Afstudeerverslag Bouwtechnologie
“Het ontwerp van een flexibel gevelsysteem met multimateriële invulling en daardoor een variabele en instelbare architectonische expressie”
Tess Zandbergen 1091131 Hoofdmentor: Dr.ir. F.A. Veer 2e mentor: Ir. P.M.J. van Swieten Gecommitteerde: Ir. L.P.J. van den Burg april 2010
Voorwoord Dit afstudeerverslag is een beschrijving en verantwoording van het afstudeerproject. Het project is in eerste instantie begonnen als opgave in het kader van het dubbel afstuderen A+BT. Echter in de loop van het proces is Architectuur afgevallen en betreft dit uiteindelijk een afstuderen in de richting van enkel Bouwtechnologie. De opbouw van het verslag is hierop afgestemd. Het begint met een beschrijving van het gevolgde architectuursemester MSc3 Hybrid Buildings met bijbehorend P1 en P2. In het kader van gecombineerd afstuderen wordt daarna een onderzoek gedaan in MSc4 BT en wordt dit onderzoek toegepast en het architectonisch ontwerp verder uitgewerkt tot definitief ontwerp in MSc4 A. In de loop van MSc4 BT is echter besloten niet langer verder te gaan met Architectuur. Na het architectuursemester volgt daarom alleen het bouwtechnologie semester met een beschrijving van het vooronderzoek, een architectonisch ontwerp dat als basis dient voor het gevelonderzoek en het gevelontwerp.
1
Inhoudsopgave
Architectuursemester ‘Hybrid Buildings’
3
Onderzoek en studies ten behoeve van architectonisch ontwerp en gevelontwerp
17
Architectonisch ontwerp
27
Gevelontwerp
29
Bronvermelding en literatuurlijst
59
Bijlage A
Tekeningen architectonisch ontwerp P2
60
Bijlage B
Tekeningen architectonisch ontwerp P4
Bijlage C
Tekeningen prototype
2
Architectuursemester ‘Hybrid Buildings’ Inleiding In het masterprogramma ‘Hybrid Buildings’ speelt het architectonische object in de stedelijke context een centrale rol. De master concentreert zich op grote gebouwen met een complex programma. Hybride gebouwen onderscheiden zich van de meeste andere gebouwtypes door de complexe combinatie en verwevenheid van verschillende functies, ruimtes en constructieve systemen. Bij ‘Hybrid Buildings’ wordt ervan uitgegaan dat stedelijke architectuur niet kan worden gedefinieerd zonder de context van de stad en haar geschiedenis mee te nemen. Het architectonische object wordt beschouwd als een integraal deel van de stad. In de ontwerpstudio ‘Hybrid Building for the Dutch city’ ligt de focus op het ontwerp van complexe stedelijke architectonische objecten op prominente locaties in de bestaande (historische) centra van Nederlandse steden. Amsterdam is in dit geval het studiegebied voor de architectonische interventies. De NDSM werf is de locatie in Amsterdam. Het ligt aan de noordzijde van het IJ. Dit vroegere havengebied wordt steeds bekender, in het bijzonder doordat het de locatie is van verschillende culturele manifestaties. Een aantal bestaande pakhuizen en loodsen zijn al omgebouwd tot kantoren en multifunctionele ruimtes voor muziek en ontspanning. De aanwezigheid van water, de directe openbaar vervoerverbinding met het centraal station en de omgeving maken deze locatie een uniek gebied in de stad Amsterdam. Stedenbouwkundige analyse: conclusies en potenties Geschiedenis De NDSM werf herbergt 85 jaar scheepsbouw geschiedenis. Om de geschiedenis van de locatie te laten zien, wordt de lijn van het scheepsbouwproces behouden, evenals het industriële karakter van de locatie.
Fig. 1: Behoud lijn scheepsbouwproces en industrieel karakter locatie
Toekomstvisie De ambitie van de gemeente Amsterdam is de ontwikkeling van een creatief en cultureel centrum in Noord. De NDSM loods en het MTV gebouw zijn al volgens deze visie ontwikkeld. Het doel is deze ambitie verder te ontwikkelen. Daar tegenover staat dat deze ambitie alleen maar geld kost en weinig oplevert. Functiemenging moet het financiële plaatje rond krijgen.
3
Centrale locatie Amsterdam heeft een tekort aan hotels. De locatie heeft grote potentie voor de functie van hotel door de centrale ligging en de goede bereikbaarheid.
Fig. 2: Afstand en tijd tot verkeersknooppunten
Fig. 3: Bestaande hotels in Amsterdam Noord
Industrieel gebied De NDSM werf heeft een typische uitstraling van een industriegebied. Namelijk grote lage gebouwen en veel lege ruimte daartussen. Om financiële exploitatie mogelijk te maken, moet de bouwdichtheid worden verhoogd en zal er halfhoog- en/of hoogbouw plaatsvinden met een minimum van 4 à 5 lagen.
Fig. 4 en 5: Veel lege ruimte op NDSM werf
4
Zichtlijnen Er zijn veel zichtlijnen van en naar de locatie en het IJ. De belangrijkste zichtlijnen worden behouden en indien mogelijk zelfs versterkt. Deze zichtlijnen worden gebruikt om de oude industriële gebouwen zichtbaar te houden of te maken.
Fig. 6: Zichtlijnen van en naar de locatie en het IJ
Water (het IJ) Vroeger werd het water gebruikt voor transport en als ligplaats (aanlegplaats). Tegenwoordig bestaat ter plaatse van de locatie alleen nog de functie van transport. De functie van ligplaats kan worden teruggebracht naar de NDSM werf in de vorm van drijvende gebouwen.
Uitgangspunten en regels voor het ontwerp Behoud van het industriële karakter van de locatie - Behoud van de lijn van het scheepsbouwproces - Behoud en het versterken van zichtlijnen - Gebruik van water, enerzijds door het in het plangebied te brengen, anderzijds als ligplaats voor drijvende gebouwen Financiële exploitatie van de locatie mogelijk maken - Verhogen bouwdichtheid - Minimale gebouwhoogte 4 à 5 lagen - Functiemenging Functies - Gebruik centrale ligging en bereikbaarheid voor hotel functie - Andere functies ten behoeve van gemeentelijke ambitie en/of financiële exploitatie: Gemeentelijke ambitie Financiële exploitatie wonen en werken voor kunstenaars hotel en horeca faciliteiten voor en door kunstenaars woningen bedrijfsruimte (voor creatieve bedrijven)
5
In verband met het behoud van de zichtlijnen, moet het gekleurde gebied in figuur 7 onbebouwd blijven tot een hoogte van 15 meter. Daarboven is bouwen wel mogelijk.
Fig. 7: Regel in verband met behoud zichtlijnen
De verschillende functies zijn te verdelen in levendige en rustige functies. In het plangebied moeten deze functies gescheiden zijn. De scheiding vindt plaats door middel van water.
Fig. 8: Regel voor functiescheiding
Als schema voor het masterplan liggen de gebouwen parallel aan de bestaande hellingbanen (groen in figuur 9), dus loodrecht op het IJ als schepen in een dok.
Fig. 9: Regel voor schema masterplan
6
Zonering en masterplan P1
Fig. 10: Situatie P1
Fig. 11 en 12: Impressies masterplan P1
7
Fig. 13: Zonering functies (met werken, wonen en werken, wonen en horeca) Fig. 14: Scheiding functies door middel van water
Fig. 15 en 16: Impressies masterplan P1
8
Architectonisch object P1 De functie van het uit te werken architectonische object is een hotel. Het gebouw bestaat uit een vast deel op het land en een drijvend deel op het water. Het deel op het land is als een kraan, het drijvende deel kan daaraan gehangen worden. Het drijvende deel heeft een ligplaats in het plangebied als in een dok. Als het drijvende deel weg is, dan mist er duidelijk iets.
Fig. 17, 18, 19 en 20: Architectonisch object P1
Het ontwerp omvat een hotel met een permanent deel op het vaste land en een drijvend deel die ingeplugd kan worden. Het drijvende deel wordt voor korte evenementen (conferenties, symposia, kleinschalige beurzen) losgekoppeld en kan naar op een rustige plek gesleept worden waar het 1 tot 4 dagen kan blijven. Indien er geen evenement plaatsvindt, is het conferentiecentrum in het permanente deel geplugd en kan het als deel van het gehele hotel gebruikt worden. Relevantie bouwen op water Tegenwoordig is wonen op het water helemaal ‘in’. Men kan geen recent architectonisch tijdschrift of boek openslaan of er wordt over geschreven. In Nederland worden voornamelijk woningen gebouwd. In het kader van de ontwikkelingen tegen het rijzende water en overstromingen worden woningen gebouwd die bij een waterstijging kunnen meebewegen en blijven drijven. In andere landen is bouwen op het water al wat verder ontwikkeld. Nederlandse ingenieurs bouwen op het water in onder andere Dubai, Shanghai en Hong Kong. In deze gevallen gaat het vaak om gebouwen met een andere functie dan wonen.
9
Programma (in totaal 5000 tot 10.000 m2) Vast: hotel - hotelkamers - lounge / bar - restaurant met keuken - ontspanningsfaciliteiten - evt. zaal Drijvend: klein conferentiecentrum - hotelkamers - conferentieruimten - zalen geschikt voor meerdere doeleinden - restaurant en bar - ontspanningsfaciliteiten BT onderzoek Voor het aansluitende bouwtechnologie onderzoek zijn verschillende onderwerpen mogelijk: - drijvend bouwen - verbinding drijvend - vast deel - overstek (kraan) - industriële gevel vast deel - energie-efficiëntie drijvend deel
10
Masterplan P2 Uitgangspunten voor masterplan Behoud industrieel karakter locatie - behoud lijn scheepsbouwproces - behoud en versterking zichtlijnen - gebruik water Exploitatie locatie financieel mogelijk maken - verhoog bouwdichtheid - FSI minimaal 1,0 - minimale bouwhoogte 4 à 5 lagen - functiemenging Functiemenging als oplossing voor combinatie toekomstvisie en financieel plaatje Gebruik centrale ligging en bereikbaarheid voor hotel functie Andere regels voor masterplan - Op zichtlijnen tot 15 meter hoog niet bouwen - Rustige en drukke functies scheiden - Gebouwen parallel aan bestaande hellingbanen (loodrecht op het IJ)
Fig. 21: Situatie P2
Fig. 22: Impressie masterplan P2
Het gebouw staat niet parallel aan de hellingbanen. Dit is zo omdat het een losstaand gebouw is, de eyecatcher van het gebied.
11
Architectonisch object P2 Programma Drijvend deel: klein conferentiecentrum - (verdeelbare) zaal - hotelkamers - restaurant en keuken - bar / lounge - ontspanning (sauna, fitness) - overig (ontsluiting, opslag) Vast deel: hotel - kamers - restaurant en keuken - bar / lounge - ontspanning (zwembad, sauna, fitness) - eventueel vergaderzalen - overig (ontsluiting, opslag) Een referentie voor een hotel met kleinschalig conferentiecentrum is het Conferentiehotel Dennenheul in Ermelo. Dit hotel heeft 32 kamers en 3 zalen (2x75 m2 + 90 m2).
Fig. 23: Conferentiehotel Dennenheul, Ermelo
In totaal beslaat het programma 5000 tot 10.000 m2. Ten tijde van de P2 is besloten het drijvende deel te laten vallen en alleen het hotel op het land verder uit te werken.
12
Massastudie en vormonderzoek Een kraan als verbinding tussen het drijvende en het vaste deel. In eerste instantie is uitgegaan van het uitzicht naar het IJ. De publieke functies in het middendeel in verband met bereikbaarheid. De kamers in de vleugels in verband met uitzicht.
Fig. 24: Eerste massastudie
Om het industriële karakter van de locatie te versterken is vormonderzoek gedaan om een achtergrond en verantwoording voor een bepaalde vorm te hebben. Het industriële karakter van de locatie is te versterken door de vorm van het hotel te inspireren op vormen uit industrie- en havengebieden.
Fig. 25: Beelden van industrie- en havengebieden
Industrie: ronde schoorstenen, lage rechthoekige loodsen Haven: kranen, lage rechthoekige loodsen, ronde en vierkante silo’s
Fig. 26, 27 en 28: Massastudies
13
Uiteindelijk is gekozen voor torens met kamers als ronde silo’s. Een middendeel met de publieke functies en de ontsluiting van de silo’s.
Fig. 29, 30 en 31: Torens met kamers in ronde silo’s
Studie hotelkamer Hotelkamer voor twee personen inclusief badkamer - standaard 25-30 m2 - luxe 30-35 m2 - executive of junior suite ca.50 m2 (inclusief zithoek) - suite ca.70 m2 (inclusief zithoek en study) De badkamer bedraagt minimaal 18% van de kamer. Uitgaan van merendeels standaard of luxe kamers en een aantal (junior) suites. Variant 1: diameter silo 20 meter, 8 kamers per verdieping per silo Kamergrootte goed, badkamer te klein Variant 2: diameter silo 20 meter, 8 kamers en servicehok Kamergrootte goed, badkamer te klein. Mogelijkheid tot servicehok. Variant 3: diameter silo 20 meter, 10 kamers per verdieping per silo Kamergrootte aan de kleine kant (25 m2), badkamer ook aan kleine kant. Indien badkamer groter wordt gemaakt, wordt de doorgang te smal. Mogelijkheid tot servicehok.
Fig. 32: Variant 1
Fig. 33: Variant 2
14
Fig. 34: Variant 3
Variant 4: diameter silo 25 meter, 8 kamers per verdieping per silo Standaardkamers te groot (60 m2 = suite). Variant 5: diameter silo 25 meter, 10 kamers per verdieping per silo Kamer aan de grote kant (40 m2), badkamer goed. Mogelijkheid tot servicehok.
Fig. 35: Variant 4
Fig. 36: Variant 5
Van deze kamervarianten zijn er twee met potentie. Kamervarianten 1 en 5 kunnen met aanpassingen geschikt zijn om verder uit te werken. Variant 1 aangepast Te kleine badkamer is aangepast tot een goede grootte. Variant 5 aangepast Kamers blijven aan de grote kant, daarnaast zijn de kamers ook erg diep.
Fig. 37: Variant 1 aangepast
Fig. 38: Variant 5 aangepast
15
Variant 1 blijft over om verder uit te werken met muurdiktes en inrichting.
Fig. 39 en 40: Uitgewerkte variant
Architectonisch plan P2 Plattegronden en doorsnedes zijn te vinden in bijlage A. Gevels Silo’s: dicht uiterlijk. Dichte wanden met kleine gaten of een (dubbele) gevel die van buitenaf dicht lijkt. Kraan: als een echte hijskraan. Vakwerken. Middendeel: open uiterlijk. Uiterlijk kraan voortzetten (vakwerken) of een vliesgevel. Loopbruggen: open uiterlijk
Fig. 41, 42, 43 en 44: Impressies
16
Onderzoek en studies ten behoeve van architectonisch ontwerp en gevelontwerp Na het Mastersemester Architectuur wordt er in het kader van gecombineerd afstuderen A+BT een bouwtechnologisch onderzoek gedaan. In dit Mastersemester Bouwtechnologie wordt een deel van het ontwerp verder onderzocht. In dit geval is besloten de gevel van de silo’s verder uit te werken om aan de gewenste architectonische uitstraling te kunnen voldoen. Naast en verweven met het bouwtechnologie onderzoek en ontwerp loopt de ontwikkeling van het architectonisch ontwerp. Het resultaat van dit semester is een verbeterd architectonisch plan en een gevelontwerp. Om het architectonisch plan te kunnen verbeteren en grip te krijgen op het gevelontwerp zijn verschillende zaken onderzocht. Er zijn studies gedaan ten behoeve van het gevelontwerp en studies ten behoeve van het architectonisch ontwerp, wat deels weer ten behoeve van het gevelontwerp is.
Fig. 45: Schema vooronderzoek
Om de relevantie van gedane onderzoeken en studies te verantwoorden, worden elke keer delen van het verbeterde architectonisch plan kort uitgelegd. Een uitgebreide uitleg en dit resultaat, het architectonisch plan, zijn te vinden in het volgende hoofdstuk.
Onderzoekstitel De onderzoekstitel van het bouwtechnologie onderzoek als geheel luidt: Het ontwerp van een flexibel gevelsysteem met multimateriële invulling en daardoor een variabele en instelbare architectonische expressie.
Het gaat om het ontwerp van de gevel van de silo’s. Eis hierbij is dat de silo een dicht uiterlijk heeft, dat het van buitenaf een dichte gevel lijkt. Er is daarom in de eerste plaats studie gedaan naar het gevelpaneel, eerst globaal, daarna specifieker op textuur en materiaal. Ook is onderzoek gedaan naar de eisen van binnenuit, namelijk ten aanzien van (dag)licht voor een hotelkamer.
17
Gevelpaneel Voor gevelpanelen zijn veel materialen in gebruik, elke met eigen specificaties, voor- en nadelen. De meest gebruikte: - glas (eventueel gekleurd of met coatings) - geverfd staal - roestvrij staal - aluminium - glasvezel versterkt polyester - Trespa of Eternit - keramische tegels - natuursteen (bijvoorbeeld graniet) - hout - composiet materiaal De gevel van de silo moet er van buitenaf zo dicht morgelijk uit zien. Toch zal er licht, of in ieder geval een indicatie van of het buiten licht of donker is, moeten zijn in de hotelkamer. Glas is dan een voor de hand liggende keuze. Mogelijkheden indien glas gekozen wordt: - Reflecterend glas - Gekleurd glas (body-tinted glass) - Gezeefdrukt glas (met email) - Geglazuurd glas - Geëmailleerd glas - Zonwering in beglazing, in dubbelglas
Transparantie Zonwerend Kleur Textuur Ervaring binnen Gebogen mogelijk
Reflecterend
Gekleurd
Gezeefdrukt
van buitenaf geen verschil tussen open en gesloten delen ja veel kleuren mogelijk
(on)doorzichtigheid hangt af van kleur
doorzichtig tot translucent
ja groen, brons, roze, amber, grijs & blauw glad kleuren binnen worden anders gezien
mogelijk verschillende kleuren mogelijk prent of beeld op gevel, emaillaag prent of beeld ook binnen (deels) te zien
ja
ja
glad, reflecterend als een spiegel slecht binnenklimaat, klachten over monochroom uitzicht ja
18
Geglazuurd
Geëmailleerd
Interne zonwering
Transparantie
ondoorzichtig
translucent tot ondoorzichtig
Zonwerend Kleur
nvt. alle kleuren mogelijk
Textuur
glad, dicht
ja verschillende kleuren mogelijk emaillaag
doorzichtig (geen zon) tot ondoorzichtig (veel of laaghangende zon) ja nvt.
Ervaring binnen
geen uitzicht of idee wat er buiten gebeurt
Gebogen plaat mogelijk
ja
bij translucent glas kunnen schaduwen waargenomen worden en licht/donker ja (indien gehard en niet gelamineerd)
Tabel 1: Eigenschappen glassoorten
19
glad, lamellen in dubbelglas bij dichte zonwering geen uitzicht, zoninstraling controleerbaar nee
Bevestiging gevelpaneel Bestaande verbindingen van het paneel aan de interne constructie vinden mechanisch, chemisch of als een combinatie van deze twee plaats. Bij een mechanische verbinding worden er gaten in het glas gemaakt, bouten gaan door de panelen naar de draagconstructie. De chemische verbinding is geschikt voor geïsoleerde panelen. Er worden geen gaten gemaakt in het glas, maar de panelen worden met thermisch uithardende lijm verbonden aan de interne constructie. Bij een combinatie wordt de binnenste glasplaat mechanisch aan het verankeringspunt bevestigd. Tussen de beide glasplaten zit een chemische verbinding. De bevestiging van de gevelpanelen mag aan de buitenzijde niet zichtbaar zijn, dan blijven twee bevestigingsmethodes over, namelijk structural sealing (chemische) of puntsgewijze (mechanische) bevestiging. Structural sealing is een veel gebruikte bevestigingsmethode voor glaspanelen, maar is ook geschikt voor andere materialen en panelen. Bij een combinatie van glaspanelen en panelen van een ander materiaal is het de mooiste en goedkoopste oplossing. Onnauwkeurigheden zijn aan de buitenzijde zichtbaar. Dit in tegenstelling tot een conventionele panelenfaçade. Aan de hoofddraagconstructie worden verankeringssteunen bevestigd. Hierna worden de panelen geïnstalleerd. De constructienaad wordt gevuld met siliconenkit (weatherseal). Siliconenkit is ook de afdichting van de randen van de panelen. Bij een puntsgewijze bevestiging worden de panelen puntsgewijs aan het frame verankerd. Het systeem bestaat uit drie delen, namelijk de panelen, de verankeringspunten en een stabiliteitsstructuur. De panelen worden een deel van het constructieve systeem. Er is sprake van een frameloze bevestiging, de panelen worden bevestigd door metalen verankeringspunten. Deze bevestiging moet flexibel zijn om hoge spanningen rond de gaten te voorkomen. De interne constructie is dragend en/of stabiliserend. Een lichte constructie kan worden uitgevoerd met trekstaven, kabels of glasvinnen. Daglicht Functie Kantoor Logies
Daglichtoppervlak 2,5 % van het vloeropp. min. 0,5 m2 7 % van het vloeropp. min. 0,35 m2
Tabel 2: Bouwbesluit over daglicht
In het bouwbesluit worden wel minimale daglichtoppervlakken genoemd, maar dit hoeft geen direct daglicht of zonlicht te zijn. Om een zo dicht mogelijk uiterlijk van buitenaf te krijgen, wordt de gevel translucent of ondoorzichtig. Zowel bij een translucente als een ondoorzichtige gevel is een andere lichttoevoer voor het gebouw aan te raden. Volgens het bouwbesluit mag een hotelkamer geen ondoorzichtige gevel hebben en psychologisch gezien heeft het ook niet de voorkeur en valt daarom af.
20
Het architectonisch ontwerp van P2 moet op dit punt aangepast worden ten behoeve van het bouwtechnologie onderzoek. De buitengevel van de hotelkamers wordt translucent. In de hotelkamers is te zien of het buiten licht of donker is en tevens kunnen schaduwen waargenomen worden. Om toch direct daglicht het gebouw in te krijgen is gekozen voor een atrium in beide silo’s. Door deze atria krijgen de silo’s een grotere diameter, wat gevolgen heeft voor de positionering en indeling van de hotelkamers. Positionering en indeling hotelkamers Variant 1 Diameter silo 20 meter. Atrium diameter 8 meter. 6 kamers per verdieping. Kamer ruim 30 m2 (= luxe). Niet veel indelingen mogelijk voor de kamer. Veel m2 gevel per kamer. Variant 2 Diameter silo 20 meter. Atrium diameter 6 meter. 8 kamers per verdieping. Kamer circa 27 m2 (= standaard). Verschillende indelingen mogelijk voor de kamer. Atrium meer een lichtschacht, te krap om een atrium te zijn.
Fig. 46: Variant 1
Fig. 47: Variant 2
Variant 3 Diameter silo 20 meter. Atrium diameter 7 meter. 8 kamers per verdieping. Kamer ruim 25 m2 (= standaard). Krappe badkamerindeling. Inclusief muren waarschijnlijk een te kleine kamer. Variant 4 Diameter silo 20 meter. Atrium diameter 7 meter. 6 kamers per verdieping. Kamer circa 34 m2 (= luxe). Verschillende indeling mogelijk voor de kamer. Veel m2 gevel per kamer.
21
Fig. 48: Variant 3
Fig. 49: Variant 4
Bij de verschillende varianten is geen rekening gehouden met een servicehok en/of plaats voor een restaurantlift. Een atrium kleiner dan 8 meter in diameter is meer een lichtschacht. De diameter van het atrium is dus minimaal 8 meter. Variant 5 Diameter silo 25 meter. Atrium diameter 8 meter. 8 kamers per verdieping. Een noodtrappenhuis en een servicehok (figuur 50). Eigenlijk is meerdere kamers per verdieping gewenst. Bij meerdere kamers per verdieping wordt de diameter van de toren groter. Om niet te diepe kamers te krijgen en meer licht in het gebouw te krijgen, wordt ook het atrium groter. Ook is voor het (industrieel) bouwen even grote kamers het best. De hotelkamers worden even groot als het noodtrappenhuis en het servicehok. Uiteindelijke keuze (figuur 51) Diameter silo 28 meter. Atrium diameter 10 meter. 12 kamers per verdieping. Een noodtrappenhuis en een servicehok.
Fig. 50: Variant 5
Fig. 51: Uiteindelijke keuze
22
Daarnaast ontwikkelt het architectonisch plan zich ook onafhankelijk van het gevelonderzoek. De nadruk van het bouwtechnologie onderzoek ligt op (de gevel van) de silo’s. In het ontwerp gepresenteerd bij P2 vormen silo’s en middendeel een geheel, het zijn nauwelijks te onderscheiden onderdelen. De wens is om de silo’s meer losstaand van het middendeel te ontwerpen, hiervoor is de verbinding tussen middentoren en silo’s herbekeken en veranderd. Ook is de functie van de middentoren afgebakend tot alleen administratieve functies. Hierdoor kan de middentoren kleiner worden, waardoor de silo’s meer body en uitstraling krijgen. Het restaurant is verplaatst naar de bovenste verdieping van de silo, waar 360 graden uitzicht is. De silo’s staan los van het middendeel. Dit betekent dat er op de begane grond of maaiveld geen verbinding is tussen middentoren en silo’s. Dit heeft gevolgen voor de plaatsing van de receptie. Er is daarom onderzoek gedaan naar kelders en caissons om daar de receptie en de verbinding tussen de verschillende gebouwdelen te kunnen maken. In deze kelder kan tevens een parkeergarage en de keuken voor het restaurant worden opgenomen. Caissons en fundering Een caisson is een betonnen of stalen constructie, die men laat zakken door grond onder de constructie weg te graven. Het is een soort fundering op staal en wordt toegepast bij diepliggende kelders en bij pijlers.
Fig. 52: Caisson
Een kelder met een even groot oppervlak als het gebouw kan het gewicht van drie verdiepingen compenseren. Een kelder met een twee keer zo groot oppervlak als het gebouw kan het gewicht van zes verdiepingen compenseren. Een caisson is een soort fundering op staal en daarom alleen mogelijk als de draagkrachtige laag minder dan 15 meter onder maaiveld bevindt. Onbekend is waar de draagkrachtige laag zich precies bevindt in Amsterdam-Noord, maar Amsterdam is een veengebied en veen is per definitie niet dragend. Alleen een caisson als fundering is dus niet mogelijk, een caisson in combinatie met een fundering op palen wel. Om meer inzicht te krijgen in de werking en gebruik van caissons is er gesproken met ir. M.W. Kamerling. De volgende aantekeningen zijn een samenvatting van dit gesprek. Eén groot caisson van 100 meter lang is niet wringstijf. Hierdoor is transport over water niet mogelijk. Ook is het waarschijnlijk niet mogelijk een dergelijk groot caisson in zijn geheel op conventionele wijze te laten zakken. Een caisson wordt eigenlijk alleen gebruikt als er gebouwen naast het te bouwen gebouw staan of als het grondwater niet bemalen mag worden. Diepwanden zijn eenvoudiger te transporteren en plaatsen dan caissons. Het bouwtechnologie onderzoek richt zich op de gevel, niet op de fundering. Daarom is er gekozen voor diepwanden met een conventionele kelder.
23
In het geval van diepwanden met een conventionele kelder op palen zijn er twee opties wat betreft het opvangen van de waterdruk. 1) Diepwanden en funderingspalen naar dragende zandlaag. De vloer van de kelder en de palen moeten de waterdruk opnemen. 2) Diepwanden en palen naar dragende zandlaag, waarbij de ruimte tussen de diepwanden waterdicht is door de waterdichte (klei)laag. Het gewicht van de waterloze ruimte moet de waterdruk opnemen. Hierdoor kan de betonvloer van de kelder dunner uitgevoerd worden. Parkeergarages NEN 2443 ‘Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en in garages’ In- en uitritten De bufferruimte voor uitrijdend verkeer is minstens 5 meter horizontaal tot de openbare weg. De opstelruimte bij in- en uitritten is minimaal 10 meter (figuur 53). Afmetingen parkeervakken De breedte van een parkeervak moet minimaal 2,30 meter bedragen. Aanbevolen wordt een breedte van 2,35 meter. Bij openbare gebouwen met een intensief gebruik van de parkeergarage is de gewenste breedte 2,50 meter. De breedtetoeslag voor een wand is 0,15 meter, voor twee wanden 0,35 meter. De lengte van een vak bedraagt minimaal 6 meter. De gewenste breedte van een invalidenparkeervak is minstens 3,50 meter. Kolommen Indien de afstand van de voorkant van de kolom tot de parkeerweg meer dan 0,50 meter en de afstand van de achterkant van de kolom tot de weg minder dan 1,50 meter bedraagt, geldt er geen breedtetoeslag. Anders een breedtetoeslag van 0,15 meter. Afmetingen rijbaan De breedte van de parkeerweg is afhankelijk van de parkeerhoek en de breedte van het parkeervak (tabel 3). De bochtstraal van een enkele baan binnenmaat minstens 4,5 meter, buitenmaat minimaal 9 meter. Een vergroting van de bochtstraal zorgt voor een betere berijdbaarheid.
Fig. 53: Opstelruimte
Fig. 54: Bochtstralen
24
Tabel 3: Breedte parkeerweg
Helling Overgangen van en naar horizontale gedeelten hebben een hoogte van minimaal de toegelaten autohoogte plus 0,15 meter plus 0,01 meter voor elke procent van het hellingspercentage. Hellingen steiler dan 14% hebben overgangshellingen nodig. De aanbevolen en maximaal toe te passen hellingspercentages zijn afhankelijk van de lengte van de hellingbaan.
Fig. 55 en 56: Aanbevolen en maximale hellingspercentages
Vrije hoogte De vrije hoogte op plaatsen bestemd voor alleen rijdend autoverkeer is minimaal 2,10 meter. Op plaatsen voornamelijk bestemd voor voetgangers bedraagt deze hoogte minstens 2,20 meter. Deze hoogtes gelden ook onder balken. Liften en trappen In een parkeergarage is een lift aanwezig voor minimaal acht personen. Daarnaast zijn er minstens twee trappen met een minimale breedte van 1,20 meter. Invaliden Parkeervakken voor invaliden moeten op de kortste loopafstand van en naar de in/uitgang met lift geplaatst zijn. Aanbevolen wordt 1% van het aantal parkeervakken als invalidenparkeervak uit te voeren met een minimum van 1 invalidenparkeerplek. Personeelsruimten Bij permanent aanwezig toezichthoudend en bedienend personeel, moet de verblijfsruimte voldoen aan de ARBO eisen. Lengte parkeerwegen Een grotere lengte dan 100 meter is af te raden. Indien de parkeerweg 60 tot 100 meter lang is, zijn verkeersdrempels gewenst. Lucht De lucht in parkeergarages mag geen onacceptabele effecten hebben voor de gezondheid van de mensen die daar (tijdelijk) verblijven. Noodzakelijk daarvoor is mechanische ventilatie.
25
Autolift De parkeergarage bevindt zich op kelderverdieping -2. Er zijn twee mogelijkheden om met de auto in en uit de parkeergarage te komen. Ten eerste kan het plaatsvinden met hellingbanen. Dit kost enorm veel ruimte, wat ten koste gaat aan ruimte op -1 en aan parkeerplaatsen op -2. Ten tweede kan de toegang plaatsvinden door middel van autoliften. Op maaiveld moet dan wel plaats zijn voor een toegang en machinekamer. Kolommenlift Marco Lifttechniek Gewicht (kg) Amax 3000 3000 2500 5000 5000 3000
Bmin 1500 1500
Bmax 6000 6000
H 250 250
Dmin 700 700
Kmax 2200 2500
Tabel 4: Technische specificaties autolift
De schachtmaat is maximaal 3500x6050mm. De hefhoogte is maximaal 12 meter.
Fig. 57: Plattegrond en doorsnede autolift Fig. 58: Opbouw restaurant- of spijzenlift
Restaurantlift Spijzenlift van Daldoss Elevetronic Leverbare cabinematen b 400 - 1000 mm d 500 - 1000 mm h 600 - 1200 mm Hefcapaciteit 50 - 300 kg Aandrijving door middel van een liftmotor in de machinekamer. Deze bevindt zich meestal boven in de schacht, maar kan bij speciale uitvoering ook naast of onder in de schacht geplaatst worden. Maximale hefhoogte van 30 meter. Deze hoogte kan overschreden worden bij installaties op aanvraag.
26
Capsules / inschuifbare units De hotelkamers zijn allemaal even groot. Het gebouw heeft een industrieel uiterlijk en daarom is gekeken naar een mogelijke industriële oplossing voor de hotelkamers, namelijk inschuifbare units die in het casco worden geschoven of capsules die aan de draagconstructie worden gehangen. Het gewicht van het gebouw kan in principe op 2 manieren worden afgedragen, namelijk via een of meerdere ringen of via dragende wanden tussen de kamers. De units of capsules kunnen alleen in het laatste geval, dragende wanden tussen de kamers, eventueel in combinatie met een dragende binnenring rond het atrium.
De units of capsules moeten zeer licht zijn en doen daarom denken aan caravans of campers. In deze caravanbouw komen ook afzetunits voor pick-up trucks voor (figuur 59). Het gewicht van de afgebeelde afzetunit is 590 kg. De unit is gemaakt van 35mm dik polyester sandwichpaneel met xps styrofoam isolatie.
Fig. 59: Afzetunit caravanbouw
Fig. 60: Willem Arntsz Huis, Utrecht
Een idee welk beeld het kan geven is in figuur 60 te zien. Een ander lichtgewicht constructie die omgebouwd zou kunnen worden is in de volgende figuren te zien.
Fig. 61 en 62: Detos kunststof behuizingen
27
Architectonisch ontwerp Locatie De vormgeving van het gebouw is zo dwingend dat er maar een paar opties voor plaatsing in het plangebied mogelijk zijn. 1) op hellingbaan als schip 2) op hellingbaan als object 3) in het water voor de oorspronkelijke locatie De oorspronkelijke locatie is te klein geworden door het toevoegen van een grote kelder. In het water voor de oorspronkelijke locatie is een optie, maar het hotel blokkeert dan het zicht op de achterliggende industriële gebouwen. De grote hellingbaan blijft dan over als locatie. Indien het parallel op de hellingbaan wordt geplaatst, alsof het een schip is, gaat het hotel als los object in het gebied niet meer op. Daarom is gekozen voor de tweede optie, het hotel staat op de hellingbaan als object, als eyecatcher. Het gebouw is op zichzelf staand met elementen uit het industriële gebied zodat het er wel in past.
Het hotel bestaat uit twee silo’s, een middentoren en een kelder. De middentoren lijkt vanaf het maaiveld alleen op de 10e verdieping zichtbaar verbonden met de twee silo’s. In de kelder bevindt zich de entree tot het hotel en de hoofdontsluiting van zowel de silo’s als de middentoren. De plattegrond van de silo’s is voor begane grond tot verdieping 9 hetzelfde. In het midden bevindt zich een atrium over de volledige hoogte van de silo. De buitenring is in 14 gelijke stukken verdeeld. Daarvan zijn er 12 hotelkamers, een servicehok en een (nood)trappenhuis. De kamers worden ontsloten door een galerij aan/in het atrium. De silo wordt ontsloten door twee atriumliften, die zich in het atrium bevinden aan de galerij. Op de 10e verdieping van de silo’s bevinden zich een restaurant en een bar/lounge. Per silo gaat slechts een van de atriumliften tot de 10 verdieping om routing in het restaurant te regelen. Het (nood)trappenhuis is het enige van de 14 delen die over de gehele hoogte van de silo doorloopt. Naast het trappenhuis is mogelijkheid tot een rokersruimte. Het restaurant wordt van voedsel voorzien door middel van restaurantliften, de keuken van het hotel bevindt zich in de kelder. De schacht van deze restaurantliften bevindt zich in het servicehok. In de middentoren liggen de administratieve functies van het hotel en is dan ook alleen toegankelijk voor het personeel. Van de begane grond tot en met de 9e verdieping bestaat de plattegrond van de middentoren uit een kantoor of vergaderruimte, afwisselend per verdieping een (invaliden)toilet of een pantry, een lift en een (nood)trappenhuis. Op de 10 verdieping bevindt zich een installatieruimte en op verdieping 11 een watertank. De kelder bestaat uit twee verdiepingen. Verdieping -2 is een parkeergarage, voor auto’s bereikbaar via autoliften. Vanuit de parkeergarage is een rechtstreekse uitgang naar de receptieruimte. Ook zijn er drie (nood)uitgangen naar het maaiveld. De parkeergarage heeft 220 parkeerplaatsen. Er is een kantoor ten behoeve van beheer. De hoofdentree van het hotel bevindt zich op -1 en bestaat uit trappen en een (invaliden)lift. De entree en de parkeergarage-uitgangen komen uit in de receptieruimte. Gasten kunnen vanaf daar naar de silo’s aan weerszijden van de receptieruimte. Personeel kan vanaf de receptie de middentoren, personeelsruimtes en keuken bereiken achter de receptieruimte. Op deze kelderverdieping bevinden zich tevens twee installatieruimten, een magazijn voor de keuken, de hotelkeuken, personeelsruimtes, een fietsenkelder en ontspanningsfaciliteiten (zwembad en sauna). Het magazijn wordt door twee goederenliften ontsloten vanaf het maaiveld. De fietsenkelder is per fiets met een lift bereikbaar vanaf het maaiveld. De kraan aan de waterzijde is een overblijfsel van het architectuursemester. Er is geen mogelijkheid om door de kraan het hotel te bereiken. Wel is het de bedoeling dat door middel
28
van de kraan goederen en personen vanaf schepen ‘gelost’ kunnen worden naar de kade. De watertank op de 11e verdieping is het contragewicht van de kraan. In totaal zijn er 240 hotelkamers. Een kamer is inclusief badkamer ruim 30 m2, een standaard tot luxe kamer. De grootte van de badkamer is 24% van de kamer, ruim 7 m2. In bijlage B zijn alle plattegronden, doorsnede en andere relevante tekeningen te vinden.
In de loop van het semester bouwtechnologie is besloten architectuur te laten vallen. Het is dus geen dubbel afstuderen A+BT meer, maar enkel BT. Dit betekent dat het architectonisch ontwerp niet verder wordt uitgewerkt tot een definitief ontwerp en dat het ontwerp zoals het er nu ligt als basis geldt voor het verdere onderzoek aan de gevel.
29
Gevelontwerp Onderzoekstitel Het ontwerp van een flexibel gevelsysteem met multimateriële invulling en daardoor een variabele en instelbare architectonische expressie. Eisen aan gevel Eisen aan gevelpaneel: - van buitenaf dicht uiterlijk als zijnde een silo - translucent Keuze soort glas
Transparantie Zicht van buiten af Zicht van binnen uit Voldoen aan eisen Verantwoording
Reflecterend
Gekleurd
Gezeefdrukt
van buiten ondoorzichtig, van binnen transparant geen verschil tussen open en gesloten delen transparant, maar monochroom
transparant
doorzichtig tot translucent
(on)doorzichtigheid hangt af van kleur transparant, alles in bepaalde kleur
prent of beeld (deel van) prent of beeld
-
-
+
spiegel is niet juiste beeld, klachten over binnenklimaat
gevel blijft altijd iets doorzichtig
translucent en print mogelijk, indien geen print zelfde als geëmailleerd glas
Geglazuurd
Geëmailleerd
Interne zonwering
Transparantie
ondoorzichtig
Zicht van buiten af
dicht
doorzichtig tot ondoorzichtig hangt af van stand lamellen
Zicht van binnen uit
dicht
translucent tot ondoorzichtig ondoorzichtig (bij donker buiten en licht binnen schaduwen) licht of donker en schaduwen
Voldoen aan eisen Verantwoording
--
++
--
ondoorzichtig
voldoet aan eisen
beeld van buitenaf is veranderlijk
hangt af van stand lamellen
Tabel 5: Glassoorten en gestelde eisen
Geëmailleerd glas voldoet aan de gestelde eisen en is daarom gekozen.
30
Opbouw gevel Het gevelpaneel bestaat uit 3 glasplaten, dubbelglas met aan buitenzijde een geëmailleerde glasplaat eraan gelamineerd. Van buiten naar binnen heeft het de volgende opbouw: 1. emaillaag 2. 4 mm float glas 3. folie 4. 8 mm gehard glas 5. spouw en afstandhouders 6. 4 mm float glas Fig. 63: Opbouw gevelpaneel
De afmetingen van het paneel zijn ongeveer 3000x2000mm. Dit zijn per verdiepingsring 42 panelen, verdiepinghoog. Een paneel met genoemde afmetingen weegt circa 240 kilogram.
Fig. 64, 65, 66 en 67: Gevelpaneel
31
Gebogen buitenplaat versus ongebogen paneel Een verdiepingsring bestaat uit 42 panelen. De silo is rond en de gevelpanelen zijn ongebogen. De fragmentatie is desondanks niet storend. Geëmailleerd glas is uit te voeren als gebogen plaat. Het glas is dan gehard en niet gelamineerd. In dit geval is de geëmailleerde plaat niet gehard en daarom gelamineerd aan dubbelglas. De platen zouden dan een voor een gebogen moeten worden en daarna aan elkaar gelamineerd worden en dit zal nooit het gewenste afwerkingsniveau aan de randen hebben. Een alternatief is een gebogen geharde geëmailleerde buitenplaat, maar hierbij wegen de hoge kosten niet op tegen de kleine fragmentatie bij ongebogen panelen.
Fig. 68 en 69: Fragmentatie
Zwaarte gevel versus capsules Bij een uitvoering met onderzochte inschuifbare units of capsules zouden deze units inclusief de gevel in het gebouw worden geschoven. Per kamer telt de gevel drie panelen. Dit heeft een gewicht van circa 720 kilogram. De onderzochte inschuifbare units of capsules zijn lichtgewicht en kunnen een dergelijk zware gevel niet dragen. Er zijn twee opties: 1) Een gevel met geëmailleerd glas en geen capsules. De gevel is te zwaar. In theorie zou de badkamer een contragewicht kunnen vormen. Maar dan is er geen sprake meer van lichtgewicht capsules die op een eenvoudige manier in het gebouw kunnen worden geschoven. 2) Wel capsules en een gevel met geglazuurd glas. Geglazuurd glas heeft dezelfde uitstraling als geëmailleerd glas, maar is lichter. Het is alleen niet transparant of translucent. Optie 2 gaat in tegen de architectonische eis door de ondoorzichtigheid. Het gebouw wordt daarom zonder inschuifbare units gebouwd.
32
Eisen aan verbinding Eisen aan verbinding: - onzichtbaar van buitenaf, dat wil zeggen tussen of achter de gevelpanelen - aan alle zijden dezelfde verbinding - afstandhouder is onderdeel van de verbinding - eenvoudige montage
Innovatie: verbinding geïntegreerd met afstandhouder Eerder zijn de bestaande verbindingen van glazen panelen aan de interne constructie genoemd: - Mechanisch: met bouten door het glas heen wordt het paneel aan de draagconstructie bevestigd - Chemisch: de panelen worden aan de interne constructie gelijmd, geen gaten in het glas - Een combinatie van deze twee De mechanische verbinding valt meteen af, het gevelpaneel bestaat uit 3 glazen platen met een luchtspouw en hier kunnen geen gaten in geboord worden. De chemische verbinding met thermisch uithardende lijm is een mogelijkheid, maar is in strijd met de eis dat de verbinding onzichtbaar moet zijn van buitenaf. Aangezien de gelijmde verbinding nog niet onderzocht is op lange termijn belasting en als mogelijk onbetrouwbaar wordt geacht, mag deze verbinding niet zonder borging worden toegepast. Deze borgingen bevinden zich onder het glazen paneel en op het glazen paneel aan de buitenzijde. Deze zijn dus altijd zichtbaar en steken zelfs uit. Er blijven twee manieren over om aan de eisen te kunnen voldoen, namelijk de verbinding achter de panelen te maken, aan de binnenzijde, of de verbinding tussen de panelen te maken. Hier is voor de meest innovatieve manier gekozen, namelijk het bevestigen tussen de panelen op te lossen. Als er niet aan het glas gelijmd of door het glas geboord mag worden, blijft alleen de afstandhouder over om iets aan te bevestigen. De afstandhouder wordt daardoor onderdeel van de verbinding.
33
Excursie glasfabriek Om meer inzicht te krijgen in de productie en mogelijkheden van glas is in mei 2009 een excursie ondernomen naar een glasfabriek, Semcoglas in Nordhorn, Duitsland. Semco heeft 21 vestigingen verspreidt over Duitsland en Denemarken en er werken in totaal ongeveer 1200 mensen. Semco Nordhorn zet 60% van zijn producten af in Nederland en 40% in Duitsland. Op dit moment produceert Semco 500 tot 600 m2 glas per week. Ze streven naar 2000 m2 per week. Het duurt nog ongeveer 5 jaar voordat dit bereikt wordt, door de benodigde tijd voor het optimaliseren van de software. Semco verwerkt glasplaten van 3,21 bij 6 m, van verschillende diktes (3 tot 12 mm) en met verschillende kleuringen en patronen. Levertijden voor glasproducten zijn 5 werkdagen. Glasafval wordt terug geleverd aan de floatglasfabriek. In de fabriek wordt ook isolatieglas gemaakt, maar deze lijn staat eigenlijk los van de andere productiestappen. Levertijd voor isolatieglas is 8 uur. Bij de lijn van het isolatieglas bleek dat de standaard afstandhouder een dun profieltje is van maximaal 10 mm breed. Dit profiel is niet sterk of stevig genoeg om de bevestiging van het volledige paneel te kunnen dragen en er moet dus een eigen afstandhouder ontworpen worden voor de verbinding.
Fig. 70 en 71: Afstandhouders
Fig. 72: Dubbel glas
Fig. 73: Verbindingsstukken voor afstandhouder
34
Varianten verbinding Het gevelpaneel wordt constructief aan de vloeren bevestigd, dus aan de boven- en onderzijde van het paneel. Tevens worden de panelen aan elkaar bevestigd, aan de zijkanten, om beweging/klapperen door wind te vermijden en om te kunnen zorgen voor een 2e draagweg indien de vloerverbinding faalt. Om de verbinding tussen de panelen op te lossen met de afstandhouder geïntegreerd, is eerst gekeken naar verschillende mogelijkheden hiervoor. Variant 1: Flensverbinding Deze verbinding wordt aan de afstandhouder bevestigd of geïntegreerd met de afstandhouder. De verbinding ligt in de lijn van het glas en kan aan alle zijden hetzelfde worden uitgevoerd. De gevel is redelijk eenvoudig te monteren, behalve de laatste van de cirkel. Ook vergt het behoorlijk wat precisie van de kraanbestuurder en veel handwerk ter plaatse. De (constructieve) bevestiging aan de vloer moet nog worden uitgewerkt, maar kan eenvoudig gemaakt worden.
Fig. 74: Vooraanzicht
Fig. 75: Gevelpaneel met verbinding
Fig. 76: Bovenaanzicht
35
Variant 2: Scharnierverbinding Deze verbinding kan met een losse pen uitgevoerd worden of als paumellescharnier. Beiden liggen in de lijn van het glas en worden aan de afstandhouder bevestigd. Het scharnier met losse pen kan aan alle zijden hetzelfde uitgevoerd worden en is redelijk eenvoudig te monteren. Het paumellescharnier kan alleen aan de zijkanten van het gevelpaneel, aan boven- en onderzijde kan wel een scharnier maar geen paumelle. Het paumellescharnier is redelijk eenvoudig te monteren, behalve de laatste van de cirkel. Ook vergen beide zeer veel precisie van de kraanbestuurder. De (constructieve) bevestiging aan de vloer moet nog worden uitgewerkt. Ook moet onderzocht worden wat er gebeurt als één paneel bezwijkt.
Fig. 77 en 78: Scharnier met losse pen vooraanzicht en paneel vooraanzicht
36
Fig. 79: Paumelle
Variant 3: Keepverbinding Deze verbinding wordt aan de afstandhouder bevestigd of geïntegreerd met de afstandhouder. De verbinding ligt in de lijn van het glas en kan aan alle zijden (ongeveer) hetzelfde worden uitgevoerd. De gevel is redelijk eenvoudig te monteren, maar vergt precisie van de kraanbestuurder. De (constructieve) bevestiging aan de vloer kan bijvoorbeeld plaatsvinden door uitsteeksels aan de vloer, waar het gevelpaneel aan gehangen en/of bevestigd wordt.
Fig. 80: Vooraanzicht
Fig. 81: Bovenaanzichten
Fig. 82: Gevelpaneel met verbinding
37
Variant 4: Railverbinding Deze verbinding wordt aan de afstandhouder bevestigd of geïntegreerd met de afstandhouder. De verbinding ligt in de lijn van het glas en kan aan alle zijden hetzelfde worden uitgevoerd. De gevel is eenvoudig te monteren door de panelen aan elkaar te schuiven. Het laatste element van de cirkel kan van bovenaf op de plaats geschoven worden. De (constructieve) bevestiging aan de vloer moet nog verder worden uitgewerkt, maar kan eenvoudig gemaakt worden (figuren 80 en 81). Ook moet onderzocht worden wat er gebeurt als één paneel bezwijkt.
Fig. 83: Bovenaanzicht
Fig. 84 en 85: Constructieve verbinding aan vloer
38
Afweging mogelijkheden verbindingsvarianten
Zichtbaarheid van buitenaf Grootte naad Plaatsing tussen panelen mogelijk Plaatsing achter panelen mogelijk Verbinding zijkant zelfde als boven/onder Afstandhouder onderdeel verbinding Montage eenvoudig Montage laatste van de cirkel Benodigde precisie kraan Handwerk ter plaatse Constructieve verbinding aan vloer Opnemen falen van een plaat
variant 1 Flensverbinding -
variant 2 Scharnier +
variant 3 Keepverbinding o
variant 4 Railverbinding ++
+
+ ++
o ++
+ ++
o
+
-
-
++
++
+
++
+
+
+
+
-
o
o/+
+
-
+
++
+
--
--
o
+
--
-
-
+
+
(niet uitgewerkt)
+
+
+
? (niet uitgewerkt)
+
? (niet uitgewerkt)
Tabel 6: Varianten verbinding en gestelde eisen
Op basis van bovenstaand schema zijn de volgende keuzes voor de verbinding te maken: 1) De railverbinding, variant 4, heeft de beste eigenschappen en voldoet het meest aan de gestelde eisen. De 2e draagweg zal nog verder onderzocht moeten worden. 2) De scharnierverbinding, variant 2, heeft ook mogelijkheden. Probleem van deze verbinding is de bewerkelijke montage. 3) Variant 1 en 3 vallen af. De flensverbinding heeft geen eenvoudige montage en daarbij veel handwerk nodig, waardoor de naad groter moet zijn dan bij andere verbindingen. De keepverbinding komt uit de houtindustrie en is niet heel geschikt in metaal.
39
Nieuwe aanpak: montagevolgorde Het gevelpaneel is in bovenstaande varianten zowel aan de boven- als de onderzijde constructief bevestigd aan de vloer. Om een statisch bepaalde constructie te krijgen zijn er drie verbindingen nodig, maar deze hoeven niet allemaal hetzelfde te doen, dus niet in alle richtingen de beweging te onderdrukken. Aan de zijkanten worden de panelen met elkaar verbonden om beweging door de wind te voorkomen en om te zorgen voor een tweede draagweg als een verbinding faalt. Hier zijn ook drie verbindingen nodig, maar zeker geen zes zoals in bovenstaande varianten. De verbinding moet een of meer van de volgende dingen ‘doen’: - eigen gewicht opnemen - windbelasting opnemen - het paneel op zijn plek houden Zeker in verband met de eis van een eenvoudige montage is het wenselijk dat niet alle verbindingen alle bovengenoemde zaken doen. Een nieuwe aanpak is noodzakelijk, namelijk uitgaan van de montage(volgorde). Wat elke verbinding moet doen hangt af van de montage. Het paneel wordt door de kraan op zijn plaats gehesen. Het handigst is het paneel nu op een uitsteeksel aan de onderzijde te laten rusten en vervolgens daar te bevestigen. Aan de bovenzijde hoeft het paneel dan alleen nog gefixeerd te worden.
40
Het paneel wordt op uitsteeksels uit de betonnen vloer gezet door pennen over een staaf of plaat heen te laten vallen. De pennen zijn geïntegreerd met de afstandhouder. Het paneel hangt nog aan de kraan, maar rust nu op de uitsteeksels en kan niet naar voren vallen omdat de pennen worden tegengehouden. Het paneel wordt rechtgezet en valt aan de bovenzijde tegen een plaat. Het paneel kan nu aan onder- en bovenzijde bevestigd worden.
Fig. 86: Montagevolgorde paneel aan onder- en bovenzijde
Fig. 87: Verbinding onderzijde
Fig. 88: Verbinding bovenzijde
De verbinding doet niet in alle gevallen hetzelfde, maar het deel aan het paneel, geïntegreerd met de afstandhouder, moet hetzelfde zijn en eruit zien. Dit ten behoeve van de productie, flexibiliteit, innovatie en uitwisselbaarheid (gemak vervanging). Aan de afstandhouder worden dus aan alle zijden pennen bevestigd.
41
Om aan de zijkant van het paneel de pennen te verbinden moet er een speciaal gietstuk ontworpen en gemaakt worden. Deze gietstukken worden aan elkaar verbonden middels een bout. In verband met de montage heeft één product de voorkeur boven twee gietstukken. Door een scharnier dat de twee gietstukken met elkaar verbindt, kan de combinatie over de pennen heen vallen en eenvoudig gefixeerd worden.
Fig. 89 en 90: Verbinding zijkant paneel, boven- en vooraanzicht
Fig. 91: Montage twee losse gietstukken
Fig. 92 en 93: Doorsnede en montage verbinding met scharnier
42
Toleranties Zowel de betonnen vloeren als de glazen panelen hebben onregelmatigheden. Deze toleranties moet de verbinding aan de vloer kunnen opnemen. De onregelmatigheden in het betonwerk kunnen door stelmogelijkheden aan de vloerbevestiging makkelijk worden opgenomen en gereduceerd worden tot maximaal een millimeter.
Fig. 94 en 95: Stelmogelijkheden bevestiging aan vloer in 2 en 3 richtingen
De onregelmatigheid van het glas is 1/1000 van de lengte en bedraagt in de hoogte dus maximaal 3mm. De maat van het paneel varieert tussen 2997 en 3003 mm. De bevestigingen aan de vloer moeten zo gesteld worden dat er een hoogte van 3004 mm overblijft, zodat het grootste paneel er tussen past. Het hoogteverschil aan de bovenzijde van het paneel is dan maximaal 7 millimeter.
Fig. 96: Vastgestelde hoogte tussen 2 vloerbevestigingen
Door alle onderzijdes van een ring panelen op dezelfde hoogte te stellen, kunnen de pennen aan de zijkanten nauwkeurig geplaatst worden in het productieproces. Toch moet een tolerantie van ongeveer een millimeter opgenomen kunnen worden door het gietstuk.
43
Afdichting naad De verbindingen bevinden zich tussen de gevelpanelen en moeten onzichtbaar zijn vanaf de buitenkant. Hiervoor moet de naad afgedicht worden in dezelfde kleur als de geëmailleerde buitenste glasplaat. Om de naad af te dichten met kit is de naad bij voorkeur maximaal 15mm breed. Het op te nemen hoogteverschil van 7mm meegenomen blijft een horizontale naad van 8 tot 15 mm over. Het gevolg is dat de pennen maximaal 15mm lang mogen zijn en dat er weinig ruimte overblijft om het paneel te kunnen bevestigen. De gewenste lengte van de pennen is 30mm. Een kitnaad is dan onmogelijk. Aan boven- en onderzijde van de panelen bevinden zich de verbindingen naast elkaar, waardoor de naad wordt gereduceerd tot minimaal 1x de lengte van een pen.
Fig. 97, 98 en 99: Verbinding zijkant paneel, boven- en vooraanzicht en doorsnede gietstuk
Aan de zijkanten is dezelfde naadgrootte gewenst. Hiervoor moeten de pennen niet op dezelfde hoogte worden bevestigd, maar onder/boven elkaar. Het gietstuk zal daardoor gecompliceerder worden, maar juist door een gietstuk te gebruiken is dit op te lossen. Een grotere naad is daarom noodzakelijk, maar moet zo klein mogelijk gehouden worden in verband met de zichtbaarheids eis. Een grotere naad is af te dichten met een kunststof profiel, hiervoor is de naad bij voorkeur minimaal 30mm breed. Hierdoor kunnen de pennen langer zijn en is er meer ruimte voor bevestiging.
Fig. 100: Breedte van de horizontale naad
44
Afdichting hotelkamer Als alle panelen aan het gebouw bevestigd zijn, moeten de hotelkamers nog afgedicht worden. Dit gebeurt met een standaard elastische band, bijvoorbeeld Compriband (compressieband).
Fig. 101: Horizontale doorsnede met plaats detail
Fig. 102: Horizontaal detail ter plaatse van wand
45
Fig. 103: Verticale doorsnede over de gevel
46
Fig. 104: Verticale details ter plaatse van de vloer
47
Aan de uitgewerkte verbindingen kan verder worden gerekend ten behoeve van de dimensionering. Daarna kan een prototype gemaakt worden. Voor het prototype wordt de verbinding verder uitgewerkt, inclusief de afstandhouder. Deze verbinding wordt tussen twee panelen geplaatst en eventueel getest. Berekeningen Model De panelen zijn gemodelleerd in Ansys versie 11. Het glas wordt gemodelleerd als shell63 elementen. Dit is een vlak element waarvan de dikte moet worden ingesteld. De randen en pennen zijn beam8 elementen. Het model heeft geen dikte, de computer geeft de dikte. Het feit dat het een 3D model is wordt dus meegenomen in de virtualiteit. Er is elke keer uitgegaan van het slechtste scenario, zodat het alleen maar beter kan zijn in het echt. Het paneel bestaat uit 1cm dik glas. Hij wordt onder ingeklemd (beweging wordt voorkomen in drie richtingen) en boven alleen gefixeerd. Het metaalwerk om het paneel, de rand, verstijft niet. In het slechtste en meest extreme geval staat er op de plaat een windzuiging van een orkaan van 400 N/m2. Resultaten Het eerste model bestaat uit 1 plaat, zonder pennen. Onder wordt het paneel over de hele rand ingeklemd. In figuur 105 zijn de verplaatsingen te zien. In figuur 106 is te zien dat er in dit geval grote glasspanningen optreden.
Fig. 105: Verplaatsing model 1 in meters
48
Fig. 106: Spanningen in model 1
Model 2 is dezelfde plaat, maar hierbij zijn de pennen meegenomen. Ook zijn de zijverbindingen meegenomen als zijnde een begrenzing. In figuur 107 zijn de verplaatsingen te zien. In figuur 108 is te zien dat er alleen lokaal bij de inklemmingen piekspanningen optreden.
Fig. 107: Verplaatsing model 2 in meters
49
Fig. 108: Spanningen in model 2
In het derde model zijn 3 platen naast elkaar gemodelleerd. Dit benadert de reële situatie meer dan voorgaande modellen, al is er weer uitgegaan van de slechtste situatie; het feit dat het om een rond gebouw gaat is niet meegenomen, de platen staan namelijk niet onder een hoek. De zijplaten zijn op 0 gesteld, alleen de resultaten van de middelste plaat gelden. Zonder de verstijving van de rand en het ronde gebouw mee te nemen buigt de plaat maximaal 1cm uit (figuur 109 en 111). Ook de spanningen zijn niet kritisch, dit is te zien in figuur 110 en 112.
Fig. 109: Verplaatsing model 3
Fig. 110: Spanningen in model 3
50
Fig. 111: Verplaatsing model 3
Fig. 112: Piekspanningen ter plaatse van pennen in rand
Om de reële situatie zo dicht mogelijk te benaderen is er ook gerekend aan een 3D model. Dit model geeft een betere en nauwkeuriger berekening en resultaten. In dit model hebben de elementen wel dikte. Het model is weer opgebouwd uit shell63 en beam8 elementen (figuur 113 en 114). Het paneel is maar voor een kwart gemodelleerd, dit kan vanwege de symmetrie van de windbelasting. Deze geeft een verwaarloosbare fout voor de zwaartekracht.
51
Het paneel bestaat uit 2 glasplaten van elk 1cm dik. Daar omheen een profiel met de pennen eraan. Ook deze berekening geeft een maximale uitbuiging van 1cm (figuur 115). Dit is zo laag door de samenwerking van de glasplaten. De piekspanningen zijn te vinden in de afstandhouder, maar voor metaal is een spanning van 10 tot 20 MPa heel laag. Er komen geen piekspanningen voor in het glas. Spanningen van minder dan 10 MPa zijn voor ongehard glas niet kritisch. De spanningen zijn te zien in figuur 116.
Fig. 113 en 114: 3D model
Fig. 115: Verplaatsing 3D model
52
Fig. 116: Piekspanningen in metaalwerk rand
53
Prototype Het prototype wordt gemaakt om te testen of het ontworpen principe met de pennen echt kan en om het montageprincipe te testen. Het prototype bestaat uit 2 panelen. Aan boven- en onderzijde worden deze bevestigd aan een frame, dat de vloeren voor moet stellen. Aan de zijkant worden ze aan elkaar verbonden. Een paneel bestaat uit 2 gelamineerde glasplaten van elk 8mm dik, van elkaar gescheiden door een U-vormige afstandhouder. De spouw is 20mm dik. Om het paneel te beschermen tegen beschadiging wordt een ander U-profiel om het paneel heen gelegd. Aan de afstandhouder worden de pennen bevestigd. In bijlage C zijn de tekeningen van het prototype te vinden. De montage en het resultaat zijn te zien op de foto’s (figuur 117 t/m 128). Prototype versus ontwerp De panelen van het prototype zijn 2x1 meter en zijn dus kleiner dan de eigenlijke afmetingen van 3x2 meter. De verbindingen echter zijn bij beide even groot. De verbindingen van het prototype zijn even groot uitgevoerd als in het ontwerp. Dit betekent dat de naad in beide gevallen ook hetzelfde is, namelijk ongeveer 35mm. In het prototype is de naad dus geprononceerder aanwezig dan in het echt het geval zal zijn. Zoals eerder vermeld bestaat het paneel van het prototype uit twee gelamineerde glasplaten, waar dubbelglas van wordt gemaakt. In het ontwerp bestaat een paneel uit drie enkele platen, dubbelglas met daaraan gelamineerd een geëmailleerde plaat. In het prototype zijn de platen alleen gelamineerd voor de veiligheid. Zonder afstandhouders weegt het prototype paneel 80 kilogram en het oorspronkelijke paneel zal ongeveer 240 kilogram wegen. De glasplaten voor het prototype zijn niet geëmailleerd en zijn dus doorzichtig. Het U-profiel dat om het paneel heen loopt is zichtbaar aan de buitenzijde. In het oorspronkelijke ontwerp is het dan ook geen U-profiel, maar een L-profiel. In het prototype is een U-profiel gebruikt voor de veiligheid bij montage. Om het prototype te bevestigen is een ruimteframe gebruikt. Hier konden niet exact dezelfde vloerverbindingen worden gebruikt als in het eigenlijke ontwerp. Aan het ruimteframe is een plaat bevestigd, terwijl dit een L-vormige plaat is in het ontwerp.
54
Fig. 117 en 118: Verbindingsplaat aan vloer onder (links) en boven (rechts)
Fig. 119 en 120: Bevestiging paneel aan vloer onder (links) en boven (rechts)
Fig. 121: Resultaat paneel 1
55
Fig. 122 en 123: Montage paneel 2
Fig. 124: Resultaat inclusief zijverbindingen
56
Fig. 125: Resultaat
Fig. 126, 127 en 128: Verbinding onder, boven en zij
57
Conclusie en vervolgonderzoek Uit de berekeningen en het maken van het prototype blijkt dat een verbinding geïntegreerd met de afstandhouder een goede oplossing is om glaspanelen onzichtbaar aan een gevel te bevestigen. Een groot voordeel is dat hierbij niet in het glas geboord moet worden of aan het glas gelijmd moet worden. Daarnaast is het een flexibel systeem. Om dit principe in productie te kunnen nemen, is verdere uitwerking van een aantal punten gewenst. Zo is er nog geen kunststof profiel voor de naadafdichting ontworpen (figuur 129). Daarnaast zal er onderzocht moeten worden of verbinding en naad verder geminimaliseerd kunnen worden. In het prototype en bij het model voor de berekeningen is er een U-profiel over de volledige omtrek van het paneel gelegd. Om te voldoen aan de onzichtbaarheids eis van buitenaf, is het gewenst dat dit U-profiel een L-profiel wordt (figuur 130). Onderzocht moet worden of deze aanpassing invloed heeft op de krachtswerking in de rand en andere resultaten geeft.
Fig. 129: Kunststof profiel voor de naadafdichting
Fig. 130: L-profiel in plaats van U-profiel
58
Bronvermelding en literatuurlijst Blasgraaf, P. (1996) Grote glasoverkapte ruimten, Sittard: Novem Boer, H.R. de (2002) Afbouwconstructies I: Ontwerpen van gebouwen, Delft: Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Boer, H.R. de (2003) Afbouwconstructies II: Bouwfysica en bouwtechniek, Delft: Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Bouwbesluit 2003 (2006) Brookes, A.J. (2002) Cladding of buildings, Taylor & Francis e-Library Brookes, A.J. (2003) The making of facades, Delft: Publicatiebureau Bouwkunde Gerrits, J.M., Weijer, A. (1996) Elementenboek, Delft: Publicatiebureau Bouwkunde Knaack, U., Klein, T., Bilow, M., Auer, T. (2007) Facades - Principles of construction, Basel: Birkhäuser Verlag AG Leerstoel Building Typology (2007) Master Book 2007/2008 - Hybrid buildings for the Dutch city, Delft Nederlands norm NEN 2443 - Parkeren en stallen van personenauto’s op terreinen en in garages (2000) Neufert, E., Neufert, P., Baiche, B., Walliman, N. (2002) Architects’ data - Third Edition, Blackwell Publishing Nilson, A.H., Darwin, D., Dolan, C.W. (2004) Design of concrete structures, The McGraw-Hill Companies Renckens, J. (1998) Facades & Architecture - Fascination in aluminium and glass, Ede: Veenman Drukkers Rentier, Ch. (2004) Jellema 6c: Bouwtechniek Installaties - Liften en roltrappen, Utrecht/Zutphen: ThiemeMeulenhoff Internet http://nl.wikipedia.org/wiki/Caisson www.marco.nl voor brochure autolift van Marco Lifttechniek www.daldoss.nl voor brochure Microlift van Daldoss Elevetronic www.architectenweb.nl voor Willem Arntsz Huis in Utrecht en Detos kunststof behuizingen www.lelycampers.nl www.solocampers.nl www.compressieband.nl
59
Bijlage A
Tekeningen architectonisch ontwerp P2
48
Bijlage B
Tekeningen architectonisch ontwerp P4
49
Bijlage C
Tekeningen prototype
63
