met woonen bedrijfsruimte zal op zichzelf stabiel moeten zijn. • Voor het berekenen van de fundering van het parkeergebouw met woonen kantoorruimten, zal alleen gebruik worden gemaakt van globale oplossingsmodellen. • De kosten van het gebouw zullen niet worden bepaald.


33

_______________________________Molenwijk______________________________________

34


_______________________________Molenwijk______________________________________

4 4.1

Opzet voorlopig ontwerp

Inleiding In dit hoofdstuk zal een begin worden gemaakt met het uiteenzetten van de verschillende ontwerponderdelen en uitgangspunten binnen het voorlopig ontwerp. In eerste instantie zullen de knelpunten uit het ontwerp van de architect beschreven worden. Vervolgens zullen de eisen die aan de verschillende functies in het gebouw worden gesteld worden omschreven. Aan de hand van deze eisen voor de verschillende gebouwfuncties, zal een opzet gemaakt kunnen worden voor het voorlopig constructief ontwerp. Allereerst zal er gekeken moeten worden naar de bestaande flats in de Molenwijk. Omdat het nieuw te bouwen parkeergebouw met woonen kantoorruimten op een aantal verdiepingen aan zal moeten sluiten op de bestaande flats zal de verdiepingshoogte van deze flats bepaald moeten worden. Hiermee rekening houdend zal een voorlopige doorsnede van het nieuw te bouwen gebouw gegeven kunnen worden. Voor het verdere verloop van het ontwerpproces zal een beschrijving gegeven worden van de vaste gegevens binnen het ontwerp van de architect. Deze vaste gegevens zullen vertaald kunnen worden naar uitgangspunten voor het voorlopig ontwerp, welke in het volgende hoofdstuk gebruikt zullen worden voor het verder uitwerken van de algemene constructieve concepten. Tot slot zal gekeken worden naar bestaande gebouwen met grote uitkragende gebouwdelen en de mogelijke toepassingen van betonconstructies in niet alledaags voorkomende gebouwen. Bovengenoemde stappen worden ondernomen om een aanzet te kunnen geven voor de verschillende constructieve concepten voor de hoofddraagconstructie.


35

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.2

Analyse architectonisch ontwerp Op het voorlopig ontwerp van de architect zoals beschreven in hoofdstuk 2 zijn een aantal opmerkingen te maken. Er zijn een aantal punten te noemen waardoor het ontwerp zoals dat er nu ligt het ontwerp van de hoofddraagconstructie extra zal bemoeilijken. In deze paragraaf zullen de verschillende aandachtspunten worden opgesomd en worden toegelicht. Ook zullen er mogelijke aanpassingen worden aangedragen die het ontwerp van de hoofddraagconstructie eenvoudiger zullen maken. In eerste instantie zal het ontwerp van de architect voor het gebouw, zoals dat er nu ligt, niet worden gewijzigd. De intentie van deze paragraaf is dat wanneer de plannen van een voorlopig ontwerp uitgewerkt zullen worden naar een definitief stadium, er over deze verschillende punten nagedacht zal zijn. Aandachtspunten die binnen het ontwerp van de architect opvallen zijn ondermeer: • split-level indeling parkeergarage; • de plaatsing van de woningen; • verdiepingshoogte; • uitkragende vloervelden woningen; • overspanningen.

4.2.1

Split-level indeling parkeergarage Voor de indeling van het parkeergedeelte van het parkeergebouw met woonen bedrijfsruimten, heeft de architect er voor gekozen om deze in te delen als een split-level garage. De voor- en nadelen van dit type garage staan samen met de mogelijke routingen door dit type parkeergarage omschreven in Bijlage: B. In deze bijlage staan ook de verschillende ontwerpaspecten en ontwerpelementen beschreven die voor deze parkeergarage gelden. De voornaamste voordelen van dit type parkeergarage zijn onder andere dat het hoogteverschil tussen de verdiepingen geleidelijk kan worden overbrugd en dat de parkeervloer horizontaal kan worden uitgevoerd. Ook komt de automobilist langs iedere parkeerplaats en kan er op de eerst volgende lege parkeerplaats geparkeerd worden. Een nadeel is dat in het gebouw nu op de verdiepingen een scheiding tussen een hoog en een laag gedeelte ontstaat (Figuur 8, Figuur 15). Ook omdat op de verschillende verdiepingen verschillende functies ontworpen zijn zal dit de nodige aanpassingen vragen (zie ook Verdiepingshoogte ). Door deze scheiding zal het ontwerp van de draagconstructie en de uitvoering van het geheel bemoeilijkt worden.

36


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 15 Spilt-level indeling

4.2.2

Plaatsing woningen Voornamelijk de plaats van de woningen in het ontwerp geven de nodige problemen binnen dit ontwerp. Het merendeel van de woningen zijn in het ontwerp van de architect aan de randen van de vier bovengelegen verdiepingen van het gebouw ontworpen. Hierdoor zal op alle verdiepingen een scheiding gemaakt moeten worden tussen de verschillende functies in het gebouw om overlast tussen de verschillende ruimten te voorkomen. Om dit probleem te voorkomen zal het wellicht een mogelijkheid zijn de woningen niet aan de randen te situeren, waardoor het probleem met de scheiding tussen de parkeergarage en de woningen steeds per verdieping terugkeert, maar de woningen bovenop de garage te plaatsen. Hierdoor kan de scheiding tussen de twee gebouwdelen met verschillende functies in één verdiepingsvloer worden ondergebracht. Door deze verandering in het ontwerp zal de hoofddraagconstructie eenvoudiger worden.

4.2.3

Verdiepingshoogte Doordat de woningen nu naast de parkeergarage gesitueerd zijn, wordt ook de verdiepingshoogte in de parkeergarage gedicteerd door deze woningen. Deze hoogte is voor de parkeergarage niet noodzakelijk, waardoor een overmaat op de verdiepingshoogte ontstaat. Wanneer, net als voor het probleem met de scheiding tussen de woning en de parkeergarage, de woningen op de parkeergarage geplaatst worden, zal voor de


37

_______________________________Molenwijk______________________________________

verschillende functies in het gebouw, per functie, de minimum hoogte aangehouden kunnen worden. Hierdoor zal de verdiepingshoogte voor de verdiepingen waarop geparkeerd wordt verkleind kunnen worden. Door deze maatregel zal de totale gebouwhoogte verkleinen of zal er een extra verdieping woningen of parkeervloer gerealiseerd kunnen worden. Dit alles zal de haalbaarheid van het project natuurlijk alleen maar ten goede komen.

4.2.4

Uitkragende vloervelden woningen De architect laat in zijn ontwerp de vloeren van de woningen op een aantal verdiepingen buiten het gebouw uitsteken. De architect laat de vloeren circa 1,75 m buiten het gebouw uitsteken. Door deze doorlopende vloeren zal het moeilijk worden om de draaglijn ter plaatse van de terug liggende gevel te plaatsen. De te ontwerpen draagconstructie zal de ruimten niet zodanig moeten kruisen dat deze de bruikbaarheid van de woningen negatief beïnvloed. Een oplossing voor deze uitkragende vloeren kan wellicht gevonden worden door de draaglijn voor de hoofddraagconstructie ook buiten de gevel te plaatsen. Hierdoor zal de constructie de woningen niet meer doorkruisen en zullen er geen problemen ontstaan met de indeelbaarheid van de woningen. Een andere oplossing zou het vergroten van de uitkraging kunnen zijn. Wanneer de uitkraging bijvoorbeeld van 1,75 m vergroot zal worden naar 3 m, is het mogelijk om van deze ruimte een aparte ruimte te maken. Hierdoor zal het mogelijk worden om de hoofddraagconstructie in deze scheiding van de verschillende ruimten op te nemen. Hierdoor zal wel de indeling van de woningen ten opzichte van het ontwerp zoals dat er nu ligt wijzigen.

4.2.5

Overspanningen De grootste uitdaging wordt echter gevormd door de eis van de opdrachtgever om geen kolommen door te voeren naar de begane grond. Het gebouw zal, zoals eerder beschreven, gedragen worden door de drie kernen. Hierdoor ontstaan grote uitkragende vloervelden. Vooral het deel dat uitkraagt aan de randen van stramien A en 9. Aan deze randen zijn verschillende woningen en kantoren gesitueerd. De verplaatsingen en versnellingen van deze vloervelden zullen binnen de gestelde normen voor een woonfunctie moeten vallen om een comfortabele en veilige woonsituatie te creëren. Hiervoor zal de hoofddraagconstructie naast voldoende sterkte ook voldoende stijf moeten zijn. In onderstaand figuur zijn enkele maatvoeringen van overspanningen en uitkragingen aangegeven die door de hoofddraagconstructie gemaakt moeten worden. Dit om een indruk te krijgen van de grootte van deze maten.

38


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 16 Indicatie afmetingen overspanningen (maatvoering in mm)


39

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.3

Ontwerponderdelen Binnen het ontwerp van de architect zijn verschillende functies aan de indelingen van de plattegronden toegekend. Hieronder zullen de eisen die gesteld worden aan de verschillende functies worden benoemd. Voor ieder onderdeel zal ook een optimum voor de stramienmaat worden gegeven. Dit om de stramienmaten voor de verschillende gebouwdelen in een zo vroeg mogelijk stadium op elkaar af te kunnen stemmen waardoor latere problemen voorkomen kunnen worden.

Figuur 17 Verschillende functies binnen het gebouw

4.3.1

Parkeergarage Voor een parkeergarage geldt onder balken een vrije hoogte van 2,1 m en onder vloeren een vrije hoogte van minimaal 2,2 m. Een minimumhoogte van 2 m is toelaatbaar ter plaatse van leidingen en andere voorwerpen die onder de constructie zijn aangebracht (zie ook Bijlage: B). Voor de doorsnede is dan ook de voorgeschreven vrije verdiepingshoogte van 2,2 m aangehouden als minimummaat. Opgemerkt moet worden dat deze hoogte op de verdiepingen waar woningen aanwezig zijn, niet maatgevend zal zijn voor de minimum verdiepingshoogte. In Bijlage: B zijn ook verschillende mogelijkheden aangegeven voor de indeling van de stramienen voor een parkeervloer. De door de architect aangehouden stramienmaat voor de lengte en de breedte van de parkeervloer is goed toepasbaar. In de breedte is voldoende ruimte om drie auto’s naast elkaar te parkeren, waarbij er nog voldoende ruimte over zal blijven voor de dikte van de constructie-elementen. In de breedte van het gebouw heeft de architect voldoende ruimte gereserveerd voor de parkeervakken en de daartussen gelegen rijbanen. Deze verdeling is prima geschikt voor een parkeergarage met verkeer in twee richtingen en voor parkeren onder een hoek van 90°. Vooralsnog bestaat er geen voorkeur voor een bepaalde indeling. Deze zal afhangen van het type toegepaste vloersysteem en de mogelijkheid tot het maken van een draaglijn op de verschillende stramienen.

40


_______________________________Molenwijk______________________________________

4.3.2

Woningen Binnen het ontwerp zijn in totaal zestien woningen opgenomen. Zes hiervan bevinden zich op de twee boven gelegen plattegronden in de drie kernen van het gebouw. Deze woningen zijn opgezet als penthouse en hebben oppervlaktes van 200, 260 en 300 m2. De penthouses vallen binnen de betonnen kernen en hebben een vrij indeelbare plattegrond. De overige tien woningen hebben per woning een totaal bruto vloeroppervlak van circa 100 m2. Iedere woning is verdeeld over twee verdiepingen die worden verbonden door een inwendige trap. Deze woningen bevinden zich aan de randen van het gebouw. Acht er van, verdeeld over vier verdiepingen, bevinden zich tussen de stramienen 7-8 en E-J. De andere twee bevinden zich tussen de stramienen 5-9 en A-B (Figuur 9). Binnen de woningbouw is het gebruikelijk om stramienen toe te passen die een veelvoud van 300 mm zijn. De architect heeft hier bij het maken van het ontwerp reeds rekening mee gehouden. Zo hebben de woningen een beukmaat die gelijk is aan de stramienmaat van de parkeergarage. Deze maat, 7,8 m, is een veelvoud van 300 mm en deze zal op het eerste gezicht geen problemen geven bij het verder uitwerken van het ontwerp. Het bouwbesluit 2003 schrijft met betrekking tot de vrije verdiepingshoogte het volgende voor; Voor een woonfunctie, met uitzondering van een woonfunctie van een woonwagen, geldt dat de hoogte van het verblijfsgebied ten minste 2,6 m moet zijn.

4.3.3

Kantoren Binnen het gebouw zijn ook een aantal ruimtes ingericht als kantoor. Deze kunnen aan derden worden verhuurd of gebruikt als kantoor voor medewerkers van de woningbouwcoöperatie. De kantoren zijn verdeeld over de plattegronden en verdiepingen. Het grootste gedeelte ervan bevindt zich aan de randen van de bovenste twee verdiepingen van het gebouw (as A en K). Voor deze ruimten geldt een minimale vrije verdiepingshoogte van 2,4 m. Door de aanwezigheid van woningen op dezelfde verdieping zal deze maat niet maatgevend zijn.

4.3.4

Fitnesscentrum Het fitnesscentrum bevindt zich op de begane grond van het gebouw (Figuur 6). De architect heeft deze in zijn ontwerp aan de linkerzijde, tussen de twee kernen, geplaatst. Voor deze ruimte geeft het bouwbesluit een minimale vrije verdiepingshoogte van 2,4 m. Om voor de bezoekers van het centrum toch een ruimtelijk gevoel te creëren zal een grotere vrije hoogte aan te bevelen zijn. Van deze hoogte zal tevens nog een aanzienlijk deel gereserveerd moeten worden voor installaties. Voornamelijk de installaties voor luchtverversing en koeling zullen de nodige ruimte in beslag nemen.


41

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.4

Ontwerpopzet In deze paragraaf zal een beschrijving volgen van de bestaande flats in de Molenwijk. Deze informatie zal in kaart gebracht moeten worden voor het verdere ontwerp van het nieuw te bouwen parkeergebouw. Aan de hand van deze gegevens, en de in de voorgaande paragraaf beschreven voorwaarden voor de nieuwbouw, zal een voorlopige doorsnede gemaakt kunnen worden. Vervolgens zal een beschrijving volgen van de vaste gegevens binnen het ontwerp van de architect. Met deze vaste gegevens worden de uitgangspunten, zoals deze door de architect in het voorlopig ontwerp zijn opgenomen, bedoeld die naar een voorlopig ontwerp voor de hoofddraagconstructie vertaald kunnen worden.

4.4.1

Bestaande bebouwing De verbindingen tussen de bestaande flatgebouwen en het nieuw te bouwen parkeergebouw zal worden gerealiseerd door de galerijen van de flats op een aantal verdiepingen door te trekken (loopbruggen, Figuur 14). Deze verbindingen zullen binnen deze opdracht niet verder uitgewerkt worden, maar kunnen voor een duidelijk beeld van de ontwerpopdracht niet geheel buiten beschouwing gelaten worden. De peilmaten van de vloeren van het nieuw te bouwen parkeergebouw en de bestaande flats zullen naar verwachting (afhankelijk van de benodigde vloerdikte), ten opzichten van elkaar enigszins verschillen. Om de verschillen zo beperkt mogelijk te houden zal in eerste instantie gekeken moeten worden naar de verdiepingshoogte van de bestaande flats. Met deze doorsnede zal rekening gehouden moeten worden voor het ontwerpen van het parkeergebouw met woonen kantoorruimten. In Figuur 18 is de doorsnede van de bestaande flats in de Molenwijk afgebeeld. Voor de onderste verdieping (berging) is een afwijkende verdiepingshoogte gehanteerd ten opzichten van de bovenliggende verdiepingen. Voor de berging is een verdiepingshoogte van 2,56 m gehanteerd. De overige verdiepingen hebben een verdiepingshoogte van 2,8 m. Voor alle vloeren is een vloerdikte van 160 mm aangehouden. De totale gebouwhoogte van de flats in de Molenwijk komen hiermee op 2,56 + 10 x 2,8 = 30,56 m Door rekening te houden met de bestaande peilmaten van de bestaande flats, zal het verschil voor drie van de vier aansluitingen beperkt kunnen blijven. Door de verbindingsvloer tussen de twee gebouwen iets schuin te laten lopen zal het mogelijk zijn om het hoogteverschil (enkele centimeters) te kunnen overbruggen. Wanneer de benodigde vloerdikte en de benodigde ruimte voor de draagconstructie bekend zijn zullen de verschillen in hoogten precies vastgesteld kunnen worden.

42


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor één aansluiting naar de bestaande flats zal het echter niet mogelijk zijn deze op dezelfde verdieping aan te sluiten als voor de andere drie aansluitingen. Deze verbinding zal gemaakt moeten worden met een van de split-level vloeren. Hier zal dus een halve verdiepingshoogte overbrugt moeten worden. Hiervoor zal een grotere helling nodig zijn of zal gebruik gemaakt moeten worden van een trap (Figuur 14, onderste flatgebouw). Deze trap zal in het gebouw of op de bestaande galerij gerealiseerd moeten worden.

Figuur 18 Doorsnede en foto bestaande flats


43

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.4.2

Gebouw doorsnede Aan de hand van de in de vorige paragraaf genoemde minimumeisen voor de verschillende gebruiksfuncties binnen het gebouw, kan een voorlopige doorsnede van het gebouw gemaakt worden. Met behulp van de toe te passen vloersystemen voor de verschillende gebouwfuncties zal een verdiepingshoogte (bovenkant vloer tot bovenkant vloer) bepaald kunnen worden. Voor deze verdiepingshoogte zal voor de parkeergarages een maat worden aangehouden van 2,7 m en voor de woningen (2,92 m ≈) 3,0 m (Figuur 19). Informatie over de verschillende vloertypen en de keuzen hiervan is opgenomen in Bijlage: D.

Figuur 19 Verdiepingshoogten

Figuur 20 Doorsnede verdiepingshoogten

44


_______________________________Molenwijk______________________________________

In Figuur 20 is een doorsnede van het te realiseren gebouw gegeven. In de loop van het ontwerpproces zal moeten blijken of de aannamen voor de verdiepingshoogten juist zijn geweest of dat deze nog aangepast zullen moeten worden. Voor de “penthouses” boven op het gebouw is nu eenzelfde verdiepingshoogte aangehouden als voor de overige woningen. Het zal geen probleem zijn om deze woningen een extra grote verdiepingshoogte te geven, waardoor de woningen een exclusievere uitstraling zullen krijgen. In de figuur zijn ook de aansluitingen naar de bestaande flats weergegeven. Vanaf de zesde plattegrond tot aan de elfde is het mogelijk om het parkeergebouw vanuit de bestaande flats te betreden. De verdiepingshoogte van het tweede niveau is zodanig aangepast dat de verschillen tussen de peilmaten van de bestaande en nieuwe bebouwing op de overgangsverdiepingen zo klein mogelijk zijn. Het maximaal uit te vullen verschil bedraagt nu 350 mm en het minimaal uit te vullen verschil bedraagt nu 75 mm. Wanneer na uitwerking van het ontwerp blijkt dat de niveauverschillen tussen de verschillende gebouwen groter zijn geworden is het mogelijk om, doormiddel van het variëren met de verdiepingshoogte van het tweede niveau, deze te corrigeren.

4.4.3

Vaste gegevens De bovenste verdiepingen van het gebouw beslaan de gehele plattegrond van de te bebouwen kavel. Op, onder of tussen deze verdiepingen zal de hoofddraagconstructie moeten komen die de rest van het gebouw zal gaan dragen. Dit houdt in dat deze hoofddraagconstructie ook de onderliggende plattegronden (2 t/m 5) en eventueel de spiraalvormige hellingbaan zal moeten kunnen dragen (hangen). Al deze verdiepingen en de daarop rustende belastingen zullen via de hoofddraagconstructie aan de kernen van het gebouw moeten worden opgelegd. In onderstaand figuur zijn de kernen weergegeven. De doorgetrokken lijnen geven de gedeelten van de kernen weer die op de bovenste vier verdiepingen (7 t/m 10) terug te vinden zijn. Op de begane grond zijn de gestippelde delen voor de twee kernen aan de linkerzijde terug te vinden. Voor de kern aan de rechterzijde bevindt het gestippelde gedeelte zich vanaf de begane grond tot de zesde plattegrond.


45

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 21 Kernen Deze kernen zullen via de hoofddraagconstructie de verschillende plattegronden van het gebouw moeten dragen. In deze vloervelden zijn een aantal sparingen aangebracht door de architect. Ook zullen voor de hellingplaten sparingen in de vloer uitgehouden moeten worden.

46


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 22 Vloervelden

Figuur 23 Wanden Ook de wanden vormen een belangrijk geheel binnen het ontwerp. Deze zijn getekend ter plaatse van de woningen. De doorgetrokken lijnen geven de wanden weer die op iedere verdieping terugkomen. De onderbroken lijnen geven de wanden weer die niet op iedere verdieping terug komen.


47

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.4.4

Draaglijnen Aan de hand van de vaste onderdelen in het ontwerp kan worden gekeken naar de mogelijke draaglijnen, waarop de elementen van de te ontwerpen hoofddraagconstructie geplaatst kunnen worden. Hierbij rekening houdend met het profiel van vrije ruimte dat voor de parkerende en rondrijdende auto’s noodzakelijk is. Voorkomen zal moeten worden dat ter plaatse van mogelijke snijpunten met auto’s zware constructieve maatregelen getroffen moeten worden. In onderstaand figuur is een schets gemaakt van de mogelijke positie van de draaglijnen.

Figuur 24 Draaglijnen Aan de zijde van het gebouw waar alleen de parkeervloer opgevangen hoeft te worden zal de draagconstructie mogelijk in de gevel geplaatst kunnen worden (stramien 1). Door de draagconstructie in de gevel te plaatsen zullen er geen parkeerplaatsen verloren gaan en is de achterliggende vloer vrij indeelbaar. Ook wordt hierdoor voorkomen dat de draaglijn van de draagconstructie met de rijbaan van de auto’s snijdt. Wel is het zo dat deze constructie tenminste opgehangen zal moeten worden aan de twee buitenste kernen. Het zal moeten blijken of deze kernen de ligger voldoende ondersteuning zullen kunnen bieden of dat er nog een middensteunpunt naar de middelste kern gemaakt zal moeten worden (as-F). Aan de zijde van het gebouw waar zich de woningen bevinden zijn op de stramienen B en 7 wanden aanwezig. Deze zijn nodig voor de scheiding tussen de woningen en de parkeervloer. Hierdoor zal het mogelijk zijn op deze plaatsen een draaglijn te maken, zonder dat de indeling van de plattegrond verstoord zal worden. Een andere mogelijkheid is om op eenzelfde manier als voor de andere zijde van het gebouw een draaglijn in de gevel te maken.

48


_______________________________Molenwijk______________________________________

Hierbij moet worden opgemerkt dat deze lijn de woningen op de plattegronden zal doorkruisen. Of dit probleem op te lossen zal zijn of dat de draaglijn verplaats zal moeten worden naar de gevel van de woningen zal later onderzocht worden. Een combinatie van de twee voorgaande oplossingen zal ook een uitkomst kunnen bieden. Of beide draaglijnen noodzakelijk zullen zijn is afhankelijk van de scheiding die gemaakt zal moeten worden tussen de woningen en de parkeergarage ter plaatse van de wanden. Hierbij wordt onderzocht of een dilatatie in de vloer noodzakelijk is om het doorgeven van trillingen door het vloersysteem te voorkomen of dat er andere oplossingen kunnen worden aangedragen. Zo zal het bijvoorbeeld ook mogelijk kunnen zijn dat de vloeren uitkragen of dat de woningscheidende wanden gebruikt kunnen worden voor het ondersteunen van de woningen. Voor de overgang tussen de verdiepingen van de verschillende vloeren zal ook een draaglijn komen te lopen tussen de stramienen F en I op stramien 4 (overspanning van 23,4 m). Deze constructie zal direct opgelegd kunnen worden op de kernen, waardoor de constructie relatief eenvoudig uitgevoerd zal kunnen worden. De overgang tussen de twee gebouwhelften zal voor het gedeelte tussen de stramienen B en E gemakkelijk tussen de kernen gemaakt kunnen worden. De maximale overspanning is hier niet groter dan de stramienmaat. Voor een verder ontwerp en uitwerking van de hoofddraagconstructie zal ook worden gekeken naar de invloed die de verschillende draagliggers op elkaar hebben. Zo zullen deze liggers verschillende stijfheden hebben. Hierdoor zal het constructief gedrag van de te ontwerpen draagconstructie bemoeilijkt worden.


49

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5

Bestaande gebouwen Een van de zwaartepunten voor de te ontwerpen draagconstructie is het vrij uitkragende gedeelte van het gebouw (stramienen A en 9). Om inzicht te krijgen in de mogelijkheden voor het maken van een dergelijke constructie wordt gekeken naar reeds uitgevoerde gebouwen met een overstek/uitkraging. Hieronder worden enige gebouwen getoond en de daarin toegepaste constructie toegelicht.

4.5.1

Acanthus, Amsterdam

Figuur 25 Acanthus Amsterdam Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Programma

Ontwikkelingsmij Centrumgebied Amsterdam Zuidoost (OMC) Branimir Medić & Pero Puljiz, de Architekten Cie, Amsterdam D3BN (1e fase) – Bartels Ing. Bureau, Utrecht Bouwcombinatie Zuid Oost bv (BAM en Ballast Nedam) 47.500 m2 kantoor, 610 parkeerplaatsen

Temidden van het nieuwe station Bijlmer en de Hogeschool voor Economie (HES) in Amsterdam Zuidoost staat het kantorencomplex Acanthus. Deze bestaat uit een entreegebied en een drielaagse ring met daarboven drie gebouwdelen. Eén van de uitdagingen voor de ingenieurs is de hoek van het gebouw, op entreeniveau. Hier mochten geen constructieve elementen komen vanwege de ruimtelijke relatie tussen de schuin oplopende binnentuin, tevens het dak van de parkeergarage, en de openbare ruimte. Hierdoor ontstond een tot 36 m uitkragende, kolomvrije open hoek. Voor deze uitkraging is een relatief eenvoudige vakwerkconstructie gekozen van 10,5 m hoge spanten. De spanten zitten in de gevel en in de middenassen van de ring.

50


_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.2

Stadhuis Alphen aan den Rijn

Figuur 26 Artist Impression en uitvoering van het stadhuis Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer

Gemeente Alphen aan den Rijn Erick van Egeraat associated architects, Rotterdam ABT, Delft/Velp HBG Utiliteitsbouw West

Het stadhuis is onderdeel van ingrijpende plannen voor de binnenstad van Alphen aan den Rijn. Het stadhuis bestaat uit drie gebouwen: een hoofdgebouw, een tussengedeelte en een kantoorgebouw. Onder het stadhuis bevindt zich overigens ook een grote parkeergarage die onderdak zal bieden aan 241 auto’s. Het hoofdgebouw wordt, vanwege de vorm, ook wel het Palet genoemd. Deze vrije vorm wordt gekenmerkt door een groot overstek en veel gebogen en gekromde gevelvlakken. Dit overstek (circa 25 m) zorgt ervoor dat op de begane grond de doorkijk vanuit een belangrijke aanrijroute (de rotonde) richting het stadshart wordt gewaarborgd.

Figuur 27 Plaatsing vakwerkligger


51

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.3

Muziekgebouw / Bim-huis, Amsterdam

Figuur 28 Artist Impression, uitvoering en uiteindelijke situatie Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

Gemeente Amsterdam 3xN, Aarhus, Denemarken ABT, Delft BAM Nelissen Van Egteren, regio Amsterdam Oostelijke Handelskade, Amsterdam

Het gebouw is gesitueerd op de kop van de Oostelijke Handelskade en geeft onderdak aan verschillende instanties die zich bezighouden met muziek. Een prominent onderdeel van het gebouw wordt gevormd door het BIM-huis. Dit jazzcentrum is ondergebracht in een kleinere doos die hoog op poten aan de zijkant in het plan is geschoven (Figuur 28). Deze uitkraging is als een staalconstructie (vakwerkconstructie) uitgevoerd.

52


_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.4

Montevideo, Kop van Zuid, Rotterdam

Figuur 29 Constructieve schets van Walter Spangenberg Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

ING Real Estate, Den Haag Mecanoo Architecten, Delft ABT, Delft Besix, Brussel Wilhelminapier, Rotterdam

Figuur 30 Uiteindelijke situatie


53

_______________________________Molenwijk______________________________________

Woontoren Montevideo mag worden gezien als een kleine stad. In het gebouw zijn 192 uiterst luxueuze appartementen ondergebracht. Daarnaast is er nog eens plaats voor 6.000 m2 aan kantoorruimte, 270 parkeerplaatsen, 1.600 m2 winkels en horeca en een health club voor de bewoners ter grootte van 700 m2. Deze oppervlaktes zijn verdeeld over een drietal gebouwdelen; de woontoren, het plintgebouw en de zogenoemde cantilever. Deze cantilever is het deel van het gebouw dat uitkraagt over de kade (Figuur 29). De constructie voor de cantilever bestaat uit een combinatie van geschoorde staalconstructies op de begane grond (die tot buiten het gebouw doorloopt) en uitkragende wanden op de verdiepingen. Deze wanden, boven op de geschoorde staalconstructie, zijn op een aantal verdiepingen voorzien van een trekband.

Figuur 31 Draagconstructie in de appartementen

4.5.5

Torre Mare Nostrum, Barcelona, Spanje

Figuur 32 Uitvoering Portaaviones Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

54

Gas Netural Enric Miralles MC2, Madrid Intervam Noordwest Barcelona, Spanje


_______________________________Molenwijk______________________________________

Dit gebouw bestaat uit verschillende gebouwdelen. Ieder gebouwdeel heeft naar de vorm een bijpassende naam gekregen. Het meest uitdagende van allemaal is de Portaaviones of Aircraft Carrier Building. Het betreft hier een uitkraging van 45 meter met een hoogte van bijna 20 meter. De uiteindelijke structuur bestaat uit twee betonnen kernen en twee grote vakwerken met aan beide zijden elk vier trekdiagonalen. De vakwerken worden in het midden door de centrale kern en aan de kopzijde door de tweede kern gesteund. Om de krachten vanuit het vakwerk direct in de kern te kunnen leiden is er een box op de bovenzijde geplaatst. De horizontale krachten worden afgedragen door de vloeren en in twee kernen geleid.

Figuur 33 Draagconstructie Portaaviones

4.5.6

Woonzorgcomplex Oklahoma, Amsterdam Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

Woningbouwvereniging Het Oosten MVRDV, Rotterdam Pieters Bouwtechniek Haarlem B.V. i.s.m Ove Arup, London Intervam Noordwest Ookmeerweg, Amsterdam Osdorp

In dit WoonZorgComplex (WoZoCo) zijn honderd aanleunwoningen voor 55 plussers ondergebracht. Dertien van deze woningen zijn ondergebracht in een vijftal blokken die aan het negen lagen tellende achterliggende flatgebouw zijn opgehangen. Deze tot 11,5 m uitkragende woonblokken zijn opgebouwd uit een stalen constructie en door middel van voorspanstaven aan de woningscheidende wanden van het in gietbouw opgetrokken flatgebouw verankerd.

Figuur 34 Uitkragende woonblokken


55

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.7

Silverline woontoren, Almere

Figuur 35 Woontoren Silverline Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

Eurowoningen B.V., Rotterdam Claus & Kraan Architecten, Ronald Janssen, Anja Lübke Pieters Bouwtechniek Delft B.V. Moes Bouwbedrijf Schipperstraat / Hengelosestraat, Almere Centrum

De vorm van deze woontoren is geïnspireerd op het gegeven dat de ruimtes onder en bovenin hoogbouw het meest gewild zijn. Het gebouw heeft 16 verdiepingen waarin 58 appartementen zijn ondergebracht. Onder het gebouw bevindt zich nog een parkeergarage. De bovenste zeven woonlagen, van het ruim 50 m hoge gebouw, met een breedte van 22 m kragen 7,5 m buiten het gebouw uit. De woontoren is met behulp van het tunnelgietbouwsysteem opgebouwd. Met een tunnelbekisting zijn de wanden en vloeren in één keer gestort. Voor het uitkragende gedeelte (vanaf de tiende verdieping) zijn breedplaatvloeren opgehangen aan de uitkragende wanden. Deze wanden hebben hiervoor consoles gekregen en fungeren als uitkragende balken.

56


_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.8

Het Bouwhuis, Zoetermeer

Figuur 36 Verschillende afbeeldingen Bouwhuis Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

Bouwend Nederland te Zoetermeer Klunder Architecten, Rotterdam Corsmit, Rijswijk BAM Rotterdam, Capelle aan de IJssel Ookmeerweg, Amsterdam Osdorp

Dit hoofdkantoor van Bouwwereld Nederland staat aan de A12 bij Zoetermeer. De negen verdieping tellende onderbouw is opgebouwd uit kantoorverdiepingen en één installatieverdieping. Hierop is een enorme uitkragende dubbele bouwlaag geplaatst, waarin het congres- en opleidingscentrum van Bouwend Nederland zijn ondergebracht. Het overstek van het, 20 tot 30 m uitkragende, congrescentrum is uitgevoerd in een stalen vakwerkconstructie met een hoogte van 7,2 m. Deze horizontale vakwerken bestaan uit stalen buizen met een diameter van 500 mm en lopen, op de koppen van het gebouw, door in verticale vakwerken naar de fundering. In het gebouw zijn geen kolommen of stabiliteitskernen aanwezig en de benodigde stabiliteit wordt door de vakwerken verzorgd. De hoofddraagconstructie van de rest van het gebouw bestaat uit een grotendeels prefab betonnen skelet en in de gevels zijn dragende wandelementen opgenomen.


57

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.9

Scheepsvaart en Transportcollege, Rotterdam

Figuur 37 Aanzicht vanaf de Nieuwe Maas

Opdrachtgever Architect Constructeur Aannemer Locatie

Stichting Scheepvaart en Transport College Neutelings Riedijk Architecten, Rotterdam ABT Delft Heijmans IBC Bouw Lloydkwartier, Rotterdam

Dit 65 m hoge onderwijsgebouw heeft een periscoop-achtige vorm met op de 14de verdieping een in het oogspringende uitkragende collegezaal. Deze collegezaal kraagt op het breedste punt 20 m uit buiten het hoofdgebouw en biedt onderdak aan 350 zitplaatsen. In de laagbouw zijn de praktijklokalen, simulatieruimten, de leerlingenkantine, sportzalen, een tentoonstellingsruimte en de personeelskantine ondergebracht. De hoogbouw, die georganiseerd is rondom een centrale kern, biedt ruimte aan de leslokalen en de kantoren van het college. De hoofddraagconstructie van het gebouw bestaat voornamelijk uit een prefab betonskelet, gecombineerd met stalen daken en dakspanten in het laagbouwgedeelte. In de betonnen stabiliteitskernen zijn grote openingen uitgespaard voor de knaloranje roltrappen die de duizenden leerlingen dagelijks naar hun lokalen moeten brengen. Aan één zijde van het gebouw wordt de bovenliggende verdiepingen gedragen door een fraai slingerende draagconstructie uitgevoerd in gelaste kokers van 20 mm dikke stalen platen, gevuld met beton.

58


_______________________________Molenwijk______________________________________

Zoals in de voorgaande beschrijving te lezen is wordt voor het maken van een groot overstek veelal gebruik gemaakt van een stalen vakwerk constructie. Hieronder zal daarom gekeken worden naar de mogelijkheden van beton. Ook zal gekeken worden naar vakwerken in gevels of zelfs inpandig. Dit om een indruk te krijgen van de gevolgen van deze constructies voor de indeling en beleving van het gebouw.

4.5.10

TOD’S, Omotesando, Tokio

Toyo Ito heeft voor het modeconcern TOD’S, gevestigd in een van de meest luxe en levendige winkelstraten van Tokio, een ontwerp gemaakt dat sterk afwijkt van de andere modehuizen. Ito heeft in tegenstelling tot de andere veelal glazen gebouwen gekozen voor een betonnen gevel in de vorm van de Zelkova boom. Het gladde schone beton met een dikte van 320 mm is zodanig gestort dat schoonheidscorrecties achterwege konden blijven.


59

_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.11

Atlasgebouw, WUR, Wageningen

Figuur 38 Atlasgebouw in uitvoering

Het Atlasgebouw is één van de vier nieuwe gebouwen die voor de WUR (Wageningen Universiteit en Researchcentrum) wordt gerealiseerd. In het ontwerp (van de hand van Rafael Viñoly Architects PC uit Londen en Van de Oever Zaaijer & Partners uit Amsterdam) is voor de gevel een opvallende uitwendige draagconstructie van beton in een ruitstructuur ontworpen. Deze ruitvormen bestaan uit 8-vormige elementen die op hun kant worden toegepast (Figuur 39). De elementen, met een breedte van 7,20 m en een hoogte van 3,60 m, zijn gerealiseerd in een B65 betonkwaliteit. Dit om de elementen zo slank mogelijk uit te kunnen voeren. De elementen hebben nu een dikte van 400 mm en zijn gemiddeld 350 mm breed. Om het aanzicht aan de buitenzijde nog slanker te maken, lopen de elementen toe van 380 mm naar 320 mm. Dit verloop is tevens gunstig bij het ontkisten van de elementen.

Figuur 39 Montage elementen en vloerliggers

60


_______________________________Molenwijk______________________________________

In het midden van de ruit, ter hoogte van de achterliggende verdiepingsvloeren, zijn trekstangen aangebracht. Dit omdat zonder deze trekstangen de vervormingen in de elementen te groot zouden worden. Wel is het zo, dat wanneer deze stangen hun werking zouden verliezen, bijvoorbeeld door een brand, het gebouw wel gewoon zal blijven staan. Als vloersysteem heeft men gekozen voor kanaalplaatvloeren opgelegd op stalen hoedliggers (THQ-liggers, Figuur 39, Figuur 40).

Figuur 40 Vloersysteem

4.5.12

City Harbour Hotel, Amsterdam De bovenbouw van dit hotel aan de Oostelijke Handelskade in Amsterdam, rust op verdiepingshoge betonnen vakwerkliggers, waarvan de onderdelen geprefabriceerd zijn. De keuze voor het prefabriceren van deze overgangsconstructie is gemaakt, omdat de aannemer er vanwege de grote mate van repetitie voor heeft gekozen de bovenliggende 16 bouwlagen ook in prefab beton uit te voeren. Ook konden door het prefabriceren van de vakwerkligger lastige stempelconstructies achterwege blijven. Dit vakwerk rust namelijk op een 20 m hoge onderbouw van zes kolommen en twee stabiliteitskernen. Het geheel beslaat in totaal 60,8 x 18 m en is opgebouwd uit een beukmaat van 7,6 m en maakt aan weerszijde een uitkraging van 7,6 m.

Figuur 41 Aanzicht vakwerkspant


61

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 42 Uitvoering vakwerkligger City Harbour Hotel De onderregel van het vakwerk bestaat uit 15,2 m lange en 2,5 m brede voorgespannen balken, die van kolom naar kolom spannen. Vanwege het gewicht is er voor gekozen twee balken van elk 1,25 m naast elkaar te leggen. De onderregels overspannen van kolom naar kolom en hoeven dus niet ondersteund te worden. Voor de uitkragingen zijn balken van 7,6 m toegepast die wel op een stempelconstructie zijn opgelegd. Op deze plaats was hier de ruimte voor en hierop kon tevens een werkvloer worden aangebracht voor de montage van de gevel. Na het plaatsen van de onderregel konden de diagonalen worden geplaatst. Deze konden door hun geringere lengte en dus gewicht als één geheel worden gehesen en worden gemonteerd. Over deze diagonalen heen is de bovenregel gelegd, net als de onderregel is deze uitgevoerd in twee naast elkaar gelegen balken. Om de vakwerkconstructie voldoende stijfheid te geven, zijn de bovenregels voorgespannen. Dit is gedaan met nagerekt staal. Hierdoor konden de balken die in elkaars verlengde liggen met elkaar te verbinden tot één geheel. Deze verbinding tot één doorlopende bovenregel was nodig om het gewicht van de uitkragingen op te kunnen vangen zonder trekkrachten te krijgen in de verbindingen van de vakwerkligger.

62


_______________________________Molenwijk______________________________________

4.5.13

Overige voorbeelden

Figuur 43 Diverse afbeeldingen van draagconstructies in gebouwen

Uit bovengenoemde voorbeelden en afbeeldingen blijkt dat wanneer de constructie goed geïntegreerd wordt in het ontwerp deze geen belemmering voor het gebruik van het gebouw hoeft te vormen.


63

_______________________________Molenwijk______________________________________

64


_______________________________Molenwijk______________________________________

5 5.1

Algemene constructieve concepten

Inleiding Een constructie in een gebouw heeft als voornaamste functie het adequaat opnemen van de belastingen die op de constructie aangrijpen en het overdragen van deze belastingen naar de ondergrond. Voor de hoofddraagconstructie zijn diverse constructies denkbaar. De keuze voor een bepaalde constructie (de vorm, het materiaal en de afmetingen) wordt in grote mate bepaald door een aantal criteria. Deze criteria kunnen van economische, esthetische en constructieve aard zijn. Constructieve criteria worden gesteld met het doel dat de constructie voldoende weerstand tegen de aanwezige belastingen zal bieden, zodat het gebouw niet zal bezwijken of al te grote vervormingen zal ondergaan. Dit betekent dat de constructie voldoende sterk, stijf en stabiel moet zijn. In paragraaf 5.4 zullen de belangrijkste ontwerpcriteria worden behandeld, die de uitvalbasis bij het latere ontwerpproces vormen. Als eerst zal in dit hoofdstuk vanuit de basis, zoals deze gevormd wordt door het voorlopig ontwerp van de architect en de opzet voor het voorlopig ontwerp zoals deze in het voorgaande hoofdstuk gegeven is, een analyse gemaakt worden van de verschillende constructieve mogelijkheden voor de hoofddraagconstructie. Dit zal niet alleen voor de hoofddraagconstructie van het gebouw gedaan worden, maar ook voor de in het gebouw aanwezige woningen. Aan de hand van de in dit hoofdstuk gemaakte analyse en ontwerpaspecten, zal in het volgende hoofdstuk een toetsing van de ontwerpcriteria op de verschillende constructieve concepten volgen.


65

_______________________________Molenwijk______________________________________

5.2

Constructieve concepten In onderstaande paragraaf zal verder worden ingegaan op de mogelijke vormen van de hoofddraagconstructie. Voor het omschrijven van mogelijke vormen van de hoofddraagconstructie wordt onderscheid gemaakt tussen een: • • •

5.2.1

hangconstructie; aan deze hoofddraagconstructies zal het gehele gebouw door middel van een op trek belaste constructie opgehangen worden; tafelconstructie; deze hoofddraagconstructies zal het gehele gebouw ondersteunen; hoofddraagconstructie verspreid over de hoogte van het gebouw.

Hangconstructie Een mogelijk ontwerp voor de hoofddraagconstructie is het maken van een hangconstructie. Door het maken van een draagconstructie op de bovenste verdieping of zelfs op het dak van het gebouw, en het daar aan ophangen van de overige verdiepingen, worden problemen met de indeelbaarheid van de plattegronden vermeden. Door het plaatsen van de constructie bovenop het gebouw zal het niet nodig zijn diagonalen en zware liggers door het gebouw heen te plaatsen. Hierdoor zullen er geen problemen ontstaan met de indeelbaarheid en toegankelijkheid van de verschillende verdiepingen.

Figuur 44 Concept hangconstructie Binnen het gebouw zal nu een eenvoudig kolommengrit toegepast kunnen worden. De vloeren dragen hun belasting af op de kolommen, die op hun beurt de krachten naar boven zullen moeten brengen. De kolommen zullen dus als hangkolom uitgevoerd dienen te worden. Voor een stalen constructie zal dit geen probleem zijn, daarentegen zal een beton constructie voorgespannen dienen te worden. Hierdoor is het mogelijk dat deze een trekbelasting op zal kunnen nemen. De kolommen zullen aan de hangconstructie gekoppeld worden, welke de krachten op haar beurt in de kernen zal leiden.

66


_______________________________Molenwijk______________________________________

5.2.2

Tafelconstructie

Figuur 45 Concept tafelconstructie Een andere mogelijkheid is de hoofddraagconstructie onderin het gebouw te realiseren. Voor deze variant geldt ook weer dat het niet noodzakelijk zal zijn om zware constructieve elementen door het gebouw te voeren en dat de verdiepingen vrij in te delen zijn. Doordat de hoofddraagconstructie zich nu onderin het gebouw zal bevinden zullen de bovengelegen verdiepingen op een traditionele wijze gestapeld kunnen worden. Dit houdt in dat de constructie op druk zal worden belast en dat de detaillering en uitvoering van de aansluitingen tussen de verschillende constructieonderdelen relatief eenvoudig zal zijn.

5.2.3

Hoofddraagconstructie geïntegreerd over de hoogte De in de praktijk meest toegepaste draagconstructie voor gebouwen met uitkragende gedeelten is degene waarbij de hoofddraagconstructie verdeeld is over de hoogte van het gebouw (zie ook 4.5, Bestaande gebouwen). Het voordeel hiervan is dat de constructiehoogte over een grotere, toch al aanwezige, hoogte kan worden verspreid. Hierdoor zal een ongedrongen constructie ontstaan waarin de spanningen geringer zullen zijn. Deze variant op de vorm van de hoofddraagconstructie zal wel een grotere invloed hebben op de indeling van de plattegronden van de verdiepingen. De constructie zal binnen de plattegronden geïntegreerd dienen te worden, waarbij gelet zal moeten worden op de functionaliteit van het gebouw.

Figuur 46 Concept constructie over de hoogte van het gebouw


67

_______________________________Molenwijk______________________________________

5.3

Constructieve concepten woningen Een belangrijk geheel binnen het ontwerp vormen de woningen en de kantoren. Deze verschillende functies zullen in het gebouw strikt gescheiden moeten worden van de parkeergarage. Dit om voor de gebruikers/bewoners geen overlast vanuit de parkeergarage te laten ontstaan. Hiervoor zal het met name voor de woningen ook noodzakelijk zijn enkele constructieve concepten uiteen te zetten. Welk van deze het meest bruikbaar zal zijn zal afhangen van de constructieve scheiding die te maken is tussen de woningen en de parkeergarage. Mogelijke constructies voor de woningen zijn onder andere: • uitkragende vloervelden; • scheiding van de woonen parkeervloeren; • woningscheidende wanden uit laten kragen; • woningen aanhangen. Hieronder zullen deze mogelijke constructies uiteengezet worden.

5.3.1

Uitkragende vloervelden Een mogelijke constructieve oplossing voor de realisatie van de woningen langs de randen van het gebouw is om de vloeren uit te laten kragen. Bij deze variant wordt er vanuit gegaan dat er ter plaatse van de scheidingswand een draaglijn is gesitueerd. De uitkraging van deze vloeren zal gelijk zijn aan de diepte van de woningen. Door de vloeren uit te laten kragen zal het niet noodzakelijk zijn om ter plaatse van de gevel een extra draaglijn te ontwerpen. Wel is het zo dat de vloer vanuit de parkeergarage door zal lopen naar de woningen.

Figuur 47 Uitkragende vloervelden

68


_______________________________Molenwijk______________________________________

5.3.2

Scheiding van de woonen parkeervloeren Om de vloeren tussen de verschillende functies binnen het gebouw gescheiden te houden zal de vloer op twee punten opgelegd dienen te worden. Hierdoor zal het noodzakelijk zijn om een extra draaglijn ter plaatse van de gevel aangebracht moeten worden. Door deze maatregel is het mogelijk om een scheiding tussen de gebouwdelen aan te brengen.

Figuur 48 Twee draaglijnen

5.3.3

Woningscheidende wanden uit laten kragen Een andere mogelijkheid voor de draagconstructie van de woningen is om gebruik te maken van de wanden tussen de woningen. Deze woningscheidende wanden zullen geplaatst moeten worden om overlast voor de bewoners tussen de woningen onderling te beperken. Om geen extra draaglijn ter plaatsen van de gevel te hoeven maken zal het wellicht een mogelijkheid zijn om deze wanden te gebruiken voor de hoofddraagconstructie van de woningen.

Figuur 49 Uitkragende woningscheidende wanden


69

_______________________________Molenwijk______________________________________

Wanneer alle woningscheidende wanden de belasting aan de achter gelegen vloervelden kunnen doorgeven zullen de vloerplaten voor de woningen tussen deze wanden worden ingelegd. Wanneer de krachten niet vanuit de woningscheidende wanden overgedragen kunnen worden aan de achterliggende vloeren, zal het woningblok zelf weerstand moeten kunnen bieden aan een optredende verdraaiing. Het blok zal dan voldoende torsiestijf moeten zijn. Om dit te kunnen bewerkstellen zullen de vloeren van de woningen monoliet aan de wanden verbonden moeten worden.

5.3.4

Woningen aanhangen Een variant op de bovengenoemde uitkragende woningscheidende wanden is het in zijn geheel aanhangen van de woningen aan de parkeergarage. De woningen zouden als een soort van “units” aan de scheidingswand tussen de woningen en de parkeergarage kunnen worden opgehangen (zie ook 4.5.6).

Figuur 50 Krachtwerking aangehangen units Het door de constructie over te dragen uitkragend moment wordt door de diagonalen omgezet in een trek- en drukbelasting voor de randstaven.

70


_______________________________Molenwijk______________________________________

5.4

Algemene ontwerpcriteria In onderstaande paragraaf zullen de verschillende ontwerpcriteria die van toepassing zijn voor het ontwerpen van een veilig en gebruiksvriendelijk gebouw, uiteengezet worden. Veel van deze criteria zijn al vastgelegd in diverse normen en richtlijnen. Deze geven op een fundamenteel niveau de betrouwbaarheidseisen (veiligheid en bruikbaarheid), waaraan alle bouwconstructies moeten voldoen. Veelal stellen de normen minimumeisen waaraan de constructie zal moeten voldoen. Met het oog op de te realiseren veiligheid en bruikbaarheid van de constructie zullen een aantal van deze minimumeisen voor het te ontwerpen gebouw aangepast worden. De ontwerpcriteria waarmee in eerste instantie rekening zal worden gehouden voor het maken van een ontwerp voor de hoofddraagconstructie zijn: • tweede draagweg; • belastingen; • uitvoering; • sterkte; • stijfheid; • inpassen hoofddraagconstructie. • stabiliteit; Voor bovengenoemde criteria geldt dat de meeste in het algemeen van toepassing zijn op het ontwerpen van een bouwwerk.

5.4.1

Belastingen Om tot een veilig ontwerp te komen zijn in de NEN 6702 eisen gesteld aan de belastingen die op een bouwwerk aangrijpen en de vervormingen die dit bouwwerk door zal mogen maken. Om de invloed van de verschillende belastingen in rekening te kunnen brengen zijn deze onderverdeeld in permanente, veranderlijke en bijzondere belastingen. Een omschrijving van deze belastingen is gegeven in Bijlage: A (Ontwerpcriteria). De verschillende belastingen worden gebruikt voor het bepalen van de inwendige krachten in de constructie.

5.4.2

Sterkte Naast boven genoemde belastingen zijn in de NEN 6702 verschillende belastingsfactoren en belastingscombinaties ingesteld om de constructie voor de verschillende grenstoestanden te kunnen controleren. Dit alles om er voor te zorgen dat de constructie tijdens de beoogde levensduur en tijdens de uitvoering niet bezwijkt onder de optredende belastingen. Door middel van de meest ongunstige belastingcombinaties in de uiterste grenstoestand, kunnen de inwendige krachten in de constructie worden berekend. Bij de controle op sterkte zullen deze belastingcombinaties door de constructie moeten worden weerstaan zonder dat een constructie-element op sterkte bezwijkt.


71

_______________________________Molenwijk______________________________________

Naast de spanningen die ontstaan uit het eigengewicht van de constructie en de veranderlijke vloerbelasting, zal ook rekening gehouden moeten worden met de extra optredende spanningen in de constructie-elementen die ontstaan door bijvoorbeeld krimp, kruip en temperatuurseffecten. Ook zal extra aandachtig gekeken worden naar kritische constructie-elementen die bij bezwijken grote gevolgen hebben voor de veiligheid van de totale constructie. Hierbij wordt gekeken naar de mogelijkheden voor de belastingafdracht via een tweede draagweg, om hiermee een voortschrijdende instorting van het gebouw tegen te gaan (zie ook 5.4.5). Een omschrijving van onder andere de belastingsfactoren, belastingcombinaties en de verschillende grenstoestanden staan vermeld in Bijlage: A (Ontwerpcriteria).

5.4.3

Stijfheid Door eisen te stellen aan de vervormingen die een constructie maximaal mag ondergaan onder de voorgeschreven belastingen, kan iets worden gezegd over de stijfheid van de constructie. Deze vervormingseisen waaraan een constructie moet voldoen zijn onder te verdelen in eisen die gesteld worden aan de verplaatsing en eisen die gesteld worden aan de hoekverdraaiing. Deze vervormingen dienen binnen acceptabele grenzen te blijven om te kunnen spreken over een veilig en gebruiksvriendelijk gebouw. De gestelde grenzen van de vervormingen hangen grotendeels af van de mogelijke ongewenste effecten die kunnen optreden wanneer deze vervormingen te groot worden. Hiertoe is door het Staalbouwkundig Genootschap het CUR-rapport “Vervormingseisen voor bouwconstructies “ uitgegeven [37]. In dit rapport wordt het onderscheid gemaakt tussen effecten die direct van invloed zijn op de veiligheid en effecten die niet direct van invloed zijn op de veiligheid. Effecten die direct van invloed zijn op de veiligheid van de constructie dienen bij de sterkte- en stabiliteitsberekeningen in beschouwing te worden genomen. Deze effecten op de krachtverdeling en de draagkracht worden onderverdeeld in wateraccumulatie, resonantie en 2e-orde effecten. Effecten die niet direct van invloed zijn op de veiligheid worden in het rapport onderverdeeld in het subjectieve aspect, het gebruikersaspect en het constructieve aspect.

72


_______________________________Molenwijk______________________________________

•

• •

Het subjectieve aspect: Dit heeft te maken met de maten van merkbaarheid en zichtbaarheid van de vervormde constructie (comfort). Deze hebben betrekking op het gevoel van veiligheid en de optische vervorming van een constructie. Het bruikbaarheids aspect: Hieronder vallen alle ongemakken die ontstaan door de vervorming van de constructie, zoals klemmende deuren. Het constructieve aspect: Hieronder wordt verstaan de schade aan nietdragende delen, zoals scheurvorming in scheidingswanden.

Opgemerkt dient te worden dat de gevolgen of effecten van optredende vervormingen niet exact in één van bovengenoemde groepen te plaatsen zijn. Scheuren kunnen bijvoorbeeld als onesthetisch worden ervaren of zelfs een gevoel van onveiligheid geven, maar kunnen ook om redenen van constructieve aard ongewenst zijn. Voor de verschillende aspecten zijn in de norm een aantal eisen gesteld waarbinnen de verplaatsingen en hoekverdraaiingen moeten vallen. Deze zijn opgenomen in Bijlage: A; (Ontwerpcriteria). Ook staan hier de eisen vermeld die aan de versnellingen (eigenfrequentie) gesteld worden, om er voor te zorgen dat het gebouw door de gebruikers als veilig wordt beschouwd.

5.4.4

Stabiliteit Met het begrip stabiliteit wordt de standzekerheid van de constructie omschreven. Er wordt onderscheid gemaakt tussen een stabiele en een instabiele constructie. Een constructie is stabiel wanneer er altijd evenwicht is tussen alle mogelijke belastingscombinaties en de inwendige reactiekrachten. Een constructie die onder de optredende belasting toenemend blijft vervormen, of als er verlies van evenwicht optreed, is instabiel. Er bestaan verschillende mechanismen die op kunnen treden waardoor een constructie instabiel zou kunnen worden. De volgende instabiliteitsmechanismen kunnen worden onderscheiden; • Kantelen • Schranken • Partiële instabiliteit Bij kantelen roteert het gebouw als geheel. Het gebouw zelf zal dan niet vervormen, maar de fundering van het gebouw zal het moment dat ontstaat uit het excentrisch aangrijpen van de belasting, niet kunnen opnemen. De rotatiestijfheid van de fundering is dan niet voldoende groot. Wanneer de constructie onder de belasting zijn oorspronkelijke vorm verliest kan er een schrankmechanisme ontstaan. Dit mechanisme kan zowel in langsrichting, dwarsrichting als bij rotatie om de verticale as optreden.


73

_______________________________Molenwijk______________________________________

Partiële instabiliteit ontstaat wanneer één of meerdere constructie-elementen binnen de constructie bezwijken. Partiële instabiliteit kan ontstaan door het optreden van instabiliteitsverschijnselen als knik, kip en/of plooi. De constructie in zijn geheel en de constructie-elementen op zich, zullen getoetst dienen te worden om de standzekerheid en daarmee de veiligheid van het gebouw te kunnen garanderen. De constructie-elementen op zich zullen bij het verder uitwerken en berekenen van de constructie aan de orden komen. De stabiliteit van de constructie in zijn geheel verdient meer aandacht en deze zal verder worden toegelicht in hoofdstuk 7.

5.4.5

Tweede draagweg Zowel voor de sterkte van de constructie als voor de stabiliteit van de constructie geldt dat voor het wegvallen van een constructie-element gekeken moet worden naar de mogelijkheid van een tweede draagweg. Constructies moeten zo ontworpen worden dat er bij bezwijken van een onderdeel andere onderdelen zijn die na herverdeling van krachten met een eventueel gereduceerde veiligheidsmarge de belasting kunnen afvoeren. Uiteraard geldt dit alleen voor onderdelen waarbij een reële mogelijkheid aanwezig is dat deze kunnen bezwijken onder extreme omstandigheden. Bij de ontwerpprocedure om een voortschrijdende instorting te voorkomen, gaat men er in principe van uit dat er locale schade optreedt in een gedeelte van de constructie, maar zorgt men ervoor dat de omringende constructie in staat is om voor een tweede draagweg van de belastingen te zorgen. Hierbij mogen grote vervormingen optreden maar ze mogen geen aanleiding geven tot het instorten van het volledige gebouw. Wanneer de draagconstructie wordt uitgevoerd in staal zullen de verbindingen zodanig uitgevoerd moeten worden dat deze te allen tijden een trekbelasting op zullen kunnen nemen. Ook is het zo dat wanneer er een tweede draagweg aanwezig is, de conserveringseisen voor het staal minder zwaar zijn. Voor een (prefab) betonconstructie zal er extra aandacht besteedt moeten worden aan de verbindingen om een tweede draagweg mogelijk te kunnen maken. Voor (prefab) beton worden er veelal verschillende trekbanden (ook wel kettingen genoemd) in bijvoorbeeld een vloer of een wand, in daarvoor aangebrachte sparingen ingestort. Door deze trekbanden kunnen niet alleen de normaalkrachten uit de horizontale belastingen worden afgedragen, maar ook om bijkomende sterkte en veiligheid te geven aan de constructie om, tot op zekere hoogte, accidentele belastingen over te kunnen dragen: zettingen, gasexplosies, botsingen door voertuigen, brand, ontploffingen, enz. enz.

74


_______________________________Molenwijk______________________________________

NBN B15-002 en Eurocode 2 [42] geven de volgende aanbevelingen: elke kolom of wand die een verticale belasting draagt moet continu verbonden worden vanaf de fundering tot het dakniveau. Deze kettingen moeten in staat zijn om een trekkracht op te nemen die gelijk is aan de maximum rekenwaarde van de belastingen door permanente en variabele belastingen die door de beschouwde kolom of wand gedragen worden op elke verdieping of dak. Bij wandconstructies zijn verticale kettingen verplicht vanaf vijf verdiepingen. De volgende mechanismen kunnen gebruikt worden voor alternatieve draagwegen. • Cantileverwerking van de omringende wandconstructies. De horizontale kettingbalk aan de top van wandelement D in Figuur 51 zal de trekspanningen vanwege de uitkraging moeten opnemen. Deze kettingwapening moet echter voldoende verbonden zijn met het wandelement, bijvoorbeeld doormiddel van de uitstekende haarspeldwapeningen uit de bovenkant van de wanden. • Ophanging van de elementen aan de constructie boven de beschadigde zone. Dit wordt gerealiseerd met behulp van verticale kettingen in de kolommen en dragende wanden vanaf de fundering tot aan het dak. • Overbrugging van de beschadigde zone door kabelwerking van de kettingwapening. Om deze functie te kunnen opnemen moeten de horizontale en omtrekskettingen voldoende sterkte, vervorming en verankering hebben. • Voorkomen dat beschadigde vloeren of grote brokstukken op de onderliggende constructie vallen (bijvoorbeeld vloeren B en C in Figuur 51). Voortschrijdende instorting is dikwijls het gevolg van een kettingreactie door opeenhoping van vallende brokstukken van na elkaar instortende vloeren. Om zoveel mogelijk te vermijden dat sterk beschadigde vloeren naar beneden vallen, moeten de verbindingswapeningen met de oplegconstructie ook bij grote vervormingen nog functioneren. Dit gebeurt het best door de wapeningen in het midden van de vloerdoorsnede te plaatsen. Door de grote vervormingen in de gebroken vloeren worden de kettingwapeningen mogelijk op buiging belast en zouden kunnen breken wanneer ze zich te hoog in de verbinding bevinden. Ze mogen echter ook niet helemaal onderaan geplaatst worden omdat bij ontploffingen aan de onderkant, de reactie in de andere richting plaatsvindt. Vandaar dat ze het best in het midden geplaatst kunnen worden, of aan beide zijden in de vorm van haarspelden.


75

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 51 Schematisch illustratie van een tweede draagweg

Om aan bovenstaande eisen te voldoen moet men bepaalde plaatsen soms van bijlegwapening voorzien. De kosten zijn echter verwaarloosbaar in verhouding met de resultaten. Er moet echter wel voor gezorgd worden dat deze wapening voldoende verankerd is en dat de overlappingslengte groot genoeg is om de wapening effectief continu te maken, zelfs wanneer gedeelten van de voegen gescheurd zijn.

5.4.6

Uitvoering Ook de uitvoering van het gebouw zal van groot belang zijn voor de keuze van de hoofddraagconstructie. Voor de verschillende constructieve concepten van de hoofddraagconstructie zal dan ook gekeken worden naar de uitvoering. De uitvoering voor een gebouw met grote uitkragende gebouwdelen is echter complex en hiervoor is er ook voor gekozen om de uitvoering verder toe te lichten. Dit zal worden gedaan ik hoofdstuk 6, Uitvoeringstechnieken.

5.4.7

Inpassing hoofddraagconstructie Hiermee wordt bedoeld of de ontworpen hoofddraagconstructie ook ingepast zal kunnen worden in het ontwerp van de architect. Met andere worden, kan het gebouw zodanig gebruikt worden zoals de architect dit voor ogen heeft. Voor de verschillende constructieve concepten zal het nodig zijn om aanpassingen te maken op het ontwerp zoals dit door de architect is voorgesteld. Voor de verschillende constructieve concepten zal hierna gekeken worden en zal de invloed hiervan bekeken worden.

76


_______________________________Molenwijk______________________________________

6 6.1

Uitvoeringstechnieken

Inleiding In dit hoofdstuk wordt gekeken naar de verschillende uitvoeringstechnieken die voorhanden zijn voor het uitvoeren van draagconstructies met grote uitkragende gebouwdelen. Dit, omdat de uitvoering grote invloed heeft op de daaraan gerelateerde bouwkosten. In het bijzonder de bouwsnelheid is een belangrijke factor in de bouwkosten. Voor de beheerder van het gebouw is het van belang om zo spoedig mogelijk inkomsten uit het gebouw te kunnen genereren. Hierdoor is het mogelijk de kostenpost voor renteverliezen op het bouwwerk zo klein mogelijk te houden. Naast het aspect van de bouwkosten van een snellere bouwtijd is het voor de bewoners van de Molenwijk noodzakelijk de overlast tot een minimum te beperken. De nieuw te bouwen parkeergebouwen komen op de plaats van de bestaande parkeergarages. Het aantal beschikbare parkeerplaatsen in de wijk zal tijdens de realisatie van het project kleiner zijn dan normaal en hierdoor zal de overlast alleen maar toenemen. Het is daarom zaak de bouwtijd voor de parkeergebouwen met woonen kantoorruimten zo kort mogelijk te houden en om vanaf het begin van het ontwerpproces rekening te houden met de uitvoering. In dit hoofdstuk zullen enkele voorbeelden van gebouwen worden gegeven en de daarbij gehanteerde uitvoeringstechnieken worden toegelicht. Hierbij zal voornamelijk gelet worden op de toepasbaarheid voor de eerder beschreven constructieve concepten (paragraaf 5.2). De mogelijke uitvoeringstechnieken voor de uitkragingen worden onderverdeeld in: • uitkragingen in delen monteren • uitkragingen in zijn geheel monteren • uitkragingen tijdelijk ondersteunen Vervolgens zullen de verschillende aandachtspunten die gelden voor de verschillende uitvoeringstechnieken en voor een uitkragende constructie op zich worden beschreven. Hiervoor zal bijvoorbeeld gelet moeten worden op maatregelen die getroffen zullen moeten worden voor de fundering, hulpconstructies, vervormingen, bouwvolgorde, maatafwijkingen, maattoleranties, enz, enz. Als laatst zal nog gekeken worden naar de voor de Molenwijk geldende randvoorwaarden met betrekking tot de uitvoering.


77

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.2

Hoofddraagconstructie in delen monteren In deze paragraaf zullen een aantal voorbeelden uit de praktijk, waarbij gebruik is gemaakt van een bouwmethode waarbij de hoofddraagconstructie voor de uitkraging in delen in gemonteerd, verder worden toegelicht. De hieronder beschreven gebouwen zijn eerder toegelicht in paragraaf 4.5 (Bestaande gebouwen).

6.2.1

Bouwhuis, Zoetermeer In eerste instantie had de architect een voorstel gemaakt om de vakwerken in grote eenheden te prefabriceren en deze in het werk aan elkaar te lassen. De knopen zouden op deze manier bestaan uit strakke gelaste knopen, waarin kleine maatverschillen opgevangen konden worden. De voorkeur van de aannemer ging echter uit naar een uitvoering waarbij zo klein mogelijke onderdelen konden worden toegepast en deze met boutverbindingen, in het werk, te monteren. Dit laatste systeem, met verbindingen die zichtbaar maken hoe ze in elkaar zitten, is gevolgd. Deze oplossing paste ook in de filosofie van de architect om een begrijpelijk gebouw te maken. Gezien de omvang van de constructie kon deze niet geprefabriceerd worden en in zijn geheel worden opgehesen. Deze methode zou te veel verstijvingsconstructies vragen. De aannemer heeft een methode ontwikkeld waarbij de constructie op de grond werd voorgemonteerd tot grote spanten en deze met drie kranen werd ingehesen. Hierdoor was het mogelijk om het aantal in te zetten steigers tot een minimum te beperken. Bij het stellen van de staalconstructie is rekening gehouden met een behoorlijke zakking van de uitkraging. De uitkraging is tijdens de bouw, ter plaatse van het uiterste punt van de uitkraging circa 70 mm opgezet [38].

78


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 52 Montage vakwerkliggers


79

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.2.2

Acanthus, Amsterdam

Figuur 53 Montage van de vier vakwerken Ook bij de uitvoering van het kantoorgebouw Acanthus in Amsterdam Zuid-Oost heeft de aannemer samen met de staalbouwer er voor gekozen om de uitkragende constructie in delen te monteren. De vier uitkragende vakwerkliggers, twee in de gevels en twee in de middenassen van het gebouw, zijn één voor één ingehangen en afgemonteerd. Bij het afmonteren van de vakwerkliggers is gekeken naar de doorbuiging van de constructie. De doorbuiging is vooraf berekend en aan de hand van deze berekening is de constructie met een zeeg uitgevoerd. Na het monteren van de vakwerkliggers is de doorbuiging gecontroleerd en waarnodig gecorrigeerd. Deze correctie kon worden uitgevoerd door middel van het plaatsen van vulplaten tussen de aansluiting van de vakwerkliggers met de achterliggende constructie. In eerste instantie had men voor een uitvoeringsmethode gekozen waarbij gebruik werd gemaakt van een tijdelijke ondersteuning. Van deze methode is afgestapt omdat er teveel onzekerheden omtrent de uiteindelijke doorbuiging van de totale constructie en de beperkte mogelijkheid tot het controleren en het eventueel corrigeren van deze doorbuiging bestond.

Figuur 54 Hoofddraagconstructie uitkraging

80


_______________________________Molenwijk______________________________________

6.3

Hoofddraagconstructie in zijn geheel monteren Een tweede mogelijkheid is de uitkraging in zijn geheel op de grond te bouwen om deze vervolgens met bouwkranen aan het gebouw te hangen. In deze paragraaf zullen een aantal in de praktijk toegepaste bouwmethoden worden toegelicht waarbij de hoofddraagconstructie in zijn geheel is gemonteerd. Dit wordt gedaan aan de hand van één van de eerder beschreven gebouwen (paragraaf 4.5). Naast dit voorbeeld zal ook een nog niet eerder genoemd gebouw worden beschreven.

6.3.1

Woonzorgcomplex Oklahoma, Amsterdam Om een zware stempelconstructie tijdens de uitvoering te voorkomen en om het eigengewicht en de kosten van de constructie te beperken, is er voor een stalen vakwerk als hoofddraagconstructie gekozen. Tijdens de werkvoorbereiding zijn er verschillende montagemogelijkheden overwogen. Zo is er gedacht om de staalconstructie voor elk woningblok op de grond compleet met vloeren en dak te monteren en als geheel op te hangen. Hiervan is afgezien vanwege het hoge gewicht en de risico’s van maatafwijkingen. Als eerst stelde de constructeur voor het vakwerk in de werkplaats te lassen en één deling te maken op een plek waar de spanningen in de staven gering zijn. Zowel de aannemer als het staalconstructie-bedrijf gaven echter de voorkeur aan een tweedeling vanwege de meer eenvoudige montage. In gezamenlijk overleg is besloten die tweede deling te maken ter plaatse van de galerijgevel. De vakwerken, die zo ontstonden, zijn ingehesen en met de voorspanstaven aan het betonskelet gemonteerd. De vakwerken zijn daarna met elkaar verbonden via de woningscheidende kanaalplaatvloeren en de windverbanden in de onderste vloer en in het dak. Pas daarna is de voorspanning, op de voorspanstaven aan de woningscheidende wanden van het in gietbouw opgetrokken flatgebouw, aangebracht om ongewenste spanningen in de voorspanstaven te voorkomen [39].

Figuur 55 Montage constructie uitkragende woningen


81

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.3.2

Scheepvaart en Transportcollege, Rotterdam Een ander voorbeeld waarbij de draagconstructie voor het uitkragende gebouwdeel op de grond gebouwd is en met behulp van bouwkranen is ingehangen is het gebouw van het Scheepvaart en Transportcollege in Rotterdam. In eerste instantie had de architect de voorkeur voor een traditionele wijze van bouwen door de collegezaal in het werk op te bouwen. Voordeel van een traditionele aanpak is dat de constructie kan uitzakken, voordat de gevels worden gemonteerd. Hierdoor kan controle gehouden worden over de gevolgen van de zettingen. Een belangrijk nadeel is echter dat hiervoor een ruim 60 m hoge steiger nodig zou zijn, waardoor de werkzaamheden aan de ondergelegen laagbouw ernstig zou belemmeren. Door deze omstandigheden en de korte bouwtijd (27 maanden) heeft de aannemer samen met de constructeur het idee voor prefabricage van de collegezaal uitgewerkt.

Figuur 56 Geprefabriceerde collegezaal De staalconstructie voor de collegezaal is op het maaiveld naast het gebouw gemonteerd en voorzien van stalen profielplaten voor de vloeren en de zijgevels inclusief het glas. Dit geheel komt door middel van vier grote stalen vakwerkspanten aan de kern van de onderwijstoren te hangen (Figuur 56, Figuur 57). Vervolgens is de collegezaal met twee zware kranen in een tijdsbestek van 12 uur op zijn plaats gehesen. Ter plaatse van de bevestiging zijn eerst pinnen in de zoekgaten aangebracht, om de stand van de collegezaal te fixeren. Vervolgens zijn de spanten verankerd. Aan de onderzijde zorgden stalen oplegneuzen (om de 3,60 m) met teflonplaten voor een soepele plaatsing. Na de montage van de collegezaal aan de hoofdstructuur en het aanbrengen van de betonnen druklagen op de vloeren kon de afbouw plaatsvinden. Hierbij is de beglazing van het grote glasvlak aan de voorzijde aangebracht.

Figuur 57 Eén van de uitkragende vakwerkliggers

82


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 58 Inhijsen prefab collegezaal Voor de verwachte doorbuiging heeft de staalconstructie een zeeg van 170 mm gekregen. De stijfheid van de zijgevel is door middel van tijdelijke vakwerken aan de binnenzijde extra groot gemaakt. Dit is gebeurd om vervormingen in de zijgevel na het aanbrengen van de belasting te voorkomen [40].


83

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.4

Tijdelijke ondersteuningen In plaats van het inhijsen van de gehele constructie of delen van de constructie, is het ook mogelijk om de uitkragende constructie op zijn uiteindelijke positie op te bouwen. Om de onderdelen te kunnen monteren wordt gebruik gemaakt van de nodige ondersteuningsconstructies (stempelconstructies). Wanneer de uitkragende constructie eenmaal voldoende sterkte en stijfheid bezit kan de ondersteuningsconstructie worden verwijderd. Deze methode zal aan de hand van onderstaande voorbeelden worden toegelicht.

6.4.1

Torre Mare Nostrum, Barcelona

Figuur 59 Uitvoering uitkraging Voor de uitvoering van deze 45 m lange en bijna 20 m hoge uitkraging heeft men er voor gekozen om deze tijdelijk te ondersteunen. De uitkraging is opgebouwd uit twee grote vakwerken met aan beide zijde elk vier trekdiagonalen. Deze vakwerken worden in de uiteindelijke situatie in het midden (door de centrale kern) en aan de kopzijde (door de tweede kern) gesteund. Bij de uitvoering zijn eerst de kernen volledig opgetrokken, waarna met de uitvoering van het uitkragende gebouwdeel is begonnen. Hierbij heeft men eerst de diagonalen en de onderregel van het vakwerk aan de kernen bevestigd en op de hulpconstructie opgelegd, waarna met het storten van de vloerconstructie is begonnen.

84


_______________________________Molenwijk______________________________________

6.4.2

Silverline woontoren, Almere Een andere type tijdelijke ondersteuning is toegepast bij de Silverline woontoren in Almere. Het uitkragende gebouwdeel, bestaande uit de uitkragende scheidingswanden met daartussen breedplaatvloeren, heeft een breedte van 21,4 m. Deze breedte is opgebouwd uit een viertal beuken van ieder 5,4 m. In deze beuken wordt tegelijk een stabiliteitswand meegestort. Deze wanden vormen dus de uitkragingsconstructie. De wanden zijn verdieping voor verdieping opgebouwd en zijn daarom alle voorzien van trekwapening bovenin. Door deze monoliete uitkragende constructie komt een groot gewicht buiten het gebouw te hangen. Vanaf de 12de bouwlaag (circa 30 m) begint de uitkraging en is het gebouw 7,5 m breder. Voor de uitvoering van dit uitkragende gebouwdeel is een steigerstellage opgebouwd. Nadat deze steigerstellage was opgebouwd, konden de breedplaatvloeren, die de onderkant van de uitkraging vormen, hierop worden gelegd. Deze breedplaten zijn vervolgens aangestort. Naast deze breedplaatvloeren moest de stempelconstructie ook in staat zijn het gewicht van de volgende twee bouwlagen, de tunnelkist en de stortbelastingen op te kunnen nemen. Onder de dragende wanden zijn hierom vier rijen stempels aangebracht met stalen HEA-profielen als horizontale dragers onder de breedplaatvloeren. Om doorbuiging van de breedplaatvloeren te voorkomen werden deze in het midden door een extra rij stempels ondersteund. Na de realisatie van de eerste twee bouwlagen, had de constructie voldoende capaciteit om de uitkraging zelf te kunnen dragen, waarna een begin kon worden gemaakt met het afbreken van de stempelconstructie.

Figuur 60 Opbouw en uiteindelijke situatie steigerconstructie

Voor het ondersteunen van de stempelconstructie is gebruik gemaakt van het dak van de tweelaagse parkeerkelder. Deze parkeerkelder is groter dan de woontoren en loopt tot onder de uitkraging door. Om de belasting vanuit de stempelconstructie op te kunnen nemen zijn in de vloeren van de parkeerkelder (met een dikte van 350 mm) verzwaarde stroken aangebracht van 600 mm dik met een breedte van 2 m [41].


85

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.5

Aandachtspunten Voor de verschillende uitvoeringstechnieken zijn algemeen en specifiek geldende aandachtspunten te noemen. Deze zullen in deze paragraaf beschreven en verder toegelicht worden. •

•

•

•

•

86

Kraancapaciteit: Dit geldt met name voor de bouwmethode waarbij de uitkragende constructie in zijn geheel of in delen gemonteerd zal worden. Rekening zal gehouden moeten worden met het gewicht van de in te hijsen draagconstructie. Ook de hoogte en de afstand waarover de constructie gehesen zal worden is hierbij van invloed. Tijdens het inhijsen van de constructie zullen de weersomstandigheden (met name de wind) voldoende goed moeten zijn. Stijfheid van de constructies: Met name wanneer de draagconstructie in zijn geheel wordt ingehesen zal rekening gehouden moeten worden met de stijfheid van de constructie. Met name tijdens het hijsen van de constructie zullen de vervormingen die ontstaan doordat de constructie aan verschillende punten wordt opgehesen dan dat deze uiteindelijk zal worden belast. Om deze vervormingen te beperken, en de constructie de vereiste stijfheid te geven, zullen de nodige hulpconstructies nodig zijn. Deze hulpconstructies zullen het gewicht van de te hijsen constructie vergroten en de nodige extra kosten met zich meebrengen. Hierom zal er goed gekeken dienen te worden naar de verschillende varianten van het in zijn geheel of het in delen monteren van de constructie. Vervormingen: Door het gewicht van de uitkragende constructie zal deze vervormen (doorbuigen). Hierbij zal tijdens de uitvoering rekening gehouden dienen te worden. Aan de constructie zal een zeeg gegeven worden of de aansluiting van het uitkragende gebouwdeel zal zodanig moeten zijn dat deze een positieve verdraaiing aan de constructie geeft, zodanig dat de doorbuiging door het eigengewicht van de constructie gecompenseerd zal worden. Fundering: Voor de variant waarbij gebruik wordt gemaakt van het tijdelijk ondersteunen van de uitkraging zal rekening gehouden dienen te worden met de maatregelen die getroffen moeten worden voor de afdracht van de belastingen naar de ondergrond. Hiervoor kan men de keuze maken voor het verzwaren van een onderliggende constructie of het maken van een “verloren” constructie. Maattoleranties en maatafwijkingen: Hiervoor kunnen dezelfde marges voor maattoleranties en maatafwijkingen worden aangehouden zoals deze gelden voor de standaard prefabricage bouw. Wel moet gerealiseerd worden dat de montage voor dit type constructie een grote inspanning vereist en dat er geen ruimte voor fouten aanwezig is (onder anderen de lange hijstijden).


_______________________________Molenwijk______________________________________

•

Bouwvolgorde: Door het verder uitwerken van de verschillende uitvoeringstechnieken zal het mogelijk zijn deze bouwmethode maximaal uit te nutten. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan de kist inzet voor het storten van betonwanden voor een variant waarbij de constructie tijdelijk geheel wordt ondersteund. Een ander voorbeeld is die van de bouwmethode waarbij de constructie gedeeltelijk wordt ondersteund (b.v. voor de Torre Mare Nostrum). Door het toepassen van een uitgekiende bouwvolgorde was het mogelijk de ondersteuningsconstructie meerdere keren in te zetten. Voor een bouwmethode waarbij de constructie in gedeelten zou worden gemonteerd zal het wellicht mogelijk zijn de eventueel benodigde hulpconstructies voor het waarborgen van de stabiliteit meerdere keren in te kunnen zetten. Een laatste voorbeeld met betrekking tot de bouwvolgorde kan gegeven worden voor bijvoorbeeld het afstorten van betonvloeren. Zo is bij de uitvoering van de Acanthus er voor gekozen om de laagste vloer in het uitkragende gebouwdeel als laatste te storten. Dit omdat deze als drukstaaf van het vakwerk fungeert. Hierdoor wordt deze onderste vloer niet onnodig op horizontale drukspanningen belast.

In het algemeen kan voor de verschillende bouwmethode nog worden opgemerkt dat de verschillende bouwdelen te allen tijde ook op zichzelf voldoende stabiel en sterk moeten zijn.


87

_______________________________Molenwijk______________________________________

6.6

Randvoorwaarden Molenwijk De toe te passen bouwmethode zal sterk afhangen van de beschikbare ruimte op de bouwplaats en de mogelijkheid tot plaatsing van de bouwkranen. Met name de maximaal te hijsen en te transporteren element grote zal van invloed zijn op de toe te passen uitvoeringstechniek. De te bouwen parkeergebouwen met woonen kantoorruimten komen op de plaats van de te slopen parkeergarages tussen de flats van de Molenwijk te staan.

Figuur 61 Situatie Molenwijk Zoals in bovenstaande figuur te zien is, is de breedte van de bestaande flats in vergelijking met het nieuw te bouwen parkeergebouw met woonen kantoorruimten, gering. Hierdoor blijft er tussen de flats voldoende ruimte over om kranen en overig materiaal en materieel op te kunnen stellen. Wat betreft de bestaande woonflats van de Molenwijk moet wel gelet worden op de fundering van deze gebouwen. De kernen van het nieuw te bouwen parkeergebouw met woonen kantoorruimten komen op een voldoende grote afstand vanaf de bestaande fundering. Het zal voor deze fundering dus niet noodzakelijk zijn om hiermee rekening te houden. Voor de uitvoering van het gebouw kan deze bestaande fundering van de woonflats wel van belang zijn. De uitkragende gebouwdelen komen aan de koppen van de woonflats te liggen. Wanneer gebruik gemaakt wordt van een uitvoeringsmethode waarbij hulpconstructies onderheid zullen moeten worden, kunnen problemen met de bestaande fundering ontstaan. In de voorschriften wordt hiervoor meestal een afstand genoemd (aantal maal de paaldiameter) dat men uit de bestaande fundering moet blijven om de grond rond de bestaande fundering niet te verstoren. Of een ondersteuningsconstructie onderheid zal moeten worden of dat de krachten over een voldoende groot oppervlak verdeeld kunnen worden zodat deze op de ondergrond overgebracht kunnen worden zal tijdens het uitwerken van de uitvoeringsmethode moeten blijken.

88


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor wat betreft de aanvoer van materiaal en materieel naar de bouwplaats kan worden aangenomen dat het bestaande wegennet rondom de Molenwijk voldoende afmeting heeft om de aanvoer te kunnen garanderen. Ook wanneer gebruik zal worden gemaakt van een bouwmethode waarbij de bouw in grote mate geprefabriceerd is, zullen de wegen voldoende breed zijn om het hiervoor benodigde transport plaats te kunnen laten hebben. Voor wat betreft een keuze voor een bepaalde bouwmethode zal het noodzakelijk zijn eerst een keuze voor het toe te passen type hoofddraagconstructie te maken. Bij deze keuze kunnen de aandachtspunten zoals genoemd in voorgaande paragraaf in overweging worden genomen.

6.6.1

Keuze uitvoeringsmethode In het onderzoek naar de verschillende uitvoeringstechnieken en uitvoeringsmethoden is uitgegaan van de in de praktijk veel voorkomende methoden. De toe te passen uitvoeringsmethoden voor het project in de Molenwijk zal uiteraard sterk afhangen van het uiteindelijk gekozen type van de hoofddraagconstructie. In dit hoofdstuk zal dus nog geen uitsluitsel gegeven kunnen worden. Wel zal voor het verdere ontwerp en de verdere uitwerking van de constructie nuttig zijn de gevonden aandachtspunten in het achterhoofd te houden. Hierdoor kunnen mogelijke problemen in een vroeg stadium worden opgelost.


89

_______________________________Molenwijk______________________________________

90


_______________________________Molenwijk______________________________________

7 7.1

Voorlopig constructief ontwerp

Inleiding In dit hoofdstuk zullen de verschillende constructieve concepten, zoals omschreven in hoofdstuk 5, verder worden uitgewerkt. Hierbij zal gekeken worden naar de mogelijke vormen van de hoofddraagconstructie. De voor- en nadelen van de verschillende varianten op de constructieve concepten, toegepast op dit specifieke ontwerp, zullen worden toegelicht. Hierbij zullen de verschillende constructieve concepten getoetst worden aan de eveneens in hoofdstuk 5 genoemde ontwerpcriteria. Aan de hand hiervan zal een keuze gemaakt kunnen worden voor het toe te passen type voor de hoofddraagconstructie. Op dit type van de hoofddraagconstructie zullen vervolgens meerdere varianten ontwikkeld kunnen worden, waarna in het volgende hoofdstuk deze verder kunnen worden uitgewerkt. Een belangrijk ontwerpaspect dat voor alle constructieve concepten en voor de verschillende varianten op de hoofddraagconstructie zal gelden is de stabiliteit van de gehele constructie. in dit hoofdstuk zal de stabiliteit van de constructie dan ook verder worden uitgewerkt. De verschillende parameters die van invloed zijn op de stabiliteitsconstructie zullen worden beschreven en vervolgens zal gekeken worden naar de verschillende mogelijke vormen voor de stabiliteitsconstructie.


91

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2

Analyse verschillende typen draagconstructies Door de voor- en nadelen van de verschillende type draagconstructies te beschrijven en deze te toetsen aan de eerder genoemde ontwerpcriteria kan een indicatie gegeven worden voor de haalbaarheid van deze variant. Niet alle ontwerpcriteria zullen voor een keuze voor het type hoofddraagconstructie even zwaar wegen. Ook zullen sommige criteria voor de varianten eenzelfde uitkomst geven.

7.2.1

Hangconstructie Een hangconstructie wordt getypeerd door een hoofddraagconstructie die zich boven op het gebouw bevindt en waaraan de overige op trek belaste constructie wordt aangehangen. In onderstaande afbeelding is een voorbeeld gegeven van een mogelijke hangconstructie voor het ontwerp van de architect.

Figuur 62 Hangconstructie boven op het gebouw

7.2.1.1

Belastingen De belastingen die door de hoofddraagconstructie opgenomen zal moeten worden is voor iedere variant gelijk. Voor de hangconstructie zullen de belastingen vanuit de vloervelden naar de kolommen gebracht moeten worden. Deze op trek belaste kolommen zullen de belastingen in de, hoog in het gebouw gelegen, hoofddraagconstructie moeten leiden. De belastingen zullen dus geconcentreerd worden in de hoofddraagconstructie, waarna deze via de opleggingen naar de fundering zal worden geleid.

92


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.1.2

Sterkte Voor wat betreft de sterkte van de constructie zal er geen verschil zijn tussen een constructie die zich onder, boven of verdeeld over de hoogte van het gebouw bevindt. Het zal voor de strekte van de constructie niet uitmaken of deze gedrongen is of niet. De sterkte van de constructie zal worden bepaald door de rekenwaarde van het materiaal te vermenigvuldigd met het oppervlak.

7.2.1.3

Stijfheid Voor wat betreft de stijfheid van de draagconstructie geldt dat wanneer er voor wordt gekozen om de hoofddraagconstructie van het uitkragende gebouwdeel uit te voeren als een hangconstructie de hoofddraagconstructie een gedrongen constructie zal worden. Door de geringere constructiehoogte zal er meer materiaal nodig zijn om de hoofddraagconstructie voldoende stijfheid te kunnen geven en hiermee de verplaatsingen binnen de gestelde eisen te laten vallen. Voor wat betreft de stijfheid van de stabiliteitsconstructie is het aangrijpingspunt van de belasting op deze stabiliteitsconstructies van belang. Voor een hangconstructie geldt dat de belasting bovenin de stabiliteitsconstructie aan zal grijpen. De vervorming van de stabiliteitsconstructie zal dan als volgt zijn:

aan de hand van de figuur kan gesteld worden dat; Mu = Fu * e utop = u1 =

Mu * h2 2 EI met h = 33 m u1=

φ1 =

Mu * h EI

545 Mu EI

Figuur 63 Schematisering stabiliteitsconstructie


93

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.1.4

Stabiliteit

Voor wat betreft de gehele stabiliteit van het gebouw kan gesteld worden dat deze voor de verschillende varianten op dezelfde manier verzorgd zal moeten worden. Hierop zal verder worden doorgegaan in paragraaf 7.4. Voor wat betreft de partiële stabiliteit van de constructie onderdelen zal voor de hoofddraagconstructie van een hangconstructie gelden dat door de geringere constructie hoogte de elementen zwaarder zullen worden uitgevoerd en dat de systeemlengte van de elementen hierdoor kleiner zal zijn. Hierdoor zal het makkelijker zijn om aan de partiële stabiliteit te kunnen voldoen.

7.2.1.5

Uitvoering

De uitvoering van de hoofddraagconstructie met grote uitkragende gebouwdelen is uitvoerend behandeld in hoofdstuk 6. Hieruit valt echter te concluderen dat in de praktijk veelal gebruik wordt gemaakt van een draagconstructie die over de hoogte verdeeld is. Nadeel van een hangconstructie is dan ook dat niet eerder met de bouw van de ondergelegen verdiepingsvloeren begonnen kan worden voordat de kernen en de hoofddraagconstructie boven op het gebouw gerealiseerd zullen zijn. Een ander nadeel van deze variant is dat de ondergelegen constructie-elementen op trek zullen worden belast. Hierdoor zal er meer aandacht besteedt moeten worden aan de aansluitingen en detaillering van deze elementen. Deze aansluitingen zullen minder gemakkelijk (duurder) zijn dan een traditionele gestapelde constructie doordat deze doorgekoppeld dienen te worden.

7.2.1.6

Tweede draagweg

Hiervoor geldt wederom dat wanneer de hoofddraagconstructie zal worden uitgevoerd als een hangconstructie de constructie geconcentreerd bovenin het gebouw worden uitgevoerd. Hierdoor zal ook de krachtsinleiding geconcentreerd worden. Wanneer één van de constructieonderdelen zal bezwijken, zal dit grote gevolgen hebben voor de gehele draagconstructie van het gebouw. Het zal een grote inspanning vergen om voor een dergelijke constructie een tweede (of meerdere) draagweg te creëren.

94


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.1.7

Inpassen hoofddraagconstructie

Het voordeel van een hangconstructie is dat de hoofddraagconstructie op het gebouw geplaatst kan worden. Hierdoor hoeft deze niet in het ontwerp van de architect ingepast te worden. Hierdoor zullen er op de verschillende verdiepingen in het gebouw geen problemen ontstaan met de door de architect ontworpen indeling. Dit zal het gebruikersgemak verhogen. Een probleem voor dit specifieke ontwerp is, dat wanneer de hangconstructie uitgevoerd zal worden zoals afgebeeld in Figuur 62, het uitzicht van de in de doorlopende kernen aanwezige woningen op de bovenste verdiepingen ontnomen zal worden. De woningen, ontworpen voor het hogere segment, zullen hierdoor hun waarde verliezen en zullen onverkoopbaar worden.

7.2.1.8

Invloed uiterlijk gebouw

Een ander aspect waarvan de keuze voor de hoofddraagconstructie af zou kunnen hangen is die van het uiterlijk van het gebouw (architectonisch). Hierbij zal de variant van de hoofddraagconstructie uitgevoerd als een hangconstructie de minste invloed hebben op het gevelbeeld. De hoofddraagconstructie bevindt zich hoog boven het maaiveld en zal zodoende de minste invloed op het uiterlijk van het bouwwerk hebben. De vraag is natuurlijk in hoeverre de draagconstructie van invloed zal mogen zijn op het uiteindelijke karakter van het gebouw en wat de visie van de architect hierop is.


95

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.2

Tafelconstructie Een tafelconstructie wordt getypeerd door een hoofddraagconstructie die zich onderin het gebouw bevindt en waarop de overige constructie op een traditionele wijze zal kunnen worden gestapeld. In onderstaande afbeelding is een voorbeeld gegeven van een mogelijke tafelconstructie voor het ontwerp van de architect.

Figuur 64 Tafelconstructie onder het gebouw

7.2.2.1

Belastingen

Voor de tafelconstructie zullen de belastingen wederom vanuit de vloervelden naar de kolommen gebracht moeten worden. Deze kolommen zullen de belastingen in de hoofddraagconstructie moeten leiden. De belastingen zullen dus geconcentreerd worden in de hoofddraagconstructie, waarna deze via de opleggingen naar de fundering zal worden geleid.

7.2.2.2

Sterkte

Voor wat betreft de sterkte van de constructie zal er geen verschil zijn tussen een constructie die zich onder, boven of verdeeld over de hoogte van het gebouw bevindt. Het zal voor de strekte van de constructie niet uitmaken of deze gedrongen is of niet. De sterkte van de constructie zal worden bepaald door de rekenwaarde van het materiaal te vermenigvuldigd met het oppervlak.

7.2.2.3

Stijfheid

Ook voor de tafelconstructie geldt wederom dat de constructie een gedrongen constructie zal zijn en dat door de geringere constructiehoogte er meer materiaal nodig zal zijn om de hoofddraagconstructie voldoende stijfheid te kunnen geven en hiermee

96


_______________________________Molenwijk______________________________________

de verplaatsingen binnen de gestelde eisen te laten vallen. Voor wat betreft de stijfheid van de stabiliteitsconstructie is het aangrijpingspunt van de belasting op deze stabiliteitsconstructies van belang. Voor een tafelconstructie geldt dat de belasting onderin de stabiliteitsconstructie aan zal grijpen. De vervorming van de stabiliteitsconstructie zal dan als volgt zijn:

aan de hand van de figuur kan gesteld worden dat; Mu = Fu * e

u1=

utop = u1 + φ 1 * (h =

Mu * h2 2 EI 1 h) 4

φ1 =

Mu * h EI

met h = 33 m

40 Mu EI


7.2.2.4

Stabiliteit

Voor wat betreft de gehele stabiliteit van het gebouw kan gesteld worden dat deze voor de verschillende varianten op dezelfde manier verzorgt zal moeten worden. Hierop zal verder worden doorgegaan in paragraaf 7.4. Voor wat betreft de partiële stabiliteit van de constructie onderdelen zal voor de hoofddraagconstructie van een tafelconstructie gelden dat door de geringere constructie hoogte de elementen zwaarder zullen worden uitgevoerd en dat de systeemlengte van de elementen hierdoor kleiner zal zijn. Hierdoor zal het makkelijker zijn om aan de partiële stabiliteit te kunnen voldoen.

7.2.2.5

Uitvoering

Voor wat betreft de uitvoering van het gebouw zal deze methode een vereenvoudiging zijn ten opzichte van de hangconstructie. Nu kan begonnen worden met het maken van een ‘tafel’ waarop men op traditionele wijze door zal kunnen gaan met het bouwen van de overige verdiepingen. Ook is het zo dat deze constructie zich op een geringere hoogte bevindt, waardoor de mogelijkheid tot het maken van een stempelconstructie mogelijk blijft.


97

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.2.6

Tweede draagweg

Voor deze variant geldt wederom dat wanneer de hoofddraagconstructie zal worden uitgevoerd als een tafelconstructie de constructie geconcentreerd onder in het gebouw worden uitgevoerd. Hierdoor zal ook de krachtsinleiding geconcentreerd worden. Wanneer één van de constructieonderdelen zal bezwijken, zal dit grote gevolgen hebben voor de gehele draagconstructie van het gebouw. Het zal een grote inspanning vergen om voor een dergelijke constructie een tweede (of meerdere) draagweg te creëren.

7.2.2.7


Ook voor een tafelconstructie geldt dat op de verdiepingen in het gebouw zelf geen zware constructieonderdelen hoeven worden doorgevoerd. Hierdoor zullen de indelingen van de plattegronden zoals deze door de architect ontworpen zijn ongewijzigd uitgevoerd kunnen worden. Voor dit specifieke project geeft deze variant verreweg de meeste problemen. Dit komt ondermeer omdat de onderkant van het gebouw voor de linker- en rechterzijde van het gebouw niet gelijk zijn. Aan de linkerzijde van het gebouw bevinden zich onder de zesde plattegrond nog enkele verdiepingen waarop geparkeerd zal kunnen worden. Hierdoor zal, in tegenstelling tot de hangconstructie, wel degelijk rekening gehouden moeten worden met de benodigde constructiehoogte en –breedte. Dit om mogelijk verlies van parkeerplaatsen op deze verdiepingen te voorkomen. Aan de rechterzijde van het gebouw zal een spiraalvormige hellingbaan worden toegepast om de automobilisten direct toegang te geven naar de verdiepingen met de grotere parkeervloeren. Wanneer de onderliggende tafelconstructie teveel ruimte in beslag zal nemen zullen ook problemen ontstaan met deze hellingbaan.

7.2.2.8


In tegenstelling tot een hangconstructie zal een tafelconstructie een grote invloed hebben op het gevelbeeld en de uitstraling van het totale gebouw. De hoofddraagconstructie bevindt zich immers vlak boven het maaiveld. Ook hier is de beoogde visie van de architect en de beleving van het publiek van belang.

98


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.3

Hoofddraagconstructie geïntegreerd over de hoogte Veruit de meest voorkomende hoofddraagconstructies voor gebouwen met grote uitkragende gebouwdelen is die, waarbij de volledige hoogte wordt voorzien van constructieve elementen. Deze constructieve elementen zorgen er voor dat de uitkraging voldoende stijfheid bezit en dat het uitkragende gewicht naar de achterliggende constructie wordt gebracht. Een hoofddraagconstructie verdeeld over de hoogte kan verscheidene vormen hebben. Enkele voorbeelden hiervan zijn bijvoorbeeld een vakwerkligger, raamwerkligger, gevelbuis of raatstructuur en een wandligger. In onderstaand figuur is een voorbeeld gegeven van een over de hoogte verdeelde draagconstructie waarbij gebruik is gemaakt van een vakwerkligger.

Figuur 66 3D vakwerkligger

7.2.3.1

Belastingen

Op de constructie zullen dezelfde belastingen aangrijpen als op de twee voorgaande varianten. Echter zullen de belastingen nu niet geconcentreerd hoeven te worden. De belastingen kunnen per verdieping aan de hoofddraagconstructie overgedragen worden. Ook zal de hoofddraagconstructie de belastingen verdeeld over de hoogte aan de achterliggende constructie kunnen afdragen.

7.2.3.2

Sterkte

Ook hiervoor geldt weer dat de sterkte van de constructie zal worden bepaald door de rekenwaarde van het materiaal te vermenigvuldigd met het oppervlak.


99

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.3.3

Stijfheid

Omdat bij een hoofddraagconstructie die over de hoogte van het gebouw wordt verspreid optimaal gebruik wordt gemaakt van de maximale constructiehoogte, zal het makkelijker zijn om met minder materiaal een grotere stijfheid voor de constructie te bewerkstellen. Omgekeerd zal het mogelijk zijn om met minder materiaal een even grote stijfheid te creëren. Voor wat betreft de stijfheid van de stabiliteitsconstructie is het aangrijpingspunt van de belasting op deze stabiliteitsconstructies van belang. Voor een constructie verdeeld over de hoogte wordt aangenomen dat de belasting in het midden van de stabiliteitsconstructie zal aangrijpen. De vervorming van de stabiliteitsconstructie zal dan als volgt zijn: aan de hand van de figuur kan gesteld worden dat; Mu * h2 M *h φ1 = u 2 EI EI 1 = u1 + φ 1 * (h - h) met h = 33 m 2 144 Mu = EI

Mu = Fu * e utop

u1=


7.2.3.4

Stabiliteit

Voor wat betreft de gehele stabiliteit van het gebouw kan gesteld worden dat deze voor de verschillende varianten op dezelfde manier verzorgd zal moeten worden. Hierop zal verder worden doorgegaan in paragraaf 7.4. Wat betreft de partiële stabiliteit van de constructie zal voor een hoofddraagconstructie verdeeld over de hoogte in het algemeen gelden dat door de grotere constructiehoogte de systeemlengte van de elementen ook groter zal zijn. Deze ongesteunde lengte is veelal bepalend voor instabiliteitsverschijnselen zoals bijvoorbeeld knik. Dit zal voor de elementen binnen de constructie voor een over de hoogte verdeelde hoofddraagconstructie een minder gunstig effect geven.

100


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.3.5

Uitvoering

Omdat het merendeel van de gebouwen met grote uitkragende gebouwdelen een over de hoogte van het gebouw geïntegreerde hoofddraagconstructies hebben is hier ook verreweg de meeste aandacht aan besteed in het voorgaande hoofdstuk. Welke uitvoeringsmethode het meest voor de hand zal liggen is ondermeer afhankelijk van het type hoofddraagconstructie en het constructie materiaal. Voordeel van dit type draagconstructie is dan niet de gehele draagconstructie en stabiliteitsconstructie gereed hoeft te zijn voordat met de bouw van de overige gebouwdelen begonnen kan worden. Wel zal het zo zijn dat de stabiliteit van de constructie tijdens de bouw te allen tijde gewaarborgd zal moeten zijn.

7.2.3.6

Tweede draagweg

Wanneer de hoofddraagconstructie over de hoogte van het gebouw verspreidt wordt zal ook de belasting verspreid over de hoogte op de achterliggende constructie worden overgedragen. Zal hier één van de constructieonderdelen bezwijken, dan zullen de krachten over de resterende constructieonderdelen herverdeeld kunnen worden en op een lager dan wel hoger niveau in het gebouw kunnen worden overgedragen. Op deze manier kan een tweede draagweg worden gevormd. In hoeverre een dergelijke tweede draagweg vorm zal moeten krijgen zal per variant voor een over de hoogte verdeelde hoofddraagconstructie moeten blijken.

7.2.3.7


Deze variant op de hoofddraagconstructie zal ook een grote invloed hebben op het ontwerp van de architect. Doordat de hoofddraagconstructie nu geïntegreerd zal moeten worden in de verschillende verdiepingen zal in het ontwerp van de architect in meer of mindere maten rekening gehouden moeten worden met deze constructie. De maten waarin en de aard van de aanpassingen zal afhangen van het gekozen type van de hoofddraagconstructie.

7.2.3.8


Een hoofddraagconstructie verspreid over de hoogte, zal het gevelbeeld al dan niet kunnen bepalen. Dit is afhankelijk van de uitstraling die de architect aan het gebouw wil geven. Vanwege een uniforme verdeling van de hoofddraagconstructie over de hoogte wordt in de praktijk dit type draagconstructie veelal met het gevelbeeld geïntegreerd.


101

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.2.4

Conclusie constructief concept In deze paragraaf zal een keuze voor het toe te passen concept voor de hoofddraagconstructie onderbouwd worden. Hiertoe zullen de verschillende ontwerpcriteria per constructief concept, zoals in voorgaande paragraaf behandeld, met elkaar vergeleken worden. In eerste instantie zullen er op de verschillende ontwerpcriteria geen weegfactoren worden toegepast. Wanneer een van de constructieve concepten niet overduidelijk als favoriet naar voren komt, kan besloten worden enkele ontwerpcriteria zwaarden te laten gelden. Wanneer dit nodig zal zijn, zal een verklaring gegeven worden over de te hanteren weegfactoren. Deze vergelijking zal gedaan worden in een tabel vorm, waarbij de ontwerpfactoren per concept beoordeeld zullen worden. Voor het gehanteerde ontwerpcriteria voor de stijfheid zal het nodig zijn nog een toelichting te geven op de hiervoor gegeven beschrijving. Hiermee zal begonnen worden.

7.2.4.1

Aanvulling stijfheid

Wanneer alleen naar de invloed van de uitkragingsconstructie op het vervormingsgedrag van de achterliggende stabiliteitsconstructie wordt gekeken, is het duidelijk dat een tafelconstructie de voorkeur heeft. De verplaatsingen bij eenzelfde stijfheid van de stabiliteitsconstructie zijn dan circa 3.5 keer zo klein in vergelijking met de hoofddraagconstructie die over de hoogte van het gebouw is verdeeld. Hierbij moet worden opgemerkt dat in voorgaande bepaling nog geen rekening gehouden is met twee belangrijke aspecten die een grootte invloed kunnen hebben op de verplaatsing van de stabiliteitsconstructie, te weten: • de uitbuiging als gevolg van de rotatie van de fundering; • vergrotingsfactor ten gevolge van het tweede-orde effect. De rotatie van de fundering wordt bepaald aan de hand van de veerstijfheid van de fundering. Deze wordt uitgedrukt met de letter C (= de veerconstante). De veerconstante is per definitie het moment dat nodig is om een veersysteem een hoek van één radiaal (ongeveer 57°) te verdraaien. De veerconstante is afhankelijk van de afmetingen van de fundering, het type en afmetingen van de funderingspalen en de beddingsconstante van de grond. Met behulp van de beddingsconstante kan de maximale indrukking van de grond worden bepaald en daarmee de hoekverdraaiing van de fundering.

102


_______________________________Molenwijk______________________________________

Het in rekening brengen van de tweede-orde effecten (momenten) wordt gedaan met behulp van een vergrotingsfactor. Bij het verder uitwerken zal moeten blijken of voor de vergrotingsfactoren ( n / (n - 1) < 1,1 ) de tweede-orde momenten verwaarloosbaar klein zijn of dat deze wel degelijk van invloed zijn op de vervormingen van de stabiliteitsconstructies. Hiervoor is in de VBC in art. 7.8.2. voor schijven en kernen een vereenvoudiging gegeven. Ook is bij bovenstaande bepaling geen rekening gehouden met de op het gebouw aangrijpende windbelasting. De plaatsing van de hoofddraagconstructie heeft echter geen invloed op de vorm van de gevel. De wind zal voor alle drie de varianten eenzelfde windbelasting op de stabiliteitsconstructie opleveren. Hierdoor zal ook de doorbuiging en de hoekverdraaiing van de stabiliteitsconstructie voor alle varianten hetzelfde zijn.

7.2.4.2

Keuze constructief concept

In tabelvorm kunnen de verschillende constructieve concepten als volgt met elkaar vergeleken worden.

belastingen sterkte stijfheid (partiele) stabiliteit uitvoering tweede draagweg inpassen invloed uiterlijk

Hangconstructie 0 0 +

Hoofddraagconstructie TafelVerspreid over constructie de hoogte + 0 0 + + 0 0 + + 0 +

Te concluderen valt dat voor de hoofddraagconstructie het hangen tafelprincipe voor dit specifieke ontwerp geen uitkomst kunnen bieden. Deze uitkomst is terug te koppelen op met name twee factoren. In de eerste plaats, het inpassen van de hoofddraagconstructie in de plannen van de architect. Ondanks het feit dat de hangen tafelconstructie een vrije indeling voor de plattegronden mogelijk maken geven deze constructies te veel hinder binnen dit specifieke ontwerp. Voor de hangconstructie op het gebouw in de vorm van het belemmeren van het vrije uitzicht van de woningen en voor de tafelconstructie in de vorm van het hinderen van de parkeervloeren en de hellingbaan op de onderliggende verdiepingen. Daarnaast zal door deze constructies extra hoogte in beslag worden genomen, hoogte die in het gebouw zelf al aanwezig is en dus gebruikt zal kunnen worden.


103

_______________________________Molenwijk______________________________________

In de tweede plaats, de gedrongen constructievorm. Doordat de constructiehoogte voor een hangen tafelconstructie beperkt is zal deze constructie gedrongen worden. Hierdoor zullen ook de krachten in de constructie geconcentreerd worden op één, relatief klein, gebouwdeel. Door deze geconcentreerde krachten kunnen problemen ontstaan met de stijfheid van de hoofddraagconstructie. Om deze gedrongen hoofddraagconstructies toch voldoende stijfheid te geven zal extra materiaal aan de constructie toegevoegd moeten worden. Ook zal het, door deze concentratie van de constructie, vrijwel onmogelijk zijn een tweede draagweg te creëren.

De oplossing voor de hoofddraagconstructie is dus te vinden in een constructie die verdeeld is over de hoogte, of een deel van de hoogte, van het gebouw. Deze kan gerealiseerd worden in de vorm van een vakwerkligger of een gevelbuis/raatstructuur systeem in de gevel. Of deze typen constructies voldoende sterk en stijf kunnen worden uitgevoerd om de uitkragingen in het ontwerp te kunnen maken zal aan de hand van ontwerpen controleberekeningen moeten blijken. Daarnaast spelen de scheidingen tussen de verschillende gebouwfuncties een grote rol binnen het ontwerp. Zoals beschreven zullen deze toegepast dienen te worden om de geluidswerende eis tussen de twee verschillende gebruiksfuncties binnen het gebouw te kunnen realiseren. Het zal wellicht een mogelijkheid zijn om deze scheiding (wanden) te gebruikt voor de hoofddraagconstructie en zal een variant in de vorm van een volle wandligger voor deze situatie aannemelijk kunnen maken. Welke variant voor de hoofddraagconstructie het meest geschikt is, hangt sterk af van de optredende spanningen en vervormingen van het systeem en de manier waarop de scheiding tussen de woningen en de parkeergarage gerealiseerd zal kunnen worden. Wanneer de constructie gedilateerd uitgevoerd zal moeten worden zal het noodzakelijk zijn een extra draaglijn in de gevel toe te passen. Als de scheiding op een andere manier gerealiseerd zal kunnen worden zal het mogelijk zijn de uitkragende woningscheidende wanden te gebruiken of om de woningen als units aan het gebouw te hangen. Om antwoord te kunnen geven op deze vragen zal een globale berekening gemaakt moeten worden om inzicht te krijgen in de spanningen en vervormingen van bovengenoemde verschillende constructies. Zoals vermeld zal ook goed gekeken moeten worden naar de detaillering van met name de overgang van de vloervelden ter plaatse van de woningen. Deze zal mede bepalend zijn voor de keuze van de hoofddraagconstructie.

104


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.3

Varianten over de hoogte geïntegreerde draagconstructie Nu de keuze voor een over de hoogte van het gebouw geïntegreerde hoofddraagconstructie gemaakt is kunnen voor dit type constructie enkele varianten worden ontworpen. De verschillende varianten zullen ieder hun voor- en nadelen hebben voor de toepassing in het ontwerp van de architect. In de deze paragraaf zullen de volgende varianten worden behandeld: • vakwerkligger; • raamwerkligger; • gevelbuis/raatstructuur • wandligger In deze paragraaf zal nog geen rekening gehouden worden met de benodigde ruimte voor de constructie en het aantal constructie-elementen dat per variant noodzakelijk zal zijn. Hierbij moet ook gedacht worden aan de overspanningen en het aantal opleggingen dat per variant nodig zal zijn om de doorbuiging van de constructie en de spanningen in de elementen te beperken. Deze variabele zullen aan de hand van ontwerpberekeningen in het volgende hoofdstuk bepaald worden. Hierbij zal ook gekeken worden naar de mogelijkheden die er zijn voor de verschillende constructiematerialen.

7.3.1

Vakwerkligger Een mogelijke oplossing voor het vinden van een toepasbare hoofddraagconstructie is een ondersteuning ter plaatse van de randen van de vloeren te maken. Dit zal gedaan kunnen worden door het maken van een vakwerkligger in de gevels van het gebouw (Figuur 68). Om de belastingen over te kunnen brengen naar de kernen, zullen de vakwerken opgelegd moeten worden op hoofdliggers. Afhankelijk van de verplaatsingen en vervormingen van de vakwerkligger in de gevels zal gekeken worden naar de plaats en het aantal ondersteunende hoofdliggers. Hiervoor zal het nodig zijn een gewichtsberekening van het gebouw te maken en de stijfheden van de verschillende constructieonderdelen te bepalen. Voor het bepalen van de plaats van de ondersteunende hoofdliggers zal ook gelet moeten worden op het profiel van vrije ruimten. Met het profiel van vrije ruimten wordt de ruimte bedoelt die nodig is voor de gebruikers van het gebouw. In deze ruimte zal het dus niet mogelijk zijn om elementen van de draagconstructie toe te passen.


105

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 68 Gevelaanzicht vakwerkligger as-9

Figuur 69 Draaglijnen vakwerkliggers

In Figuur 69 zijn de plaatsen aangegeven voor de verschillende mogelijkheden voor de draaglijnen in het ontwerp. Langs de gevels zullen de vakwerken geplaatst kunnen worden. Of er op de stramienen 7 en B ook een vakwerk zal komen is afhankelijk van de scheiding die gemaakt zal moeten worden tussen de woningen en de parkeergarage, en de overspanning die door de vloerplaten gemaakt zal kunnen worden. De hoogte van het vakwerk in de gevels is in eerste instantie gelijk gehouden aan de hoogte van de eerste drie verdiepingen. Dit om de hoek van de diagonalen zo gunstig mogelijk te houden en omdat de bovenste verdieping een afwijkende verdiepingshoogte ten opzichte van de andere hebben. Aan de hand van ontwerpberekeningen zal moeten blijken of de sterkte van de ligger of de buigstijfheid

106


_______________________________Molenwijk______________________________________

van de ligger maatgevend is (H8). Aan de hand van deze bevindingen zal de totale hoogte van het vakwerk aangepast kunnen worden. Knelpunten voor dit ontwerp zijn onder meer de doorstekende woningvloeren en de split-level indeling van de parkeergarage. De architect heeft in het ontwerp de woningen aan de langsgevel iets buiten het gebouw laten uitsteken. Op de bovenste verdieping van de woning gaat het om de gehele vloer. Op de ondergelegen verdieping is het de bedoeling dat het halve vloerveld uitsteekt (Figuur 70).

Figuur 70 Uitstekende woningen

In het ontwerp van de architect steken de vloeren twee meter buiten de gevel. De diagonalen van het vakwerk doorkruisen de woningen op een zodanig manier dat de indeling van de woningen, zoals deze door de architect aangegeven is in zijn tekeningen, niet gehandhaafd zal kunnen worden. Het zal wellicht, zoals eerder vermeld, een oplossing zijn de woningen verder buiten de woningen uit te laten steken, waardoor er een groter vloeroppervlakte zal ontstaan dat mogelijk beter in te richten zal zijn. Ook zal er rekening mee gehouden moeten worden dat het vakwerk op deze manier een doorgaande verbinding tussen de woningen creëert. Hierdoor zal wellicht hinder door contactgeluid kunnen ontstaan. Een oplossing voor dit probleem zou het naar buiten verplaatsen van het vakwerk kunnen zijn. Hierdoor komt het vakwerk voor de gevel van de woningen te liggen en zijn de problemen met de indeelbaarheid en hinder door contactgeluid niet meer van toepassing. Door deze aanpassing zal het niet mogelijk zijn het vakwerk direct op de betonnen kern op te leggen. Door het aanstorten van zware consoles aan de kern of het verder uit laten steken van de wanden van de kern, zal dit probleem opgelost kunnen worden. Wel zal het uitzicht vanuit de woningen beperkt worden door de diagonalen in het vakwerkligger.


107

_______________________________Molenwijk______________________________________

Het andere knelpunt, de split-level indeling van de garage, is een probleem dat bij veel varianten terugkeert. Deze verspringing zal in de gevel of op een achterliggend stramien opgevangen moeten worden. In het plan van de architect zit nu een overgang tussen de verdiepingen, in de vorm van een trap, tussen de stramienen J-K en 6-7. Door deze op te schuiven naar stramien 4 zal het wellicht mogelijk zijn het hoogteverschil tussen de verdiepingen op te lossen en de splitsing tussen de verdiepingen centraal op dit stramien te houden. De vakwerkliggers zullen wel op elkaar aan moeten sluiten om zware constructieve oplossingen te voorkomen. Hierdoor zal aan één zijde de vloer niet direct op het vakwerk aan kunnen sluiten. Deze vloeren zullen door een hulpconstructie aan het vakwerk bevestigd moeten worden. Om het probleem met de verspringende vakwerken in de gevel te voorkomen, zou als oplossing aangedragen kunnen worden het vakwerk in de langsgevels in te hangen, in de hoofdliggers/vakwerkliggers op de stramienen B en J. Er van uit gaande dat de vloervelden, op de koppen naast de kernen, opgehangen kunnen worden aan deze kernen (uitkragend vanuit de kern) en aan deze liggers. De liggers kruisen de rijbaan van de auto’s door het gebouw niet en er zal dus geen rekening gehouden hoeven te worden met al te grote sparingen. Het voordeel is nu dat de liggers direct op de kernen kunnen worden opgelegd, waardoor de liggers niet meer aan elkaar gekoppeld hoeven te worden en de twee gebouwhelften zonder problemen een halve verdiepingshoogte van elkaar kunnen verspringen. In de kernen zal het mogelijk zijn om de uit de hoofdliggers komende reactiekrachten, die op verschillende punten aangrijpen, uit te wapenen.

Figuur 71 Verspringende verdiepingen

108


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.3.2

Raamwerkligger Om de problemen met de diagonalen van een vakwerkligger te voorkomen kan ook voor een raamwerkligger (vierendeelligger) worden gekozen. Met name voor de constructie in de gevels van de woningen zal deze constructie een meer gewenste oplossing geven, maar ook voor een mogelijke hulpligger voor de hoofddraagconstructie in de gevel op stramien-1 zal een raamwerkligger een oplossing kunnen bieden. Voor de hoogte van deze constructie zal, net als bij de vakwerkligger, een hoogte van drie verdiepingen aangehouden kunnen worden en voor de verticalen zal ook dezelfde stramienmaat van 7,8 m aangehouden kunnen worden. Wel moet er rekening mee worden gehouden dat een raamwerkligger ten opzichte van een vakwerkligger een zwaardere constructie zal opleveren. Dit omdat de elementen in een raamwerkligger naast normaalkracht ook op dwarskracht en moment zullen worden belast. De koppelingen tussen de elementen dienen daarom als inklemming uitgevoerd te worden. De elementen van een raamwerkligger dienen hiertoe, ten opzichten van een vakwerkligger, zwaarder te worden uitgevoerd en ook de verbindingen bestaan veelal uit zware (dure) oplossingen (Figuur 72).

Figuur 72 Mogelijke oplossingen voor de momentvaste verbindingen in een raamwerkligger


109

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.3.3

Gevelbuis / Raatstructuur Bij deze variant komt de draagconstructie, net als bij de variant met de vakwerkligger, langs de randen van de vloeren te liggen. Ook hier doen de problemen zich voor met de split-level indeling van de garage, het hoogteverschil van de bovenste plattegrond en de uitstekende vloerplaten van de woningen. Vooral het laatst genoemde probleem is bij deze variant groot. Nu worden beide verdiepingen van de woningen doorkruist door diagonalen, waardoor het op de onderste verdieping van de woning (waar de vloer over de halve breedte van de woning uitsteekt) onmogelijk is een bruikbare doorgang te creëren.

Figuur 73 Langsgevel raatstructuur op as 9, stramienmaat 7,8 m

Dit probleem kan enigszins omzeild worden door over te stappen op een stramienmaat van 5,2 m. Deze maat is ook bruikbaar voor de parkeergarage. Hierin kunnen tussen de stramienen twee auto’s parkeren en is er nog ruimte voor de constructie. Door deze wijziging hebben de diagonalen een iets steiler verloop waardoor er gemakkelijker een doorgang te maken zal zijn. Punt blijft dat er diagonalen door de ruimte van de woningen zullen komen te lopen.

Figuur 74 Langsgevel raatstructuur op stramienmaat 5,2 m

110


_______________________________Molenwijk______________________________________

Ook bij deze variant geeft de split-level indeling een problemen. Er kan voor gekozen worden om de raden over de hoogte een halve verdieping te laten verspringen. Om dit te kunnen doen zullen de uiteinden van de diagonalen aan de randen doorgetrokken moeten worden naar de vloeren van het andere gebouwdeel. Doordat de raden ook een kruispunt hebben op een halve verdiepingshoogte kan het patroon ook worden doorgezet. Hierdoor ontstaat een patroon dat voor beide zijden gebruikt zal kunnen worden (Figuur 75).

Figuur 75 Verschillende varianten raatligger, aanzicht gevel as-K

Boven geschetste constructie zou kunnen worden uitgevoerd in een variant met stalen buisprofielen of in een prefab betonvariant (zie voorbeeld Atlasgebouw, WUR, Wageningen).


111

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.3.4

Wandligger Een andere mogelijke constructie kan worden gevormd door de wanden die de scheiding vormen tussen de woningen en de parkeergarage. Deze wanden zijn op iedere verdieping aanwezig en zullen dik genoeg moeten zijn om geluidshinder vanuit de parkeergarage te voorkomen. Om te kunnen voldoen aan de eisen van het bouwbesluit zal een dergelijke scheiding een massa moeten hebben van circa 650 kg/m2, wat overeenkomt met een betonnen wanddikte van 250-280 mm. Deze wanddikte zal wellicht voldoende zijn om de wand voor de hoofddraagconstructie te gebruiken. Wanneer een grotere dikte voor de wand, ten behoeve van de sterkte, vereist is zal de dikte aangepast kunnen worden. De wanden bevinden zich echter op één helft van het gebouw, de zijde waar zich ook de woningen bevinden. Op de andere helft van de plattegronden, tussen as 1 en 4, bevinden zich geen wanden. Voor dit gebouwdeel van de parkeergarage zal dus een andere systeem voor de hoofddraagconstructie toegepast moeten worden.

Figuur 76 Variant volle wandligger

De wanden op de stramienen B en 7 zouden over vier verdiepingen als volle wandligger uitgevoerd kunnen worden. In deze wand zullen alleen op de plattegronden van het zevende en negende niveau vluchtdeuren voor de woningen uitgespaard moeten worden. Ook is het de bedoeling dat er tussen de stramienen D en E een vide door het gebouw heen loopt. Nu er op stramien 7 een wand geplaatst wordt zal het effect van de vide verdwijnen. Om dit effect terug te krijgen zal het mogelijk zijn een aantal sparingen in de wand te maken. Hoe groot deze maximaal kunnen worden zal middels een berekening gecontroleerd dienen te worden.

112


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 77 Doorsnede wandligger over de volledige hoogte (as-8)

7.3.5

Profiel van vrije ruimte In de bovengenoemde varianten voor een over de hoogte geïntegreerde hoofddraagconstructie is steeds geprobeerd de constructie in het profiel van vrije ruimte (ruimte die vrij zal moeten blijven om de parkeergarage overzichtelijk te houden) te passen. Een oplossing is wellicht om dit profiel van vrije ruimte door het gebouw te laten verspringen. Hierbij moet bijvoorbeeld gedacht worden aan het laten verspringen van de rijbanen door het gebouw. Op deze manier zou het wellicht mogelijk zijn andere varianten op de hoofddraagconstructie te ontwerpen. Vooral de hoofdliggers die de liggers in de gevels langs het gebouw zullen moeten gaan ondersteunen snijden op sommige punten de rijbanen in het gebouw. Ter plaatse van deze rijbanen zal een ruimte van 6,0 m x 2,0 m als profiel van vrije ruimte vrij moeten blijven. Dit heeft grote gevolgen voor de vorm en de afmetingen van deze hoofdligger. Door de rijbaan aan de vorm van de hoofdligger aan te passen, zal het wellicht mogelijk zijn deze liggers gemakkelijker en materiaal-economischer uit te kunnen voeren.

Figuur 78 Verlopende rijbaan


113

_______________________________Molenwijk______________________________________

Door de aanpassingen op het ontwerp van de architect is het mogelijk dat er een onoverzichtelijke routing door de parkeergarage zal ontstaan. Dit zal de veiligheid in de garage niet ten goede komen. In eerste instantie zal dan ook geprobeerd worden om het profiel van vrije ruimte voor de rijbanen intact te houden en de hoofddraagconstructie hier in te passen. Wanneer achteraf blijkt dat hierdoor de hoofdligger niet voldoende steun zal kunnen geven aan de liggers in de gevel, doordat deze niet stijf genoeg zal kunnen worden uitgevoerd of dat de spanningen in de ligger de rekenwaarde voor de trek- en druksterkte van het materiaal zullen overschrijden, zal gekeken worden naar een dergelijk alternatief.

114


_______________________________Molenwijk______________________________________

7.4

Stabiliteitsconstructie De stabiliteitsconstructie van een gebouw kan worden geschematiseerd als een verend ingeklemde kolom met een buigstijfheid EI, afschuifstijfheid GA en rotatiestijfheid C.

Figuur 79 Model stabiliteits-constructie

Op de stabiliteitsconstructie werkt zowel een horizontale belasting als een verticale belasting. De verticale belasting Fv veroorzaakt een normaalkracht in de doorsnede van de stabiliteitsconstructie. De horizontale windbelasting Qwind veroorzaakt een dwarskracht en een buigend moment in de doorsnede. Het buigend moment wordt nog eens door het tweede-orde effect vergroot. Voor de stijfheidsbeschouwing is met name de horizontaal aangrijpende windbelasting Qwind maatgevend.

7.4.1

Buigstijfheid EI De windbelasting op een gebouw geeft een buigend moment (windmoment) op de stabiliteitsconstructie. Door dit windmoment treden normaalspanningen in de doorsnede van de stabiliteitsconstructie op, met aan de belastingzijde trekspanningen en aan de andere zijde drukspanningen.

7.4.2

Afschuifstijfheid GA Door de windbelasting wordt de stabiliteitsconstructie ook op dwarskracht belast. Dit veroorzaakt een afschuifvervorming in de constructie. De stabiliteitsconstructie zal door deze dwarskracht een horizontale verplaatsing en een hoekverdraaiing ondergaan.


115

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.4.3

Rotatiestijfheid C Door de windbelasting treedt bij de fundering een windmoment op. Omdat de fundering zich nooit als oneindig stijf zal gedragen, zal er een hoekverdraaiing optreden. De rotatiestijfheid van de fundering zal voldoende groot moeten zijn om deze hoekverdraaiing niet te groot te laten worden. Hoe de bovengenoemde factoren met betrekking tot de vervorming van de stabiliteitsconstructie zich ten opzichte van elkaar verhouden, is afhankelijk van de vorm en het materiaal van de stabiliteitsconstructie.

7.4.4

Tweede-orde effect Door de horizontale windbelasting op een gebouw zal de constructie zich in horizontale richting gaan verplaatsen. Dit wordt ook wel de eerste-orde verplaatsing genoemd. De verticale belasting op de constructie komt daardoor excentrisch te staan. Deze excentrische belasting geeft extra buigende momenten in de constructie. De horizontale verplaatsing van de constructie neemt daardoor toe. De excentriciteit van de verticale belasting neemt vervolgens ook weer toe, wat weer een toename van het buigend moment op de constructie tot gevolg heeft. Dit proces gaat door totdat er een evenwichtstoestand is bereikt. Al deze bijkomende verplaatsingen worden het tweedeorde effect genoemd. In het extreme geval, wanneer er geen evenwichtstoestand wordt bereikt, kan dit tweede-orde effect tot bezwijken leiden.

De toename van de eerste-orde verplaatsing door het tweede-orde effect kan in een vergrotingsfactor n/(n-1) worden uitgedrukt. Als n kleiner wordt en tot één nadert, zal de factor n/(n-1) snel toenemen (Figuur 81). Voor n= 1 nemen de verplaatsingen onbeperkt toe en zal de constructie bezwijken. Bij het ontwerpen moet er voor worden gezorgd dat de waarde van n daarom niet te klein wordt. Het getal n is de Eulerse knikveiligheid. Dit is de verhouding tussen de kritieke knikkracht en de rekenwaarde van de belasting die op de stabiliteitsconstructie komt te rusten. De tweede-orde uitbuiging zal in de meeste gavallen enkele procenten van de eersteorde uitbuiging bedragen. Er zijn ook praktijkgevallen waar het tweede-orde aandeel tot wel 20% kan oplopen. Daarom zal het noodzakelijk zijn de constructie op de invloed van een tweede-orde effect te toetsen.

116


_______________________________Molenwijk______________________________________

H * l3 3 EI f f f 1 tweede-orde uitbuiging: Δ = + 2 + 3 + ... = *f n n n n-1 1 n totale uitbuiging: f t = f + *f= *f n-1 n-1 n totale moment: M t = H * 1 + *f*F n-1

eerste-orde uitbuiging: f =

Figuur 80 Eerste en tweede-orde effect

Figuur 81 Verband tussen de factor n en de vergrotingsfactor n / (n-1)


117

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.4.5

Mogelijkheden stabiliteitsconstructie Voor de stabiliteitsconstructie van een gebouw kunnen verschillende vormen worden toegepast. Mogelijke voorbeelden zijn: • Raamwerken; • Schijven; • Kernconstructies; • Kern en/of wanden met overdrachtconstructies; • Gevelbuisconstructies. Voor het door de architect gemaakte ontwerp voor de parkeergebouwen met woonen kantoorruimten in de Molenwijk ligt het voor de hand gebruik te maken van schijvenen/of kernconstructies. Deze zullen verder worden toegelicht.

7.4.5.1

Schijven

Een schijf is een verticaal geplaatst element, dat in zijn vlak een grote buig- en afschuifstijfheid bezit en loodrecht op het vlak slap is. Wanneer de stabiliteit in het gebouw geheel wordt ontleend aan schijven, dan zullen er tenminste drie schijven nodig zijn. Twee in de ene richting en één in de andere richting. De werklijnen van deze schijven mogen niet door één snijpunt gaan, omdat dit snijpunt dan als draaipunt gaat werken, waardoor het gebouw instabiel wordt. Voor de onderlinge koppeling van de schijven worden de vloeren in het gebouw gebruikt. Het gedeelte van de totale horizontale belasting dat door een schijf wordt opgenomen, hangt hoofdzakelijk af van de onderlinge buigstijfheidsverhoudingen van de verschillende schijven en van de inklemmingsgraad per schijf in de fundering. De schijven in het gebouw worden bij voorkeur daar geplaatst, waar zij vanuit constructief oogpunt het meest effectief zijn. Vanuit functioneel en ruimtelijk oogpunt kunnen aanpassingen eventueel noodzakelijk zijn.

7.4.5.2

Betonnen schijven

Schijven in beton worden veelal uitgevoerd als massieve rechthoekige wanden die over de hoogte al dan niet geheel doorlopen. Vanuit functioneel oogpunt kan het noodzakelijk zijn dat de wanden voorzien worden van openingen. Wanneer de verhouding tussen de breedte van de openingen en de breedte van de schijf toeneemt, zal de verplaatsing aan de top van de schijf toenemen (zie Figuur 82).

118


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 82 Invloed wandopening en op de stijfheid van de wand

Wanneer de verhouding tussen de breedte van de openingen en de breedte van de schijf niet al te groot is, zal de invloed op de stijfheid gering zijn (mits de plaats van de openingen goed zijn gekozen; niet aan de randen maar in het midden van de schijf). Naarmate de openingen groter worden, krijgt de afschuifvervorming een grotere invloed op het vervormingsgedrag. Wanneer er zich geen openingen in de wanden bevinden, kan de afschuifstijfheid als oneindig worden beschouwd waardoor de buigvervorming overheerst.

7.4.5.3

Schijven in staal

Bij de uitvoering van schijven in staal worden verbanden gebruikt. De constructie bestaat dan uit kolommen, liggers en toegevoegde diagonalen. Zo ontstaat er een op zijn kant staand vakwerk met kolommen als randstaven. De positie van de verbanden kan nog variëren, afhankelijk van de eisen die vanuit ruimtelijk-functioneel en/of esthetisch oogpunt worden gesteld. Hier valt te denken aan verschillende mogelijkheden die er zijn om doorgangen of raamopeningen te creëren. Schijven in staal zijn goed in staat om het gebouw van de nodige stijfheid te voorzien. Naast de hoge sterkte wordt met minimaal materiaal een hoge stijfheid gecreëerd. Verder is ook de uitvoering eenvoudig omdat scharnierende verbindingen kunnen worden toegepast. Afhankelijk van het materiaalgebruik in de randstaven, wandstaven en diagonalen, zal er een combinatie van buig- en afschuifvervorming in de constructie optreden. De vervorming is namelijk afhankelijk van de rekken die in de afzonderlijke elementen optreden.


119

_______________________________Molenwijk______________________________________

7.4.5.4

Kernconstructie

Bij hoge gebouwen wordt het verticaal verkeer vaak geconcentreerd in een functionele kern. Liften, trappen en schachten kunnen dan door wanden worden omsloten. Deze wanden vormen samen een constructieve kern. Door deze samenstelling is de stijfheid van de constructie groter dan die van de afzonderlijke wanden. De flenzen van een kern kunnen veelal geheel in rekening worden gebracht, omdat de zijdelingse uitwijking door de vloervelden wordt tegengegaan. Het kerngebied moet goed toegankelijk zijn waardoor openingen in de kern noodzakelijk zijn. Ook hier geldt dat een goede positie van de openingen geen grote gevolgen hoeven te hebben op de stijfheid van de constructie. De kern kan zowel in staal als in beton worden uitgevoerd. Afhankelijk van constructieve, esthetische dan wel uitvoeringtechnische criteria kan voor één van beide materialen worden gekozen. Uitvoering in beton is eenvoudig te realiseren en heeft een hoge brandwerendheid. Voor een staalconstructie kan worden gekozen wanneer bijvoorbeeld vanuit esthetisch oogpunt behoefte is aan een transparant ontwerp. Om de brandwerendheid van de staalconstructie te kunnen garanderen zal deze wel moeten worden bewerkt. Voor wat betreft de afdracht van de belastingen op de stabiliteitsconstructies is het zo dat voldoende permanente belasting op de kernen zal moeten rusten om trekspanningen in de fundering en in de stabiliteitsconstructie zelf te voorkomen. Voor een betonnen stabiliteitsconstructie geldt zelfs dat wanneer de trekspanning van het beton overschreden wordt, de stijfheid van deze gescheurde doorsnede circa 30% van de stijfheid van de ongescheurde doorsnede bedraagt. Daarom is het gewenst, zowel vanuit funderingsoverwegingen als stijfheidsoverwegingen, trekspanningen in de stabiliteitsconstructie en op de fundering te vermijden. Om dit te realiseren zal de drukspanning ten gevolge van de permanente belasting dat op de kern rust, groter moeten zijn dan de buigtrekspanning die door de windbelasting en de uitkragende gebouwdelen worden veroorzaakt.

Invloed uitkraging op het vervormingsgedrag van de stabiliteitsconstructie: Door de uitkragende constructie zal een groter oppervlak door de stabiliteitsconstructie gedragen moeten worden, waardoor een groter gewicht op de stabiliteitsconstructie zal komen te rusten. Door dit extra gewicht zullen de normaalkrachten in de doorsnede van de stabiliteitsconstructie toenemen. Naast een groter gewicht, ontstaat vanwege de excentriciteit (e), ook een buigend moment in de stabiliteitsconstructie. Hoe groot dit buigend moment ten opzichte van het totaal buigend moment is, is afhankelijk van het gewicht van de uitkraging, de excentriciteit en de windbelasting op het gebouw. De stabiliteitsconstructie zal dus een voldoende grote buigstijfheid (EI), afschuifstijfheid (GA) en een door de fundering geleverde rotatiestijfheid moeten hebben, om de vervormingen binnen de gestelde grenzen te houden. Door de uitkraging wordt het moment op de stabiliteitsconstructie vergroot waardoor extra vervormingen in het gebouw optreden.

120


_______________________________Molenwijk______________________________________

Het uitkragend moment gaat gepaard met een verplaatsing, door buiging van de stabiliteitsconstructie en een verplaatsing door rotatie van de fundering. Dit betekent ook een extra hoekverdraaiing die bij de buigvervorming bovenin het gebouw het grootst is en ten gevolge van de funderingsrotatie constant over de hoogte is. De positie van de uitkraging in het gebouw bepaalt over welke hoogte het buigend moment op de stabiliteitsconstructie aanwezig is en over welke hoogte het kwispeleffect wordt meegerekend. De totale verplaatsing en hoekverdraaiing van de stabiliteitsconstructie zijn sommaties van: De totale verplaatsing u is een optelsom van de verplaatsingen: u1 = buigvervorming constructie door windbelasting u2 = afschuifvervorming constructie door windbelasting u3 = funderingsrotatie door windmoment u4 = extra buigvervorming door uitkragend moment u5 = extra funderingsrotatie door uitkragend moment De totale hoekverdraaiing is een optelsom van de hoekverdraaiingen: φ 1 = hoekverdraaiing door buiging t.g.v. het windmoment φ 2 = hoekverdraaiing door afschuiving t.g.v. de windbelasting ϕ fundering;1 = hoekverdraaiing door funderingsrotatie t.g.v. het windmoment φ 3 = extra hoekverdraaiing door buiging t.g.v. de uitkraging ϕ fundering;2 = extra hoekverdraaiing door funderingsrotatie t.g.v. de uitkraging

Het gebouw mag onder invloed van de belastingen die op het gebouw aangrijpen geen hinderlijke vervormingen ondergaan, zodat voldoende veiligheid en gebruiksvriendelijkheid is gewaarborgd. De windbelasting en het uitkragende gewicht zorgen voor buigende momenten in de stabiliteitsconstructie, wat voor een belangrijk deel het vervormingsgedrag van het gebouw bepaalt. Hierbij opgemerkt dat deze twee belastingen van elkaar verschillen. Het uitkragende gewicht is een permanent aanwezige belasting die met de tijd niet of nauwelijks in grootte en richting zal variëren. Het uitkragende gewicht kan daardoor als een langeduur-belasting worden beschouwd. De vervorming die hierdoor in het gebouw optreedt, is dan ook een blijvende nagenoeg constante vervorming die vanaf het begin van het gebruik van het gebouw aanwezig is. Bij een betonconstructie zal de vervorming in de tijd onder deze belasting nog toenemen vanwege kruip. De windbelasting op het gebouw is daarentegen een veranderlijke belasting, die met de tijd in grootte en richting zal variëren. Het gaat hier om een korteduur-belasting. De vervormingen die daardoor in het gebouw ontstaan, zijn dan ook niet van blijvende aard en wisselen voortdurend van grootte en richting.


121

_______________________________Molenwijk______________________________________

122


_______________________________Molenwijk______________________________________

8 8.1

Uitwerking constructief ontwerp

Inleiding Om de toepasbaarheid en haalbaarheid van de in hoofdstuk 7 beschreven varianten voor de hoofddraagconstructie te kunnen bepalen, zal in dit hoofdstuk een begin worden gemaakt met het uitwerken van de op de constructie aangrijpende belastingen en de voor de constructie geldende randvoorwaarden. Door het in kaart brengen van deze belastingen en randvoorwaarden kan de respons van de constructie bepaald worden. Deze respons kan getoetst worden aan de geldende normen voor de veiligheid en bruikbaarheid voor de constructie. Rekeninghoudend met de in voorgaande hoofdstukken besproken ontwerpcriteria, zal in dit hoofdstuk het onderzoek naar alternatieven voor een over de hoogte geïntegreerde hoofddraagconstructie voor het parkeergebouw met woonen kantoorruimten centraal staan. De drie belangrijkste criteria waar de constructie in deze ontwerpfase globaal op getoetst zal worden, zijn: • de stijfheid van de constructie, die in staat moet zijn voldoende weerstand te bieden aan vervormingen, die door de maatgevende belastingen op het gebouw aangrijpen; • sterkte van de constructie, die in staat moet zijn de belasting inclusief de van toepassing zijnde veiligheidsfactoren, op te kunnen nemen, zonder dat de constructie vroegtijdig zal bezwijken; • de verticale krachtafdracht van het uitkragende gewicht naar de fundering. Voor de verschillende vormen voor de hoofddraagconstructie zal ook gekeken worden naar de constructie materialen. Hiervoor zal de toepasbaarheid van een constructie in staal, (zeer) hogesterktebeton of voorgespannen beton bekeken worden. Vervolgens zullen de voor- en nadelen van de gebruikte materialen uiteengezet worden. De uiteindelijke keuze voor een constructiemateriaal is niet alleen van de krachtswerking van het materiaal afhankelijk. Er zal ook rekening gehouden moeten worden met de scheiding tussen de verschillende functies in het gebouw. Met name de scheiding tussen het parkeren en het wonen is van groot belang binnen het ontwerp. Hier zullen aanvullende eisen aan de hoofddraagconstructie gesteld kunnen worden. In dit hoofdstuk zal dan ook begonnen worden met het formuleren van criteria die gesteld worden aan een dergelijke scheiding.


123

_______________________________Molenwijk______________________________________

Vervolgens zal voor het gebouw een gewichtsberekening gemaakt worden. Met behulp van de uitkomsten kunnen de rustende belastingen op de draagconstructie worden bepaald. Door nu voor de verschillende constructiematerialen, met behulp van ontwerpformules en computerberekeningen, de afmetingen van de constructieelementen te bepalen, kan de hoofddraagconstructie onder deze belasting getoetst worden. Deze studie zal uitmonden in een aantal mogelijke alternatieven die voldoende haalbaar worden geacht om de veiligheid en gebruiksvriendelijkheid in het parkeergebouw met woonen kantoorruimten met grote uitkragende gebouwdelen te kunnen waarborgen. Als laatst zal ook de stabiliteitsconstructie verder worden uitgewerkt. Hierbij zal de hoofddraagconstructie, zoals deze door de architect ontworpen is voor de parkeergebouwen met woonen kantoorruimten, verder worden getoetst en uitgewerkt.

124


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.2

Criteria scheidingsfunctie draagconstructie De materiaalkeuze voor de hoofddraagconstructie zal niet alleen worden bepaald door de krachtswerking van de constructie, die in hierna volgende paragraven zal worden uitgewerkt, maar zal ook beïnvloed worden door criteria die betrekking hebben op de bruikbaarheid en veiligheid van het gebouw. Met name aan de hoofddraagconstructie die tevens de scheiding tussen de verschillende gebouwfuncties zal moeten verzorgen, zullen specifieke eisen gesteld worden. De opzet van deze paragraaf is niet om op voorhand een keuze voor een constructiemateriaal vast te stellen of uit te sluiten, maar om per criteria de voor- en nadelen van de constructiematerialen weer te geven. In een later stadium zullen deze uitkomsten gebruikt worden voor een keuze voor het toe te passen constructie materiaal. De belangrijkste criteria die van belang zijn voor het ontwerp van de hoofddraagconstructie zijn: • Geluidswering; • Brandwerendheid; • Uitvoering; • Trillingen.

8.2.1

Geluidswering Om overlast van geluid vanuit de parkeergarage naar de woningen en kantoren in het gebouw te vermijden zal gekeken moeten worden naar de eisen die gesteld worden aan de constructie. Met name voor het comfort van de bewoners zal het van belang zijn dat de geluidswerende maatregelen tussen de parkeergarage en de woningen voldoende zijn. Ook voor wat betreft de geluidsoverlast tussen de woningen onderling zullen de geluidswerende maatregelen voldoende moeten zijn. Eisen betreffende luchtgeluidsisolatie, contactgeluidsisolatie en geluidwering van scheidingsconstructies in gebouwen staan beschreven in NEN 5077. In deze norm staat echter het aantal dB genoemd dat door deze constructieonderdelen geabsorbeerd dan wel gereflecteerd zal moeten worden. In de praktijk is het echter gebruikelijk om in eerste instantie voor de scheidingsconstructies een praktische waarde voor het gewicht van de constructie per vierkante meter aan te houden. Wanneer de scheidingsconstructie aan deze waarde voldoet zal het geen probleem zijn om aan de gestelde eisen voor een scheiding van een woonfunctie met een buitenruimte te kunnen voldoen. De eisen die gesteld worden aan de constructie worden onder verdeeld in eisen die betrekking hebben op luchtgeluid en eisen die betrekking hebben op contactgeluid. Verschillende vormen van deze geluiden en te treffen maatregelen zullen hieronder verder worden toegelicht.


125

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.2.1.1

Luchtgeluidsisolatie

In onderstaand figuur staan verschillende vormen van luchtgeluid die op kunnen treden en de maatregelen die getroffen kunnen worden om het doorklinken van luchtgeluid te kunnen voorkomen, afgebeeld.

Figuur 83 Luchtgeluid

De overlast van luchtgeluid kan worden tegengegaan door de constructie voldoende massa te geven. Door deze massa zal het geluid worden geabsorbeerd en zal deze niet doorgegeven kunnen worden aan de aangrenzende ruimten.

8.2.1.2

Contactgeluid

In de woningen utiliteitsbouw is het meestal zo dat de maatregelen die getroffen dienen te worden voor het tegengaan van contactgeluid maatgevend zijn ten opzichte van de maatregelen die getroffen dienen te worden voor het tegengaan van luchtgeluid. Met andere woorden; wanneer voldaan wordt aan de eisen met betrekking tot contactgeluid, zullen geen extra maatregelen getroffen dienen te worden voor de isolatie van luchtgeluid. In onderstaand figuur staan verschillende vormen van contactgeluid die op kunnen treden en de maatregelen die getroffen kunnen worden om het doorklinken van contactgeluid te kunnen voorkomen, afgebeeld.

Figuur 84 Contactgeluid

De verschillende maatregelen die in deze afbeelding worden gegeven zijn onder andere het maken van een “doos in doos” constructie en het scheiden van de constructie. In een “doos in doos” constructie wordt een scheiding tussen de doorgaande constructies van de verschillende ruimten gecreëerd door een dunne constructie. Deze constructie bestaat uit een zwevende vloer, verlaagd plafond en

126


_______________________________Molenwijk______________________________________

voorzetwanden. Om de uiteindelijke geluidsprestaties niet afhankelijk te maken van het al dan niet juist aanbrengen van deze scheidingsconstructies, en om toekomstige risico’s uit te sluiten, wordt er in de praktijk steeds meer voor gekozen om de massa van de constructie te verhogen in plaats van het aanbrengen van een lichte scheidingsconstructie. Verschillende vloerleveranciers houden voor wat betreft het tegen gaan van contactgeluid een gewicht van de constructie aan die groter of gelijk moet zijn aan 800 kg/m2. Hiermee wordt het toepassen van bijvoorbeeld een zwevende dekvloer overbodig (voor detaillering en verdere gegevens van een dergelijke vloer zie Bijlage: D Vloerensystemen) De keuze voor het toe te passen vloersysteem zal afhangen van de maximale belastingen en de daarbij horende maximale vervormingen van de hoofddraagconstructie.

8.2.1.3

Beton versus staal

Uit het voorgaande blijkt dat de beste maatregel tegen het doorklinken van lucht- en contactgeluid is, om voldoende massa aan de constructie te geven. Wanneer de hoofddraagconstructie uitgevoerd wordt in beton zullen geen extra maatregelen getroffen hoeven te worden om aan deze eis te voldoen. Om de op de constructie rustende belastingen op te kunnen nemen zal de wand al voldoende dikte hebben om aan de eis van lucht- en contactgeluid te kunnen voldoen. Voor een in staal uitgevoerde hoofddraagconstructie zullen extra maatregelen getroffen dienen te worden om aan de eisen van lucht- en contactgeluid te kunnen voldoen. De geluidsisolatie van de constructie zal niet door massa, maar door het toepassen van meerdere lagen en een akoestische ontkoppeling tot stand moeten komen. Aan beide zijden van de staalconstructie zullen wanden geplaatst moeten worden, waardoor een systeem ontstaat van een ontkoppelde (spouw) massa (wanden). Wanneer de hoofddraagconstructie voor de woningen ook in een staalvariant zal worden uitgevoerd zal de geluidswerendheid van de constructie volgens het principe van een massa-veersysteem gerealiseerd worden.

Figuur 85 Principe massa-veer systeem

Hierbij worden de wanden (veer) gekoppeld met regelwerk en spouwen (veer). Elk massa-veersysteem wordt gekenmerkt door een zogeheten resonantiefrequentie, een systeemgebonden frequentie waarin het geheel in een oncontroleerbare trilling komt. Boven de resonantiefrequentie levert een massa-veersysteem een hoge geluidsisolatie in vergelijking met de massa op zichzelf. De isolatiewaarde wordt bepaald door de


127

_______________________________Molenwijk______________________________________

veren (koppelingen) tussen de massa’s en de geluidsisolatie in de spouw door isolatie. Bij het massa-veersysteem horen twee belangrijke maatregelen: • beperking van het aantal veren; • ontkoppeling van de bouwdelen onderling (bouwknopen). Voor- en nadelen Beton is voor wat betreft het tegengaan van overlast ten gevolge van lucht- en contactgeluid tussen de verschillende functies in het gebouw in het voordeel. Er hoeven geen extra maatregelen getroffen te worden om aan de gestelde eisen te kunnen voldoen. Een bijkomend voordeel is dat de geluidsisolerende eigenschappen van de constructie niet afhankelijk zijn van de uitvoering. Een staalconstructie is afhankelijk van de koppelingen, wanneer deze niet goed uitgevoerd worden kunnen geluidsbruggen ontstaan waardoor geluidslekken ontstaan. Beton daarentegen zal gewoon massief uitgevoerd worden.

8.2.2

Brandwerendheid Eisen die gesteld worden aan de brandwerendheid van de hoofddraagconstructie staan vermeld in het bouwbesluit. Voor gebouwen tot 70 m geldt als algemene eis dat de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie van een gebouw minimaal 90 minuten moet zijn als een verblijfsgebied hoger ligt dan 5 m boven straatniveau. Wordt er overnacht (wonen, logies, gezondheidszorg e.d.), dan geldt voor gebouwen met een verblijfsgebied hoger dan 13 m de eis dat de hoofddraagconstructie bij brand minimaal 120 minuten in stand moet blijven. De minimaal vereiste tijdsduur kan, met uitzondering van woongebouwen, met 30 minuten worden gereduceerd als de permanente vuurbelasting minder dan 500 MJ/m2 bedraagt (bouwbesluit artikel 2.9/2+4+6). De brandwerendheid met betrekking tot het bezwijken van een bouwdeel is grotendeels afhankelijk van de samenstelling van het bouwdeel en de wijze van belasten van de constructie. De samenstelling van het bouwdeel bepaalt de mate waarin de sterkte van (een doorsnede van) het bouwdeel afneemt bij toenemende temperatuur. Van belang hierbij zijn de: • reductie van de materiaaleigenschappen • vervorming van het bouwdeel. Andere eigenschappen die geen betrekking hebben op de sterkte van de constructie, maar van belang zijn voor de brandveiligheid voor het gebouw, zijn onder andere de maten van brandvoortplanting en rookproductie.

128


_______________________________Molenwijk______________________________________

Het gaat te ver om in dit onderzoek de brandwerendheid geheel te behandelen. Hiervoor zal rekening gehouden moeten worden met de brandbelasting, brandbeveiligingsinstallaties, mogelijke aanwezigheid van sprinklers, brand- en rookcompartimenten, etc, etc. Er zal alleen naar de eisen gekeken worden die gesteld worden aan de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken.

8.2.2.1

Beton versus staal

De minimum eis van 120 min brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de hoofddraagconstructie zal door een betonconstructie zonder problemen behaald kunnen worden. Door de betondekking op de wapening en de hoeveelheid wapening in de wand aan te passen zal het mogelijk zijn om de weerstand tegen brand aan de gestelde eisen te kunnen laten voldoen. Voor een staalconstructie zullen aanvullende maatregelen getroffen dienen te worden om de brandwerendheid van de constructie te verhogen. De meest voor de hand liggende maatregel is om de benodigde scheidingsconstructie die gebruikt zal worden voor de geluidsisolatie tevens te gebruiken voor het beschermen van de staalconstructie tegen brand. Andere maatregelen die getroffen kunnen worden om de brandwerendheid van de staalconstructie te verhogen zijn ondermeer het brandwerend bekleden van de constructie, het toepassen van een bij verhitting opschuimende verf, het vergroten van het eigen gewicht (waardoor het langer zal duren voordat de constructie opwarmt) doormiddel van het vullen van staalprofielen met beton. Voor- en nadelen Ook voor wat betreft de brandwerendheid is een betonconstructie in het voordeel. Hiervoor geldt wederom dat de benodigde dikte voor het opnemen van de optredende belastingen voldoende zal kunnen zijn om aan de gestelde brandwerendheid met betrekking tot bezwijken te kunnen voldoen. Een staalvariant voor de hoofddraagconstructie zal beschermt moeten worden door een apart aan te brengen scheidingsconstructie.

8.2.3

Uitvoering De uitvoering van de constructie kan op verschillende niveaus bekeken worden. In eerste instantie zal gekeken worden naar het verschil in detaillering van de verschillende constructiematerialen. Vervolgens zal de uitvoering van het geheel kort behandeld worden. Hierdoor zullen per constructiemateriaal verschillende voor- en nadelen naar voren komen. Op detailniveau worden de inspanningen bedoeld die gedaan moeten worden om de constructie te laten voldoen aan de gestelde eisen met betrekking tot de geluids- en brandwerendheidseisen. Zoals eerder beschreven zal de daadwerkelijke geluidswering


129

_______________________________Molenwijk______________________________________

van de constructie sterk afhangen van de uitvoering. Beton zal massief uitgevoerd kunnen worden en is daardoor ongevoelig voor uitvoeringsfouten. Voor een staalconstructie zal veel meer aandacht besteed moeten worden aan de uitvoering om geluidlekken te voorkomen. Een zelfde argumentering is te hanteren voor de brandwerendheid van de constructie. Een betonconstructie is massief en daardoor idiot prof. Voor een staalconstructie zullen optredende naden en kieren afgedicht moeten worden met een hoeklijn of met een bij verhitting opschuimend band. Dit om weerstand te kunnen bieden aan branddoorslag en brandoverslag. Een ander punt wat van invloed kan zijn voor de keuze van een constructiemateriaal en te maken heeft met de detaillering van de constructie is de aansluiting van de hoofddraagconstructie op de kernen. Een betonnen hoofddraagconstructie (wand) zal de belastingen verspreid over de hoogte van de ondersteuningsconstructie aan kunnen brengen. Bij een stalen variant voor de hoofddraagconstructie zullen de krachten geconcentreerd ingeleid worden. Door deze geconcentreerde belastingen zullen problemen met de spanningen in het materiaal kunnen ontstaan. Beton is hier wederom in het voordeel. Wanneer naar de uitvoering van de constructie in zijn geheel zal worden gekeken zijn heel andere factoren van belang. Een staalconstructie is licht en zal zodoende gemakkelijk getransporteerd en gemonteerd kunnen worden. Een betonconstructie is veel zwaarder en zal (wanneer in het werk gestort) tijdens de bouw door hulpconstructies ondersteund moeten worden. Voor de uitvoering van het gehele gebouw spelen nog veel meer factoren waarvan de keuze voor een constructiemateriaal af zou kunnen hangen. In een later stadium zal hierop dan ook verder worden ingegaan.

8.2.4

Trillingen Om de bewoners en de gebruikers van het gebouw een gevoel van veiligheid te geven en een voldoende maat van comfort te bieden, zal de constructie onder de variabele belasting niet te veel mogen bewegen. De eisen die gesteld worden met betrekking tot de versnellingen die een vloer mag ondergaan vallen onder de stijfheid van de constructie. Deze staan dan ook omschreven onder de vervormingseisen (subjectieve aspecten, Bijlage: A). Samengevat kan gesteld worden dat wanneer de representatieve waarden van de permanente en momentane belasting tenminste 5 kN/m2 bedraagt, geen maatregelen getroffen dienen te worden met betrekking tot de trillingen van de vloerconstructie. Hierbij wordt verondersteld dat de vloer voldoende eigengewicht heeft en voldoende belast wordt zodat de eigenfrequentie van de constructie niet in de buurt van de belastingsfrequentie zal komen te liggen.

130


_______________________________Molenwijk______________________________________

Hierdoor zullen voor de bewoners voelbare trillingen van de constructie kunnen worden voorkomen. Deze eigenschappen zullen minder van belang zijn voor de scheiding van de verschillende gebouwfuncties, maar meer van belang zijn voor het uitkragende gebouwdeel. Aangenomen wordt dat er geen problemen zullen ontstaan met de eigenfrequentie van de constructie. Het geheel zal voldoende eigen gewicht hebben om niet in trilling gebracht te kunnen worden door de variabele belastingen.

8.2.5

Conclusie Zoals in de inleiding van deze paragraaf al werd opgemerkt zal de uiteindelijke keuze voor het toe te passen constructiemateriaal niet voor alle gebouwdelen dezelfde zijn en zal ook niet voor alle constructie elementen even voor de hand liggen. Er zal eerst naar de krachtswerking van de constructie gekeken moeten worden en naar de benodigde afmetingen van de constructie elementen. Doel van deze paragraaf is dat deze criteria in een later stadium gehanteerd zullen kunnen worden voor het maken van een keuze voor een materiaal, maar dat deze tijdens het ontwerpproces in het achterhoofd gehouden zullen kunnen worden. Een uiteindelijke keuze voor de materialisatie van de hoofddraagconstructie zal tot stand komen na het bekijken van de voor- en nadelen van de verschillende criteria. Bij deze afweging zullen ook nog factoren als: uiterlijk, montage, bouwsnelheid, hulpconstructies, afwerking, detaillering, etc, etc, meegenomen kunnen worden.


131

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.3

Ontwerpberekening hoofddraagconstructie In deze paragraaf zal een begin worden gemaakt met de opsomming van de op de constructie aangrijpende belastingen en de voor de constructie geldende uitgangspunten. In dit hoofdstuk zal het gehele ontwerp van de constructie opgedeeld worden in drie gebouwdelen. Dit om de uitwerking van de constructie overzichtelijk te houden. In deze paragraaf zal dan ook begonnen worden met het maken van een beschrijving van deze gebouwdelen.

8.3.1

Gebouwdelen Om het onderzoek naar de hoofddraagconstructie te kunnen structureren zal het gebouw in verschillende delen worden opgedeeld. Dit zal worden gedaan omdat voor deze verschillende gebouwdelen verschillende eisen gesteld worden aan de hoofddraagconstructie. De volgende gebouwdelen zullen worden onderzocht: • draagconstructie as 1; • draagconstructie as B en 7; • draagconstructie as J en 7.

Figuur 86 Indeling gebouwdelen

Zo zal er aan de hoofddraagconstructie op as 1 naast de sterkte- en doorbuigingseisen geen aanvullende eisen gelden. Voor de andere gebouwhelft zal dit wel het geval zijn. Hier zal de draagconstructie ook een scheidende functie kunnen hebben, waardoor er andere eisen gesteld zullen kunnen worden. Ook voor dit deel van het gebouw zal een scheiding aangenomen kunnen worden.

132


_______________________________Molenwijk______________________________________

De kernen waarnaar de belastingen afgedragen zullen moeten worden liggen voor het linker deel (draagconstructie as B en 7) van de constructie veel verder weg dan voor het rechter deel (draagconstructie as J en 7) van de constructie. Hierdoor zal er een andere krachtswerking in dit deel van de hoofddraagconstructie ontstaan. Aan de rechter zijde van het gebouw bevinden zich weer veel meer woningen, waardoor de eisen met betrekking tot de geluidswering en de brandwerendheid van de constructie extra zwaar zullen zijn. Per gebouwdeel zal gekeken worden naar de op de hoofddraagconstructie rustende belastingen. Aan de hand van deze belastingen zal de respons van de constructie kunnen worden bepaald.

8.3.2

Uitgangspunten voor de berekening Op dit werk zijn van toepassing: • NEN 6702 - TGB 1990 - Belastingen en vervormingen • NEN 6720 - TGB 1990 - Voorschriften Beton (VBC 1990) • NEN 6740 - TGB 1990 - Geotechniek • NEN 6770 - TGB 1990 - Staalconstructies • Veiligheidsklasse 3 De aangehouden representatieve belastingen zijn: Dakvloer: eigen gewicht (TT-450)

3,45 kN/m

2

Afwerkvloer

1,00 kN/m

2

installaties + leidingen

0,40 kN/m

2

permanente belasting pg=

4,85 kN/m

2

extreme veranderlijke belasting

pqe =

1,00

kN/m

2

momentane veranderlijke belasting (ψ = 0)

pqm =

0,00

kN/m

2

Verdiepingsvloeren: Woon- en kantoorvloeren:

Parkeergarage: eigen gewicht (TT-450)

3,45 kN/m

2

eigen gewicht (appartementvloer 260mm) 5,05 kN/m

2

Afwerkvloer

1,00 kN/m

2

afwerkvloer

1,00 kN/m

2

installaties+ leidingen

0,40 kN/m

2

scheidingswanden

0,80 kN/m

2

plafond + leidingen

0,40 kN/m

2


7,25 kN/m

2


4,85 kN/m

2


133

_______________________________Molenwijk______________________________________

Parkeergarage Extreme veranderlijke belasting

pqe =

2,00 kN/m

2

Woning 1,75 kN/m

Kantoor 2

1,40 kN/m2

0,70 kN/m2

Extreme veranderlijke belasting

pqe =

5,00 kN/m

2

Momentane veranderlijke belasting (ψ = 0,25)

pqm = 1,25 kN/m

2

Momentane veranderlijke belasting pqm =

2,50 kN/m

2

1,25 kN/m2

Begane-grondvloer: eigen gewicht (250mm)

6,00 kN/m

2

afwerking

1,00 kN/m

2


7,00 kN/m

2

Of de gevel geheel open zal blijven of dat deze dicht zal worden gezet is nog niet bekend. Wel is het noodzakelijk om voor de auto’s een doorrijbeveiliging aan te brengen. Hiervoor zal een lijnlast in rekening gebracht worden van 1,5 kN/m1.

134


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4

Hoofddraagconstructie as 1 De grootste overspanning in het gebouw wordt gemaakt door de constructie op as 1. Deze draagconstructie zal opgelegd moeten worden op hoofdliggers die de belastingen naar de achterliggende kernen over zullen brengen. De draagconstructie op as 1 zal slechts op een beperkt aantal plaatsen ondersteund kunnen worden. Dit omdat de plattegrond toegankelijk zal moeten blijven voor de rondrijdende automobilisten. In eerste instantie zal dan ook onderzocht worden of de draagconstructie door twee hoofdliggers op de assen B en J ondersteund kunnen worden. Vervolgens zal gekeken worden of het mogelijk is om een deel van de belasting naar de middelste kern af te kunnen dragen (as F). Door dit extra steunpunt zal de constructie op as 1 een statisch onbepaalde constructie worden. Ook zal er onderzoek gedaan worden naar de materialisatie van de draagconstructie. Hiervoor zal onderzoek gedaan worden naar een hoofddraagconstructie uitgevoerd in staal en in beton. Met name de toepassing van een (zeer) hogesterktebetonsoort zal hier bekeken worden.

Figuur 87 Plattegrond gebouwdeel as 1

8.4.1

Schematisering De overspanning van de parkeervloer zal zonder al te veel problemen in een keer gemaakt kunnen worden. De constructie op as 1 zal dus de helft van de belasting vanuit de parkeervloer moeten kunnen dragen. Deze belastingen zullen afgedragen moeten worden naar de achterliggende kernen. Deze ondersteunende hoofdliggers zullen zonder beperkingen toegepast kunnen worden op de assen B en J. Wanneer een extra dragen voor de constructie op as 1 wenselijk is zal deze op as F toegepast kunnen worden. Deze zal niet zonder problemen opgenomen kunnen worden in het ontwerp van de architect.


135

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 88 Hoofddraagconstructie en ondersteuningsliggers as 1

8.4.2

Ligger op twee steunpunten In Figuur 88 staan de kernen en de liggers voor de hoofddraagconstructie afgebeeld. De hoofddraagconstructie in de gevel op as 1 zal ondersteund worden door liggers op de assen B en J. Op deze plaatsen kunnen de ondersteuningen voor de ligger in de gevel vrij geplaatst worden. In eerste instantie zal dus gekeken worden naar de mogelijkheid om de ligger op twee steunpunten uit te voeren. Later zal de mogelijkheid om een steunpunt op as F toe te voegen, worden uitgewerkt.

Figuur 89 Aanzicht gevel as 1

Figuur 90 Schematisering ligger as-1

136


_______________________________Molenwijk______________________________________

De ligger kan worden geschematiseerd zoals weergegeven in Figuur 90. De puntlasten komen voort uit de belasting die ontstaat vanuit de onderliggende verdiepingen die aan de hoofddraagconstructie in de gevel op as 1 zullen worden opgehangen. Voor het bepalen van de belastingen zal onderscheid gemaakt moeten worden in het permanente en het variabele gedeelte van de belasting. Dit om de doorbuiging ten gevolge van beide belastingen te kunnen bepalen en op die manier de bijkomende en uiteindelijke doorbuiging te kunnen bepalen. Met name de bijkomende doorbuiging is van groot belang voor het bepalen van de toepasbaarheid van de constructie. Om een indruk te krijgen van de benodigde constructie zal door middel van een handberekening de doorbuiging voor een ligger op twee steunpunten bepaald worden. Hiervoor zal eerst de belasting per verdieping en het eigen gewicht van de liggerconstructie bepaald worden. Hiervoor geldt: Eigen gewicht ligger (geschat)

kN/m1

15

Totaal permanente belasting per verdieping qpb;rep =

4,85 x

16,625

/ 2 =

40,3 kN/m

1

Totaal veranderlijke belasting per verdieping qe;rep =

1,40 x

16,625

/ 2 =

11,6 kN/m

1

Voor één verdieping zal de extreme belasting zonder momentaan factor aangehouden worden: Totaal veranderlijke belasting per verdieping qe;rep =

2,00 x

16,625

/ 2 =

16,6 kN/m

1

De totale verdeelde belasting op de ligger ((voor 5 verdiepingen en het dak (ψ =0 en geen lijnlast op het dak)) komt hiermee op: Totaal permanente belasting qpb;rep =

40,3

x

6

+

1,5

x

Totaal veranderlijke belasting qe;rep =

11,6

x

4

+

16,6

5

+

15

=

264

kN/m

1

=

63

kN/m

1

De puntlasten kunnen als volgt worden bepaald: Fpb;rep =

(4,85

x

16,625

/

2

Fe;rep =

1,40

x

16,625

/

2

+

1,5)

x

7,8

=

326

kN

per verdieping

x

2

=

652

kN

x

7,8

=

91

kN

per verdieping

x

2

=

182

kN

Aan de hand van deze belastingen en de “vergeet me nietjes” kan een schatting gemaakt worden van het benodigde kwadratisch oppervlaktemoment (traagheidsmoment, I) van de ligger. Hiervoor zal de eis met betrekking tot de doorbuiging van de constructie wel bekend moeten zijn.

Figuur 91 Vergeet-me-nietjes


137

_______________________________Molenwijk______________________________________

Minimum eisen die gesteld worden aan de bijkomende- en uiteindelijke doorbuiging staan vermeld in NEN 6702 art. 10.1 (zie ook: Bijlage: A, Vervormingseisen) Aan de bijkomende en uiteindelijke doorbuiging worden de volgende eisen gesteld:

ubij = 0, 003∗ lrep

ueind = 0, 004 ∗ lrep

Dit komt voor de ligger op as 1 overeen met:

ubij = 62400 ∗ 0, 003 = 187 mm

ueind = 62400 ∗ 0, 004= 250 mm

Onder de ligger op as 1 bevinden zich geen andere constructieve elementen die deze vervorming door zouden moeten kunnen maken en waardoor schade aan de constructie zou kunnen ontstaan. Hierbij moet nog worden opgemerkt dat het deel van de uiteindelijke doorbuiging dat door de permanente belasting veroorzaakt wordt, veelal gecompenseerd wordt door een zeeg aan de constructie te geven. Hierdoor zal aangenomen kunnen worden dat de verticale verplaatsing van de ligger, na de montage van de vloeren en het aanbrengen van de afwerklaag, gelijk aan nul zal zijn. Voor het bepalen van de doorbuiging van de ligger zal dus onderscheid gemaakt worden in het deel van de doorbuiging dat door de permanente belasting wordt veroorzaakt en het deel van de doorbuiging dat door de veranderlijke belasting wordt veroorzaakt. Aan de hand van de beide doorbuigingen zal een schatting van het benodigde traagheidsmoment (I) van de ligger gemaakt kunnen worden. Heirbij moet worden opgemerkt dat het deel van de verdeelde belasting ten gevolge van het eigen gewicht (qeg;rep= 264 kN/m1) veel groter is dan het variabele deel van de belasting (qe;rep= 63 kN/m1). Om deze reden zal gecontroleerd dienen te worden of de berekende waarde voor het traagheidsmoment van de ligger uit de bijkomende doorbuiging ook voldoende is om de doorbuiging ten gevolge van de permanente belasting binnen acceptabele grenzen te kunnen laten vallen.

138


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.3

Staalvariant Om een beeld van de benodigde profielafmetingen te krijgen zal begonnen worden met het uitwerken van de staalvariant voor dit deel van de constructie. In eerste instantie zal een globale impressie verkregen worden door het maken van een handberekening. Deze uitkomsten zullen aan de hand van een computerberekening gecontroleerd worden.

8.4.3.1

Handberekening

De invloed van de puntlasten ten opzichte van de gelijkmatig verdeelde belasting op de ligger is zo gering, dat deze voor een eerste aanzet buiten beschouwing gelaten zal worden. Of deze aanname correct is zal later aan de hand van een controleberekening met een computerprogramma gecontroleerd worden. Voor de bijkomende doorbuiging geldt:

ubij = 187 mm = I benodigd =

5 63 * 62400 4 * 384 2,1*105 * I benodigd

5 63 * 624004 * 384 187 * 2,1*105

I benodigd = 0,317*1012 mm 4 Met deze waarde voor Ibenodigd komt de doorbuiging ten gevolge van de permanente belasting neer op:

5 264 * 624004 * 384 2,1*105 * 0,317*1012 = 784 mm

u p.b = u p.b

Deze doorbuiging ten gevolge van de rustende permanente belasting zal voor een deel door middel van het aanbrengen van een zeeg aan de constructie gecompenseerd kunnen worden. Desalniettemin is deze doorbuiging te groot. Het benodigde traagheidsmoment zal dus bepaald worden aan de hand van de totale doorbuiging.

utotaal

5 (63+264) * 62400 4 = 250 mm = * 384 2,1*105 * I benodigd

I benodigd =

5 (63+264) * 62400 4 * 384 250 * 2,1*105

I benodigd = 1,230*1012 mm 4


139

_______________________________Molenwijk______________________________________

Opgemerkt dient te worden dat bij de bepaling van Ibenodigd , met behulp van de grens die gesteld is aan de bijkomende doorbuiging, gebruik is gemaakt van een veranderlijke belasting op de parkeervloeren van 1,4 kN/m2. Deze waarde komt overeen met de belasting die door één auto wordt veroorzaakt. De norm gaat er hierbij echter wel vanuit dat de gehele parkeervloer, dus ook de rijbanen, de ruimtes tussen de auto’s en tussen de kolommen en de parkeervakken, vol belast zullen worden. Dit zal echter niet het geval zijn en de bijkomende doorbuiging zal daardoor lager uitvallen. Hiermee zal echter in de berekening geen rekening gehouden worden, ook om de doorbuiging ten gevolge van de permanente belasting niet groter te laten worden. In bovenstaande berekening is er van uit gegaan dat de doorbuiging voor de ligger maatgevend is. Door het optredende moment in de constructie te bepalen en het hiervoor benodigde staaloppervlak te bepalen zal gecontroleerd kunnen worden of de sterkte van de constructie maatgevend is. Het oppervlak voor de profielen kan bepaald worden aan de hand van het optredende moment in de ligger, in combinatie met de hoogte van de ligger en de maximale staalspanning.

q d = (1,2 * 264 + 1,5 * 63) = 411,3 kN/m1 M d;max = A=

1 * 411,3 * 62,42 = 200188 kN/m1 8

M σ*h

h = 10,2 m σ = 355 N/mm 2

A = 55285 mm 2 Er zijn een aantal ‘standaard’ profielen die hiervoor toegepast kunnen worden, een voorbeeld is:

HD-Profiel 400 x 463 ⇒

A = 58950 mm 2 I = 180162 * 10 4 mm 4 g = 472 kg/m1

Een standaard buisprofiel is niet meer toereikend voor een dergelijk groot moment. Wel zou er een profiel voor dit project vervaardigd kunnen worden. Een voorbeeld hiervan zou kunnen zijn:

Buisprofiel (CHS) 650 x 30 ⇒ A = 58433 mm 2 I = 281430 * 10 4 mm 4 g = 459 kg/m1

140


_______________________________Molenwijk______________________________________

Met behulp van de regel van Steiner kan het traagheidsmoment voor de ligger bepaald worden:

1 π (d uit 2 - d in 2 ) 4 1 I profiel = π (d uit 4 - d in 4 ) 64 h-d 2 Iligger = 2 (I profiel + A ( ) ) 2 Iligger HD 400 x 463 = 2,814*1012 > I benodigd (1,230*1012 ) A=

Iligger CHS 650 x 30 = 2,670*1012 > I benodigd (1,230*1012 )

Uit bovenstaande berekening is af te leiden dat niet de doorbuiging van de constructie, maar de sterkte maatgevend is. De doorbuiging ten gevolge van de rustende permanente belasting en de bijkomende doorbuiging ten gevolge van de variabele belasting, komen voor de profielen op:

Voor de HD-Profielen ur .b = 88 mm

Voor de CHS ur .b = 93 mm

ubij = 21 mm << 187 mm

ubij = 22 mm

Als laatst zal nog gekeken worden naar de door de diagonalen op te nemen dwarskracht:

Vd;max = 18954 kN Vd sin α N d = 2373 kN Nd =

α = 53°

Beide bovengenoemde profielen, uitgevoerd in een staalsoort van 355 N/mm2, hebben een onvoldoende groot staaloppervlak om deze normaalkracht op te kunnen nemen. Het verschil is echter zo klein dat er voorlopig vanuit wordt gegaan dat deze profielen toegepast kunnen worden.


141

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.3.2

Controle berekening

Door bovenstaande belastingen samen met de, aan de hand van de handberekening gevonden, staalprofielen in het computerprogramma GSA (General Structural Analysis) in te voeren, kan op een snelle manier een controle van bovenstaande uitkomsten worden verkregen. Door het programma de zakkingen en de spanningen in het staal te laten berekenen kan gecontroleerd worden of deze aan de gestelde eisen voldoen. Voor de invoer in GSA is in eerste instantie uitgegaan van een vakwerkligger met de HD-porfielen. Deze zijn samen met de belastingen ingevoerd in GSA. Voor het bepalen van de doorbuiging en de sterkte van het vakwerk zijn in het programma ook de door de norm voorgeschreven belastingscombinaties aangemaakt. Door een uitdraai te maken van de zakkingen en de optredende spanningen in de constructie kan de handberekening gecontroleerd worden.

Figuur 92 Vakwerkligger as 1 geschematiseerd constructie naar GSA-model Uitkomsten GSA umax t.g.v. r.b. =

50

mm

umax t.g.v. v.b. =

15

mm

umax totaal =

70

mm

σ max (trek) =

318

N/mm

2

σmax (druk) =

327

N/mm

2

Opvallend aan de uitkomsten van GSA ten opzichte van de handberekening is dat de optredende doorbuigingen kleiner zijn. Dit verschil in doorbuiging ontstaat door het invoeren van de opleggingen in GSA. In het computermodel worden ter plaatsen van de opleggingen zowel de onder- als de bovenrand van de vakwerkligger als scharnierende ondersteuning geschematiseerd. Voor de handberekening zal alleen de onderrand van de vakwerkligger ondersteund worden waardoor de bovenrand vrij zal kunnen vervormen. In werkelijkheid zal de vakwerkligger zowel aan de bovenzijde als aan de onderzijde opgelegd worden. Wanneer in het computermodel de scharnierende opleggingen op de bovenrand worden verwijderd zal de optredende doorbuiging meer overeen komen met de handberekening. Omdat in de handberekening ook de puntlasten ten gevolgen van de aanhangende parkeerlagen en het uitkragende deel van de ligger niet mee genomen zijn zal verder worden gewerkt met de uitkomsten van GSA.

142


_______________________________Molenwijk______________________________________

De optredende maximale spanningen in het vakwerk staan afgebeeld in onderstaande figuur. Hieruit blijkt ook dat de, met de hand berekende maximale spanning van 355 N/mm2 niet zullen optreden. De spanningen worden niet groter dan 327 N/mm2. Deze waarden voor de maximale spanningen worden alleen gevonden in de diagonalen naast de opleggingen. De overige elementen in het vakwerk worden beduidend minder zwaar belast (Figuur 93).

Figuur 93 Spanningsverloop vakwerkligger as-1

Omdat de elementen in de vakwerkligger niet allemaal gelijkmatig belast zullen worden zal er in de praktijk voor gekozen worden om de afmetingen in de vakwerkligger te laten verlopen. Op deze manier wordt het staal ingezet daar waar het nodig is en kan er economischer met het materiaal ontworpen worden. Wanneer de stalen vakwerkligger de meest geschikte variant blijkt te zijn zal deze geoptimaliseerd worden. In eerste instantie zal worden uitgegaan van eenzelfde profielafmeting voor de verschillende elementen.

Opmerking Voor de invoer van de vakwerkligger in GSA is de ligger zodanig geschematiseerd dat deze op vier plaatsen scharnierend zal worden opgelegd (Figuur 94). Deze oplegging zal door de ondersteuningsliggers naar de kernen gerealiseerd dienen te worden. Of de aangenomen schematisatie van de vakwerkligger juist is zal sterk afhangen van deze liggers en de uitvoering van het vloersysteem. Wanneer voor de vakwerkligger wordt uitgegaan van een ligger op twee scharnierende opleggingen zullen de vervormingen en de spanningen in de vakwerkligger verder toenemen.

Figuur 94 Schematisering vakwerkligger as-1


143

_______________________________Molenwijk______________________________________

Knikcontrole De spanningen in de elementen zullen de maximale staalspanning niet overschrijden. Voor de toepasbaarheid van de liggers zal het echter ook noodzakelijk zijn om deze op stabiliteit te toetsen. Voor de toetsing van de stabiliteit geeft de NEN 6770 art.12.1 de toetsingsprocedure voor op druk belaste staven.

N c;s;d ωy;buc N c;u;d waarin:

N c;s;d

≤ 1

ωz;buc N c;u;d

≤ 1

N c;s;d is de rekenwaarde van de drukkracht ten gevolge van de N c;u;d

ωy;buc ωz;buc

belasting; is de rekenwaarde van de druknormaalkracht met betrekking tot de capaciteit in de uiterste grenstoestand; zijn de knikfactoren voor knikinstabiliteit om de y-as respectievelijk de z-as, afhankelijk van de relatieve slankheid.

Voor de bepaling van ωbuc is het nodig de relatieve slankheid (λrel) van de ligger te bepalen. Voor de relatieve slankheid geldt:

N pl;d

λ y;rel =

Fy;E

=

λy λe

met: Fy;E =

π2 E d I y

λe = π

waarin:

l y;buc

2

Ed f y;d

λy = iy =

l y;buc iy Iy A

Fy;E

is de Euler-knikkracht met betrekking tot de y-as;

λy

is de slankheid van een staaf met betrekking tot knik om de y-as;

λe

is de slankheid van een staaf waarbij de knikspanning volgens Euler juist gelijk is aan f y;d ;

144

l y;buc

is de kniklengte van een staaf met betrekking tot de y-as;

iy

is de oppervlaktemomentarm met betrekking tot de y-as;

Iy

is het axiaal kwadratisch oppervlaktemoment om de y-as;

A

is de oppervlakte van de doorsnede.


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor grootheden met de index z geldt het voorgaande, mits hierin de index y door de index z wordt vervangen. De elementen in het vakwerk die het zwaarst op druk worden belast zijn de onderste randstaven net naast de opleggingen van de ligger (Figuur 95, gebied 1). De spanningen in de overige staven zijn beduidend lager. In onderstaande tabel zijn voor de verschillende gebieden de maximaal optredende drukkrachten in de elementen weergegeven.

Figuur 95 Drukspanningen in de ligger Gebied

Nc;s;d max (kN)

1

15150

2

12570

3

6370

Voor de kniklengte van de verschillende elementen zal in eerste instantie de systeemlengte worden aangehouden. Wanneer deze lengte te groot blijkt te zijn zal het, met name voor de diagonalen, mogelijk zijn de kniklengte te verkorten door de staaf te koppelen aan de achterliggende vloeren. Bovenstaande gegevens betrokken op de constructie geven voor de randstaven de volgende uitkomsten:

Profiel HD 400x463

A = 58950 mm 2

λ y;d = 355 N/mm 2

i y = 175 mm

I y = 180162 *104 mm 4

i z = 107 mm

I z = 67035 *104 mm 4

N c;u;d = 20927 kN N c;s;d = 15150 kN Randstaven

lsys = l buc = 7800 mm

2,1*105 = 76,41 355 7800 44,57 λy = = 44,57 λ y;rel = = 0,583 175 76, 41 7800 72, 90 λz = = 72,90 λ z;rel = = 0,954 107 76, 41 λe = π


145

_______________________________Molenwijk______________________________________

Tabel 23 (NEN 6770) gewalste I-profielen h/b ≤ 1,2; t ≤ 40mm ⇒ y-y instabiliteitskromme B ⇒ z-z instabiliteitskromme C Tabel 24 (NEN 6770) ⇒ ωy;buc = 0,847 ωz;buc = 0,568 15150 = 0,85 ≤ 1 voldoet 0,847 * 20927 15150 z-as ⇒ = 1,27 ≤ 1 voldoet niet 0,568 * 20927 y-as ⇒

Uit bovenstaande knikberekening is af te leiden dat het gekozen HD-profiel knikinstabiel is om de zwakke as. Door het profiel in de zwakke richting te steunen zal de kniklengte gehalveerd worden en zal het profiel niet meer gevoelig zijn voor knikinstabiliteit. Het profiel zal halverwege dus aan de achterliggende vloerconstructie gekoppeld dienen te worden. Ook de wandstaven zullen op knikinstabiliteit getoetst dienen te worden. Deze wandstaven zullen minder zwaar belast worden dan de hiervoor berekende randstaven, maar de kniklengte van de staven is wel aanzienlijk groter. Voor de wandstaven geldt:

N c;s;d = 12570 kN Wandstaven

lsys = lbuc = 12840 mm

λ e = 76,41 12840 = 73,37 175 12840 λz = = 120,00 107

λy =

73, 37 = 0,960 76, 41 120, 00 = = 1,570 76, 41

λ y;rel = λ z;rel

Tabel 24 (NEN 6770) ⇒ ωy;buc = 0,624 ωz;buc = 0,289 12570 = 0,96 ≤ 1 voldoet 0,624 * 20927 12570 z-as ⇒ = 2,11 ≤ 1 voldoet niet 0,285 * 20927 y-as ⇒

146


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de wandstaven geldt ook dat de zwakke as knikinstabiel is. Het profiel zal in de richting van de zwakke as ook weer gekoppeld kunnen worden aan de achterliggende vloerconstructies, waardoor de kniklengte circa drie keer zo klein zal worden. Voor bovenstaande berekeningen is uitgegaan van een HD-profiel. Of dit type profiel ook daadwerkelijk zal worden toegepast of dat er voor een koker- of buisprofiel zal worden gekozen is onder meer afhankelijk van de aansluiting met de achterliggende vloerconstructie (H-vorm gunstiger dan een CHS). Ook zal de profielkeuze af kunnen hangen van de hoeveelheid onderhoud die een bepaalde vorm vraagt. Te denken valt hierbij aan het tegen corrosie te behandelen staaloppervlak en de mogelijkheid tot ophoping van vuil en water in het profiel (CHS gunstiger dan een H-vorm).


147

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.3.3

Conclusie staalvariant

Uit bovenstaande berekeningen valt af te leiden dat voor de hoofddraagconstructie op as 1, uitgevoerd als een vakwerkligger op twee steunpunten niet de buigstijfheid van de ligger, maar de sterkte maatgevend is. Het zal voor de buigstijfheid van de ligger dus niet noodzakelijk zijn om de hoogte van de ligger aan te passen. Wel is het zo dat voor het uiterlijk en de uitvoering van het gehele gebouw het gemakkelijker zal zijn de bovenste verdieping ook voor de hoogte van de ligger toe te passen. Wat betreft het uiterlijk van het gebouw zal een strakker geheel ontstaan en wat de uitvoering betreft hoeft voor de bovenste verdieping geen andere bouwmethode te worden toegepast. Wel zal door het aanpassen van de hoogte van de ligger de hoek van de diagonalen veranderen, waardoor de verhouding tussen de verticale en horizontale component van de ontbondene ongunstiger zal zijn. Ook zal, wanneer dit deel van de constructie in een staalvariant zal worden uitgevoerd, het voor de hand liggen de vorm van het vakwerk aan te passen. Voor een stalen vakwerkligger zal het gunstiger zijn de vorm zodanig aan te passen dat de langste elementen op trek en de kortste elementen op druk worden belast.

Figuur 96 Ideale vorm vakwerkligger staalvariant

Door deze vorm voor de vakwerkligger toe te passen zullen de vervormingen van de ligger en de trekspanningen in de elementen enigszins toenemen. De drukspanningen in de elementen zullen daarentegen kleiner worden. Een ander belangrijk punt voor het verder uitwerken van deze staalvariant is de schematisatie van de vakwerkligger. Deze zal sterk afhangen van de aansluiting van de ligger met de achterliggende vloer. In een later stadium zal dit verder worden uitgewerkt.

148


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.4

Betonvariant In de bovenstaande berekening is uitgegaan van een staalconstructie als draagconstructie op as 1. Dit is gedaan om aan de hand van een eenvoudige berekening een indicatie te kunnen geven van de te verwachte profieldoorsneden en de in de verschillende doorsneden optredende spanningen. Wanneer in een later stadium blijkt dat dit deel van de hoofddraagconstructie daadwerkelijk in staal zal worden uitgevoerd, zal de constructie aan de hand van verdere controleberekeningen uitgewerkt dienen te worden. Om een uitspraak te kunnen doen over de meest geschikte constructievariant voor de hoofddraagconstructie, zal in deze paragraaf ook onderzoek gedaan worden naar een betonvariant voor de ligger in as 1. Met behulp van de uitgevoerde literatuurstudie naar (zeer) hogesterktebeton kunnen deze eigenschappen voor de verschillende betonsoorten worden toegepast. Op deze manier kan gekeken worden naar de in de constructie optredende doorbuigingen en spanningen in het materiaal. Voor de optredende trekspanningen zal gekeken moeten worden in welke mate deze door middel van voorspanstaal “weggespannen” kunnen worden, zodanig dat de resulterende trekspanningen de opneembare trekspanningen van het beton niet zullen overschrijden.

8.4.4.1

Eigenschappen

Om een snelle vergelijking tussen de verschillende constructies te kunnen maken, zullen de constructies ingevoerd worden in GSA. Hiervoor zullen de eigenschappen van de verschillende typen hogesterktebeton ingevoerd moeten worden. Deze zijn terug te vinden in Bijlage: E (Hogesterktebeton). De eigenschappen voor het maken van een ontwerpberekening zullen hier worden samengevat. Voor het bepalen van de druksterkte van het beton stelt NEN 6720 in Artikel 6.1.1:

f 'b =

f' 0,72 f 'ck = brep γm γm

γ m = 1, 2

Waarbij de verschillende karakteristieke kubusdruksterkten proefondervindelijk vastgesteld zijn. Ook de rekenwaarde voor de treksterkte en de waarde van de elasticiteitsmodulus zijn proefondervindelijk vast komen te staan (Tabel 1). Typen Ductal

®

f 'ck

f 'brep

f 'b

fb

E'b 50000

200

144

120

-

Contec Secutes S9

183

132

110

-

-

BSI

180

130

108

8

65000

CRC (6% vezels)

140

101

84

-

64000

Tabel 1 Eigenschappen ZHSB


149

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.4.2

Voorspanning

De drukspanningen, die door een (zeer) hogesterktebeton kunnen worden opgenomen, zijn erg groot in vergelijking met een “traditionele”betonsoort. Ook de door het beton op te nemen trekspanningen zijn groter. Echter zijn deze nog altijd vele male kleiner dan de door het beton op te kunnen nemen drukkrachten. Een betonnen variant voor de ligger op as 1 zal daarom alleen uitgevoerd kunnen worden wanneer de op trek belaste elementen voorgespannen zullen worden. Om een beeld te kunnen vormen van de in een element aan te brengen voorspankracht zal gekeken worden naar enkele typen voorspansystemen. In Bijlage: B (voorspanning) zijn de verschillende type voorspansystemen (VMA, VZA en voorspanning met voorgerekt staal) onderzocht en is gekeken naar de mogelijkheden om deze voorspankrachten in te leiding.

8.4.4.3

Conclusie voorspansystemen

Voor dit specifieke ontwerp zal het voor de hand liggen om gebruik te maken van nagerekt staal. In de fabriek zullen in de elementen kanalen ingestort worden waardoor in het werk de voorspankabels doorgevoerd kunnen worden. Hierdoor zal het mogelijk zijn om de constructie in kleinere elementen te fabriceren en deze op de bouwplaats te monteren en tegen elkaar aan te spannen. Een ander voordeel van dit type voorspanning is dat de voorspankracht per bouwfase kan variëren. De voorspanstrengen kunnen in het werk nog nagespannen worden. Wanneer de uiteindelijke voorspankracht op de strengen is aangebracht kunnen de kanalen worden geïnjecteerd. Wanneer een systeem wordt toegepast waarbij men gebruik maakt van voorgerekt voorspanstaal zal deze wapening op het werk niet doorgekoppeld kunnen worden. De elementen zullen in hun geheel (tussen spanbanken) in de fabriek geproduceerd moeten worden. Vervolgens zullen de elementen in hun totale lengte naar het werk getransporteerd moeten worden. Hierdoor zal dit systeem voor deze toepassing niet bruikbaar zijn. Overigens moet nog worden opgemerkt dat voor de verdere toepassing van de voorspansystemen in eerste instantie gebruik zal worden gemaakt van ontwerpberekeningen. Zo zal er nog geen rekening gehouden worden met voorspanverliezen (beperkt bij centrische voorspanning) en zullen de randafstanden voor de verankeringsystemen van toepassing zijn op een door de fabrikant geleverde betonkwaliteit B45.

150


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.4.4

Vakwerkligger

Voor de eerder in staal berekende vakwerkligger zal gekeken worden wat de spanningen in de elementen en de doorbuiging van het vakwerk zullen zijn wanneer deze in beton uitgevoerd zal worden. Aan de hand van deze uitkomsten kan onderzocht worden wat de benodigde voorspanning zal moeten zijn en welk voorspansysteem hiervoor het meest geschikt is. Onder dezelfde belastingen zoals toegepast voor de stalen vakwerkligger, zullen de volgende spanningen en vervormingen optreden in een betonnen vakwerk:

σ max

vervorming (mm) Profiel

r.b.

v.b.

totaal

druk

trek

300x300

104

32

141

200

206

350x350

77

23

104

152

154

400x400

59

18

81

122

120

Tabel 2 Vervormingen en maximale spanningen betonnen vakwerkligger

De in Tabel 2 genoemde maximaal optredende spanningen komen slechts in een aantal elementen voor. De overige elementen worden minder zwaar belast. Dit geldt zowel voor de stalen als voor de betonnen variant. Wanneer de stalen variant verder zal worden uitgewerkt zal het een mogelijkheid zijn om het staaloppervlak van de profielen aan de spanningen aan te passen. Voor een betonnen vakwerk zal het mogelijk zijn om de voorspanning in de elementen aan de spanningen aan te passen. Om een beeld te krijgen van de op te nemen spanningen en de hiervoor aan te brengen hoeveelheid voorspanstaal zullen de spanningen in de elementen verder worden toegelicht. Dit wordt ook gedaan om de haalbaarheid van deze variant te onderzoeken. In Figuur 97 staan de op trek en druk belaste elementen afgebeeld. Opgemerkt moet nog worden dat deze spanningen optreden wanneer de constructie vol belast wordt door het eigen gewicht van de constructie en de in rekening te brengen variabele belasting op de constructie. Het zal dus mogelijk zijn dat voor andere belastingscombinaties andere spanningen optreden. Deze belastingscombinaties en de hierbij behorende spanningen zullen gehanteerd worden wanneer een variant verder zal worden uitgewerkt. Voor deze fase (ontwerpfase) zal uitgegaan worden van de in Tabel 3 afgebeelde belastingen.


151

_______________________________Molenwijk______________________________________

27

23

3

2

185

141

112

9

200

153

122

10

35

28

14

70

54

15

65

16 17

400x400

400x400

33

350x350

350x350

1

300x300

300x300

Figuur 97 Op druk en trek belaste elementen

42

33

27

4

31

24

19

5

104

78

61

24

6

103

78

61

43

7

43

33

26

49

38

8

55

40

35

75

56

44

12

100

78

64

80

61

48

13

75

57

45

23

133

100

78

18

70

53

42

25

40

30

23

19

100

78

64

26

23

18

14

21

35

27

22

28

145

105

85

22

180

135

105

31

15

12

9

24

86

65

50

33

46

37

30

27

83

62

48

35

32

24

19

29

206

154

120

Elementen

Drukstaven

Elementen

Trekstaven

37

30

23

18

30

36

28

23

39

49

39

33

34

36

28

23

41

16

12

10

36

30

22

17

38

48

37

30

Tabel 3 Optredende spanningen elementen

152


_______________________________Molenwijk______________________________________

Om een keuze voor de profieldoorsnede te kunnen maken zal het van belang zijn om te weten wat de maximaal in te leiden voorspankracht zal zijn. Door deze kracht vast te stellen kan gekeken worden of in de betondoorsnede de benodigde ruimte voor de verschillende omhullingsbuizen en de aan te houden afstand tussen deze buizen beschikbaar is. Ook zal voor de verankering van de verschillende systemen rekening gehouden moeten worden met de benodigde ruimte. Deze zal maatgevend kunnen zijn voor de te hanteren betondoorsneden. De benodigde werkvoorspankracht die door het voorspanstaal geleverd zal moeten worden om de spanningen in de doorsnede op de maximale trekspanning van het beton te krijgen kan als volgt bepaald worden: σmax - fb 300x300 ⇒ 200 - 8 = 192 N/mm2 x 3002 = 17280 kN 350x350 ⇒ 153 - 8 = 145 N/mm2 x 350 2 = 17763 kN 400x400 ⇒ 122 - 8 = 114 N/mm2 x 4002 = 18240 kN

Het hiervoor benodigde staaloppervlak wordt dan: 300x300 ⇒

17280*103 = 12800 mm2 1350

350x350 ⇒

17763*103 = 13158 mm2 1350

18240*103 = 13511 mm2 1350 In bovenstaande berekening is te zien dat voor de verschillende betondoorsneden de toe te passen voorspankracht en daarmee de toe te passen hoeveelheid voorspanstaal ongeveer gelijk is. 400x400 ⇒

Uit de in Bijlage: B opgenomen voorspansystemen blijkt echter dat de mogelijkheid tot voorspannen van deze zwaar belaste elementen niet wordt bepaald door de benodigde hoeveelheid voorspanstaal, maar door de verankering van deze systemen. De benodigde ruimte voor het verankeren van de voorspankabels en –strengen en de te hanteren randen tussenafstanden voor de voorspansystemen zijn maatgevend voor de hoeveelheid voorspanstaal die per element toegepast zal kunnen worden. Hierdoor zal het doorgaans niet mogelijk zijn om meer dan één voorspanstreng of voorspankabel toe te passen.


153

_______________________________Molenwijk______________________________________

Rekening houdend met de minimaal benodigde randafstand zijn de volgende krachten in te leiden:

Systemen

min. randafstand

min. hoh afstand

ankers (mm)

ankers (mm)

diameter (mm)

σpi

(N/mm2)

As (mm2)

Fpi (kN)

BBR CONA (strengen)

185

275

12 x ∅ 15,7

1350

2323

3136

Dywidag (strengen)

210

380

12 x ∅ 15,7

1350

2323

3136

Dywidag (staven)

110

180

4 x ∅ 26,5

895

2206

1974

Tabel 4 Verschillende toe te passen voorspansystemen

(Opmerking Tabel 4: Rand- en hart-op-hart afstanden verankeringssystemen gelden voor een betonkwaliteit B45. Voor een hogere betonsterkteklasse kan een handberekening gemaakt worden voor de optredende spanningen achter het anker. Hierdoor zullen de bovenstaande afstanden zoals deze door de fabrikant gegeven zijn mogelijk verkleind kunnen worden. De fabrikant (spanstaal) geeft hier echter geen waarden voor en deze zullen aan de hand van berekeningen en proeven bepaald moeten worden) Uit Tabel 4 is af te lezen dat, rekening houdend met de minimum randafstand, de maximaal in te leiden voorspankracht 3136 kN bedraagt. Deze kracht komt voort uit de vermenigvuldiging van het staaloppervlak met de maximale spanning in het voorspanstaal. Fpi =A p * σpi FeP 1860

⎛1 ⎞ A p = 12* ⎜ * π *15, 7 2 ⎟ = 2323 mm 2 ⎝4 ⎠

→ σpi = 1350 N/mm 2

Deze kracht is de maximale kracht die door een streng met twaalf draden geleverd zal kunnen worden. Nadeel is dat er maar één streng toegepast kan worden voor de betondoorsnede omdat de minimaal toe te passen hart op hart afstanden en randafstanden voor de ankers te groot zijn voor de betondoorsnede. Alleen voor de staven is het mogelijk om meerdere systemen in een doorsnede in te passen. Deze hebben gezamenlijk ongeveer een even groot staaloppervlak als de strengen. Echter is de staalkwaliteit van de staven beduidend lager dan die van de strengen waardoor de in te leiden voorspankracht veel lager zal zijn. Voor de maximaal op trekbelasten elementen in de vakwerkligger zal het dus niet mogelijk zijn om de trekspanningen in de betondoorsnede weg te spannen. De maximaal in te brengen drukspanning door de voorspanwapening bedraagt nu: σ' =

3136*103 4002

= 19,6 N/mm2

Het grootste deel van de elementen wordt door een grotere trekkracht belast dan deze maximaal in te brengen drukkracht.

154


_______________________________Molenwijk______________________________________

Verzwaringen De in het element in te leiden drukkracht wordt beperkt door het oppervlak dat nodig is voor de verankering van het voorspansysteem. Wanneer slechts gebruik zal kunnen worden gemaakt van de doorsnede van het betonelement zal slechts één voorspansysteem kunnen worden toegepast. Wanneer een groter oppervlak beschikbaar is zal het dus mogelijk zijn een groter aantal voorspanelementen toe te passen. Het verzwaren van de doorsnede van de elementen in het vakwerk zal geen uitkomst bieden. Door dit grotere oppervlak zullen ook de drukspanningen die door de voorspanning in de doorsnede gebracht zal worden weer verder afnemen (zie ook voorgaande berekening elementen 300-350-400 mm). Wanneer de elementen ter plaatsen van de verankeringen verzwaard zullen worden zal het wellicht wel een mogelijkheid zijn om meer voorspanelementen in één beton element toe te kunnen passen. Op deze manier zullen de verankeringen over een groter oppervlak gespreid kunnen worden.

Figuur 98 Verzwaarde stroken verankering voorspansystemen

Het aantal toe te passen voorspanelementen zal dan niet meer beperkt worden door de ruimte die nodig is voor de verankeringen, maar door de uitwendige diameters van de voorspansystemen in combinatie met de tussen- en randafstanden van de voorspanelementen. Voor de dekking op de omhullingbuizen en de afstand tussen deze buizen kan als vuistregel worden aangenomen dat deze maten gelijk zijn aan de diameter van de omhullingbuizen.

C = ∅k = tussenafstand

Figuur 99 Dekking en tussenafstanden voorspansysteem

Voor het bepalen van de maximaal toe te passen diameter voor de omhullingbuis kan de doorsnede door vijf gedeeld worden. Hiermee komt de diameter voor de omhullingbuizen op 400/5= 80mm. Voor deze maat komen twee varianten in aanmerking.


155

_______________________________Molenwijk______________________________________

type

aantal strengen

anker

diameter

Ap (4 strengen)

Fpw

h.o.h

randafstand

7.06

7

72

5421

7318

210

155

12.06

12

87

9292

12544

275

185

7.06 ⇒ σ' = 12.06 ⇒ σ' =

7318*103 4002

= 45,7 N/mm2

12544*103 4002

= 78,4 N/mm2

afmetingen anker = 520 x 520 afmetingen anker = 645 x 645

Wanneer deze spanningen vergeleken worden met de optredende spanningen in Tabel 3 is te zien dat bijna alle elementen met deze voorspanning uitgevoerd kunnen worden om zodoende de optredende trekspanningen weg te spannen. Alleen de spanningen in de diagonalen naast de opleggingen zullen nog niet voldoen. Deze zullen iets zwaarder uitgevoerd dienen te worden, waardoor de optredende spanningen af zullen nemen. Ook zullen enkele elementen met twee voorspanstrengen uitgevoerd kunnen worden. De te leveren drukspanningen en de afmetingen van de ankerplaten worden dan: 7.06 ⇒ σ' = 12.06 ⇒ σ' =

7318*103 / 2 400

2

= 22,9 N/mm2

12544*103 / 2 4002

= 39,2 N/mm2

afmetingen anker = 520 x 310 afmetingen anker = 645 x 370

Vervormingen vakwerkligger Het voordeel van een voorgespannen betonconstructie ten opzichte van een gewapende betonconstructie is dat de constructie in het gebruiksstadium ongescheurd blijft, en als gevolg daarvan minder zal vervormen. Voor een gewapende betonconstructie zal veel meer wapening nodig zijn om de scheurwijdte te beperken. Of dit het geval is voor de op trek belaste elementen zal nog moeten worden gecontroleerd. Wanneer dit niet het geval zal zijn zal de elasticiteitsmodule van het beton aangepast dienen te worden. De uitkomsten voor de doorbuiging zoals afgebeeld in Tabel 2 zijn voor een ongescheurde betondoorsnede. Er zal dus gecontroleerd moeten worden of deze aanname juist is en of de waarde voor de elasticiteitsmodule aangepast zal moeten worden.

156


_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie Een vakwerkligger in zijn geheel uitgevoerd als een betonconstructie zal alleen gerealiseerd kunnen worden wanneer de bovenen onderrand van de ligger verzwaard worden uitgevoerd. Hierdoor zal het mogelijk zijn om voor de op trek belaste elementen voldoende voorspanwapening te verankeren. Op deze manier zullen alle elementen uitgevoerd kunnen worden in een vierkante doorsnede van 400 mm. Alleen voor de twee diagonalen net naast de opleggingen aan de binnenzijde van het gebouw zal het noodzakelijk zijn deze in een verzwaarde doorsnede uit te voeren. Wanneer deze echter in een vierkante doorsnede van 450 mm worden uitgevoerd, zijn de spanningen al dusdanig gedaald dat deze wel voorgespannen kunnen worden. Door een verzwaarde bovenen onderrand toe te passen zullen de spanningen in deze elementen verder afnemen. De spanningen in de diagonalen en verticalen van de vakwerkligger zullen nagenoeg ongewijzigd blijven. Wel zal het eigengewicht door de verzwaarde bovenen onderrand verder toenemen. Belangrijk voor een betonnen variant voor de hoofddraagconstructie is de detaillering van het geheel. In de ontwerpberekeningen is rekening gehouden met een vierkante doorsneden. Wanneer deze variant verder uitgewerkt zal worden zal wellicht blijken dat het voor de detaillering makkelijker zal zijn om een rechthoekige doorsnede te hanteren. Ook zal moeten blijken of het voor de gehele vakwerkligger noodzakelijk is om een hogesterktebetonsoort toe te passen, of dat dit voor enkele elementen of knopen toegepast zal kunnen worden. Ook zal de aansluiting van de verschillende elementen in het vakwerk verder onderzocht moeten worden. In deze knooppunten zullen de verschillende trek- en drukkrachten ingeleid moeten worden. Voor het verder uitwerken van de voorspanning in de elementen zal nog goed gekeken moeten worden naar de verschillende belastingscombinaties die op kunnen treden. In eerste instantie is er nu vanuit gegaan dat alle verdiepingen vol door de variabele belasting belast zullen worden. Wanneer dit niet het geval is zullen er andere spanningen in de elementen ontstaan. Ook voor de betonvariant van een vakwerkligger geldt dat wanneer deze uitgevoerd zal worden gekeken zal moeten worden naar de ideale vorm van de ligger. Door de diagonalen zo te plaatsen dat deze op druk zullen worden belast zal het voor een betonnen variant makelijker zijn de krachten op te kunnen nemen en zal het aantal elementen dat voorgespannen zal moeten worden verder afnemen (Figuur 100). Wel blijft het probleem met de detaillering van de aansluitingen van een dergelijk vakwerk.


157

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 100 Aanzicht en spanningen ideale vorm vakwerkligger betonvariant

158


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.4.5

Raatligger

De hiervoor uitgewerkte vakwerkligger heeft een beperkt aantal constructie elementen. Hierdoor zullen de krachten in de elementen groter zijn dan wanneer de belastingen door een groter aantal elementen opgenomen zal kunnen worden. Om de spanningen in de elementen te reduceren zal een raatligger wellicht uitkomst kunnen bieden voor de betonvariant voor de hoofddraagconstructie op as-1.

Figuur 101 Gevelaanzicht as 1

Wanneer de achterliggende vloerconstructie zodanig wordt uitgevoerd dat alleen in de knooppunten de belasting aan de hoofddraagconstructie zal kunnen worden overgedragen, zullen de betonelementen alleen op normaalkracht worden belast. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door in de vloer vloerliggers op te nemen en deze op de knooppunten op te leggen. Hierdoor zal er geen buiging in de elementen optreden. Voor een eerste ontwerp zal worden uitgegaan van de situatie waarbij de ligger in as 1 op twee punten zal worden opgelegd (zie Figuur 88, as B en J). De betonnen raatligger zal geschematiseerd kunnen worden als een ligger op twee steunpunten met daarop de belasting zoals afgebeeld in Figuur 90.


159

_______________________________Molenwijk______________________________________

Invoer van de constructie samen met de op de constructie aangrijpende belasting geeft in GSA de volgende uitkomsten:

Figuur 102 Invoer constructie raatligger (GSA)

Figuur 103 Vervorming raatligger

σ max

vervorming (mm) Profiel

r.b.

v.b.

totaal

druk

trek

300x300

57

17

74

110

109

350x350

42

13

54

84

82

400x400

32

10

41

67

64

Tabel 5 Vervormingen en maximale spanningen betonnen raatligger

De maximaal optredende spanningen in de raatligger zijn een stuk minder groot dan de maximale spanningen in de vakwerkligger. Ook voor deze constructie geldt weer dat deze maximale spanningen slechts in een beperkt aantal elementen van de constructie zullen ontstaan. In Tabel 7 zijn de optredende trekspanningen in de verschillende elementen weergegeven.

Figuur 104 Op druk en trek belaste elementen

160


300x300

350x350

400x400

300x300

350x350

400x400

_______________________________Molenwijk______________________________________

2

21

17

15

87

75

59

48

3

90

69

56

89

45

35

28

5

55

45

38

91

35

29

25

7

17

13

11

92

23

19

16

9

28

23

19

93

23

19

16

14

7

6

5

94

30

28

24

16

60

50

43

96

40

31

25

18

101

77

62

98

82

64

52

19

27

22

18

100

60

45

36

22

11

8

7

101

14

11

10

25

97

75

60

103

5

4

3

27

31

24

20

104

7

5

4

29

36

28

23

107

94

74

60

Elementen

Drukstaven

Elementen

Drukstaven

31

13

11

10

109

54

41

33

34

12

9

8

111

51

40

32

36

30

25

21

112

23

19

16

38

113

87

70

113

45

37

31

41

13

11

9

114

42

34

29

43

22

18

15

115

25

21

19

44

64

50

40

116

53

42

35

46

82

63

50

118

49

37

29

48

33

26

22

120

90

71

57

50

9

7

6

123

8

6

5

53

14

11

9

126

5

4

3

55

43

33

26

127

17

14

12

57

76

58

46

128

103

79

64

59

58

45

37

129

28

21

17

60

18

15

12

134

29

22

18

62

2

1

1

135

120

92

74

63

11

8

7

136

21

17

15

66

57

43

35

138

25

20

17

68

82

62

49

139

26

20

16

70

38

29

23

144

38

29

23

72

16

13

11

145

26

21

17

73

8

8

7

150

13

10

8

75

37

29

23

151

29

22

18

77

72

54

43

152

35

26

21

79

62

48

38

153

28

21

16

82

13

10

8

160

37

28

22

84

16

13

11

161

73

55

43

85

62

47

37

162

76

57

45

163

44

33

24

Tabel 6 Op druk belaste elementen


161

300x300

350x350

400x400

300x300

350x350

400x400

_______________________________Molenwijk______________________________________

1

7

5

4

80

72

55

44

4

83

66

54

81

22

18

15

6

52

39

31

83

13

10

8

8

56

44

36

86

107

83

67

10

46

36

30

88

31

25

20

11

44

35

29

90

33

27

22

12

30

24

20

95

26

22

18

13

60

46

36

97

36

28

24

15

74

56

44

99

107

83

66

17

115

90

73

102

11

8

7

20

9

7

5

105

22

18

15

Elementen

Trekstaven

Elementen

Trekstaven

21

4

3

3

106

96

74

60

23

14

11

10

108

64

52

44

24

55

42

34

110

17

13

10

26

71

56

46

117

20

15

12

28

40

31

25

119

60

49

42

30

50

39

32

121

99

76

61 17

32

20

17

14

122

25

20

33

40

31

25

124

10

8

6

35

56

52

34

125

5

4

3

37

100

78

63

130

42

32

25

39

76

58

45

131

74

55

43

40

17

14

12

132

75

56

44

42

14

10

8

133

43

32

25

45

69

53

42

137

10

8

8

47

93

71

56

140

28

21

16

49

50

38

30

141

30

23

18

51

13

11

9

142

23

18

14

52

21

16

13

143

13

10

8

54

41

31

25

146

11

10

9

56

70

53

42

147

10

9

9

58

59

45

36

148

30

24

19

61

11

8

7

149

40

30

24

64

18

15

13

154

29

22

13 20

65

60

46

37

155

30

24

67

79

60

48

156

11

9

8

69

42

32

25

157

17

14

12

71

23

18

14

158

115

88

71

74

23

18

15

159

33

25

20

76

48

38

31

164

25

19

16

78

86

65

51

165

108

84

67

166

19

16

13

Tabel 7 Op trek belaste elementen

162


_______________________________Molenwijk______________________________________

Verzwaringen Ook voor deze variant op de betonnen draagconstructie voor de ligger op as 1 geldt dat er maar een beperkt aantal voorspanelementen per betonelement kan worden toegepast. Voor deze variant zal het dan ook noodzakelijk zijn om de constructie ter plaatse van de verankeringen te verzwaren. Hiervoor kunnen de bovenen onderrand van de ligger verzwaard worden of zal per verdieping de horizontale ligger extra zwaar uitgevoerd kunnen worden. Wanneer alleen de bovenen onderrand verzwaard zullen worden uitgevoerd zal het niet mogelijk zijn om de voorspanning tussentijds te verankeren en zullen de elementen voorgespannen dienen te worden doormiddel van nagerekt voorspanstaal. Wanneer de horizontale liggers per verdieping zullen worden verzwaard, zal het mogelijk zijn deze in de elementen op te kunnen nemen. Hierdoor zal het mogelijk zijn om deze elementen voor te spannen doormiddel van voorgerekt voorspanstaal. Voordeel van het voorspannen van de korte diagonalen tussen de verdiepingen is dat hierdoor per element de gewenste spanning aangebracht zal kunnen worden. Nadeel is dat voor ieder element de voorspanning verankerd zal moeten worden. Deze oplossing zal te duur zijn en er zal daarom vanuit worden gegaan dat alleen de bovenen onderrand verzwaard zullen worden.


163

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.5

Samenvatting hoofddraagconstructie gevel as 1 Voor de hoofddraagconstructie op as 1 zijn de volgende varianten bekeken: • stalen vakwerkligger; • betonnen vakwerkligger; • betonnen raatligger. Voor een betonvariant valt te concluderen dat de rekenwaarde voor de druksterkte van het beton voor een (zeer) hogesterktebeton dusdanig groot is dat deze de optredende drukkrachten op zou kunnen nemen. Relatief gezien is de rekenwaarde voor de treksterkte van een (zeer) hogesterktebeton ten opzichten van een “gewone betonsoort” ook erg groot. Absoluut gezien is de rekenwaarde voor de treksterkte van een (zeer) hogesterktebeton nog altijd aan de lage kant. De op trekbelaste elementen zullen daardoor dusdanig zwaar voorgespannen dienen te worden dat er problemen zullen ontstaan met de verankering (inleiding) van deze voorspankrachten. Ook wanneer de spanningen in de elementen van de ligger beperkt zullen worden door het aantal elementen in de ligger te vergroten (raatligger) zal de constructie voorgespannen moeten worden. Verbindingen Voor beide in beton bekeken varianten geldt dat de detaillering (knopen) van de constructie de nodige problemen zal geven. Wanneer de trekspanningen in de elementen al door voorspanning weggespannen kunnen worden zullen deze grote krachten ter plaatse van de knooppunten nog ingeleid moeten worden. De krachten zullen vanuit de voorspanwapening ingeleid moeten worden in de op druk belaste elementen. Hiervoor zal veel bijlegwapening nodig zijn met de nodige overdrachtslengte. Prefabricage De vraag is of voor de bovengeschetste situatie een geprefabriceerde betonconstructie in aanmerking komt of dat de verbindingen alleen in het werk te maken zijn. Constructies in (zeer) hogesterktebeton wordt niet in het werk uitgevoerd. Dit omdat het fabricage- en verhardingsproces dan onvoldoende gunstig zullen zijn. Daar in tegen zal een staalconstructie wel zonder problemen geprefabriceerd en gemonteerd kunnen worden.

Wanneer voor een staalvariant voor de hoofddraagconstructie zal worden gekozen zullen de problemen met de koppelingen van de elementen en het inleiden van de krachten in deze elementen beduidend minder groot zijn. In staal zullen de verbindingen tussen de elementen “eenvoudig” tot stand kunnen komen door lassen of bouten. Ook wat betreft de uitvoering zal een staalvariant voor de hoofddraagconstructie op as 1 de voorkeur hebben. Deze zal in zijn geheel of in delen op de grond gemonteerd kunnen worden en doormiddel van kranen ingehesen kunnen worden. Voor een dergelijke bouwmethode zijn slechts een beperkte hoeveelheid hulp-

164


_______________________________Molenwijk______________________________________

en ondersteuningsconstructies nodig. De uitvoering van een betonvariant voor de hoofddraagconstructie op as 1 zal minder eenvoudig zijn. Wanneer de koppelingen tussen de elementen in het werk gemaakt zullen moeten worden (in het werk gestort beton), zal de gehele draagkracht van de constructie aan een hulpconstructie ontleend moeten worden. Ook zal het voorspannen (naspannen) van de elementen de nodige ruimte in beslag nemen. In de randvoorwaarden is gesteld dat er in dit onderzoek geen kostenvergelijk zal worden gemaakt tussen de verschillende uitkomsten voor de hoofddraagconstructie. Toch zal er vanuit kunnen worden gegaan dat door de benodigde voorspanning voor een betonvariant de kosten voor deze voorspanningen en de verankering hiervan dusdanig veel hoger zullen zijn dan een staalvariant.

Conclusie Bovenstaande criteria in acht nemend, kan geconcludeerd worden dat een betonvariant voor de hoofddraagconstructie op as 1 geen haalbare oplossing zal kunnen bieden. Een stalen vakwerkligger zal verreweg de meest geschikte oplossing bieden.


165

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.6

Hoofdliggers Nu de belastingen op de constructie in de gevel op as 1 bekend zijn, kan gekeken worden naar de liggers die deze constructie zullen moeten ondersteunen. Deze hoofdliggers, op as B en J, zullen de belasting naar de achterliggende kernen over moeten brengen. Deze kernen verspringen ten opzichte van elkaar, waardoor de liggers verschillende lengtes hebben. Door dit verschil in lengte zullen ook de stijfheden van de liggers verschillen. Voor de oplegging ter plaatse van as B zal een korte ligger vanuit de kern naar de gevel gemaakt kunnen worden (Figuur 106). De kracht F zal worden ontbonden in een horizontale drukkracht en een diagonale trekkracht. De ligger heeft een hoogte die gelijk is aan de ligger op as 1. Wanneer nodig zal de hoogte aangepast kunnen worden om hiermee de hoek van de diagonaal te beïnvloeden.

Figuur 105 Over de hoogte van het gebouw verlopende (rechter) kern

Figuur 106 Schematisering ligger as B

166


_______________________________Molenwijk______________________________________

De ligger op as J zal op eenzelfde manier afgebeeld en geschematiseerd worden. In onderstaande figuren is dit weergegeven.

Figuur 107 Over de hoogte van het gebouw verlopende (linker) kern

Figuur 108 Twee verschillende varianten voor de schematisering ligger as J

De woningen op de bovengelegen verdiepingen in de kern zijn groter dan de ondergelegen kern. Voor de woningen zal dus een constructie tussen de draagconstructie op as 1 en de kern gemaakt moeten worden. Er wordt van uitgegaan dat de belastingen uit deze twee woningen relatief klein zullen zijn en dat dit geen problemen zal geven. Voor de ligger zelf kan er voor gekozen worden om één diagonaal toe te passen of om de afstand te overbruggen door twee diagonalen. De ligger op as 1 wordt aan de kant van de hoofdligger op as B zwaarder belast. Hier zullen nog twee verdiepingen onder het gebouw aan de hoofddraagconstructie worden opgehangen. De in de elementen optredende krachten zijn voor deze hoofdligger dan ook het grootst en zullen maatgevend zijn voor het bepalen van de benodigde doorsneden.


167

_______________________________Molenwijk______________________________________

De belasting vanuit de ligger op as 1 op de twee boven geschetste liggers bedraagt: Ligger as B

Ligger as J

Knoop 10

Knoop 21

Knoop 2

Knoop 13

Fr.b;rep =

1424

10900

1097

9760

Fq;rep =

391

3088

297

2761

Fd =

2295

17710

1761

15850

In bovenstaande tabel zijn de reactiekrachten vanuit de vakwerkligger op as 1 weergegeven. Deze belastingen zullen door de ondersteuningsliggers opgenomen moeten worden en in de achterliggende kernen moeten worden ingeleid. Opgemerkt dient te worden dat de ligger op as B iets zwaarder wordt belast. Dit komt door de aan de linkerzijde van het gebouw aanhangende verdiepingen (verdieping 2 en 4). Het bepalen van de benodigde profieldoorsneden zal niet meer aan de hand van een handberekening gedaan worden, maar de gegevens zullen direct in GSA worden ingevoerd. Met name de vervormingen aan het uiteinde van de liggers en de maximale staalspanningen zijn hierbij weer van belang. Wel is het zo dat de eisen met betrekking tot de doorbuiging aan het uiteinde van de ligger strenger zullen zijn. Dit omdat de ligger een oplegging voor de ligger op as 1 zal vormen.

168


_______________________________Molenwijk______________________________________

GSA Invoer van de constructie samen met de bovenstaande belasting in het rekenprogramma GSA laat zien dat de spanningen in de constructie van ligger B maatgevend zijn ten opzichte van de constructie voor de ligger J. De staalspanningen in de constructie worden zo groot dat het gekozen HD-profiel, zoals deze is toegepast voor de vakwerkligger op as 1, verzwaard zal moeten worden. Door de profielen te verzwaren naar een HD 400x592-profiel zal de vloeigrens van het staal niet overschreden worden. Door deze aanpassing zal de doorbuiging van de constructie nihil worden.

Figuur 109 Staalspanningen ligger B

σ max

vervorming (mm) r.b.

v.b.

totaal

druk

trek

Ligger as-B

17

5

22

342

291

Ligger as-J

24

7

31

303

297

Ook voor de op druk belaste elementen in deze constructie zal een knikberekening worden uitgevoerd.

Profiel HD 400x592

A = 75490 mm 2

λ y;d = 355 N/mm 2

i y = 182 mm

I y = 250161 *104 mm 4

i z = 109mm

I z = 90172 *104 mm 4

N c;u;d = 26799 kN N c;s;d = 17710 kN Randstaven

lsys = l buc = 10200 mm


169

_______________________________Molenwijk______________________________________

λ e = 76,41 10200 = 56,04 182 10200 λz = = 93,58 109 λy =

56, 04 = 0,733 76, 41 93, 58 = = 1,225 76, 41

λ y;rel = λ z;rel

Tabel 24 (NEN 6770) ⇒ ωy;buc = 0,760 ωz;buc = 0,420 17710 = 0,87 ≤ 1 voldoet 0,760 * 26799 17710 z-as ⇒ = 1,57 ≤ 1 voldoet niet 0,420 * 26799 y-as ⇒

Ook voor deze op drukbelaste wandstaaf geldt dat de knikbelasting voor de zwakke as te groot is. Door de staaf om de zwakke as te koppelen aan de achterliggende vloerconstructie, zal de kniklengte gereduceerd kunnen worden en zal de staaf de belasting op kunnen nemen.

Conclusie Ook voor de liggers die de vakwerkligger op as 1 zullen moeten dragen is het geen probleem deze in een staalconstructie uit te voeren. De staalprofielen voor de liggers zullen iets zwaarder worden dan de profielen in de vakwerkligger, maar de spanningen en de doorbuiging in de liggers zijn goed te controleren. Wel is het zo dat in bovenstaande berekening geen rekening is gehouden met mogelijke optredende instabiliteitsverschijnselen zoals knik (globaal berekend), kip of plooi. Hierdoor is het mogelijk dat de profielen zwaarder uit kunnen vallen. Of dit het geval is zal aan de hand van een controleberekening moeten blijken. Een dergelijke controleberekening zal in een volgend hoofdstuk worden uitgevoerd. Ook zullen dan de nodige details uitgewerkt en doorgerekend moeten worden.

170


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.4.7

Ligger op meerdere steunpunten Voor bovenstaande berekening van de hoofddraagconstructie op as 1 is uitgegaan van een statisch bepaald systeem van een ligger op twee steunpunten. Omdat de ligger over een voldoende groot traagheidsmoment beschikt zullen er geen extra maatregelen getroffen hoeven te worden om de doorbuiging binnen de gestelde grenzen te houden. Voor de doorbuiging zal het dan ook niet noodzakelijk zijn om een extra steunpunt of meerdere steunpunten voor de ligger toe te passen. Echter voor de veiligheid van de hoofddraagconstructie zal een tweede draagweg gewenst kunnen zijn. Door de constructie uit te voeren als een statisch (enkelvoudig of meervoudig) onbepaald systeem, zal het mogelijk kunnen zijn een tweede draagweg te creëren waardoor de veiligheid bij een mogelijk ongeval verhoogd zal worden. Naast de mogelijkheid van het creëren van een tweede draagweg zal ook de krachtsverdeling voor de ligger op as 1 veranderen. Hierdoor zal het mogelijk zijn om de profielen voor de vakwerkligger minder zwaar uit te voeren.

Figuur 110 Invloed veerstijfheid op de momentenlijn

De constructie zal statisch onbepaald kunnen worden door een extra steunpunt ter plaatse van as F toe te voegen. Het nadeel is echter dat voor liggers tussen de assen B en J rekening gehouden moet worden met de door het gebouw rondrijdende auto’s.

Figuur 111 Benodigde vrije ruimte rijbanen

Hierdoor zal het (zonder het aanpassen van de rijbaan van de automobilisten) niet mogelijk zijn de ligger als vakwerkligger uit te voeren (Figuur 111).


171

_______________________________Molenwijk______________________________________

Buigligger Om de benodigde vrije ruimte voor de automobilisten te creëren, kan het een mogelijkheid zijn om de ligger (voor een deel) als buigligger uit te voeren. Het deel van de ligger ter plaatse van de parkeerplaatsen zal verstijfd kunnen worden door het toepassen van diagonalen. Het middelste deel van de ligger zal echter als buigligger (raamwerkligger) uitgevoerd moeten worden. Dit deel zal maatgevend zijn voor de vervorming van de ligger en daarmee voor de veerstijfheid van de oplegging voor de ligger op as 1.

Figuur 112 Vervorming ligger as F

Een ander nadeel voor een middensteunpunt is dat de achterliggende kern waar de opvangligger op opgelegd zal moeten worden, verder weg ligt (Figuur 88). Hierdoor zal de ligger op as F een grotere lengte hebben dan de liggers op as B en J. Dit zal ook de buigstijfheid van de totale ligger niet ten goede komen. De belasting die vanuit de ligger op as 1 afgedragen zal worden aan de ligger op as F is afhankelijk van de buigstijfheid van de ligger. Des te groter de buigstijfheid des te meer belasting de ligger op zal nemen. De buigstijfheid van de ligger op as F zal niet groter zijn dan die van de liggers op as B en J. In eerste instantie zal er voor de ontwerpberekening van worden uitgegaan dat de ligger een gelijke buigstijfheid heeft als de twee andere. De ligger op F as zal hierdoor de helft dan de belasting van de vakwerkligger op as 1 op moeten kunnen nemen.

172


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de doorbuiging van de buigligger zal een andere schematisering gelden dan voor de ligger op de assen B en J. Het middelste deel van de ligger zal door de twee stijve zijden ingeklemd kunnen worden.

VA =

12 ∗ δ ∗ EI l3

Figuur 113 Schematisering ligger as F

Aangezien de vervormingen van de constructie en de spanningen in het staal, gevonden door middel van een handberekening in voorgaande berekening, te ver uit elkaar lagen, zal nu direct gebruik worden gemaakt van het rekenprogramma GSA. Invoer van de constructie in GSA maakt duidelijk dat de doorbuiging en de spanningen in het materiaal alleen beperkt kunnen blijven wanneer voor het buigslappe gedeelte van de ligger zware profielen worden toegepast. Deze profielen hebben voldoende hoogte nodig om de doorbuiging aan het uiteinde van de ligger te kunnen beperken en de profielen hebben voldoende staaloppervlakte nodig om de optredende krachten op te kunnen nemen. “Standaard” profielen brengen hierbij geen uitkomst meer en er zal zelfs een profiel ontworpen moeten worden. Ook de andere staalprofielen in de constructie dienen voldoende staaloppervlakte te hebben om de spanningen niet te hoog op te laten lopen. De vervorming in deze delen van de constructie wordt door de diagonalen beperkt en de vervorming is voor dit gedeelte niet maatgevend. Wanneer de profielen worden ingevoerd als een zelf te maken I-profiel hebben de liggers een voldoende groot traagheidsmoment en oppervlak om de belasting op te nemen. In onderstaande figuur staan de twee ingevoerde profielen afgebeeld.

Figuur 114 Profielen ligger as F


173

_______________________________Molenwijk______________________________________

σ max

vervorming (mm) r.b.

v.b.

totaal

druk

trek

49

15

67

365

361

Figuur 115 Vervormingen en spanningen ligger as F

In bovenstaande figuur en tabel zijn de optredende vervormingen van de constructie en staalspanningen weergegeven. Opvallend voor de buigligger ten opzichte van de op zuivere trek en druk belaste constructies is dat de spanningen over de lengte van de ligger veranderen. De maximale staalspanningen treden dan ook ter plaatsen van de knooppunten op. De maximaal optredende spanningen zijn net iets groter dan de vloeispanning van het staal. Het oppervlak van de profielen zullen dus nog iets verzwaard moeten worden. Ook zullen de profielen nog gecontroleerd moeten worden op instabiliteitsverschijnselen en de lasbaarheid van de profielen.

174


_______________________________Molenwijk______________________________________

Diagonaal De keuze voor de hierboven beschreven buigligger is gebaseerd op de keuze om de plattegronden van de parkeervloeren niet aan te passen. Hierdoor blijft de routing door het gebouw eenvoudig en duidelijk. Wanneer er toch voor gekozen zal worden om een eenvoudiger diagonaal voor de ligger op as F toe te passen, zal de plattegrond en routing door het gebouw gewijzigd moeten worden. In onderstaande figuren staan de doorsnede en plattegrond weergegeven waarop het alternatief voor een diagonaal is afgebeeld.

Figuur 116 Doorsnede en plattegrond diagonaal als steunpunt

Op de middelste van de drie, voor het vakwerk gebruikte verdiepingen, zal de plattegrond aangepast dienen te worden. Hier zullen de rijbanen om de kruisende diagonaal geleid dienen te worden. Voor de rijbanen zijn de minimumstralen voor de bochten aangehouden (zie ook Bijlage: C). Door deze aanpassing zal een aantal van twaalf parkeerplaatsen komen te vervallen.


175

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor wat betreft de krachtsverdeling zal de ligger zich stijver gedragen dan de buigligger. De belasting vanuit de ligger op as 1 zal direct als trekkracht in de diagonaal en als drukkracht in de onderste randstaaf in de achterliggende betonnen kern geleid worden. Door deze stijvere constructie zal deze variant ook meer belasting naar zich toe trekken. Voor een eerste ontwerpberekening zal er echter weer van worden uitgegaan dat de ligger de helft van de belasting die op de vakwerkligger op as 1 rust, zal moeten kunnen opnemen. Voor de rest zal de ligger op eenzelfde manier getoetst worden als de liggers op de assen B en J. De spanningen en vervorming van de constructie zijn weergegeven in onderstaande tabel: vervorming (mm)

σ max

Profiel

r.b.

v.b.

totaal

druk

trek

HD 400x744

56

17

74

361

340

HD 400x818

50

15

67

313

332

Wanneer de profielen van de ligger op as F uitgevoerd zullen worden in een HD 400x818 profiel zullen de optredende staalspanningen onder de vloeigrens blijven. Ook de vervormingen van de constructie, met name de bijkomende doorbuigingen ten gevolge van de variabele belasting, zijn dusdanig klein dat hiervoor geen speciale maatregelen hoeven worden getroffen. Opgemerkt dient nog te worden dat voor een verdere uitwerking van deze variant nog specifieker gekeken zal moeten worden naar de belastingverdeling over de verschillende opleggingen. De buigstijfheid van de ligger zal invloed hebben op verdeling van de belasting. Door de gehele constructie van vakwerkligger samen met de aansluitende oplegliggers in GSA in te voeren, zal gekeken kunnen worden naar de verdeling van deze belastingen. Dit zal worden gedaan wanneer er voor wordt gekozen om deze constructie toe te passen voor de hoofddraagconstructie.

176


_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie Voor beide varianten voor een extra oplegging op as F geldt, dat de sterkte van de constructie maatgevend is ten opzichte van de stijfheid van de liggers. Wanneer de extra oplegging voor de ligger op as 1 zal worden uitgevoerd als buigligger zullen er zelfs zware profielen ontworpen dienen te worden om de optredende spanningen de vloeigrens van het materiaal niet te laten overschrijden. Wanneer in de ligger een diagonaal zal worden toegepast zal de ligger in zware “standaard” profielen ontworpen kunnen worden. Voor beide varianten geldt dan wel dat de doorbuiging aan het uiteinde van de ligger relatief groot is. Met name wanneer deze vergeleken wordt met de doorbuiging van de liggers op de assen B en J (hoofddraagconstructie uitgevoerd als een ligger op twee steunpunten). Deze liggers zijn een stuk korter en daardoor een stuk stijver. Wanneer een extra oplegging voor de hoofddraagconstructie ten aanzien van een tweede draagweg niet noodzakelijk is zal dit dus een zware en hierdoor dure oplossing zijn. Deze zal dan ook niet worden toegepast.


177

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5

Uitkragend gebouwdeel as B en 7 Een ander maatgevend deel van het gebouw wat betreft de hoofddraagconstructie, is de uitkragende linker onderhoek tussen de stramienen A-E en 4-9 (Figuur 117).

Figuur 117 Plattegrond uitkragende gebouwdeel

In dit deel van het gebouw zullen verschillende functies ondergebracht zijn. Een deel van de plattegrond zal worden gebruikt voor de parkeergarage en aan de randen van de vloeren zullen woningen, kantoren en verkeersruimten aanwezig zijn (zie ook §2.2, Architectonisch ontwerp ). Maatgevend voor dit gebouwdeel is de scheiding tussen deze verschillende functies. Deze scheiding zal moeten voldoen aan eisen die gesteld worden aan de veiligheid en bruikbaarheid voor een constructie. In dit geval zal naast de sterkte en de stijfheid van de constructie gelet moeten worden op: • geluidswerende eigenschappen, • brandwerende eigenschappen, • een scheiding van een buiten- en een binnenruimten. Voor het ontwerpen van de draagconstructie zijn de eisen die gesteld worden aan de geluidswerende eigenschappen van deze scheiding maatgevend. In de praktijk wordt hiervoor veelal een eis aan het eigengewicht van de constructie gesteld. Wanneer deze tussen de 650 en 700 kg/m2 ligt, zal het geluid worden geabsorbeerd en zal deze niet doorgegeven kunnen worden aan de aangrenzende ruimten.

178


_______________________________Molenwijk______________________________________

In deze paragraaf zal worden onderzocht of deze benodigde massa gelijkertijd ingezet zal kunnen worden voor de draagconstructie in een betonvariant, of dat deze wellicht in een staalconstructie geïntegreerd zal moeten worden. In eerste instantie zal een schetsmatig worden aangegeven welke krachten door de draagconstructie opgenomen moeten worden en welke problemen hierbij kunnen ontstaan.

8.5.1

Schematisering De vloeren van de parkeergarage zullen zonder problemen opgelegd kunnen worden op de draagconstructie op as 7. De draagconstructie voor de aansluitende vloervelden van de woningen en kantoren zal minder voor de hand liggen. In het ontwerp van de architect zijn in dit deel van het gebouw slechts twee woningen ontworpen. Anders dan in het deel van het gebouw waar het merendeel van de woningen zich bevindt, zullen de constructieve mogelijkheden voor een draagconstructie nog verder beperkt zijn. De vraag is nu in hoeverre een draaglijn in de gevel van het gebouw voor dit deel noodzakelijk dan wel gewenst is. Drager in de gevels:

Figuur 118 Afdracht belastingen draagconstructie in de gevels

Wanneer een drager in de gevel zal worden toegepast zullen de vloeren gemakkelijk opgelegd kunnen worden. Deze liggers zullen opgelegd kunnen worden op de kernen en op de hoofdliggers op de assen B en 7 (doorgetrokken tot aan de gevel). Alle belasting zal dan door middel van buiging naar de kernen kunnen worden afgedragen.


179

_______________________________Molenwijk______________________________________

Gevels vrij van constructie: Een andere mogelijkheid om de belasting vanuit de woningen op te kunnen nemen is deze doormiddel van trek- en drukkrachten in de achterliggende parkeervloer te leiden. Voordeel hiervan is dat de constructie in de gevel beperkt wordt en hiermee het uitzicht vanuit de kantoren en woningen minder beïnvloed wordt.

Figuur 119 Afdracht belastingen dwarsliggers

Nadeel van deze dwarsconstructies op de hoofdliggers op de assen B en 7 is dat deze de optredende buigende momenten dwars op de constructie niet zal kunnen opnemen. De horizontale trek- en drukkrachten uit deze dwarsliggers zullen dus in de vloerconstructie van de parkeergarage moeten worden geleidt. Een ander nadeel voor dit deel van de constructie is dat op iedere verdieping een deel van de plattegrond gereserveerd zal moeten worden voor verkeersruimte. Dit om de bewoners van de aangrenzende bestaande flat de mogelijkheid te geven om de parkeergarage te kunnen betreden (Figuur 120).

Figuur 120 Verkeersstroom uitkragend gebouwdeel

180


_______________________________Molenwijk______________________________________

De architect heeft in dit deel van het gebouw slechts twee woningen opgenomen (zie ook §2.2, Architectonisch ontwerp). Wanneer enkel kantoorruimten in dit deel van het gebouw opgenomen zou zijn, zouden de gevels minder vrij van constructie elementen mogen zijn en zouden geen krachten in de naastgelegen parkeervloer hoeven te worden geleid. Hierdoor zal ook de kans op geluidslekken vanuit de parkeergarage afnemen. Ook de detaillering en uitvoering van de constructie zal door het toevoegen van deze tweede draaglijn vereenvoudigd worden. Voor dit deel van het gebouw zal dan ook een aanpassing in het ontwerp gemaakt worden. De twee woningen zullen komen te vervallen, waardoor de gevel gebruikt zal kunnen worden voor de hoofddraagconstructie.

8.5.1.1

Belastingen

In deze paragraaf zullen de op de constructie rustende belastingen worden opgesomd. Hierbij zal er vanuit worden gegaan dat de constructie in de gevels per verdieping hun belastingen op de hoofddraagconstructie zullen overbrengen. De door de gevelconstructie op te nemen belastingen zijn aan de kleine kant. Aangenomen wordt dan ook dat deze constructie zonder problemen uitgevoerd zal kunnen worden. De constructie in de gevel zal dan ook in deze paragraaf niet verder uitgewerkt worden.

Figuur 121 Schematisering wandligger as 7

In eerst instantie zal gekeken worden naar de krachten die vanuit deze constructie op de hoofdligger op de assen B en 7 zullen worden afgedragen. Voor de wandliggers op de assen B en 7 kunnen de volgende belastingen worden aangehouden: Voor de belasting vanuit de parkeergarage geldt: Totaal permanente belasting per verdieping qpb;rep =

4,85

x

16,625

/

2

=

40,3

kN/m

1


1,40

x

16,625

/

2

=

11,6

kN/m

1

Voor één verdieping zal de extreme belasting zonder momentaan factor aangehouden worden: Totaal veranderlijke belasting per verdieping qe;rep =


2,00

x

16,625

/

2

=

16,6

kN/m

1

181

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de belasting vanuit de woningen en kantoren geldt: Totaal permanente belasting per verdieping qpb;rep =

7,25

x

6,25

/

2

=

22,7

kN/m

1

Totaal veranderlijke belasting per verdieping (woning) qe;rep =

0,70

x

6,25

/

2

=

2,2

kN/m

1

Totaal veranderlijke belasting per verdieping (kantoor) qe;rep =

1,25

x

6,25

/

2

=

3,9

kN/m

1

waarbij voor één van de verdiepingen (kantoor) de veranderlijke belasting zonder momentaan factor gehanteerd zal worden: Totaal veranderlijke belasting per verdieping qe;rep =

2,50

x

6,25

/

2

=

7,8

kN/m

Voor de puntlasten, die door de twee aanhangende ondergelegen verdiepingen worden veroorzaakt, geldt: Feg;rep = 40,30 x

7,8

x 2 = 628 kN

Fe;rep = 11,60 x

7,8

x 2 = 181 kN

Voor de puntlast op het uiteinde van de ligger zal worden aangenomen dat de helft van de belasting vanuit het vloerveld tussen de stramienen 4 en 9 op dit punt opgenomen zal moeten worden. Het te dragen vloeroppervlak bedraagt dan: 7,8 22,88 * = 44,6 m2 2 2 Feg;rep = 7,25 * 5 * 44,6 = 1617 kN totaal = 323 kN per verdieping Fe;rep = (4,5 * 3 + 7,8) * 44,6 = 950 kN totaal = 190 kN per verdieping Opp =

Voor de ligger op as B zal eenzelfde opzet gegeven worden voor de op deze ligger rustende belastingen. Doordat de vloerplaten van de parkeergarage evenwijdig aan de richting van de wand overspannen, zal de wand geen belasting vanuit dit deel van het gebouw opnemen. Wel zullen de belastingen vanuit de woningen en de kantoren op de wandligger worden overgedragen. Wat betreft de puntlasten zal alleen aan het uiteinde van de ligger een puntlast ontstaan door het opleggen van de in de gevel aanwezige draagconstructie.

Figuur 122 Schematisering wandligger as B Totaal permanente belasting per verdieping qpb;rep =

7,25 x 7,80 / 2 = 28,3 kN/m

1

Totaal veranderlijke belasting per verdieping (woning) qe;rep =

0,70 x 7,80 / 2 =

2,7 kN/m

1

Totaal veranderlijke belasting per verdieping (kantoor) qe;rep =

1,25 x 7,80 / 2 =

4,9 kN/m

1


2,50 x 7,80 / 2 =

9,8 kN/m

1

182


1

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de puntlast op het uiteinde van de ligger wordt weer aangenomen dat de helft van de belasting uit de gevel door dit punt zal moeten worden opgenomen. Hiermee komt de belasting op: 6,25 31,2 * = 48,8 m2 2 2 Feg;rep = 7,25 * 5 * 48,8 = 1769 kN Fe;rep = (4,5 * 3 + 7,8) * 48,8 = 1039 kN Opp =


183

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.2

Betonvariant Voor de betonvariant zal gekeken worden of een betonnen wandligger een bruikbare oplossing voor de hoofddraagconstructie zal kunnen bieden. Aan de hand van voorgaande gewichtsberekening kan een schatting gemaakt worden van de door de uitkragende constructie op te nemen belastingen. Hiermee zal een globale berekening van de constructie gemaakt kunnen worden.

Figuur 123 Uitkragende wanden as B en 7

De beide wandliggers hebben een verschillende lengte en hierdoor een verschillende buigstijfheid. Door dit verschil in buigstijfheid zal ook de krachtsverdeling over de beide wandliggers ongelijk zijn. Om op een snelle manier een uitspraak te kunnen doen over de verdeling van de krachten en de in de wandligger optredende momenten en dwarskrachten, zal de constructie in GSA worden ingevoerd. Te verwachten valt dat de ligger op as B, door zijn kortere lengte (bij gelijke wanddikte) een grotere buigstijfheid heeft dan de ligger op as 7, meer belasting naar zich toe zal trekken. Voor de berekening van de wand is gebruikgemaakt van het rekenprogramma GSA. In eerste instantie zal een wanddikte van 300 mm wordt gehanteerd. Daarna zal gekeken worden of deze dikte aangepast zal moeten worden om de wandligger toe te kunnen passen. De in GSA ingevoerde en gebruikte parameters zijn: Wand

Concrete Long term

dwand =

300 mm

hwand =

12000 mm

Awand =

3600000 mm

Iwand =

Young's Modules = Poisson's Ratio = 2 12

43,200 *10 mm

Shear Modules = 4

Density =

10

1,4 * 10

Pa

0,2 E/2 (1+nu) Pa 2400 kg/m

3

Tabel 8 Eigenschappen betonwand

184


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 124 Schematisatie wand met belasting (lijnen puntlasten)

Figuur 125 Rekenwaarde voor de M-lijn (links) en D-lijn (rechts) (uiterstegrenstoestand)

8.5.2.1

Vervorming vervorming (mm) r.b.

v.b.

totaal

snijpunt as B-7

15

8

30

uiteinde as B

23

12

44

uiteinde as 7

24

12

46

Tabel 9 Vervormingen wandligger

Wanneer de wanden aan het uiteinde (ter plaatse van de kernen) geschematiseerd wordt als inklemming treden de in Tabel 9 afgebeelde vervormingen op. Voor de optredende doorbuigingen ten gevolge van de rustende belasting kan gesteld worden dat hiermee tijdens de uitvoering van het gebouw rekening gehouden zal kunnen worden. Wat rest zijn de bijkomende doorbuigingen ten gevolge van de variabele belastingen. Deze bijkomende doorbuigingen zijn echter zó gering dat hiervoor geen speciale maatregelen getroffen hoeven te worden. De vervormingen van de wandliggers zijn zo gering door de grote hoogte van de wand. Voor deze constructie is wederom de sterkte maatgevend.


185

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.2.2

Sterkte

Om een ontwerpberekening voor de sterkte van de wandliggers te kunnen maken zal eerst gekeken worden naar de spanningsverdeling in een wandligger ten gevolge van de belasting. Deze zal, afhankelijk van de verhouding tussen de overspanning en de hoogte van de wand, sterk af kunnen wijken van een normale ligger. In onderstaande figuur is het theoretische spanningsverloop voor een wandligger op twee steunpunten gegeven. Deze spanningen treden in het midden van de overspanning op, voor een (wand-)ligger belast door een gelijkmatig verdeelde belasting.

Figuur 126 Normaalspanningsverloop voor verschillende hoogte-overspanning verhoudingen (d/l)

Te zien is dat voor een hoge korte ligger (depth-span ratio »1) de belastingen pas onderin de ligger opgenomen worden. Naarmate de verhouding tussen de hoogte en de overspanning van de wandligger kleiner wordt zal het spanningsverloop dat van een gewonen ligger benaderen (lineair spanningsverloop). Deze verhouding tussen de hoogte en de overspanning van een (wand-)ligger wordt voor een betonberekening vertaald naar de maat van de inwendige hefboomsarm (z).

Figuur 127 Invloed van de hoogte op de inwendige hefboomsarm

186


_______________________________Molenwijk______________________________________

Om de maat voor de inwendige hefboomsarm te bepalen wordt in de norm een waarde bepaald voor de relatieve slankheid van de wand (λh). Voor het maken van de ontwerpberekening zal aan de hand van bovengenoemde verhoudingen een schatting gemaakt worden van de spanningsverdeling in de wand. Deze zal globaal gecontroleerd worden aan de hand van een invoer in GSA. Voor de optredende schuifspanningen in de wand kan eenzelfde aanpak worden gevolgd. De verdeling van de spanningen over de hoogte zal verlopen zoals aangegeven in Figuur 128.

Figuur 128 Schuifspanningsverloop voor verschillende hoogteoverspanning verhoudingen (d/l)

Spanningsverloop wanden De wand op as B heeft een lengte van 16,625 m (Figuur 122) en een hoogte van 12 m (vier verdiepingen van 3 m). Hiermee is de verhouding van de hoogte ten opzichte van de overspanning gelijk aan: d 12000 = = 0,72 l 16625

Volgens de theorie zou het spanningsverloop in de wand ergens tussen een lineair- en een parabolisch verband in moeten liggen. Voor de wand op as 7 is de verhouding nog iets kleiner en zal het spanningsverloop nog meer een lineair verloop hebben. Door de constructie in GSA te modeleren kan gecontroleerd worden of deze aanname juist is. In Figuur 129 zijn de optredende normaalspanningen en schuifspanningen in de wand weergegeven. De spanningen zijn alleen bij de randen, waar de wanden als inklemming geschematiseerd zijn, hoog. In de rest van de wanden zijn de spanningen minder groot. De optredende normaal- en schuifspanningen zijn maximaal ter plaatse van de wand op as B met de aansluiting op de kern.


187

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 129 Optredende normaalspanningen in de wand

Figuur 130 Optredende schuifspanningen in de wand

Om het spanningsverloop over de hoogte van de wand te verduidelijken zal deze voor een doorsnede net naast de aansluiting met de kern bepaald worden (Figuur 131). Uit bovenstaande grafiek is af te leiden dat de op de constructie rustende belastingen er voor zorgen dat er een lineair spanningsverloop in de wand ontstaat voor de normaalspanningen. Voor de schuifspanningen geeft GSA een vrijwel constante waarde over de gehele hoogte van de wand. De waarden variëren van 3,5 N/mm2 aan de randen van de wand tot 4,0 N/mm2 in het middel van de wand. Van dit spanningsverloop zal voor het berekenen van de wapening dan ook uit worden gegaan.

188


40

30

20

10

0

- 10

- 20

- 30

- 40

Figuur 131 Normaal spanningen in de doorsnede net naast de oplegging

_______________________________Molenwijk______________________________________

Wapening Om de optredende trek- en schuifspanningen op te kunnen nemen zal een hoeveelheid wapening in het beton opgenomen moeten worden. De benodigde hoeveelheid zachtstaalwapening kan per richting bepaald worden zoals afgebeeld in Figuur 132.

Figuur 132 Berekening zachtstaalwapening

Vervolgens zal het wapeningspercentage (ω0) van de wand bepaald kunnen worden volgend de vergelijking Ab *

σxx

σxx σs;y

=

= A s * σs;y

As = Ab

ω0

(* 100%)

Aan de hand van dit wapeningspercentage kan er een uitspraak gedaan worden over de haalbaarheid van de betonconstructie. Wanneer blijkt dat de toe te passen hoeveelheid zachtstaalwapening te groot wordt voor de betondoorsneden, zal besloten kunnen worden om de constructie voor te spannen. De maten van voorspanning zal dan nog kunnen variëren. De constructie zal geheel voorgespannen kunnen worden. Hierbij zullen alle trekspanningen die ontstaan door de belasting op de wand weggespannen worden. Er wordt dan vanuit gegaan dat de constructie ongescheurd blijft. Een andere mogelijkheid is het om een combinatie van voorspanwapening met zachtstaalwapening toe te passen. Voor deze gedeeltelijk voorgespannen constructie wordt er vanuit gegaan dat 60 tot 70% van de optredende trekspanningen wordt weggespannen door de toepassing van voorspanstaal.


189

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.2.3

Berekening

Voor het bepalen van de benodigde hoeveelheid wapening zal uitgegaan worden van de zwaarst belaste wand (wand op as B). Zoals eerder beschreven is deze wand korter dan de wand op as 7 en hierdoor zal deze de meeste belasting naar zich toe trekken.

Betonconstructie: hwand = 12 m dwand = 0,3 m Mrep = 183400 kNm1

Md;max = 226900 kNm1

Vrep = 12260 kN

Vd;max = 15160 kN

Voor het opnemen van de maximale normaal drukspanningen kan de benodigde betonsterkteklasse op de volgende manier bepaald worden: Md 226900*106 = 1 = 31,5 N/mm2 2 Wb / 6 *300*12000 1 Toe te passen betonsterkteklasse ⇒ f'ck = 31,5* = 52,5 N/mm2 0,6 σ 'max =

Β55 ⇒ f'ck = 55 N/mm2

f'b = 33 N/mm2

Β65 ⇒ f'ck = 65 N/mm2

f'b = 39 N/mm2

Zachtstaalwapening Eerst zal de benodigde hoeveelheid wapening berekend worden voor het opnemen van het optredende moment. Voor het bepalen van het zwaartepunt van de wapening zal in eerste instantie een geschatte maat van 500 mm ten opzichte van de bovenzijde van de wand worden aangehouden. Aan de hand van de benodigde wapening en de hiervoor benodigde ruimte zal deze maat achteraf gecontroleerd worden.

190


_______________________________Molenwijk______________________________________

d = 12-0,5 = 11,5 m z = 0,9 d = 10,35 m A s;ben =

Md 226900*106 = = 50397 mm2 fs * z 435*10350

A s ∅ 40 = 1257 mm2 ⇒ n=

50397 ≈ 41 stuks 1257

A s;aanw = 41 * 1257 = 51537 mm2

Het aantal staven dat in de breedte van de doorsnede toegepast zal kunnen worden is afhankelijk van de betondekking (c) op de wapening en van de afstand tussen de wapeningsstaven (s). Voor deze maat s zal voor het ontwerp eenzelfde maat aangehouden worden als voor de staafdiameter van de wapening. d -2*c 300-2*35 n= = ≈5 40 ∅ Dit houdt in dat er 3 staven (3*Ø+2*s) in de doorsneden toegepast kunnen worden. In totaal zijn er dus 41 ≈ 14 lagen nodig. De benodigde hoogte voor deze staven wordt dan 3 c + 13*s + 14*∅ staaf = 35 + 13*40 + 14*40 = 1115 mm. n=

Hiermee wordt de afstand van het zwaartepunt van de wapening ten opzichte van de bovenzijde van de wand 1115/2 = 558 mm. De arm tussen de trekkracht in het staal en de drukkracht in het beton (z) zal dus kleiner zijn dan aangenomen. Hierdoor zal de benodigde staaldoorsnede nog iets groter worden. Of de berekende hoeveelheid wapening en de gehanteerde kerndiameter van de wapening toegepast zal kunnen worden zal ook afhangen van de controle op scheurwijdte. Voor de controle op de scheurwijdte heeft de VBC een aantal detailleringregels voorgeschreven. Om problemen met de scheurvorming te voorkomen zal een volledig ontwikkeld scheurpatroon moeten kunnen ontstaan. De VBC geeft hiervoor twee controlemogelijkheden. Allereerst wordt een voorwaarde gegeven waaraan de gekozen staafdiameter (Øk) moet voldoen. Als Øk kleiner is dan een voorgeschreven waarde zal de scheurvorming binnen de toelaatbare grens blijven.


191

_______________________________Molenwijk______________________________________

Als tweede wordt er een voorwaarde gesteld aan de staafafstand (s). Als s kleiner is dan een voorgeschreven waarde zal de scheurvorming binnen de toelaatbare grens blijven. Wanneer aan een van beide voorwaarden wordt voldaan, zal er een volledig scheuren patroon in de bruikbaarheidsgrenstoestand kunnen ontstaan. Beide criteria zijn in tabelvorm opgenomen in de VBC (tabel 36 - 37). Voor de controle van de maximaal toelaatbare staafafstand (s) en de maximaal toelaatbare gemiddelde kenmiddellijn (Økm) wordt uitgegaan van de staalspanning van de wapening in de bruikbaarheidsgrenstoestand. Deze bedraagt: σs =

Mrep Md

*fs*

A s ben 183400*106 50397 = * 435 * = 344 N/mm2 A s aanw 51537 226900*106

Voor de wand wordt milieuklasse 1 aangehouden (droog) omdat voor de wand een constructie zal komen om de binnen- en buitenruimten van elkaar te scheiden. Met bovenstaande optredende spanning in het betonstaal is de maximaal toelaatbare gemiddelde kenmiddellijn Økm 14 mm. De gekozen diameter van 40 mm voldoet hier dus niet aan. De tweede eis (met betrekking tot de maximaal toelaatbare staafafstand s) geeft een maximale afstand van 155 mm. Aan deze laatste eis wordt wel voldaan.

Naast de benodigde wapening voor het opnemen van de normaal trekspanningen zal er ook een hoeveelheid wapening nodig zijn om de schuifspanningen op te kunnen nemen. Een deel van deze schuifspanningen zal door het beton zelf opgenomen kunnen worden (τ1), de rest zal door dwarskrachtwapening opgenomen moeten worden (τs). Om bezwijken van de betondrukdiagonalen (vakwerkanalogie) te voorkomen mogen τ1 en τs tezamen niet groter zijn dan de ingevoerde grenswaarde τ2. sterkteklasse

τ1

τ2

B35

0,56

4,2

B45

0,66

5,4

B55

0,76

6,6

B65

0,86

7,8

De optredende schuifspanningen in het beton bedragen: τd =

Vd 15160*103 = = 4,21 N/mm2 d*b 12000*300

Β55 ⇒ τ1 = 0,76 N/mm2 τ2 = 6,6 N/mm2 Β65 ⇒ τ1 = 0,86 N/mm2 τ2 = 7,8 N/mm2

Voor een beton sterkteklasse B55 komt dit neer op: A s;bgls =

(τd − τ1 )*b*y (4,21 - 0,76)*300*1000 = = 2644 mm2 0,9 * fs 0,9 * 435

A s;bgls 2-snedig = 1322 mm2 → ∅16-150 = 1344 mm2

192


_______________________________Molenwijk______________________________________

Nu de benodigde hoeveelheid wapening voor de wand berekend is kan het wapeningspercentage van de betonnen wandligger worden bepaald. De totale hoeveelheid wapening in de wand bedraagt 2644 + 50397= 53041 mm2. Wanneer deze betrokken wordt op de gehele wandhoogte komt dit overeen met een percentage van

ω0 t =

As 53041 *100% = * 100% = 1,47 N/mm2 < ω0 max Ab 300*12000

Maximum-wapeningspercentages (ωo max) staan vermeld in onderstaande tabel.

FeB 500

B55

B65

3,05

3,6

Tabel 10 maximum wapeningspercentage in %

Opgemerkt moet nog worden dat in dit berekende wapeningspercentage nog geen rekening is gehouden met de vereiste minimumwapening. Deze wapening zal ook ter plaatse van het op druk belaste deel van de wand aanwezig moeten zijn. Veelal wordt deze minimum wapening over de gehele hoogte van de wand toegepast en wordt de resterende wapening toegevoegd op plaatsen waar dat nodig is. Ook is voor de berekening van wapening in de wand nog geen rekening gehouden met de belastingen (verdiepingsvloeren) die laag op de wand aan zullen grijpen. Deze belastingen zullen doormiddel van ophangwapening (ophang haarspelden) naar boven gehaald moeten worden. Door deze wapening zal het wapeningspercentage van de wand nog iets hoger worden.

Conclusie Het zal moeilijk worden om de optredende momenten en dwarskrachten in de wand doormiddel van zachtstaalwapening op te nemen. Met name de benodigde hoeveelheid trekwapening boven in de ligger zal erg groot zijn. Door de wand te verbreden zal het mogelijk zijn om meerder staven in een rij te kunnen leggen. De wand zal dan minimaal 2 x Øk groter moeten worden. Nadeel hierbij is dat het eigen gewicht van de wand hierdoor verder toe zal nemen. Voordeel is dat de afstand z ook verder toe zal kunnen nemen, waardoor het opneembaar moment van de wand groter zal worden. Het zal echter meer voor de hand liggen om een deel, of de gehele optredende trekspanning weg te spannen doormiddel van voorspanwapening. In de volgende paragraaf zal gekeken worden naar de hiervoor benodigde voorspanning.


193

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.2.4

Voorspanwapening

Door de wandligger voor te spannen zullen de trekspanningen die ontstaan door het eigen gewicht van de wand en de op de wand afgedragen rustende belasting gecompenseerd kunnen worden. De voorspanning zal een drukspanning in het beton brengen die gelijk is aan de aangebrachte voorspankracht gedeeld door het beton oppervlak. Naast deze drukkracht zal er ook een moment op de doorsnede aangrijpen. Deze is gelijk aan de voorspankracht vermenigvuldigd met de excentriciteit van het aangrijpingspunt van de kracht ten opzichte van de neutralelijn van de doorsnede (Figuur 133).

Figuur 133 Principe voorspanning

Om de benodigde voorspankracht en de daarbij behorende voorspanwapening te kunnen bepalen zal gekeken worden naar de trekspanningen die zullen ontstaan door de het eigengewicht van de constructie en de daarop afgedragen rustende belasting vanuit het eigen gewicht van de vloersystemen. Er zal gerekend worden met de representatieve waarden van deze belastingen en er zal geen rekening gehouden met de optredende spanningen ten gevolge van de variabele belasting.

194


_______________________________Molenwijk______________________________________

Door de optredende spanningen in de bovenzijde van de wand gelijk aan nul te stellen kan de benodigde voorspanning berekend worden. σ=

4,84 +

17,49 -

Fp

-

Ab

Fp * e W

=

0 N/mm

2

Voor e (de afstand tussen de neutralelijn en het aangrijpingspunt van de voorspankracht) is het noodzakelijk om de afstand tot de bovenrand van de wand te weten. Voor deze maat zal een waarde van 500 mm aangehouden worden. Uit bovenstaande vergelijking kan nu de benodigde voorspankracht bepaald worden welke noodzakelijk is om in de bovenste vezel van de wand de spanningen tot nul te reduceren. De benodigde voorspankracht bedraagt: Fp = 21440 kN Om een indicatie te krijgen van de benodigde hoeveelheid voorspanwapening en de hiervoor toe te passen voorspansystemen kan een vergelijk gemaakt worden met de in Tabel 4 (blz. 149) opgenomen voorspansystemen. Het aantal toe te passen voorspanstrengen komt hiermee op: Fp = 21440 kN n=

21440 = 6,8 ≈ 7 3136

Net als voor de betonvariant voor de vakwerkligger op as 1 zal er voor de verankering van deze voorspansystemen een behoorlijke ruimte nodig zijn. Deze ruimte zal niet in de breedte gevonden kunnen worden waardoor de kabels onder elkaar verankerd zullen moeten worden. Nadeel hiervan is dat de arm ten opzichte van de neutralelijn hierdoor af zal nemen en dat hiermee de ingebrachte spanningen ten gevolge van het geleverde moment ook af zal nemen. In bovenstaande berekening is rekening gehouden met een geheel voorgespannen betonconstructie. Dit houd in dat alle trekspanningen in de wand weggespannen zullen worden. Een andere mogelijkheid is om de constructie gedeeltelijk voor te spannen. Wanneer gedeeltelijk voorgespannen beton toegepast zal worden is het gebruikelijk om 60 – 70% van de spanningen weg te spannen. In bovenstaande berekening zijn de spanningen ten gevolge van het eigen gewicht en de rustende belasting vermenigvuldigd met 0,7. De benodigde voorspankracht en –wapening wordt nu: σ=

3,39 +

12,24 -

Fp Ab

-

Fp * e W

=

0 N/mm

2

Fp = 15008 kN n=

15008 = 4,8 ≈ 5 3136


195

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorbeeld van een toe te passen voorspansysteem is het blindverankerde systeem van Dywidag (UI-anker 6812). Dit systeem heeft het kleinste anker (met tussen- en randafstanden) om de voorspankracht op de wand over te kunnen brengen. Wel zal dit systeem maar vanaf een zijde voorgespannen kunnen worden.

Figuur 134 Benodigde afmetingen verankering en doorsnede

Of deze berekening juist is is afhankelijk van de aangenomen waarden voor de afstand van het zwaartepunt van de wapening tot de bovenkant van de wand. Deze waarde wordt bepaald door het verloop van de wapening. Wanneer deze over een bepaalde afstand bij elkaar gebracht kunnen worden (Figuur 134) komt de ligging van het zwaartepunt van de voorspanwapening op 210 + 4 * 88 = 562 mm ≈ 500 mm (aangenomen). Zal de voorspanning vanuit de verankering gewoon rechtlijnig zijn dan komt de ligging van het zwaartepunt van de voorspanwapening op 210 + 2 * 380 = 970 mm > 500 mm (aangenomen). In dit laatste geval zullen er 6 in plaats van 5 kabels nodig zijn om het verlies aan drukspanning ten gevolge van het verkleinen van de afstand e (Figuur 133).

In bovenstaande berekening is uitgegaan van een gedeeltelijk voorgespannen betonconstructie. Er zal dus alsnog een (beperkte) hoeveelheid zachtstaalwapening nodig zijn om de resterende trekspanningen in het beton op te kunnen nemen. Ook zal weer rekening gehouden moeten worden met de benodigde wapening voor het opnemen van de dwarskrachten. De benodigde hoeveelheid beugels zal minder zijn dan in een niet voorgespannen constructie. Door de drukkracht zal het beton een grotere schuifspanning over kunnen brengen, maar als nog zal deze niet gering zijn.

196


_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie Afhankelijk van de maten van voorspannen zullen vijf of zeven voorspankabels nodig zijn. Dit aantal zal over de hoogte van de wand aangebracht moeten worden. Voor de berekening in de wand is rekening gehouden met een wanddikte van 300 mm. Voor het verankeren van de voorspanning is een minimale dikte van 350 mm noodzakelijk. Het uiteinde van de wand of de gehele wand zal dus verzwaard moeten worden. Een ander factor die een betonvariant voor dit gebouwdeel in de weg staat is de inpassing van de draagconstructie in het ontwerp van de architect.

In bovenstaande situatie is namelijk nog geen rekening gehouden met openingen die in de wanden zullen komen. Aan het uiteinde van de wanden zullen er enkele sparingen in de wand gemaakt moeten worden om de architect enige vrijheid te geven voor het herinrichten van de plattegronden. De plaatsing van deze sparingen zullen in de lengte van de wand zodanig gekozen kunnen worden dat deze de minste invloed zullen hebben op de krachtswerking (rekening houden met de door het beton te vormen drukdiagonalen). In de hoogte zal er echter een beperkte doorsnede beschikbaar blijven. Hierdoor zal het nog moeilijker worden om de voorspanning in de wand aan te brengen.

Figuur 135 Beschikbare ruimte voor de drukdiagonalen en de voorspanning

Ander nadeel van deze wandopeningen is dat de buigstijfheid van de wand afzal nemen (afhankelijk van de grootte van de openingen). De uiteinden van de wand zullen door de puntlasten vanuit de constructie in de gevel belast worden, waardoor de vervormingen toe zullen nemen. Er zal voor gekozen kunnen worden om een staalconstructie voor het uiteinde van de ligger toe te passen. De voorspanwapening zal dan ter plaatse van het snijpunt van de twee wanden verankert moeten worden. Dit zal voor alle twee de wanden gedaan moeten worden. Hierdoor zal op een beperkt oppervlak de voorspanwapening voor twee wanden verankerd moeten worden. Dit zal niet gaan.


197

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor wat betreft de toepassing van een (zeer) hogesterktebeton zal voor dit gebouwdeel ook geen zinvolle toepassing gevonden kunnen worden. De wanddikte wordt gedicteerd door de eisen die gesteld worden aan de geluidswerendheid van de constructie. Deze wanddikte is voldoende om de optredende drukspanningen in het beton in een normale betonsoort (B55-B65)op te kunnen nemen.

198


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.3

Staalvariant De scheiding tussen de verschillende gebouwfuncties zal natuurlijk niet als dragende wand uitgevoerd hoeven te worden. Voor dit deel van de constructie zal ook weer een stalen vakwerkligger toegepast kunnen worden. Voor de scheiding van de verschillende gebouwfuncties zal dan wel een extra constructie toegepast moeten worden. Voor de belastingen zullen dezelfde waarden aangehouden kunnen worden als voor de betonvariant zijn gehanteerd. Alleen voor de scheiding op de assen B en 7 zal een extra lijnlast in rekening gebracht worden (scheidingswand 700 kg/m2 = 280 mm).

Figuur 136 Doorsneden as B en 7

Invoer van deze constructie in GSA laat wederom zien dat de optredende spanningen in het materiaal ten opzichte van de doorbuiging van de gehele constructie maatgevend zijn. Voornamelijk de diagonalen en bovenen onderranden die aansluiten op de kernen worden te zwaar belast. De overige elementen in de constructie worden beduidend minder zwaar belast.

Figuur 137 Optredende spanningen in de constructie voor een HD 400x421 profiel

Door een extra diagonaal in het eerste vakken naast de kernen te plaatsen kunnen de maximale spanningen verder worden gereduceerd.


199

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 138 Reductie maximale spanningen door toevoeging van extra diagonalen (maximale trekspanningen)

Uitkomsten GSA umax t.g.v. r.b.

54

mm

umax t.g.v. v.b.

11

mm

umax totaal =

67

mm

σmax =

382

N/mm

2

σmax =

340

N/mm

2

Tabel 11 Uitkomsten GSA, HD-Profiel 400x463

De drukspanningen in de onderrand van de ligger ter plaatsen van de aansluiting met de kern zijn nog aan de hoge kant, maar ook voor dit deel van het gebouw zal een staalvariant voor de hoofddraagconstructie een uitkomst kunnen bieden. Conclusie Ook voor dit deel van de constructie zal het mogelijk zijn om de hoofddraagconstructie in een staalvariant uit te voeren.

200


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.5.4

Samenvatting uitkragend gebouwdeel Het idee om de benodigde scheidingsconstructie tussen de verschillende gebouwfuncties te gebruiken voor de hoofddraagconstructie zal niet gerealiseerd kunnen worden. Zoals berekend is zal de benodigde voorspankracht om de trekspanningen uit de constructie weg te spannen te groot zijn. Deze voorspankrachten zullen niet in de beschikbare betondoorsnede verankerd kunnen worden. Ook dit deel van de hoofddraagconstructie zal dus uitgevoerd worden in een staalvariant. Nadeel hiervan is dat naast de staalconstructie er een niet dragende scheidingsconstructie toegepast zal moeten worden om aan de eisen te kunnen voldoen die aan de scheiding tussen de twee gebruiksfuncties worden gesteld. Voordelen van een staalconstructie ten opzichte van een betonconstructie zijn ondermeer: • de uitvoering; • inpassing van de draagconstructie in het ontwerp van de architect; • tijdsafhankelijke invloeden op het constructiemateriaal. Uitvoering Alhoewel de uitvoering van het gehele gebouw nog niet vast staat kan worden aangenomen dat de uitvoering van een staalconstructie “gemakkelijker” zal zijn dan een betonconstructie. Een betonconstructie zal tijdelijk ondersteund moeten worden eer de constructie enige draagkracht zal bezitten. Ook zal er rekening mee gehouden moeten worden dat de voorspanning in de bouwfase af zal wijken van de uiteindelijke situatie. Het zal dus nodig zijn om de voorspanning na te kunnen spannen. Voor wat betreft de uitvoering van een staalvariant kan gesteld worden dat een vakwerkligger gemonteerd zal kunnen worden en direct belastingen op zal kunnen nemen. Tevens zal het voor een staalconstructie wellicht niet noodzakelijk zijn om tijdelijke ondersteuningen te creëren. Dit zal voor een betonconstructie wel noodzakelijk zijn.

Inpassing Met de inpassing van de draagconstructie in het ontwerp van de architect wordt de invloed, die de constructie op de indeling van de verschillende plattegronden heeft, bedoeld. Een betonnen wandconstructie zal een grotere invloed hebben op de indeling van de verschillende plattegronden dan een staalconstructie. Een staalconstructie zal een geringere draagconstructie opleveren waar de architect rekening mee zal moeten houden. Wel is het zo dat de totale constructiedikte voor de staalvariant groter zal zijn dan de betonvariant. In de staalvariant zullen extra voorzetwanden toegepast moeten worden ter bescherming van de staalconstructie en voor het tegengaan van geluidsoverlast.


201

_______________________________Molenwijk______________________________________

Tijdsafhankelijke invloeden In bovenstaande ontwerpberekening voor de betonnen wandligger is geen rekening gehouden met tijdsafhankelijke invloeden die de krachtswerking van de hoofddraagconstructie zullen beïnvloeden. Voor de voorspanning zal rekening gehouden moeten worden met de relaxatie van het voorspanstaal. Voor het beton zelf zal de kruip van het beton de belangrijkste tijdsafhankelijke factor zijn. Door deze effecten zullen de spanningen in de wandligger verder op kunnen lopen. Wanneer de hoofddraagconstructie in een staalvariant uitgevoerd zal wordt, zal er geen rekening gehouden hoeven worden met deze effecten.

Eindconclusie hoofddraagconstructie as B en 7 Bovenstaande criteria in acht nemend, kan geconcludeerd worden dat een betonvariant voor het uitkragende gebouwdeel constructief geen oplossing zal kunnen bieden voor dit specifieke ontwerp. Het uitkragende gebouwdeel is dusdanig groot dat de (trek-)spanningen te hoog op zullen lopen. Een stalen vakwerkligger zal voor dit specifieke geval een betere oplossing bieden.

202


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6

Gebouwdeel woningen Tot slot zal er gekeken worden naar het deel van het gebouw waar de woningen zich bevinden. Voor dit deel van het gebouw geldt wederom dat er een scheiding tussen de verschillende functies in het gebouw gerealiseerd zal moeten worden. Anders dan voor het andere gebouwdeel geldt dat de gevel op as 9 zo veel mogelijk vrij zal moeten blijven van zware constructie elementen. Dit omdat, anders dan voor een kantoorfunctie in het gebouw, het wenselijk zal zijn een geheel vrij uitzicht vanuit de woningen te creëren. Mogelijkheden voor de draagconstructie van dit gebouwdeel zijn eerder beschreven in paragraaf 5.3 (Constructieve concepten woningen). In deze paragraaf zullen de verschillende constructie mogelijkheden voor de woningen verder worden onderzocht.

8.6.1

Schematisering Voor de draagconstructie van de woningen is het de vraag in hoeverre de gevel vrij zal kunnen blijven van constructie elementen. Hiervoor zal onderzoek gedaan worden naar de verschillende mogelijkheden die er zijn om de belastingen op te nemen doormiddel van de achterwand op as 7, de woningscheidende wanden, de gevel op as 9 of een combinatie van deze elementen. Deze verschillende mogelijkheden voor de draagsystemen zullen hieronder uiteen gezet worden, waarna per constructiemateriaal gekeken zal worden naar de meest voor de hand liggende variant. De twee belangrijkste concepten voor de draagconstructie zijn die waarbij de belastingen (of een deel daarvan) vanuit de woningen worden opgenomen door • een draagconstructie in de gevel; • de woningscheidende wanden. De voor- en nadelen van deze concepten zullen hieronder worden toegelicht.


203

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.1.1

Draagconstructie in de gevel

Figuur 139 Draagconstructie in de gevel

Wanneer de belastingen vanuit de woningen door een constructie in de gevel en de achterwand opgenomen zullen kunnen worden zal er geen koppeling nodig zijn tussen het woonen parkeer gedeelte van het gebouw. Het parkeer- en woongedeelte van het gebouw zullen opzichzelfstaande constructies vormen die de hierop rustende belastingen op zullen nemen.

Figuur 140 Schematisering draagconstructie

204


_______________________________Molenwijk______________________________________

Door deze ontkoppeling zullen ook geen problemen ontstaan met het doorgeven van contactgeluid van de parkeervloer naar de scheidingsconstructie. De verbinding van de vloeren met de constructie op as 7 zal dusdanig uitgevoerd kunnen worden dat deze geen geluid door zal kunnen geven.

Figuur 141 Princite detail

8.6.1.2

Woningscheidende wanden laten dragen

Wanneer de constructie in de gevel te zwaar wordt, waardoor het uitzicht vanuit de woningen ontnomen zal worden, zal het een mogelijkheid zijn om de belastingen via de woningscheidende wanden naar de achterliggende drager op as 7 te brengen.

Figuur 142 Inzet woningscheidende wanden

Probleem hierbij is dat de woningen nu uit zullen kragen waardoor er momenten in de constructie zullen ontstaan. Deze momenten zullen op verschillende wijze opgenomen kunnen worden. De krachten vanuit de woningscheidende wanden kunnen als een koppel van trek- en drukkrachten in de achterliggende vloerconstructie van de parkeergarage worden geleid (Figuur 143). De krachten ten gevolge van de uitkragende woningen zullen ingeleid moeten worden in de vloerconstructie van de parkeergarage. Deze zullen op hun beurt de belastingen aan de kernen over moeten dragen.


205

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 143 Principe uitkragende woningen

Nadeel van deze variant is dat er een verbinding tussen de twee functie ontstaat. Onderzocht zal moeten worden of door deze verbindingen geen problemen zullen ontstaan met de geluidsoverdracht tussen de verschillende ruimten (geluidslekken).

De keuze tussen deze verschillende constructieve concepten wordt grotendeels bepaald door de criteria die aan de scheiding van de verschillende functies wordt gesteld. Deze criteria zijn eerder omschreven in paragraaf 8.2. Het belangrijkste ontwerpaspect is het daadwerkelijk scheiden van de ruimten. De vraag is of dit werkelijk noodzakelijk is voor het voorkomen van geluidsoverlast (contactgeluid). Voor een beton- en een staalvariant zullen verschillende maatregelen getroffen moeten worden om aan deze criteria te kunnen voldoen. Per materiaal zal naar de verschillende mogelijkheden voor het ontwerp gekeken worden.

206


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.2

Betonvariant In eerste instantie zal gekeken worden naar de mogelijkheid van een draagconstructie in de gevel. Dit omdat op deze wijze de scheiding tussen de twee gebouwdelen zonder problemen gerealiseerd zal kunnen worden.

8.6.2.1

Drager in de gevel

Een mogelijkheid voor de uitvoering van de draagconstructie van de woningen is om een draaglijn in de gevel toe te passen. Deze drager zal de vorm van een raamwerkligger moeten krijgen om op deze manier het uitzicht vanuit de woningen niet te belemmeren. In Figuur 144 is een voorbeeld gegeven van een betonnen raamwerkligger. Deze ligger zal ter plaatsen van as J en de kern ondersteund worden. De overspanning van de ligger wordt hiermee 31,2 m. Door de helft van de vloerbelasting vanuit de woningen op deze constructie te zetten zal een berekening gemaakt kunnen worden van de optredende vervormingen en maximale krachten in de constructie. Aan de hand van deze krachten zal een berekening gemaakt kunnen worden van de benodigde wapening.

Figuur 144 Betonnen raamwerkligger in de gevel van de woningen

In eerste instantie zijn de wandopeningen zo groot mogelijk gehouden. Om de horizontale en verticale toch voldoende draagkracht te geven zullen deze wel degelijk een behoorlijke afmeting moeten hebben. In Figuur 145 is een doorsneden gegeven van de toe gepaste hoogte.

Figuur 145 Benodigde constructie hoogte


207

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de horizontale is een hoogte van 1500 mm aangehouden en voor de verticale is een breedte van 1200 mm aangehouden. Voor een eerste ontwerpberekening is voor de dikte een maat van 300 mm aangenomen. Wanneer de belastingen van het halve vloerveld worden aangebracht ontstaat de volgende momenten- en dwarskrachtenlijn.

Figuur 146 Vorm D-lijn (links), M-lijn (rechts)

Deze momenten en dwarskrachten geven de volgende gemiddelde spanningen in de betondoorsneden.

Figuur 147 Beschouwd element Md;max = 3921 kNm1 Vd;max = 1077 kN

Deze momenten en dwarskrachten zullen door de beperkte betondoorsneden opgenomen moeten kunnen worden. Aan de hand van een ontwerpberekening zal een schatting gemaakt kunnen worden van de benodigde hoeveelheid wapening in de doorsneden. d = 1500-35 = 1470 mm z = 0,9 d = 1323 m As =

Md 3921*106 = = 6813 mm2 fs * z 435*1323

A s ∅ 40 = 1257 mm2 ⇒ n= τd =

6813 ≈6 1257

Vd 1077*103 = 2,44 N/mm2 = d*b 1470*300

Β55 ⇒ τ1 = 0,76 N/mm2 τ2 = 6,6 N/mm2 A s;bgls =

(τd − τ1 )*b*y (2,44 - 0,76)*300*1000 = = 1287 mm2 0,9 * fs 0,9 * 435

A s;bgls 2-snedig = 644 mm2 → ∅12-150 = 753 mm2

208


_______________________________Molenwijk______________________________________

ω0t =

1506 + 7540 * 100% = 2,0% 1500*300

Dit percentage is lager dan het maximum wapeningspercentage. Wel is het zo dat dit percentage aan de hoge kant is en dat in de praktijk aangeraden zal worden om de beton doorsneden te verhogen. In bovenstaande berekening is overigens nog geen rekening gehouden met de piekspanningen die rond de randen van de wandopeningen zullen ontstaan. Om deze piekspanningen op te kunnen nemen en te kunnen spreiden zal voldoende bijlegwapening met de benodigde verankeringslengte toegevoegd moeten worden. Hierdoor zal het wapeningspercentage van de doorsneden nog iets groter worden. Naast het opnemen van de krachten zal ook gekeken moeten worden naar de optredende vervormingen van de constructie. Door de grote hoogte van de constructie blijft deze beperkt en zal deze binnen de gestelde grens blijven. uz;max = 84 mm < 125 mm (0,004*31200 mm)

Naast het vergroten van de constructie dikte is het ook een mogelijkheid om de optredende momenten te verkleinen doormiddel van het toevoegen van extra verticalen in de gevelconstructie.

Figuur 148 Extra verticalen in de gevelconstructie

Voordeel van deze aanpassing is dat de maximale momenten in de constructie af zullen nemen en dat door het stijver worden van de gevel de vervormingen verder af zullen nemen. Nadeel is dat het uitzicht vanuit de woningen verder beperkt zal worden en dat de vrijheid voor het inrichten van de woningen hierdoor ook beperkt zal worden. Ook is het zo dat voor de raamwerkligger met verkleinde opening het wapeningspercentage van de doorsnede ongeveer gelijk zal zijn. De wapening voor het opnemen van het buigendmoment zal iets lager uitvallen. Daarentegen zullen er extra beugels toegepast moeten worden om de verhoogde dwarskracht op te kunnen nemen.


209

_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie Voor het opnemen van de helft van de vloerbelasting vanuit de woningen is een constructie nodig die een te groot deel van het geveloppervlak zal innemen. Hierdoor zal het uitzicht vanuit de woningen teveel worden belemmerd. Een raamwerkligger in de gevel voor de woningen zal geen bruikbare oplossing kunnen bieden voor een ontwerp van de hoofddraagconstructie voor de woningen.

Figuur 149 Gevelaanzicht woningen, grote en kleine openingen

210


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.2.2

Uitkragende woningscheidende wanden

Door de woningscheidende wanden de belastingen op te laten nemen zal het uitzicht vanuit de woningen onbelemmerd zijn. De achterliggende wand op as 7 zal deze belastingen dan wel op moeten kunnen nemen. Deze wand zal echter in zijdelingse richting niet voldoende buigstijf zijn om de vervormingen van de uitkragende wanden te kunnen beperken (Figuur 150).

Figuur 150 Vervorming ongesteunde wanden

In bovenstaand figuur is te zien dat de wand op as F niet vervormd. Deze wand is onderdeel van de stabiliteitskern en is dusdanig gemoduleerd dat deze niet zal vervormen. De verplaatsing van as 7 neemt naarmate de afstand tot de kern groter wordt ook steeds verder toe. Door de verplaatsing en verdraaiing van deze wand zullen de vervormingen ter plaatsen van de woningscheidende wanden ook verder toenemen. De belastingen vanuit de woningen zullen dus niet door de wandligger op as 7 opgenomen kunnen worden. Dit moment dat ontstaat door het uitkragende gewicht van de woningen zal door twee manieren opgenomen kunnen worden. • door het blok van woningen dusdanig stijf uit te voeren zodanig dat deze constructie het uitkragende moment doormiddel van wringende momenten naar de ondersteunende wanden op de assen F en J zal kunnen overbrengen. • of door het optredend moment om te zetten in trek- en drukkrachten die ingeleid worden in de achterliggende parkeervloeren. Op torsie belaste constructie Wellicht is het een mogelijkheid om het uitkragende gewicht van de woningen op te laten nemen door een op torsie belaste constructie. Dit zal gedaan kunnen worden door de woningscheidende wanden, de achterwand op as 7 en de verdiepingsvloeren van de woningen dusdanig te verbinden dat deze voldoende weerstand kunnen bieden aan het optredende moment. De verschillende elementen zullen dan in het werk monoliet aan elkaar verbonden moeten worden. Voor een betonconstructie zal dit geen probleem zijn.


211

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 151 Op torsie belaste constructie

Voordeel van deze constructie is dat op deze manier geen doorgaande koppeling met de parkeervloer gemaakt hoeft te worden en dat de gevel vrij van constructie elementen is. Nadeel van deze ongesloten constructie is dat deze niet als ‘doos’ zal kunnen gaan werken, maar meer als een u-profiel zal werken. Deze vorm is wellicht onvoldoende torsiestijf en het is dan ook maar de vraag in hoeverre de woningscheidende wanden deze constructie de benodigde stijfheid zullen geven.

Constructie koppelen met de achterliggende parkeergarage Een andere mogelijkheid is dat de woningscheidende wanden toch gekoppeld zullen worden aan de achterliggende constructie. De wanden zullen het optredend moment dat ontstaat ten gevolge van het uitkragende gewicht van de woningen omzetten in een koppel van trek- en drukkrachten die in de parkeervloeren geleid zullen moeten worden (Figuur 143). Deze krachten zullen geconcentreerd ter plaatsen van het snijpunt van de vloeren met de woningscheidende wanden optreden. Hier zal de wapening dusdanig uitgevoerd moeten worden dat deze krachten vanuit de woningen de vloeren in zullen kunnen. De vloeren zullen deze krachten vervolgens doormiddel van de schijfwerking van de vloeren naar de kernen overdragen.

Nadeel van deze oplossing is dat er een doorgaande verbinding tussen de twee verschillende gebouwdelen gevormd zal worden. Door deze verbinding bestaat de mogelijkheid dat er geluidslekken ontstaan. In hoeverre dit een probleem zal vormen voor een betonconstructie zal afhangen van de benodigde constructie dikte van de wanden. Wanneer deze voldoende groot is kan aangenomen worden dat de constructie voldoende massa heeft om problemen met geluidsoverlast te voorkomen.

212


_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie Voor een betonvariant voor de woningen zal een constructie die gekoppeld wordt aan de achterliggende parkeergarage het meest voor de hand liggen. Deze zal in combinatie met de berekening voor de achterwand op as 7 dan ook verder worden uitgewerkt.


213

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.2.3

Wandliggers as 7 en J

In deze paragraaf zal een berekening gemaakt worden van de wandliggers die de verticale belastingen vanuit de parkeergarage en woningen af zullen moeten dragen naar de kernen. Zoals beschreven zullen de horizontale belastingen ten gevolge van de uitkragende woningen opgenomen worden door de parkeervloeren. Voor de woningscheidende wanden zal een minimale dikte (geluidseisen) aangehouden worden van 280 mm. Voor de belastingen vanuit de woningen en de parkeergarage zullen dezelfde waarden gehanteerd worden als voor het eerder berekende wandligger op as B. De constructie kan als volgt worden geschematiseerd:

Figuur 152 Schematisering liggers as 7 en J

In onderstaande figuur zijn de optredende momenten en dwarskrachten in de wand weergegeven.

Figuur 153 Optredende momenten (boven) en dwarskrachten (onder)

De optredende krachten gelden voor een wanddikte van 350 mm. Deze wanddikte is aangehouden naar aanleiding van voorgaande berekening van de wand op as B en 7. Door de grotere betondoorsneden zal het mogelijk worden om de benodigde wapening en/of voorspanning weg te werken. De invloed van het verhoogde eigen gewicht op de optredende momenten en dwarskrachten van de constructie is erg gering (+4%).

214


_______________________________Molenwijk______________________________________

Mrep

Vrep

Md

Vd

Steunpunt as 7

84830

12650

104500

15600

Steunpunt as J

99910

15120

122700

18600

Veld

43650

5713

53740

7025

Tabel 12 Optredende momenten en dwarskrachten

Zoals te zien is in Figuur 153 zullen deze wanden anders hun krachten afdragen dan het eerder behandelde gebouwdeel (Figuur 125, blz. 185). In het eerder berekende gebouwdeel zijn de wanden ongeveer even lang en zullen deze wanden als uitkragende constructie hun belastingen opnemen. In het geval voor de woningen is de wand op as J veel korter dan de wand op as 7. Hierdoor ontstaat er een andere krachtswerking in de constructie. De korte wand op as J zal echt als oplegging dienen voor de wandligger op as 7. De korte wand op as J zal dan ook anders berekend worden.

Figuur 154 uitkragende wanden as J-7

Figuur 155 Schematisatie wandligger as J


215

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 156 Krachtswerking wand as J

Voor deze wand geldt een verhouding van de hoogte ten opzichte van de overspanning van: d 12000 = = 2,8 >> 1 l 4175

De wand zal dus echt als wandligger zijn belastingen afdragen. Om een berekening te kunnen maken van de benodigde wapening zal daarom niet uit worden gegaan van een lineair spanningsverloop in de wand (Figuur 156 links), maar van de vakwerkanalogie (Figuur 156 , rechts). De belastingen zullen per verdieping door de wand opgenomen worden en worden overgedragen op de kern. Voordeel van deze vakwerkanalogie is dat de wapening niet geconcentreerd boven in de wand toegepast zal moeten worden, maar dat de wapening over de hoogte verspreid zal kunnen worden. De optredende trek- en drukkrachten in de wand kunnen bepaald worden aan de hand van de eerder bepaalde dwarskrachtenlijn. De optredende reactiekracht ter plaatse van het snijpunt van de wanden op as J en 7 bedraagt: Vd; totaal = 18080 + 10440 = 28520 kN Vd =

28520 = 7130 kN per verdieping 4

Voor het bepalen van de belasting per verdieping is de totale belasting gedeeld door 4 verdiepingen en niet door 5. Dit omdat de belasting vanuit de onderste vloer doormiddel van ophangwapening ingeleid zal moeten worden in de wand.

216


_______________________________Molenwijk______________________________________

tan α =

3000 4175

α = 36°

7130 = 9814 kN tan 36° 7130 Vd; diagonaal = = 12130 kN sin 36° Vd; horizontaal =

De drukkracht (diagonaal) zal door het beton opgenomen moeten worden. De trekkracht (horizontaal) zal door de wapening opgenomen moeten worden. As =

Vd 9814*103 = = 22561 mm2 fs 435 22561 ≈ 18 1257 22561 ⇒ n= ≈ 28 804 22561 ⇒ n= ≈ 46 490 22561 ⇒ n= ≈ 113 201

A s∅ 40 = 1257 mm2 ⇒ n= A s∅32 = 804 mm2 A s∅25 = 490 mm2 A s∅16 = 201 mm2

Deze benodigde hoeveelheid wapening zal in een strook over de hoogte van de wand aangebracht kunnen worden. Het zal dan ook voor de hand liggen om een kleinere kerndiameter voor de wapening toe te passen.

Figuur 157 Wapening zones

Hiermee komt het wapeningspercentage van de wand op ω0t =

As 22561* 4 * 100% = * 100% = 2,15% Ab 350 * 12000

Dit wapeningspercentage is aan de hoge kant, maar voor een dergelijk bijzondere constructie niet exceptioneel.


217

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor het bepalen van de benodigde wapening voor wand op as 7 zal eenzelfde berekening gemaakt kunnen als gedaan is voor de wandligger op as B (§ 8.5.2.3, blz. 190). De benodigde trekwapening zal echter over de lengte van de wand verlopen. Dit omdat er in het midden van de wand een veldmoment zal ontstaan. Hier zal dus onderin de wand trekwapening nodig zijn. steunpunt wapening beugels

2

veld

As;ben (mm )

22717

11682

wapening

19Ø40

10Ø40

2

As;ben (mm ) wapening ω 0 (%)

2727

905

Ø16-150

Ø16-200

0,6

0,3

De benodigde hoeveelheid wapening voor het opnemen van de trek- en schuifspanningen in deze wand zijn beduidend lager dan de eerder berekende wand op as B. Deze wapeningspercentages zijn zonder problemen in de wand onder te brengen. Hierdoor zal het ook niet noodzakelijk zijn om de wand voor te spannen. Als laatst zal nog gekeken worden naar de krachten die vanuit de woningscheidende wanden ingeleid zullen moeten worden in de vloerconstructie van de parkeergarage. Dit om een indruk te krijgen van de grote van deze kracht en de hiervoor benodigde hoeveelheid wapening (ankers).

Figuur 158 Afdracht vloerbelasting op de woningscheidende wanden (rechts) en schematisatie in te leiden krachten (rechts) Fz * e = F1 * h + F2 * F1 =

1 h 2

met

F2 =

1 F1 2

4 Fz * e 5 h

Fz;d = 3979 kN

e=

8,2 = 4,1 m 2

h = 12 m

F1= 1088 kN F2 = 544 kN

218


_______________________________Molenwijk______________________________________

Deze kracht kan al worden opgenomen door twee staven met een diameter van 40 mm (2Ø40). Deze zullen in de vloer opgenomen moeten worden.

Conclusie Een betonnen wandligger voor dit deel van de hoofddraagconstructie zal een uitkomst kunnen bieden. Voor een uiteindelijke keuze zullen de voor- en nadelen voor de verschillende constructiematerialen tegen elkaar afgewogen moeten worden. Dit zal gedaan worden naar een korte toelichting van de staalvariant.


219

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.3

Staalvariant De hoofddraagconstructie voor het deel van het gebouw waar zich de woningen bevinden zal wederom in een staalvariant uitgevoerd kunnen worden. Net als voor het uitkragende gebouwdeel zal de scheiding tussen de verschillende gebouwfuncties door een niet dragende constructie gerealiseerd moeten worden. Voor dit gebouwdeel geldt dat zowel voor de scheiding tussen de parkeergarage en het woninggedeelte en tussen de woningen onderling.

Figuur 159 Doorsneden as 7 en J

Net als voor de betonvariant zal het wenselijk zijn om de gevel van de woningen vrij te houden van constructie elementen. Om dit te bewerkstellen zullen de woningen aan het gebouw aangehangen kunnen worden. Voor deze constructie geldt hetzelfde als voor de uitkragende wanden in de hiervoor behandelde betonvariant. Door het aanhangen van de verschillende woningscheidende wanden zal het noodzakelijk zijn om de horizontale krachten in de achterliggende vloerconstructie te leiden. Een andere oplossing is om de krachten doormiddel van trekstangen naar de andere kant van de parkeervloer te brengen en deze hier te koppelen aan de constructie op as 4.

Figuur 160 Vakwerkligger gesteund in horizontale richting en de hierdoor ontstane horizontale krachten

220


_______________________________Molenwijk______________________________________

De optredende spanningen in de elementen en de optredende verplaatsingen van de constructie zijn beduidend kleiner dan de vervormingen en spanningen in de constructie op as B en 7. Dit komt met name doordat de constructie minder ver uitkraagt, waardoor de belastingen efficiënter naar de achterliggende kernen overgebracht kunnen worden. Dit deel van de constructie zal voor een staalconstructie dus niet maatgevend zijn. Een ander probleem waardoor bovenstaande staalconstructie minder geschikt zal kunnen zijn voor de hoofddraagconstructie van de woningen is de kans op geluidslekken tussen de parkeergarage en de woningen. Hierdoor is het gewenst om het aantal koppelingen zoveel mogelijk te beperken. Als nog is het dan de vraag of een staalvariant uitgevoerd op deze wijze de meest geschikte oplossing zal kunnen bieden.

Figuur 161 Plaatselijk koppelen van de verschillende functies

Voor een staalvariant zal het meer voor de hand liggen om de vloeren voor de woningen, net als gedaan is voor het uitkragende gebouwdeel, ook op een ligger in de gevel op te kunnen leggen. Echter zal het nu, om vrije uitzicht vanuit de woningen niet te belemmeren, niet mogelijk zijn om een vakwerkligger toe te passen. De constructie zal als raamwerkligger (vierendeelligger) uitgevoerd moeten worden. Voor de op te nemen belastingen, optredende momenten en dwarskrachten, kunnen dezelfde waarden aangehouden worden als voor de raamwerkligger uitgevoerd in een betonvariant.


221

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 162 Optredende maximum- (boven) en minimum (onder) spanningen in de raamwerkligger van HD-400x509 profielen

In de elementen naast de opleggingen van de raamwerkligger ontstaan grote spanningen ter plaatse van de knooppunten van de elementen. De overige elementen worden veel minder zwaar belast. Wanneer dit deel van de hoofddraagconstructie uitgevoerd zal worden in een staalvariant, zal goed gekeken moeten worden naar de knopen. Nadeel van een in staal uitgevoerde raamwerkligger is namelijk het vele laswerk dat nodig is om een momentvaste verbinding tussen de verschillende elementen te realiseren. Hierdoor zal een dergelijke constructie erg kostbaar worden. Overwogen zal dan ook moeten worden of de belastingen vanuit de woningen niet via diagonalen in de woningscheidende wanden naar de achterliggende constructie gebracht moeten worden. Conclusie Dit gebouwdeel, uitgevoerd in een staalconstructie, zal bijvoorkeur uitgevoerd worden als een constructie die ondersteund wordt ter plaatse van de gevel en de achterwand. Een vierendeel ligger van zware HD-profielen zal uitkomst kunnen bieden.

222


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.6.4

Samenvatting hoofddraagconstructie woningen Anders dan voor de constructie van het uitkragende gebouwdeel op de assen B en 7 zal de hoofddraagconstructie voor het gebouwdeel waar de woningen zich bevinden zowel in een beton- als in een staalconstructie uitgevoerd kunnen worden. Het voordeel van dit gebouwdeel is dat de scheiding tussen de woningen kan worden ingezet voor de draagconstructie. Ook zal de hoofddraagconstructie ononderbroken uitgevoerd kunnen worden. Anders dan voor het gebouwdeel op de assen B en 7 zullen alleen de bewoners toegang tot hun woningen verleend moeten worden. Hierdoor zal het niet noodzakelijk zijn om op iedere verdieping dezelfde sparingen aan te brengen. De uiteindelijke keuze tussen de verschillende constructiematerialen zal dus afhangen van de eerder in paragraaf 8.2 beschreven criteria. In de hierna volgende paragraaf zullen deze criteria verder worden toegelicht.

Conclusie Bovenstaande criteria in acht nemend, kan geconcludeerd worden dat een betonvariant voor het uitkragende gebouwdeel constructief wel degelijk een oplossing zal kunnen bieden.


223

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.7

Conclusie draagconstructie In deze paragraaf zal een conclusie getrokken worden over de in dit hoofdstuk onderzochte draagconstructies voor de verschillende gebouwdelen. Dit om een keuze te kunnen maken voor de definitieve hoofddraagconstructie. (Zeer) Hogesterktebeton Het voornemen om (zeer) hogesterktebeton op grote schaal toe te passen voor de hoofddraagconstructie van het parkeergebouw met woonen kantoorruimten, zal niet realistisch zijn. Het gebouw bevat te veel uitkragende constructie-onderdelen, waardoor er naast grote drukspanningen ook grote trekspanningen op zullen treden. Deze trekspanningen zullen niet door het beton opgenomen kunnen worden, waardoor de constructie voorgespannen zal moeten worden. Om het eigen gewicht van de constructie en de afmetingen van de elementen te beperken zal er onvoldoende ruimte zijn om deze voorspankrachten te kunnen verankeren. Ook zal de detaillering van de knooppunten van de verschillende elementen een opgave op zich worden. In deze knopen zullen de grote druk- en trekkrachten doorgegeven moeten worden. Daarnaast zal het geheel ook nog uitgevoerd moeten worden. De constructie zal in elementen geprefabriceerd moeten worden, omdat de condities op de bouwplaats onvoldoende zijn om een (zeer) hogesterktebeton in het werk te storten. De koppeling van deze elementen zal dan zeer lastig worden.

Een ander nadeel voor dit specifieke gebouw zijn de door de architect gestelde randvoorwaarden. De architect heeft voor het ontwerpen van de hoofddraagconstructie geen ruimte gegeven voor aanpassingen, waardoor een betonconstructie geen haalbare variant zou kunnen zijn. Met name het vrijhouden van de begane grond geeft niet de ruimte om een betonconstructie in te zetten. De belastingen zullen door middel van buiging in verschillende liggers naar de kernen afgedragen moeten worden. Hierdoor is het niet mogelijk om een op druk belaste betonconstructie te ontwerpen. Boven of onder het gebouw zullen ook geen zware constructieonderdelen geplaatst kunnen worden door de aanwezigheid van de ontworpen woningen en parkeervloeren boven en onder het gebouw. Wat rest is een over de hoogte van het gebouw toe te passen draagconstructie. Het is echter binnen het gebouw weer niet mogelijk om een fatsoenlijke constructie door het gebouw door te voeren. Dit komt doordat de plattegronden voor de parkerende en vertrekkende auto’s vrij toegankelijk zullen moeten zijn. Hierdoor zal er slechts een op buiging belaste constructie langs de randen van het gebouw en op de scheiding van de verschillende gebouwfuncties kunnen worden toegepast. Deze constructie zal opgelegd moeten worden op, op buiging belaste constructie-elementen vanuit de kernen van het gebouw. Dit alles maakt dat een (zeer) hogesterktebeton niet geschikt zal zijn als constructiemateriaal voor dit gebouw.

224


_______________________________Molenwijk______________________________________

Beton Voor het scheiden van de verschillende functies in het gebouw zou het wel een mogelijkheid zijn om een betonconstructie praktisch in te zetten. Het gebouwdeel waar de kantoren zich bevinden kraagt echter te ver uit, waardoor de trekspanningen in het beton te groot worden om deze met behulp van zachtstaalwapening of voorspanwapening op te kunnen nemen. Hier zal dan ook een staalconstructie toegepast worden. Om problemen met geluidsoverlast te voorkomen zal ook een staalconstructie in de gevel geplaatst worden. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid om de verschillende vloeren te scheiden en is het niet noodzakelijk om een koppeling tussen deze ruimtes aan te brengen. Voor het gebouwdeel waar de woningen zich bevinden zal het niet mogelijk (wenselijk) zijn om een draagconstructie in de gevel te maken. Hier zal een betonconstructie wel degelijk een reële kans maken. Door het eigen gewicht van de constructie is het niet noodzakelijk om de verschillende gebouwdelen van elkaar te ontkoppelen.

Staal versus beton De vergelijking voor een staal- of een betonvariant voor de hoofddraagconstructie is alleen van toepassing op het gebouwdeel waar zich de woningen bevinden (gebouwdeel as J en 7; voor de twee overige gebouwdelen zijn de overspanningen en de uitkragingen immers te groot om een reële toepassing voor een betonconstructie te vormen). Voor dit gebouwdeel zijn voor beide varianten verschillende mogelijke constructies behandeld en verschillende mogelijkheden aangedragen om de voor- en nadelen van de materialen te gebruiken of op te lossen. De belangrijkste criteria die van belang zijn voor de uiteindelijke keuzes zijn mijns inziens de maatregelen die getroffen moeten worden om problemen met geluidsoverdracht van de parkeergarage naar de woningen te voorkomen. Daarnaast zal de uitvoering van de constructie nog een criterium kunnen zijn. Deze twee zullen hieronder kort beschreven worden.

Geluidswerende maatregelen Zoals uitvoerig beschreven is zullen voor een betonnen draagconstructie geen aanvullende maatregelen getroffen hoeven te worden om problemen met contact- en luchtgeluid te voorkomen. Voor een stalen draagconstructie zal wel een scheidingsconstructie geïntegreerd moeten worden. In Figuur 163 is hiervan een principedetail gegeven. Om bovendien aan de brandwerendheidseisen te kunnen voldoen, zal het staal aan beide zijden afgeschermd moeten worden door een voorzetwand. Hiertussen zal de staalconstructie geplaatst moeten worden.


225

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 163 Horizontale doorsnede principedetail wandopbouw

De totale constructiedikte zal hierdoor behoorlijk groot worden. Het nadeel is dat eenzelfde opbouw ook toegepast zal moeten worden voor de woningscheidende wanden. Door de grote wanddikte zal een behoorlijk vloeroppervlak van de woningen verloren gaan. Een betonnen wandconstructie is hier dus in het voordeel.

Uitvoering Een eerder beschreven nadeel van een betonconstructie is de uitvoering van deze constructie. Tijdens de bouw zal het nodig zijn om het geheel te ondersteunen tot het beton voldoende draagkracht heeft ontwikkeld om in ieder geval het eigen gewicht te kunnen dragen. Ook zal een behoorlijke verloren fundering gemaakt moeten worden voor het ondersteunen van de bekisting voor de wand. Een in staal uitgevoerde hoofddraagconstructie zou qua uitvoering de voorkeur hebben. De constructie zou op de grond gemonteerd kunnen worden en in zijn geheel ingehesen en afgemonteerd kunnen worden.

Hoofddraagconstructie woningen Voor de hoofddraagconstructie van de woningen wordt er voor gekozen om deze in een betonconstructie uit te voeren. Het grote voordeel van het eigen gewicht van de constructie en het uitsluiten van geluidslekken tussen de parkeergarage en de woningen geeft hierbij de doorslag. De uitvoering van het geheel zal hierdoor meer aandacht vragen, maar met de juiste expertise en ervaring van de aannemer zal hier een oplossing voor gevonden kunnen worden.

226


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.8

Stabiliteitsconstructie Door de grote uitkragende gebouwdelen en de geconcentreerde belastingen die hierdoor op de kernen ontstaan, zal het noodzakelijk zijn de stabiliteitsconstructies van het gebouw onder de loep te nemen. De kernen zullen naast de verticaal optredende belastingen ook horizontale belastingen op moeten kunnen nemen. Voorbeelden van deze horizontale belastingen zijn onder meer de windbelasting op het gebouw en remkrachten van de door het gebouw rondrijdende auto’s. Al deze belastingen zullen, verdeeld door de horizontale schijven (vloeren), via de kernen naar de funderingen van het gebouw afgedragen dienen te worden. Voor de verschillende kernen kunnen de belastingen die op deze kernen rusten, worden bepaald. Tijdens de uitvoering van het geheel zal gekeken moeten worden naar de detaillering van de verschillende aansluitingen van de liggers op de kernen. Ook zal aan de hand van controleberekeningen gekeken moeten worden of de optredende krachten zonder speciale maatregelen in de kernen ingeleid kunnen worden. Vervolgens zal een begin worden gemaakt met het verder uitwerken van de stabiliteitsconstructie toegespitst op de situatie voor de parkeergebouwen met woonen kantoorruimte in de Molenwijk. Hiervoor zal het zwaartepunt van de stabiliteitsconstructie bepaald worden, waarna de invloed van het eventueel excentrisch aangrijpende aanhangende eigengewicht van het gebouw kan worden onderzocht. Vervolgens zal onderzocht worden wat de invloed is van de windbelasting op het gebouw.


227

_______________________________Molenwijk______________________________________

8.8.1

Zwaartepunt stabiliteitsconstructie Door middel van het bepalen van de statische momenten (S = oppervlak maal zwaartepuntsafstand) van de wanden van de stabiliteitselementen, en deze door het totale oppervlak van de elementen te delen, kan het zwaartepunt van de gezamenlijke doorsnede gevonden worden. Dit zwaartepunt is van belang voor het bepalen van de bijkomende effecten die ontstaan door de op de constructie aangrijpende belastingen. Zo zal er bijvoorbeeld door het niet samenvallen van het aangrijpingspunt van de resultante van de horizontale windbelasting en het stijfheidszwaartepunt van de constructie, een wringend moment op kunnen treden. Ook zouden door het niet samenvallen van het stijfheidszwaartepunt van de constructie en het zwaartepunt van de op de stabiliteitsconstructie rustende belastingen, extra wringende momenten kunnen ontstaan. Door het excentrisch aangrijpen van de belastingen ontstaan deze momenten. Voor de stabiliteitskernen van de Molenwijk zijn voor de verschillende verdiepingen verschillende doorsneden beschikbaar. Dit komt doordat de automobilisten op de onderste verdiepingen de kernen nog niet zullen kruisen. Pas op een grotere hoogte zal het voor de automobilisten mogelijk moeten zijn om door de kernen heen te kunnen rijden. Hieronder zijn voor deze twee verschillende situaties de zwaartepunten voor de doorsneden aangegeven. A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

H

I

J

K

1

2

3

4

Ligging zwaartepunt

5

6

7 8 9

A

B

C

D

E

F

G

1

2

3

4

5

6

7 8 9

228

Ligging zwaartepunt

Figuur 164 Ligging zwaartepunten doorsneden stabiliteitsconstructie voor de onderen bovenbouw


_______________________________Molenwijk______________________________________

In Figuur 164 zijn voor de beide situaties de ligging van het zwaartepunt van de doorsnede aangegeven. Opgemerkt moet worden dat voor de situatie waarbij de auto’s de kernen doorkruisen, op sommige plaatsen in de kernen eventueel nog enkele kolommen kunnen worden toegevoegd om de belastingen op de onderliggende “hele“ kernen over te kunnen brengen. In het figuur is te zien dat voor de bovenste situatie, waarbij de uitkragende hoofddraagconstructie nog niet zal zijn aangebracht, het zwaartepunt van de totale stabiliteitsconstructie net buiten één van de kernen valt. In de onderste situatie valt, door het verkleinen van de kern aan de rechterkant van het gebouw, het zwaartepunt van de totale stabiliteitsconstructie net binnen één van de kernen. Ook is te zien dat het zwaartepunt zowel in de breedte als in de lengte, zich in het midden van het gebouw bevindt. In deze situatie is de volledige uitkragende bovenbouw aanwezig en zullen de invloeden door de windbelasting voor beide zijden van het gebouw nagenoeg gelijk zijn.

8.8.2

Wringing De stabiliteitsconstructie van de parkeergebouwen met woonen kantoorruimten bestaan uit meerdere kernen. Zoals eerder beschreven zal de windbelasting over de verschillende elementen worden verdeeld. Deze verdeling van de krachten is afhankelijk van de plaats van de stabiliteitselementen in het gebouw en de onderlinge stijfheden. Wanneer de resultante van de horizontale windbelasting door het stijfheidszwaartepunt van het gebouw gaat, zal het gebouw alleen gaan transleren. Valt het aangrijpingspunt van de belasting niet samen met het stijfheidszwaartepunt, dan treedt er naast een translatie ook een rotatie in het gebouw op. In het geval van de gebouwen in de Molenwijk zijn de gevels ongeveer even groot waardoor de resultante van de windbelasting in het midden van het gebouw zal aangrijpen (de aanhangende verdiepingen onder het linkerdeel van het gebouw zullen alleen als parkeerplaats dienen en deze verdiepingen zullen een open gevel hebben, waardoor de windbelasting op deze verdiepingen verwaarloosbaar zal zijn). Ook het zwaartepunt van de stabiliteitsconstructies liggen erg dicht bij het midden van het gebouw (Figuur 164), waardoor de gevolgen van een eventueel wringend moment minimaal zullen zijn. Ondanks dat het nieuw te bouwen parkeergebouw omsloten is door de flatgebouwen van de Molenwijk, is het niet ondenkbaar dat deze situatie, en daarmee de windbelasting, zal veranderen. Daardoor is het mogelijk dat de windbelasting uit een bepaalde richting niet over het gehele geveloppervlak van het gebouw, dat loodrecht op de wind staat, zal aangrijpen. Hierdoor komt de resultante van de windbelasting excentrisch te staan, waardoor wel een wringend moment ontstaat. Hiervoor is er in de NEN 6702 art. 8.6.2.5 een eis gesteld waarbij de windbelasting “vol” op één helft van het gevelvlak aangrijpt, terwijl op de andere helft de windbelasting “gehalveerd” aangrijpt. Door dit artikel zal er terdege met een wringend moment rekening gehouden moeten worden.


229

_______________________________Molenwijk______________________________________

Rn =

In * R wind Σ In

Rn =

⎛ I * bn ⎞ In * R wind +⎜ n * R wind * e 2 ⎟ Σ In ⎝ Σ In * bn ⎠

Figuur 165 Translatie en Translatie + Rotatie van het gebouw ten gevolge van de windbelasting

In bovenstaande figuur zijn de hiervoor beschreven situaties weergegeven. Aan de linkerzijde van het figuur is de situatie afgebeeld waarbij, bij het samenvallen van de resultante van de windbelasting (Rwind) en het stijfheidszwaartepunt, het gebouw transleert. Aan de rechterzijde van de figuur is de situatie afgebeeld waarbij het gebouw over één helft van het gebouw door de halve windbelasting belast wordt. Hierdoor verschuift de resultante van de windbelasting en ontstaat een excentriciteit. Door deze belasting zal het gebouw, naast een translatie, ook een rotatie ondergaan. Voor beide situaties kan de belastingverdeling over de stabiliteitselementen door middel van de bovenstaande formules voor Rn worden bepaald.

230


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.8.3

Berekening stabiliteitsconstructie Om het ontwerp van de architect te kunnen controleren voor wat betreft de stabiliteitsconstructie zal in eerste instantie gekeken worden naar de verdeling van de horizontale belasting over de verschillende kernen. Het deel van deze horizontale belasting dat per kern opgenomen zal moeten worden is afhankelijk van het traagheidsmoment van de kern ten opzichte van de sommatie van alle stabiliteitskernen. Hiervoor geldt: des te stijver de kern des te meer horizontale belasting deze naar zich toe zal trekken. Daarnaast zal de excentriciteit tussen het aangrijpingspunt van de horizontale windbelasting en het systeemmiddelpunt van het gebouw van belang zijn. Door deze excentriciteit ontstaat een rotatie van het gebouw waardoor er in de kernen verschillende trek en druk krachten zullen ontstaan. Deze verschillende krachten kunnen bij elkaar opgeteld worden, waardoor de belasting per kern bepaald zal kunnen worden. Voor de verschillende kernen kunnen de onderstaande waarden worden aangehouden. Hierbij is in eerste instantie uitgegaan van een wanddikte van 300 mm. Kern Eenheid

Links

Midden

Xs

mm

27773

3412

31709

Ixx

mm

2,72E+14

1,29E+15

3,99E+14

4

Rechts

Tabel 13 Gegevens stabiliteitsconstructie

Figuur 166 Ligging systeemmiddelpunt


231

_______________________________Molenwijk______________________________________

Hiermee komt de verdeling van de windbelasting op de langsgevel over de verschillende kernen op: Rx;l =

0,141 * Rwind

Rx;m =

0,753 * Rwind

Rx;r =

0,206 * Rwind

Voor de wind wordt er vanuit gegaan dat de gevels van de bovenste verdiepingen gesloten zullen zijn. De windbelasting zal dan op een gesloten oppervlak van circa 78 m breed en 12 m hoog aangrijpen. Maximale windbelasting op de langsgevel per m2: (zie Bijlage: B) Prep = Cdim * Cindex * Ceq * φ1 ∗ p w = 0.87 * (0.8 + 0.4) * 1 * 1 * 1.17 Frep

= 1.22 kN/m2 = A * Prep = (78*12)*1,22 = 1142 kN

Hiermee worden de horizontale belastingen die door de kernen opgenomen moeten worden gelijk aan: Rx;l =

0,141 *

1142 =

161 kN

Rx;m =

0,753 *

1142 =

860 kN

Rx;r =

0,206 *

1142 =

235 kN

Zoals uit bovenstaande berekening af te leiden is, zijn de reactiekrachten vanuit de windbelasting erg klein. Om een indicatie te krijgen van de optredende vervormingen zal de uitbuiging van de middelste kern bepaald worden. Voor de E-module van het beton wordt een waarde van 1/3 * E’b (E’b ≈ 30000 N/mm2).

utop =

Fd;wind * l3

Fd;wind * l2

* lresterend 3 * EI 2 * EI 1,5 * 860*103 * 179853 = + 3 * 10000 * 1,29291*1015

utop

232

+

1,5 * 860*103 * 179852 * 13175 2 * 10000 * 1,29291*1015 = 0,193 + 0,213 = 0,406 mm


_______________________________Molenwijk______________________________________

8.8.4

Conclusie stabiliteitsconstructie Geconcludeerd kan worden dat de door de architect aangehouden afmetingen voor de kernen ruimschoots voldoen. De invloed van de wind op de vervorming van de kern is dusdanig klein dat deze te verwaarlozen is. De kern is dusdanig stijf (groot) dat de windbelasting zonder problemen opgenomen zal kunnen worden. Hierbij moet nog worden opgemerkt dat voor de wanddikte een maat van 300 mm aangehouden is. Aangenomen kan worden dat deze zonder problemen verkleind zal kunnen worden tot 250 mm. De dikte van de kernwanden zal echter niet alleen door de stijfheidseisen bepaald worden, maar ook door de aansluiting van de uitkragende hoofddraagconstructie. Om iets over de (plaatselijke) wanddikte te kunnen zeggen, zal deze detaillering verder uitgewerkt moeten worden. Een andere opmerking behorende bij de voorafgaande berekening van de uitbuiging van de kern, is die waarbij rekening gehouden is met een gescheurde betondoorsnede. Door het grote traagheidsmoment van de kernen zijn de spanningen in het beton ook minimaal. Door deze lage (trek-) spanningen kan worden aangenomen dat de doorsnede ongescheurd zal blijven. Om de afmetingen van de kernwanden of een aantal van deze wanden te kunnen bepalen, zal verder gekeken moeten worden naar de door de kern op te nemen belastingen vanuit de hoofddraagconstructie. Hierbij zal naar de krachtsinleiding en de spanningen in het beton gekeken moeten worden. In het volgende hoofdstuk zal de draagconstructie verder worden uitgewerkt en zal ook gekeken worden naar de aansluiting op de kernen.


233

_______________________________Molenwijk______________________________________

234


_______________________________Molenwijk______________________________________

9 9.1

Definitief constructief ontwerp

Inleiding In dit hoofdstuk zal de in hoofdstuk 8 gekozen hoofddraagconstructie verder worden uitgewerkt. Hierbij zal met name de staalconstructie voor het uitkragende gebouwdeel en de constructie op stramien 1 verder worden uitgewerkt. Dit omdat door deze constructiedelen de grootste krachten opgenomen moeten worden. Ook zullen deze constructies de krachten geconcentreerd moeten opnemen. De dragende wanden voor de hoofddraagconstructie voor de woningen zal deze krachten gespreid over de hoogte af kunnen dragen. Voor deze staalconstructie zal gekeken worden naar het toe te passen vloersysteem en de invloed van dit systeem op de stramienmaat. Vervolgens zal gekeken worden naar de vorm van het toe te passen profiel en de vaktoren die deze keuze zal beïnvloeden. Hierbij zal gekeken worden naar de te maken verbindingen en de toe te passen bouwmethode. Ook zal naar de aansluiting van de staalconstructie op de kern gekeken worden. Hierbij zal de maximaal in te leiden kracht vanuit het uitkragende gebouwdeel maatgevend zijn voor het te ontwerpen detail. Ook zal een keuze worden gemaakt uit de in hoofdstuk 6 behandelde uitvoeringstechnieken. Deze keuze zal onderbouwt worden aan de hand van de op dit specifieke project van toepassing zijnde randvoorwaarden. In de laatste paragraaf zal nog een alternatief voor de draagconstructie besproken worden. Hierbij zullen de nadelen van de, aan de hand van de geldende randvoorwaarden, uitgewerkte draagconstructie besproken worden en zullen de voordelen van een aangedragen alternatief worden opgesomd.


235

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2

Uitwerking hoofddraagconstructie

9.2.1

Uitwerking vloersysteem

9.2.1.1

Dubbel T-liggers

Bij het maken van de ontwerpberekeningen is er van uitgegaan dat de vloer voor de parkeergarage in een keer overspannen zal worden door een dubbel T-liggervloer. Hiervoor zou een stramien van 7,8 m aangehouden kunnen worden (3 platen). In eerste instantie zal gekeken worden naar de oplegging van het vloersysteem met de staalconstructie op as 1. Omdat de vloer lijnvormig ondersteund zal moeten worden zullen in het vakwerk op as 1 per verdieping horizontale liggers opgenomen moeten worden (Figuur 167). De platen zullen ter plaatse van de kolommen uitgespaard moeten worden. De afstand waarover dit zal moeten gebeuren is gering. Wellicht is het geen probleem om de vloer ter plaatse van de sparing niet op te leggen. Is de sparing toch te groot, dan zal er aan de vakwerkligger een hoeklijn gelast moeten worden waar de vloer alsnog opgelegd zal kunnen worden.

Figuur 167 Oplegging TT-liggervloer op vakwerk as 1

Ook de constructieve schijfwerking (horizontale vlak) van de vloer zal met dit vloersysteem gemakkelijk gerealiseerd kunnen worden. Om de afzonderlijke vloerplaten tot een geheel samen te laten werken is het niet noodzakelijk om een constructieve druklaag op de vloer aan te brengen. De vloerplaten worden in de voegen (om een bepaalde hart op hart afstand) door middel van een boutverbinding gekoppeld. Op deze wijze ontstaat een geoptimaliseerd vloersysteem dat door het beperkte eigen gewicht een goede oplossing zal kunnen bieden. Of dit type vloersysteem geschikt is voor dit specifieke gebouw zal sterk afhangen van de uitvoering. Eerst zal de stalen hoofddraagconstructie gemonteerd moeten worden. De verdiepingsvloeren zullen dan nog niet aanwezig zijn waardoor het geheel door hulpconstructies vormvast gemaakt zal moeten worden. Vervolgens zullen de

236


_______________________________Molenwijk______________________________________

vloerplaten ingehesen moeten worden. Het nadeel van dit vloersysteem zijn de grote elementen (16 m lang, Figuur 168). De vloerplaten zullen tussen de verschillende hulpconstructies door op hun plaats gelegd moeten worden. Het inpassen van de vloerplaten zal de nodige problemen geven en de gewenste bouwsnelheid zal wellicht niet gehaald kunnen worden.

Figuur 168 Uitvoering dubbel T-liggers

Dit vloersysteem zal tevens problemen geven bij het uitvoeren van de onder de hoofddraagconstructie opgehangen verdiepingen. Door de beperkte toegankelijkheid zullen deze verdiepingen voor dit vloersysteem namelijk nog minder makkelijk uitgevoerd kunnen worden.

Figuur 169 Vloerplaten op de onderliggende verdiepingen

Om het probleem met het plaatsen van de dubbel T-platen en het stabiliseren van de constructie te voorkomen zal er voor worden gekozen om een ander vloersysteem toe te passen.


237

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.1.2

Staalplaat-betonvloer

Door de vloeren niet in de breedte van het gebouw te laten overspannen, maar in de lengte, zal een staalplaat-betonvloer toegepast kunnen worden. De staalplaten kunnen ongestempeld een maximale overspanning van circa 5400 mm maken. De staalplaten zullen opgelegd moeten worden op liggers die de parkeergarage in één keer zullen overspannen. Hiervoor zijn verschillende standaard systemen op de markt (zie ook Bijlage: D; vloersystemen, blz. 349). De overspanning van 16 m wordt gemaakt door een IPE550 profielen. Op dit profiel worden de staalplaten gelegd waarna, om de samenwerking tussen het staal en het op te storten beton te bewerkstelligen, er deuvels op de liggers gelast worden. Daarna kan de betonvloer worden gestort. Het voordeel van dit vloersysteem is dat de IPE liggers de stabiliteit van de hoofddraagconstructie kunnen waarborgen nog voordat de vloeren geheel afgestort zullen zijn. Samen met de hoofddraagconstructie op as 1 en de dragende constructie op as 4 zal een stijve box gevormd kunnen worden. Hierdoor kunnen de extra hulpconstructies achterwegen blijven. Een ander voordeel van dit vloersysteem is de vereenvoudigde uitvoering. De lichte staalplaten zullen in pakketten per verdieping met de kraan ingehesen kunnen worden. Vervolgens zullen de platen met de hand uitgelegd kunnen worden. Het afstorten van de vloeren zal vervolgens onafhankelijk van de voortgang van de bouw plaats kunnen vinden. Hierdoor zal het kritieke pad niet beïnvloed worden door het storten van de verdiepingsvloeren. Door deze vereenvoudigde montage van de vloeren zullen geen grote elementen aangevoerd en gemonteerd hoeven worden. Ook de aan de hoofddraagconstructie aangehangen verdiepingen onder het gebouw zullen gemakkelijk uitgevoerd kunnen worden. Krachten vanuit de woningen Het voordeel van de IPE-profielen is dat deze liggers meteen ingezet kunnen worden voor het opnemen van de krachten vanuit de woningen. De ontstane druk- en trekkrachten vanuit de woningscheidende wanden kunnen nu door deze liggers opgenomen worden en hoeven niet door extra wapening in de vloer opgenomen te worden. Stramienmaat Om niet de gehele parkeergarage te hoeven onderstempelen voor het uitvoeren van de staalplaat-betonvloeren zal de stramienmaat van 7,8 m verkleind worden. Door de stramienmaat te verkleinen naar 5,2 m zal de vloer zonder onderstempeling uitgevoerd kunnen worden. Deze maat is een modulaire maat van 7,8 m (1,5 x 5,2 = 7,8 m). Het zal hierdoor wellicht mogelijk zijn deze nieuwe stramienmaat toe te passen op het bestaande ontwerp. In Figuur 170 is deze nieuwe stramienmaat weergegeven voor de bovenste helft van het gebouw. Door deze aanpassing zal ook de vakwerkligger op as 1 aangepast moeten worden.

238


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 170 Plattegrond stramienmaat 5,2 m

Door deze nieuwe stramienmaat zullen er extra verticalen in het vakwerk komen om de liggers in de vloeren op te kunnen vangen.

Woningen Het aangepaste vloersysteem zal niet bruikbaar zijn voor de woningen. Hier zal de constructiehoogte van de vloer zo beperkt mogelijk moeten blijven. Ook zal het criteria van het ongestempeld uitvoeren hier niet van toepassing zijn. Voor de uitvoering van de dragende wanden zal al de nodige ondersteuning noodzakelijk zijn. Om de constructiehoogte zo beperkt mogelijk te houden en de vloer voldoende massa te geven zal deze als een massieve vloer (in combinatie met een breedplaatvloer) uitgevoerd worden.

Voor wat betreft de invloed van de woningen op het vloersysteem van de parkeergarage zal gelet moeten worden op de inleiding van de krachten vanuit de woningscheidende wanden. Om de woningen niet aan te hoeven passen aan de nieuwe stramienmaat en vloersysteem in de parkeergarage zal het nodig zijn extra liggers toe te passen in de parkeergarage.

Figuur 171 Extra ligger vloersysteem

Door deze eenvoudige aanpassing zal het niet noodzakelijk zijn om de indeling en de grootte van de woningen te wijzigen.


239

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.2

Vakwerkligger as 1

9.2.2.1

Aanpassen vakwerkligger as 1

In deze paragraaf zal gekeken worden naar de invloed van de gewijzigde stramienmaat op het ontwerp van de vakwerkligger op as 1. In eerste instantie zal gekeken worden naar de vorm van het vakwerk. In Figuur 172 zijn de verschillende mogelijke vormen voor het vakwerk geschetst.

Figuur 172 Verschillende mogelijkheden vakwerkligger as 1

In de bovenste figuur worden de diagonalen per vak toegepast. Het voordeel hiervan is dat de elementen uitsluitend op normaalkracht belast zullen worden. Het nadeel is echter dat de hoek waaronder deze diagonalen geplaatst moeten worden erg scherp wordt. Om deze hoek te vergroten en het aantal elementen in het vakwerk te beperken kunnen de diagonalen over twee vakken worden doorgezet (onderste figuur). Het nadeel hiervan is dat de onderen bovenregel van het vakwerk nu ook op buiging belast zullen worden. De puntlasten (vanuit de vloerliggers afgedragen op de verticalen) zullen gedeeltelijk door de bovenen onderregel opgenomen worden (Figuur 173).

Figuur 173 Vervorming bovenen onderregel vakwerkligger

240


_______________________________Molenwijk______________________________________

Met behulp van GSA zal gekeken worden wat de invloed van deze manier van belasten zal zijn en of deze vorm toe gepast zal kunnen worden. Om het aantal elementen en verbindingen zo beperkt mogelijk te houden wordt uitgegaan van deze laatste vorm.

9.2.2.2

Uitwerking vakwerkligger as 1

Het eigen gewicht van de staalplaat-betonvloer is iets gunstiger dan de dubbel T-liggervloer. Voor de gewichtsberekening van het systeem worden de volgende belastingen gehanteerd (opgaven Hoesch Additiv Decke ®): Parkeervloer:

eigen gewicht (staalplaat + beton)

2,5

kN/m

2

leidingen + afwerking

0,8

kN/m

2

stalen liggers

0,33 kN/m


3,63 kN/m

2 2

Dit eigen gewicht van de vloerconstructie zal samen met de variabele belastingen in de vorm van puntlasten op de verticalen van het vakwerk afgedragen worden. Om de profielen voor het vakwerk te kunnen bepalen zal een begin worden gemaakt met het schematiseren van de verticalen in het vakwerk en de aansluiting van deze profielen met de vloerliggers. In Figuur 174 is een deel van het vakwerk weergegeven. Daarnaast in een schematisatie van de verticalen gegeven. Deze schematisering geldt alleen voor de verticalen die niet door een diagonaal worden gekruist. Zoals te zien is, is de knikstabiliteit van het profiel in het vlak maatgevend. De kniklengte om deze as is circa vier maal zo groot als om de andere as (uit het vlak). Om een keuze te kunnen maken voor een profieldoorsnede zal allereerst gekeken worden naar de aansluiting van de vloerliggers met het vakwerk.


241

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 174 Schematisatie verticalen vakwerkligger

242


_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.2.3

Profielvorm

Voor de vloerliggers is uitgegaan van een bestaand standaard vloersysteem (zie Bijlage: D, vloersystemen; Hoesch Additiv Decke ®). Hierbij wordt voor het overspannen van de parkeergarage gebruik gemaakt van een IPE 550 profiel. Maatgevend voor de keuze van het profiel is de doorbuiging. Een IPE profiel is hiervoor de meest economische oplossing. De vloerliggers zullen, zoals beschreven, aangesloten moeten worden op de verticalen van het vakwerk. Hieronder zullen enige voorbeelden worden gegeven voor deze aansluiting. Hierbij zal gekeken worden naar de verschillende profielvormen voor de verticalen van het vakwerk. • buisprofiel (CHS); • koker (RHS); • HD-profiel.

Figuur 175 Verschillende mogelijkheden voor de aansluiting van de vloerliggers op het vakwerk

Bovenstaande verbindingen zijn in principe allemaal gelijk. Alleen de aansluiting op het HD-profiel zal de nodige problemen kunnen geven. Het HD-profiel zal in deze richting geplaatst worden om de krachten goed in te kunnen leiden in de bovenen onderregel van het vakwerk (Figuur 176). Ook wanneer uitgegaan wordt van de kniklengte zoals weergegeven in Figuur 174 zal dit de meest gunstige positie zijn.


243

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 176 Positie verticalen in 3D en bovenaanzicht

De uitvoerbaarheid van eerder geschetste verbinding met het HD-profiel zal sterk afhangen van de profielgrootte. Wanneer deze te klein is zal er wellicht onvoldoende ruimte overblijven om de lip aan te kunnen lassen. Ook zal de lip extra lang moeten worden om voldoende ruimte voor het aanbrengen van de bouten te creëren. Hierdoor zal er naast de dwarskracht ook een buigend moment optreden dat door het lijf van het profiel opgenomen zal moeten worden. Wanneer het HD-profiel wel voldoende groot is zal er ook een kopplaat op het IPE-profiel gelast kunnen worden zodat deze aan het lijf gebout zal kunnen worden. Het nadeel hiervan is dat eventuele maatafwijkingen moeilijk opgenomen kunnen worden en dat de montage van de vloerliggers bemoeilijkt zal worden. Een ander punt waarop gelet zal moeten worden bij de keuze voor een HD-profiel is de inleiding van de krachten in de verschillende elementen. Het snijpunt van de hartlijnen van de elementen voor de verbinding zoals geschetst in Figuur 176, ligt erg hoog. Hierdoor zal het merendeel van de normaalkracht door de lijven opgenomen kunnen worden en zullen er geen schotten ingelast hoeven te worden. Wanneer de diagonaal lager aangesloten wordt zal het wellicht noodzakelijk zijn om schotten voor extra steun in te lassen.

Figuur 177 Ingelaste schotjes verbinding HD-profielen Figuur 178 Aansluiting aan een kokerprofiel

244


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor een RHS is het de vraag of een lip zonder problemen aan de kokerwand aangelast zal kunnen worden (Figuur 178). Met name wanneer de hoogte van het profiel groter wordt dan de breedte zal de stijfheid van de wand afnemen. Een buisprofiel heeft van dit verschijnsel veel minder last en is voor de aansluiting met de vloerliggers de beste oplossing. Een berekening voor het benodigde aantal bouten, plaat- en lasdikte is bijgevoegd in Bijlage: B (blz. 304).

9.2.2.4

Detaillering vloerrand

Nu de aansluiting van de vloerligger op de kern bekend is zal gekeken worden naar het principedetail voor de rand van de vloerconstructie. Deze kan van invloed zijn op de kniklengte (in het vlak) van de verticalen in het vakwerk.

Figuur 179 Opstaalde rand vastgezet met lippen

Een veel toegepaste oplossing is die waarbij voor het vloersysteem een opstaand randprofiel wordt toegepast. Deze wordt door middel van strippen vast gezet aan de staalplaten (Figuur 179). Het nadeel van deze oplossing is dat de verbinding tussen de verticalen van het vakwerk en de vloerliggers niet in staat zal zijn om de verticaal in het vlak te steunen. Hierdoor ontstaat de situatie zoals geschetst in Figuur 174. Deze lengte is zeer ongunstig en zal maatgevend zijn voor de kniklengte. Een ideale situatie zal ontstaan wanneer de kniklengtes voor beide assen gelijk zouden zijn. Hierdoor zal de verticaal ook in zijdelingse richting gesteund moeten worden. Dit kan gedaan worden door een (U-) profiel tussen de verticalen in te leggen. Op dit randprofiel zal tegelijkertijd de staalplaat opgelegd kunnen worden (Figuur 180). De keuze tussen deze twee systemen zal afhangen van de gewenste kniklengte van de verticalen in het vakwerk.


245

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 180 Opgelegd op een U-profiel

9.2.2.5

Berekening profielafmetingen

Voor het maken van een keuze tussen de verschillende profielvormen zal gekeken worden naar de maximaal optredende krachten in de verticalen. Aan de hand van een knikberekening zal dan een keuze gemaakt worden. Hierbij zal gekeken worden naar de invloed van de knikverkortende aansluitingen per verdieping. Het voordeel van de buis- en kokerprofielen is dat voor beide assen dezelfde gunstige knikkromme aangehouden kan worden. Voor een HD-profiel moet een ongunstiger knikkromme gehanteerd worden. Met name wanneer de dikte van de flensen groter wordt dan 40 mm moet rekening gehouden worden met verschillende reducties op de berekening. Door deze flensdikte moet een nog ongunstiger knikkromme worden gehanteerd en de representatieve waarde van de vloeigrens (fy;rep) van het materiaal wordt gereduceerd van 355 naar 335 N/mm2. In Tabel 14 zijn voor de verschillende profielen en kniklengtes de benodigde afmetingen gegeven. Deze zijn bepaald aan de hand van de maximaal optredende normaalkracht in de verticaal op as D (Figuur 170). Na het invoeren van de aangepaste belastingen in GSA treedt in dit element een maximale normaalkracht van 7941 kN op. lbuc = lsym 12 m

HD-profiel 400x262

CHS 610x16

RHS 500x300x20

3m

400x216

508x16

500x300x16 / 400x400x16

Tabel 14 Benodigde profielen verticalen voor de verschillende kniklengten

246


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de onderen bovenrand van het vakwerk kan eenzelfde berekening worden gemaakt. In de bovenrand treedt een maximale drukkracht van 15190 kN op. Aan de hand van deze maximale kracht zal een berekening van het benodigde profiel gemaakt worden. In het vlak wordt de bovenrand gesteund door de verticalen in het vakwerk. Uit het vlak wordt de bovenrand gesteund door de vloerliggers. De kniklengtes zijn dus voor beide richtingen gelijk. Voor het HD-profiel en de RHS zullen de zwakke assen dus maatgevend zijn. De benodigde profielen voor de onderen bovenregel staan, samen met de benodigde profielen voor het opnemen van de trekkrachten (14130 kN), in de diagonalen in Tabel 15. Onder- en bovenregel

HD-profiel 400x463

CHS 610x30

RHS 650x400x25

Diagonalen

400x347

610x25

500x400x25

Tabel 15 Benodigde profielen onderen bovenregel en diagonale vakwerkligger

Om de invloed van de verschillende profielvormen en kniklengtes aan te kunnen geven zal het totale gewicht van de verschillende vakwerken worden bepaald. In Tabel 16 is het gewicht van de verticalen bepaald voor de ongesteunde variant (lbuc = 12 m) en de variant waarbij de verticalen per verdieping worden gesteund (lbuc = 3 m). In Tabel 17 is het gewicht weergegeven voor de bovenen onderregel en de verticalen van het vakwerk. De kniklengtes voor de op druk belaste bovenrand is voor iedere variant gelijk. Het totaal gewicht voor deze elementen zal per variant dan ook niet wijzigen. Hetzelfde geldt voor de diagonalen. Deze worden uitsluitend op trek belast en een HDprofiel is hier, door het grote staaloppervlak, in het voordeel. Als laatst is in Tabel 18 het totale gewicht weergegeven van de verschillende varianten. Dit is wederom gedaan voor een kniklengte van 12 en 3 m.

type lengte (m) 1 G8 (kg/m ) gewicht (ton) gewicht (%)

HD400x262 180 268 48,2 100

verticalen CHS RHS 610x16 500x300x20 180 180 239 244 43,0 43,9 89 91

type lengte (m) 1 G8 (kg/m ) gewicht (ton) gewicht (%)

HD400x216 180 220 39,6 100

verticalen CHS RHS 508x16 400x400x16 180 180 198 197 35,6 35,5 90 90

Tabel 16 Gewichten voor de verticalen in het vakwerk; links lbuc = 12 m, rechts lbuc = 3 m

type lengte (m) G8 (kg/m1) gewicht (ton) gewicht (%)

HD400x463 156 472 73,6 100

onderen bovenrand CHS RHS 610x30 650x400x28 156 156 437 405 68,2 69,4 93 94

HD400x347 124 354 43,9 96

diagonalen CHS 610x25 124 368 45,6 100

RHS 500x400x25 124 340 42,2 92

Tabel 17 Gewicht voor de onderen bovenregel, en de diagonalen van het vakwerk


247

_______________________________Molenwijk______________________________________

totaal gewicht ton %

HD

CHS

RHS

165,8 100

156,8 95

155,5 94

totaal gewicht ton %

HD

CHS

RHS

157,1 100

149,4 95

147,0 94

Tabel 18 Totaal gewicht totale vakwerkligger; links lbuc = 12 m, rechts lbuc = 3 m

Het verschil in het eigen gewicht van de vakwerkligger wordt uitsluitend beïnvloed door de verticalen. Door het per verdieping steunen van de verticalen zal de kniklengte afnemen. Uit deze tabel kan worden geconcludeerd dat een vakwerkligger uitgevoerd in HD-profielen de zwaarste oplossing zal bieden. Een vakwerkligger uitgevoerd in buis- of kokerprofiel zal een iets minder zware oplossing bieden. Het verschil in eigen gewicht van de verschillende profielen is echter gering. De benodigde afmetingen voor de profielen en daarmee het eigen gewicht van de constructie, wordt in grote mate beïnvloed door de manier waarop de elementen verbonden zullen worden. Naar deze detaillering zal dan ook verder gekeken moeten worden. Om alle afmetingen van de gehele staalconstructie te hebben, zullen eerst de afmetingen voor de ondersteunende hoofdliggers bepaald moeten worden. Vervolgens zal verder worden ingegaan op de te ontwerpen verbindingen.

9.2.2.6

Hoofdliggers

De hoofdliggers die de belastingen vanuit de hoofdligger op as 1 opnemen, hebben de vorm zoals geschetst in Figuur 181. Tussen de elementen van deze hoofdliggers zullen profielen komen om de staalplaten op te kunnen leggen. Deze zullen de elementen weer kunnen steunen waardoor er geen problemen zullen ontstaan met de kniklengte. Om de krachten niet in één punt op de kern in te hoeven leiden is er voor gekozen om een kruisverband in de ligger toe te passen. Hierdoor zullen de reactiekrachten zich enigszins kunnen verdelen over de aansluiting met de bovenen onderrand van de hoofdligger. Het nadeel hiervan is dat de diagonalen niet alleen getrokken, maar ook gedrukt worden.

Figuur 181 Hoofdliggers op as B en N

248


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor deze berekening wordt ook weer uitgegaan van de maximaal belaste elementen. Voor de onderen bovenranden is dit de onderrand van de ligger op as N (-10120 kN). De maatgevende diagonaal is de op druk belaste diagonaal in de hoofdligger op as B (-8822 kN). Voor de verticaal zal eenzelfde profielmaat aangehouden worden als voor de verticalen in de vakwerkligger op as 1. Voor de profielen van deze hoofdliggers zijn dezelfde maten aangehouden als voor de elementen van de ligger op as 1. Na invoer van de optredende belastingen en kniklengten blijkt dat deze profielen ook voldoen voor deze hoofdliggers. Hier zal dan ook niet vanaf geweken worden.


249

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.3

Verbindingen Een belangrijk ontwerpaspect voor de vakwerkligger zijn de verbindingen van de afzonderlijke elementen van het vakwerk. Het belangrijkste ontwerpaspect voor de verbindingen is de montage (bouwmethode) van de gehele constructie. De keuze voor het toe te passen profiel zal grotendeels bepaald worden door de te maken verbindingen. De verbindingen tussen de verschillende elementen kunnen tot stand komen door middel van lasverbindingen of boutverbindingen. Lasverbindingen zullen voor het grootste gedeelte in de werkplaats worden gemaakt. Boutverbindingen zullen op de bouwplaats gerealiseerd worden. In Figuur 182 zijn verschillende voorbeelden getoond van geboute en gelaste verbindingen.

250


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 182 Verschillende voorbeelden van geboute en gelaste verbindingen

In bovenstaande figuur zijn voor het overgrote deel boutverbindingen getoond. Een vakwerkligger uitgevoerd in HD-, buis- of kokerprofielen kan uiteraard altijd verbonden worden door middel van een lasverbinding.

9.2.3.1

Bouwmethode

De manier waarop de verschillende elementen verbonden worden, zullen grotendeels bepaald worden door de bouwmethode. Kunnen de verbindingen voor het overgrote deel in de werkplaats gemaakt worden, dan zullen de elementen aan elkaar verbonden worden door middel van een lasverbinding. Is dit niet mogelijk en zullen de elementen op de bouwplaats gemonteerd moeten worden, dan zal een boutverbinding voor de hand liggen. Een combinatie tussen de verschillende verbindingen is vanzelfsprekend ook mogelijk. De wijze van verbinden zal dus bepaald worden door de maximale afmetingen van de elementen, zodat deze nog naar de bouwplaats getransporteerd kunnen worden. De Amsterdamse Molenwijk is voor de aanvoer van elementen, zowel over de weg als over het water goed te bereiken. Vanuit noordelijke richting is de Molenwijk vanaf de ringweg A10 te bereiken (Molenaarsweg). Vanuit zuidelijke richting is de Molenwijk vanaf het water toegankelijk (Figuur 183).


251

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 183 Mogelijke transportroutes voor de Molenwijk

Voor het transport over de weg stelt de Rijksdienstwegverkeer voor een voertuig dat een ondeelbare lading transporteert de volgende eisen aan de maximale afmetingen: Ondeelbare lading Breedte

: 3,0 m

Lengte beladen trekker-oplegger combinatie

: 22,0 m

Oversteek lading aan achterzijde (t.o.v. achtersta as)

: 5,0 m

Hoogte (leeg en beladen)

: 4,0 m

Tabel 19 Maximum over de weg te transporteren afmeting (zonder ontheffing)

Grotere elementen zijn ook nog te transporteren, maar de maximale afmetingen worden dan bepaald door de af te leggen route (hoogte viaducten, draaicirkel kruispunten, B-wegen, enzevoort). Voor deze grotere transporten is echter een ontheffing noodzakelijk en zullen begeleid moeten worden. Om het transport zo eenvoudig mogelijk te houden zal uitgegaan worden van bovengenoemde maximale afmetingen. Het nadeel hiervan is de beperkte maximale hoogte van 4 m. Hierdoor zal een bouwmethode met lineaire elementen en een koppeling door middel van boutverbindingen voor de hand liggen. Wanneer er echter gebruik zal worden gemaakt van de mogelijkheid om elementen over het water te transporteren zal het wel mogelijk zijn om grotere elementen aan te kunnen voeren. Deze boten zullen tot vlak bij de bouwplaats kunnen aanmeren, waarna de elementen overgeladen kunnen worden op vrachtwagens. Of het transport over het water van toegevoegde waarde kan zijn voor dit project zal de wijze waarop de elementen opgedeeld kunnen worden mede bepalend zijn.

252


_______________________________Molenwijk______________________________________

Echter wanneer de elementen per boot aangevoerd zullen worden, zal er rekening mee moeten worden gehouden dat het laatste deel van het transport alsnog per vrachtwagen plaats zal moeten vinden. Het voordeel van het transport per boot is dat hierdoor grotere elementen aangevoerd kunnen worden dan wanneer er uitsluitend wordt gekozen voor transport over de weg. Met name de beperking van een maximumhoogte van het transport van 4.0 m zal niet gelden. Het nadeel van dit transport is wel dat de elementen een extra keer overgeladen moeten worden. De maximale elementgrootte wordt voor wat betreft het transport over water dus bepaald door de maximum te transporteren elementen per vrachtwagen. Dit transport zal echter ongehinderd kunnen plaatsvinden. De maximale breedte zal gelijk kunnen zijn aan twee maal de rijbaan; ca. 6 m. (de lading zal dus buiten de vrachtwagen uit kunnen steken). De hoogte wordt bepaald door de verhouding tussen de breedte en de hoogte van de lading; hiervoor wordt ook een maat van 6 m aangehouden. De lengte van de elementen zal gelijk blijven aan de maximum lengte van de vrachtwagen; 16 tot 22 m. Hieronder zijn enkele mogelijke verdelingen van het vakwerk weergegeven.

Figuur 184 Verschillende mogelijke opdelingen voor de vakwerkligger voor transport

Allereerst is gekeken of een element van twee stramienen in zijn geheel te transporteren is. De te transporteren afmetingen zijn nog dusdanig groot dat deze niet op een vrachtwagen getransporteerd kunnen worden. Een tweede mogelijkheid is om de elementen in een stramienmaat op te splitsen. Hierdoor ontstaan elementen die niet uitsluitend over de weg getransporteerd kunnen worden, maar wel vanuit een boot overgeladen kunnen worden. Het nadeel van deze deling is dat er op de bouwplaats alsnog veel verbindingen gemaakt zullen moeten worden.


253

_______________________________Molenwijk______________________________________

De derde mogelijkheid is om het vakwerk over de hoogte te splitsen. Het nadeel hiervan is dat voor het vormvast maken van de elementen (transport en hijsen) een behoorlijke hulpconstructie (dunne lijnen) noodzakelijk is. De laatste mogelijkheid is om het geheel in lineaire elementen aan te voeren en het geheel op de bouwplaats af te monteren. Hierdoor is het mogelijk het transport uitsluitend over de weg plaats te laten vinden. Voor deze laatste oplossing wordt dan ook gekozen en kunnen de elementen door middel van boutverbindingen met elkaar verbonden worden.

9.2.3.2

Detaillering knopen

Voor het verder uitwerken van de verbindingen zal eerst een beslissing genomen moeten worden over de kniklengte van de verticalen in het vakwerk. Om de kniklengte voor beide assen gelijk te houden zal er voor worden gekozen om tussen de verticalen een randbalk toe te passen. Het nadeel hiervan is dat er extra staal in de constructie voor de randbalken toegepast zal moeten worden. Het voordeel is dat de hoofddraagconstructie iets minder zwaar uitgevoerd zal kunnen worden en dat de randoplossing voor de uitvoering vereenvoudigd zal worden, waardoor een strakke vloerafwerking zal ontstaan. Voor het toe te passen profiel voor de verticalen wordt gekozen voor een buisprofiel (CHS). Er is voor dit profiel gekozen, omdat de verbinding tussen de vloerligger en de verticaal in het vakwerk vele malen zal worden uitgevoerd en dit profiel de eenvoudigste verbinding met de vloerliggers heeft (zie paragraaf 9.2.2.3). Een vakwerk uitgevoerd in de berekende buisprofielen samen met de benodigde verbindingen zal hieronder dan ook verder worden uitgewerkt. Allereerst zal gekeken worden naar de inleiding van de krachten vanuit de diagonalen en verticalen in de onderen bovenregel van het vakwerk. Het zal niet mogelijk zijn om enkel een vlakke plaat in de lengterichting van de onderen bovenregel aan te lassen. De over te brengen krachten zijn te groot, waardoor het buisprofiel te veel zal vervormen. Daarom zal in de werkplaats een gelaste verbinding van buisprofielen gemaakt worden. Op deze profielen kan vervolgens een kopplaat gelast worden waardoor de elementen aan elkaar geboud kunnen worden (Figuur 186).

Figuur 185 Te verbinden profiel afmetingen

254


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 186 aansluiting buisprofielen

De verbinding kan gemaakt worden volgens één van de twee bovenstaande verbindingen. De keuze voor een verbinding is afhankelijk van het aantal en grootte van de toe te passen bouten (ook is het zo dat bij de laatste oplossing de kopplaat iets gunstiger belast wordt, waardoor deze iets minder dik uitgevoerd zal kunnen worden; het nadeel is dat deze verbinding meer laswerk heeft). Het gehele vakwerk zal met behulp van één van deze verbindingen gemaakt kunnen worden. Het nadeel van deze methode (manier van verbinden) is dat er weinig mogelijkheden bestaan om maatafwijkingen tijdens de montage te kunnen corrigeren. Mogelijke speling tussen de profielen zal alleen opgevuld kunnen worden door middel van vulplaten en epoxyhars. Een vereenvoudiging van de verbindingen en daarmee het te maken laswerk zal gedaan kunnen worden door de onderen bovenregel van het vakwerk uit te voeren in een HD-profiel. Hierdoor is het wel mogelijk om aan het profiel een enkele plaat te lassen waaraan de profielen verbonden zullen kunnen worden. Om voldoende bouten te kunnen plaatsen om de kracht over te kunnen brengen zal haaks op deze plaat nog een plaat gelast worden, waardoor een kruis ontstaat (Figuur 187).


255

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 187 Verbinding buis- met HD-profiel

De platen die vastgelast zijn aan de buisprofielen en het HD-profiel zullen koud (of met enige tussenruimtes) tegen elkaar aangezet worden. Vervolgens zal er aan beide zijden een plaat overheen gelegd worden die door middel van bouten vastgezet zal worden (Figuur 188). Door de elementen op deze manier te verbinden zullen maatafwijkingen iets gemakkelijker opgevangen kunnen worden (kleine stelruimte tussen de elementen). Om er zeker van te zijn dat de gaten op de juiste plaats zitten is het ook een mogelijkheid om een deel van de gaten in de aan te sluiten plaat op de bouwplaats te boren.

Figuur 188 Verbinding d.m.v. platen en bouten

Er vanuitgaande dat de elementen voldoende nauwkeurig gefabriceerd kunnen worden en om de verbindingen op de werkplek zo eenvoudig mogelijk te maken, wordt er voor gekozen om de onderen bovenrand van het vakwerk tevens als buisprofiel uit te voeren.

256


_______________________________Molenwijk______________________________________

Boutverbinding Om een indruk te krijgen van het maximaal aantal benodigde bouten en de ruimtes voor de in Figuur 186 afgebeelde boutverbinding is in Bijlage: B een ontwerpberekening gemaakt (blz. 306). Uit deze berekening blijkt dat het aantal benodigde bouten voor het overbrengen van de maximaal optredende trekkrachten in de verschillende elementen nog net in een rij en met een minimale plaatdiameter toegepast kunnen worden. Elementen De maximaal aan te voeren lengte is zoals gezegd circa 22 m. Deze maat is goed toepasbaar voor de toegepaste stramienmaat. De onderen bovenregel van het vakwerk zullen vanaf de fabriek in een lengte van 20,8 m (4 x 5,2 m) aangevoerd kunnen worden. Met de overige elementen zal dit element afgemonteerd en ingehesen kunnen worden (Figuur 189). De uitvoering zal in paragraaf 9.2.4.1 verder worden toegelicht.

Figuur 189 Aan te voeren elementen vakwerkligger


257

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 190 Aansluiting onderrand (links), snijpunt diagonaal met verticaal (rechts)

Voor de hoofdliggers kan eenzelfde opdeling worden gemaakt. Alleen de aansluiting met het vakwerk zal meerdere elementen bevatten. De hoofdligger op as B met een lengte van ca. 4 m zal in de fabriek geheel afgelast en in zijn geheel aangevoerd kunnen worden. De andere hoofdligger zal echter in losse elementen getransporteerd worden. Deze elementen zullen ook weer zonder problemen door middel van een lasverbinding gemaakt kunnen worden.

Figuur 191 Verbinding hoofdligger met vakwerkligger

258


_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.3.3

Aansluiting kernen

Nu de hoofddraagconstructie uitgewerkt is kan gekeken worden naar de aansluiting op de kernen. Op deze plaatsen zullen grote geconcentreerde krachten van de staalconstructie in de betonnen kernen moeten worden ingeleid. In deze paragraaf zullen de over te brengen krachten worden bepaald en zal de aansluiting worden ontworpen en worden doorgerekend. In Figuur 192 zijn de verschillende punten aangegeven waar de hoofddraagconstructie aansluit op de kernen.

Figuur 192 Afdracht belastingen op de kernen

Voor deze verschillende punten zullen de belastingen bepaald worden. De belastingen vanuit de wanden (punten 7 en 8) zullen verspreid over de hoogte aangrijpen. Voor de staalconstructies zullen deze krachten over de onderen bovenregel verdeeld worden. Voor de aansluitingen 1 tot en met 4, 7 en 8 zullen zowel een verticale als een horizontale reactiekracht opgenomen moeten worden. In punt 6 is het, door het ontbreken van een achterwand, niet mogelijk om een horizontale kracht in de kern in te leiden. Deze verbindingen zullen dan ook als rol uitgevoerd moeten worden. In Tabel 20 zijn de optredende krachten weergegeven. Voor de vakwerkliggers is dit gedaan voor de onderen bovenrand. Een drukkracht op de kern wordt aangegeven met een – teken.


259

_______________________________Molenwijk______________________________________

Punt 1 2 3 4 5 6 7 8

boven onder boven onder boven onder boven onder boven onder boven onder

Frep 4891 7130 6000 5638 4577 6274 4231 5874 2285 2288 2824 2825 12170 14530

Fd 6207 9069 7620 7172 5694 7808 5295 7350 2918 2922 3608 3610 15020 17890

Hrep 3905 -3785 10790 -10660 14830 -14830 11010 -11010 -

Hd 4967 -4814 13730 -13570 18460 -18460 13720 -13720 -

Tabel 20 Belastingen kernen

De maximale verticale kracht zal ingeleid moeten worden in punt 1 (punt 8 is buiten beschouwing gelaten omdat deze kracht over de gehele hoogte ingeleid zal kunnen worden). De maximale horizontale kracht zal ingeleid moeten worden ter plaatse van punt 3. Het grootste probleem ontstaat bij het inleiden van deze grote horizontale krachten in de kern. In eerste instantie zal gekeken worden naar de mogelijkheden die er zijn om dit detail uit te voeren.

Figuur 193 Aansluiting kern

260


_______________________________Molenwijk______________________________________

In Figuur 193 is de aansluiting van de bovenregel van het vakwerk op de kernwand weergegeven. De toe te passen wanddikte zal bepaald worden door het benodigde betonoppervlak voor het inleiden van de horizontale kracht. Aan de staalplaat (al dan niet ingestort) zal een hoeveelheid zachtstaalwapening kunnen worden aangelast. Een ander mogelijkheid is om de plaat tegen de kern aan te spannen door middel van voorspanwapening. In Bijlage: B (blz. 309) is voor deze verbinding de benodigde zachtstaal-, voorspanwapening, plaat- en wanddikte bepaald.


261

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.2.4

Uitvoering In hoofdstuk 6 is al gekeken naar de mogelijke bouwmethoden voor gebouwen met grote uitkragende gebouwdelen. Nu de hoofddraagconstructie voor de verschillende gebouwdelen bekend is, zal een keuze gemaakt kunnen worden. Deze keuze zal per gebouwdeel toegelicht worden.

9.2.4.1

Draagconstructie as 1

Allereerst zal de bouwmethode voor de grootste constructie, het vakwerk op as 1 en de hoofdliggers op de assen B en N, bepaald worden. De lengte van het vakwerk tussen de steunpunten bedraagt 62,4 m. De totale lengte van het vakwerk is 78 m. De variant waarbij de constructie op het maaiveld zal worden gemonteerd en in zijn geheel zal worden ingehesen, is door de grote lengte van de constructie niet mogelijk. Wanneer de ligger aan beide zijden opgehesen zou worden is de kniklengte van de ligger dusdanig groot dat deze teveel zou kunnen vervormen. Ook wanneer de ligger door middel van meerdere kranen ingehesen zou worden is het maar de vraag of op ieder punt tegelijkertijd gehesen zal worden en de ligger voldoende ondersteund zal worden. Om problemen tijdens de uitvoering met het hijsen van een dergelijk slanke constructie te voorkomen, zal deze methode dan ook niet toegepast worden. De ligger is ook te lang om vanuit een punt uit te kunnen bouwen. Er zal dus gebruik worden gemaakt van tijdelijke ondersteuningen. Door de afstand tussen de twee hoofdliggers op te delen in drieën ontstaat een afstand van 20.8 m (Figuur 194). Deze afstand is tevens een mooie maat voor de aan te voeren elementen voor de onderen bovenregel van het vakwerk.

Figuur 194 Tijdelijke ondersteuningen ligger as 1 in plattegrond en aanzicht

Na het voltooien van de bouw van de kernen zullen de hoofdliggers tussen de kernen en de tijdelijke ondersteuningen geplaatst kunnen worden. Hierna of tegelijkertijd zal de het vakwerk op as 1 gemonteerd kunnen worden.

262


_______________________________Molenwijk______________________________________

De stabiliteit tijdens de bouw zal gewaarborgd kunnen worden door de hoofdliggers en door een aantal vloerliggers die aangesloten kunnen worden op de middelste kern en het vakwerk. Door vervolgens de vloeren te leggen en af te storten zal dit gebouwdeel voldoende stijf zijn om de tijdelijke ondersteuningen te kunnen verwijderen.

9.2.4.2

Draagconstructie uitkragend gebouwdeel

De staalconstructie voor het uitkragende gebouwdeel op de assen B en 7 zal op dezelfde wijze uitgevoerd kunnen worden. Door een tijdelijk steunpunt ter plaatse van het snijpunt van de assen B en 7 te plaatsen zal de constructie opgebouwd kunnen worden. Ook deze constructie zal tijdens de bouw stabiel gehouden kunnen worden door enkele vloerliggers met de kern te verbinden.

Figuur 195 Tijdelijke ondersteuning uitkragend gebouwdeel

9.2.4.3

Draagconstructie gebouwdeel woningen

Dit gebouwdeel zal als enige deel van de hoofddraagconstructie uitgevoerd worden in beton. Voor de uitvoer van een betonconstructie zal de overweging gemaakt moeten worden tussen een: • in het werk gestorte, en; • een geprefabriceerde constructie. De keuze tussen deze verschillende methoden zal onder meer afhangen van de te maken verbindingen (nat of droog), benodigde hoeveelheid hulpconstructies, fundament, bouwsnelheid, mogelijkheden transport, enzovoorts. Zoals berekend zal in de achterwanden een behoorlijke hoeveelheid wapening toegepast moeten worden. Deze wapening zal door moeten lopen tot in de kernen (voldoende verankeringslengte). Om deze aansluiting en de aansluiting van de achterwand op de woningscheidende wanden goed uit te kunnen voeren, zal er voor een natte verbinding gekozen worden. Deze verbinding zal ook door middel van geprefabriceerde elementen gemaakt kunnen worden, maar door de grote hoeveelheid wapening wordt er echter voor gekozen om de betonconstructie in het werk te storten.


263

_______________________________Molenwijk______________________________________

De afweging tussen een in het werk gestorte constructie of een in gedeelte geprefabriceerde constructie zal binnen dit afstudeerproject niet verder aan de orde komen. De constructie zal dus geheel ondersteund moeten worden. Dit zal gedaan worden door middel van een steigerconstructie. Deze steiger zal een hoogte hebben van circa 10 m. Deze hoogte is relatief gering en het zal geen probleem zijn om deze toe te kunnen passen (zie ook voorbeeld Silverline woontoren Almere, blz. 85). Op de steigers zullen de kisten voor het storten van de wanden gesteld kunnen worden. Deze methode zal zowel toegepast kunnen worden voor de achterwand op as 7 als voor de woningen. Omdat de gevels van de woningen geheel open zijn zal het nog een mogelijkheid zijn om de wanden en vloeren in een stort uit te kunnen voeren (tunnelsysteem). Welk systeem zal worden toegepast zal binnen dit afstudeerwerk niet verder worden onderzocht en zal grotendeels afhangen van de ervaring en expertise van de uitvoerende partij.

264


_______________________________Molenwijk______________________________________

9.3

Conclusie uitwerking hoofddraagconstructie In bovenstaande paragraaf is de staalconstructie uitgewerkt voor de vakwerkligger op as 1 en voor de hoofdliggers op de assen B en N. Hierbij is onderzoek gedaan naar de meest ideale profielvorm en naar de te maken verbindingen tussen deze profielen. Voor de toe te passen bouwmethode zijn de mogelijke elementvormen bepaald en zijn de transportmogelijkheden bekeken. Hieruit is naar voren gekomen dat een vakwerkligger in buisprofielen de meest gunstige oplossing zal bieden. Voorts is nog naar de aansluiting van het vakwerkligger op de kern gekeken. De onderen bovenregel van het vakwerk zullen door middel van voorspankabels op de kern gespannen worden. Laatstelijk is nog gekeken naar de uitvoering van de hoofddraagconstructies voor de verschillende gebouwdelen. Hierbij is ook de uitvoering voor het gebouwdeel voor de in beton uitgevoerde hoofddraagconstructie van de woningen meegenomen. Geconcludeerd kan worden dat de hoofddraagconstructie voor het parkeergebouw met woonen kantoorruimten uitgevoerd zal kunnen worden in een staalvariant. Uit dit hoofdstuk volgt dat deze variant een zware, maar uit te voeren constructie oplevert. Hierbij moet nog worden opgemerkt dat een interessante mogelijkheid voor de staalconstructie niet verder is onderzocht. Doordat de sterkte van de hoofddraagconstructie maatgevend is ten opzichte van de vervorming, wordt het staal optimaal benut. Ook de aansluitingen van de constructie zijn zodanig gekozen dat de kniklengtes minimaal zijn (in de hoogte niet groter dan de verdiepingshoogte en in de breedte niet groter dan de stramienmaat). Deze zullen dus ook niet meer aangepast hoeven te worden om het gebruik van de profieldoorsneden te optimaliseren. Om de afmetingen van de benodigde profieldoorsneden te kunnen reduceren, zou het een mogelijkheid zijn om een hogere staalkwaliteit te gebruiken dan nu gedaan is (S355). Hiervoor zal gekeken kunnen worden naar een staalkwaliteit van S460 of M460. De nadelen van deze verhoogde staalkwaliteit zijn onder andere de extra kosten, lasbaarheid en leverbaarheid voor/van de verhoogde staalkwaliteit. Om over deze aspecten geen uitspraak te hoeven doen is uitgegaan van ‘standaard/conventioneel’ staal.


265

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.4

Alternatief Om het afstudeerwerk voldoende diepgang te geven is er voor gekozen om het idee/ontwerp van de architect ongewijzigd uit te voeren. Tijdens het ontwerpproces voor de hoofddraagconstructie is daarom niet afgeweken van de plannen van de architect zoals die er lagen in de vorm van het voorlopig ontwerp /schetsontwerp. Derhalve is de architect niet bij het ontwerpproces betrokken, zodat de gestelde uitgangspunten en randvoorwaarden ongewijzigd zijn gebleven. In voorgaande hoofdstukken is dit ontwerp uitgewerkt en is onder meer naar de krachtswerking, krachtsafdracht, uitvoering, afmetingen hoofddraagconstructie en detaillering gekeken. Uitkomst van deze studie is dat het gebouw, zonder al te grote wijzigingen, naar het ontwerp van de architect uitgevoerd zal kunnen worden. Toch kleven er een aantal nadelen aan dit ontwerp en zal het mogelijk zijn om één of meerdere alternatieven voor de draagconstructie te kunnen maken. Om als constructeur meer in de rol van adviseur voor de architect te kunnen treden zal daarom in deze paragraaf gekeken worden naar de nadelen van de uitgewerkte constructie en naar de voordelen van een mogelijk alternatief. Deze voor- en nadelen zullen bekeken worden vanuit een: • constructief oogpunt; • architectonisch oogpunt; • vanuit het oogpunt van de eigenaar/beheerder.

266


_______________________________Molenwijk______________________________________

9.4.1

Nadelen bestaand ontwerp Hieronder zullen kort de voornaamste nadelen van het uitgewerkte ontwerp behandeld worden. Constructief Constructief gezien is de krachtsafdracht van de belasting naar de fundering verre van ideaal. De belastingen vanuit de vloervelden worden eerst naar de vakwerkliggers gebracht, die deze belastingen over een grote afstand overbrengen naar de kernen. Door deze omleiding van krachten ontstaan grote uitkragende momenten ter plaatse van de aansluitingen met de kern. Deze momenten resulteren in een koppel, die een drukkracht in de onderrand en een trekkracht in de bovenrand tot gevolg heeft. Voor het inleiden van deze grote horizontale krachten moeten zware constructieve oplossingen in de vorm van voorspanwapening worden toegepast. Gevolg hiervan is dat de kernwanden zwaarder uitgevoerd moeten worden om de spanningen vanuit de voorspanwapening voldoende te kunnen verdelen (splijtwapening en beugels). Door de grote uitkraging en vrije overspanning zijn de krachten in de constructie en daarmee de toe te passen elementen ook niet gering. Deze grote constructieelementen hebben weer invloed op de te maken aansluitingen. Voorbeelden hiervan zijn de hoeveelheid toe te passen bouten, de hoeveelheid laswerk, hulpconstructies, verloren funderingen, enzovoorts.

Gezien het voorgaande kom ik tot conclusie dat het gebouw constructief gezien het uitgevoerd kan worden (‘alles kan’), maar het zeker een zware oplossing voor een dergelijk gebouw zal zijn.

Architectonisch Architectonisch gezien is de ontworpen draagconstructie een mooie oplossing. De hoofddraagconstructie bevindt zich op grote hoogte en heeft hierdoor geen invloed op het door de architect beoogde ruimtelijk effect. Tevens is de begane grond vrij van constructie-elementen wat dit effect verder versterkt. Wel is het zo dat door de grote in te leiden krachten vanuit de hoofddraagconstructie de ontworpen afmetingen voor de drie kernen wel degelijk noodzakelijk zijn. In deze kernen zullen naast de benodigde wandopeningen voor de rondrijdende auto’s en deuropeningen, voor de toegankelijkheid van de kernen, niet meer openingen gemaakt kunnen worden. Door deze forse kernen zal het open karakter op het maaiveld toch beperkt blijven. De vraag is dan ook of een drietal kernen met minimale afmetingen (functionele afmetingen voor liften en trappen) in combinatie met een aantal kolommen niet éénzelfde of zelfs ruimtelijker effect zal kunnen bewerkstelligen. Hierdoor zullen de grote ‘logge’ kernen transparanter kunnen worden, waardoor een transparantere onderbouw op het maaiveld zal ontstaan. Deze aanpassing zal een gunstiger effect hebben op de beleving van de pasanten op de begane grond van het gebouw (Figuur 196).


267

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 196 Zichtlijnen begane grond voor het bestaande ontwerp en het alternatief

In welke mate de kernen aangepast zullen kunnen worden, is uiteraard afhankelijk van het beoogde gebruik van deze kernen. De afmetingen voor de kernen zullen binnen dit ontwerp bepaald worden door de functionele ruimte die binnen deze kernen noodzakelijk zal zijn. Uiteraard zullen in de kernen de liften en trappen ondergebracht worden. Deze afmetingen liggen vast en hier zal weinig aan veranderd kunnen worden. Wel is het de vraag in hoeverre de bar/restaurant en sportschool niet in een transparante constructie uitgevoerd kunnen worden. De fietsenstalling zal wellicht verplaatst kunnen worden naar de rand van De Molenwijk. Hier zal bijvoorbeeld aangrenzend aan het fietspad een fietsenstalling gemaakt kunnen worden. Omdat deze benodigde functionele ruimte niet bekend is, kan hier moeilijk een uitspraak over worden gedaan. Dit aspect zal in een ontwerpproces wel teruggekoppeld kunnen worden naar de architect.

268


_______________________________Molenwijk______________________________________

Een ander aspect waarmee de architect naar mijns inziens te weinig rekening mee heeft gehouden tijdens het ontwerp, zijn de omliggende flats. Het parkeergebouw ligt verscholen tussen deze bestaande flats. Wellicht zal het een mogelijkheid zijn om gebruik te maken van deze gesloten kopgevels. Deze vlakken zijn toch al gesloten en het zal een mogelijkheid kunnen zijn om voor deze gevels een aantal kolommen te plaatsen. Mijns inziens heeft de architect een prestigieus en uitdagend ontwerp voor een tussen flats verscholen gebouw ontworpen, waarbij er (helaas) onvoldoende rekening is gehouden met de bestaande bebouwing.

Eigenaar/beheerder Alhoewel er in het afstudeerwerk geen rekening is gehouden met de totale kosten voor het te realiseren project, kan gesteld worden dat deze voor het ontwerp met de grote uitkragende gebouwdelen, in vergelijking met een eenvoudiger draagconstructie, zeer hoog zullen zijn. Mijns inziens is er een variant voor de hoofddraagconstructie mogelijk waarbij er een aantal kolommen aan de draagconstructie worden toegevoegd, die het gebouw dezelfde uitstraling zal geven, maar prijstechnisch gunstiger is. Deze afweging zal door de eigenaar gemaakt kunnen worden wanneer de kostprijs en onderhoudskosten voor verschillende ontwerpen met elkaar vergeleken kunnen worden.


269

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.4.2

Voordelen alternatief In Figuur 196 is reeds een voorbeeld van een mogelijk alternatief voor de hoofddraagconstructie weergegeven. In deze variant is in de lengte van het gebouw een stramienmaat van 15,6 m aangehouden. In de breedte is de overspanning van de vloervelden ongewijzigd gebleven, waardoor de parkeervloeren vrij van kolommen zal kunnen blijven. Wanneer de architect zijn ontwerp (met name voor de begane grond) niet dusdanig ingrijpend zal willen aanpassen, is het ook een mogelijkheid om in het bestaande ontwerp een aantal kolommen toe te voegen waardoor de krachtswerking en daarmee de hoofddraagconstructie dusdanig vereenvoudigd zal worden (Figuur 197). Om de architect ervan te overtuigen dat er kolommen aan de draagconstructie dienen te worden toegevoegd, kan als argument aangedragen worden dat de kolommen in de lijn staan met de kernen en op deze manier aan het zicht onttrokken zullen worden. Als argument voor het toevoegen van deze kolommen aan de draagconstructie kan met name de architect aangedragen worden dat deze in lijn staan met de kernen en op deze manier aan het zicht onttrokken zullen worden.

Figuur 197 Toevoeging zware kolommen aan de hoofddraagconstructie

270


_______________________________Molenwijk______________________________________

Constructief Constructief gezien zal een vereenvoudigde krachtsafdracht van de belastingen naar de ondergrond plaats kunnen vinden. Hierdoor ontstaan geen grote uitkragende momenten en zullen er geen grote horizontale krachten in de kern ingeleid hoeven te worden. Ook de hoofddraagconstructie zelf zal door het toevoegen van extra steunpunten minder zwaar uitgevoerd kunnen worden. Door deze aanpassingen zal ook de uitvoering van het geheel vereenvoudigd kunnen worden. De onder de bovenste verdiepingen aanwezige halve verdiepingen hoeven niet meer aan de constructie opgehangen te worden. Deze verdiepingen kunnen als eerst uitgevoerd worden en hiervandaan kan doorgebouwd worden naar de bovengelegen verdiepingen (stapelbouw). Voor de uitvoering zal het ook niet meer nodig zijn om tijdelijke hulpconstructies en funderingen aan te brengen. Dit alles zal kostenbesparend zijn. Architectonisch Om de architect te kunnen overtuigen van het nut van een gewijzigd ontwerp, zal het vooral van belang zijn om de randvoorwaarden die door de architect gesteld zijn aan het vrijhouden van de begane grond van constructie-elementen te weerleggen. Zoals hiervoor beschreven zal het wellicht een betere oplossing zijn om de kernen minder zwaar te belasten (met name door het ontbrekende horizontale koppel), waardoor deze kernen minder groot of transparanter uitgevoerd zullen kunnen worden (uiteraard afhankelijk van de functionele eisen). In combinatie met de toegevoegde kolommen zal op de begane grond minder hoofddraagconstructie aanwezig zijn, waardoor een opener plattegrond zal kunnen ontstaan dan wanneer alleen de kernen zullen worden toegepast. Dit alles zal een gunstiger effect hebben op de zichtlijnen op maaiveldniveau. Eigenaar/beheerder Voor de eigenaar/beheerder zullen de stichtings- en onderhoudskosten voor het parkeergebouw met woonen kantoorruimten door de vereenvoudigde constructie aanzienlijk lager uit kunnen vallen. Zoals reeds aangegeven zullen door de verkleinde overspanningen de constructie elementen verkleind kunnen worden. Ook zullen de aansluitingen (detaillering) vereenvoudigd kunnen worden. Door dit alles zullen de kosten voor de constructie lager uitvallen. Daarnaast zal door de vereenvoudiging van de uitvoering kosten kunnen worden bespaard. Voor wat betreft het onderhoud van het gebouw zal het een mogelijkheid zijn om de gehele constructie in beton uit te voeren (randbalken op kolommen met TT-liggers als vloersysteem). Deze betonconstructie zal minder onderhoud vragen dan een hoofddraagconstructie uitgevoerd in staal. Wellicht dat dit alles voor de opdrachtgever, ondanks dat de woningbouwcoöperaties meer geld willen investeren in de woonwijken (‘achterstandswijken’, zie Bijlage: B, krantenartikelen blz. 316 ), een beweegreden zal zijn om voor een alternatieve draagconstructie te kiezen.


271

_______________________________Molenwijk______________________________________

9.4.3

Conclusie Het ligt natuurlijk voor de hand om de draagconstructie door middel van een aantal dragende kolommen te vereenvoudigen. In bovenstaande paragraaf zijn de voordelen van deze aanpassing op het ontwerp opgesomd. Of de aangedragen criteria voor het aanpassen van het ontwerp en het verder uitwerken van het alternatief voor de hoofddraagconstructie voldoende zijn om de architect en de opdrachtgever te kunnen overtuigen zal aan de hand van een overleg met deze partijen bepaald kunnen worden. In de praktijk zal dit overleg plaatsvinden tijdens de ontwikkeling van het voorlopig ontwerp naar het definitief ontwerp (bouwteam). Hierbij zullen de betrokken partijen de consequenties (binnen hun vakgebied) voor een ontwerpkeuze uiteen kunnen zetten en op deze manier zal er een afweging gemaakt kunnen worden. Op deze manier zal het project verder uitgewerkt kunnen worden. Zoals gezegd heeft een dergelijk overleg binnen dit afstudeerwerk niet plaatsgevonden. Het zal dus nog moeten blijken of een dergelijk alternatief voor de architect en de opdrachtgever het overwegen waard is en of dit een realistische oplossing zal kunnen brengen. Binnen dit afstudeerwerk zal hier dan ook niet verder op ingegaan worden. De bedoeling van deze paragraaf is alleen om te laten zien dat er verder is nagedacht over het te ontwikkelen parkeergebouw en dat het ontwerp van de architect niet klakkeloos is uitgewerkt.

272


_______________________________Molenwijk______________________________________

10 10.1

Conclusies en aanbevelingen

Inleiding In dit hoofdstuk worden de conclusies voor het ontwerp van de parkeergarage met woonen kantoorruimten voor de Amsterdamse Molenwijk opgesomd. Bovendien worden er een aantal aanbevelingen gedaan voor het verdere ontwerp.

10.2

Conclusies Conclusie hoofddraagconstructie voor het gehele gebouw In dit afstudeerwerk zijn drie mogelijke constructievormen voor de hoofddraagconstructie onderzocht. Uit dit onderzoek is gebleken dat een over de hoogte van het gebouw geïntegreerde draagconstructie voor dit ontwerp de beste oplossing biedt.

Deze constructievorm is het beste te integreren met het ontwerp van de architect. Ook zal de reeds aanwezige hoogte op deze manier ingezet kunnen worden voor de hoofddraagconstructie, wat de sterkte en stijfheid van de constructie ten goede zal komen. Conclusie inzet (zeer) hogesterktebeton Het materiaal zeer hogesterktebeton zal binnen dit ontwerp niet op een zinvolle manier kunnen worden ingezet. De door de architect gestelde randvoorwaarden hebben tot gevolg dat er grote overspanningen en uitkragingen ontstaan. Hierdoor ontstaan er grote trekkrachten in de hoofddraagconstructie. Deze trekkrachten kunnen niet door het materiaal opgenomen worden en deze kunnen ook niet worden ondervangen door de constructie voor te spannen. Conclusie hoofddraagconstructie as 1 Voor de hoofddraagconstructie van as 1 is gekozen voor een stalen vakwerkligger. Omdat de door de ligger te maken overspanning zo groot is zullen de optredende krachten ook erg groot zijn. Een staalconstructie zal deze krachten het beste kunnen overbrengen.


273

_______________________________Molenwijk______________________________________

Conclusie hoofddraagconstructie uitkragende gebouwdeel Deze constructie heeft naast een dragende functie ook een scheidende functie. Maatgevend voor de scheidende functie zijn de brandwerende en geluidswerende eigenschappen. Onderzocht is of beton zowel voor de dragende als scheidende functie ingezet zou kunnen worden. De optredende krachten zijn echter zo groot, dat dit niet mogelijk is. Dit deel van de constructie zal dus ook in een staalvariant uitgevoerd worden, waarbij één aparte scheidingsconstructie toegepast zal worden. Conclusie hoofddraagconstructie woningen Doordat er door deze constructie kleinere overspanningen gemaakt worden zijn de krachten lager, waardoor de draagconstructie in een betonvariant uitgevoerd zal worden. Door het gebruik van het beton zal het niet noodzakelijk zijn om een aparte scheidingsconstructie (zoals bij staal) aan te brengen. Uitvoering Onderzoek is gedaan naar de uitvoering van grote uitkragende gebouwdelen. Hiervoor zijn drie verschillende mogelijkheden bekeken. Er is voor gekozen om de hoofddraagconstructie (voor alle gebouwdelen) tijdelijk te ondersteunen.

10.3

Aanbevelingen De aanbevelingen hebben logischerwijs betrekking op het door de architect gemaakte ontwerp en gestelde randvoorwaarden. Hieronder zullen enkele aanbevelingen uiteengezet worden voor dit ontwerp. De door de hoofddraagconstructie te maken overspanningen en uitkragingen zijn dermate groot. Hierdoor zal een buitenproportionele draagconstructie moeten worden ontworpen. Door kleine aanpassingen te maken op de uitgangspunten van de architect is het mogelijk om een draagconstructie te ontwerpen die de belastingen efficiënter naar de ondergrond af zal kunnen dragen. Door enkele kolommen toe te passen zullen de overspanningen en uitkragingen in de constructie aanzienlijk verkleind kunnen worden. Hierdoor zullen de op te nemen krachten beduidend kleiner zijn. Ook zullen er geen uitkragende momenten ontstaan. Zoals uiteengezet in het behandelde alternatief zal deze aanpassing niet ten koste gaan van het open karakter van de onderbouw. Deze vereenvoudiging van de draagconstructie zal doorwerken in vele aspecten, zoals afmetingen draagconstructie, vereenvoudiging aansluitingen, vereenvoudiging uitvoering, fundering, enzovoorts.

274


_______________________________Molenwijk______________________________________

Literatuurlijst [1]

Kaptijn, N.: “Toekomstige ontwikkelingen van zeer-hogesterktebeton”, Cement, 2002, nummer 2

[2]

Walraven, J.: “ Beton als conventioneel bouwmateriaal” Cement, 2002, nummer 4

[3]

Buytels, Th. W.G., Kaptijn, N.: “Hoogstandjes”, Betoniek, februari 2004

[4]

www.crc-tech.com: “ CRC A Special Fibre Reinforced High Performance Concrete – Documentation “, CRC Technology 2005

[5]

Huijben, R.N.J.: “ Geen brug te ver – Diverse prefab betonsoorten en BSI ” Cement, 2002, nummer 4

[6]

www.ductal.com: “ Introduction to Ductal ” VSL-Intrafor, 2004

[7]

www.viaducdemillau.com: “ Viaduc de Millau ” Journal de Millau, februari 2004

[8]

Documents scientifiques et techniques: “ Bétons fibrés à ultra-hautes performances – Recommandations provisoires” Association Française de Génie Civil, januari 2002

[9]

Petitjean, J., Resplendino, J.: “ French recommendations for Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concretes ” 6th International Symposium on High Strength / High Performance Concrete

[10]

Buitelaar, P.: “ Heavy Reinforced Ultra High Performance Concrete”

[11]

Maeder, U., Lallemant-Gamboa, I., Chaignon, J., Lombard, J.P.: “ Ceracem, a new high performance concrete: characterizations and applications ”

[12]

Resplendino, J.: “ First recommendations for Ultra-High_performance Concretes and examples of application ”

[13]

Kaptijn, N., Nagtegaal, G.: “ Eerste toepassing van zeer-hogesterktebeton in civiele draagconstructies “


275

_______________________________Molenwijk______________________________________

Cement 2003, nummer 1 [14]

Hajar, Z., Thibaux, T., Simon, A., Wyniecki, P.: “ Construction of an UltraPerformance Fibre-Reinforced Concrete thin-shell structure over the Millau Viaduct toll gates “ Conctere Structures: the Challenge of Creativity

[15]

Voorde, A. ten,: “ Kokerligger in Zeer Hogesterktebeton “ Literatuurstudie Afstudeeronderzoek, april 2004

[16]

Voorschriften Beton – TGB 1990: “ Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC 1995) “ Nederlands Normalisatie-instituut, 2e druk september 1995

[17]

Aanbeveling 97: “ Hogesterktebeton “ Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, september 2004

[18]

Vandewalle, L., Dupont, D.; “ Dwarskrachtcapaciteit van staalvezelbetonbalken – Staalvezelbeton (3) “ Cement, 2002, nummer 8

[19]

www.cement.org: “ Concrete Technology Today ” Portland Cement Association, November 1993

[20]

Reinhardt, H.W.: “ Beton als constructiemateriaal eigenschappen en duurzaamheid ” Collegedictaat Betonkunde, augustus 2003

[21]

Braam, C.R., Kaptijn, N., Buitelaar, P.: “ Hogesterktebeton als brugdekoverlaging ” Cement, 2003, nummer 1

[22]

Fehling E., Schmidt M., Bunje K., Schreiber W.: “ Ultra High Performance Composite Bridge across the River Fulda in Kassel - Concertual Design, Design Calculations and Invitation to Tender – “

[23]

Gebouwde parkeervoorzieningen; “ Ontwerpwijzer ” NPR 2443 1e druk april 1978; Parkeergarages

[24]

NEN 2443: “ Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en in garages “, Nederlands Normalisatie-instituut, april 2000

276


_______________________________Molenwijk______________________________________

[25]

Technische grondslagen voor bouwconstructies – TGB 1990: “ Belastingen en vervormingen “, Nederlands Normalisatie-instituut, december 2001

[26]

www.bubbledeck.nl: “ BubbleDeck vloersysteem “

[27]

www.waterblock.nl: “ Betonshell® – vrijdragende vloeren “

[28]

Symposium betondispuut: “ Betonnen vloeren suf? ” Oktober, 2005

[29]

www.spanstaal.nl: “ stroken “

[30]

Productdatablad VBI: “ Vloeren, plaatvloeren, beton ” Uitgave 2005

[31]

www.dycore.nl: “ Productinformatie systeemvloeren “

[32]

Brochure Spanbeton: “ Parkeergarages “ November 2004

[33]

www.hobone.nl: “ Parkeren: Hoesch Additiv Decke®: Het uitgekiende vloersysteem voor parkeeroplossingen “

[34]

Willems M.: “ Verrassende betonnen parkeergarage van Philippe Samyn; Sacrale Ellips “ Cement, 2000, nummer 6

[35]

Huijben R.N.J., Zinnemers J.: “ Wonen op een parkeergarage “ Cement, 2000, nummer 6

[36]

Marcus C.J., Schuppen G. van: “ Parkeergarage voor de Bloemenveiling Holland (BVH) in Naaldwijk “ Cement, 2000, nummer 6

[37]

Staalbouwkundig Genootschap: “ Vervormingseisen voor bouwconstructies “ Gezamenlijk publicatie van Staalbouwkundig Genootschap Rotterdam, Betonvereniging (CUR) Zoetermeer, September 1975, rapport 2

[38]

Crone, J.: “Techniek als visitekaartje voor Bouwend Nederland”, Bouwwereld, 2006, nummer 8


277

_______________________________Molenwijk______________________________________

[39]

Versteegen J.H.: “Buiten wonen in de stad” Bouwen met staal, Juli/Augustus 1997, nummer 137

[40]

Hoekstra R.: “Robuuste detaillering voor havencollege” Bouwwereld, 2005, editie 22

[41]

Beniers, J. H.,: “ Het kantoorgebouw met twee asymmetrische uitkragingen “ Eindrapport Afstudeeronderzoek, mei 2005

[42]

Eurocode 2: “ Design of concrete structures – Part 1: general rules and rules for buildings “ prEN 1992-1-1-1, October 2002

[43]

www.vbi.nl: “ Appartementvloeren “ Brochure Appartementvloeren

[44]

Walraven, J.C., Galjaard J.C.: “ Voorgespannen Beton “ Betonpraktijkreeks 3, BetonPrisma ’s-Herthogenbosch 1997

Overige geraadpleegde literatuur • Vis, W.C., Sagel, R.,: “ Constructief ontwerpen in beton ” Cement en beton reeks 24, Vereniging Nederlandse Cementindustrie VNC, ’sHertogenbosch 1991

• Adriaansen, W.L.M., red.: “ Overspannend staal “ Dl.: Basisboek, Stichting Kennisoverdracht SG, Rotterdam 1996 • Eldik, C.H., van, red.: “ Overspannend staal “ Dl. 2: Construeren A, Stichting Kennisoverdracht SG 1995 • Eldik, C.H., van, red.: “ Overspannend staal “ Dl. 3: Construeren B, Stichting Kennisoverdracht SG 1996 • Broek, T.J., van: “ Staalprofielen “ Dl. 5 (Over) spannend staal, Stichting Kennisoverdracht SG 1998 • Wardenier, J.: “ Hollow sections in structural applications “ Bouwen met Staal 2002 • Verscheidene NEN Normen en Eurocodes voor het maken van berekeningen voor staal- en betonconstructies.

278


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlagen. Hier voorblad Bijlagen, dit apart inbinden en inleveren….


279

_______________________________Molenwijk______________________________________

280


_______________________________Molenwijk______________________________________

Inleiding In dit deel zijn de bijlagen opgenomen behorende bij het afstudeerwerk “Constructief ontwerp parkeergebouw Molenwijk, Amsterdam-Noord”. De eerste hoofdstukken zijn geschreven als bijlagen voor het uitwerken van het gemaakte ontwerp en de daarbij behorende ontwerpen controleberekeningen. De laatste hoofdstukken zijn voorafgaand aan het ontwerpproces geschreven als een literatuurstudie. Dit om meer inzicht te verkrijgen in de ontwerpparameters behorende bij een parkeergarage en een vloersysteem. In het laatste hoofdstuk is uitgebreid gekeken naar het materiaal (zeer) hogesterktebeton. De bijlagen zijn onderverdeeld in verschillende hoofdstukken, te weten: • Bijlage: A Ontwerpcriteria • Bijlage: B Uitwerking • Bijlage: C Parkeeroplossingen • Bijlage: D Vloersystemen • Bijlage: E Hogesterktebeton Bijlage A behoort bij H5 (Algemene constructieve concepten). Hierin zijn de verschillende algemene ontwerpcriteria beschreven. Aan deze ontwerpcriteria zijn de in hoofdstuk 5 beschreven hang-, tafel- en over de hoogte van het gebouw geïntegreerde draagconstructie getoetst. In Bijlage B zijn de onderwerpen verder uitgewerkt die tijdens het uitwerken van de hoofddraagconstructie naar voren kwamen. Met name het in H8 uitgevoerde onderzoek naar de benodigde voorspanning voor een betonvariant voor de hoofddraagconstructie, is hier uitgewerkt. Hierbij is gekeken naar de inleiding van de voorspankrachten in het beton en naar de verschillende beschikbare verankeringsystemen. Ook is in dit hoofdstuk de op het gebouw aangrijpende windbelasting uitgewerkt. Bovendien zijn verschillende berekeningen gemaakt voor de controle van de in H9 uitgewerkte constructie In Bijlage C zijn de resultaten van een verrichte literatuurstudie naar parkeergarages uitgewerkt. Doel van deze verrichte literatuurstudie was om meer inzicht te krijgen in de voorwaarden die ten grondslag liggen aan een goed ontwerp. Hierbij zijn de verschillende ontwerpelementen binnen een garage toegelicht en is gekeken naar de gestelde minimumeisen aan deze elementen (normen). Binnen de mogelijke ontwerpen voor een parkeergarage is vervolgens dieper ingegaan op de split-level variant. Gekeken is naar de kenmerken van een dergelijke variant en naar mogelijke alternatieven voor de routing door de garage en de open afritten van de verschillende verdiepingsvloeren. Als laatste is een opzet gemaakt voor de verschillende mogelijkheden voor de toe te passen stramienmaten voor een kolomgrit.


281

_______________________________Molenwijk______________________________________

Het belang van een goed vloersysteem is groot omdat het eigen gewicht van de vloerconstructie een groot aandeel heeft in het totale eigen gewicht van de constructie. Hierom zijn in Bijlage D de verschillende vloersystemen die op de markt zijn onderzocht en getoetst op de bruikbaarheid voor het specifieke ontwerp in De Molenwijk. Hiervoor is eerst gekeken naar de voorgeschreven belastingen. Vervolgens zijn drie typen vloersystemen behandeld: • puntvormig ondersteunde plaatvloeren; • strokenvloeren; • plaatvloeren. Hierbij is gekeken naar de verschillende voor- en nadelen van de systemen en naar de met de vloeren te maken overspanningen. Hierbij is alvast een beeld ontstaan voor de mogelijkheden binnen het te maken ontwerp. Als laatste zijn nog een aantal voorbeelden gegeven van parkeergarages. Hierbij is gekeken naar de mogelijke stramienmaten, tevens in combinatie met een woongebouw. In het laatste hoofdstuk van de bijlagen (Bijlage E) is een literatuurstudie verricht naar (zeer) hogesterktebeton. Hierbij is eerst gekeken naar wat hogesterktebeton nu eigenlijk is en het verschil is ten opzichte van ‘gewoon’ beton. Hierbij is gekeken naar de samenstelling en de opbouw van het betonskelet. Vervolgens zijn de verschillende beschikbare (zeer) hogesterktebetonsoorten opgesomd. Hierbij zijn de eigenschappen van deze soorten behandeld. De behandelde eigenschappen zijn: • druksterkte • zelfverdichtende eigenschappen • buigtreksterkte • duurzaamheid • dwarskrachtcapaciteit • scheurvorming • elasticiteitsmodulus • brandbestendigheid • krimp- en kruip Als laatst zijn enkele toepassingen en de voor- en nadelen van het materiaal genoemd.

De uitkomsten en bevindingen zijn gebruikt voor het verder ontwerpen en uitwerken van het plan voor een parkeergarage met woonen kantoorruimten in de Amsterdamse Molenwijk.

282


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlage: A

Ontwerpcriteria

Belastingen NEN 6702 maakt het volgende onderscheid tussen de optredende belastingen: • Permanente belastingen (G): Dit zijn de belastingen die gedurende de referentieperiode slechts beperkt in grootte variëren. Een onderscheid wordt gemaakt tussen het eigen gewicht van het desbetreffende constructie-element en de daarop rustende belastingen. Verder kan nog aan voorspanning, gronddruk en de grondwaterdruk worden gedacht. •

Veranderlijke belastingen (Q): Dit zijn de belastingen die gedurende de referentieperiode niet altijd aanwezig zijn. Dit zijn belastingen ten gevolge van personen, goederen, meubilair, voertuigen, regen, sneeuw, wind enz. Er wordt onderscheid gemaakt tussen een extreme waarde en een momentane waarde van de veranderlijke belasting die sporadisch optreedt tijdens de referentieperiode. De momentane waarde is het deel waarvan de kans groot is dat deze aanwezig is.

•

Bijzondere belastingen (F): Dit zijn belastingen die een mogelijk maatgevend effect op de constructie hebben, maar waarvan de kans klein is dat deze gedurende de referentieperiode optreedt. Mogelijke bijzondere belastingen zijn: brand, gasexplosies, botsingen door voertuigen en het grondwater.


283

_______________________________Molenwijk______________________________________

Belastingsfactoren De volgende belastingsfactoren zijn voor het te ontwerpen bouwwerk van toepassing:

G ongunstig werkend

gunstig werkend

Qe

Qe

FA

P

fundamenteel - klasse 3 - klasse 1 t/m 3

1,2 1,35

0,9 0,9

1,5 -

1,5 -

-

1,0 -

bijzonder - klasse 1 t/m 3

1,0

1,0

-

1,0

1,0

1,0

incidenteel - klasse 1 t/m 3

1,0

1,0

1,0

1,0

-

1,0

momentaan - klasse 1 t/m 3

1,0

1,0

-

0,6 1,0

-

1,0

fundamenteel - klasse 1 t/m 3 - klasse 1 t/m 3

1,2 1,35

0,9 0,9

1,2 -

1,2 -

-

1,0 1,0

uiterste grenstoestand bruikbaarheidsgrenstoestand uiterste grenstoestand

bouwfase

gebruiksfase

Belastingcombinatie

Tabel 21 Belastingsfactoren

Voor de veranderlijke vloerbelasting door personen, meubilair en aankleding mogen volgens NEN 6702 art. 8.1 en 8.2 de volgende waarden aangehouden worden; Bestemming

extreem Prep 2

ψ

(kN/m )

momentaan ψPrep 2

Frep 2

(kN/m )

(kN)

(m )

a. woningen en logiesverblijven - vloeren, vlieringen, zolders, buitenbergingen

1,75

0,4

0,7

3,0

0,5 x 0,5

2,5

0,5

1,25

3,0

0,1 x 0,1

5,0

0,25

1,25

7,0

0,1 x 0,1

en garages b. kantoren, onderwijsgebouwen, gezondheidszorggebouwen en niet onder a. bedoelde ruimten d. stationsgebouwen, horecagebouwen, bijeenkomstgebouwen, sportgebouwen, tribunes ontsluitwegen (trappen, bordessen, portalen, (gangen, overlopen e.d.) voor gebouwen volgens a.

2,0

0,25

0,5

3,0

0,5 x 0,5

b.

3,0

0,25

0,75

3,0

0,1 x 0,1

d.

5,0

1,0

5,0

7,0

0,1 x 0,1

Tabel 22 Veranderlijke vloerbelasting

284


_______________________________Molenwijk______________________________________

Belastingcombinaties

Figuur 198 Fundamentele combinaties

Grenstoestanden • •

Uiterste grenstoestand (UGT). Bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT).

Deze worden door de NEN 6702 als volgt gedefinieerd: • Uiterste grenstoestand: Grenstoestand die gebruikt wordt bij de toetsing aan de eisen ten aanzien van constructieve veiligheid. •

Bruikbaarheidsgrenstoestand: Grenstoestand die gebruikt wordt bij de toetsing aan de eisen voor vooropgesteld gebruik.

Waarbij een grenstoestand gedefinieerd wordt als: • Toestand waarbij het effect van de belasting(en) en de respons van de bouwconstructie de gestelde eisen juist niet overschrijden. Van beiden worden door de norm enige voorbeelden genoemd. Uiterste grenstoestanden zijn onder andere: • Verlies van statisch evenwicht van de constructie of een deel van de constructie, waarbij de constructie is beschouwd als een star lichaam (kantelen of glijden); • opdrijven van de constructie (bijvoorbeeld kelders en reservoirs); • breuk (eventueel vloei) van kritieke delen van de constructie als gevolg van het overschrijden van de materiaalsterkte; • het ontstaan van een bezwijkmechanisme in de constructie of in een gedeelte van de constructie; • instabiliteit ten gevolge van knik, kip of plooi.


285

_______________________________Molenwijk______________________________________

Bruikbaarheidsgrenstoestanden zijn onder andere: • Vervormingen of scheurvorming die het uiterlijk of het doeltreffende gebruik van een constructie nadelig beïnvloeden of die schade veroorzaken aan afwerklagen of aan niet-constructieve onderdelen; • trillingen die hinderlijk zijn of die niet-constructieve onderdelen of apparatuur nadelig beïnvloeden (in het bijzonder als resonantie optreedt). Hierbij wordt opgemerkt dat scheuren niet hoeven te leiden tot een uiterste grenstoestand, maar scheuren kunnen echter wel de levensduur van de constructie beïnvloeden.

Vervormingseisen (stijfheid) Voor het subjectieve en constructieve aspect, zoals omschreven in paragraaf 5.4.3, zijn eisen opgesteld om de veiligheid en bruikbaarheid van het bouwwerk te kunnen waarborgen. Het bruikbaarheidsaspect heeft voornamelijk invloed op de onderhoudsgevoeligheid van een constructie en de daarmee samenhangende duurzaamheid. Constructieve aspecten

Schade aan de constructie kan ontstaan door te grote vervormingen. Schade door deze vervormingen kunnen ontstaan door; - te grote zijdelingse verplaatsingen van het gebouw door de windbelasting; - ongelijkmatige thermische uitzetting van de draagconstructie; - plaatselijke zetting van de fundering. NEN 6702 stelt in art. 10.3 eisen met betrekking tot de stijfheid van gebouwen. Aan de horizontale doorbuiging worden de volgende eisen gesteld: De totale horizontale doorbuiging van gebouwen met meer dan één bouwlaag mag niet groter zijn dan: - h/300 per bouwlaag; - h/500 voor het gehele gebouw; waarin h de kleinste gevelhoogte of de kleinste bouwlaaghoogte is. NEN 6702 stelt in art. 10.2 met betrekking tot de bijkomende doorbuiging van vloerconstructies dat deze niet groter of gelijk moet zijn aan:

ubij = 0,003 ∗ lrep Waarin lrep de lengte van de overspanning is en bij uitkragingen tweemaal de lengte van de uitkraging. Hierbij moet worden opgemerkt dat de grenswaarde van 0,003 * lrep niet moet worden gezien als een exact afleidbare waarde. Het verdient dan ook aanbeveling van geval tot geval na te gaan of er aanleiding bestaat deze eisen voor de bijkomende

286


_______________________________Molenwijk______________________________________

doorbuiging te verzwaren of anders te formuleren. In het algemeen zal een goed doordachte detaillering schade kunnen voorkomen. Aan de uiteindelijke doorbuiging wordt de volgende eis gesteld:

ueind = 0, 004 ∗ lrep

Subjectieve aspecten

Bij het subjectief aspect gaat het om de comforteis die de gebruiker aan het gebouw stelt. Met name zichtbare en voelbare vervormingen in een gebouw, waardoor de gebruiker zich ongemakkelijk gaat voelen zijn van belang. Hiertoe stelt NEN 6702 in art. 10.5.3 welke versnelling door wind op het gebouw voor de gebruikers hinderlijk voelbaar worden. Deze versnelling ligt tussen de 1 en de 2.5 m/s2, afhankelijk van de wind en het gebouw zelf (vorm, massa, eigenfrequentie en demping). Eisen met betrekking tot trillingen zijn vastgelegd in NEN 6702 art. 10.5.1. Hierin wordt gesteld dat; Trillingen het doelmatig gebruik van een constructie-onderdeel niet belemmeren en trillingen mogen geen schade veroorzaken. Hinderlijke trillingen van constructieonderdelen moeten worden vermeden. Om dit te voorkomen stelt art. 10.5.2 dat bij vloeren waarover veel wordt gelopen, zoals vloeren van woningen, kantoren en dergelijke de eerste eigenfrequentie van de vloer niet lager mag zijn dan 3 Hz. Aan deze eis behoeft niet te zijn voldaan indien de som van de representatieve waarden van de permanente en momentane belasting tenminste 5 kN/m2 bedraagt of, in geval van door liggers ondersteunde vloeren, in totaal 150 kN per ligger. Verder zal de eigenfrequentie van de constructie niet in de buurt van de belastingsfrequentie moeten liggen. Dit om voor de bewoners voelbare trillingen van de constructie te voorkomen.


287

_______________________________Molenwijk______________________________________

288


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlage: B

Uitwerkingen

Doorbuiging NEN 6702 hanteert de volgende begrippen met betrekking tot de doorbuiging van de constructie;


289

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorspanning De verschillende voorspansystemen maken gebruik van voorspanstaven, voorspandraden of meerdere voorspandraden gecombineerd tot voorspanstrengen. Met deze staven, draden en strengen kan het beton doormiddel van • voorspanning met nagerekt staal, met aanhechting (VMA); • voorspanning met nagerekt staal, zonder aanhechting (VZA); • voorspannen met voorgerekt staal voorgespannen worden. Welk van deze methoden de voorkeur heeft is ondermeer afhankelijk van de gekozen uitvoeringsmethode en de maximaal over de weg te transporteren elementlengte. De maximale voorspankracht die op een element zal kunnen worden toegepast is sterk afhankelijk van de inleiding van de voorspankracht. Wanneer gebruik zal worden gemaakt van voorspanankers zullen de spanningen achter het anker niet te groot mogen worden en zal er een groot oppervlakte beschikbaar moeten zijn voor deze ankers. Wordt de voorspankracht doormiddel van aanhechting in het beton gebracht, dan zal rekening gehouden moeten worden met een overdrachtslengte en een inleidingslengte, waarover de spanningen hoog op zullen lopen.

Inleiding voorspankrachten Voor het ontwerpen van voorgespannen betonconstructies zal goed gekeken moeten worden naar de krachtsverdeling in de constructie. Met name de detaillering van de inleiding van de voorspankracht vereist speciale aandacht. Bij een voorgespannen betonconstructie zal een uitgekiende detaillering niet alleen leiden tot een belangrijke vereenvoudiging van de uitvoering, maar zal bovendien een gunstige invloed hebben op de kwaliteit van de constructie. Hierdoor zal het aantal schadegevallen afnemen, en zullen ook de daarmee samenhangende herstel- en onderhoudskosten gedurende de levensduur van de constructie worden gereduceerd. De inleiding van de voorspankracht in het beton kan plaatsvinden doormiddel van: • voorspanankers; • aanhechting.

Inleiding van de voorspankracht door middel van voorspanankers Bij voorspanning met nagerekt staal worden de trekkrachten met behulp van voorspanankers overgebracht op het betreffende constructiedeel. Deze geconcentreerde krachten spreiden zich geleidelijk over de hele betondoorsnede. De lengte, nodig om via uitwaaierende druktrajectoriën een gelijkmatige spanningsverdeling over de doorsnede te krijgen, noemt men de storingslengte van Saint-Venant. Deze storingslengte (s) is onafhankelijk van de grootte van de kracht, maar minstens even groot als de grootste breedte waarover de kracht moet worden gespreid.

290


_______________________________Molenwijk______________________________________

σ = Fp/Ab

Fp

1 _ 2

Fp

Fp

1 _ 2

Fp

N spl =

Nspl

h 1 Fpw (1- 1 ) 4 h

h/2

h1

1 _ 2

1 _ 2

h/2

s=h

Figuur 199 Vakwerkmodel h/2

h/2

Deze ankerkracht zal zowel in de hoogte- als in de breedterichting moeten worden gespreid (hiervoor h vervangen door b in de bovenstaande vergelijking). Er zal dus in twee richtingen wapening nodig zijn om de splijtkrachten (Nspl) op te kunnen nemen. hiervoor komen beugels of een wapeningsnet in aanmerking. Bij ronde doorsneden kan men ook voor een spiraalwapening kiezen (deze spiraalwapening moet niet worden verward met de spiraalwapening die soms onderdeel is van het verankeringssysteem. Deze dient voor het opnemen van de zeer hoge drukspanningen juist achter de ankerplaat). De doorsnede van de noodzakelijke splijtwapening (Aspl) volgt uit de relatie

A spl =

N spl σs

waarbij σs de maximale staalspanning is.

Het is niet verstandig om voor σs de rekenkundige fs van het staal in te vullen. Weliswaar zou er dan spraken zijn van evenwicht, doch de optredende scheurwijdte zou mogelijk te groot kunnen zijn. Bij een berekening volgens NEN 6720 geeft tabel 36 (art. 8.7.2) een goede indicatie voor de in het staal maximaal te hanteren spanningen (σs = 200-400 N/mm2). De splijtwapening moet enigszins verdeeld worden aangebracht. Zij moet zoveel mogelijk de volledige doorsnede omsluiten en zo worden verankerd dat zij ook effectief is nabij de buitenzijde van de doorsnede [44].

Inleiding van de voorspankracht door middel van aanhechting Bij de inleiding van de voorspankracht door middel van aanhechting zal de storingslengte groter zijn, dan bij inleiding door middel van voorspanankers. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen lo en le. lo is de overdrachtslengte die nodig is om de voorspankracht Fpi via aanhechting op het beton over te brengen. le is de inleidingslengte die nodig is om de voorspankracht ook nog regelmatig over de doorsnede te spreiden (Figuur 200).


291

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 200 Overdrachtslengte (lo) en inleidingslengte (le)

Het zwaartepunt van de aanhechting ligt op ongeveer 1/3 lo vanaf het uiteinde van de ligger. Voor de inleidingslengte le geldt aldus bij benadering:

le =

1 1 lo + s = lo + h 3 3

met als randvoorwaarde le ≥ l0

De overdrachtslengte kan bepaald worden aan de hand van art. 9.7.3 van de NEN 6720. Hierbij zijn twee aspecten van belang. In de eerste plaats zal moeten worden aangetoond dat bij de rekenkundige bezwijkbelasting op het element, de verankeringscapaciteit voldoende is. In de tweede plaats zal moeten worden nagegaan, evenals dit bij via ankerplaten ingeleide krachten het geval is, in hoeverre van splijtwerking sprake is en of hieraan consequenties moeten worden verbonden. Is de overdrachtslengte kort, dan is dit gunstig voor de verankeringscapaciteit, maar ongunstig voor de splijtwerking (hoe korter de overdrachtslengte, des te geconcentreerder zijn de splijtkrachten en des te groter zijn de splijtspanningen). De verschillende lengten worden beïnvloed door de optredende trekspanningen. In de inleidingszone onderscheid men trekspanningen ten gevolge van drie verschillende oorzaken, te weten: • kopsplijtspanningen; • ringtrekspanningen; • splijttrekspanningen.

292


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 201 Optredende trekspanningen

In NEN 6720 worden verschillende berekeningsmethoden en maatregelen (extra wapening, minimum hart op hart afstanden voorspanning) aangereikt om de constructie voor schade te behouden.

Verankeringsystemen De verankeringsystemen zijn allemaal op hetzelfde principe gebaseerd, alleen in detail verschillen de producten van de verschillende leveranciers. Er bestaan verschillende verankeringen voor (Figuur 202): • Enkele staven • Enkele strengen • Kabels opgebouwd uit meerdere draden • Kabels opgebouwd uit meerdere strengen


293

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor sommige van de boven genoemde verankeringen bestaan ook blindverankerde varianten (Figuur 203). Deze voorspansystemen uitgerust met een blindverankering zullen vanaf één kant voorgespannen moeten worden.

Figuur 202 Verschillende typen verankeringsystemen

294


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 203 Blindverankeringen

Tabel 23 Mechanische eigenschappen voorspanstaal

Tabel 24 Gegevens voorspanstaal


295

_______________________________Molenwijk______________________________________

Tabel 25 Gegevens voorspandraden

Tabel 26 Gegevens voorspanstrengen

296


_______________________________Molenwijk______________________________________

Tabel 27 Dywidag voorspansysteem


297

_______________________________Molenwijk______________________________________

Tabel 28 BBR CONA multi anker

298


_______________________________Molenwijk______________________________________

Tabel 29 Diwidag voorspansysteem met strengen (blindverankerd)

De hoh afstanden en randafstanden van de voorspanankers, alsmede de afmetingen van de spiraal zijn gebasseerd op het toepassen van sterkteklasse B45.

Figuur 204 Maatvoering verankering


299

_______________________________Molenwijk______________________________________

Windbelasting Volgens NEN 6702, art. 5.1. behoort het parkeergebouw met woonen kantoorruimte tot veiligheidsklasse 3. Hierbij hoort een referentieperiode van 50 jaar. NEN 6702 art. 8.6.

Prep = Cdim * Cindex * C eq * φ1 ∗ p w Findex = A * Prep = de representatieve waarde van de windkracht op een oppervlak

Figuur 205 Plattegrond en aanzicht parkeergebouw

Cdim =

300

1 + 7 I(h) * B 1 + 7 I(h)

met Cdim ≤ 1

waarbij B =

1 2 3

0.94 + 0.021 h + 0.029 b 1 I(h) = h ln ( ) 0.2

2 3


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor wind loodrecht op de langsgevel geldt:

h = 33.4 m b = 78 m I(33.4) = 0.1954 B = 0.5927 Hiermee wordt Cdim = 0.867 Cindex =

Ceq = De drukvereffeningsfactor, deze is bedoeld voor gevel- en dakconstructies, waarbij door de grote luchtdoorlatendheid van een laag niet de volledige windbelasting op de betreffende laag zal werken. Ceq = 1

φ1 = De vergrotingsfactor die de dynamische invloed van de wind in de windrichting op het bouwwerk in rekening brengt. φ1 = 1 als - h ≤ 50 m - h/b < 5 Pw = Amsterdam = gebied 2 Bebouwd Tabel 10 NEN 6702 geeft voor pw : h

gebied 2 bebouwd

≤30

1,12

≤35

1,20

Lineaire interpolatie geeft voor h = 33.4 m ⇒ pw = 1.17 kN/m2.


301

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor wind loodrecht op de kopgevel geldt:

h = 33.4 m b = 39.5 m I(33.4) = 0.1954 B = 0.6693 Hiermee wordt Cdim = 0.895 Cindex =

Ceq = 1

φ1 = 1

pw = 1.17 kN/m2

Windbelasting dak:

Het gebouw mag als een gesloten gebouw worden beschouwd (openingen < 5% van totale gevel). De windfactoren voor de interne over- of onderdruk zijn dan respectievelijk: Cpi = +0.3 of -0.3. Voor de windwrijving op gevels II op de windrichting en daken kan geldt:

Frep = Cdim * Cf * b * p w Voor Cf geldt: Cf gladde oppervlakken

0,01

oppervlakken met uitsteeksels ≤ 40 mm

0,02

oppervlakken met uitsteeksels ≥ 40 mm

0,04

302


_______________________________Molenwijk______________________________________

Belasting door regenwater In TGB-art 8.7.1 wordt aangegeven hoe met belasting door regenwater moet worden gerekend. Voor een gewichtsberekening is die belasting niet maatgevend. Voor de sterkteberekening van het dak kan wateraccumulatie wel een maatgevende belasting zijn (TGB-art 8.7.1.3).

Sneeuwbelasting In TGB-art 8.7.2 wordt aangegeven hoe sneeuwbelasting bij de berekening moet worden betrokken.

Prep = Ci * Psn;rep Hierin is:

Ci = een dakvormfactor, waarbij voor vlakke daken Ci = 0,8 geldt Psn;rep = 0,7 kN/m 2 ; ψ = 0 Voor een vlak dak geldt dus: Prep = 0,8 * 0,7 = 0,56 kN/m 2


303

_______________________________Molenwijk______________________________________

Verbinding vloerliggers Boutverbinding vloerliggers:

Belasting op de liggers: e.g = (IPE 550) = 1,08 kN/m1 r.b. = 3,63 kN/m2 v.b. = 2,0 kN/m2 (ψ =1)

opp =

16,625 m1 = 8,3125 m1 * 5,2 m1 2 = 43,225 m2

1,08 * 8,3125 =

* 1,2 = 10,8

9,0

3,63 * 43,225 = 156,9 2,0 * 43,225 = 86,5

* 1,2 = 188,3 * 1,5 = 129,8

Frep = 252,4 kN

Fd = 328,9 kN

hplaat max = 550 mm - 2 * (t f ) 17,2 - 2 * 25 mm ≈ 450 mm Aantal benodigde bouten: Grensafschuifkracht per afschijfvlak: Fv;u;d = 0,48 * ft;b;rep * A b Staal S235

Boutkwaliteit = 8.8

ft;b;rep = 100 * 8 = 800 N/mm2 Ab = M20 = 245 mm2

Fv;u;d = M20 = 94,08 kN * 4 = 376 kN M24 = 135,55 kN * 3 = 407 kN ←

M24 = 353 mm2 M27 = 459 mm

2

M27 = 176,26 kN * 2 = 353 kN

eg; nom = 26 mm randafstand e2 = 1,5 * dg;nom = 1,5 * 26 = 39 mm

praktisch = 50 mm

eindafstand e1 = 1,2 * dg;nom = 1,2 * 26 = 32 mm

= 50 mm

afstand tussen de bouten S2 = 3 * 26 = 78 mm

= 100 mm

Staalberekening: Afmetingen plaat:

(ruimte genoeg dus min maten iets verruimt)

h = 2 * 100 + 2 * 50 = 300 mm d=

12 mm (aangenomen) 329 * 103 σs = = 91 N/mm2 < 235 N/mm2 300 * 12

304


_______________________________Molenwijk______________________________________

Lasdikte: Fs;d = 329 kN Ms;d = 0,1 * 32,9 kNm1 punt (1): σ x =

Ms;d * e1 Iy

=

32,9*10 6 * 150 = 182,8 N/mm2 1 /12 * 12 * 3003

τ xy = 0 punt (2): σ X = 0

τ XY =

Vs;d * S2 t * Iy

=

329 * 103 * 150 * 12 * 75 = 137,1 N/mm2 12 * 1/12 * 12 * 3003

Afmetingen hoeklas: a1 = 0,70 t a2 =

βγm t 2ft;d

σx ft;d

= 0,70 * 12 *

2 3τ xz =

182,8 = 4,3 ⇒ 5 mm ← 360

0,8 * 1,25 *12 2 * 360


3 * 137, 12 = 3,9 ⇒ 4 mm

305

_______________________________Molenwijk______________________________________

Verbinding buisprofielen Boutverbinding koppeling buisprofielen

Berekening volgens NEN 6770 art. 13.3; Boutverbindingen. sterkteklasse 10.9 ⇒ ft;b;rep = 1000 N/mm2 fy;b;rep = 900 N/mm2 ft;u;d = 0,72 * αred;s * ft;b;d * A b;s minimale eindafstand e1 = 1,2 * dg;nom minimale randafstand e2 = 1,5 * dg;nom steek S2 = 2,2 * dg;nom dg;nom

Ab;s

Ft;u;d

e1 = e2

s1

M 36

39

817

0

47

86

M 39

42

907

0

50

92

M 45

49

1134

0

59

108

M 52

56

1452

0

67

123

onderen bovenrand

Ft;d = 15190 kN

diagonalen

Ft;d = 14130 kN

verticalen

Ft;d = 7941 kN

benodigd aantal bouten: onderregel

diagonaal

n

n

verticaal n

M 36

26

24

14

M 39

24

22

12

M 45

19

18

10

M 52

15

14

8

Zonder de platen extra groot uit te hoeven voeren is dit maximale aantal bouten (26xM26) nog net toe te passen. Hierbij wordt nog net voldaan aan de minimumvereiste afstand (steek) tussen de bouten (zie onderstaande figuur).

306


_______________________________Molenwijk______________________________________

Plaatdikte Omdat de bouten een kleinere vervormingscapaciteit hebben dan de platen, wordt in het algemeen gesteld dat de sterkte van de bouten nooit maatgevend mogen zijn voor de sterkte van de gehele verbinding. Daarom wordt een maximum gesteld aan de aan te sluiten plaatdikte. NEN 6770 stelt daarom: ft;u;d ≤ 0,48 * π * dm * tp * ft;d

De maximale plaatdikte per bout wordt hiermee gelijk aan: tp; max M 36

30

M 39

31

M 45

34

M 52

38

De benodigde plaatdikte zal berekend kunnen worden door de verschillende bezwijkvormen voor de plaat te bepalen. Welke bezwijkvorm zal ontstaan (en waar de plastische scharnieren dus zullen ontstaan) is afhankelijk van de sterkte van de bouten. Aan de hand van het momentevenwicht om het plastisch scharnier kan de boutkracht berekend worden. Deze zal zoals gezegd niet maatgevend mogen zijn en hieruit kan de plaatdikte berekend worden. Deze berekening zal hier niet gemaakt worden en de maximale plaatdikte zoals gegeven in bovenstaande tabel zullen dan ook worden toegepast.

Figuur 206 Mogelijke bezwijkvormen verbinding; boutbreuk, boutbreuk met vloeien van de flenzen, vloeien van flenzen


307

_______________________________Molenwijk______________________________________

Lassen De te leggen lassen kunnen slechts vanaf de buitenkant van het buisprofiel gelegd worden. Een hoeklas zal niet meer toereikend zijn om de krachten door te kunnen geven. De lassen zullen dan ook als stompe lassen uitgevoerd moeten worden. De las zal als een open halve V-naad (al dan niet met voorgelaste rups) of als enkelzijdige U-naad uitgevoerd kunnen worden. De keuze voor het type lasnaad zal afhangen van de plaatdikte van de te lassen elementen en de benodigde voorbewerking aan de lasnaad. In onderstaand figuur is een voorbeeld gegeven van een open halve V-naad.

Op deze manier ontstaat een volledige doorlassing van het moedermateriaal. Voor dit type las is de sterkte niet maatgevend. Deze zal minimaal zo sterk zijn als dat van het moedermateriaal. Het gaat hierbij meer om de lasbaarheid en de maatregelen die getroffen moeten worden voor een goede lasverbinding tussen de elementen. Hierbij moet gedacht worden aan voorbewerking lasnaad, inbranddiepte, voorverwarming elementen, vervorming door dwarskrimp, insluiting gasholtes, slakinsluitsel, koudscheuren, krimpholten, randinkarteling, gevoeligheid moedermateriaal lamellar tearing enzovoorts. Op deze specialistische onderdelen zal niet verder worden ingegaan en er wordt van uitgegaan dat de lasverbinding niet maatgevend zal zijn voor de te laken aansluiting.

308


_______________________________Molenwijk______________________________________

Aansluiting kern In paragraaf 9.2.3.3 is de aansluiting van de hoofddraagconstructie op de kern gegeven. Zoals gezegd treedt de maximaal in te leiden horizontale trekkracht op in punt drie. Dit is de onderregel van het vakwerk van de hoofddraagconstructie voor het uitkragende gebouwdeel. De in te leiden krachten, ontbonden uit de bovenregel en de diagonaal, zijn: Hd = 18460 kN Vd = 5295 kN zachtstaalwapening φ40 (Feb 500)

⇒ Ft;u = 546 kN

n = 34 stuks

voorspanning enkele staven φ40 (Fep 1050)

⇒ Ft;u = 958 kN

n = 20 stuks

voorspanning kabels φ15, 7 (per streng) (Fep 1860) ⇒ Ft;u = 261 kN

n = 71 stuks

Afhankelijk van het aantal toe te passen kabels en de benodigde ruimte voor de verankering kunnen deze strengen verdeeld worden over een kabel met 9, 12 of 19 strengen. 71 71 71 n= = 8 kabels n= = 6 kabels n= = 4 kabels 9 12 19 Om deze verschillende systemen aan te sluiten op de staalplaat zal gekeken worden naar de benodigde ruimte voor de verankering van deze systemen.


90

90

1425

Deze plaatjes zullen op de staalplaat kunnen aansluiten of de staalplaat zelf zal dikker uitgevoerd kunnen worden. Op deze wijze zullen de 20 benodigde staven verankerd kunnen worden. De staven zullen kunnen doorlopen naar het andere uiteinde van de wand of in de wand door middel van platen verankerd kunnen worden. Deze verankeringen zullen ten opzichte van elkaar wel moeten verspringen zodat de wand niet te ongunstig wordt belast.

110

259

130

Enkele staven: Een dergelijk voorspansysteem staat afgebeeld in Tabel 27, blz. 297. De staven worden voorgespannen en vervolgens vastgezet met een speciale plaat en bout.

610

309

_______________________________Molenwijk______________________________________

Kabels: Op éénzelfde wijze zullen de kabels op de staalplaat verankerd kunnen worden. De ankerkop zal zelf op de staalplaat geplaatst kunnen worden of (om de spanningen enigszins te spreiden) zal een ankerplaat toegepast kunnen worden. De afmetingen voor deze ankerplaten en randen tussenafstanden staan afgebeeld in Tabel 28 blz. 298. In onderstaande figuur zijn de afmetingen gegeven voor de verankeringen.

240

200

180

1425

Rekeninghoudend met de minimale randen tussenafstanden kunnen deze verankeringen uitgetekend worden. Om niet te veel anker toe te hoeven passen (kosten verankeringen), maar om de krachten toch voldoende over de staalplaat te kunnen spreiden, wordt voor de middelste oplossing gekozen.

740

310

660

620


_______________________________Molenwijk______________________________________


311

_______________________________Molenwijk______________________________________

Het voorspansysteem zal aan deze zijde van de kern en aan de andere zijde van de kern verankerd kunnen worden. De uiteindelijke spanning in de voorspanwapening zal pas optreden wanneer uitkragende constructie gerealiseerd is. De voorspanwapening zal, ondanks dat deze nog niet belast wordt, onder spanning gebracht moeten worden. Deze voorspanning zal zeer gering kunnen zijn en is alleen bedoeld om de vervorming van de kabels te beperken voor de uiteindelijke situatie (wanneer de volledige trekkracht op de wapening aangrijpt). Voor het aanbrengen van deze voorspanning zal geen ruimte zijn aan de kant van de kern waar het vakwerk aansluit. Door het niveauverschil tussen de twee gebouwhelften (split-level garage) zal het wel mogelijk zijn om de voorspanning aan de andere kant van de kern voor te spannen.

Hoogteverschil inleiding krachten

Zachtstaalwapening De benodigde hoeveelheid zachtstaalwapening is aan de hoge kant. Om problemen met het verankeren van deze hoeveelheid wapening te voorkomen zal er voor worden gekozen om de verticale krachten door middel van voorspanningwapening op te nemen. Plaatdikte

Voor het bepalen van de benodigde plaatdikten zal de kopplaat met daarop de aansluitende plaat berekend kunnen worden als een T-stuk. De op de kopplaat

312


_______________________________Molenwijk______________________________________

aansluitende plaat zal gewoon de maximale trekkracht plus de maximale verticale kracht op moeten kunnen nemen. Hiervoor is een plaatdikte nodig van: Fmax = 18460 + 5295 = 23755 kN hplaat = 1425 mm σmax = 335 N/mm2 (t > 40 m)

tplaat =

23755*103 = 50 mm 1425 * 335

Voor de kopplaat die op de wand zal moeten aansluiten, zal gekeken moeten worden naar de plaatsen waar een plastisch scharnier kan ontstaan. Aan de hand van deze plaatsen en de afstand tussen de voorspansystemen zal een berekening gemaakt kunnen worden van de benodigde plaatdikte. Deze berekening is hier niet verder uitgewerkt. Voor de plaatdikte is een maat van 70 mm aangehouden.

Wanddikte De dikte van de wand ter plaatse van de aansluiting met de hoofddraagconstructie zal vergroot moeten worden. Dit om de benodigde wapening voor het opnemen van de krachten vanuit de hoofddraagconstructie te kunnen onderbrengen. Alleen al voor de voorspansystemen zal de wanddikte vergroot moeten worden. Achter deze voorspanning zal de nodige spiraalwapening aangebracht worden om splijtkrachten in het beton te kunnen opnemen. Deze wanddikte zal vergroot worden van 300 naar 600 mm. Deze verzwaring van de wanddikte zal over de gehele lengte van de wand gemaakt kunnen worden of de wanddikte zal naar de uiteinden kunnen verlopen. De keuze hiervoor zal grotendeels bepaald worden door de uitvoering van de kern. Wanneer het mogelijk is om de kist dusdanig te stellen dat de wanddikte zal kunnen verlopen, zal het een mogelijkheid zijn om hier voor te kiezen. Wanneer dit niet mogelijk is zal de wand over de gehele lengte (circa 12 m) dikker worden uitgevoerd.


313

_______________________________Molenwijk______________________________________

Kraancapaciteit Voor het monteren van het vakwerk op as 1 kan er voor gekozen worden om het vakwerk op maaiveldniveau te monteren en deze in zijn delen in te hijsen. De hiervoor benodigde kraancapaciteit hangt onder meer af van de afstand waarover gehesen moeten worden en tot welke hoogte. De bovenkant van het vakwerk zal opgehesen moeten worden tot een hoogte van ca. 25 m. De afstand waarover gehesen zal moeten worden (de vlucht) is echter beperkt. Wanneer het vakwerk op het maaiveld gemonteerd zal worden, zal de kraan voldoende dichtbij kunnen komen (Figuur 207). Hierdoor zal de capaciteit van de kraan beperkt kunnen blijven.

Figuur 207 Kraanopstelling

In Tabel 18 (blz. 248) is het totaal gewicht van het vakwerk bepaald. Het totaal gewicht van het vakwerk ligt tussen de 161 en 150 ton. Wanneer het vakwerk in drie grote delen zal worden opgesplitst zal per deel 54-50 ton gehesen moeten worden. De kranen kunnen dichtbij komen, waardoor de vlucht en daardoor de benodigde kraancapaciteit beperkt zal kunnen blijven. Een LIEBHERR kraan type 1160-5.1 kan dit gewicht tot een vlucht van 11 a 12 m tillen. Deze kraan zal dus geschikt zijn voor de montage.

314


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 208 Hijstabel LIEBHERR 1160-5.1


315

_______________________________Molenwijk______________________________________

Artikelen Corporaties verhogen investering in probleemwijken

Uitgegeven: 23 januari 2007 06:56 AMSTERDAM - Verhuurders in de sociale woningsector gaan de investeringen in Randstedelijke achterstandswijken verdubbelen. Dat meldt de Vernieuwde Stad, waarin de 21 grootste corporaties zijn verenigd, dinsdag in de Volkskrant.

Tot 2020 trekken de corporaties 2,5 miljard euro per jaar uit voor het opknappen van de wijken. Het geld is bedoeld voor renovatie, sloop en nieuwbouw. Achterstandswijken Een deel van de extra investeringen wordt gebruikt voor leefbaarheid en sociale programma's in achterstandswijken. De woningbouwcorporaties willen het bedrag dat zij daaraan nu uitgeven, verdrievoudigen. Voorzitter van de Vernieuwde Stad Jim Schuyt stelt dat de corporaties de regie in de wijken van de gemeenten willen overnemen. Volgens Schuyt zijn gemeenten niet voortvarend genoeg in de aanpak van problemen in achterstandsbuurten. "Wij kunnen niet langer wachten", zegt Schuyt. Huurders Door extra geld te lenen, moeten de extra uitgaven worden gefinancierd. Daarnaast willen de corporaties huurders met een hoger inkomen meer laten betalen. Ook moet het ministerie van Vrom volgens Schuyt meer geld uittrekken voor het opknappen van probleemwijken. (bron: NU.nl)

Figuur 209 Artikel Metro

316


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlage: C

Parkeeroplossingen

Ontwerp algemeen Er zijn verschillende factoren die een rol kunnen spelen bij het ontwerpen van een parkeervoorziening. De belangrijkste hierbij zijn [23]: • de openbare ruimte kan efficiënter worden gebruikt; • veel geparkeerde auto’s op straat kunnen het verblijfsklimaat onaangenaam maken; • verspreid parkeren kan zoekverkeer veroorzaken; • de bereikbaarheid van een gebied verbeteren. De ontwerper van een parkeergarage zou vervolgens de volgende doelen voor ogen moeten houden om tot een optimaal product voor de gebruiker te komen [23]: • creëer voorzieningen die aantrekkelijk, comfortabel en gebruiksvriendelijk zijn voor de klant van de garage, inclusief mensen met een beperkte mobiliteit (zoals mensen met een handicap, ouderen en ouders met jonge kinderen); • creëer een omgeving met maximale persoonlijke veiligheid voor alle gebruikers. Ten aanzien van zowel de verkeersveiligheid als de sociale veiligheid moet het ontwerp erop zijn toegesneden dat de mensen zich veilig voelen. De veiligheid moet integraal onderdeel zijn van het ontwerpproces en niet gelden als aandachtspunt achteraf; • realiseer een optimale inpassing van de parkeergarage in de omgeving; • voorzie de garage van faciliteiten die effectief beheer en onderhoud mogelijk maken en die klantvriendelijk zijn. Niet alle parkeergarages zijn voldoende klantvriendelijk vormgegeven. Dit kan diverse oorzaken hebben: verkeerde locatiekeuze, ingewikkelde betaalsystemen, steile en smalle hellingbanen, te weinig licht, slechte verwijzing, te weinig bescherming voor voetgangers of slecht beheer. Ook de parkeersituatie op straat in de omgeving kan daarop van invloed zijn geweest. Daarom is een goede afstemming van de verkeerssituatie in de omgeving op de parkeergarage noodzakelijk. Dat geldt zowel voor de inrichting van de straat als voor de eventuele verkeersregelingen. Voorkomen moet worden dat verkeer de parkeergarage niet kan verlaten als gevolg van hinder op straat. Een goede oplossing is te vinden door een parkeergarage te laten aansluiten op een zijstraat of een parallelweg van de hoofdroute, mits dat binnen de milieueisen voor de leefomgeving toelaatbaar is. Een andere belangrijke ontwerpfactor is de verkeerscirculatie binnen de parkeergarage. Een duidelijke, begrijpelijke en eenvoudige


317

_______________________________Molenwijk______________________________________

verkeerscirculatie is essentieel voor een vlotte en veilige verkeersafwikkeling. Er bestaan veel mogelijkheden voor de verkeerscirculatie. Ze kunnen variëren van één- of tweerichtingsverkeer, gescheiden of gecombineerde circuits en met de klok mee of tegen de klok in. Voor de oriëntatie van de gebruiker mag de verkeerscirculatie per niveau geen verschillen vertonen en heeft een zo kort mogelijke uitrijroute voor het vertrekkende verkeer de voorkeur. Er zijn vele verschillende type parkeergarages met verschillende verkeerscirculaties. De architect heeft voor het project Molenwijk gekozen voor een “Split-levelgarage” met verkeer in twee richtingen (Figuur 210).

Figuur 210 Split-levelgarage met tweerichtingsverkeer

De voornaamste kenmerken voor dit type garage zijn: • hoogteverschillen worden in kleine stappen overwonnen door de parkeervloeren onderling een halve verdiepingshoogte te laten verspringen; • elke vloer ligt horizontaal; • de hellingen zijn kort, ze kunnen inpandig of uitpandig zijn gesitueerd; • de parkeerder komt langs alle parkeerplaatsen en kan op de eerste vrije plaats parkeren. Bij grote garages (meer dan 400 plaatsen) moeten wel kortsluitingen worden gemaakt voor vertrekkend verkeer; • beperkte afwikkelingscapaciteit bij steile hellingbanen; • geen optimaal overzicht over de parkeervloer, dus minder gunstig qua sociale veiligheid; • de hellingen dienen bij voorkeur aan de buitenzijde van de garage te liggen, omdat korte doodlopende stukken buiten de hellingen slecht gebruikt worden.

318


_______________________________Molenwijk______________________________________

Alternatieven Er zijn verschillende mogelijke alternatieven te bedenken voor de parkeergarage. Ten eerste zijn er verschillende lay-outs voor de garage mogelijk. Ten tweede zijn er andere parkeersystemen voor de garage te bedenken. Een andere lay-out die voor de garage toegepast had kunnen worden is het split-level principe met eenrichtingssysteem (Figuur 211).

Figuur 211 Split-level met eenrichtingsverkeer met open afritten aan uiteinde parkeervloer

Figuur 212 Split-levelgarage met eenrichtingsverkeer met afritten binnen in de garage

Eenrichtingsverkeer wordt als veilig ervaren vanwege het vermindering van het aantal mogelijke conflictpunten. Nadelen van dit systeem zijn onder andere de lange, omslachtige uitgaande route, conflicten tussen uitgaande en inkomende auto’s onderaan de afritten en de mogelijkheid van fout rijden door uitgaande auto’s over opritten. Wanneer men deze variant toepast met twee goed gescheiden rijbanen is het niet mogelijk dat het in- en uitgaande verkeer elkaar hindert.


319

_______________________________Molenwijk______________________________________

Een ander alternatief, zodat vooral de problemen met de lange uitgaande route kunnen worden omzeild, is een split-levelgarage met eenrichtingsverkeer en de afritten binnenin de garage (Figuur 212). Hierbij zijn echter de conflicten tussen de uitgaande en inkomende auto’s en de mogelijkheid van het fout rijden door uitgaand verkeer nog niet opgelost.

Figuur 213 Carrousel

Ook kan gekeken worden naar een oplossing met een centrale ligging van de open afritten. Door het toepassen van bijvoorbeeld een carrousel kan het verkeer de garage redelijk snel verlaten. Nadeel van dit systeem is wel dat er een goed signaleringssysteem aanwezig moet zijn om te voorkomen dat automobilisten een vol parkeerdek oprijden en vervolgens weer naar beneden moeten om op de omhooggaande spiraal te komen. Dit kan worden opgelost door een variant met een carrousel met twee rijbanen, een voor open een voor neergaand verkeer. Nadeel van een carrousel is wel dat deze veel ruimte in beslag neemt (diameter ongeveer 16 m), hiermee moet bij het ontwerpen wel rekening gehouden worden. Andere parkeersystemen die toepasbaar zijn voor de garage zijn bijvoorbeeld kleinschalige mechanische parkeersystemen. Zo kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een parkeerlift. Hierdoor is het mogelijk om twee (sommige systemen drie) auto’s op één parkeerplaats te parkeren. Om de twee auto’s onafhankelijk van elkaar te kunnen gebruiken is er wel een verdieping nodig om het systeem te kunnen installeren ( Figuur 214).

320


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 214 Parkeerlift

Het voordeel van dit systeem is dat er niet twee aparte verdiepingen toegankelijk gemaakt hoeven te worden om te kunnen parkeren. Hierdoor zal de afstand die de auto’s binnen in de parkeergarage afleggen aanzienlijk kleiner zijn. Wel zullen de hellingbanen langer moeten worden om een grotere verdiepingshoogte te overbruggen. Een ander systeem dat nog efficiënter is met betrekking tot de bruikbare ruimte is het toepassen van een combilift. Deze maakt gebruikt van dezelfde ruimte als de parkeerlift echter kunnen er door de toepassing van een schuifsysteem drie auto’s in de hoogte worden geparkeerd (Figuur 215).

Figuur 215 Combilift

Verder bestaan er nog volautomatische systemen waarbij de bestuurder zijn auto op een centraal punt op een platform parkeert en de auto volautomatisch in de garage wordt weggezet (Figuur 216). Een dergelijk systeem is natuurlijk erg efficiënt wat betreft het ruimtegebruik. De rijbanen in de garage zijn niet meer nodig, waardoor deze ruimte benut kan worden voor extra parkeerplaatsen.


321

_______________________________Molenwijk______________________________________

Een ander voordeel is dat de auto’s niet meer door de garage hoeven te rijden, waardoor de kans op schade verkleind wordt. Ook wat betreft rookgas installaties levert dit systeem een winst op, omdat nu maar op één plaats rookgassen hoeven worden afgezogen en niet meer door de gehele garage. De garage zal ook niet meer geheel verlicht hoeven te worden wat een energiebesparing oplevert. Nadeel is wel de beperkte afhandelingsnelheid. Voor spitsuren in de garage moet goed gekeken worden of de wachttijden die nodig zijn voor het wegen terugzetten van een auto niet te hoog oplopen. Verder brengen deze volledig- en semi-automatische systemen een hogere investering met zich mee. Ook is het zo dat deze systemen extra onderhoudskosten met zich meebrengen en er zal een constante technische bewaking noodzakelijk zijn. De meerkosten voor de installatie en het onderhoud ervan moeten dus worden afgezet tegen de meerkosten die het opzetten en afschrijven van een grotere traditionele parkeergarage met zich meebrengt.

Figuur 216 Voorbeelden volautomatische parkeergarages

322


_______________________________Molenwijk______________________________________

Ontwerpelementen Voor de te ontwerpen elementen binnen een parkeergarage is een ontwerptabel te maken. Deze is hieronder weergegeven [23]. Ontwerpmogelijkheden

Ontwerpelementen en ontwerpeisen In- en uitritten - goed zichtbaar en herkenbaar - voldoende capaciteit en bufferruimte - biedt plaats aan parkeerapperatuur en bijbehorende bescherming - goed berijdbaar - bied noodzakelijke informatie - verkeersveiligheid Rijbanen - duidelijke vormgeving - hoge snelheden voorkomen Parkeerwegen - gebruikerscomfort Kolommen - beperking van de hinder voor het verkeer - zorgen vor zoveel mogelijk over- en doorzicht

Vrije hoogte - comfortabele doorloop bieden

Hellingen - voorkomen schade bij overgangen - voldoende stroefheid Voetgangersvoorzieningen - korte loopafstanden naar buiten - verkeersveiligheid

- vluchtmogelijkheid bij calamiteiten - situering betaalapparatuur

- kleur, verlichting, bewegwijzering, vormgeving - uitvoeren capaciteitsberekening voor maatgevend spitsuur - dimensionering - bij parkeerapparatuur en op aanrijroute vlak en recht (orientatie, verkeersafwikkeling) - aangeven openingstijden, tarieven, doorrijhoogte - voldoende uitzicht - bij voorkeur eenrichtingsverkeer, verlichting,ving kleurgebruik - geen langen rechtstanden (max. 40-50m) - eenrichtingsverkeer - voorkeur: kolomvrije overspanning - wanneer kolommen onvermijdelijk: plaatsing niet direct langs parkeerweg; bredere parkeervakken; minimale kolomdoorsnede, ronde of afgeronde vormen - voor voetgangers 2,30m, incidenteel 2,10m onder leidingen - verdiepingsmaat ca. 2,75m (inc. constructiehoogte) - hellingsovergangen toepassen - ruw oppervlak; voorkomen gladheid (wegdekverwarming), overkappen helling - situering voetgangersentree t.o.v. bestemmingen - situering van vluchtwegen; situering van liften en trapen - zo weinig mogelijk kruisingen met rijen parkeerwegen; zicht van auto- op looproutes en omgekeerd; fysieke scheiding op gevaarlijke locaties - aangeven - nabij voetgangersingang op overzichtelijke plaats

Tabel 30 Ontwerptabel elementen en eisen


323

_______________________________Molenwijk______________________________________

Tijdens deze afstudeeropdracht zal er voornamelijk gekeken worden naar het ontwerp van het draagsysteem. Hiervoor zijn de volgende punten van belang: • draagconstructie, kolomstructuur, vrije hoogte; • toetsing vloeren dakbelastingen; • daglichttoetreding; • waterafvoer (waterdichtheid, afschot, riolering en waterafvoer); • randbeveiligingsconstructie; • materiaalgebruik met het oog op slijtage, onderhoud, geluiddemping, sociale veiligheid; • voorzieningen om gladheid te voorkomen. Hierbij moet extra aandacht worden besteed aan het feit dat de parkeergarage deel uitmaakt van een woningcomplex. Zowel de garage als de woningen hebben een eigen optimale kolomindeling. Het is zeer belangrijk dat de stramienen in een vroeg stadium op elkaar worden afgestemd. Dat kan resulteren in een zo economisch mogelijke parkeerindeling, vooral als een kolomvrije overspanning niet mogelijk blijkt.

Normen Een parkeergarage dient zodanig te worden ontworpen dat binnen de garage een veilige en vlotte verkeersafwikkeling kan plaatsvinden. Daarom is voor het ontwerpen van parkeergarages de NPR2443 Parkeergarages van toepassing [23]. De NPR (Nederlandse Praktijkrichtlijn) is van toepassing op parkeergarages die bestemd zijn voor auto’s met een massa, inclusief de lading, tot 2500 kg. Deze richtlijn geeft aanbevelingen voor het ontwerpen van een parkeergarage. Hieronder worden de aanbevelingen weergegeven die van toepassing zijn op een eerste voorlopig ontwerp. 5 5.1.6 5.1.6.1

324

Ontwerp Breedte van rijstroken en rijbanen De aanbevolen breedte van een rijstrook is voor rechte gedeelten 3 m. De minimumbreedte is 2,75 m. In bochten, bij een minimumstraal rv, is de minimumbreedte voor een rijstrook 3,5 m.


_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 217 Draaicirkel

5.1.6.3 5.1.7 5.1.9

5.2

5.2.1.1

De aanbevolen breedte voor een rechte rijbaan met verkeer in twee richtingen is 6 m. De minimumbreedte is 5 m. De minimumstralen rv en Rv voor bochten van rijbanen of rijstroken zijn respectievelijk 4,5 m en 8 m. Zie figuur bij 5.1.6.1. Bij de situering van aan- en afvoerwegen dient ermee rekening te worden gehouden dat de bruikbaarheid van vluchtwegen en nooduitgangen in het gebouw niet in gevaar komen. Hellingen Gebruikers van de parkeergarage kunnen door de steilte van hellingen worden afgeschrikt. Aanbevolen wordt de steilte te beperken tot 8 a 12% voor hellingen van meer dan 15 m lengte. Een zeer lange, relatief steile, ononderbroken helling werkt vaak afschrikwekkend, vooral bij afdalingen. Het psychologische effect op de automobilist bij hellingen dient bij het ontwerp mede te worden beschouwd.

Figuur 218 Mogelijkheden van optredende schade

De bedoelde beschadigingen kunnen worden voorkomen door toepassing van overgangshellingen of afrondingen bij hellingen die 8% te boven gaan. Aandacht dient te worden besteed aan de vrije hoogte ter plaatse van de overgang.


325

_______________________________Molenwijk______________________________________

5.2.4

5.2.8

5.3 5.3.1

Bij rondgaande vrije hellingen moet de vrije draaistraal buitenkant front Rv van de binnenste rijbaan bij voorkeur ten minste 8 m zijn. Zie figuur 5.1.6.1. Rondgaande vrije hellingen moeten een verkanting van ongeveer 3% hebben. Bij hellingen die niet door voetgangers mogen worden gebruikt, moet dit verbod zijn aangegeven. Parkeerplaatsen en verkeersruimten Aanbevolen maten voor parkeereenheid.

Figuur 219 Maten parkeerenheden

5.3.1.1 5.3.1.2 5.3.1.3

326

Bij parkeren onder een hoek α= 90° mag B1 niet kleiner zijn dan 15 m. Bij parkeren onder een hoek α= 90° mag b4 niet kleiner zijn dan 2,25 m. Bij verandering van B1 verandert b4 in omgekeerde zin bij gelijkblijvende grootte van parkeereenheid; pas bij een maat B1 groter dan 16m mag de minimummaat voor b4 worden aangehouden.


_______________________________Molenwijk______________________________________

5.3.1.4

Figuur 220 Kolomafstanden

De gekozen maat b4 mag plaatselijk niet worden verminderd door de dimensies van kolommen en/of andere bouwkundige voorzieningen. Bij kolommen en wanden in de parkeerstroken dient ook rekening te worden gehouden met speling ten behoeve van de parkeerhandelingen, behalve als de kolom zich op minder dan 1,5 m uit het theoretische einde van de parkeerplaats bevindt. Ter plaatse van het door de chauffeur te openen portier moeten kolommen en (of) andere bouwkundige voorzieningen (b.v. wanden) zoveel mogelijk worden vermeden, tenzij bij de desbetreffende parkeerplaats een grotere breedte wordt aangehouden. 5.3.2

Bij eenzijdig parkeren onder een hoek α= 90°, mag de totale breedte van parkeerweg en parkeerstrook niet kleiner zijn dan 10,5 m.

Parkeer-

Diepte van de

Diepte van de

Parkeerweg-

Parkeervak-

Lengte van de

Lengte van de

hoek

enkele parkeer-

dubbele parkeer-

breedte (W)

breedte (b)

parkeereenheid

parkeereenheid

strook (P1)

strook (P2)

graden

m

bij tweezijdig parkeren (B2)

m

m

m

m

m

6,75

2,25

11,75

16,75

90

5,00

10,00

90

5,00

10,00

90

5,00

10,00

90

5,00

10,00

90

5,00

10,00

5.3.3

bij eenzijdig parkeren (B1)

Parkeerwegen met verkeer in twee richtingen moeten bij voorkeur minimaal 6 m breed zijn. Hieronder een tabel met de minimale breedte van de parkeerweg afhankelijk van de breedte van het parkeervak bij verkeer in twee richtingen op de parkeerweg.


327

_______________________________Molenwijk______________________________________

Parkeerhoek

5.4

Breedte parkeervak in m.

graden

2,25

2,30

2,35

90

6,95

6,35

6,00

Vrije hoogte Garages moeten, in ruimten en op plaatsen die logischerwijs door voetgangers kunnen worden betreden, onder balken een vrije hoogte hebben gelijk of groter dan 2,1 m en onder vloeren een vrije hoogte gelijk aan of groter dan 2,2 m. Een minimumhoogte van 2 m is toelaatbaar ter plaatse van leidingen en andere voorwerpen die onder de constructie zijn aangebracht. Kolomkoppen bij paddestoelvloeren worden in dit geval als balken beschouwd. Het verdient aanbeveling bij de ingang de toegestane autohoogte duidelijk aan te geven.

In de overige paragrafen worden er eisen aan 5.5.2 “wanden en kolommen” en 5.5.3 “vloeren dakconstructies”. Deze eisen hebben vooral betrekking op de brandwerendheid van de constructie, welke zullen worden toegepast wanneer er een definitief ontwerp voor de draagconstructie is gekozen. Deze zullen verder uitgewerkt worden. Na het uitkomen van de NPR 2443 in 1996, is in 2000 de NEN 2443 uitgekomen [24]. Deze geeft met betrekking tot bovengenoemde artikelen dezelfde aanbevelingen.

Stramienen Om een begin te kunnen maken voor het ontwerpen van de draagstructuur van de parkeergarage zal eerst een indeling voor de stramienen gemaakt worden. Zoals hierboven beschreven is de minimale lengte voor een parkeervak 5 m en de aanbevolen breedte voor een rechte rijbaan met verkeer in twee richtingen (90° parkeerhoek) 6 m, zodat in één draai in- en uitgeparkeerd kan worden. De totale breedte voor één kant van een verdieping zal dus minimaal 2 x 5 m+ 6 m = 16 m moeten zijn. Hierbij moet nog de dikte van constructie elementen zoals de wanden en kolommen worden opgeteld. Een indeling van het gebouw in de breedte zal afgestemd worden naar de breedte van de parkeervakken. Deze is 2,35 m. Er zal voor de breedte van één parkeervak 2,40 m aangehouden worden. Hierbij blijft voor een auto van 1,8 m breed een strook over van 0,6 m voor het openen van portieren en het uitstappen. Deze parkeervakbreedte is ook een nettomaat en er zal dus ook rekening gehouden moeten worden met kolom- en wandbreedtes.

328


_______________________________Molenwijk______________________________________

Breedtetoeslagen van parkeervakken Bij een zijwand

0,15m

Bij twee wanden

0,35m

Wat betreft de kolommen maakt het nog uit hoever deze uit de rijbaan staan. De kolom mag niet te dicht op de rijbaan geplaatst worden. Dit heeft te maken met de insteek van de parkerende auto’s. Hoe dichter de kolom op de rijbaan staat, des te kleiner de insteek is en des te breder het parkeervak moet zijn. De kolom mag ook niet te ver in het vak staan. Dit heeft te maken met de uitslag van de autoportieren, waardoor bij het in- en uitstappen geen hinder word ondervonden. Al deze gegevens staan afgebeeld in onderstaan figuur (Figuur 221).

Figuur 221 Plaatsing kolommen

2400

Er bestaan verschillende alternatieven voor het plaatsen van de kolommen. Uit het oogpunt van flexibiliteit gaat de voorkeur uit naar een zoveel mogelijk kolomvrije parkeervloer. Dit houdt echter in dat in het algemeen de kolomafmetingen zwaar worden en de constructiehoogte groot.

5000

6000 16000

5000

5000

6000 16000

5000

Figuur 222 Tussenkolommen

Tussenkolommen


329

2400

_______________________________Molenwijk______________________________________

5000

6000

5000

5000

6000

16000

5000

16000

Figuur 223 Terug geplaatste kolommen

2400

Teruggeplaatste kolommen

5000

6000 16000

Kolomvrije ruimte

330

5000

5000

6000 16000

5000

Figuur 224 Kolomvrije ruimte


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlage: D

Vloerensystemen

Het belang van een goed doordacht ontwerp voor een vloerensysteem is groot. Dit omdat naar schatting 60% van het beton voor de ruwbouw van constructies in de vloeren gaat zitten. Het is daarom van belang om de verschillende systemen die op de markt zijn te onderzoeken en te toetsen op bruikbaarheid voor dit specifieke ontwerp.

Belastingen De belastingen waarmee rekening gehouden moet worden bij het ontwerpen en berekenen van vloeren en kolommen staat beschreven in de NEN 6702 [25]. Hierin staat voor de vloerbelasting het volgende beschreven: 8.5

Belasting door voertuigen

8.5.2

Vloeren, rijbanen en hellingen in garages en parkeergarages moeten zijn ontworpen op een gelijkmatig verdeelde verticale belasting prep en een geconcentreerde belasting Frep. Belastingen door voertuigen moeten voor de bepaling van de krachtsverdeling in de bouwconstructie beschouwd zijn als quasi-statische belastingen. Afhankelijk van de garagebestemming, zoals bij de aanvraag van de bouwvergunning opgegeven, moet voor deze belastingen zijn aangehouden: - beladen voertuigen met een gewicht tot 25 kN: prep = 2 kN/m2, ψ = 0,7 , Frep = 10 kN de geconcentreerde belasting werkt op een oppervlakte van 0,1m x 0,1m. - beladen voertuigen met een gewicht van 25 kN tot 120 kN: prep = 5 kN/m2, ψ = 0,7 , Frep = 40 kN de geconcentreerde belasting werkt op een oppervlakte van 0,15 m x 0,15 m.

8.5.3

Voor rijbanen en hellingen in parkeergarages moet bovendien per rijstrook zijn gerekend op een horizontale remkracht aangrijpend op het wegdek. Deze belastingen moeten beschouwd zijn als statische belastingen. Voor voertuigen met een gewicht tot 25 kN moet hiervoor 10 kN zijn aangehouden.


331

_______________________________Molenwijk______________________________________

De horizontale remkracht per rijstrook van voertuigen zwaarder dan 25 kN moet zijn bepaald volgens: Fh;rep = a x m waarin: is de representatieve waarde van de horizontale remkracht, in N; Fh;rep m is de massa van het beladen voertuig, in kg; a is de remvertraging, in m/s2; a = 4 m/s2. Kolommen in parkeergarages moeten worden berekend op een horizontale stootkracht van 10 kN, aangrijpend op 0,5 m boven de vloer, tenzij kan worden aangetoond dat door schokabsorberende voorzieningen dergelijke stootkrachten kunnen worden gereduceerd. Voor kolommen onder dak, met uitzondering van parkeerdaken, dakterrassen, e.d. mag bovenstaande stootkracht worden gereduceerd tot 5 kN. Indien voorzieningen verhinderen dat de kolom wordt aangereden, behoeft met deze stootkrachten geen rekening te worden gehouden. Buitenwanden, wanden van liftschachten, evenals borstweringen en leuningen waar bij aanrijden gevaar voor neerstorten door het bezwijken van deze constructiedelen bestaat, moeten worden berekend op een afzonderlijke horizontale kracht van 10 kN, aangrijpend op 0,5 m boven de vloer, tenzij voorzieningen dit gevaar verhinderen. Het bovenstaande is eveneens van toepassing voor die gevelgedeelten van de begane grond, waarvan het bezwijken gevaar oplevert voor de omgeving.

332


_______________________________Molenwijk______________________________________

Vloersystemen Zoals in het voorgaande hoofdstuk beschreven is, zullen er verschillende mogelijkheden zijn voor het overspannen van de vloervelden. De plaatsing van de kolommen is afhankelijk van de overspanning van de vloerdelen. Om voor de plaatsing van de kolommen een goed onderbouwde keuze te kunnen maken zal eerst worden gekeken naar de verschillende mogelijkheden die er zijn voor de vloersystemen. Hierbij moet gekeken worden naar de maximale overspanning voor de verschillende typen vloersystemen, hierbij rekening houdend met de bovenbelasting en de constructiehoogte die hiervoor nodig zal zijn. Gekeken zal worden naar: • puntvormig ondersteunde plaatvloeren; • plaatvloeren.

Puntvormig ondersteunde plaatvloeren Deze vloersystemen worden meestal in het werk gestort. Sommige van deze vloeren worden uitgevoerd met het principe van een breedplaatvloer. De dunne betonplaat zorgt er voor dat een traditionele kist niet toegepast hoeft te worden, waardoor er geen extra tijd verloren gaat aan het stellen van de kist en het ontkisten van de constructie.

BubbleDeck vloeren

Het vloerensysteem van BubbleDeck maakt gebruik van een bollenplaatvloerelement dat bestaat uit een fabrieksmatig samengestelde wapeningskorf voorzien van de nodige constructieve onderen bovenwapening waartussen kunststof bollen zijn aangebracht (Figuur 225). Dit geheel kan nog worden voorzien van een prefabonderschil. Daarnaast zijn er in het element tralieliggers opgenomen die een tweeledige functie hebben. Enerzijds koppelen deze de onderen bovenwapening, wat noodzakelijk is om de holle kunststof bollen te fixeren tijdens het transport en het afstorten van de vloer. Anderzijds kunnen de tralieliggers als dwarskrachtwapening worden meegerekend. Door de toepassing van de kunststof bollen wordt het eigen gewicht van het vloersysteem verlaagd. Hierdoor heeft de BubbleDeck vloer 30-35% minder eigen gewicht dan een traditionele betonvloer c.q. bekistingsplaatvloer van gelijke dikte [26]. Het grootte voordeel hiervan is dat ook de ondersteuningsconstructies en de fundering lichter kunnen worden uitgevoerd door deze gewichtsbesparing.


333

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 225 Plaatsen BubbleDeckvloer leidingverloop

Figuur 226 Vrij

Ander groot voordeel van het BubbleDeck vloersysteem is dat het geen balken en verdikte kolomkoppen nodig heeft. Dit heeft tot gevolg dat er een minimale constructiehoogte van de verdiepingsvloeren ontstaat. Verder ontstaat hierdoor een vrij leidingverloop van de gebouwinstallaties, evenals een eenvoudige bouwkundige detaillering. De vlakke onderen bovenzijde van de vloer bieden tevens de mogelijkheid tot het laten vervallen van dekvloeren c.q. afwerklagen en systeemplafonds. Voor het ontwerpen van de vloer is het van belang dat de plaat in meerdere richtingen de belasting kan afdragen, zodat ongelijkmatige kolomstructuren en –stramienen eenvoudig te realiseren zijn. Wat betreft de duurzaamheid en de milieuvriendelijkheid is deze vloer ook een goede keus. Door de ruimtebesparing van de bollen kunnen er minder grondstoffen gebruikt worden. Deze grondstofvermindering werkt door in veel andere componenten; minder energie nodig voor de winning van grondstoffen, minder transport, minder energie bij vervaardiging van elementen, grotere lichtere elementen die makkelijker te transporteren zijn, minder kraancapaciteit waardoor minder bouwen geluidsoverlast, en zoals genoemd, minder ondersteunende constructiedelen. Door dit alles ook weer kleinere hoeveelheid te slopen, dus minder energie nodig, minder grote hoeveelheid betongranulaat (her te gebruiken), minder transport voor de afvoer. Ook is het zo dat de plasticbollen (100% recyclebaar) die worden toegepast niet samen kleven met het beton, waardoor het geheel gemakkelijk te scheiden en te hergebruiken is. Er is echter wel een klein nadeel te noemen aan het BubbleDeck systeem. De vloer moet tijdens de uitvoering door stempels worden ondersteund totdat de vloer voldoende uitgehard is om zijn eigen gewicht en het gewicht van op de vloer afgestutte constructies te kunnen dragen (doorstempelen verschillende bouwlagen). Wel is het zo dat door het lagere eigen gewicht minder stempels nodig zijn. Deze stempelrijen hebben een maximale hart op hart afstand van 1,80 m, welke haaks staan op de

334


_______________________________Molenwijk______________________________________

richting van de tralieliggers in het element.

Figuur 227 Opbouw BubbleDecksysteem Constructiehoogte en overspanningen Bubble-

Hoogte

Bol-

Eigen

Over-

Deck

(mm)

diameter

spanning 7

(mm)

gewicht 2 (kN/m )

BD 230

230

180

3,7

BD 280

280

225

4,6

8-9

BD 340

340

270

5,5

9-10

BD 390

390

315

6,4

10-12

BD 450

450

360

7,3

12-15

vloer

(m)

Figuur 228 Type vloeren

De prefab vloerelementen hebben een breedte tot 3 m en een lengte tot 10 m [26]. Deze vloerelementen worden op de bouwplaats tot een geheel vlakke gewapende betonvloer samengesteld. Dit wordt gedaan door de vloerelementen op de bouwplaats in lengterichting door middel van koppelstaven en koppelnetten door te koppelen. Hierdoor kunnen vrije overspanningen gerealiseerd worden tot een lengte van 15 m. Deze overspanning is wel de maximale die met de BubbleDeckvloer te maken is en geldt voor over meer velden doorgaande vloeren of voor vloeren die bij de oplegging constructief worden ingeklemd.

Figuur 229 Doorsnede BD 450-vloer


335

_______________________________Molenwijk______________________________________

Bij deze maximale overspanning hoort een vloerdikte van 450-500 mm, waarbij afhankelijk van de afmetingen van de ondersteunende kolommen eventueel een prefab kolomplaat kan worden toegepast. Door de toepassing van voorspanstroken in de vloer kan de vloerdikte worden gereduceerd tot circa 390 mm. Hierbij moet wel gekeken worden naar de vloerplattegrond om te bezien of deze oplossing kostenefficiënt is ten opzichte van de traditioneel gewapende variant. Bij de berekening van de vloer hanteert BubbleDeck als norm voor de veranderlijke belasting 2,0 kN/m2 en een vrijwel nihil rustende belasting. Er bestaat geen ontwerptabel met vloeroverspanningen voor dit systeem. In principe kan de vloer worden ontworpen als een normale vlakke gewapende betonvloer. Voor de ontwerpdikte bij normale belastingen (tot circa 4,0 kN/m2) kan 1/30 van de kolomafstand worden aangehouden. In de praktijk voldoet deze verhouding zowel technisch als economisch. In de meeste gevallen wordt dan tevens voldaan aan de doorbuigingscriteria [26]. Ontwerp- en detailleringregels voor het bollenplaatvloersysteem zijn aangegeven in de CUR-Aanbeveling 86; regelgeving voldoet aan NEN 6720 en de VBC 1995.

Betonshell cassette vloeren

Dit type vloer berust op het zelfde principe als de BubbleDeck vloer en wordt gefabriceerd door Waterblock BV [27]. Het eigen gewicht van de vloer wordt gereduceerd door de toepassing van cassettes (Figuur 230).

Figuur 230 Betonshell cassettevloer

Door deze cassettes is het mogelijk om de hoeveelheid staal en beton in de vloer terug te brengen, waardoor het eigengewicht van de constructie afneemt en grotere overspanningen te realiseren zijn. De eigenschappen en de voor- en nadelen zullen overeenkomen met het BubbleDeck systeem.

336


_______________________________Molenwijk______________________________________

Plaatvloeren van vezel versterkt beton

De ontwikkelingen in de betontechnologie volgen elkaar in hoog tempo op. Het was al een aantal jaren geleden mogelijk om vezel versterkt beton te maken. Echter de hoeveelheid vermengde staalvezels kon niet te groot zijn omdat, hiermee de verwerkbaarheid te laag werd. Nu is het mogelijk om een vezel versterkt beton mengsel te maken dat de eigenschappen heeft van een zelfverdichtende betonsoort. Hierdoor is het mogelijk geworden om meer vezels aan het beton toe te voegen. Zo is er bijvoorbeeld in Luxemburg een test op werkelijke schaal uitgevoerd met een betonmengsel met 100 kg staal vezels per m3 beton [28]. Het ging hierbij om een vlakke verdiepingsvloer van 18 x 18 m. De plaat was op zijn beurt weer onderverdeeld in 9 vloervelden van 6 x 6 m. Men is met behulp van verschillende watertanks die op de vloer stonden opgesteld de vloer gaan belasten. Uit deze proef is naar voren gekomen dat de vloer voldeed, zowel aan de eisen die worden gesteld worden aan doorbuiging en scheurwijdte voor de bruikbaarheids-grenstoestand als aan de weerstand tegen bezwijken in de uiterste grenstoestand. Men heeft de vloer belast tot deze bezweek en kwam tot de conclusie dat de uiterst opneembaar verdeelde belasting uit zou komen op 30,7 kN/m2. Deze belasting is inclusief het eigen gewicht van de vloer en deze zou alleen aanwezig zijn op het middelste veld, de overige velden zouden onbelast zijn.

Figuur 231 Ontmenging vezelversterktbeton

Hiermee hebben de onderzoekers aangetoond dat dit type vloer geschikt is voor toepassing in de praktijk. De vloer is dan ook al volgens dit principe uitgevoerd. De eerste en voorlopig enige toepassing is een gebouw met meerdere verdiepingen in Engeland. Men houdt dit project dan ook nauwlettend in de gaten om voor dit vloersysteem algemeen geldende voorschriften en richtlijnen op te kunnen stellen (zie ook hoofdstuk hogesterktebeton).


337

_______________________________Molenwijk______________________________________

Strokenvloeren

Figuur 232 Voorbeeld strokenvloer

Strokenvloeren behoren tot de puntvormig ondersteunde vloersystemen. Typerend voor het concept van de strokenvloeren is dat in één richting belastingen worden afgedragen door een relatief dunne vloerconstructie op een verzwaarde strook welke deze belastingen vervolgens in de andere richting afdraagt aan de kolommen. In tegenstelling tot een balkenvloer wordt een strokenvloer getypeerd door strookafmetingen met een relatief geringe hoogte en grote breedte. Vaak worden deze vloeren uitgevoerd met geprefabriceerde bekistingplaten en een in het werk gestorte druklaag. De belastingafdracht wordt mede bepaald door de stijfheid van de verzwaarde strook, welke beschouwd kan worden als een verende ondersteuning.

Figuur 233 Doorsnede strokenvloeren

Figuur 234 Zij- en bovenaanzicht strokenvloer

Voor de uitvoering van strokenvloeren zijn meerdere concepten ontwikkeld. Hierbij is de toepassing van geprefabriceerde bekistingplaten (breedplaten) de basis voor vele vloersystemen. Breedplaten kunnen worden toegepast in de vloerstroken en in de verzwaarde kolomstroken. In combinatie met voorspanning en gewichtsbesparende voorzieningen kan bij geringe constructiehoogte een grote stijfheid worden bereikt.

338


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorspanning levert aan de vloerconstructie extra drukspanning, waardoor de buigstijfheid sterk toeneemt. Door toepassing van gebogen verlopende voorspankabels is het bovendien mogelijk een vloerconstructie voor te belasten met een opwaartse belasting. Hierdoor wordt het makkelijker om problemen met stijfheid en doorbuiging van de vloerconstructie het hoofd te kunnen bieden. Hierdoor kan met strokenvloeren in voorgespannen beton slanker geconstrueerd worden dan in gewapend beton. Andere voordelen zijn de geringere bouwhoogte, grote overspanningen, minder doorbuiging en een kortere ontkistingstijd.

Figuur 235 Kabelverloop

Bovendien heeft voorspanning ook nog een gunstige invloed op dwarskracht en pons waardoor, ondanks de slanke constructie, eenvoudige oplossingen ontstaan. Met dit vloersysteem kunnen ook gemakkelijk vides en uitkragingen worden gerealiseerd.

Voor vloeren zijn de volgende kabelpatronen mogelijk: Kabels in één richting, gelijkmatig verdeelt: Dit systeem kan in vlakke plaatvloeren, ondersteund door wanden of balken, worden toegepast. Figuur 236 Gelijkmatig verdeeld

Kabels in één richting, geconcentreerd in de kolomstroken: Dit systeem kan worden toegepast in puntvormig ondersteunde plaatvloeren of in strokenvloeren waarbij de in één richting lopende verzwaarde stroken worden voorgespannen. Figuur 237 Geconcentreerd


339

_______________________________Molenwijk______________________________________

Kabels in twee richtingen, in één richting geconcentreerd in de kolomstroken en in de andere richting gelijkmatig verdeeld: Dit systeem kan worden toegepast in puntvormig ondersteunde plaatvloeren of in strokenvloeren met verzwaarde stroken in één richting. Figuur 238 Twee richtingen

Kabels in twee richtingen, in beide richtingen geconcentreerd in de kolomstroken: Dit systeem kan worden toegepast in puntvormig ondersteunde plaatvloeren of in strokenvloeren met verzwaarde stroken in twee richtingen. Figuur 239 Twee richtingen geconcentreerd

Bij de kabelpatronen 2 en 4 worden de vloervelden traditioneel gewapend. Bij alle oplossingen kunnen voor de vloervelden en de verzwaarde stroken voorgespannen breedplaten worden gebruikt [28].

Constructiehoogte en overspanningen Voor de bovengenoemde bekistingsplaten is de volgende tabel van toepassing:

dikte

breedte

lengte

gewicht

max.

aantal draden Ø

gewicht mm

standaard

mm

max. m

plaat

per m min

max

1,20

5

20

60

1,44

5

24

6

24

7

26

10

26

3000

13

1,68

80

1,92

100

2,40

120

340

2

50 70

speciale toepassing

kN/m

140

10 ton

2,88 3000

13

3,36

160

3,84

200

4,80

10 ton


_______________________________Molenwijk______________________________________

De voorspanstrengen voor dit systeem hebben een diameter van 12,9 of 15,7 mm, kwaliteit FeP1860 en wordten verankerd door middel van wiggen in de ankerplaat. Deze kunnen enkelvoudig of als kabel worden toegepast. Het voorspansysteem kan als voorspanning zonder aanhechting (VZA) of als voorspanning met aanhechting (VMA) worden uitgevoerd. Voor dit systeem bestaat echter geen standaardoplossing voor de indeling van de vloeren. De voorgespannen strokenvloeren worden altijd per project afgestemd op de wensen van de opdrachtgever. Wel komen een aantal varianten veelvuldig voor. Voor de parkeervloer zijn dit bijvoorbeeld: Stramienen van 7,80 m x 7,80 m. De velden hebben dan een dikte van ca 200 mm gecombineerd met VZA-stroken van 1,2 m breed met een dikte van 320 mm. Stramienen van 16,0 m x 7,50 m. De velden hebben dan een dikte van ca 200 mm (lengte 7,50 m) gecombineerd met stroken van 1,2 m breed met een dikte van 650 mm. Stramienen van 16,0 m x 10,0 m. Deze vloer wordt uitgevoerd als vlakke vloer van ca 400 mm met gewichtsbesparing in het veld (lengte 16,0 m) en VZA in ‘verborgen’ stroken (lengte 10,0 m). Met behulp van bovenstaande gegevens is een indicatie verkregen van de mogelijkheden voor de toepassing van strokenvloeren voor parkeervloeren [29]. Voor het berekenen van de strokenvloeren met voorspanning is de CUR-aanbeveling 99 “Strokenvloeren” van kracht. Met behulp van deze CUR-aanbeveling kan het aantal voorspanstrengen en de hoogte van de uiteindelijke vloerplaat bepaald worden.

Figuur 240 Uitvoering


341

_______________________________Molenwijk______________________________________

Plaatvloeren Deze vloeren worden veelal als prefab systeemvloer aangeleverd en in het werk gesteld. Wanneer nodig, bijvoorbeeld voor de horizontale stabiliteit, kunnen deze vloeren nog worden afgewerkt met een constructieve druklaag. Doordat deze vloeren prefab aangeleverd worden kan, mits een goede voorbereiding, een aanzienlijke verkorting van de bouwtijd gerealiseerd worden.

Kanaalplaatvloer

Dit vloertype draagt de krachten in één richting af naar de onderliggende constructie. Het eigen gewicht van de vloer wordt verlaagd door gebruik te maken van holle kanalen. Om met de vloer een voldoende grote overspanning te kunnen maken, maakt men gebruik van voorspanning. Deze voorspanning wordt geleverd door strengen die in de fabriek met behulp van spanbanken worden voorgespannen en na het voldoende verharden van het beton worden afgelaten. Door de aanhechting tussen het beton en de voorspanstrengen wordt de voorspankracht in de vloer gebracht. Door de voorspanning en holle kanalen kan met een geringe constructiehoogte een grote overspanning gemaakt worden. Er zijn verscheidene leveranciers die dit type vloerconstructie in hun assortiment hebben. Iedere leverancier heeft weer zijn eigen specifieke doorsnede ontwikkeld. Hieronder worden als richtlijn de gegevens van de kanaalplaatvloeren van VBI [30] en Dycore [31] getoond.

Constructiehoogte en overspanningen

Figuur 241 Type kanaalplaatvloeren

342


_______________________________Molenwijk______________________________________

VBI geeft, aan de hand van de randvoorwaarden die aan de vloerconstructie gesteld worden, de mogelijke oplossingen die zij kunnen bieden. Deze randvoorwaarden zijn onder andere de te dragen belasting, milieuklasse en de eisen die gesteld worden aan de brandwerendheid. VBI geeft voor een parkeervloer de volgende oplossingen: •

•

Kanaalplaatvloer 320 maximum overspanning ≈ 13 m met gemiddelde wapening ≈ 14 m met verzwaarde wapening Kanaalplaatvloer 400 maximum overspanning ≈ 15 m met gemiddelde wapening ≈ 17 m met verzwaarde wapening

Een andere leverancier van kanaalplaatvloeren Dycore, geeft de volgende gegevens voor hun kanaalplaatvloeren: Elementgegevens

eenheid

320/4

400/4

m

15,00

18,00

elementglengte tot ca. min. breedte pasplaat

mm

380

380

hoogte (excl. Isolatie)

mm 2 kg/m

320

400

430

500

8,70

10,90

massa (inc. voegvulling) voegvulling

l/m

oppervlak

m

traagheidsmoment

4

1

2 -6

m x 10

0,20

0,23

2517

4625

Op de kanaalplaatvloeren zal waarschijnlijk wel een constructieve druklaag (een gewapend betonnen druklaag) toegepast moeten worden. Dit wordt gedaan om de vloer waterdicht en vlak te maken. Dit wordt onder meer gedaan om de vloeren als één geheel te kunnen laten werken en daarmee de stabiliteit van het gehele gebouw te kunnen waarborgen. Of dit daadwerkelijk noodzakelijk is en of er andere alternatieven voor een afwerklaag bestaan, zal in een later stadium uitgezocht worden.


343

_______________________________Molenwijk______________________________________

Appartementvloer

Figuur 242 Doorsnede AL200260-320 Appartementvloer

Met dit type vloer kan een maximale overspanning van twaalf meter gemaakt worden. Bijkomend voordeel van deze vloer is dat er gekozen kan worden voor het toepassen van een ringleiding in de vloer. Deze wordt in een sleuf langs de randen van de vloer aangebracht. Dit biedt een optimale ontwerpvrijheid en indelingsvrijheid van de appartementen. Het grootste voordeel van dit type vloersysteem is echter het geluid isolerend vermogen van de vloer. Zo kan er voor massa of voor een zwevende dekvloer gekozen worden. Door de eis voor luchtgeluidsisolatie Ilu;k ≥ 0 dB en voor contactgeluidsisolatie ICO ≥ +5 dB kan de woningscheidende vloer op twee manieren worden uitgevoerd. • Een dragende vloer met daarop een traditionele afwerkvloer met een totaalgewicht van 800 kg/m2; • Een dragende vloer met daarop een zwevende dekvloer. In de praktijk blijkt de keuze voor massa een prima optie te zijn. Bij de toepassing van een appartementvloer AL320 (VBI appartementvloer, 705 kg/m2) met een afwerklaag van 50 mm (95 kg/m2) ontstaat er een woningscheidende vloer met een totaal gewicht van 800 kg/m2. Alle gebruikelijke detailleringen blijven gelijk en de uitvoering is en blijft eenvoudig zonder risico’s op bouwfouten.

344


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor toepassing van een gangbare zwevende dekvloer (ΔLlin ≥ 10 dB) is een vloermassa van de constructieve ondervloer (inc. uitvlaklaag) nodig van 500 kg/m2. De appartementenvloer AL260 (505 kg/m2) kan hier goed voldoen bij overspanningen tot ongeveer 9 m. Bij grotere overspanningen tot 12 m is er de oplossing met de AL 320. Als alternatief kan een zwevende dekvloer met een ΔLlin ≥ 13 dB toegepast worden op een lichtere vloer van 400 kg/m2. Naast de appartementenvloer AL260 kan voor kleinere overspanningen tot circa 7,5 m ook de VBI leidingvloer AL200 voldoen inclusief een uitvlaklaag van minimaal 20 mm. In het zogeheten “comfortklasse” zijn de eisen voor luchtgeluidsisolatie Ilu;k ≥ +5 dB en voor contactgeluidsisolatie ICO ≥ +10 dB. Voor deze klasse is de toepassing van een zwevende vloer niet te vermijden. Voor overspanningen tot 9 m kan de AL 260 in combinatie met een hoogwaardige zwevende dekvloer van ΔLlin ≥ 13 dB worden toegepast. Voor overspanningen tot 12 m is het voldoende om een AL360 in combinatie met een wevende dekvloer van ΔLlin ≥ 10 dB toe te passen [43].

Figuur 243 Detail dekvloer


345

_______________________________Molenwijk______________________________________

TT-Platen

Ook dit vloersysteem draagt de bovenbelasting in één richting af naar de onderliggende constructie. De doorsnede van de TT-platen bestaat uit een bovenschil met daar onder twee balken. De platen zijn voorgespannen met voorgerekt voorspanstaal, waardoor de platen slank uitgevoerd kunnen worden en er dus grote overspanningen te realiseren zijn. Het systeem is geheel prefab. Hierdoor kan rekening worden gehouden met een minimale bouwplaatstijd, hoge kwaliteit van de elementen (kunnen onder ideale omstandigheden gefabriceerd worden), kortere totale bouwtijd, door de toepassing van prefab elementen is er minder inzet van gespecialiseerd bouwplaatspersoneel nodig.

Figuur 244 Montage TT-Ligger

Andere voordelen van de toepassing van TT-platen zijn: • leidingen voor technieken kunnen tussen de ribben worden geplaatst en zo kruisen met leidingen die dwars op de ribben onder de TT-elementen worden geplaatst; • TT-elementen kunnen worden voorzien van een tandoplegging, wat ter hoogte van de balk waarop de TT-elementen worden opgelegd een grotere vrije hoogte mogelijk maakt.

346


_______________________________Molenwijk______________________________________

Beide voordelen leiden tot een kleinere verdiepingshoogte • een vloerveld met TT-elementen (b= 2,40/2,50m) wordt dubbel zo snel dichtgelegd als een vloerveld van kanaalplaatelementen (b= 1,20m) • aanpassing van de breedtemaat zeer eenvoudig te realiseren bij TTelementen; dit is niet het geval bij kanaalplaatelementen. Ook een groot voordeel is dat er voor dit type vloer een goede waterafdichting en waterafvoer ontwikkeld is. Zo kan meestal, wat betreft de waterdichtheid, worden volstaan met het afkitten van de voegen tussen de prefab-elementen. Door de vloerplaten onder een eenzijdig afschot te leggen van circa 1,5% en de afvoerputten te concentreren bij de kolommen, wordt wateroverlast voor de gebruiker voldoende voorkomen. De voorgespannen platen vertonen een opwaartse zeeg van minimaal circa 30 mm. Hiermee dient men rekening te houden bij het kiezen van het afschot.

Constructiehoogte en overspanningen

Figuur 245 Doorsnede dubbel T-ligger

Figuur 246 Overspanningstabel


347

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 247 Voorbeeld parkeergarage met TT-plaat vloeren

Voor dit systeem wordt meestal een stramienmaat van 16,0 m x 7,2 of 7,5 m gehanteerd. De toegepaste lengtemaat bestaat dan uit een rijbaan van 6,0 m met aan de weerszijden een parkeervak van 5,0 m. De toegepaste breedtemaat bestaat uit drie parkeervakken van 2,40 of 2,50 m. De open afritten kunnen dan bij eenrichtingsverkeer 4,80 m breed zijn en bij tweerichtingsverkeer 7,20 m [32]. De TT-plaat die voor deze overspanning wordt toegepast heeft een totale hoogte van 450 mm (Spanbeton) of 430 mm (Betonson). De betonnen bovenschil heeft dan een dikte van 80 mm. De balken hebben een breedte van 180 mm verlopend naar 160 mm. Ook bestaan er standaardmodellen voor zogenaamde hellingplaten. Dit zijn voorgespannen TT-platen met een knik, zodanig dat de platen voor de open afritten gebruikt kunnen worden. Hierdoor zijn alleen ter plaatsen van het middenstramien extra ondersteuningen nodig. Hierdoor wordt het gebruikersgemak vergroot omdat het niet meer noodzakelijk is om zichtbelemmerende kolommen ter plaatse aan het begin en einde van de open afritten.

Figuur 248 Hellingplaat

348


_______________________________Molenwijk______________________________________

Staalplaat-betonvloeren

Deze vloeren zijn opgebouwd uit geprofileerde staalplaten met daarop een betonnen druklaag. De plaat neemt de functie van de onderwapening over. Door de toepassing van stalen deuvels ontstaat een samenwerking tussen het beton en het staal waardoor een staal-betonligger ontstaat. In de betonnen druklaag wordt nog bijlegwapening toegepast, dit om krimpscheuren te voorkomen. Deze heeft een positief effect op de constructieve brandwerendheid.

Figuur 249 Opbouw vloersysteem

De staalplaten kunnen in verschillende vormen worden gewalst. Iedere leverancier heeft dan ook zijn eigen doorsnede ontwikkeld. Staalplaat-betonvloeren worden onder meer toegepast omdat ze de volgende voordelen hebben ten opzichte van andere vloersystemen [33]: • • • • • • •

flexibele bouwmethode; hoge bouwsnelheid; laag eigengewicht (ca 30% lichter dan prefab beton); platen kunnen met de hand worden weggelegd; geen tijdelijke ondersteuning tijdens de stortfase; uitleggen, afwerken en storten ligt niet op het kritieke pad; uitgelegde platen kunnen als valbescherming dienen tijdens de bouw.


349

_______________________________Molenwijk______________________________________

Constructiehoogte en overspanningen Voor de volgende gegevens wordt uitgegaan van de onderstaande belastingen: Maximaal voertuiggewicht Gemiddelde vloerbelasting 2 Max. krikbelasting opp. 0,10 x 0,10 m

25,0 2,5 10,0

kN 2 kN/m kN

Figuur 250 Doorsnede staalplaat

De geprofileerde staalplaten hebben een maximale overspanning van 5,40 m. Bij deze overspanning zijn er geen tijdelijke ondersteuningen tijdens het storten van het beton noodzakelijk. Voor de dragende liggers kan nu een stalen hoofdligger worden toegepast met een overspanning van 16 m met een hart op hart afstand van 5 m. Hierdoor ontstaat een stramien van 16 m x 5 m waarbinnen zich vier auto’s en één rijbaan bevinden. Op deze manier ontstaan er parkeervakken van 2,5 m x 5 m. Op deze manier ontstaat een open en overzichtelijke indeling van de parkeervloer.

Figuur 251 Vrije indeling

350


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voorbeelden parkeervloeren Parkeergarage hoofdvestiging Smith Kline Beecham Biologicals te Rixensart [34]

Figuur 252 Situatie

Deze parkeergarage is ontworpen door de Belgische architect Philippe Samyn. Samyn heeft in zijn ontwerp gekozen voor een ovale betonnen hellingbaangarage. De garage heeft zes verdiepingen en biedt onderdak aan 624 auto’s en de buitenafmetingen zijn 50,4 x 64,8 m. Het doorlopende vloerveld is opgebouwd uit naast elkaar gelegen wigvormige T-platen. De belasting per plaat is nagenoeg overal gelijk. Daardoor is niet alleen de vorm maar ook de dimensionering van alle platen gelijk gehouden. Een kwart van de ellips bestaat uit vijftien van deze T-platen en elk kwart is een (gespiegelde) herhaling van het voorgaande. Op deze manier is het mogelijk gebleken dat er in het hele plan slechts vijftien verschillende platen voorkomen (Figuur 253). Deze prefab platen hebben een overspanning van ongeveer 16 m en zijn geleverd door prefabbetonleverancier Ronveaux Ets.

Figuur 253 Plattegrond plaatverdeling


351

_______________________________Molenwijk______________________________________

Woongebouw ‘Pacman’ te Amsterdam [35]

Figuur 254 Doorsnede boven de vierde-verdieping

In het bovenstaande figuur is de doorsnede te zien van het in gietbouw voltooide woongebouw ‘Pacman’ te Amsterdam. Opmerkelijk aan dit gebouw is dat de onderbouw gedeeltelijk bestaat uit een prefab betonnen parkeergarage van enkele verdiepingen.

Figuur 255 Aanzicht gevel

352


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor dit project is er gekozen om het woonblok uit te voeren in ter plaatse gestort beton (‘getunneld’) en de betonconstructie van de parkeergarage uit te voeren als prefab constructie. De hoofddraagconstructie van de woongebouwen naast de parkeergarage bestaat uit een honingraatstructuur van wanden en vloeren met een beukmaat van 7,5 m en een diepte (bouwmuurlengte) van 13 m. De woongebouwen op de parkeergarage bestaan ook uit een honingraatstructuur, maar hebben woningen met een beukmaat van 4,5 m en een diepte van 12 m. De afwijkende beukmaat is het gevolg van de structuur van de onderliggende parkeergarage, die is opgezet in een kolommenstramien van 4,5 x 16 m [35]. Deze 16 m wordt overspannen door TT-vloerelementen met een breedte van 2250 mm en een hoogte van 430 mm. Op de vloer wordt een constructieve druklaag toegepast. De keuze voor deze druklaag op de vloer is tijdens het ontwerp gemaakt door de aannemer, op advies van de ontwerpend constructeur en in overleg met de prefabbetonleverancier. In deze druklaag worden alle koppelingen gerealiseerd [35].

Parkeergarage Bloemenveiling Holland in Naaldwijk [12] Deze parkeergarage is in 1997 op het terrein van het veilingcomplex van de Bloemenveiling Holland in Naaldwijk gebouwd over een bestaand gebouw heen. De extra verkregen parkeergelegenheid was nodig in verband met een uitbreiding van de veiling.

Figuur 256 Plattegrond


353

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 257 Doorsnede

De toegepaste stramienmaat is hier 7,20 x 16 m. Deze 16 m wordt ook nu weer overspannen door een TT-element met een hoogte van 430 mm. Deze elementen worden opgelegd op L-vormige onderslagbalken met een overspanning van ten minste 7,20 m. Deze balken zijn op hun beurt weer opgelegd op consoles van de gewapend betonnen kolommen (500 x 500 mm). De maximale kolomlengte bedraagt circa 16 m [36]. Voor dit project is er gekozen om geen druklaag op de vloer toe te passen, maar om de langsvoegen tussen de platen te vullen met een krimparme mortel. De bovenzijde van de voeg is vervolgens afgekit om een waterdichte vloer te verkrijgen.

Zoals in bovenstaande voorbeelden te zien is wordt veelal gekozen voor een kolomvrije indeling van de parkeervloer. Hierbij hoort een overspanning van 16 m, die door dubbel T-liggers gemakkelijk te overspannen is. Het al dan niet toepassen van een constructieve druklaag is afhankelijk van de gekozen uitvoeringsmethode. De vloer zal de horizontale belasting uit de wind af moeten dragen naar de stabiliteitsverbanden. Hiertoe kunnen de platen onderling gekoppeld worden door middel van een boutverbinding. Deze verbindingen bevinden zich in de langsnaad van de platen. Wanneer een druklaag wordt toegepast zal er koppelwapening in deze laag opgenomen worden om de samenwerking tussen de platen te bewerkstelligen. Wel is het in beide gevallen noodzakelijk om langs de randen van het vloerveld voldoende langswapening op te nemen waardoor een trekband ontstaat.

354


_______________________________Molenwijk______________________________________

Samenvatting vloersystemen

Vloersysteem

Maximale

Constructie

Toe te passen

overspanning

hoogte

stramien

in m

in mm

in m

Bollenplaatvloer

15

450

8x7,2-7,5

Strokenvloer

16

200/650

16 x 7,5

16

400

16 x 10

Kanaalplaatvloer

17

400

T-liggers

16

450

Staalplaat-betonvloer

5

280

16m x 5m

Voordelen

Nadelen

(Cassette-) Bollenplaatvloer

- lichte constructie

- onderstempeling nodig tijdens uitvoering

- geen balken en verdikte kolomkoppen

- tekenwerk bollen

Strokenvloer

- slanke constructie door voorspanning

- kosten voorspanning - onderstempeling nodig tijdens uitvoering

Kanaalplaatvloer

- snelle bouwwijze

- afwerklaag

- geen onderstempeling nodig tijdens uitvoering T-liggers

- grote overspanningen

- zwaar kraanmaterieel nodig

- snelle bouwwijze - geen onderstempeling nodig tijdens uitvoering Staalplaat-betonvloer

- grote overspanningen in de breedte te maken

- beperkte overspanning staalplaten

- geen onderstempeling nodig tijdens uitvoering - staalplaten met de hand te leggen - geen zware kraan nodig

Voor al deze vloersystemen geldt dat bij vergroting van de stramienmaten ook de kosten van het vloersysteem toenemen. De kosten voor een vloersysteem zullen binnen deze afstudeeropdracht buiten beschouwing blijven. Dit is voor toepassing in de praktijk uiteraard van groot belang.


355

_______________________________Molenwijk______________________________________

356


_______________________________Molenwijk______________________________________

Bijlage: E

Hogesterktebeton

Algemeen Lang werd gedacht dat de ontwikkeling van hogesterktebeton zou stoppen bij sterktes tot circa 65 N/mm2. Hogere sterktes waren nauwelijks te realiseren omdat hiervoor een water-cementfactor toegepast moest worden die onder de 0.4 lag. Deze werd beschouwd als de laagst praktische waarde voor een beton met een acceptabele verwerkbaarheid. Omstreeks 1990 verschenen er echter nieuwe types superplastificeerders op de markt, waardoor het mogelijk werd de watercementfactor te verlagen zonder dat de verwerkbaarheid van het beton afnam. Hiermee werd een begin gemaakt met het verder optimaliseren van de samenstelling van de betonmix, waardoor er tegenwoordig zeer hogesterktebeton soorten zijn. Van zeer hogesterktebeton is sprake wanneer de sterkteklasse ten minste 200 N/mm2. Er zijn sterktes tot 800 N/mm2 mogelijk. Een ontwerp in een (zeer) hogesterktebeton heeft verschillende voordelen. Zo zal lichter en slanker geconstrueerd kunnen worden. Dit zijn echter niet de enige aspecten. Er zijn nog vele andere voordelen waarvoor gekozen kan worden voor het toepassen van een hogesterktebeton, zoals een grote duurzaamheid, compacte pakking, snelle verharding, grote weerstand afschuifbreuk, hoge weerstand tegen penetratie van chemicaliën en de reductie van kruip en opdrogingskrimp. Hieruit blijkt dat de sterkte van het beton maar een onderdeel van het pakket aan aantrekkelijke mogelijkheden is. Men spreekt daarom ook wel eens over ‘hoogwaardig’ beton in plaats van ‘hogesterktebeton’.


357

_______________________________Molenwijk______________________________________

Materiaaleigenschappen

Betonskelet De wijze waarop beton zijn sterkte overdraagt kan schematisch worden voorgesteld als getoond in onderstaand figuur (Figuur 258). In dit figuur wordt weergegeven hoe de krachtsafdracht is wanneer de korrels even groot zijn.

Figuur 258 Schematisering betonskelet

Het beton draagt de krachten af via het skelet van grindkorrels en zand. Hierdoor ontstaan zijdelings gerichte componenten. Het bindmiddel tussen de korrels (de matrix) nemen die componenten op. De matrix is de zwakste schakel; scheurvorming ontstaat indien deze door de zijdelings gerichte krachten bezwijkt [3]. De (druk)sterkte van het beton kan worden verhoogd door: • • • •

verbeteren van de homogeniteit; vergroten van de pakkingsdichtheid; verbeteren van de microstructuur; vergroten van de ductiliteit.

Bij de bovengenoemde punten is het van belang dat de korrels in het skelet niet te groot worden gekozen, hierdoor blijft de hoek α beperkt (Figuur 258), waardoor de horizontale component niet te groot wordt. Grote korrels trekken spanningen aan. Deze spanningsconcentraties worden, zoals eerder genoemd, opgenomen door het bindmiddel. Kleinere korrels verlagen dus de spanningsconcentraties en op die manier wordt de cementsteen minder belast (Figuur 259).

358


_______________________________Molenwijk______________________________________

Homogeniteit

Figuur 259 Verkleining korrelgrootte

Beton is een heterogeen materiaal, doordat er verschillen in korrelgroottes, sterktes en stijfheden tussen de cementsteen en het toeslagmateriaal zijn. Hierdoor ontstaan interne piekspanningen. Door de homogeniteit te vergroten wordt de sterkte vergroot. Dit kan onder andere worden bereikt door het verkleinen van de korrelgrootte van het toeslagmateriaal. Dit kan worden gedaan door bijvoorbeeld het vervangen van grof toeslagmateriaal door fijn zand en het grof zand te vervangen door bauxieterts. Op die manier nemen de spanningsvariaties in het verharde materiaal af en wordt de cementsteen minder belast (Figuur 259). De homogeniteit kan ook worden vergroot door het verlagen van de stijfheidsverschillen tussen toeslagmateriaal en cementsteen.

Pakkingsdichtheid Hoe dichter het beton des te sterker het materiaal. Dicht beton wordt verkregen door de pakkingsdichtheid van het mengsel te vergroten. Om dit te realiseren wordt voor hogesterktebeton gebruik gemaakt van de gebruikelijke continue zeefkrommes. Bij zeer hogesterktebeton wordt een nog hogere pakkingsdichtheid gerealiseerd door zelfs de kleinere ruimtes tussen de korrels zo volledig mogelijk te vullen. Het is hierbij van belang dat de juiste combinatie tussen de diameters van de toeslagmaterialen, cement, hulp- en vulstoffen gevonden wordt. Door een goede mix van deze componenten toe te passen ontstaat een driefasen korrelpakket met grote dichtheid (Figuur 260). Door dit dichte korrelpakket ontstaat er een groter contactvlak tussen de korrels.


359

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 260 Driefasen korrelpakket

De pakkingsdichtheid wordt vergroot door een optimaal mengsel te ontwikkelen van onder andere bauxieterts, fijn kwartszand, zandmeel, cement en silicafume. De diameters van deze materialen verschillen zodanig, dat de ruimte tussen de korrels van een bepaald materiaal wordt gevuld door een fijner materiaal. Het soort cement en de hulpstoffen moeten goed op elkaar worden afgestemd. De materialen moeten intensief worden gemengd waardoor de mengtijden aanzienlijk kunnen oplopen.

Microstructuur Zoals eerder vermeld is de zwakste schakel in beton de overgang tussen het toeslagmateriaal en het cementsteen. Verbetering van de microstructuur van de cementsteen heeft tot gevolg dat het beton aanzienlijk sterker wordt. Dit kan bijvoorbeeld gerealiseerd worden door de toepassing van silicafume. Ook kan de microstructuur worden verbeterd door de verharding van het beton te laten plaatsvinden bij verhoogde temperatuur en/of verhoogde atmosferische druk, al is dit niet altijd nodig. Deze noodzaak is afhankelijk van de beoogde sterkte en de mogelijkheden van de samenstellende materialen. Voor het maken van B 200 is geen verhoogde temperatuur of druk nodig. Een omgevingstemperatuur van 20 °C is voldoende [1]. Door het verwarmen van het beton worden de reacties van sommige materialen versneld waardoor een dichtere, meer vervlochten microstructuur ontstaat. Hierdoor zijn sterktes tot 800 N/mm2 te behalen.

Ductiliteit Door het beproeven van kubussen van hogesterktebeton is bekend dat kubussen bij het bereiken van de maximale drukspanning zonder waarschuwing vooraf, in één keer bezwijken. Dit aspect (bros gedrag) is niet gewenst wanneer constructies met dit materiaal gerealiseerd worden [3]. De ductiliteit (taaiheid) van het beton wordt vergroot door het bijmengen van aanzienlijke hoeveelheden staalvezels. Voor B 200 wordt ongeveer 145 kg/m3 staalvezels van 13 mm lang toegepast, voor B 800 loopt dit op tot 650 kg/m3 roestvaste staalvezels van 3 mm lang [1]. Deze vezels hebben een diameter van 0,2 tot 0,4 mm.

360


_______________________________Molenwijk______________________________________

Door toevoeging van de staalvezels wordt de bezwijkbelasting van een betonelement vergroot en het element zal een uitgesproken taai gedrag vertonen. Hierdoor zal het element over een aanzienlijk grotere vervormingscapaciteit beschikken waardoor een element niet zonder waarschuwing zal bezwijken (Figuur 261).

Figuur 261 Vierpunts-buigproef op een CRC-ligger

De eigenschappen van het beton zijn afhankelijk van de oriëntatie van de staalvezels. Hiermee moet rekening gehouden worden bij het mixen en storten van het beton [12]; •

•

•

Vezels positioneren zich in de richting van de stromingen die tijdens het storten van het beton aanwezig kunnen zijn. (Figuur 262, stort A geeft een grotere buigtreksterkte. Dit doordat de oriëntatie van de vezels bij stortwijze B veel willekeuriger is en hierdoor minder vezels evenwijdig aan de lengterichting liggen en minder bijdragen aan de krachtsopname van de doorsnede) Vezels aan de randen van de bekisting hebben de neiging zich loodrecht aan de bekisting te oriënteren. Dit effect is aanwezig vanaf de bekisting tot een diepte die gelijk is aan de vezellengte. Wanneer de dikte van het element gering is ten opzichte van de vezellengte zal dit effect dus groter zijn en hierdoor zal het effect op de effectieve treksterkte van het element vergroten. Door het natuurlijke gedrag van de vezels tijdens de plastische fase van het beton, hebben deze de neiging zich te richten aan de zwaartekracht.

Figuur 262 Verschillende stortwijze


361

_______________________________Molenwijk______________________________________

Samenstelling Voordat verder ingegaan wordt op de samenstelling van de verschillende betonsoorten zal eerst het effect van silicafume op een betonmengsel worden toegelicht. Silicafume is een puzzolane stof dat als bijproduct vrijkomt bij de verwerking van silicium. In het begin van de jaren ‘90 ontdekte men dat de toevoeging van silicafume aan beton een aanzienlijke sterkteverhoging tot gevolg had. De silicafume korrels zijn een orde kleiner dan de cementkorrels (Tabel 31) en daarnaast zijn ze reactief; zo ontstaat er weinig poriënruimte tussen de kristallen wat tot gevolg heeft dat het beton een grote dichtheid krijgt. De silicafume korrels fungeren als groeikernen voor de groei van kristallen, die door de grovere kristallen van de cementsteen heen groeien. Het bindmiddel wordt hierdoor veel sterker [2]. Hierdoor heeft de silicafume een belangrijk effect op de inwendige krachtsoverdracht in het beton. Hierdoor worden de zijdelingse krachten die ontstaan, die de draagstructuur uit elkaar trekken, kleiner. Door deze effecten wordt een aanzienlijke verhoging van de betonsterkte gerealiseerd. Het effect van het laten verharden van een beton bij een verhoogde temperatuur is dat de puzzolane reactie van silicafume wordt versneld. Hierdoor ontstaat een dichtere, meer vervlochten microstructuur. Bij temperaturen tussen 250 en 400 °C en een druk van 50 N/mm2 worden sterktes tot zelfs 800 N/mm2 gehaald. Wel is het zo dat wanneer het percentage silicafume in het mengsel te groot wordt het geheel te stroperig wordt en problemen kunnen ontstaan met de verwerkbaarheid.

Gemiddelde korreldiameter (µm) Fijn zand Cement Kwartsmeel Silicafume Siliciumneerslag

250 12 10 0,2 0,02

Tabel 31 Gemiddelde korreldiameter

362


_______________________________Molenwijk______________________________________

cement sillicafume kw artsmeel

B 45 360

B 85 (HSB) B 200 (ZHSB) B 800 (ZHSB) 475 950 980

-

25 -

235 -

225 380

790 1110 -

785 960 -

995 145

490 -

rvs microvezels 3 mm super plastificeerder

0,5

4,6

17

615 18

water soortelijke massa water-bindmiddelfactor

145 2405 0,4

150 2400 0,3

180 2750 0,15

185 2895 0,14

zand gr ind staalvezels 13 mm

Tabel 32 Samenstelling enkele betonmengsels (kg/m3)

In bovenstaand figuur zijn de verschillen tussen de samenstellingen van de betonsoorten in grote lijnen weergegeven. Er kan worden opgemerkt dat grind ontbreekt in de hogere sterktebetonsoorten. Dit wordt vervangen door zand en fijne vulstoffen. De zandfractie bestaat voor het grootste deel uit zand met een korrelgrootte tot 1 mm; de maximale korreldiameter is 5-7 mm. Hierbij is een aanzienlijke hoeveelheid fijne vulstof nodig en de benodigde hoeveelheid water neemt ook enigszins toe. Door de sterke toename van de hoeveelheden cement en vulstof is er een grote hoeveelheid superplastificeerder nodig om de specie goed verwerkbaar te maken [1]. De grotere hoeveelheid water moet worden toegepast omdat door de grote hoeveelheid fijn materiaal een groter oppervlak ontstaat dat kan reageren met het water. Hierbij moet worden opgemerkt dat in het verleden het zo was dat voldoende water werd toegevoegd om al het cement (de duurste component) te laten hydrateren. Het resterende water was nodig om het beton verwerkbaar te maken. Een nauwelijks onderkend probleem was daarbij dat door het onvermijdelijke uitdrogen van het beton microscheuren ontstaan die de functie van het bindmiddel ondermijnen. De nieuwe benadering is daarom juist omgekeerd; men dient er voor te zorgen dat al het water door de hydratatie wordt omgezet in de te vormen cementsteen. Het overblijvende cement werkt als fractie in het meerfasen korrelpakket om een nog grotere pakkingsdichtheid van het dragende skelet te verkrijgen. De verwerkbaarheid wordt opgelost door toepassing van geschikte superplastificeerders [2]. Door het in grote hoeveelheden toepassen van deze superplastificeerder is de verwerkbaarheid te vergelijken met die van zelfverdichtend beton. Door al deze aanpassingen kost een B 200-specie vijftot vijftienmaal (zie ook paragraaf 1.8.2 )zo veel als een B 45-specie. Er zal dus zo zuinig mogelijk met het materiaal geconstrueerd moeten worden.


363

_______________________________Molenwijk______________________________________

Onderzoek Op basis van vele proeven zijn eigenschappen van zeer hogesterktebeton bepaald. Dergelijke proeven zijn uitgevoerd door de Association Française de Génie Civil (AFGC) en participerende bedrijven, zoals Lafarge, Bouygues en Eiffage [8]. In 2002 is een richtlijn opgesteld door de AFGC. Hierin staan onderzoeksresultaten van proeven op verschillende type Ductal® en BSI (Béton Spécial Industriel), rekenregels en adviezen [8]. Ook in Nederland is de laatste jaren onderzoek verricht, met name door de Bouwdienst Rijkswaterstaat in samenwerking met de Technische Universiteit Delft. Middels een aantal afstudeerwerken is gekeken naar de mogelijkheden van zeer hogesterktebeton in de praktijk. Mogelijkheden voor innovatie zijn er volop. In beginsel zijn er allerlei mogelijke combinaties van functies en soorten beton, waar in de praktijk nog nauwelijks gebruik van word gemaakt. Er zijn zelfs nieuwe soorten beton ontwikkeld, die slechts door zeer weinig producenten beheerst worden. Dit wordt overigens, wellicht mede, veroorzaakt doordat passende regelgeving ontbreekt; de ontwerper er niet aan denkt; de kosten en/of mogelijkheden onbekend zijn. Wel is het zo dat de sterkte en eigenschappen van de hoogwaardige betonsoorten in de komende jaren zullen verbeteren. Dit komt onder andere door de verbeterde onderzoeksapparatuur en computermodellen. Hierdoor is het mogelijk om de microstructuur van het beton beter te onderzoeken wat zal lijden tot nieuwe toevoegingen waardoor de eigenschappen van het beton nog meer beïnvloed zullen kunnen worden.

364


_______________________________Molenwijk______________________________________

Beschikbare soorten Er zijn op dit moment verschillende producten en materialen op de markt die tot (zeer) hogesterktebeton gerekend kunnen worden. Soms komen productnamen op de markt; bekende namen zijn onder anderen:

Ductal® Ductal® is een vezelversterkte zeer hogesterktebeton en is één van de bekendste soorten. Ductal® is ook bekend als Béton Poudre Réactieve (BPR). De producten van Ductal® zijn tot stand gekomen door de inspanning van een drietal bedrijven, te weten Lafarge, fabrikant van constructieve materialen, Bouygues, aannemer van onder andere civiele werken en Rhodia, fabrikant van chemische materialen [6]. Deze bedrijven hebben patent aangevraagd op het product. Door verder onderzoek is het product verder ontwikkeld en industrieel en commercieel op de markt gebracht. Bij het proces van verder ontwikkelen en onderzoeken zijn verschillende universiteiten en testlaboratoria betrokken geweest. Ductal® heeft een drietal vezels ontwikkeld en deze ieder onder een andere naam op de markt gebracht. Ductal®-FM: stalen vezels Ductal®-FO: organische vezels Ductal®-AF: combinatie tussen stalen en organische vezels Ductal®-FM is ontwikkeld voor het gebruik in constructieve toepassingen waarbij grote trekspanningen ontstaan. Hiertoe wordt een hoeveelheid van 2 vol.% aan staalvezels toegevoegd. Deze vezels hebben een diameter van circa 0,2 mm en een lengte van 13-15 mm. In onderstaande figuur zijn de druk- en buigsterkte af te lezen welke met dit materiaal behaald kunnen worden. In het figuur is te zien dat de druksterkte ongeveer 10 maal zo groot is als die van een gewoon beton en dat de uiterste buigsterkte ongeveer 2 maal zo groot is als de scheurspanning [6].

Figuur 263 Gedrag van Ductal® onder druk (links) en buiging (rechts)


365

_______________________________Molenwijk______________________________________

Béton Spécial Industriel (BSI) BSI staat voor Béton Spécial Industriel dat door het Franse bedrijf Quillery, onderdeel van de Eiffage Groep, in de eigen laboratoria is ontwikkeld. BSI is een extreem beton qua duurzaamheid, sterkte en stijfheid [5]. Voor het opschalen van het productieproces naar een industriële schaal is een Nederlands bedrijf ingeschakeld, te weten Hurks Beton (te Veldhoven). Zij krijgen de droge BSI-mix door Eiffage aangeleverd en zorgen voor de totale productie van de prefab elementen. De samenstelling van één m3 BSI en de daarbij behorende eigenschappen zoals dat tot op heden is toegepast is als volgt:

cement silicafume gr anulaat (0-6mm) staalvezels 3% super pastificeer der water

1100 kg 165 kg 1050 kg 235 kg 40 kg 200 kg

28-daagse kubusdr ukster kte 175-210 N/mm 2 trekster kte ongescheurde beton 8 N/mm 2 elasticiteitsmodulus 64000 Nmm 2 3 soortelijk e massa 2800 kg/m

Tabel 33 Samenstelling en eigenschappen BSI

Hierbij moet worden opgemerkt dat het beton zelfverdichtend is en dat de toegepaste staalvezels (∅0,3 mm en lengte 20 mm) een minimale treksterkte heeft van 1200 N/mm2. De vezels zijn recht en deze werken door zich te binden met de cementmatrix.

Ceracem® Ceracem® is ontwikkeld door de Eiffage Groep in 1996, in eerste instantie onder de naam BSI (Béton Spécial Industriel). Vervolgens zijn er voor het product een Frans en een Europees patent aangevraagd respectievelijk in 1998 en 1999. Vanaf het jaar 2000 heeft SIKA, als partner van Eiffage, het product Ceracem® ontwikkeld. Ceracem® is zowel een vezelversterkt zeer hogesterktebeton soort als een zelfverdichtende betonsoort [11]. Ceracem® bestaat uit een standaardmix van cement, silicafume, toeslagmateriaal (0-7 mm) en andere hulpstoffen. Deze standaardmix wordt geproduceerd door SIKA. Door deze standaardmix aan te vullen met superplastificeerders, vezels en water ontstaat Ceracem®. De toegevoegde vezels kunnen zowel metaalachtig als synthetisch zijn.

366


_______________________________Molenwijk______________________________________

Nadat verschillende studies waren verricht ter verbetering van onder meer de verwerkbaarheid, krimp, permeabiliteit, et cetera, is een samenstelling tot stand gekomen waarop proeven zijn uitgevoerd. Deze samenstelling is als volgt: Standaardmix: Superplastifiseerders: Water: Staalvezels:

2355 44,6 195 195

kg/m kg/m kg/m kg/m

3 3 3 3

(W/C = 0,22) IFT Unoloc 20/0,3

Met deze samenstelling heeft men een gemiddelde 28 daagse kubus druksterkte van 199 MPa gevonden. Na een half jaar is de druksterkte opgelopen tot 227 MPa. De druksterkte na 2 en 7 dagen is gelijk aan 60 en 80% van de 28 daagse kubus druksterkte. Ceracem® is ook wel bekend onder de naam BSI®-CERACEM.

Compact Reinforced Composite (CRC) Dit type vezelversterkte hogesterktebeton (140-400 Mpa) met een grote hoeveelheid betonstaalwapening is ontwikkeld omstreeks 1986 in het Cement & Concrete Laboratory van Aalborg Portland. Aalborg portland (Denemarken) heeft dit type onder de naam Densit op de markt gebracht. Een andere producent van CRC, Contec (Denemarken), heeft het product onder de naam Secutec S9 op de markt gebracht. Met CRC kan slank geconstrueerd worden. In de afgelopen tien jaar is het materiaal voornamelijk toegepast voor balkonplaten en trappen (Figuur 264) [4].

Figuur 264 Geprefabriceerde wenteltrap

Door het toepassen van grote hoeveelheden staalvezels (gebruikelijk is 2-6 vol.%) ontstaat er een zeer taai beton. Hierdoor wordt het mogelijk om de betonstaalwapening effectiever te benutten zonder dat er grote scheuren ontstaan in de bruikbaarheidsgrenstoestand.


367

_______________________________Molenwijk______________________________________

De eigenschappen van het verharde beton zijn afhankelijk van de verschillende hoeveelheden toegevoegde staalvezels en toeslagmaterialen. De grootte van de vezels en de grootste toegepaste korrelgrote bepalen de hart op hart afstand van de betonstaalwapening en de dekking op de wapeningsstaven. Door de gunstige eigenschappen van een hogesterktebeton mortel en staalvezels met een lengte van 12 mm en een diameter van 0,4 mm kan de dekking en de hart op hart afstand beperkt blijven tot 10-15 mm, wat gunstig is voor het ontwerpen van een slanke constructie. Een voordeel van het CRC-principe ten opzichte van een toepassing met alleen staalvezels is, dat wanneer wapening in een constructie noodzakelijk is, deze berekend en geplaatst kan worden op de plaatsen waar dit nodig is. Deze hoofdwapening heeft tevens een positief effect op de ontmenging van de toegevoegde staalvezels en deze zullen door de wapening veel efficiënter gepositioneerd worden. Constructiedelen van CRC zijn zeer ductiel, duurzaam en slank. De weerstand tegen vermoeiing en impactbelasting is groot.

Figuur 265 45 mm dunne plaat voor de Kaagbrug, 9 mm dekking, 3 lagen ∅ 8-40 en 10 mm dekking.

CRC wordt voornamelijk toegepast in Denemarken, al zijn er ook enkele toepassingen gedaan in Spanje en in de Groot-Brittannië. CRC is een relatief nieuw product, waardoor architecten, constructeurs en aannemers vrij huiverig zijn om het materiaal als eerste op grote schaal toe te passen. De fabrikanten proberen nu om voornamelijk de interesse te wekken van architecten voor het product, door slanke balkons en trappen aan te bieden. Dit met de bedoeling om uiteindelijk algemene bekendheid te verwerven en het assortiment uit te breiden met onder andere prefab kolommen en liggers. De werking van CRC is niet anders dan die van de gebruikelijke gewapende betonconstructies; berekeningen kunnen dan ook met de gebruikelijke uitgangspunten worden uitgevoerd [13].

368


_______________________________Molenwijk______________________________________

Eigenschappen In onderstaande tabel worden de voornaamste eigenschappen van het verharde beton weergegeven. 2

temperatuur

N/mm °C

druksterkte

N/mm

2

treksterkte

N/mm

2

buigsterkte

N/mm

2

breukenergie

kJ/m

druk tijdens verharding

elasticiteitsmodulus dichtheid diffusiecoëfficiënt

kg/m 2

CI-m /s

-

B 800 50

-

20 - 90

250 - 400 500 - 800

45

170 - 230 7 - 12

9 - 29

3,3

30 - 60

45 - 141

0,1

20 - 40

1,2 - 20

33

50 - 60

65 - 75

2400 -12 2,5 / 0,7 x 10

2750 -12 0,02 x 10

2900

2

3

B 200

-

1,65

2

kN/mm

B 45

-

Tabel 34 Eigenschappen enkele betonmengsels

Uit deze tabel is af te lezen dat de buigsterkte van een zeer hogesterktebeton sterk vergroot wordt door het gebruik van staalvezels. Toch blijft de buigsterkte achter bij de druksterkte. Wanneer een constructiedeel meer (buig)trekspanning moet kunnen opnemen dan de sterkte oplevert, kan in de trekzone betonstaalwapening of voorspanning worden aangebracht. Vanwege de grote dichtheid kan de dekking op de wapening en strengen beperkt blijven tot ongeveer 20 mm. Op bovengenoemde en andere eigenschappen zal hieronder uitgebreider worden ingegaan. Hierbij is voor enkele mengsels van zeer hogesterktebeton uitgegaan van een samenstelling zoals die in onderstaande tabel is genoemd [15]. Soort mengsel

BSI

Ductal

Cement

Secutec S9

1100

710

-

Bindmiddel

-

-

1100

Silicafume

165

230

-

Kwartsmeel

-

210

-

Zand

1050

1020

-

Bauxiet 0-1 mm

-

-

685

Bauxiet 5-8 mm

-

-

625

Grind

-

-

-

235

-

-

Staalvezels (13 mm)

-

40 - 160

-

Staalvezels (12,5 mm)

-

-

200

Plastificerende hulpstof

40

13

-

Staalvezels (20 mm)

Water

200

140

200

Soortelijke massa

2800

2500

2850

Water-bindmiddelfactor

0,15

0,15

0,18


Tabel 35 Samenstelling van enkele mengsels zeer hogesterktebeton [kg/m3]

369

_______________________________Molenwijk______________________________________

Hierbij moet worden opgemerkt dat de soortelijke massa van Secutec S9 met staalvezels, maar zonder betonstaalwapening is. Inclusief de wapening bedraagt de soortelijke massa 3350 kg/m3.

Druksterkte De druksterkte van Ductal® is door Franse onderzoekers aan de hand van beproevingen vastgesteld. De onderzoekers hebben hiertoe 196 cilinders met een diameter van 70 mm en een hoogte van 140 mm op druk beproefd. Hieruit is een gemiddelde druksterkte van 228 MPa met een afwijking van 18 MPa gevonden. Aan de hand van deze proeven hebben de onderzoekers het advies gegeven om ten behoeve van berekeningen een karakteristieke waarde f’ck van 200 MPa aan te houden [8]. Voor BSI wordt een waarde voor f’ck van 180 MPa aangehouden. f'b;rep = 0,72 ∗ f'ck = 0,72 ∗ 180 = 130 MPa f'b =

f'b;rep γM

=

130 = 108 MPa 1, 2

Voor Ductal® geldt een soortgelijke berekeningswijze. De rekenwaarde f’b hiervan is 120 MPa [15]. De druksterkte van CRC wordt sterk beïnvloed door de hoeveelheid vermengde staalvezels. Met een percentage van 6% is een karakteristieke druksterkte van 140 MPa haalbaar [4]. Het is echter bewezen dat hogere waarde ook mogelijk zijn. Zo is voor de panelen van de Kaagbrug te Sassenheim een mengsel toegepast, te weten Contec Secutes S9, dat een 28-daagse druksterkte van 200 MPa heeft [13]. (Contec Secutec S9 is een mengsel van CEM ΙΙΙ 52,5, silicafume, bauxiet 0-1 en 5-8 mm, staalvezels 0,4 x 12,5 mm, superplastificeerder, luchtbelverdrijver en een water-bindmiddelfactor wbf = 0,18). Hierbij is een afwijking geconstateerd van 5 MPa, waarmee f’ck gelijk wordt aan 200 – 1,64 ∗ 5 = 192 MPa. Deze waarde geldt echter voor een riblengte van 100 mm. Een dergelijke kubus is circa 5% sterker dan een kubus met een riblengte van 150 mm, de standaardwaarde. Dus dient 192 MPa nog te worden gedeeld door 1,05. Dit levert een waarde van f’ck op van 183 MPa.

370


_______________________________Molenwijk______________________________________

f'b;rep = 0,72 ∗ f'ck = 0,72 ∗ 183 = 132 MPa f'b =

f'b;rep γM

=

132 = 110 MPa 1, 2

Voor de verschillende soorten mag een materiaalfactor γM van 1,2 in rekening worden gebracht.

Buigtreksterkte De karakteristieke buigtreksterkte is door dezelfde Franse onderzoekers onderzocht. Hiertoe zijn 196 kubussen Ductal®, met afmetingen van 40 ∗ 40 ∗ 160 mm3, beproeft. Hierbij is een 3-puntsbuigproef toegepast wat een gemiddelde buigtreksterkte van 41,8 MPa opleverde, met een afwijking van 4,6 MPa. Voor de gemiddelde buigtreksterkte wordt een waarde van 33,9 MPa aangehouden [8]. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat de hoeveelheid en de richting van de toegevoegde staalvezels een belangrijke rol spelen bij de grootte van de buigtreksterkte (zie ook ductiliteit). Ook is het formaat van het proefstuk belangrijk voor de gevonden waarde. Ook dhr. Braam (C.R. Braam, sectie betonconstructies, Technische Universiteit Delft) heeft testen uitgevoerd met proefstukken van BSI. Hij heeft proefstukken van 110 mm hoog, 100 mm breed en 1000 mm lang, beproefd. Deze proefstukken zijn aanzienlijk hoger dan die van de Franse onderzoekers. Hierdoor is een grote spreiding van de resultaten ontstaan. Zo heeft Braam voor een ligger gestort vanaf een zijde (stortwijze A, Figuur 262) een gemiddelde karakteristieke buigtreksterkte gevonden van 30 MPa. Voor een ligger, geleidelijk gestort over de gehele lengte, heeft Braam een gemiddelde karakteristieke buigtreksterkte van 20 MPa gevonden. Als veilige benadering zal van deze laatste uitkomst worden uitgegaan. Daarnaast wordt een standaarddeviatie (σ) van 3 MPa in rekening gebracht. De gemiddelde karakteristieke buigtreksterkte fbr;ck is dan 20 – 1,64 ∗ 3 = 15 MPa. Voor γM mag volgens Braam een waarde van 1,2 worden aangehouden.

fbr =

fbr;ck γM

=

15 = 12,5 MPa 1, 2

Deze rekenwaarde geldt dus voor een element in BSI met een hoogte van 110 mm [15].


371

_______________________________Molenwijk______________________________________

Er is tevens onderzoek gedaan naar de invloed van het percentage staalvezels bij de CRC technologie. Hieruit is gebleken dat een hoger percentage staalvezels een verhoging van de buigtreksterkte oplevert. Zo zijn er met CRC in het werk gestort verbindingen gemaakt met een staalvezel percentage van 6% [4]. Braam heeft tevens onderzoek gedaan naar de buigtreksterkte van CRC. Braam heeft met behulp van 3- en 4-puntsbuigproeven een waarde van 16,5 Mpa met een variatiecoëfficiënt van 0,23 vastgesteld. Braam geeft aan dat de ondergrenswaarde van de gemiddelde karakteristieke buigtreksterkte fbr;ck gelijk is aan 16,5 ∗ (1 – 1,64 ∗ 0,23) = 10 MPa. Ook hier is γM gelijk aan 1,2 [15]. fbr =

fbr;ck γM

=

10 = 8,3 MPa 1, 2

Deze rekenwaarde geldt voor een hoogte van 125 mm.

Dwarskracht Door de vergrote treksterkte ontstaat er ook een vergroting van de dwarskracht capaciteit. Hierdoor is het veelal mogelijk om constructies uit te voeren zonder toevoeging van extra dwarskrachtwapening. Voor het bepalen van de dwarskracht voor zeer hogesterktebeton worden in de literatuur verschillende methode aangereikt. Hieronder zullen drie van deze methode uiteen gezet worden.

AFGC

Door de AFGC [8] is onderstaand voorstel gedaan ten behoeve van de bepaling van de maximaal opneembare dwarskracht. Vu = Va + Vf + VRb [N], waarin Va = opname door de traditionele wapening [N] Vf = opname door staalvezels [N] VRb = opname door het beton [N] Aangenomen wordt dat bij zeer hogesterktebeton geen traditionele wapening maar een combinatie van staalvezels en voorspanning gebruikt zal worden. Bij CRC wordt echter wel wapening toegepast. Daarom wordt toch rekening gehouden met Va.

372


_______________________________Molenwijk______________________________________

Deze wordt bepaald door: ⎛A ⎞ Va = 0,9 ⎜ t ⎟ ∗ d ∗ fy;d [N] ⎝ St ⎠ Va τa = [MPa] b∗d ⎛ A ⎞ ⎛ fy;d ⎞ τa = 0,9 ⎜ t ⎟ ∗ ⎜ ⎟ [MPa] ⎝ St ⎠ ⎝ b ⎠

Hierin is: • fy;d = rekenwaarde van de vloeigrens van de wapening [Mpa]; • At = oppervlakte van de wapening [mm2]; • St = staafafstand [mm]; • d = nuttige hoogte van een element [mm]; • b = breedte van het element [mm]. Het aandeel van de staalvezels Vf wordt bepaald door de volgende vergelijking: Vf =

S ∗ σp γ bf ∗ tan βu

=

b ∗ z ∗ σp

⎛ b ∗ d ∗ σp ⎞ = 0,9 ⎜ ⎟ [N] γ bf ∗ tanβυ ⎝ γ bf ∗ tanβυ ⎠

Vf [MPa] b∗d σp ⎛ ⎞ τf = 0,9 ⎜ ⎟ [MPa] ⎝ γ bf ∗ tanβυ ⎠ τf =

Hierin is: • S = effectief werkende oppervlakte van de vezels, geschat met b∗z (rechthoekig) [mm2]; • σp = restcapaciteit opneembare trekspanning na ontstaan van de eerste scheur [MPa]; • γbf = veiligheidsfactor staalvezels [-]; • βu = hoek van de drukdiagonaal [°]. Hierbij moet worden opgemerkt dat de hoek βu minimaal 30° bedragen. De veiligheidsfactor γbf is 1,2. Tot slot de formule voor de bepaling van het beton aandeel: ⎛ 1 0,24 ⎞ 1 0,24 f 'ck ∗ z ∗ b = 0,9 ⎜ f 'ck ⎟ ∗ b ∗ d [N] ∗ γΕ γb ⎝ γ Ε γb ⎠ VRb = [MPa] b∗d ⎛ 1 0,24 ⎞ = 0,9 ⎜ f 'ck ⎟ [MPa] ⎝ γ Ε γb ⎠

VRb = τRb τRb


373

_______________________________Molenwijk______________________________________

De bovenstaande vergelijking voor VRb geldt voor beton met voorspanning. Als echter alleen betonstaalwapening wordt toegepast geldt een andere rekenwijze. VRb =

1 0,21 ∗ ∗ κ ∗ f 'ck ∗ b ∗ d [N] γΕ γb

VRb [MPa] b∗d 1 0,21 = ∗ ∗ κ ∗ f 'ck [MPa] γΕ γb

τRb = τRb

De parameter k is verschillend voor druk : k = 1 +

3 σcm [ −] fb

trek : k = 1 −

0,7 σ tm [ −] fb

De parameter σm is de gemiddelde spanning in de totale doorsnede onder een normale ontwerpbelasting. Het product γE ∗ γb mag gelijk aan 1,5 worden gesteld. Voor τu geldt: τu = τa + τf +τRb [MPa]. De waarde van τu moet kleiner zijn dan τ2. Bij overschrijding van τ2 bezwijken de drukdiagonalen in het beton. Als voor f’ck een waarde van 180 MPa (BSI) wordt aangehouden en voor βu een minimale hoek van 30°, dan is τ2 te als volgt te berekenen: τ2 = 1,14 ∗

2 0,85 ∗ ( f 'ck ) 3 ∗ sin ( 2 βu ) γ Ε γb

2 0,85 ∗ (180 ) 3 ∗ sin ( 2 ∗ 30 ) 1,5 τ2 = 17,85 MPa

τ2 = 1,14 ∗

NEN 6720 / CUR Aanbeveling 97

Artikel 8.2.3 van NEN 6720 geeft de berekening voor de uiterst opneembare schuifspanning [16]. In 2004 is CUR 97 gepubliceerd, deze geeft een aanbeveling op NEN 6720 met betrekking tot hogesterktebeton [17]. τ1 = 0,4 ∗ f'b [MPa] τu = τ1 + 0,15σ'bmd [MPa]

374


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor de gemiddelde drukspanning in de betondoorsnede σ’bmd geldt de onderstaande vergelijking. σ'bmd =

• • •

A p ∗ σpw Ab

[MPa], waarin:

Ap = oppervlakte van de doorsnede van het voorspanstaal [mm2]; σpw = werkvoorspanning in het voorspanstaal [MPa] Ab = oppervlakte van de betondoorsnede [mm2]

De waarde van τ1 mag dus vermeerderd worden met het aandeel 0,15σ’bmd. Daardoor komt de waarde van τu volgens NEN 6720 misschien boven de waarde volgens de methode van de AFGC. CUR Aanbeveling 97 stelt echter, dat voor τ1 geen hogere waarde dan 2,15 MPa mag gelden [17]. Naast de waarde van τu dient ook nu weer rekening te worden gehouden met τ2. τ2 = 0,1∗ (f 'b + 39) ∗ k n ∗ k θ [MPa], waarin : f'b = kn =

f'b;rep γm

[MPa]

5 ⎛ σ'bmd ⎞ ⎜1 − ⎟ ≤ 1,0 [-] 3⎝ f'b ⎠

⎛ cot gθ + cot gα ⎞ kθ = 2 ⎜ ⎟ voor 60° ≤ α ≤ 90° [-] 2 ⎝ 1 + cot g θ ⎠

De waarde van kθ is 1 (α = 90°), indien geen dwarskrachtwapening wordt toegepast. De waarde van γm is 1,2. Voor BSI is hieronder τ2 uitgerekend. ⎛ 785 − k f ⎞ ⎛ 785 − 180 ⎞ f'b;rep = f'ck ⎜ = 180 ∗ ⎜ ⎟ = 108,9 MPa ⎟ ⎝ 1000 ⎠ ⎝ 1000 ⎠ f'b;rep 108,9 = = 90, 75 MPa f'b = γM 1, 2 k n;max = 1,0 kθ = 1

τ2 = 0,1∗ ( f'b +39 ) ∗ k n ∗ k θ = 0,1 ∗(90, 75 + 39) ∗1, 0 ∗1 = 12, 98 MPa

De uitkomst van τ2 kan dus lager zijn als voorspanning wordt toegepast. De waarde van τ2 is volgens de rekenmethode van de AFGC altijd hoger dan de zojuist beschreven rekenwijze.


375

_______________________________Molenwijk______________________________________

Vanderwalle en Dupont

Vandewalle en Dupont [18] geven ook een methode voor de bepaling van de dwarskrachtcapaciteit. Deze methode heeft veel overeenkomst met de methode van de AFGC, verschil is echter dat deze methode niet is opgesteld voor zeer hogesterktebeton, maar voor hogesterktebeton. Bij deze methode wordt wederom gebruik gemaakt van de vergelijking Vu = Va + Vf + VRb [N]. De parameters worden alleen op een iets andere wijze berekend. ⎛A ⎞ Va = 0,9 ⎜ t ⎟ ∗ d ∗ fy;d [N] ⎝ St ⎠ Va [MPa] τa = b∗d ⎛ A ⎞ ⎛ fy;d ⎞ τa = 0,9 ⎜ t ⎟ ∗ ⎜ ⎟ [MPa] ⎝ St ⎠ ⎝ b ⎠

Bovenstaande formule komt overeen met de formule van de AFGC. Opgemerkt dient te worden dat het bij deze formule uitsluitend de beugelwapening betreft. De formules van Vf en VRb zijn wel verschillend. Vf = k f ∗ κ1 ∗ τfd ∗ b ∗ d= 0,12 ∗ k f ∗ k1 ∗ feqk;3 ∗ b ∗ d [N] Vf [MPa] b∗d τf = 0,12 ∗ k f ∗ k1 ∗ feqk;3 [MPa] τf =

Hierin is: • feqk;3 = de karakteristieke equivalente buigtreksterkte [MPa]. Volgens Kaptijn kan deze waarde bij CRC oplopen tot 200 MPa; • kf = een factor die de bijdrage van de flenzen van een T-sektie in rekening brengt. Deze heeft de waarde 1 voor rechthoekige secties; • d = is de nuttige hoogte van de doorsnede [mm]; • k1 = een schaalfactor. k1 =

1600 − d ≥ 1 [ −] 1000 1

VRb = 0,12 ∗ k ∗ (100 ∗ ρ1 ∗ fck ) 3 ∗ b ∗ d [N] τRb =

Vf [MPa] b∗d 1

τRb = 0,12 ∗ k ∗ (100 ∗ ρ1 ∗ fck ) 3 [MPa]

376


_______________________________Molenwijk______________________________________

De parameters k en ρ1 worden met onderstaande vergelijkingen uitgerekend: 200 ≤ 2 [ −] d Asl ≤ 0, 02 [mm3 ], waarin : p1 = b ∗ d ∗ d

k = 1+

• • • •

d = nuttige hoogte van het element [mm] b = breedte van het element [mm] Asl = oppervlakte van de langswapening over een afstand van d + lb;net [mm2] lb;net = vereiste verankeringslengte [mm]

Voor τu geldt nu ook weer: τu = τa + τf + τRb [MPa]. Er is echter door Vanderwalle en Dupont nog geen methode aangereikt ten behoeve van de bepaling van τ2. Uit proeven is gebleken dat indien voldoende staalvezels aanwezig zijn, er geen minimum beugelwapening noodzakelijk is om een taaie breuk te krijgen. Veel parameters uit de zojuist vermelde formules zijn afhankelijk van de afmetingen van de doorsnede. Aan de hand van de doorsnede zal moeten volgen welke van de drie methoden maatgevend is.

Elasticiteitsmodulus Door onderzoek van de AFGC wordt de volgende gesimplificeerde formule toegepast voor de bepaling van de elasticiteitsmodulus: 1

E = k o ∗ ( f'ck ) 3 [MPa]

Voor ko wordt een waarde van 9500 voorgesteld. BSI heeft voor f’ck een waarde die gelijk is aan 180 MPa. De elasticiteitsmodulus voor BSI komt hiermee op 53630 MPa. De gemeten waarde door de AFGC liggen echter veel hoger. De gemeten waarde voor BSI is gelijk aan 65000 MPa. Voor Ductal is de gemeten waarde gelijk aan 50000 MPa [8]. Braam adviseert voor Secutec S9 een elasticiteitsmodules van 64000 MPa toe te passen.


377

_______________________________Molenwijk______________________________________

Spanning-rekdiagram Zoals reeds vermeld kunnen hogere sterktes worden verkregen door het beton onder een temperatuursverhoging te laten verharden. In onderstaand figuur is het spannings-rekdiagram afgebeeld van zowel zeer hogesterktebeton met en zonder warmtebehandeling.

Figuur 266 Spanningrekdiagram voor ZHSB, met en zonder warmtebehandeling

De parameters uit bovenstaand figuur zullen worden toegelicht. ε'bu = 3‰ ε'bpl =

f'b 0,6 f 'ck = [‰] E E

fb [‰] E w f 2 ε0,3 = 0,3 + b [‰], met w 0,3 = 0,3 mm, lc = Hdrsn (rechthoek) en γ f b = 1,2 (staalvezels) γ fb ∗ E lc 3 εe =

ε1% =

w 1% f + b [‰],met w1% = 0,001Hdrsn (rechthoekig) γ fb ∗ E lc

lim =

lf [‰], met lf = lengte staalvezel of polymeervezel 4lc

De waarde van σb is voor Ductal 12 MPa en voor BSI is deze waarde 7,9 MPa. Deze waarden zijn wederom uit onderzoek voortgekomen.

378


_______________________________Molenwijk______________________________________

In Figuur 267 is het spanning-rekdiagram afgebeeld voor CRC (mengsel toegepast voor de panelen van de Kaagbrug) [13].

Figuur 267 Spanning-rekdiagram voor CRC

De waarde σ1 is de treksterkte op het moment van scheuren. De waarde σ2 en σ3 treden op bij een scheurwijdte van respectievelijk 0,5 mm en 3,5 mm. Bij een scheurwijdte van 3,5 mm wordt verondersteld, dat het beton is bezweken.

Kruip en Krimp De rek ten gevolgen van kruip dient onderscheid gemaakt te worden tussen wel of geen warmtebehandeling van het beton. In onderstaande tabel zijn waarde voor de kruipcoëfficiënt weergegeven.

met warmte behandeling zonder warmte behandeling

BSI n.v.t 0,80

Ductal® 0,30 1,00

Tabel 36 Kruipcoëfficiënt φ

De kruipcoëfficiënt voor CRC is minder duidelijk. Uit onderzoek zijn verschillende coëfficiënten naar voren gekomen en Braam adviseert hierom een gemiddelde waarde aan te nemen van φ = 1.


379

_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor het bepalen van de rek ten gevolge van krimp kan de onderstaande formule worden toegepast [8]. In deze formule is zowel de uitdrogingskrimp als de autogene krimp opgenomen. εkrimp (t)= -525 ∗ 10 ∗ e -6

⎡ −2,5 ⎤ ⎢ ⎥ ⎣⎢ t − 0,5 ⎦⎥

[-]

Hierin is t het aantal dagen. Als veilige benadering wordt door de onderzoekers van de AFGC een waarde voorgesteld van 0,57 ‰ voor BSI en 0,55 ‰ voor Ductal®. Door de aanwezigheid van een stijver korrelskelet wordt de krimpverkorting gereduceert. Bij CRC heeft het dichte wapeningsnet een positief effect op de beperking van krimp. Door de aanhechting tussen wapening en beton wordt de krimpverkorting van het beton gedeeltelijk belemmerd. Ook is het zo dat het afdekken van het betonoppervlak een reductie van de krimp met 10% tot gevolg heeft. Uit onderzoek op platen met afmetingen van 1500 x 1500 x 50 mm3 is gebleken, dat de krimp naar een waarde gaat van circa 0,48 ‰ [21]. Deze krimpwaarde dient echter als functie van het wapeningspercentage ω [%] te worden uitgerekend. Braam stelt voor een waarde van 0,50 ‰ te hanteren [15].

Zelfverdichtend Door de grote hoeveelheden fijn materiaal (cement, zand, silicafume) en (super-) plastificeerders die worden toegepast voor een zeer hogesterktebeton, ontstaat een betonspecie met een goede verwerkbaarheid. De werking van de plastificeerders berust op de oppervlakte actieve verbinding, waardoor zij zich op de cementkorrels in dunne (monomoleculaire) lagen afzetten. De oppervlaktes van de cementkorrels worden elektrisch geladen en stoten elkaar af. Hierdoor neemt de schuifweerstand af en de vloeibaarheid toe [20]. Zo is het mogelijk om, wanneer zelfs grote hoeveelheden staalvezels worden toegevoegd, een specie met een hoge consistentie te produceren.

Figuur 268 Consistentie als 'dikke yoghurt'

380


_______________________________Molenwijk______________________________________

Hierdoor ontstaan verschillende voordelen ten opzichte van een gewoon beton: • • • • • • •

afname van het energiegebruik doordat het beton niet verdicht hoeft te worden door middel van trilnaalden of het natrillen van de kist; afname van het ziekteverzuim doordat de overlast door geluid, trillingen en stof wordt weggenomen; afname van de kosten voor het onderhoud aan bijvoorbeeld trilmotoren, mallen, et cetera langere levensbuur van de mallen; efficiënter werken doordat het verharde beton nauwelijks afgewerkt hoeft te worden, ook nauwelijks grindnesten en luchtbellen; efficiëntere maltechnieken doordat lichtere mallen, eenvoudige verbindingen, snellere open afbouw kunnen worden toegepast; minder personeel nodig voor het storten van een element.

Duurzaamheid Door de grote pakkingsdichtheid, toevoeging van silicafume en de lage watercementfactor ontstaat een beton met weinig poriënruimte. Voornamelijk door de geringe hoeveelheid water die toegepast kan worden ontstaan er geen capillaire poriën alleen gel poriën. Hierdoor ontstaat een beton met een lage permabiliteit. Dit heeft als voordeel dat het beton minder snel door indringing van chloride en door carbonatie aangetast zal worden. Hierdoor is het mogelijk om een gereduceerde dekking op de wapening toe te passen, waardoor het geheel nog slanker uitgevoerd kan worden. Door de grote dichtheid van het betonoppervlak is zeer hogesterktebeton goed bestand tegen vries-dooi cycli in combinatie met dooizouten en beschikt het beton over een hoge weerstand tegen slijtage en impactbelasting.

Figuur 269 Self-sealed micro-crack

Het beton heeft de mogelijkheid om zichzelf te herstellen. Dit komt door de grote hoeveelheid cement die in het beton wordt toegepast. Wanneer niet gehydrateerd cement in aanraking komt met vocht, zal dit cement alsnog hydrateren en hierdoor de gevormde scheur afsluiten (Figuur 269). Dit is alleen mogelijk voor geringe scheurwijdten. Door de verhoogde duurzaamheid ontstaat een constructie die minder onderhoud vergt en dus een aantrekkelijk alternatief kan bieden.


381

_______________________________Molenwijk______________________________________

Scheurvorming Braam heeft een methode aangereikt waarmee een toetsing op scheurvorming van zeer hogesterktebeton zou kunnen worden uitgevoerd. Deze methode wordt aan de hand van onderstaand figuur toegelicht.

Figuur 270 Schema t.b.v de controle op scheurvorming

Als de drukhoogte hx bepaald is, evenals de trekrek in de uiterste vezel, kan vervolgens de scheurwijdte worden berekend:

w max = 2(h-h x )*ε max [mm] De uitkomst hiervan kan getoetst worden aan de maximaal toelaatbare scheurwijdte.

Brandbestendigheid Het voordeel van de grote duurzaamheid is tegelijkertijd een probleem voor de brandbestendigheid van constructies in een (zeer) hogesterktebeton. Tijdens een brand zal het aanwezige vocht in het beton verdampen en willen ontsnappen. Door de kleine hoeveelheid poriën zal dit niet kunnen en de druk in het beton zal zover oplopen dat uiteindelijk het beton zal bezwijken en zal afspatten. Opgemerkt moet worden dat de aanwezige staalvezels in het beton dit afspatten voor een groot deel verhinderen. Een oplossing voor dit probleem is de toevoeging van polypropyleenvezels aan de betonspecie. Deze vezels zullen tijdens een brand bij een temperatuur van ongeveer 150 °C smelten, waardoor vrije ruimte ontstaat en de waterdamp kan ontsnappen. Bij toepassing van uitsluitend polypropyleenvezels lopen de eigenschappen met betrekking tot de sterkte van het materiaal iets terug. Ductal® heeft hiervoor een mix van staalvezels en organische vezels, Ductal®-AF (Anti Fire), op de markt gebracht. Uit proeven is gebleken dat dit product dezelfde sterkte-eigenschappen heeft als een mix met alleen staalvezels. Uit proeven op Compact Reinforced Composite (CRC) is onder meer gebleken dat de

382


_______________________________Molenwijk______________________________________

brandbestendigheid van deze betonsoort beter is dan “gewoon” beton. Dit komt onder andere omdat CRC een hoog microsilica gehalte heeft en hierdoor het calciumhydroxide in het beton verwaarloosbaar is [4]. Uit proeven is ook naar voren gekomen dat de toevoeging van staalvezels aan het beton geen nadelige effecten heeft op het opwarmen van de constructie. Daarom kan de conventionele rekenmethode die gelden voor gewoon beton ook worden toegepast voor CRC.


383

_______________________________Molenwijk______________________________________

Toepassingen Er kunnen diverse overwegingen een rol spelen bij de keuze voor een hoogwaardige betonsoort. Te denken valt aan: • • •

zeer hogesterkte; duurzaamheid; uit architectonisch oogpunt.

Door de zeer hoge sterkte van het beton en de hiermee samenhangende verhoging van de dwarskrachtcapaciteit is het veelal niet noodzakelijk om extra buig- en dwarskrachtwapening toe te passen, waardoor er slanke en een veelzijdigheid aan doorsneden ontstaan. Wel is het in de meeste gevallen nodig de constructie voor te spannen. Door deze wijziging zijn er andere ontwerpen voor de voorgespannen prefab liggers ontwikkeld. Enkele voorbeelden van dergelijke liggers, veelal toegepast in bruggen en gebouwen, zijn hieronder weergegeven. In Sherbrooke (Quebec, Canada) is in 1997 de eerste toepassing in een hogesterktebeton uitgevoerd (Figuur 271). Dit fiets- voetgangersviaduct heeft een overspanning van 60 m en is samengesteld uit zes prefab delen van 10 m lang die met (voornamelijk) uitwendige voorspanning koud tegen elkaar zijn gespannen. Het vakwerk is drie meter hoog en de roestvaststalen diagonalen zijn gevuld met beton. Het dek is 30 mm dik en heeft verstijvingsribben van 70 mm dik. Er is geen passieve wapening toegepast [1].

Figuur 271 Fiets- en voetgangersbrug Sherbrooke

384


_______________________________Molenwijk______________________________________

Op Figuur 272 zijn ook twee voetgangersviaducten te zien. De linker is in Korea (Seonyu voetgangersbrug, 2002) en de rechter in Frankrijk (Sermaises voetgangersbrug, 2002). Hierbij is gebleken dat de doorsnede van de voorgespannen liggers zo te optimaliseren zijn dat het eigen gewicht van de ligger gereduceerd kan worden met een factor drie [6].

Figuur 272 Voetgangersbrug Seonyu (links) en voetgangersbrug Sakata (rechts)

Figuur 273 Koeltoren Cattenom

In bovenstaand figuur (Figuur 273) is de constructie afgebeeld van de koeltoren van de krachtcentrale Cattenom te Frankrijk. Hierin zijn vele hoofdliggers en kinderbalken toegepast in een hogesterktebeton. De verhoogde duurzaamheid, en voornamelijk de grote brandbestendigheid van de liggers, is hier van groot belang.


385

_______________________________Molenwijk______________________________________

Een andere toepassing is de staal-betonbrug met zeer hogesterktebeton over de rivier de Fulda in Kassel [22]. Deze fiets- en voetgangersbrug is de eerste staal-betonbrug in Duitsland waarbij men gebruik heeft gemaakt van een zeer hogesterktebeton. De brug is gelegen in Kassel en overspant de rivier de Fulda. De brug heeft in totaal zes overspanningen, waarvan de maximale overspanning 36m bedraagt, met een totale lengte van 133,2 m. Het brugdek bestaat uit voorgespannen geprefabriceerde betonplaten van zeer hogesterktebeton. Deze platen hebben een breedte van 5 m en een dikte van 80 – 100 mm. In de lengterichting bestaat de draagstructuur van de brug uit een vakwerkligger met een driehoekige doorsnede. Dit vakwerk is opgebouwd uit twee bovenflensen van voorgespannen geprefabriceerde zeer hogesterktebeton en één onderflens die, net als de diagonalen, bestaan uit buisvormige staalprofielen. De verbindingen tussen de bovenste flensen en het dek, en de dekplaten onderling, zijn uitgevoerd als een lijmverbinding.

Figuur 274 Aanzicht

Figuur 275 Doorsnede vakwerkligger

386


_______________________________Molenwijk______________________________________

Uit architectonisch oogpunt is vooral het ontwerpen van slanke constructies met een grote duurzaamheid de voornaamste toepassing van (zeer) hogesterktebeton met vezelversterking. Op de volgende pagina (Figuur 276) is het futuristische ontwerp van de overkapping van het tolstation in Millau te Frankrijk te zien. De overkapping heeft een oppervlak van 28 x 98 m2 en bestaat uit 53 moten met een lengte van 28 m die in de lengterichting voorgespannen zijn. Het geheel wordt gedragen door acht kolommen, ieder opgebouwd uit zes buizen. De dikte van het dak verloopt van 200 tot 850 mm [7]. De overkapping is uitgevoerd in BSI®-Ceracem, met een sterkteklasse B180. In totaal is er 1.000 m3 BSI®-Ceracem toegepast met een totaal gewicht van circa 2.800 ton [14]. Bij dit soort bijzondere constructies worden de totale kosten sterk beïnvloed door de malkosten.

Figuur 276 Overkapping tolstation Millau (impressie)

Figuur 277 Overkapping tolstation Millau (uitvoering)


387

_______________________________Molenwijk______________________________________

Figuur 278 geeft een toepassing van (zeer) hogesterktebeton in de vorm van zonneweringen voor de La Douna universiteit van Lyon (2003).

Figuur 278 Gevel La Douna universiteit Lyon

Een andere toepassing van hogesterktebeton in gebouwen is het Two Union Square Building in Seattle (1989) (Figuur 279). Dit gebouw heeft 56 verdiepingen en een hoogte van 226 m. Er is een beton toegepast met een druksterkte van 131 MPa. Het beton is toegepast in stalen buizen en in staal-beton kolommen. Het beton heeft een elasticiteitsmodulus van 55,5 kN/mm2 [19].

Figuur 279 Two Union Square Building, Seattle

388


_______________________________Molenwijk______________________________________

Voor en nadelen In het voorgaande zijn verschillende eigenschappen en toepassingen van (zeer) hogesterktebeton beschreven. Hierna volgende zullen de voor- en nadelen van dit materiaal uit een worden gezet.

Voordelen • • • • • • • • •

• • •

de hoge sterkte, waardoor zeer slank en licht geconstrueerd kan worden; door deze geringere massa is een grotere overspanning mogelijk en kan de mogelijk aanwezige voorspanning verminderd worden; door de geringere massa is het mogelijk om grotere elementen toe te passen waardoor een bouwtijdverkorting op zal kunnen treden; besparing op grondstoffen; taaie constructies mogelijk indien staalvezels worden toegepast; de zeer grote dichtheid, waarmee zeer duurzame constructies worden verkregen, ook in een zeer agressieve omgeving; de grote slijtvastheid; door de verbeterde duurzaamheid zullen de onderhoudskosten geringer zijn; de gunstige verwerkingseigenschappen, waardoor verdichting niet of nauwelijks nodig is en door de snelle verharding van een hogesterktebeton is het nog interessanter geworden om dit beton voor de prefab industrie toe te passen; ook de hanteerbaarheid zal verbeteren door het geringere gewicht van de elementen; buig- en dwarskrachtwapening zijn niet altijd noodzakelijk, waardoor zeer dunne constructiedelen mogelijk zijn; minder snelle beschadiging van de elementen door toepassing van vezels.

Door deze voordelen is het mogelijk om nieuwe ontwerpen en producten met de mogelijkheid tot een betere economische haalbaarheid te ontwikkelen. Genoemde voordelen maken het gebruik van zeer hogesterktebeton in vele toepassingen interessant. De voornaamste toepassingen tot op heden zijn onder andere voor: • B 200: gevelpanelen, kokerconstructies, putdeksels, geleidingsconstructies, kolommen, voorgespannen liggers, buizen, damwanden, masten, vaste bruggen, dunne (industrie) vloeren, beweegbare brugdekken en sluisdeuren; • B 800: zeer slijtvaste constructies, transportcontainers, stootvaste constructies, voorspanverankering, afvoeren drukbuizen, brugopleggingen en afvalopslagcontainers (chemisch zowel nucleair).


389

_______________________________Molenwijk______________________________________

Nadelen • • • • •

lange mengtijden waardoor de productietijd oploopt; beperkt leverbaar, omdat slechts enkele bedrijven zeer hogesterktebeton op de markt brengen; hoge kostprijs; hooggekwalificeerd personeel noodzakelijk; lichtere constructies kunnen problemen geven met de vermoeiingssterkte; over de vermoeiingseigenschappen van zeer hogesterktebeton is echter nog weinig bekend.

Voor toepassing in de praktijk zal de hoge kostprijs voor het (zeer) hogesterktebeton van groot belang zijn. Zoals eerder opgemerkt zal de prijs voor een B 200-specie vijftot vijftienmaal, afhankelijk van de gewenste eigenschappen van het verharde beton, zo veel zijn als een B 45-specie. Door het geringe aantal leveranciers bestaat nog veel onduidelijkheid over de exacte prijzen van zeer hogesterktebeton. Hurks Beton geeft voor BSI een kostprijs van € 2000,- per m3. Deze prijs is zonder kosten van bekisting en wapening. De materiaalprijs van Ductal® ligt lager. Deze ligt tussen de € 1500,- en € 1800,- per m3 (prijs volgens opgave firma VSL) [15]. De prijzen voor CRC liggen tussen de € 800,- en € 1200,- per m3, rekening houdend met een hoeveelheid staalvezels van 150 tot 250 kg/m3 (prijs volgens opgave firma Contec, Denemarken). Secutec S9 heeft een hoeveelheid staalvezels van 200 kg/m3. Voor de materiaalprijs van dit type zeer hogesterktebeton wordt daarom een materiaalprijs van € 1000,- per m3 aangehouden. Bij de bovengenoemde materiaalkosten voor CRC komen nog de kosten van de betonstaalwapening. Deze prijs is echter erg afhankelijk van de vraag naar en het aanbod van betonstaalwapening. Deze prijs zal dus dagelijks veranderen en zijn dus nu moeilijk te bepalen. Tevens is de prijs afhankelijk van de toegepaste hoeveelheid betonstaalwapening. Ook is in deze prijs geen rekening gehouden met eventuele bekistingskosten [15]. Bovengenoemde prijzen zijn een indicatie voor de materiaalprijs van de verschillende soorten betonmengsels. Deze zullen voor verschillende eigenschappen en met de tijd veranderen en zullen per specifiek project aangevraagd moeten worden. Een ander te noemen nadeel is dat het alleen al om praktische redenen moeilijk is om een zelfverdichtend zeer hogesterktebeton met grote hoeveelheden staalvezels te produceren (mixen en storten, ontmenging en oriëntatie van de vezels in het verharde beton). Vooral voor grotere constructies, zoals liggers, ontstaat door het verschil in oriëntatie van de vezels verschillende eigenschappen per doorsnede. Hierdoor wordt het voor de constructeur veel moeilijker om te rekenen en te ontwerpen met de eigenschappen van een zeer hogesterktebeton [10].

390


Constructief ontwerp voor parkeergebouw Molenwijk, Amsterdam-Noord

Recommend Documents