Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
Met bollenplaatvloer lagere belasting
Nieuwe toren voor Belastingdienst Apeldoorn Het Centrum voor ICT van de Belastingdienst in Apeldoorn – het Walterboscomplex - onderging en ondergaat een grootschalige verbouwing. Het totaal aan plannen dat gefaseerd wordt uitgevoerd omvat onder meer het renoveren van bestaande gebouwen, de bouw van parkeergarages, een energiegebouw, een plintgebouw en twee kantoortorens. Toren H is de eerste kantoortoren die in uitvoering is genomen (foto 1). In de ontwerpfase werd ervan uitgegaan dat deze boven een bestaand gebouw zou worden gemaakt. Dit gebouw, met een kelder en een begane-grondlaag, was erop berekend te kunnen worden uitgebreid met veertien verdiepingen. Inpassing van dit gegeven heeft een aantal ontwerpkeuzes mede bepaald. Toren H onderscheidt zich nadrukkelijk van de bestaande bebouwing door zijn vormgeving. De toren heeft een niervormige plattegrond met een enkele ellipsvormige kern die voor de stabiliteit zorgt (fig. 2). Zoals projectarchitect Chris de Weijer verklaart: “De eisen die aan de kantoren worden gesteld, zijn aan verandering onderhevig. Om aan de wisselende eisen tegemoet te komen, is flexibiliteit voor dit ontwerp het sleutelwoord. Het is een open plattegrond met een vrije indeling. Het enige vaste element op elke verdie1 | Toren H in de maak
52 cement 2004
3
ping is de kern, met daarin toiletten, liften en ruimte voor installaties. Daarnaast bevindt zich op elke verdieping een kast, waarin ruimte is voor de faciliteiten voor de werknemers. Deze kast is flexibel indeelbaar. De open plattegrond maakt veel indelingen mogelijk. Met relatief kleine ingrepen kan een verdieping worden omgebouwd.” Een ander belangrijk uitgangspunt voor het ontwerp vormt het uitzicht. Doordat het glas van de gevel tot de vloer doorloopt, ontstaat het gevoel dat je met het bureau ‘in het landschap’ zit. De zonwering die aan de buitenzijde van de gevel is aangebracht, bestaat uit vaste elementen die de gevel plastiek geven. Tijdens het ontwerp van Toren H moest rekening worden gehouden met de bestaande onderbouw, een op rechte stramienen gebaseerde betonconstructie. Het gebruik van de bestaande fundering op staal had de voorkeur boven het maken van nieuwe funderingspalen door de vloeren heen. Ook mochten er als het maar enigszins mogelijk was, geen kolommen in de kelder worden bijgeplaatst. Volgens De Weijer waren overgangsconstructies vooral zeer kostbaar en tevens architectonisch minder gewenst. Omdat ook de constructieve mogelijkheden in de bestaande onderbouw beperkt waren, moest in
ieder geval worden gekozen voor een vloersysteem met een beperkt gewicht. “Voornoemde randvoorwaarden leidden tot de conclusie dat voor de keuze van het vloertype eigenlijk alleen een in twee richtingen dragende, vlakke vloerplaat in aanmerking kwam”, geeft Jan Kraak van Rijksgebouwendienst, Advies & Architecten aan. Zo is, mede gezien het streven van de Rijksgebouwendienst innovatieve technieken en producten toe te passen, gekozen voor de bollenplaatvloer. Kolommenplaatsing
Kraak vertelt verder dat de plaatsbepaling van de kolommen een van de grootste puzzels in de constructieve opzet was. Vanuit de onderbouw moest enigszins worden aangesloten op de bestaande kelderstructuur. Belangrijk voor de kolommen langs de buitengevel was de contour van de nieuwe plattegrond. Bij de middenkolommen moest rekening worden gehouden met de scheiding tussen de verblijfsgebieden en de verkeerszone. Om voldoende gewicht op de kern te laten rusten, mochten de kolommen hier niet al te dichtbij worden geplaatst. Ten slotte mocht de overspanning van de vloervelden niet te groot worden, omdat dat bepalend was voor de benodigde vloerdikte en daarmee het gewicht op de onderbouw. Kraak merkt op dat “de beheersing van te verwachten doorbuigingen daarbij een belangrijk criterium was, met name langs de onverstijfde vloerranden waarop de verdiepinghoge glazen gevels rusten. Door de vloer al in dit eerste ontwerpstadium in een eindige-elementenplatenprogramma te modelleren, kon in intensief overleg met de architect
Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
2 | Plattegrond verdieping met legplan vloerelementen
< (3000)
< (3000) A
3000 3000
3000
3000
3000 3000
3000
3000
een zowel architectonisch als constructief optimale kolomplaatsing worden vastgesteld.” Windbelasting
Naast plattegrondoptimalisatie was het de vraag welke windbelasting op de draagconstructie in rekening moest worden gebracht. NEN 6702 geeft voor gebouwen met een niervormige plattegrond geen vormfactoren. Daarom was nader onderzoek nodig. Nu wilde het geval dat voor het gehele terrein van de Belasting-
3000
3000 3000
3000
dienst een onderzoek naar de windhinder in voorbereiding was. Besloten werd dit windtunnelonderzoek uit te breiden met metingen naar de windbelasting op Toren H. Als assenstelsel zijn de hoofdtraagheidsassen van de ellipsvormige kern genomen. Gemeten zijn de statische belastingen op funderingsniveau; eerst voor de toren in de geplande situatie met andere hoogbouw in de directe omgeving, daarna voor een, in een bebouwde omgeving, vrijstaande toren.
3000
Voor elk van de 24 onderzochte windrichtingen werd gevonden dat de toren zich als een vleugel gedraagt. Bij wind in een richting is er ook belasting in de richting loodrecht daarop. Maar dat niet alleen: het gebouw wil ten gevolge van de wind ook om de verticale as draaien. Kraak concludeert dan ook dat torsie van het gebouw als geheel zonder het windtunnelonderzoek gemakkelijk zou kunnen zijn verwaarloosd.
foto: Pieter Vandermeer
cement 2004
3
53
Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
3 | Vloerveld volgt kern op de voet
Dimensionering
De stabiliteit van het gebouw wordt gehaald uit de ovale, volledig in het werk gestorte kern. Deze kern staat excentrisch in het vloerveld. In combinatie met windbelasting ontstaat lichte trek aan één kant, aan de onderzijde van de kern. Eric Crielaard van Ingenieursbureau Zonneveld berekende dat deze trekkrachten zo gering zijn dat het eigen gewicht van de funderingsplaat voldoende is om dit te compenseren. De maximale uitbuiging aan de top kwam uit op 65 mm. De op staal gefundeerde plaat is variabel in dikte. Om de plaatdikte te bepalen, is gezocht naar een optimale verhouding in de toepassing van minimale ponswapening en een minimale verlaging van de grondwaterstand. De grondopbouw is gunstig voor de verticale draagkracht; de maximaal toelaatbare grondspanning is 1430 kN/m2. De maximaal optredende grondspanning is 932 kN/m2, met een zeer geringe te verwachten zetting van ongeveer 7 mm. De funderingsplaat is uitgevoerd in betonsterkteklasse B 35. De plaat is in twee delen verdeeld door een leidingtunnel. Hierin lopen leidingen voor de W-installaties vanaf een secundair ener-
54 cement 2004
3
giegebouw naar Toren H en de twee bestaande torens F en G. De dwarskrachtvervorming door de tweedeling wordt tegengegaan door deze krachten door de lateien boven de deursparingen op de verdiepingen te voeren. Deze deursparingen bevinden zich exact boven de leidingtunnel in de funderingsplaat. Voor de kern en de kolommen is voorgeschreven dat de uitvoering moet voldoen aan de ENCI-publicatie ‘Schoon beton…Mooi werk’. Gekozen is voor zelfverdichtend beton, dat in de afbouwfase alleen nog wordt voorzien van een doorzichtige lazuurcoating. De kern is uitgevoerd in B 45, de kolommen in B 65. Belastingen
Voor de standaard verdiepingsvloeren is, naast eigen gewicht en rustende belasting van 6,4 kN/m2, een veranderlijke belasting aangehouden van 4,0 kN/m2 (ψ = 0,5), inclusief eigen gewicht lichte scheidingswanden. Voor de technische ruimte op de elfde verdieping is een veranderlijke belasting van 8,0 kN/m2 (ψ = 0,8) aangehouden: Niveau 2 is de eerste laag waarop het bollenplaatvloersysteem wordt toegepast. De onderliggende vloeren zijn volledig afwijkend. Aan de westzijde sluit de toren
aan op de parkeergarage; de onderste laag van de garage ligt op niveau –2. De bovenkant van deze vloer is gelijk aan de bovenzijde van de funderingsplaat, zodat de garage over de plaat doorloopt. Het dak van de garage (niveau 0) is een vijver met een maximale waterhoogte van 700 mm. Deze vijver loopt door over niveau 0 van de toren tot de gevel die naar binnen ligt ten opzichte van de gevel op de bovenliggende verdiepingen. In de vijver staan samengestelde kolommen van circa 7 m lang, die doorlopen tot de onderzijde van niveau 2. Aan de oostzijde sluit de funderingsplaat aan op een verdiepte tuin; hier staan op de funderingsplaat dezelfde samengestelde kolommen die ook doorlopen tot de onderzijde van niveau 2. Deze kolommen zijn ongeveer 11 m lang. De samengestelde kolommen zijn opgebouwd uit drie, ten opzichte van elkaar gedraaide stalen buizen Ø273 mm. Uitvoering en bouwlogistiek
Het Walterboscomplex kent diverse bouwfaseringen, die voortkomen uit het logistieke plan van de Rijksgebouwendienst voor de realisatie van de nieuwe gebouwen. Onderdeel hiervan is het
Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
beton niet nieuw. Echter, het realiseren van een dergelijk hoge betonnen kern, waarvoor ongeveer 60 m3 zelfverdichtend beton per verdieping nodig was, vormde voor Frederiks en zijn uitvoeringsteam een nieuwe uitdaging. Dit gold ook voor de betonmortelcentrale, zeker gezien de eis aan de grijstint-kleurafwijking van plus of min 1. Het zelfverdichtend beton wordt gestort met de kubel. Na 18 uur moet een betondruksterkte van 14 N/mm2 zijn bereikt om het mogelijk te maken de kernbekisting binnen de beoogde cyclustijd een verdieping hoger te plaatsen. Bollenplaatvloeren
Aan het uiterlijk van de kernwanden en de betonkolommen zijn hoge esthetische eisen gesteld. In het bestek is voorgeschreven met zelfverdichtend beton aan deze eisen te voldoen. Voor het uitvoeren van kolommen was toepassen van zelfverdichtend
De toren telt zestien bollenplaatvloeren BD 280 vanaf de tweede verdieping tot en met de dakvloer. De totale constructiehoogte van een vloer bedraagt slechts 280 mm bij de gegeven vloerbelastingen en een maximale kolomafstand van circa 8,0 m (fig. 4). Met de plaats van de kolommen kon vanwege de aard van het vloersysteem bij het ontwerp worden ‘gespeeld’. De vloeren zijn geheel ontworpen en berekend als puntvormig ondersteunde vlakke plaatvloeren volgens de rekenregels van de VBC en CUR-Aanbeveling 86 ‘Bollenplaatvloeren’. Aad Fuchs van BubbleDeck Nederland merkt op dat de eenvoud en efficiëntie van het legplan kenmerkend zijn voor het vloersysteem (zie fig. 2). Zelfs bij deze grillige plattegrond bestaat de tijdelijke onderstempeling voornamelijk uit evenwijdige stempelrijen in één richting met een 4 | Doorsnede BD 280 vloer zoals toegepast bij Toren H
220
12
225
25
35 25 6
De besteksmatig aangegeven tijd voor het realiseren van Toren H is achttien maanden. Gezien de eisen aan het afwerkniveau van de afbouw en de daarvoor benodigde tijd is ervoor gekozen de ruwbouw uit te voeren in een cyclustijd van zes werkbare dagen per verdieping. Om dit te kunnen realiseren wordt de betonnen kern vooruit geklommen en worden de vloeren hier direct achteraan gelegd (foto 3). De vloeren worden per verdieping in twee fasen gestort, wat inhoudt
Zelfverdichtend beton
280
Bouwsnelheid
dat elke drie werkbare dagen een halve verdiepingsvloer wordt gestort. Frederiks: “Op het moment dat de eerste vloeren vrij van ondersteuning zijn, wordt direct begonnen met het aanbrengen van de gevelsluiting. Dit geschiedt overigens geheel steigerloos van binnen uit”. Om de complete ruwbouw en de gevelsluiting te kunnen realiseren in de beschikbare tijd zijn twee torenkranen nodig. De afbouwwerkzaamheden geschieden van onder naar boven achter de gevelsluiting aan.
60
leegkomen van bestaande gebouwen, die daarna kunnen worden gesloopt of gerenoveerd. Henk Frederiks van BAM Utiliteitsbouw geeft aan dat zodoende voor de fasering van de nu onderhanden zijnde projecten is gekozen voor het zes maanden later starten van de bouw van de deels onder Toren H ontworpen parkeergarage. De bereikbaarheid van de ruwbouw van Toren H is hiermee gediend. De consequentie is wel dat daarna de bouw van de parkeergarage in zeer korte tijd moet plaatshebben. Aansluitend aan het gereed komen van de ruwbouw van Toren H wordt tevens begonnen met de renovatie van twee bestaande torens en de tweede fase van nieuwbouw van een tussenbebouwing.
cement 2004
3
55
Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
sulteert in zeer geringe aanstortvlakken, waarbij nauwelijks extra vlechtwerk hoeft te worden verricht”, merkt projectleider Frank van Berge Henegouwen van BubbleDeck Nederland op. De betonschil van de elementen is rondom aan de onderzijde voorzien van een kleine vellingkant. Aan één langszijde is aan de bovenzijde een vellingkant aangebracht volgens CUR-Aanbeveling 86. Dit ter waarborging van de brandweerstand en de duurzaamheid van de op de betonschil aan te brengen koppelstaven (fig. 7).
5 | Ingebouwd ribbenstrekstaal
6 | Productie in fabriek
7 | Randdetail bollenplaatvloer
maximale h.o.h.-afstand van 1,80 m. Het legplan is geoptimaliseerd en afgestemd op de uitvoeringswensen in nauwe samenwerking met de aannemer. Alle detailleringen en aansluitingen tussen verschillende constructiedelen werden doordacht ontworpen. De stortvoegen tussen de verschillende vloerhelften worden gerealiseerd met zogenoemd ribbenstrekstaal, dat fabrieksmatig in de vloerelementen is aangebracht (foto 5). De vloerelementen alsmede de wapening in de elementen sluiten met geringe segmentatie aan op de rond verlopende buitenomtrek en de ovale kern in het midden van de vloer. Het maximale peil van deze segmentatie bedraagt 30 mm. Tezamen met de gekozen tolerantiemaat van 80 mm bij vloeruiteinden en aansluitingen betekent dit dat de vloerelementen en de wapening met een tussenruimte van minimaal 80 en maximaal 110 mm de vorm van de vloer volgen (foto 6). “Dit re-
56 cement 2004
3
Aansluitingen De aansluiting tussen de ovale kern en de vloer kreeg bijzondere aandacht. De constructieve verbinding wordt gevormd door wapening uit te buigen vanuit stekkenbakken, die zijn aangebracht in de betonnen kernwand. Deze stekwapening is bereikbaar gemaakt voor de uitvoering door het bovennet van de elementen over voldoende afstand terug te houden. Bij dit project is ervoor gekozen de stekken voor het leggen van de vloerelementen uit te buigen. De vloerelementen worden vervolgens onder deze stekken door op hun plaats gelegd. Aan de kernwand is ter plaatse een extra ondersteuning bevestigd voor de betonschil. Na deze werkzaamheden wordt de
bovenwapening rond de ovale kern aangevlochten. De eveneens ovale middenkolommen in de toren worden omsloten door de vloerelementen van rechthoekige uitsparingen te voorzien (foto 8). De ruimte tussen uitsparing en kolom is rondom ten minste 100 mm. Daarmee loopt de eerste periferie van het ponsmechanisme onder een hoek van 45 volledig door het opstortbeton, waardoor de volledige vloerdikte in rekening kan worden gebracht. De uitsparing biedt uiteraard de noodzakelijke ruimte om geringe maat- en plaatsingsafwijkingen op te vangen. De vloer wordt in het werk afgestort na het aanbrengen van de noodzakelijke bijlegwapening in het werk, voornamelijk bestaande uit koppelstaven en koppelnetten op de elementvoegen, de noodzakelijke ponswapening, kolomstrookwapening en de bovenwapening bij de ovale kern. Productie vloersysteem Voor dit project worden de elementen op afzonderlijke bekistingstafels gemaakt. Vorm en uitsparingen worden gezien het repetitie-effect gemaakt met houten malvormen op een stalen bekistingstafel. De onder- en bovenwapeningsnetten worden met een volledig geautomatiseerde net-
Vellingkant bovenzijde bekistingsplaatvloer
Vellingkant onderzijde kopzijde bekistingsplaatvloer
Vellingkant onderzijde langszijde bekistingsplaatvloer
Constructie & uitvoering Utiliteitsbouw
8 | Vloerveld met rechthoekige sparingen rondom ovale kolommen
tenmachine zonder enig knipverlies direct in de gewenste vorm geproduceerd. De sterkteklasse van het beton is B 35, waarin bollenplaatvloeren gewoonlijk worden ontworpen. De milieuklasse is 1 (droog milieu) en de brandweerstandseis 90 minuten. “De bollenplaatvloeren voldoen hieraan ruimschoots, aangezien deze standaard kunnen worden geleverd met een brandweerstand van 120 minuten”, stelt Fuchs. Het beton is normaal grindbeton in consistentiegebied 4 met een maximale korrelafmeting van 31,5 mm. De ervaring opgedaan bij de uitvoering van inmiddels ruim 350 000 m2 bollenplaatvloer in ons land heeft geleerd dat bollenplaatvloeren goed worden afgestort met deze maximale korrelafmeting en consistentie. De maximale korrelafmeting blijkt niet te worden bepaald door de onderlinge afstand tussen de kunststof bollen, doch wordt net als bij elke andere gewa-
pend-betonvloer slechts gelimiteerd door de wapeningsdichtheid c.q. de minimaal aanwezige tussenafstand tussen de staven van de bijlegwapening. ■
leverancier betonspecie: EBC, Apeldoorn
P roj e c tg e g evens
opdrachtgever: Rijksgebouwendienst, Directie Projecten, Arnhem architect: 6 DP architectuurstudio, Delft bouwkundige uitwerking/directievoering: Bureau Bouwkunde, Rotterdam constructief ontwerp: Rijksgebouwendienst, Advies & Architecten, Den Haag hoofdconstructeur: Ingenieursbureau Zonneveld, Rotterdam aannemer: BAM Utiliteitsbouw, Utrecht leverancier bollenplaatvloeren: BubbleDeck Nederland, Leiden producent bollenplaatvloeren: Westo Prefab Beton Systemen, Coevorden
cement 2004
3
57
