CONSTRUCTIEVE INDUSTRIËLE GEVELS (IN METAAL)

CONSTRUCTIEVE INDUSTRIËLE GEVELS (IN METAAL) versie: 30 juni 2014

ARCHITECTONISCHE EN BOUWTECHNISCHE VERKENNING Dit is een verkennende studie naar de architectonische en bouwtechnische consequenties van dragende gevels in staal (met aluminium of composiet materialen). Eerst is in de breedte een korte historische en typologische verkenning gedaan. Met deze definitiebepaling wordt een basis gelegd voor vervolgstudies. Vervolgens is onderverdeeld naar de integrale architectuur (sterk projectgebonden) en modulaire architectuur (meer productgebonden). Vanuit productie- en montagebedrijven bezien is een verdiepende studie naar een dragend modulair systeem of product het meest kansrijk omdat men deze ontwikkeling in eigen hand kan houden. Een dergelijk systeem zal transparanter zijn dan een dragende gevel in beton en minder doorzicht geven dan een niet dragende, soms zelfs hangende vliesgevel. Vervolgens zijn verschillende aspecten in kaart gebracht van een droog te (de)monteren dragende gevel op basis van een gestandaardiseerd draagconstructief frame. Dit is gedaan om niet alleen een idee te krijgen van wat nu mogelijk is, maar vooruit te blikken op wat zou kunnen zijn. In een SWOT wordt een dragende gevel rond een metalen framewerk vergeleken met een dragende gevel in beton en wordt een dragende gevel van metaal vergeleken met een niet dragende (vlies)gevel. prof. dr. ing. Ulrich Knaack ir. Koen Mulder Design of Constructions / Ontwerpen van Bouwconstructies Architectural Engeneering + Technology Faculteit Bouwkunde / Faculty of Architecture

1.

VERKENNING In het blad architectenweb toont Paul van Bergen, directeur van ingenieursbureau DGMR, zich bewust van het feit dat architectuur aan modes onderhevig is: “Ik vind dit nu mooi, maar over vijftien jaar vinden we het misschien vreselijk. Een gevel moet daarom als iets tijdelijks ontworpen worden, je moet hem zonder gewetenswroeging kunnen vervangen door nieuw ‘behang’. Wij zijn dan ook geen fan van dragende gevels, ook al zijn die misschien goedkoper. Daarmee krijg je spijtgebouwen die we nu willen afbreken. Wij pleiten ervoor om de gevel los te koppelen van de draagconstructie, evenals de installaties.”1 Om maar gelijk met een kritische kantekening te beginnen. Maar het is één mogelijk standpunt: je kunt er ook voor kiezen om een dragende gevel te maken die zo mooi en goed is dat weggooien nicht in Frage is. Dat is immers zelfs veel dragende, maar klimaattechnisch vrij ongunstige gevels uit de 19de eeuw gelukt. Het enige argument dat volgens Paul van Bergen vóór de dragende gevel pleit is de prijs: maar bedoelt hij daar ook een dragende gevel in staal, aluminium of composiet mee? Het zou kunnen zijn dat de optie ‘de goedkoopste’ te willen zijn, niet de weg is die een dragende gevel van zulke waardevolle materialen zou moeten kiezen.

LUDWIG MIES VAN DER ROHE

Huis Esters, Krefeld 1927-30

Historisch is het terugbrengen van de dragende gevel (speciaal in staal met aluminium of composiet) een breuk met de architectonische ontwikkeling. Deze breuk wordt ingegeven door een hernieuwde belangstelling voor ‘de dikke gevel’ - waarbij veel klimatologische functies worden ondergebracht in de gevelzone om direct te reageren op de wisselende omstandigheden buiten. En omdat bovendien op onze breedtegraad bij veel glas in de gevel voor maximale daglichttoetreding, enkel met luifels tegen de hoogstaande zomerzon de energie voor koeling beperkt kan blijven. Maar zo is het niet begonnen. De carrière van Ludwig Mies van der Rohe toont alle stadia van dragende naar niet-dragende gevels, met de voordelen en nadelen. Veel moderne architecten vonden het steeds transparanter worden van de gevel een voordeel. Nadeel is iets wat je een gebrek

Ontwerp voor glazen flatgebouw 1922

aan ‘tektoniek’ zou kunnen noemen. Een gebouw schept ruimte in de lucht, overwint daarvoor de zwaartekracht en veel architecten vinden dat een gebouw in zijn gevel helder moet tonen hóe het die zwaartekracht overwint. Vroege gebouwen van Mies hebben nog dragende muren. In zijn model voor een glazen flatgebouw uit 1922 openbaart zich een ideaal: de totaal vrije en transparante gevel. Hoewel dat ideaal dan nog niet direct te verwezenlijken is, toont het al wel dat men dan vooral plafonds ziet. In het Farnsworth House 1945-51 gaat de draagconstructie naar buiten en ontstaat een volledig vrije plattegrond, 1

architectenweb, jaargang 1, nr 4, maart 2014, p.27

Farnsworth House 1945-51, Plano, Illinois

2.

Raamdetail Farnsworth House 1945-51

met behoud van een tektonische expressie van de draagconstructie. Er is draagconstructie buiten, maar of het ook een dragende gevel is? Het glas is gevat in dunne stalen kozijnen en draagt enkel zichzelf. De gevelconstructie is brandgevoelig en bij hoge energieprijzen en het gevaar van corrosie niet voor elk klimaat weggelegd. In de hoogbouw zet de ontwikkeling zich door. Bij de Lake Shore Drive Apartments uit 1948-51 Bevindt de stalen draagconstructie zich binnen de gebouwschil, constant warm en beschermd tegen brand. Om de expressie van de gevel niet verloren te laten gaan gebruikt Mies de verstijvingsprofielen van de gevel nog steeds aan de buitenzijde, waar ze voor een scherpe verticale belijning zorgen. Maar de verbinding van de profielen met de hoofddraagconstructie blijft een gevoelig punt. Bij het Seagram Building uit 1954-58 zal het energiegebruik nog geen grote rol gespeeld hebben. Maar duidelijk is dat er een steeds

Lake Shore drive Apartments 1948-51, Chigaco, Illinois

verdergaande loskoppeling optreedt. De gevelstijlen ver-

Gevelfragment Lake Shore drive Apartments

wijderen zich van de hoofddraagconstructie, het gebouw wordt bekleed, wat zich bij de hoekkolom goed laat zien. Er komt ruimte voor isolatie. Één stap verder, één energiecrisis verder en bij veel gebouwen met een vliesgevel is het nog slechts het vrij te vormen klikprofiel aan de buitenzijde dat in de gevel als expressief reliëf kan worden ingezet. Maar als expressie van wat?

AUTOINDUSTRIE Vaak wordt door bouwtechnologen en bouwproducenten jaloers gekeken naar de autoindustrie, waar de fabrikant het eindproduct bepaalt. Anders dan de bouw, is de autoindustrie geen prototype-industrie. Er worden grote productreeksen gemaakt die vooraf uitgebreid getest kunnen worden. Er kan in ontwikkeling worden geïnvesteerd,

Seagram Building 1954-58, New York

Gevelfragment Seagram Building

zonder dat het prototype gelijk het eindproduct moet zijn en daarop moet worden afgeschreven. Lang geleden versmolten draagconstructie en koetswerk tot integraal chassis. Maar een auto is vooral een koud (of warm) ding met daarin een geklimatiseerd kamertje voor de bewoners, waar koeling meer aandacht vraagt dan verwarming. Daar

Boven: tekeningen met maten van citroën HY

kan de draagconstructie best van buiten. Een auto heeft

Links: citroën DS in omgebouwde HY

een omvang die vrij goed in één stuk te vervoeren is. En

Onder: vergelijking tussen citroën HY die als inspiratie diende en het protoype van de nieuwe hybride Citroën Tubic

bovenal zit de door warmte uitzettende auto niet aan funderingspalen vast. De producent moet ook goed beseffen

http://en.citroen-club.net/ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/0/01/Citroen_H.JPG http://www.automativ.de/iaa2011-neuheiten-citroen-tubik-vollhybrid-mit-flugelturen-id-30131.html

dat een eigen geavanceerd product aan een gebouw hangen iets anders is, dan het gebouw dragen en daarmee voor het geheel verantwoordelijk zijn.

DE COMPUTER EN DE VRIJE VORM Veel hedendaagse architecten zijn blij met de voortschrijdende digitalisering in ontwerp en productie. Zo kunnen zij industrieel te vervaardigen architectuur integraal ontwerpen. Het lijkt of de constructie zich weer zal kunnen tonen in de gevel. Op het bureau deed de 3D printer zijn intrede en de fabrikant kan de computertekeningen koppelen aan

Integratie van functies hoeft de dingen niet noodzakelijkerwijs mooier te maken.

3.

de digitale laser, watersnij- of freesmachine. Maar met al deze vormvrijheid is de isolerende schil rond gebouw en drager niet opeens verdwenen. Zodra de gevelopbouw complexer wordt lijkt de noodzaak van modulaire systematiek zich aan te dienen, wil de schijnbare beeldlogica tot in de dikte van de gevel doordringen. De BLOB streeft de ultieme integrale architectuur na. Het Noord-Holland paviljoen voor de het Floriade van Cas Oosterhuis kreeg bij hergebruik als vergaderruimte een thermische schil van PUR aan van binnenuit, maar de functionaliteit van de gevel bleef tamelijk beperkt. Het tonen van de vormvrije constructie blijft moeilijk bij een

Birds Nest, Olympisch Stadion Beijing http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Beijing_Birds_Nest_Olympics.jpg

goede thermische isolatie en een niet transparante schil. Andersom bedekt veel vormvrije - integrale - architectuur de constructie ook maar liever, omdat die vaak enkel de huidproblemen mag oplossen, zonder er een architectonische relatie mee aan te gaan. De bijzondere vorm is dan al snel een dunne schil geworden, die weinig overeenkomst vertoont met de achterliggende drager. Ook in dergelijke vrije decorbouw kan de drager van de gevel natuurlijk ook het dak dragen. Maar de bouwtechniek ervan is erg projectgebonden. De systematiek zal voor de producent beperkt blijven.

ARCHITECTUUR EN TRANSPARANTIE Één ding is zeker: men kan een niet-dragende gevel er vrij gemakkelijk uit laten zien als een dragende gevel, maar niet andersom. Een niet-dragende gevel kan voorzien worden van dichte delen, reliëf of lamellen, waarmee de sug-

Noord Hollandpaviljoen Floriade 2002 Kas Oosterhuis herplaatst en geïsoleerd bij faculteit Bouwkunde TU Delft

gestie gewekt kan worden dat er sprake is van een skelet, dragende muren, of een schijnbaar tektonische belijning (waarna de keuze vrij is of dat in beeld overeenkomt met de werkelijke hoofddraagconstructie). Om een dragende gevel transparant te maken, kan men de dragende component zo dun mogelijk maken om de drager zoveel mogelijk aan het zicht te onttrekken. Met

Decorbouw voor de Walt Disney Concert Hall, Frank Gehry, 2003, stalen stijl- en regelwerk in brede spouw

glas en isolatie ontstaat er dan al gauw een uit het voorvlak terugtrekkende beweging van kolom en balk, tot een positie waar ‘dragende gevel’ discutabel wordt. Een gevel waar dat niet voor hoeft te gelden is de dikste aller gevels; de dubbele huid-facade. met een transparante buitenhuid, een regelbare adaptieve tussenzone en eventueel volledig transparante binnenhuid kan draagconstructie zichtbaar blijven. De draagconstructie kan zelf in die gevelzone staan. Maar het is tot dusverre niet gebruikelijk deze constructie geïntegreerd als dragend onderdeel op de bouw te monteren. De afmetingen worden daarvoor te groot.

Overdekte buitenruimte in IBN/DLO gebouw, nu Alterra in Wageingen, architect: Stefan Behnisch foto: http://www.mech.hku.hk/sbe/case_study/case/ner/IBN-DLO/IBN-building-facades.htm

4.

PROUVÉ EN DE INDUSTRIËLE GEVEL Pionier in architectuur met metaal is de Franse ontwerper, bouwer en fabrikant Jean Prouvé. Als hij al niet zelf de uitvinder van veel moderne gevelsystemen is, dan is hij toch tenminste één van de belangrijkste grondleggers ervan. Hij bracht nieuwe technieken en productiemethoden uit de industrie naar de architectuur, zonder ooit de schoon-

Kantoor voor de Société Languedocienne de forages pétroliers,Talence 1958-59 C.I.M.T.-

heid uit het oog te verliezen. De vier volumes die over

H-vorm constructie met afgespannen dak 1958-59

zijn werk zijn verschenen onder de titel ‘Complete Works’2 laten het breedst denkbare scala aan experimenten met Het “Les Jours Meilleurs“house 1956, serie schetsen van Jean Prouvé, die de bouwvolgorde laten zien.

metalen gevels zien. Als ontwerpende fabrikant wordt bij hem elk idee direct werkelijkheid: elke schets resulteert in een prototype: of het nu om een stoel gaat of om een dragende gevel. Bestudering van zijn lange carrière maakt het mogelijk zijn werk vanuit de draagfunctie van de gevels te groeperen. Dragende gevels in metaal beperken zich tot gebouwen van maximaal twee lagen. Prouvé experimenteert veel

Design & Bouw competitie door Frans Ministerie van Onderwijs 1962-63, dragende studie voor schoolcomplex te gevelconstructie, maar in prefab beton in verband met isolatie en brandveiligheid Nevers dragende gevel 2 verd.

met kolomconstructies in de kern van het gebouw, die via de gevelconstructie wordt ‘afgespannen’. Het buigend moment dat het gevolg is van de vloerbelastingen wordt tegengewerkt door de voorspanning in de liggers. Zo draagt de gevel niet direct de vloeren, maar speelt ze als de scheerlijnen van een tent een hoofdrol in de stabiliteit van het gebouw.

Bouwcomponenten voor appartementengebouwen zelfdragend trappenhuis, gevelsysteem met externe kolommen

Bij hoge gebouwen wordt enkel nog de horizontale windkracht door de gevel of één der componenten in de gevel naar de hoofdraagconstructie gevoerd. Prouvé maakt geen dragende elementgevels voor hoogbouw: er wordt (ook de gevelzone) een duidelijk onderscheid gemaakt tussen drager en invulling. Daarbij kan de gebouwdrager nog steeds in het gevelvlak zichtbaar zijn, zoals de Geneeskunde Faculteit in Rotterdam3 laat zien. Maar de gevel valt uiteen in drager met bekleding en invulling. De architectuur verschuift van een integrale benadering naar een modulaire. Veel aandacht gaat uit naar het systematiseren en industrialiseren van de verbinding en de invulling. Swiss Re Headquarters Londen, door Foster + Partners 1997 - 2004

2

Peter Sulzer, 2008, Jean Prouvé, Complete works, Birkhäuser, ISBN 978-37643-2472-8

3

Faculteit Geneeskunde 1966-71 door architectenbureau OD 205, gevel door Jean Prouvé, gebouwd door C.I.M.T.

Ontwerp omhulling USA Egg voor architect André Bruyère door Jean Prouv'é 1976-78

‘Dragende gevel’ van geneeskundefaculteit in Rotterdam, OD205. De vergaande integratie van klimaatinstallatie en draagconstructie in de gevelzone is later een groot probleem gebleken bij modernisering van de installaties.

5.

DEFINITIEBEPALING / TYPOLOGIEËN Wat is een dragende gevel? Het overzicht hiernaast toont met kleine schema’s een aantal tussenstadia van dragende naar hangende gevel. Voor dit onderzoek beperken wij ons tot type 1 en 2: de gevel die deel uit maakt van de hoofddraagconstructie en vloeren draagt. Maar daarmee is nog weinig gezegd over de opbouw van de gevel. Ook een in één keer op de bouwplaats aangebracht dragend gevel element kan zijn opgebouwd uit een dragende component, waar andere gevelcomponenten eigenlijk aan zijn opgehangen. In metaal of composiet zou het niet voor de hand liggen om de dragende gevels tot monolieten te beperken. Er is geen sprake van een goedkoop bulkmateriaal, maar bijna altijd van een hoogwaardige, maar prijzige draagcomponent, die zowel een relatief hoge druk- als treksterkte heeft. De dragende component wordt slim ingezet en er zal daarmee al snel een onderscheid gemaakt worden tussen de dragende en de vullende onderdelen van een gevel. En daar begint de complexiteit. Waar in de ‘gevelzone’ of zelfs waar in het gevelelement staat de dragende component? Hier volgen een aantal onderscheidingen.

MODULAIRE EN INTEGRALE ARCHITECTUUR Een belangrijk onderscheid is te maken tussen een modulare en een integrale gevelarchitectuur. Binnen beide groepen onderscheiden we het: •

het modulaire (M) of vormvrije element (V)

•

het afzonderlijke dragende frame (F)

•

het elementframe met invulling (I)

•

de combinatie

Bij de modulaire architectuur zijn verbindingen, aansluitingen en invullingen te standaardiseren. Bij de integrale architectuur is er welliswaar een gestandaardiseerde profieldoorsnede over draagconstructief frame en bevestigings-’kozijn’ rond het invulelement mogelijk, maar moeten zowel kruispunten als vullingselementen customized gemaakt worden. Digitale technieken vergroten de ontwerpvrijheid als de randvoorwaarden parametrisch worden vastgelegd. integrale architectuur is veel meer projectgebonden, dan modulaire architectuur, waarbij een producent kan inspelen op regelmatig terugkerende situaties. Deze studie richt zich verder in hoofdzaak op de modulaire architectuur. Er is niet voor niets op Mies van der Rohe teruggegrepen: voor hem was systematiek nauw verbonden met esthetiek. Als de dragende gevel niet wordt teruggebracht tot hele kleine stapelbare elementen (en dat lijkt het doel van industrialisatie) dan ligt een architectonisch en bouwtechnisch onderzoek naar grote repeterende elementen voor de hand.

6.

INTEGRALE OF MODULARE ARCHITECTUUR? De onderzoeksopdracht richt zich op draagconstructieve

Future challenge

Function

industriële gevels; waarbij industrieel wordt opgevat als

Means of façade product architecture integral architecture

een in de fabriek vervaardigde gevel, die in onderdelen op de bouw wordt gemonteerd. Er kan een onderscheid

Minimize embodied  energy

gemaakt worden naar integrale gevelarchitectuur en mo-

Choose materials

Choice in terms of functionality

Reduced material  quantities

Integral architecture to  optimize construction

Optimize both: parts and  interfaces

Offer recycle ability

dulaire gevelarchitectuur - naar het schema: het verschil tussen de vrije vorm en de gevel opgebouwd uit zich herReduce operational  energy

halende, gelijkvormige elementen. In de integrale architectuur van constructieve gevel heeft de metaalindustrie de sterkst denkbare positie. In de modulaire architectuur van constructief dragende gevels, heeft de metaalindus-

Integral architecture to  optimize construction

Adapt to climate

Change behaviour of integral  Integrate adaptable elements  elements and  and sub components subcomponents

‐ Embodied energy

trie bij hoge gebouwen nog nauwelijks een rol. In het hier-

Reduce number of  De‐coupled interfaces between  inseparable materials, down  commercial materials and  cycle elements / re‐use, recycle

Improve level of  insulation

Predict performance:  ‐ Operational energy

Predict façade  performance

modular architecture

Choice in terms of  functionality

Optimize parts separately and  interfaces

Assessment of individual  Integral design and intensive  commercial materials, elements  calculation on project basis and sub‐components and their  interaction

‐ Comfort

naast afgebeelde schema (Klein 2013) zijn toekomstige

Shorten design process

kansen en verbeteringen voor beide gevelbenaderingen

Shorten production  and assembly process

Create a faster  process

verzameld, overigens zonder dat dit over constructieve

Reduce external risks

gevels gaat. Toch zijn de verschillen manifest.

Bridge knowledge gap  between stakeholders

De integrale architectuur is veelal gericht op vormvrijhe-

Enable architectural  possibilities

den binnen een systematische werkwijze. Bij modulaire

Allow architectural  variety Support architectural  design intentions  throughout process

architectuur staat standaardisering van producten centraal. In het geval van draagconstructieve gevels spreekt men van integrale architectuur als een bijzondere vormStimulate  innovation

vrije draagconstructie leidend is voor het gevelbeeld, zoals bijvoorbeeld bij een dragende blob-gevel of een steeds

Control innovation  centrally Incorporate decentral innovation Upgrade existing  construction

veranderende maasvorm van een constructieve gevelbuis. Bij een dragende gevel van zich steeds herhalende

Built up process knowledge/ Design and build

System design prior to project 

Specialize on technology/  improve production

Use broadly accepted  technologies (tool box)/ Pre‐ manufactures elements  and components

Minimize dependencies/put  Specific interfaces and  risks in one hand responsibilities Centralise decision  making/direct involvement  of designer

Use broadly accepted  technologies (tool box)/Provide  different levels of information

Custom building Allow process flexibility

Enlarge system catalogues for  design options

Integrated process

Specific design intentions/make   stakeholders aware

Centralise decision making

System management/rethink  interface structures

• Insulation against heat, cold and noise, improve commercial materials,  • waterproofing Rethink technology and   interior, • providing natural light for the elements and components  production process • protection against light, separately • resistance against wind loads, interior loads and self-weight, • vapour management, De‐coupled interfaces between  Exchange of complete  inside • visual contact to outside and elements and sub‐components  construction necessary • architectural appearance. to allow upgrade, exchange All these different kinds of functions are named on the same level. For optimal

the façade should thus not be a static construction but change in response Tillmann Klein, 2013, Integral Facade Construction, proefschrift, functioning, abe.tudelft.nl

vloerondersteunende elementen gelden de verbeterings-

Figure 180 How different product architectures can address future challenges

suggesties voor modulaire producten.

to influencing factors. Therefore, adaptability should also be included in the list of functions.

Future  Een belangrijk onderscheid dat Klein maakt isChallenges dat verbeteringen met betrekking tot modulaire systemen gevonden

237

Case study evaluation

i

kunnen worden in productoptimalisatie, terwijl bij integrale architectuur de verbeteringen zich vooral op het proces, de werkwijze, de communicatie en de vroegtijdige samenwerking van de bouwpartners richt. Dit lijkt onverkort van toepassing op dragende gevels, met de kantekening dat er dan nog meer vroegtijdige afhankelijkheid bestaat tussen de verschillende bouwpartijen. De producten kán zelf zowel opdrachtgever, ontwerper en bouwer worden en

Figure 40 Gevelfuncties, schets Ulrich Knaack Requirements on façades according to Knaack

daarmee de voor integrale architectuur aanbevolen central decision making naar zich toe trekken. Maar een pro-

105

ducent wordt hiermee mogelijk concurrent van zijn eigen

Systematic for a constructional façade analysis

Onderscheiding naar schijf- of kolomvormige dragers in de gevelzone, Gerritse, C. 1986, in Integratie in de Gevelzone, dragende metalen dragers kommen binnen zijn onderverdeling enkel als kolommen voor.

klanten. Het verdient aanbeveling om dan hiervoor een nieuw bedrijf voor te ontwikkelen. Zelfstandig kunnen producenten zich wel op modulaire productontwikkeling richten. Daarmee kunnen vooraf geteste systemen ontwikkeld worden, die met gestandaardiseerde aansluitingen de mogelijkheid bieden om letterlijk als dragend ‘framework’ voor gevelcomponenten dienst te doen. De leden van de VMRG kunnen daarbij zelf de grootste leverancier van deze componenten zijn. Deze studie is een verkenning, maar met in het achterhoofd een focust op de ontwikkeling van modulaire systemen.

7.

i

INTEGRALE ARCHITECTUUR In de integrale architectuur-benadering van de dragende gevel heeft staal traditioneel een leidende positie. Het John Hancock Center in Chicago op de voorzijde is veelzeggend: De integrale externe draagconstructie is hier van staal, de modulaire gevelvulling is gemaakt van staal: door de vorm van het gebouw is de dragende gevelconstructie een vorm van integrale architectuur. Het gebouw beweegt zich op de grens tussen modulaire repetitie en integraal exoskelet. Geen ander materiaal is zo sterk, kan zowel trek als druk opnemen (ook handig bij aardbevingen) en kan zo gemakkelijk op maat gesneden (en gelast) worden. Het productieproces van producenten is vaak al flink geoptimaliseerd voor de prototypische gevels: waarmee bedoeld dat er zelden meer dan één gebouw mee wordt gemaakt. bijgevoegde afbeeldingen uit: Modern Construction Handbook van Andrew Watts1 maken dat direct zichtbaar. Zelfs wanneer zo’n gebouw met integrale draagconstructieve gevel wordt opgetrokken uit beton, is er nog staal nodig voor de wapening en de bekisting.

1

Andrew Watts, 2013, Modern Construction Handbook, Ambra, ISBN 978-399043-454-3

Gewapend beton constructie. Tod’s Building Tokyo, Japan. Architect: Toyo Ito

Diagrid constructie

8.

GEAVANCEERDE ROBOTTECHNIEKEN Het boek Industrialised Building (z.o.z.) biedt een goede terugblik. Het laat anno 1964 voor dragende gevels een scala aan nieuwe industriële technieken zien, waarvan enkel nieuwe systemen hebben overleefd die eenvoudig te isoleren waren en de veranderde regelgeving wisten to doorstaan. Een nieuwe techniek is zelf geen doel op zich. Architectenbureau DUS probeert een grachtenpand 3D te printen, wat de associatie met de ambachtelijke, soms zelfs geslepen baksteengevels oproept. Maar zie de Architctenbureau DUS print ‘grachtenpand’

recente Chinese kijk op de zaak: prefab bouwen met de

associatie met hoogwaardig 17de eeuws handwerk

bestuurbare betonpomp. Bij een vergelijkbare techniek als contour-crafting1 wordt de wanden laagje voor laagje opgebouwd op de bouwplaats, gecombineerd met andere componenten die met een robotkraan worden aangebracht. Maar hier brengt men de fabriek naar de bouwplaats in plaats van andersom, wat het transport nauwelijks verminderd. 3D

printen

alsnog

te

van zullen

facadeonderdelen beperken

tot

lijkt

zich

bijzondere

voor-

Prefab 3D geprinte woning Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co

knoop-

Prefab 3D geprinte gevelwanden deels gemaakt uit gerecycled bouwpuin

punten van dragende gevels. 3D-printen of computerfrezen in staal of aluminium lijkt vooral geschikt voor integrale architectuur van het type CI-VI, VF of VIF: De stijlen en kozijnprofielen hebben een gestandaardiseerde profieldoorsnede, maar moeten worden gebogen of worden gelast, de knoop kan met digitale technieken geprint of gefreesd worden, analoog aan rapid prototyping-technieken2. Het vergt een sterk op het project toegesneden organisatie en vervaardigingstechniek. 20

NAAR MM OF NAAR CM?

Airtight sealing between prefabricated

Alcoa 3D geprinte gevelknoop door 3D geprint knooppunt in aluminium, gemaakt met een Conceptlaser concrete elements dr. ing. Holger Strauss, TU Delft systeem door EOS @ Sintertechnik GmbH Bituminous band is heated and applied over the

Ooit was de duim een mooie maateenheid in de bouw, omdat het ongeveer de precisie was die in weer en wind

joints before thermal insulation and façade components are fitted.

te bereiken viel. In de huidige bouw sluiten de toleranties van hoofddraagconstructies en afbouwconstructies niet bij elkaar aan. Hoofddraagconstructies zijn groot en zwaar en worden gemaakt of samengesteld op een bouwplaats, die vergeven is van weer, wind, water en vooral veel modder. Vliesgevels zijn nauwkeurig tot op de mm en worden samengesteld in een bijna stofvrije fabriek. De bouwoplossing is het verstelbare anker, dat grof en fijn op elkaar afstemt. Een precieze dragende gevel in fijnbesnaard aluminium, staal of composiet probeert óf het stelanker (bijna) te elimineren door de vloeren en daken net zo precies te Afbouwprecisie...?

maken, óf het in het bouwelement in te bouwen.

22 Ruwbouwprecisie...?

Principle of sealing between concrete facade elements. The sealing for water and air is arranged in two separate layers. The rainwater-seal is arranged in the horizontal joint by an overlap, and in the vertical joint by a widening and a flexible hard plastic profile that is inserted into the joint from above. The airtight seal is arranged on the interior side by means of rubber profiles or mastic.

Maar er is natuurlijk ook een andere tactiek. De prefab betonnen (dragende) gevel heeft de maatvoering en toleranties van de ruwbouw niet aangepast aan de afbouw maar andersom. Ook dat is te overwegen: een gevel in staal of 21 aluminium waar pur of kit de aansluiting en afdichting ver-

of horizontal and vertical joints zorgt. Vanwege de prijs en mogelijkheden van hetJunctions metaal,

At overlapping jonts, gaps are created allowing elements to expand.

blijft deze variant in deze studie buiten beschouwing. 1 http://www.contourcrafting.org/ 2 http://facadeworld.com/2014/01/12/rapid-prototyping-in-facades/ 70 en http://facadeworld.com/2013/09/23/am-envelope/

VERBInDUnGEn

knaack-BTuV-engl.indd 70

9.

07.04.2009 15:10:46 Uhr

INDUSTRIËLE / MODULAIRE ARCHITECTUUR EVEN TERUG NAAR DE JAREN ‘60

Coignet Van oorsprong frans systeem gebaseerd op solid box van zes stijve vlakken. In Nederland aangepast en toegepast onder de naam Dura-Coinget door aannemer Dura en architectenbureau Groosman Partners.

Het klinkt niet erg innovatief: terug naar de jaren ‘60. Toch is die zoekende begintijd van de industriële dragende gevel een zeer vruchtbare periode om op terug te kijken voor een herstart van de modulaire dragende gevel in andere materialen en met nieuwe functies. In de jaren ‘60 was industrieel haast synoniem met modulair. Maar de dragende gevels in beton kennen meestal nog geen droge montage. En met dragende modulaire systemen in staal, hout of

Bakelite gewapend kunststof element rond een stalen frame, met geïntegreerde stalen koppelingen, phenolic foam beschermt de constructie tegen brand. VK, Birmingham

kunststof bouwde men zelden hoger dan twee lagen. Hier een opsomming van systemen, zoveel mogelijk vergezeld van een tekening of foto van de verbindingen.1

1

Diamant, R.M.E., 1964, Industrialised Building, Illife Books Ltd. London

precast concrete Amerikaans geprefabriceerde dragende betonframeconstructie, Vloerdragende balken liggen op het frame dat een vrije invulling kan hebben. In het werk aangestort. Peter Bent Brigham Hospital Mass., The Architect Collaborsative.

Schokbeton Industriegevels waarbij betonpanelen in een sleuf tussen de draagconstructieve elementen werden geschoven.

box unit construction Sovjetunie: in massa geproduceerde flats van stapelbare çontainerelementen met kolommen op de hoeken, waarvan het wapeningsstaal in het werk aaneengelast werd om vervolgens aaneengestort worden. Dragende functie van de gevel is beperkt.

Techbuilt Zweeds Techbuilt systeem van stalen framework, met balken en gevelkolomprofielen van 2mm dik gezet stalen gestandaardiseerde knopen en gestandaardiseerde pui-elementen van 1200 (vulling) en 100mm (voor kolom). Gevel voorzien van geïntegreerd waterafvoersysteem. Staalbouwer produceert gehele woning.

G80 Engels bouwsysteem met gestandaardiseerde kolommen en dragende (gevel)elementen die over de wapeningstaven worden geschoven om vervolgens te worden aangestort via gains. Een voorloper van het CD20 systeem?

Camus Frans systeem van prefab gevelelementen, die soms dragen en soms niet. Samengestelde panelen van draagconstructieve en nietdraagconstructieve componenten worden soms samen in een montagehandeling op de bouw aangebracht.

10.

MODULAIRE ARCHITECTUUR DRAGER VAN VLOER- EN WINDBELASTING In het schema hiernaast zijn een aantal situaties weergegeven met betrekking tot de constructieve rol die een dragende gevel kan spelen. De producent van het geveldragende element zal moeten bepalen of deze ook verantwoordelijk wil zijn voor de vervaardiging van de verdere draagconstructie om bijvoorbeeld verbindingen en montage in eigen hand te houden. De voorbeelden van Jean Prouvé en zijn bouwconstructiebureau C.I.M.T. laten die scheiding duidelijk zien. Bij projecten waar de gevel dragend is zijn zij hoofdaannemer; werken ze samen onder leiding van andere partijen, dan is de gevel niet dragend en beperkt de verantwoordelijkheid zich tot het te monteren product.

WAND, KOLOM OF RANDBALK INCORPOREREN

4. Arrangement with ventilated cavity and open or overlapping

5. Loadbearing layer with integrated thermal insulation, ventila-

Een typologische manier om naar de draagconstructieve

joints (16):

ted cavity and open or overlapping joints (17):

This layer also has a mechanical protection function, it offers

Waterproofing is required behind or under the covering.

componenten in een dragende gevel te kijken is door de

protection from UV radiation, and serves an aesthetic purpose.

Sheeting which is open to vapour diffusion, but waterproof, can

verschillende typen van dragers te bekijken, die in het ge-

On the roof, it can function as a surface on which it is possible

be used in walls for this purpose – but in roofs, the layer must be

to walk, but can also be omitted if the water-repellent layer on

fully water- and vapour-proof; in this case a vapour barrier is also

the thermal insulation meets the requirements with regard to

required on the internal side. Nowadays, this type of construc-

strength and UV-resistance. The water-repellent layer on the

tion is rarely used in roofs (the so-called cold roof) since the risk

naar wand, kolom en (rand)balk. Het moge direct duidelijk

thermal insulation in the wall can be of a lesser quality than the

of internal condensation is too high. Removing moisture that has

one on the roof, as it is not directly affected by water. Sheeting

built up in the construction through ventilation is difficult, unlike

zijn dat het type ‘wand-drager’ meer geschikt is voor verti-

openingsin in walls openings smaller than structural grid which is open to vapour diffusion, but waterproof, is sufficient sloping or vertical surfaces.

cale glasopeningen en de randbalk of borstweringsdrager

vapour barrier are necessary.

velelement zijn geïncorporeerd. Hiernaast het onderscheid

Although in recent decades various buildings have been con-

here. On the roof, however, good waterproofing and an efficient structed in which glass forms part of the main loadbearing struc-

juist meer geschikt is voor horizontale glasstroken.

If the size of the opening is smaller than the modular dimension of the building element, no special constructive measures are

ture, in the vast majority of cases the openings through which

required, provided there is a sufficient amount of strong and

light enters and the outside world can be seen actually represent

rigid material around the opening to divert loads (70). Any rein-

breaks in the support function of the construction, be it a wall or

forcement that may be necessary can be made within the limits

a roof. With doors, stairwells and open roofs that is always the

of the element itself. The façade element has a homogenous

case.

structure. As long as the remaining material is or can be made

In principle, there are three possibilities: The periphery of the

(by reinforcing a concrete element, for example) strong and rigid

opening is smaller than the structural grid. The periphery is, in

enough, it is possible to make an opening in the surface. The

parts, the same as the structural grid. The periphery of the open-

type of connection between the wall elements and the surround-

ing exceeds the structural grid.

ing construction can be totally different to the connection between the window frame and the wall. The opening is smaller than the distance between two posts (columns or horizontal

POSITIES: GEVEL & DAK / GAT & STRUCTUUR Bij de integrale architectuur-benadering vormt de dragende2gevel het exoskelet van een vrije architectonische | Components vorm. Bij veel van deze gebouwen is de precieze overFunctions and characteristics of constructions

opening size coincides with structural grid members) that make up the support structure of the outer wall.

In a system with loadbearing columns or with horizontal mem-

In order to connect the window frame with the support elements,

bers with infill panels, the filling can be replaced, either partly or

So “construction’ here refers to all assembled components anda subframe will have to be fitted. The connection between the window frame and the subframe is the same all around the edg-

of floors,De roofs, columns, is not restricted to the notion of a support structure. A supportes. Provided the remaining material is strong and rigid enough, gang Buildings tussen are daktraditionally en gevelmade nietupscherp: blob-achtige outer walls, inner walls, doors, windows, balconies, stairs, and

the element into which the opening is cut can continue to fulfil its

structure is that part of the overall construction that is responsi-support function. The connection between the window frame

gebouwen schuwen niet de opbouw uit regelmatige other features. Each of alleen these parts is themselves made up of ble for keeping it in place. The parts of the building form a hiernumerous smaller products and materials. In fact, all these parts

ture is not disrupted, so the columns and horizontal members do not have to be strengthened. If the opening runs all the way to the edge of the element, it is a good idea not to break through the edge of the element. This means the connection of the outer

and the wall element can also be of a different type to that be-

wall unit with the next element will then remain of the same type.

tween the individual wall elements.

The connection with the window frame will also remain the same. Different types of connections are often difficult to design and

archical system, in relation to the support function. The primary

rechthoeken, ze vertonen veelal een oppervlak met veel parts in the fore of this hierarchy can be described as structurare “components’ that together make up the whole, in other words,

would certainly require extra attention. The same problems exist for openings with the same size as the structural grid (71). Here, though, the element in which the openings are made is punctuated so that the loads that are ex-

the building. In this book we limit ourheel description to the het highest verschillende hellingshoeken. (En vaak gaat daar ally loadbearing: they do not depend on the secondary or tertiary level of scale: the surfaces that enclose the void or space formed

completely, by a transparent infill element. The loadbearing struc-

erted upon it (vertical and horizontal, weight and wind) have to be transferred to the adjacent elements. This means they have to

parts. All parts of a building do have a structural support func-

be designed accordingly, and the joints between the elements

in uitvoering, onderhoud envertical reiniging helaas ookAllbehoorby the building – horizontal, or sloped surfaces. parts tion, as Overgangen they are subject gevel to engravity, but not all of them perform aopeningen kleiner dan draagstructuur 70

of the building can be regarded as such a surface, or a part

lijk mis.) Anders spectaculaire thereof. In orderdan to bewat able de to properly understandvormen the naturedoen of

Opening in a wall The openings are smaller than the structural grid.

crucial part the building´s structural integrity. dak inbijmaintaining orthogonaal

have not only a sealing function, but also have to be able transfer these loads. The wall panel-to-wall panel and frame-to-wall panel connection types have to be harmonised.

modulair systeem The main function of abeconstruction is to act as an intermeditrekkelijk precies te

the construction, we have to know what function the composeparating membrane between one space and another. vermoeden is de blob-gevel in de praktijk toch vaak een ary, as abepalen en daarmee nents fulfil.

betrekkelijk domme huid1. Het is vaak meer een Separating function

58

BAUTE I LE

Any outside influence – be it in the form of energy, such as light,

uit toolbox juiste vulor in the form of matter and energy, like raindropsopenings larger than structural grid extra heat or sound, element te kiezen. If the opening cuts through the structural posts (columns or horknaack-BTuV-engl.indd 58

07.04.2009 15:10:28 Uhr

falling at a particular speed, or wind – that comes into contactizontal members), a trimmer construction is needed to make up

The openings in walls consisting of blocks (concrete blocks,

the disrupted load transfer (73). It may be desirable to double 16 a construction can be reflected or accepted by, or passfor17

der to accept the load from the upper part of the construction,

schil of dan dea klimaatregelmachine toegespitst op de with By tent setting aside void that is separate from the infinite and natu-

bricks etc.) are usually larger than the component blocks. In or-

the number of columns or horizontal members or to reconsider lintels made of natural stone or brick, concrete or steel are used. Rechts: de relatie tussen de gatmaat en de hoofdstrucThe areas of the wall on either side of the opening must be tuur. Bij een modulaire dragende gevel wordt layer vrijheid The remaining material above and with below the opening has to thermal strong enoughinsulation to accept the diverted loads (72). Separation of load-bearing and thermally insulating Load-bearing layer integrated with achterliggende werkplek(ken). Veel modulaire gevels kentransfer the façade loads to the columns or walls. Fitting a subthat are safer, healthier and more pleasant than those offered by reflected, accepted or allowed to pass through is always the withbuiten ventilated and open or overlapping ventilated cavity and open or overlapping joints. om de cavity structuur te treden kleiner:joints onderste afframe around the opening can prevent the weakest link from deThe outer layer provides mechanical and UV-protection. The waterThis build-up usedTheinconnections loadbearing non-loadbearing façade termining the size of the is elements. between and the natural spaces. Certain natural or man-made influences are exsame as the amount of energy and matter that “strikes” the conbeelding laat goed zijn hoe bij de dragende gevel ‘wenen per m2 veel meer verschillende functionaliteiten; de elements should not onlywith have atimber sealing function, but also be proofing layer is positioned underneath. constructions posts. zensvreemde’ lateien ingevoegd. cluded from such a void (rain, for example) or in some cases struction. In the case of worden reflection or being allowed to passable to transfer loads. The transfer of loads can be arranged via

ral space of the outside world, we are able to create conditions

through the construction. The sum of the energy or matter that isthe direction of the load transfer.

oriëntatie element binnen zekere grenzen vast- through, the influence may remain unaltered, or its direction may mutedvan (suchhet as traffic noise).isWithin the space itself we can also

a lintel or a subframe behind the wall elements; alternatively, the

cut ourselves off from others, thus combining the benefits of liv-

gelegd en daarmee is de precieze keuze uit de elemening close to others with the need for one’s own territory, or pri-

Onder: Hoe gaat een gevel met ‘invloeden’ om. Naast licht, lucht, vocht, straling, temperatuur en geluid kunnen ook de op een gevel werkende krachten worden beschouwd vanuit reflectie, absorptie, transmissie.

change, or it may be dispersed (1).

vacy. We can then carry out activities in such an exclusive space tenbibliotheek overzichtelijk geworden. Hiernaast enkele that may be harmful, unsafe or unpleasant for others, or for nature.

Separation by meansmet of a construction is the intermediate stage aspecten van gevels, een toelichting vanuit een con-

connections between the elements should be able to transfer the loads.

71

Opening in a wall The openings coincide with the structural grid.

openingen samenvallend met draagstructuur

BAUTE I LE

23 BAUTE I LE

72

knaack-BTuV-engl.indd 23

knaack-BTuV-engl.indd 59

between natural space and a location that has been made habit-

59

07.04.2009 07.04.2009 15:09:44 Uhr 15:10:29 Uhr

Bonnefante Museum, Maastricht, Aldo Rossi, 1995 Lintels are integrated into the brick façade for load transfer.

2 structieve, industriële . De modulariteit able. By constructionbenadering we mean a combination of material van partsde

or components that exist in the same form outside the construcgevelopbouw maakt het optimaliseren van het element tion as they do within it, and whose specific material characteris-

tics and shape are largely retained in the construction, and which mogelijk, doordat ingezoomd kan worden op vastgelegde fulfil a specific functional part of the construction. Examples of

randvoorwaarden. non-constructions are for instance: 

a homogenous sheet or plate (there is no composition)



a sheet with a coat of paint (the coat of paint cannot exist in its own right)

1

De voorbeelden Burry, Janebut & Mark, 2010 TheinNew  duplex glue zijn (hasuittwo parts cannot exist its Mathematics own right) of Architecture

2

Meijs, Maarten en Knaack, Ulrich, 2009, Components and Connections

73

Opening in a wall The openings are larger than the structural grid.

Reflection

11.

Absorption

Transmission

1

Reflection, absorption and transmission It is not just light that falls onto glass, but all exterior influ-

openingen groter dan draagstructuur 60 BAUTE I LE

knaack-BTuV-engl.indd 60

07.04.2009 15:10:30 Uhr

EENVOUDIGSTE OPTIE: DRAGENDE GEVELSTIJL Als slim systeem met helder onderscheiden functies is de vliesgevel - the curtain wall - onovertroffen. De eenvoudigste vorm van een dragende aluminiumgevel lijkt een vliesgevel waarvan de gevelstijlen zo zwaar zijn uitgevoerd dat deze één of meerdere vloeren en het dak kunnen dragen. Voor een kas of serre nog een zeer gebruikelijke toepassing. Bij grotere belastingen en zettingen daarentegen zeer complex. Zeker in draagconstructies waar een vervorming in de tijd (kruip) plaatsvindt (hout, beton), is moeilijk verschillende manieren om een gevel in elementen op te delen

in te schatten of de fijne delen zoals de bevestiging van glas of paneelvulling voldoende tolerantiemarge hebben om dat op te vangen. De serrebouwer maakt ook het serredak. Is de serre-gevel van aluminium dan zal niet snel voor een betonnen dak gekozen worden. En is het een dragende gevel? Het lijkt vergelijkbaar met het traditioneel dragende houten kozijn, dat als frame op de bouw aankomt en best een vloer of dakbalk dragen kan. Maar zodra het een groot gebouw wordt en toleranties en plaatsingsnauwkeurigheid en transport een rol speelt, kiest de uitvoerder er toch al snel voor om vulling en frame apart aan te brengen.

DE ELEMENTGEVEL De aluminium elementgevel kan worden opgeblazen tot een dragend element. Maar vanwege draagvermogen, brand en uitzetting zal de drager niet snel van aluminium gemaakt worden. Tot welke grootte een gelaste staalconstructie voldoende precies te vervaardigen is, is ook een kwestie van kosten. Met een vernuftige zelfzoekende koppeling kunnen de plaatstoleranties van het dragende element afgestemd worden op de precisie van de aansluitingen van de gevelhuid, die bij een elementgevel vaak vrij zijdelings in te schuiven is. van vliesgevel naar directe bevestiging op kolom, en onder een mogelijk dragende versie van de elementgevel

12.

GRID EN BANDRASTER Een verschil tussen een gebouw met dragende gevels en een met een skelet of dragende wanden manifesteert zich in het bandraster van de gevel. Bij een eenvoudige rechthoekige doos verandert de systematiek alleen op de buitenhoeken en volgt de gevel verder het stramien. Hiernaast een schematische situatie met tevens binnenhoeken. Bij het bandraster rond een repeterende hoofddraagstructuur is het deel van de gevel gearceerd dat gelijk blijft. Door een systeem te ontwikkelen dat de voorwaarden voor binnen en buitenhoek vroeg kenbaar maakt, kan voorkomen worden dat de ontwerper in een later stadium het stramien moet aanpassen. De technische aspecten van een draagconstructief gevelsysteem komt vaak eerder in het ontwerpproces aan bod dan bij een niet-dragende bekledingsgevel. Wanneer het hart van het dragend gevelelement op het stramien ligt en de dragende component zich aan de binnenzijde en de isolerende component van de drager zich aan de buitenzijde bevindt, verschilt de maat van de binnenhoek in principe niet van de buitenhoek. Het onderste schema toont dat het principieel onmogelijk is om met allemaal dezelfde grote dragende elementen een gebouw met binnen en buitenhoeken te dragen en te omhullen. Het probeert alvast een overzicht te geven hoe de elementvorm slim te kiezen.

DE FRAMECONSTRUCTIE ALS CONTAINER De truc van de container is de stapelbare bouwsteen, met gestandaardiseerde aansluitingen en een robuust, veilig omhulsel. Voor de zekerheid worden containers op schepen soms van kruisbanden voorzien. Zo moet een gevel te bouwen zijn. Een dragend gevelelement - en vooral een dragend frame - kan als container worden opgevat. Een container voor alle gevelfuncties; van glimmende patroonbeplating tot de meest geavanceerd geïntegreerde klimaatinstallaties. Samengesteld in de fabriek, in één keer aangebracht op de bouw. Maar het beschermende omhullende frame zit noodgedwongen maar rond een deel van het gevelpakket. Met ruwbouw elementen wordt anders omgesprongen dan met de fijne afbouw. Als uitgangspunt is om de gevel modulair in één keer op te bouwen, dan moet een groot deel van haar geometrie en oppervlak zorgvuldig beschermd worden, misschien wel tot na het moment van montage. Er kan een gestandaardiseerde beschermkist worden overwogen, waarbij de draagconstructieve component in het gevelelement deels als deksel functioneert. Als het transport van fabriek naar bouwplaats tot een minimum beperkt moet worden, dan geldt dat zeker voor uitstekende delen (balkons, luifels, zonwering, etc.) Al zal ook bij een dragende gevel het stapelen bij het transport maatgevend zijn voor het opdelen in afzonderlijke onderdelen.

snelle zelfcentrerende verbinding in hoeken containerframe.

13.

POSITIE VAN DE DRAGER IN DE GEVEL Bij een samengesteld gevelelement zou beargumenteerd kunnen worden dat ‘dragende gevel’ een gradueel begrip is. In deze overzichtsschets zijn verschillende posities van het draagconstructieve element ten opzichte van isolerende schil en vloerrand verzameld, lopend van een dragend element aan de buitenzijde (A) tot een kolom die zich aan de binnenzijde geheel losmaakt van de gevel (H) en (I). Een groot voordeel van een dragende kolom of frame van staal is dat deze de constructieve ‘zone’ niet geheel vult, zoals bijvoorbeeld een dragend element in beton. Mits de drager goed beschermd blijft tegen brand kunnen andere geklimatiseerde elementen in de inkassing tussen de dragende componenten worden opgenomen. Ook kan de drager plaatselijk van gaten worden voorzien, zodat kabels en leidingen in de gevel kunnen worden opgenomen.

14.

VLOER STAPELEN OF OPHANGEN? Voor de verbinding en de positie daarvan maakt het flink uit of de vloer daadwerkelijk op de draagconstructieve gevel moet worden gelegd of er aangehangen kan worden. Bij de laatste variant zou de producent het gevelelement meer kunnen standaardiseren zonder direct van de vloerproducent afhankelijk te zijn, omdat de ophangconstructie als interface of intermediair tussen beide producten kan worden ontworpen. Een andere mogelijkheid zou kunnen zijn om de dragende gevel op te bouwen uit verschillende (prefab) gekoppelde delen. Zou zou een deel met de vrije verdiepingshoogte afhankelijk van de functie gestandaardiseerd kunnen worden om te worden gecombineerd met een element dat de hoogte heeft van de bruto vloerdikte. Dit element kan dan ook worden aangepast op het aangrijpingspunt van balken en als een randbalk de krachtenspreiding over de dragende gevelelementen voor zijn rekening nemen. Rechtsonder is een schema getekend om te laten zien waar het steeds verder opdelen van de dragende gevelelementen toe kan leiden: de introductie van een apart randbalkelement maakt de weg vrij om de gevelvulling op te delen in paneelvulling en kolommen.

DEMONTABELE FUNDERING? Een gebouw met een dragende gevel op basis van een stalen dragende component zou op een traditionele betonnen balkenraster-fundering geplaatst kunnen worden, maar het zou interessant zijn te onderzoeken of in staal ook een demontabele fundering mogelijk is. Een met zand gevulde buispaal is na de levensduur van het gebouw te trekken en tenminste als grondstof waardevol genoeg om te recyclen.

15.

MODULAIRE VARIANTEN Hiernaast is een schets gemaakt van enkele denkbeeldige modulaire dragende gevelvarianten. Dit is gedaan om op basis van verscheidenheid verschillende aspecten ervan te ontdekken. Aan de hand hiervan zijn uitspraken te doen over zaken als integratie, verbinding, schakeling, plaatsingsnauwkeurigheid, materiaaltoleranties, uitzetting.

DE SCHAKEL Bovenste schema is van het type CI-ME of eventueel van CI-MEF. De vraag is kan een schakelbaar draagconstructief element enkel met de vullingspaneelcomponent met het aansluitende element worden verbonden. Het is een kwetsbaar element dat al snel vraagt om afzonderlijke montage van drager en vulling.

HET FRAME Het element hiernaast is een variant op CI-ME. Het constructieve frame wordt gekoppeld aan het frame van een naburig element. De vullingcomponent is direct in het draagconstructieve frame van het element opgenomen. Er kan snel gebouw worden, maar de vulling is na afloop wel te vervangen. Dit is de draagconstructieve variant van de elementgevel waar het glas of paneel ook later kan worden verwisseld. Plaatsings- en uitzettingstoleranties van draagconstructief frame en vulling moeten op elkaar worden afgestemd.

DE INFRA-GEVEL Hiernaast een schematische voorstelling van een gevel die werkt als een infravloer. De draagconstructieve elementen zijn in een betonnen binnenblad ingepakt tegen brand. Tussen dit blad en de thermische schil bevindt zich een spouw waarin klimaatvoorzieningen kunnen worden opgenomen. De compartimentering van de spouw verdient extra aandacht vanwege een mogelijke schoorsteenwerking bij brand. Uitdaging is een gevelsluiting te ontwerpen die de plaatsings- en uitzettingstoleranties van de hoofddraagconstructie kan opnemen.

DE SANDWICHDOOS met gevouwen staalplaat is een stijve doos te construeren, die als geveldragend element dienst zou kunnen doen. Veel aandacht vraagt de bescherming tegen brand van deze relatief lichte constructie. Om de gevel in een keer te kunnen aanbrengen is een onderling koppeling noodzakelijk die door de brandbeveiliging heen kan worden bediend. (Zoals bijvoorbeeld de cam-lock nut.)

16.

VERKENNEND ONDERZOEK NAAR EEN ELEMENTGEVEL MET DRAGEND FRAME ARCHITECTONISCH BEELD In het schema hiernaast zijn een aantal gebruiksmogelijkheden van een modulair element weergegeven (CI-M). Wanneer de randaansluiting van een dergelijk element zou worden gestandaardiseerd zijn elementen in de fabriek bijna volledig af te bouwen en hoeven deze op de bouw nog slechts geplaatst, verbonden en aangesloten te worden. In staal met aluminium of composiet zou de natte (of in het werk gelaste) verbinding volledig vermeden moeten worden.

HET FRAME STADAARDISEREN Het is goed denkbaar om het dragende frame (CI-MI) voor een draagconstructieve gevel zoveel mogelijk te standaardiseren, zodat de vulling of bekleding vrij te kiezen is. Zeker in woningbouw (3000mm) en in kantoorbouw (3600 / 4000mm) zijn de hoogtematen als ook de vloerdikten goed te voorspellen. Een begane grondverdieping zal zo nu en dan in hoogte afwijken, maar met een aantal varianten moet dat geen probleem zijn. Door de draagconstructieve functie geheel aan de frame-component te verbinden, kan het element voor wat betreft verticale en horizontale krachtsafdracht als mede voor stabiliteit vooraf volledig worden gecatalogiseerd. Modulaire breedtematen zijn af te stemmen op de functie. In kantoorbouw zijn dit vaak veelvouden van 900 of 1200mm, waarbij een binnenwand het eenvoudigst op het dichte frame-deel van de gevel kan worden aangesloten.

WONINGBOUW In de woningbouw zou een aantal standaard puibreedte zoals 5400 / 5700 / 6000 / 7800 gemaakt kunnen worden, die vervoerd kunnen worden zoals hsb-puien. Wel dient opgemerkt dat vooralsnog de zware geluidsisolerende woningscheidende muur in beton of kalkzandsteen de toepassing van een dragende gevel vaak overbodig maakt. Deze is wellicht te vervangen door een metalstudconstructie, maar het feit blijft dat in woningbouw meestal de korte voor de handliggende overspanningrichting van de vloer parallel aan de gevel ligt. In woningbouw zou ook met kleine frame-elementen gewerkt kunnen worden, die aan elkaar geschakeld kunnen worden. Een minimale breedte van een dergelijk element zal dan door de deurbreedte worden bepaald. Bij de renovatie van stempelplan-wijken zou het dragende frame voor de nu gesloten kopgevels een uitkomst kunnen bieden. Deze kopwanden flankeren vaak de toegangen tot de binnengebieden waardoor daar weinig sociale controle is. Een nieuwe, geïsoleerde maar relatief open, dragende gevel die mogelijk droog gemonteerd kan worden, biedt zonder veel extra voorzieningen de mogelijkheden voor woninguitbreidingen, terrassen of balkons ter plaatse van nu door de gemeente te onderhouden groenstroken.

17.

ZONES EN FUNCTIES IN DE GEVEL In een dragende gevel zijn diverse zones te onderscheiden. De dikke gevel maakt het mogelijk om niet alleen installaties in de gevel op te nemen, maar ook de geometrie van de gevel te benutten om een gunstige bezonning of beschaduwing in de ruimte te bereiken. Een groot voordeel voor dragende gevel met daarin een stalen gebouwdrager, is dat deze in veel gevallen zodanig zwaar gedimensioneerd zal zijn, dat er nauwelijk extra voorzieningen getroffen hoeven te worden voor aan de geval op te hangen constructies, zoals balkons, balustraden, zeembalkons, luifels, zonwering, lamellen. Maar, teruggrijpend op ‘positie van de drager in de gevel’ zal ter plaatse van de bevestiging waarschijnlijk wel een thermische onderbreking gemaakt moeten worden.

VLOERDRAGEND BORSTWERINGSELEMENT In de tekening van van dragende gevel naar hangende gevel wordt onder 2. een type dragende borstwerkingsgevel geschetst die telkens één vloer draagt. In staal is dit type overspanning zeer gebruikelijk bij grote overspanningen om bijvoorbeeld met een vakwerk meerdere verdiepingen te gelijk te dragen. Dat neigt snel naar integrale architectuur. Ook voor een modulaire gevelvulling zou dit type kunnen worden toegepast, waarbij het staal door zijn grote sterkte in de gevelzone veel ruimte overlaat voor horizontaal leidingentransport of veel hogere glasgevels. Het systeem is goed te combineren met luifels. In het voorbeeld hiernaast is een heel licht te construeren versie met een dragend vakwerk in de borstwering geschetst. De bescherming tegen brand vergt veel aandacht en zou het open principe ervan in de weg kunnen staan. Eronder is een gevelelement op basis van een randbalk gekozen. Deze is veel eenvoudiger tegen brand te beschermen. Pui-invulling zou samen met de randbalk kunnen worden aangebracht, maar zit dan de montage van de vloeren misschien in de weg. Bij gescheiden aanbrengen zijn de eisen voor de pui-invulling niet anders dan bij een niet-dragende gevel. Wanneer de architect het draagconstructieve element wil gebruiken voor beschaduwing (de dikke gevel) dan is het goed om te realiseren dat een horizontale luifel goed functioneert op een zuidgevel, en een gearticuleerde dragende kolom als verticale lamel juist geschikt is op oost- en westgevel. Dit komt overeen met een zekere draagconstructieve logica. Zie onder:

18.

BESCHERMEN TEGEN BRAND Er zijn een aantal methoden denkbaar om de dragende component in een gevel te beschermen tegen brand. In het verleden is flink geëxperimenteerd met diverse methoden. Te denken valt bijvoorbeeld aan de hiernaast afgebeelde US Steel Tower in Pittsburg uit 1970, waar externe draagconstructieve stalen kolommen zijn gevuld met water met antivries- en anti-corrosie toevoegingen. Er wordt gesteld dat deze oplossing de opdrachtgever een besparing van 1 miljoen dollar opleverde, waarbij niet bekend of het onderhoud daarbij is meegenomen. Achter de draagconstructie heeft dit gebouw echter ‘gewoon’ een vliesgevel. In 1970 kreeg de koudebrug als energiepro-

US Steel Tower, Pittsburg, 1970, Harrison, Abramovitz & Abbe, 256 m afbeeldingen http://www.skyscrapercity.com en http://forum.skyscraperpage.com/

bleem vermoedelijk nog niet veel aandacht. Bij een modulair dragend gevelelement zijn er verschillende methoden denkbaar om de dragende component te beschermen tegen brand, zodat door de temperatuurstijging in het gebouw de drager zijn constructieve sterkte niet te snel verliest. Hiernaast enkele ontwerponderzoekende schetsen. Natuurlijk zijn draagconstructieve componenten met warmteaccumulerend materiaal te vullen of van een sprinkler / koeling te voorzien. Gebruikelijker zal het zijn om het materiaal in te pakken. Daarbij zijn verschilende varianten denkbaar. De variant waarbij het hele element wordt ingepakt zal transparantie van de gevel natuurlijk onmogelijk maken. Bij het gebruik van expanderende coatings, moet het element voldoende ruimte in het element hebben om uit te kunnen zetten of op te schuimen.

VERBINDING IN DE CONSTRUCTIEVE KERN Bij een intern frame-element, waarbij de framelementen draagconstructie worden gekoppeld blijft de bescherming ter plaatse van de verbinding een punt van aandacht. Er kan een boutverbinding gemaakt worden bij een plaatselijke onderbreking van de bescherming, waarna deze in het werk moet worden afgewerkt en beschermd. Ideaal zou een zelfzoekend koppelingselement zijn, dat het draagconstructieve frame verbindt binnen de brandbeschermende schil maar van buitenaf bediend kan worden;

Links: bevestigingsmiddelen van IKEA kastjes: Cam-Lock Nut

bij voorkeur vanaf de binnenzijde. Elke verborgen raam- of deursluiting met een in het profiel opgenomen haak doet

Rechts Principe van meerpuntssluiting: in elkaar grijpende haken.

natuurlijk niet anders. Hiernaast ter inspiratie een typische kastwandjeskoppeling - de Cam-lock Nut - die op deze

Onder: schematische voorstelling van Camlock Nut in staalverbinding

wijze werkt: er zijn draagconstructief te belasten varianten van deze oplossing in de handel. Met de precisie van de metaalindustrie moet het mogelijk zijn enerzijds elementen zich ten opzichte van elkaar te laten uitrichten, terwijl kleine systematische afwijkingen zich niet blijven optellen. Uitzettingsdilataties van de hoofddraagconstructie vergen uiteraard speciale dilataties. Binnen het element moet rekening gehouden worden met bewegingsruimte tussen vulling of bekleding en het ‘stilstaande’ geklimatiseerd frame.

19.

DE VAKJESGEVEL Een van de droevigste aanblikken in de bedrijfsgebouwenarchitectuur is de aluminium stijlenregelwerk-pui, waarmee de architect geprobeerd heeft om een ronde vorm uit rechte vlakjes te maken; meestal de entree of directiekamer boven op een bedrijfsdoos. Hoe technisch en functioneel zuiver het principe van de vliesgevel ook is, veel architecten verfoeien het zichtbare ruitjespapier. De traditionele dragende gevel in beton of baksteen was in staat om werkelijk vloeiende vormen te maken. Nu baksteen enkel bekleding is geworden zwicht menig bouwer voor de materiaalontkennende dilatatievoeg. Enkel de architect die het gevelreliëf zorgvuldig weet in te zetten, is in staat om het uit elkaar vallen van het vlak te voorkomen. Prefab betonbouwers worden steeds beter in architectonisch zorgvuldig gebruik van de naad in het vlak. In baksteengevels zoals die in de hoogbouw van Kolhoff in Den Haag heeft de naad zijn plek in het patroon gekregen. De industrie moet zich hiervan bewust zijn en aansluitingen ontwerpen die de architect het doorgaande ongedeelde

Direct form-locking connection: In the case of a direct form-

vlak bieden. Omdat de hoofddraagconstructie-toleranties

depends on the form of the connection. The strength of the con-

locking connection, the direction in which the load is accepted nection depends on both the strength properties of the material

groter zijn dan die in het gevelvlak moet hier nadrukkelijk

and on the form of the connection (42). The connection profile can be made at specific points, but in

een oplossing voor worden gevonden, om voor architecten

most cases an element will be profiled over the whole length.

te kunnen concurreren met het doorgaande vlak dat of

One or both of the parts being connected can be given a spe-

The connection in that case will have sealing characteristics. cific form (43–45).

door het ontbreken van naden, of door de patroonwerking van naden als een ongedeeld vlak wordt ervaren. Soms is meer naden maken het antwoord op de wens de naden

Door vorm opsluitende verbindingen, met daarbij aangegeven in welke Type and function of connections richting krachten kunTightness and permeability of a building must also be ensured in nen worden opgenomen, theMeijs, connections. The 2009, sealing or indeed permeating function in uit Knaack, a the connection and can beCondetermined by the position of the joints, Components nections, 978-3-of the material used. An overview is their size or ISBN by the nature 7643-8668-9

te verhullen.

DEMONTABELE BOUWWERKEN Anders dan dragende gevels in steen of beton kan een

given in the illustration below (7).

gevel op basis van een modulair frame gemakkelijk met

43

Fixing window glazing in a timber frame The glass is not given a specific form – it is too difficult to form – but it is lcoked into the counterJoints according to positioning of components form of the frame by glazing bars.

The simplest way to provide an effective joint between two comb posite parts is through the position of the two parts in relation to each other. They do not need to be of a particular form, nor it is necessary to add any third material.

Combinations of these methods are possible and frequently

droge, mechanische verbinding worden uitgevoerd. Nieu-

applied. The choice of type of joint depends on the desired

There are three sub-types:

space separation of the construction, thecmaterial, the durability

we ‘recyclebare producten’ zijn dat eigenlijk niet, als het

and appearance the joints. Onder: overzichtof van verschillende typen voegaansluitingen, verdeeld naar stootvoegen, open voegen en overlappende voegen Meijs, Knaack, 2009

niet daadwerkelijk gebeurt. Het cradle-to-cradle manifest spreekt over het voortdurend willen upgraden van materialen. Daarvoor is het belangrijk dat het waarde heeft

d

e

f 42

materialen schoon te kunnen scheiden. In de bouw komt

Butt joints

Open joints

Position

dat in de praktijk nog (bijna) niet voor. Zoals bij de zak chips uit de supermarkt de kunststof zak niet te scheiden is van de metalen binnenhuid, zo is hoogwaardig

b

a

glas niet meer als grondstof te gebruiken vanwege de

Overlapping joints

Form-locking connections Several form connections, showing the directions from which Intern loads can be accepted. Connection a and b should be placed perpendicular to the surface of the drawing; c and d can also absorb rotation resistance; e and f can actually rotate.

c

Extern Intern

coatings. Cradle-to-cradle stelt dat zak of ruit dan in zijn hoogwaardige hoedanigheid zou moeten worden herge-

80

bruikt: omsmelten is een verlies van waarde. Producen-

VERBInDUnGEn

f

e

Extern

knaack-BTuV-engl.indd 80

07.04.2009 1

Waterproofing is improved by use of a flexible gasket. Connecting components are not arranged in one plane.

Form

ten spreken over lease-constructies - maar dat is nog niet hetzelfde. Leaseauto’s worden uiteindelijk ook gedumpt.

d

Pas wanneer producenten daadwerkelijk de frames, ver-

g

h

ankeringen en bevestigingssytemen in hun geavanceerde staat voor een nieuwe situatie hergebruiken is er sprake

i

van een upgrade. Hoogwaardige demontabele gebouwen Material

zouden kunnen functioneren als een proeftuin voor deze ontwikkeling, waarbij de industrie kan laten zien dat een

j

l

Deformable

m

n

Non-deformable

o

opnieuw te gebruiken drager telkens tot andere architeck

tonische verschijningsvormen kan leiden.

7

20.

Overview of the different types of joints There are butt joints, open joints and overlapping joints.

Waterproofing is improved by use of a flexible gasket. Connecting components are arranged in one plane. Enlarged contact area. Deformation is possible within certain limits.

Rough edges

AANPASSING FUNCTION TREE VOOR VLIESGE-

carry upper building loads and weight carry floor loads carry wind loads provide structural stability withstand impact loads prevent progressive collapse

• • • • • •

VELS Om een systematische vergelijking te kunnen maken met niet dragende gevels is de meest uitgebreide function tree Figure 42 Figure 42 Thetree. façade function tree. It ongraduation the basis ofproject the graduation project(Hoevels, of Joep Hoevels The façade function It was developed onwas thedeveloped basis of the of Joep Hoevels 2007) (Hoevels, 2007)

voor vliesgevels als basis gebruikt. In defunction figuur hiernaast isfunctions Main Primary

Secondary functions

Supporting functions

deze aangepast en uitgebreid voor dragende gevels. Deze opsomming vormt de basis voor de SWOT matrix. Bovenaan zijn

Primary functions

112

Integral Facade Construction

Create a durable construction

Allow reasonable building methods

gevel aangegeven; allereerst ten opzichte van een dragende gevel in steenachtige materialen, ver-

Allow reasonable building methods

volgens ten opzichte van een niet

Keep materials and components in workingreasonable condition production Create methods Allow to transport Refer design and management processes Create reasonable assembly methods Create reasonable production methods Allow transport

dragende vliesgevel (deze tabel).

Create comfortable temperature Create areasonable assembly methods

In rood zijn juist de nadelen ver-

Provide a comfortable interior climate

Bij veel draagconstructieve as-

Provide a comfortable interior climate

pecten is er niet direct een groot

Fix to primary structure of buildingfrom Increase vapour barrier properties inside to outside Integrate joints to allow movement Incorporate water sealing system Allow damage free movement Create internal drainage system Allow vapour tight connection of parts Allow surface treatment Increase vapour barrier properties from Allow insideconstructive to outside protection Incorporate water sealing system Separate materials when needed

Allow materials and components Createexchange interfacesofbetween different crafts

Createdisconnection internal drainage system Allow

Allow maintenance and cleaning Define level of standardization

Make Allow façade surfaceaccessible treatment

Consider responsibilities of design team Create sections to limit weight/seize

constructiveofprotection Allow connection cleaning machinery

Consider responsibilities of building team Allow tolerances during assembly

Separate materials when needed

Create interfaces between different crafts Define level of prefabrication Define level of standardization Control daylight radiation Create sections to limit weight/seize Control air exchange rate Allow tolerances during assembly Prevent unwanted energy losses Define level of prefabrication Prevent surface temperature differences

Allow disconnection Block Make radiation façade accessible Allow connection Let radiation passof cleaning machinery Ventilate excessive heat

Control daylight radiation Control air exchange rate

Create a comfortable temperature

Control air exchange rate Adapt façade to changing climate

Ventilate excessive heat

Keep climate within a given range

Prevent unwanted energy losses Adapt façade to changing climate

Maintain air tightness

Prevent surface temperature differences Add mechanical building services

Provide thermal insulation

Create a comfortable humidity level

Create a comfortable humidity level

Control air exchange rate Acoustic insulation of façade plane

Adapt façade to changing climate Insulation of connection to dividing walls Add mechanical building services Insulation of floor connection Acoustic insulation of façade plane Provide a comfortable daylight level

Create C visual i l comfort f t Blockt unwanted noise

betonnen gevel trekkrachten na-

Createvapour stiffness perpendicular to parts surface Allow tight connection of

Maintain air tightness Block radiation Provide thermal insulation Let radiation pass

Block unwanted noise Keep climate within a given range

Separate and filter between nature and interior spaces

n.v.t. Integrate joints to allow movement

Detailed supporting functions Allow damage free movement

meer naden dan bij monoliet

Securemaintenance a air and vapour construction Allow and tight cleaning

Adapt façade to changing climate Acoustic insulation of façade plane

verschil tussen een drager van te geven, anders dan dat bij een

Keep materials and components in working condition

Secure a rainand water tightness Consider responsibilities of design team heid door brand Refer to design and management bescherming processes Prevent deterioration Considermaterial responsibilities of building team

de dragende industriële metalen

bijvoorbeeld beton of staal aan

Secure a air and vapour tight construction Deviate impact loads Secure a rain- and water tightness Carry self weight Prevent material deterioration Handle loads from structural and thermal expansion Allow exchange of materials and components

Enable water and vapour minder management in construction toegankelijk-

Met blauw zijn voordelen van

meld.

n.v.t.

Supporting functions

Handle loads from structural and thermal expansion Deviate loads wind loads

Enable water and vapour management construction Bear structuralinloads

aspecten opgesomd die in deze vliesgeveltabel ontbreken.

Carry self weight

Secondary functions

Create a durable construction

een aantal draagconstructieve

Create niet-dragende stiffness perpendicular to surface (vlies)gevel Fix steenachtige to primary structure of building tov. dragende gevel

tov. steenachtige Deviate impact loadsdragende gevel

Bear structural loads

Main function

Detailed supporting functions

Deviateniet-dragende loads wind loads (vlies)gevel

Acoustic insulation of façade plane P id glare Provide l protection t ti

grotere vrijheid door plugand play van relatief zware invullingscomponenten aanvullende maatregelen transparent façade areas tenCreate opzichte van steenachtige dragende gevel R di t daylight Redirect d li ht

Provide sun shading

Provide a comfortable daylight level

Create transparent façade areas

P id glare Provide l protection t ti

R di t daylight Redirect d li ht

pening moet worden verzorgd.

Allow visual contact

Provide sun shading

Dit speelt niet bij een staalcon-

Adapt to changing climatic conditions

i

Insulation of connection to dividing walls Allow visual contact Insulation of floor connection

tuurlijk door een apart te berekenen en dimensioneren staalwa-

Separate and filter between nature and interior spaces

C t visual Create i l comfort f t

Prevent energy losses

structie, wat een voordeel is

Minimized energy consumption during use

Provide sun protection

(blauw). Ook kunnen zware ex113

Responsible handling in terms of sustainability

Systematic for a constructional façade analysis

luifels eenvoudig aan de draagconstructieve component worden bevestigd. Andersom moet

meer dan bij steenachtige dragende gevel minder dan bij vliesgevel

Adapt according toclimatic orientation of building to changing conditions

terne elementen zoals balkons, balustrade, zonweringslamellen,

Allow natural lighting of interior

Minimized embodied energy Minimized energy consumption during use Minimized energy for production, transport assembly

Enable reuse and recycling Minimized embodied energy Responsible handling in terms of sustainability

Minimized energy for production, Generate energy transport assembly

bij een staalconstructie altijd een Store energy Enable reuse and recycling

aparte berekening of test gedaan worden met betrekking tot de

Generate energy

Reducedenergy material quantities Prevent losses Choose materials withof low impact Allow natural lighting interior Minimize spatial distances in the supply chain Provide sun protection Allow with low use of Adaptproduction according to orientation ofenergy building

brandbescherming (rood).

Choose materials Choose recyclable materials with low impact Collect solar thermal energyin the supply chain Minimize spatial distances Collect solar energy Allow production with low use of energy Include thermal mass Allow separation of components Include components for artificial thermal mass Choose recyclable materials Collect solar thermal Protect against fire energy

Includeagainst thermalattacks mass from the Protect

Enable faultless use of the building

Provide handling for the end user Prevent good structural damage

Provide a safe environment

Allow foragainst facilityattacks management Protect from the

Maintain comfortable climate

Monitor façade toxic performance Protect against loads Ensure running costs Protect Low against falling out of the window

Support use of the building

Spatial formation of façade

Spatial formation of façade

i

21.

Maintain façade/building ç / g value Enable faultless use of the building

minder vormbeperkingen en meer betrokkenheid in Maintain comfortable climate ontwerp noodzakelijk

Guarantee energetic performance Provide good handling for the end user Service and cleaning of components Allow for facility management Monitor façade performance Bridge knowledge gap between stakeholders

Enable architectural possibilities

Ensurearchitectural Low runningvariety costs Allow

Maintain façade/building ç / g value

Guarantee energetic performance Support architectural design intentions throughout process Service and cleaning of components Choose appropriate materials and Bridge knowledge gap between stakeholders technologies (meaning)

Respond to urban context Represent functional intention of building Enable architectural possibilities Create appropriate interior perception Respond to urban context Represent functional intention of building Create appropriate interior perception

warmteaccumulatie in zwaar materiaal draagconstructie? ruimte tussen constructiecomponenten voor pcm 60 (tot 5/7m), 90 (tot 13m) of 120 minuten bescherming tegen brand met extra maatregelen / materialen

Includeagainst components for artificial thermal mass Protect toxic loads Protect against falling fire out of the window

Support use of the building

minder embodied energy per m2 gevel

Allow separation components Reduced materialofquantities

Collect solar energydamage Prevent structural Provide a safe environment Store energy

enkel waardevolle recyclebare materialen mede afhankelijk van vulling

Allow architectural variety Arrange components spatially Supportvisual, architectural design Design acoustic, hapticintentions perception throughout process

directe bevestiging balkonof balustrade constructie, zonder extra constructie mogelijk achteraf De slankheid van elementen met een dragend frame ligt tussen steenachtige en niet dragende gevels in Induce arrangement Induce shape Induce proportion Induce scale Induce arrangement Apply texture Induce shape Apply colour Induce proportion Apply material Induce scale Induce rhythm Apply texture

Choose appropriate materials and technologies (meaning)

Apply colour

Arrange components spatially

Apply material

Design visual, acoustic, haptic perception

Induce rhythm

Tillmann Klein, 2013, Integral Facade Construction, proefschrift, abe.tudelft.nl

SWOT’S MARKT

veel verschillende partijen betrokken zijn. Een aanbeveling zou kun-

In algemene zin iets zeggen over de marktkansen voor ‘constructieve

nen zijn om - als een autofabrikant - alle aspecten van ontwikkeling,

industriële gevels in metaal’ is heel moeilijk; daarvoor is de definitie

productie, verkoop, montage, etc. in één hand te houden. De markt

te breed. Het valt buiten deze in tijd beperkte opdracht. In dit ver-

waar men zich dan op richt is die van de ‘design & build’-constructie.

kennend onderzoek is een voorzet gedaan voor een systeem op basis

Voor een ‘design-bid-build’-constructie komen de secundaire voor-

van een modulair koppelbaar frame: een chassis waar gevelvullingen

delen van het modulaire systeem wellicht te laat in het initiatie- en

en functies aan kunnen worden opgehangen. Een dergelijk systeem

ontwerpproces op tafel. Geadviseerd wordt om de ontwikkelingen

zou uitgeprobeerd kunnen worden in een demontabel gebouw, dat

in landen met een sterke draagconstructief-staaltraditie in de bouw

door de industrie als showcase gebruikt wordt om de markt af te tas-

(aardbevingen: bijvoorbeeld de VS of Japan) nader te analyseren.

ten. Het succes van een dergelijk systeem zal mede bepaald worden door de verkrijgbare ‘plug-in-modules’, waar direct diverse partijen

CONSTRUCTIEVE GEVEL OP BASIS VAN METALEN FRAME

(installaties, zonwering, gevelbekleding, bloomframe-achtige bal-

COMPONENT VERGELEKEN MET STEENACHTIGE DRA-

kons, etc.) bij moeten worden betrokken; voor deze partners biedt

GENDE GEVEL

het kansen zich te manifesteren. Zij spelen een rol in de inbedding

In deze SWOT wordt een modulaire industriële dragende gevel op

en acceptatie. Het begin van de studie heeft duidelijk gemaakt hoe

basis van een stalen constructieframe vergeleken met prefab beton-

moeilijk het is een blijvend systeem te ontwikkelen in de bouw, als

nen dragende elementen.

STERKTE

ZWAKTE

• transparantie, slankheid

• noodzakelijke brandbescherming

• standaardisatie van draagcomponent, zodat balkons, balus-

• gebrek aan massa voor akoestiek of warmteaccumulatie

trades, zonwering, luifels zonder veel extra voorzieningen

• levensduur gevel = levensduur draagconstructie (enigszins

kunnen worden bevestigd. Meccano principe.

op te lossen met scheiding in frame en vulling)

• hoge precisie geometrie draagconstructie verkleint plaat-

• gevoeligheid voor trillingen

singstoleranties afbouwconstructie-elementen; mogelijk vervallen van stelankers Of de combinatie van hoofddraagconstructie en gevelframe

• montagesnelheid

een prijsvoordeel oplevert, is slechts aan te geven bij een ver-

• recycling, cradle-to-cradle

gelijking van specifieke systemen. De vermindering in materi-

• grote vormvrijheid, geen noodzaak lossende vormen

aal zou te niet gedaan kunnen worden door de noodzakelijke

• ruimte tussen frame voor toepassing phase changing ma-

afwerking en bekleding van relatief meer elementen (verdub-

terials

belingen?).

INTERN

INTERN

• droge (her) montage / IFD

• veel beschikbare halffabricaten •

KANS

BEDREIGING

• kleine onderlinge plaatsingstoleranties bij zelfzoekende

• eerste toepassingen bepalen imago

plaatsing: grote controle over doorgaande patroonwerking

• associatie met stijl- en regelwerk ‘vakjesgevels’, dragende

van bekledingsmaterialen

gevels worden vaak om de doorgaande vlak- of patroonwer-

• ontwikkeling verbindings/verankeringsconstructies om door brandbeschermingsschil koppeling tot stand te brengen

king gekozen • verantwoordelijkheden: gevel als ingrediënt hoofddraagcon-

• ontwikkeling toolbox rond gecertificeerd, genormeerde dra-

structie maakt monterende producent mede tot ontwerper

ger

en hoofdaannemer en tot concurrent van klanten

• productbranding: het frame als drager voor andere produc-

• te veel varianten: het basisframe moet in een aantal draag-

ten en leveranciers

constructieve smaken komen, de vulling en bekleding van de

• tijdelijke bouwwerken als proeftuin voor systeem

elementen bepalen uiterlijk en verdere functionaliteit.

• demontabele fundering, incl. te trekken palen bouw vervangen door dragende, maar transparante gevels, met eventueel woninguitbreidingen, terrassen of balkons in huidige ‘plantsoen-zone’s’

22.

EXTERN

EXTERN

• dichte sociaalonwenselijke kopgevels in renovatie-woning-

DRAGENDE GEVEL OP BASIS VAN METALEN FRAME COMPONENT VERGELEKEN MET NIET-DRAGENDE VLIESGEVEL In deze SWOT wordt een modulaire industriële dragende gevel op basis van een stalen constructieframe vergeleken met de modulaire niet-dragende gevel van staal of aluminium.

STERKTE

ZWAKTE

• standaardisatie van draagcomponent, zodat balkons, balus-

• minder transparant, minder slank

trades, zonwering, luifels zonder veel extra voorzieningen

• noodzakelijke brandbescherming

kunnen worden bevestigd. Meccano principe.

• geringere vormvrijheid: noodzakelijke centriciteit voor belas-

• grote montagesnelheid

tingafdracht, zwaarder worden van frame bij grotere belas-

• materiaalbesparing

tingen en gebouwhoogte

• ruimte tussen frame voor toepassing phase changing ma-

• levensduur gevel = levensduur draagconstructie (enigszins

terials

op te lossen met scheiding in frame en vulling) • customisation mogelijkheden van frame / knooppunten door

INTERN

INTERN

draagconstructieve eisen beperkt

KANS

BEDREIGING

• kleine onderlinge plaatsingstoleranties bij zelfzoekende

• verantwoordelijkheden: gevel als ingrediënt hoofddraagcon-

plaatsing: grote controle over doorgaande patroonwerking

structie maakt monterende producent mede tot ontwerper

van bekledingsmaterialen

en hoofdaannemer en tot concurrent van klanten

• ontwikkeling verbindings/verankeringsconstructies om door

• te veel varianten: het basisframe moet in een aantal draag-

brandbeschermingsschil koppeling tot stand te brengen

constructieve smaken komen, de vulling en bekleding van de

• ontwikkeling toolbox rond gecertificeerd, genormeerde drager

elementen bepalen uiterlijk en verdere functionaliteit. • traditionele bouwwijzen overige bouwpartijen, weinig erva-

• productbranding: het frame als drager voor andere produc-

ring met geringe plaatsingstoleranties in ruwbouw

ten en leveranciers • tijdelijke bouwwerken als proeftuin voor systeem • onderzoek hoe (ook voor de bestaande stijl- en regelwerk-

EXTERN

EXTERN

gevel) het gevelbeeld van het ondoorbroken vlak zonder orthogonale belijning kan worden bereikt

23.

RENVOOI AFBEELDINGEN EN BRONNEN Bij alle afbeeldingen is zo precies mogelijk de bron vermeld. Binnen het tijdsbestek van dit verkennend onderzoek was het niet mogelijk om de rechten op opgenomen materiaal te verkrijgen. Bij toekomstige publicatie is dit voor verantwoordelijkheid van de gebruiker / uitgever van dit onderzoeksmateriaal. Belangrijkste publicaties waar hier van gebruik gemaakt is, zijn: •

Burry, Jane & Mark, 2010 The New Mathematics of Architecture

•

Diamant, R.M.E., 1964, Industrialised Building, Illife Books Ltd. London

•

Gerritse, C., 1986, Integratie in de gevelzone, Publisher: Delft University Press ISBN: 906275264

•

Herzong, Krippner, Lang, 2004, Facade Construction Manual 1, Birkhäuser, ISBN 3-7643-7031-9

•

Klein, Tillmann, 2013, Integral Facade Construction, proefschrift, abe.tudelft.nl

•

Knaack, Klein, Bilow, 2001 Gevels, Principes van het construeren, Sun, ISBN 978-94-6105-0458

•

Meijs, Maarten & Knaack Ulrich, 2009, Components and Connections, ISBN 978-3-7643-8668-9

•

Sulzer, Peter. 2008, Jean Prouvé, Complete works, Birkhäuser, ISBN 978-3-7643-2472-8

•

VMRG, div. auteurs, 2005, VMRG Gevels en installaties, handleiding voor integratie van klimaat en gevel

•

Watts, Andrew, 2013, Modern Construction Handbook, Ambra, ISBN 978-3-99043-454-3

•

Zimmerman, Claire, 2010, Mies van der Rohe, 97894-6106-037-2

24.