ONDERZOEK • CONSTRUCTIEVE GEVEL • BOUWPROCES EINDRAPPORT
Auteur: M.A. Barendsz Zoetermeer, augustus 2014
Eindrapport
1
Bouwen met Staal Boerhaavelaan 40 P.O. Box 190 NL - 2700 AD Zoetermeer tel.: +31.79.353 12 77 fax: +31.79.353 12 78 e-mail:
[email protected] internet: www.bouwenmetstaal.nl
© 2014 Bouwen met Staal, Zoetermeer, Nederland Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotocopie, microfilm of op welke andere wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De Stichting Bouwen met Staal en degenen die aan dit rapport hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in dit rapport vervatte gegevens; deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat onjuistheden in het rapport voorkomen. Degene die van dit rapport gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. De stichting sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit (onoordeelkundig) gebruik van deze gegevens.
Eindrapport
2
VOORWOORD Voor u ligt de definitieve versie van de rapportage van het onderzoek dat in opdracht van VMRG en SKG is uitgevoerd naar de rol van het bouwproces bij toepassing van constructieve gevels. Het onderzoek is uitgevoerd en uitgewerkt door Mic Barendsz van Bouwen met Staal.
Eindrapport
3
INHOUDSOPGAVE Voorwoord Aanleiding 1 Inleiding 1.1 Doel 1.2 Opzet project 1.3 Onderzoeksvragen 1.4 Kader 1.5 Opleverdocumenten 1.6 Planning 2 Constructieve gevel 2.1 Constructie 2.2 Gevel 3 Voor- en nadelen 3.1 Interviews 3.2 SWOT-elementen 3.3 Kansen voor de markt 3.4 Kansen per product 3.5 Welke markten bieden kansen? 4 Conclusies 4.1 Onderzoeksvragen 4.2 Veranderingen in het engineeringsproces 4.3 Consequenties voor de gevel 4.4 Consequenties voor bedrijven 5 Aanbevelingen 5.1 Product-marktcombinaties 5.2 Samenwerking 5.3 Pilot Bijlagen A Interviews B SWOT-elementen interviews C Classificatie constructiesystemen
Eindrapport
4
VOORWOORD Aanleiding Stichting AluEco onderzoekt de mogelijkheden omtrent constructieve gevels. De vragen zijn verdeeld over vier globale vraaggebieden: normering, functionaliteit, architectuur en bouwkunde en bouwproces. Dit rapport beperkt zich op verzoek van de opdrachtgever VRMG/AluEco tot het vierde vraaggebied. In dit gedeelte worden de functionaliteiten bekeken van constructieve gevels. Door het constructief uitvoeren van een gevel zal er naar verwachting in het engineeringsproces iets moeten veranderen. Normaal gesproken bij een niet-constructieve gevel worden de constructie en gevel onafhankelijk van elkaar geëngineerd. Als deze twee onderdelen worden geïntegreerd, zullen partijen moeten samenwerken in het bouwproces.
Eindrapport
5
1 INLEIDING 1.1
Doel
Het bouwproces is in de huidige markt ingewikkeld geworden vanwege de vele partijen die gezamenlijk een bouwproject maken. Ook de gevelbouwpartij en de partij die verantwoordelijk is voor de constructie/het casco van het gebouw zijn twee onafhankelijke partijen in het proces. In deze studie wordt ingegaan op deze veranderingen en integraties in het engineeringsproces. 1.2
Opzet project
Volgens de schriftelijke en telefonische toelichting gaat het om een studie/inventarisatie, niet om een uitgebreid onderzoeksproject. Hierin staat een SWOT-analyse centraal met de sterktes en zwaktes, en kansen en bedreigingen van een constructieve gevel. De studie bekijkt de voor- en nadelen van constructieve gevels ten opzichte van niet-constructieve gevels. Hierbij houdt Bouwen met Staal de bouwpraktijk, de huidige stand van de gevel- en constructietechniek en de economische realiseerbaarheid scherp in het oog. 1.3
Onderzoeksvragen •
Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel?
•
Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels?
•
Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren?
1.4
Kader
Er wordt uitgegaan van een beperkt aantal gevelsystemen, dat zich laat karakteriseren als een lichtgewicht, industriële gevel. Te denken valt aan aluminium vliesgevels, metalen opbouwsystemen (binnendozen met buitenbeplating), sandwichpanelen en composiet kunststof gevelelementen. Traditionele, zware materialen en spouwconstructies zoals metselwerk, kalkzandsteen, betonnen gevelbladen en houtskeletbouw binnenspouwbladen blijven buiten beschouwing. Daarnaast wordt er uitgegaan van het staalskelet als constructiesysteem en mogelijk het (prefab) betonskelet. Staalframebouw, houtskeletbouw, beton gietbouw en stapelbouw blijven buiten beschouwing. 1.5
Opleverdocumenten •
Een SWOT-analyse waarin de sterktes en zwaktes inzichtelijk zijn van de constructieve en niet-constructieve gevel.
•
Een toelichtend rapport met de inventarisatie en analyse van het engineeringsproces voor het realiseren van een constructieve gevel.
Eindrapport
6
1.6
Planning
De studie zal zijn afgerond op 31 mei 2014.
Eindrapport
7
2 CONSTRUCTIEVE GEVEL 2.1
Constructie
Bij de start van het onderzoek bleek, dat er geen eenduidige definitie is van een ‘constructieve gevel’. Tijdens de interviews werd daarom de vraag gesteld wat de geïnterviewden verstaan onder een constructieve gevel. Hierbij ontstond de behoefte om ‘uit te zoomen’ en te starten met een classificatie van constructiesystemen. Bij deze classificatie is uitgegaan van een typologie die in 1978 door de onderzoekers Drosdov en Lishak is opgesteld (zie bijlage C). Hierbij zijn vier hoofdtypen onderscheiden: •
Het ‘(rigid) frame’; een kolom-liggerskelet met stijve verbindingen, dat als ongeschoord raamwerk, dus zonder aanvullende stabiliteits-voorzieningen de krachtafdracht verzorgt.
•
De ‘core’; een kern waartegen het raamwerk van wanden, vloeren, liggers en kolommen is afgesteund.
•
De ‘(rigid) wall’; een wandenskelet met stijve verbindingen, dat als ongeschoord raamwerk, dus zonder aanvullende stabiliteits-voorzieningen de krachtafdracht verzorgt.
•
De ‘tube’; een gevelbuisconstructie waartegen het raamwerk van wanden, vloeren, liggers en kolommen is afgesteund.
Tussen deze vier hoofdtypen zijn zes subtypen te onderscheiden die als mengvorm zijn te beschrijven. Tijdens de interviews bleken met name de constructeurs bij de omschrijving van een constructieve gevel (bewust of onbewust) op deze classificatie terug te grijpen. Bij een ‘frame’ bevinden de randkolommen en –liggers zich namelijk in veel gevallen aan alle zijden in de gevelzone. Bij een ‘wall’ zijn de kopgevels een constructief element in de gevelzone. Bij een ‘tube’ bevindt de gevelbuisconstructie zich in alle gevallen aan alle zijden in de gevelzone. Een gevelbuisconstructie is in de optiek van de constructeur per definitie een constructieve gevel. Bij een (zuivere) ‘core’ bevindt zich geen element van de hoofddraagconstructie in de gevelzone. Een ‘core’ is in de optiek van de constructeur per definitie geen constructieve gevel. 2.2
Gevel
Op het niveau van de gevel is bovenstaande classificatie mogelijk niet nuttig. De standaard bouwpraktijk
in
Nederland
is
namelijk,
dat
er
een
scheiding
is
tussen
de
hoofddraagconstructie en de gevel. De hoofddraagconstructie wordt gezien als een in zichzelf stabiele constructie, waar de gevelelementen tegen worden bevestigd. De gevelelementen dragen de belastingen af aan de hoofddraagconstructie en zijn er in constructieve zin tegen afgesteund (afb. 2.2.1).
Eindrapport
8
Tijdens de interviews bleken de geïnterviewden wel tussenvormen te kennen, waarbij de gevelelementen in meerdere of mindere mate constructief werden toegepast. Er zijn drie mogelijke vormen van krachtafdracht: •
Horizontale belasting loodrecht op de gevel; de meeste gevelelementen dragen windbelasting af aan de hoofddraagconstructie.
•
Verticale belasting; gevelelementen dragen hun eigen gewicht af aan de hoofddraagconstructie, maar worden zelden toegepast om belastingen uit de vloeren af te dragen naar de fundering. Bij bepaalde bouwwijzen gebeurt dit wel, zoals bij prefab beton elementenbouw, houtskeletbouw en staalframebouw.
•
Horizontale belasting in het vlak van de gevel; in bepaalde gevallen worden gevelelementen gebruikt om de stabiliteit in langsrichting te verzorgen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de schijfwerking van de gevelelementen. Hiertoe moeten speciale constructieberekeningen worden gemaakt voor het gevelvlak en voor de bevestigingen.
In de deelstudie ‘Industrieel Dragende Gevels – Architectuur en Bouwtechniek’ is een typologie opgesteld die dieper op dit onderwerp ingaat.
Afb. 2.2.1
Eindrapport
Horizontale krachtafdracht van de gevel naar de fundering.
9
3 VOOR- EN NADELEN 3.1
Interviews
In de onderzoeksopzet is ervoor gekozen om zes partijen te interviewen die een rol spelen in het engineersproces. Rol
Naam
Bedrijf
Datum
Hoofdconstructeur
Pim Peters
IMd R.I.
20-5-2014
Hoofdaannemer
René Sterken
BAM Advies en
8-5-2014
Engineering Gevelbouwer/-
Wijnand van Manen
Alcoa
producent
12-5-2014
Architecture Systems
Gevelbouwer/-
René Timmerman
SAB-Profiel
Frank Maatje
Bouwen
27-5-2014
producent Staalconstructeur
met
25-4-2014
Staal Staalbouwer
Maurice
Lemmens
ASK-Romein
2-6-2014
en Andy de Bruin
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Afb. 3.1.1
staalproducent
Diagram met de rollen binnen het bouwproces die direct van invloed zijn op
de keuze voor of tegen en de engineering van een constructieve gevel. De volledige interviews zijn te lezen in bijlage A. Van elke geënquêteerde zijn de voors en tegens van toepassing van een ‘constructieve gevel’ (volgens welke van de definities uit hoofdstuk 2 dan ook) als SWOT-elementen opgenomen in bijlage B.
Eindrapport
10
3.2
SWOT-elementen
Wat zijn de belangrijkste SWOT-elementen die genoemd werden in de verschillende interviews? Deze zijn, samen met de bevindingen van de andere deelstudies, overgenomen in een omvattende SWOT-analyse. Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Efficiëntere krachtafdracht
Complexere krachtafdracht
Een gevel draagt meestal slechts
Complexe
beperkte horizontale (winddruk) en
(tussen gevelonderdelen onderling
verticale (eigen gewicht) krachten af,
en tussen gevel en constructie). Er
doordat deze per verdieping worden
moeten knikberekeningen worden
overgedragen op de constructie. Door
gemaakt en er moet rekening
constructieve samenwerking tussen
worden gehouden met plooi en kip.
krachtoverdracht
gevel en constructie zouden grote horizontale
en
verticale
krachten
kunnen worden overgedragen. Zelfs stabiliteit
in
het
gevelvlak
door
schijfwerking is mogelijk, mits de onderdelen en verbindingen hiertoe toereikend zijn. Een constructieve draagt
Intern
verdeelde
een
belasting
gelijkmatig over
op
de
fundering. De verdeelde belasting biedt besparingen op de fundering.
Extern
gevel
Makkelijkere verbindingen
Betere verbindingen
Metalen, zoals staal en aluminium,
Er
zijn makkelijker te bevestigen dan
noodzakelijk om grotere krachten
steenachtige materialen zoals beton.
over
zijn te
betere dragen.
worden
gelet
verbindingen Daarbij op
moet de
bevestigingspatronen. Van belang zijn
het
berekenen
dimensioneren achterconstructies verankeringen. Beschikbaarheid halffabricaten Het grote aantal halffabricaten, dat de ‘lichte’
bouwindustrie
aluminium, beschikbaar
hout heeft,
en
(staal, kunststof)
biedt
veel
mogelijkheden voor variatie.
Eindrapport
11
en van
inclusief
de
Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Lichtgewicht Door
Belemmerend
samenwerking
tussen
Een constructieve gevel zal al in
verschillende materialen uit de ‘lichte’
een vroeg stadium moeten worden
bouwindustrie (staal, aluminium, hout
geplaatst.
en
Daardoor kan deze bij sommige
kunststof)
zijn
lichtgewicht
bouwelementen te produceren. Deze
gebouwtypen,
zijn
elektriciteitscentrale, een hindernis
beter
te
hanteren
op
de
bouwplaats, er is lichter materieel
zoals
bijv.
een
vormen.
nodig en er is te besparen op de fundering. Door het lichte gewicht zijn grotere
elementen
mogelijk,
zelfs
Bouwsnelheid en prefabricage
Tijdelijke
Door prefabricage behoeven zo min
stabiliteitsvoorzieningen
mogelijk
handelingen
bouwplaats
worden
op
de
Extern
Intern
gecombineerde gevel-/dakelementen.
Er
zijn
tijdelijke
stabiliteits-
uitgevoerd.
voorzieningen (zoals handlieren of
Daardoor is er een beperking van het
bouwbaken) nodig tijdens montage
aantal intervallen bij de montage. En
en verbouwing.
kunnen zo min mogelijk handelingen worden uitgevoerd op de bouwplaats. Bovendien is het gebouw eerder wind- en waterdicht. B-merk Voor
Beschadigingen gevelleveranciers
is
de
Een gevelelement is gevoeliger
introductie van een B-merk mogelijk,
voor
beschadigingen
tijdens
dat minder gevoelig is voor schades
transport dan een element dat
door montage.
louter constructief wordt toegepast. Prefab elementen zijn kwetsbaar in de montage.
Eindrapport
12
Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Vlies- en elementengevel
Vlies- en elementengevel
Hoewel een vliesgevel geconcipieerd
Een vliesgevel of elementengevel
is als niet-dragende gevel, zijn er
is geconcipieerd als niet-dragende
mogelijkheden om deze dragend toe
gevel. Het glas wordt door middel
te passen. Door koppeling van de
van neopreen afstandhouders in
gevel en de constructie ontstaat
het
constructieve samenwerking. Door de
verbinding
gevelstijl
schuifkrachten
en
koppelen
de
Deze
kan
geen overdagen.
Daardoor
traagheidsmoment ontstaan. Hierdoor
systemen
kan lichter geconstrueerd worden met
worden
een efficiënter materiaalgebruik tot
dragend te kunnen toepassen.
Ook
zijn
een
te
geplaatst.
groter
gevolg.
kan
draagkolom
kozijn
er
zullen
de
bestaande
ingrijpend aangepast
moeten om
deze
technieken
dit moment nog betrekkelijk weinig worden toegepast, zoals verlijming
Extern
Intern
mogelijk die in de vliesgevelbouw op
van het glas en verstijving van de hoeken. Opbouwsysteem Het
Opbouwsysteem
opbouwsysteem
van
Door de steeds hogere eisen aan
binnendozen met buitenbeplating is
thermische isolatie neemt de dikte
zeer geschikt voor een constructieve,
van het pakket minerale wol sterk
industriële
toe.
binnendozen
gevel zijn
(CIG).
De
namelijk
vaak
Daardoor
constructiediepte.
groeit Dit
de
heeft
tot
onderling verbonden met schroeven.
gevolg, dat de flenzen van de
De buitenplaat en de binnendoos zijn
binnendoos
zeker onderling verbonden. Uit het
slapper
verleden en uit het buitenland zijn
moeten
constructief toegepaste, prefab dak-
consoles in de binnendoos worden
en wandelementen bekend.
aangebracht.
Eindrapport
13
langer
--
–
worden. verstijvingen
en
dus
Mogelijk zoals
Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Sandwichpanelen
Sandwichpanelen
Sandwichpanelen
zonder
Sandwichpanelen
maatregelen
beperkt
geschikt
voor
zijn een
weinig
CIG.
De
constructief worden toegepast, zoals
verkleving van de stalen beplating
uitkragend
aan de kern van kunststof schuim
bij
sandwichpanelen
de
dakregel.
dragend
toe
Om te
passen zijn verstijvingen in het paneel
Extern
Intern
aanvullende
kunnen
nodig. Er is kennis uit Europees van
het
Institute
for
Innovative Structures.
Eindrapport
Doorgaans zijn de panelen niet onderling verbonden.
onderzoek beschikbaar, o.a. op de website
kan weinig krachten overbrengen.
14
Helpful
Harmful
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Lichter construeren
Hogere gevolgklasse
Integratie van functies (gevel en
Door
constructie).
te
komt het gevelelement in een
calculeren en lichter te construeren.
hogere gevolgklasse, namelijk van
Daardoor zijn slankere constructies
CC1
mogelijk en transparantere gevels.
gebouwen in gevolgklasse CC3
Er
is
scherper
constructieve
of
zullen
CC2
naar
constructieve
toepassing
CC3.
Bij
Daardoor
kunnen de gevelelementen zijn overgedimensioneerd. Lagere bouwkosten Lagere
bouwkosten
materiaalgebruik.
Eerder vastleggen door
Door
efficiënt
De rol binnen het bouwproces
gevel
moet eerder opgepakt en ingevuld
de
worden.
materiaal te besparen.
Bepaalde
Intern
Extern
constructief te laten meewerken is op
ontwerpbeslissingen
moeten al in het voorontwerp worden vastgelegd, zoals vorm en bouwwijze.
Minder coördinatieproblemen en
Rol verandert, meer risico
meer toegevoegde waarde
De rol van de aanbieder verandert
Gevel en constructie in handen van
bij een constructieve gevel. De
één
alle
aanbieder van een constructieve
projectpartners. Niet alleen voor de
gevel trekt meer risico naar zich
opdrachtgever en de hoofdaannemer,
toe en zal garantie moeten bieden.
maar
De aanbieder moet daartoe wel
partij
ook
is
handig
voor
de
voor
toeleverende
industrie zelf. Er is namelijk minder inferface-risico.
bereid zijn.
Doordat
toeleveranciers verantwoordelijkheden naar zich toe trekken,
bieden
waarde,
met
zij
toegevoegde
mogelijke
hogere
marges tot gevolg.
Eindrapport
15
Helpful
Harmful
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Ervaring
Geen ervaring
Diverse Nederlandse toeleveranciers
Er is bij de meerderheid van
hebben ervaring met constructieve
Nederlandse
gevels. Voorbeelden uit de staalbouw
zoals
zijn
Octatube.
gevelbouwers, geen ervaring met
Voorbeelden uit de gevelbouw zijn
ontwikkelen en produceren van
Leebo, Oskomera en Hurks.
constructieve gevels.
ASK-Romein
en
toeleveranciers,
staalbouwers
en
Onvoldoende kennis. Er is bij staalconstructiebedrijven onvoldoende bouwfysica
kennis
van
aanwezig.
aluminiumconstructeur gevelbouwer
is
Bij
de
van
de
onvoldoende
constructieve kennis aanwezig. verandering
functie
of
verschijningsvorm Zeer geschikt als het gebouw een
Functieverandering Extern
Intern
Geen
Functieverandering gebouw
is
slecht
van
het
mogelijk
bij
karakteristieke, specifieke vorm heeft
dragende gevels. Voorbeelden zijn
en
prefab
er
in
de
toekomst
geen
betonnen
kantoren
functieverandering of verandering in
ziekenhuizen
de
decennia zijn gebouwd.
verschijningsvorm
is
te
die
de
en
voorbije
verwachten. Fire Safety Engineering Door
middel
van
Hogere brandeisen fire
safety
Een
constructieve
engineering is verdere optimalisatie
voldoen
aan
mogelijk.
brandwerendheid
gevel
moet
eisen
voor
van
de
constructie en aan WBDBO-eisen. Binnenstedelijke locaties
Moeilijke demontage
Zeer geschikt voor binnenstedelijke
Gebouwen
locaties
gevels
door
hoge
mate
van
prefabricage en snelle montage op de
zijn
demonteren.
bouwplaats.
Eindrapport
met
16
constructieve moeilijker
te
Helpful
Harmful
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Repetitie
(voor
modulaire
Beperking
architectuur) Bij
van
de
vormgevingsvrijheid.
modulaire
verbindingen,
architectuur
zijn
aansluitingen
en
Het constructieve stramien kan sterk
de
invullingen te standaardiseren (zie
vormgevingsmogelijkheden van de
Koen Mulder). Daardoor zijn grote
gevel bepalen. Bij prefab beton
repetitie en (evt. via robotisering) een
leidde het constructief inzetten van
verdere
de
industrialisering
van
de
productie mogelijk en is de montage
gevel
tot
beperkende
standaardisatie.
sneller uit te voeren. Het grote aantal halffabricaten,
dat
de
‘lichte’
bouwindustrie (staal, aluminium, hout en kunststof) beschikbaar heeft, biedt Gedeeltelijke
standaardisering
(voor integrale architectuur) Bij
integrale
architectuur
is
er
weliswaar
deels
standaardisering
mogelijk,
maar
moeten
kruispunten
als
customized
gemaakt
Koen lassen)
Mulder). en
Extern
Intern
veel mogelijkheden voor variatie.
(zie
(extruderen,
nieuwe
(3D-printen)
productiemogelijkheden
bieden
daartoe veel mogelijkheden en zijn betrekkelijk
goedkoop
(aluminium
matrijs) of dalen scherp in prijs (3D). Mallen voor prefab beton bijvoorbeeld zijn relatief duur.
Eindrapport
opvangen
ruwbouw en afbouw.
vullingselementen Oude
Het
tolerantieverschillen
zowel
worden
Tolerantieverschillen
17
van
grote tussen
Helpful
Harmful
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Vlies- en elementengevel
Vlies- en elementengevel
Door de gevelstijl en de draagkolom
De aluminiumconstructeur van de
te
vliesgevelbouwer
koppelen
kan
worden
heeft
materiaalgebruik tot gevolg. Dit levert
constructieve gevel te ontwerpen.
een transparantere gevel op. Een pre
De productnorm EN 13830 is
is,
bekend,
een
matrijs
voor
een
maar
om
te
weinig
dat
kennis
nog
geconstrueerd met een efficiënter
zelfontwikkeld
de
kennis
een
van
aluminiumprofiel
Eurocode 9 en NEN-EN 1090 is
betrekkelijk goedkoop is. Door de
ontoereikend. Er is een beperkt
gevel dragend te maken is
aantal
gevelleveranciers
mogelijk, dat andere constructiedelen
ervaring
in
zoals de vloer en het dak ook
produceren
constructief worden uitgevoerd.
gevels.
Opbouwsysteem
Opbouwsysteem
het
opbouwsysteem
is
het
het
ontwerpen
van
met en
constructieve
het
Naast de steeds hogere eisen aan
mogelijk om horizontale en verticale
warmte-isolatie (Rc-waarde) neemt
belasting en schijfwerking over te brengen. Er zijn rekenregels voor
Extern
Bij Intern
lichter
ook luchtdichtheid een vlucht. Door het grote aantal naden is het
bekend en de materiaalkosten zijn
opbouwsysteem slechts met grote
relatief laag.
moeite en middelen luchtdicht te maken. Rekenregels
voor
koudgevormd
staal en beplating zijn beschikbaar, maar
onvoldoende
bekend
bij
constructeurs. Sandwichpanelen
Sandwichpanelen
Door het sandwichpaneel van een
Bij
frame te voorzien, krijgt het stijfheid.
horizontale en verticale belasting
Bij discontinue productie (toegepast
en schijfwerking slechts beperkt
voor
relatief
mogelijk. Er zijn rekenregels voor
eenvoudig stijlen en regels in te
bekend die echter onbekend zijn
bouwen. Bij continue productie (voor
bij ontwerpers en bouwers.
kleine
series)
zijn
grote series) is dit lastig.
Eindrapport
18
sandwichpanelen
zijn
3.3
Kansen voor de markt
Uit de opsomming van SWOT-elementen in voorgaande paragraaf zijn kansen voor de markt te destilleren. Hierbij is tevens gebruik gemaakt van het interne memo van Bouwen met Staal: ‘Vederlicht met sterke eigenschappen’. Bij dit onderzoek is de focus gelegd op industrieel vervaardigde bouwsystemen uit relatief lichtgewicht materialen (metalen en kunststoffen). De kansen die door de geïnterviewde personen gezien worden, vallen dan ook in twee categorieën uiteen: 1. de voordelen van lichtgewicht constructies 2. de voordelen van industrialisatie en prefabricage 3.3.1
Lichtgewicht
Staal, aluminium, kunststof en hout zijn, afgezet tegen steenachtige constructies zoals metselwerk en beton, relatief licht van gewicht. Dit heeft diverse voordelen. •
Er zijn efficiëntere transporten mogelijk, minder hijsbewegingen nodig en er kan lichter materieel (zoals hijskranen en vrachtwagens) worden ingezet.
•
De gewichtsbesparing is positief voor de milieuprestatie van het gebouw (MPG) en leidt ertoe, dat de constructie en de fundering lichter zijn uit te voeren.
•
De gevels, wanden, vloeren en daken zijn niet-massief en bieden ruimte aan leidingen en installaties. Hierdoor blijft de constructiediepte beperkt en kunnen de gevel- en dakpakketten dun zijn.
•
Dunnere vloeren leiden tot een lagere gebouwhoogte en minder (kostbaar) geveloppervlak.
•
Slanke constructies nemen weinig plaats in en kunnen veel zontoetreding bieden.
•
Licht constructies hebben vanzelfsprekend weinig massa en zijn daardoor snel op te warmen en af te koelen. Dit kan voor bepaalde gebouwtypen voordelig zijn.
Uiteraard kan het lichte gewicht ook nadelen hebben. •
Minder massa, dus gevoeliger voor hoor- en voelbare trillingen.
•
Relatief dure maatregelen voor geluidisolatie zoals buigslappe verbindingen, zwevende dekvloeren en vrijdragende plafonds.
•
Extra maatregelen voor brandwerendheid, bijv. door middel van gipsplaten en minerale wol.
•
Weinig capaciteit voor warmteaccumulatie, waardoor de opslag van thermische energie moet worden gezocht in bouwdeelactivering met andere materialen zoals p.c.m.’s.
3.3.2
Industrialisatie en prefabricage
Gevelbouw, metaalbouw, composietbouw en houtskeletbouw zijn industriële bouwwijzen die in hoge mate gebruik maken van geprefabriceerde elementen. Prefab elementenbouw heeft diverse voordelen.
Eindrapport
19
•
Gegarandeerde kwaliteit door fabrieksmatige productie onder geconditioneerde omstandigheden.
•
Effectievere productie door repetitie, standaardisatie en afbeidsspecialisatie.
•
Korte bouwtijd door snelle montage, hoge maatnauwkeurigheid en geen vorstverlet.
•
Minder bouwverkeer en minder bouwafval, dus minder hinder voor omwonenden.
Uiteraard kan prefab elementenbouw ook nadelen hebben. •
Langere werkvoorbereiding en geringe gelegenheid om te improviseren op de bouwplaats.
•
Voorkeur voor seriematige productie, repetitie en standaardisatie en daardoor mogelijke beperkende vormgevingsvrijheid.
Eindrapport
20
3.4
Kansen per product
Uit de gesprekken zijn kansen per product te destilleren. De meeste gesprekspartners zijn immers gespecialiseerd in een bepaald bouwsysteem. 3.4.1
Combinaties
Bij dit onderzoek is de focus gelegd op industrieel vervaardigde bouwsystemen uit relatief lichtgewicht materialen (metalen en kunststoffen). Veel geënquêteerden zien kansen voor dragende prefab gevelelementen van een combinatie van lichtgewicht materialen. De constructie zou bijvoorbeeld kunnen bestaan uit staal, de kozijnen uit aluminium, de gevelvulling uit staal of hout en de gevelbekleding uit composiet. Het gaat daarbij om prefabricage die verder gaat dan de gangbare bouwpraktijk en eerder vergelijkbaar is met de levering van complete dakkapellen, met het glas er al in en het dakbeschot en dakleer er al op. 3.4.2 Met
Schalen name
de
constructeurs
denken
bij
constructieve
gevels
vrijwel
direct
aan
schaalconstructies. Schaalconstructies worden bij voorkeur zo ontworpen, dat er geen buigende momenten en dwarskrachten in optreden. Op deze wijze brengen zij vrijwel uitsluitend normaalkrachten over en kunnen schalen optimaal worden gedimensioneerd. Schaalconstructies kunnen in alle materialen en combinaties daarvan worden uitgevoerd (afb. 3.4.1).
Afb. 3.4.1
Voorbeeld van een schaalconstructie in staal en hout uitgevoerd: de
overkapping van treinstation Tilburg. 3.4.3
Zelfdragende 3D-modules
De heer Maatje ziet inzet van de gevel als dragend element en industrialisering van de bouw hand in hand gaan. Door de hogere constructieve eisen zullen met name aan de verbindingen
Eindrapport
21
hogere eisen worden gesteld. Deze zijn het beste onder geconditioneerde omstandigheden te fabriceren, bij voorkeur in de werkplaats. Dit hoeft zich niet te beperken tot 2D-elementen, zoals we in de bouwindustrie gewend zijn, maar kan ook in 3D (afb. 3.4.2).
Afb. 3.4.2
Voorbeeld van zelfdragende 3D-modules industrieel gefabriceerd: Sekisui
House in Japan. 3.4.4
Staalskeletbouw
De heer Sterken ziet grote kansen voor dragende prefab gevelelementen van een combinatie van lichtgewicht materialen. De constructie zou bijvoorbeeld kunnen bestaan uit staal, de kozijnen uit aluminium, de gevelvulling uit staal of hout en de gevelbekleding uit composiet. Door het lichte gewicht zijn grotere elementen te maken dan de huidige ‘groteelementenbouw’ van prefab beton. Deze blijven immers doorgaans beperkt tot één verdiepinghoogte, vanwege het hoge gewicht en de noodzaak om ze schuinstaand te vervoeren. Bij de maximale afmetingen voor ‘gewoon’ wegtransport van 12,00 x 2,55 x 4,00 meter zijn elementen van drie bouwlagen hoog te maken. Als deze elementen bovendien liggend zijn te vervoeren (en vanuit die stand in het werk te hijsen) kunnen meerdere elementen per keer worden vervoerd. 3.4.5
Vliesgevel en elementengevel
De heer Van Manen verklaart, dat op dit moment vliesgevel- en elementengevelsystemen uitsluitend niet-constructief worden ingezet. Wel ziet hij kansen door met name bij de elementengevel het basiselement door de vorm constructief te maken. Dit kan door de gevelstijl en de draagkolom te combineren in één nieuw profiel.
Eindrapport
22
Eindrapport
23
3.4.6
Opbouwsysteem
De heer Timmerman vertelt, dat op dit moment opbouwsystemen uitsluitend niet-constructief worden
ingezet.
Wel
ziet
hij
kansen
voor
op
het
opbouwsysteem
gebaseerde
snelbouwsystemen (zie paragraaf 3.5.5). Hij heeft daarbij een voorkeur voor een variant op basis van binnendozen, omdat het opbouwsysteem meer krachten kan opnemen dan het sandwichsysteem. Een voorbeeld is het systeem Element Hall van de Oostenrijkse producent Domico. Een constructief dakelement wordt met één of twee dragende gevelelementen gecombineerd tot één L- of U-vormig element (afb. 3.4.3). Deze bestaan uit profielen en cassettes van koudgevormd staal die zijn gevuld met minerale wol. De dak- en gevelbekleding is facultatief. Raam- en deuropeneningen zijn te verwezenlijken met verstevigingprofielen of een achterconstructie.
Afb. 3.4.3
Voorbeeld van zelfdragende L- of U-vormige gevel/dak-componenten voor de
hallenbouw: het systeem Element Hall van de Oostenrijkse firma Domico. 3.4.7
Sandwichpaneel
Op dit moment worden sandwichpaneelsystemen voornamelijk niet-constructief ingezet. Wel maakt de heer Timmerman de kanttekening, dat dit ligt aan de productiemethode van SAB en andere grote producenten. Zij produceren sandwichpanelen namelijk volgens een continu procedé. Daarbij is het niet mogelijk om versterkingen en verstijvingen in het paneel op te nemen. Bij zogeheten discontinue productie is het wel mogelijk om stijlen en regels in het sandwichelement op te nemen. Daar ziet de heer Timmerman dan ook wel degelijk mogelijkheden voor constructieve toepassing (zie paragraaf 3.5.7). Kanttekening is, dat discontinue productie significant duurder is dan continue productie.
Eindrapport
24
3.4.8
Composiet
Door de heren Lemmens en De Bruin is gewerkt aan het Stadskantoor in Utrecht. Daar zijn de gevelelementen van composiet (vezelversterkt kunststof, in dit geval gewapend polyester). Het composiet is niet constructief toegepast. Maar in de gevel zijn wel diagonale schoren zichtbaar van de staalconstructie die meewerken in het constructieve systeem van het gebouw. Zo’n combinatie van warmgewalste staalconstructie met vulling van composiet zien de heren zeker zitten voor een dragend gevelelement (afb. 3.4.4).
Eindrapport
25
Afb. 3.4.4
Bij het Stadskantoor in Utrecht zijn de diagonale schoren duidelijk zichtbaar in
de gevel. De composieten gevelelementen werken niet constructief mee. Ook de glazen gevel van de entree is afgesteund naar de staalconstructie.
Eindrapport
26
3.5
Welke markten bieden kansen?
In de interviews worden door diverse personen markten, marktsegmenten en productmarktcombinaties genoemd die kansen bieden voor een constructieve gevel. 3.5.1
Bedreiging: moeilijk aanpasbaar
Allereerst een waarschuwing… Twee geïnterviewden, Maatje en Peters, waarschuwen voor toepassing van constructieve gevels. De voorbije decennia zijn, met name in prefab beton, veel verdiepinggebouwen zoals ziekenhuizen, zorgcomplexen en kantoren met dragende gevels gebouwd. Nu deze leegstaan, blijken ze moeilijk uitbreidbaar, veranderbaar en aanpasbaar. Bij functieverandering is de vorm van de plattegrond slecht te wijzigen. Ook zijn dragende gevels moeilijk aan te passen aan veranderende smaak (afb. 3.5.1).
Afb. 3.5.1
Dragende gevels met prefab beton elementenbouw zijn niet makkelijk van
vorm en uiterlijk te veranderen. Voorbeeld: nieuwbouw politietoren Assen. Vanuit het oogpunt van duurzaam bouwen en levensduurverlenging pleiten zij voor de nietdragende gevel. Een kolommenskelet is namelijk makkelijker uitbreidbaar in alle richtingen, eenvoudiger veranderbaar met verplaatsbare wanden en simpeler aan te passen aan veranderende esthetische wensen voor het uiterlijk van de gevel (afb. 3.5.2).
Eindrapport
27
Afb. 3.5.2
Niet-dragende gevels bij een kolom-liggerstructuur zijn relatief makkelijk van
een nieuwe vorm en uiterlijk te voorzien. Op deze wijze is betrekkelijk eenvoudig een gebouw een nieuw leven te geven: Transitorium verbouwd tot Castalia in Den Haag.
Eindrapport
28
3.5.2
Kans: iconen, gebouwen met een specifieke vorm
Een kleine minderheid van alle gebouwen (door Peters wordt <10% genoemd, maar dit percentage ligt mogelijk eerder op <1%) heeft een specifieke vorm. Deze zijn ontworpen voor deze ene functie en zullen niet snel een andere functie krijgen. Deze gebouwen zijn ontworpen als icoon. Deze zou je kunnen uitvoeren met een constructieve gevel. Peters: ‘Aan de paalwoningen van Piet Blom ga je ook niet een balkon hangen’ (afb. 3.5.3). Maatje noemt in dit verband schaalconstructies zoals de Betonballon, gevelbuizen zoals Swiss Re (‘gurkin’) en zelfdragende ronde vormen zoals het Bird’s nest.
Afb. 3.5.3
Iconen. ‘Aan de paalwoningen van Piet Blom ga je ook niet een balkon
hangen’.’ 3.5.3
Modulebouw
De heer Maatje ziet inzet van de gevel als dragend element en industrialisering van de bouw als kansen voor zelfdragende 3D-modulebouw (zie paragraaf 3.4.3). Bij modulebouwers zoals De Meeuw Bouwsystemen is veel ervaring opgedaan voor tijdelijke bouwopgaven, maar er zijn hoopgevende experimenten met projecten met een langere levensduur met hogere kwaliteitseisen. Een voorbeeld van dat laatste is hotel Citizen M bij Schiphol (afb. 3.5.4 en 3.5.5).
Eindrapport
29
Afb. 3.5.4
Zelfdragende 3D-modules die in de fabriek worden gefabriceerd en op de
bouwplaats op hun plek worden gehesen: Plug-in City van Archigram.
Afb. 3.5.5 3.5.4
Zelfdragende 3D-modules: Citizen M bij Schiphol.
Hoogbouw
De heer Sterken ziet voor dragende prefab gevelelementen van een combinatie van lichtgewicht materialen (zie paragraaf 3.4.4) kansen voor hoogbouw, met name utiliteitsbouw. Het grootste voordeel is de hogere bouwsnelheid met als afgeleide voordelen de kortere bouwtijd, het eerder wind- en waterdicht zijn en de geringere bouwkosten. Een ander voordeel is, dat zo’n dragend prefab gevelelement door één partij of door een consortium van partijen geleverd wordt. Er zijn minder processchakels en daardoor minder kans op communicatie- en bouwfouten.
Eindrapport
30
3.5.5
Repeterende gevels
De heer Van Manen ziet kansen voor een dragende elementengevel bij repeterende gevels (zie paragraaf 3.4.5). Het basiselement is door de vorm constructief te maken en kan gelijk zijn. Per gevelelement is te variëren door verschillende vlakvullingen (open/dicht) te maken of zelfs vormafwijkingen zoals een bordes, een hoek of een erker. 3.5.6
Snelbouw hallen
De heer Timmerman ziet voor bepaalde niches in de hallenbouw kansen voor snelbouwsystemen op basis van het opbouwsysteem (zie paragraaf 3.4.6). Er zijn verschillende mogelijkheden, maar de basis zal een modulair raster zijn. Binnen de grenzen van het systeem zijn varianten mogelijk zoals raam- en deuropeningen en gevelbekledingen. Zo’n snelbouwsysteem zal voor een bepaalde niche in de hallenbouw ontwikkeld moeten worden. De sterktes zullen vergelijkbaar zijn met de sterktes van het hoogbouwsysteem uit paragraaf 3.5.4: hogere bouwsnelheid, kortere bouwtijd, eerder wind- en waterdicht, geringere bouwkosten, minder processchakels en minder communicatie- en bouwfouten. 3.5.7
Discontinue sandwichpaneel
De heer Timmerman ziet voor sandwichpanelen die volgens zogeheten discontinue productie zijn gefabriceerd wel kansen voor toepassing als constructieve gevel (zie paragraaf 3.4.7). Daarbij is het mogelijk om stijlen en regels in het sandwichelement op te nemen. Deze dienen als versterkingen bij openingen, zodat raam- en deuropeningen zijn te maken. En er zijn verstijvingen mee te maken, zodat het element grotere krachten kan overbrengen en schijfwerking kan verzorgen. Deze constructieve mogelijkheden bieden esthetische en functionele mogelijkheden bij gangbare toepassingen van sandwichelementen. 3.5.8
Vederlichte gevels
De heren Lemmens en De Bruin zien niet veel in de productontwikkeling van een systeem met dragende gevelelementen. Systemen hebben de neiging star te zijn, waardoor zij snel onbruikbaar worden. Andere geïnterviewden zoals de heren Maatje en Sterken zien echter wel kansen voor combinaties van composiet met stalen of aluminium draagconstructies (zie paragraaf 3.4.8). 3.5.9
Optimalisering bestaande systemen
De heren Lemmens en De Bruin zien vooral kansen voor het gericht, pragmatisch inzetten van de constructieve eigenschappen van geveldelen. Alleen in de gevallen waarin duidelijk voordelen te zijn behalen van de benutting van de sterkte, stijfheid en stabiliteit worden deze aangesproken. Voorbeeld is het boven het dak uitkragen van sandwichelementen, waardoor een hulpconstructie kan worden bespaard. Binnendozen die ‘volgens het tabellenboek’ bijvoorbeeld 6,5 meter kunnen overspannen. Door scherper te rekenen en de sterkte van de buitenbeplating in de berekening mee te nemen kun je dezelfde binnendoos bijvoorbeeld 8 meter laten overspannen.
Eindrapport
31
4 CONCLUSIES 4.1
Onderzoeksvragen •
Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een niet-constructieve gevel?
•
Wat
zijn
de
consequenties
van
constructieve
gevels
op
het
engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? •
Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren?
Onderstaand worden de onderzoeksvragen kort beantwoord aan de hand van de opgedane kennis tijdens de interviews. 4.2
Veranderingen in het engineeringsproces •
Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een niet-constructieve gevel?
De belangrijkste verandering in het engineeringsproces is, dat eerder in het ontwerpproces moet worden nagedacht over de constructieve opzet van het gebouw, mogelijk al in de fase van het voorlopig ontwerp (VO). Bij de standaard bouwpraktijk in Nederland wordt namelijk veelal uitgegaan van een scheiding tussen hoofddraagconstructie en gevel, waardoor de keuze voor de te kiezen bouwwijze kan worden uitgesteld tot een latere fase (DO- of zelfs UOfase). Hoofddraagconstructie en gevel worden onafhankelijk van elkaar geëngineerd en zijn ondergebracht bij verschillende constructief ontwerpende en bouwende partijen. De partij die de hoofddraagconstructie aanbiedt heeft veel kennis van construeren, maar mist kennis van zaken die bij gevels een hoofdrol spelen, zoals bouwfysica en esthetiek. Bij de partij die de gevel aanbiedt is dit precies andersom. 4.3
Consequenties voor de gevel •
Wat
zijn
de
consequenties
van
constructieve
gevels
op
het
engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? In paragraaf 3.4 zijn per product de kansen omschreven voor het constructief toepassen van het product. Voor
een
groot
aantal
elementengevelsystemen,
gevelsystemen, opbouwsystemen
zoals met
de
onderzochte
binnendozen
en
vliesgevel-
en
buitenbeplating
en
sandwichpanelen, zullen de consequenties groot zijn. Vliesgevel- en elementengevelsystemen worden standaard niet-constructief toegepast. Deze worden als gordijngevels aan de constructie gehangen of steunen als kozijn af op de vloeren. Constructief toepassen betekent, dat er productontwikkeling moet plaatsvinden, zodat bijvoorbeeld de stijlen en regels momentvast moeten worden verbonden of het glas via lijmverbindingen constructief gaat meewerken. Mengvormen, waarbij de aluminium lijsten met het glas bevestigd zijn aan een dragende stalen achterconstructie, zijn op projectniveau ontwikkeld en toegepast.
Eindrapport
32
Ook sandwichpanelen worden standaard niet-constructief toegepast. In een continu fabricageproces geproduceerde panelen zijn beperkt belastbaar. Bij sandwichpanelen die op kleinere schaal discontinu worden geproduceerd zijn wel verstevigingsprofielen in te bouwen. Dit wordt al gedaan om bijvoorbeeld raam- en deurkozijnen te bevestigen. Door een dragend stijl- en regelwerk in het sandwichpaneel op te nemen, en door deze onderling te verbinden, zijn mogelijk constructieve gevelelementen te ontwikkelen. Een betere kans op constructieve toepassing heeft mogelijk het opbouwsysteem. De binnendozen en de buitenbeplating vormen een doosconstructie. Door verstijvingen aan te brengen en de dozen onderling te verbinden zijn mogelijk constructieve gevelelementen te ontwikkelen. Een buitenlands voorbeeld is het systeem Element Hall van de Oostenrijkse firma Domico. 4.4
Consequenties voor bedrijven •
Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren?
Een belangrijke voorwaarde zal de mate van samenwerking zijn tussen de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren. Bij voorkeur zal de ‘constructieve gevel’ door één partij moeten worden aangeboden. Zoals bij paragraaf 3.2 vermeld, mist de partij die de hoofddraagconstructie aanbiedt essentiële kennis over bouwfysica en esthetiek, terwijl de partij die de gevel aanbiedt de vereiste constructieve kennis ontbeert. Daardoor trekken de partijen bij het aanbieden van een ‘constructieve gevel’ verantwoordelijkheden naar zich toe, die ook financiële risico’s met zich meebrengen. Als best practice kan gekeken worden naar partijen die al constructieve gevels aanbieden zoals de prefab betonindustrie (bijv. Hurks), de houtskeletbouw (De Groot Vroomshoop) en de staalframebouw (Leeframe of vh. Starframe Solutions).
Eindrapport
33
5 AANBEVELINGEN Op
grond
van
het
onderzoek
zijn
aanbevelingen
te
formulieren.
Welke
product-
marktcombinaties zijn voor een constructieve gevel het meest kansrijk? Wat betekent de constructieve gevel voor gevelbouwbedrijven en staalbouwbedrijven? 5.1
Product-marktcombinaties
Paragraaf 3.4 bespreekt per product de mogelijkheden voor constructieve toepassing. Paragraaf 2.5 focust op de marktsegmenten waarin elk product kansen heeft. Enkele productmarktcombinaties die tijdens de interviews werden genoemd: -
schaalconstructies voor gebouwen met een zeer specifieke vorm
-
zelfdragende gevels voor de modulebouw
-
prefab gevelelementen op basis van staalskeletbouw en een combinatie van lichtgewicht materialen (met name ook aluminium en composiet) voor hoogbouw
-
combinatie gevelstijl en draagkolom in een elementengevel voor de transparante utiliteitsbouw
-
dragende
gevel-dakelementen
op
basis
van
het
opbouwsysteem
als
snelbouwsysteem voor een niche in de hallenbouw -
dragende gevelelementen op basis van sandwichpanelen die zijn gefabriceerd met discontinue productie met grotere esthetische en functionele mogelijkheden
De belangrijkste aanbeveling is om een product-marktcombinatie te selecteren uit bovenstaande opsomming of om er zelf één te vinden die het beste bij de bedrijfsvoering past. Bij de keuze van een product-marktcombinaties is het van belang om te bedenken, dat constructieve gevels bij een deel van de ontwerpers en bouwers een slechte naam hebben vanwege de beperkte uitbreidbaarheid, veranderbaarheid en aanpasbaarheid. 5.2
Samenwerking
Na de bepaling van een product-marktcombinatie zal door de bouwer een partner moeten worden gezocht. Gevelbouwbedrijven missen namelijk de ervaring en deels de kennis op het constructieve vlak. Staalbouwbedrijven missen de ervaring en deels de kennis op het bouwfysische en bouwtechnische vlak. Gezamenlijk zal de product-marktcombinatie moeten worden ontwikkeld en vermarkt. Hierbij is van belang dat alle partijen (ook de opdrachtgever en ontwerpers) zich beseffen, dat de keuze voor een constructieve gevel consequenties heeft voor de ontwerpkeuzes en de bouwvolgorde. In het ontwerp- en bouwstadium zal nauw met elkaar worden samengewerkt. Bij deze samenwerking is het van belang om de bedrijfsprocessen op elkaar af te stemmen. Het consortium van gevelbouwbedrijf en staalbouwbedrijf zal eerder in het ontwerpproces betrokken
moeten
worden
dan
bij
de
gangbare
bouwvolgorde.
En
zaken
tolerantieverschillen tussen ruwbouw en afbouw moeten worden besproken en vastgelegd.
Eindrapport
34
als
5.3
Pilot
Aanbevolen wordt om als branchevertegenwoordigers VMRG (namens de gevelbouwbranche) en Bouwen met Staal (namens de staalbouwbranche, bij voorkeur in samenwerking met de SNS) geïnteresseerde bedrijven te vinden om een pilot te starten. Tijdens een startbijeenkomst kan gebrainstormd worden over mogelijke product-marktcombinaties en kunnen de kansen daarvan eerst ruw worden verkend. Gezamenlijk kunnen consortia van een gevelbouwbedrijf en een staalbouwbedrijf, met mogelijk aanvullende partners, een of meerdere productmarktcombinaties verkennen. In een volgende bijeenkomst kunnen sterktes en zwaktes, kansen en bedreigingen van de gekozen product-marktcombinatie worden geformuleerd en is een gedetailleerde SWOTanalyse te maken. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van de kennis opgedaan in de vier onderzoeken plus de SWOT-analyse uit het voortraject. Tijdens de productontwikkeling is het aan te bevelen om al in een vroeg stadium geïnteresseerde opdrachtgevers, ontwerpers en bouwers (hoofdaannemers) erbij te betrekken. Hiermee wordt de vraagzijde nauw bij het ontwikkelingstraject betrokken en wordt voorkomen, dat het initiatief een onrealistische en onpraktische weg inslaat. Gaandeweg het ontwikkelingstraject kunnen mogelijke problemen en obstakels worden overwonnen, die in deze studie met name in paragraaf 3.2 als zwaktes en bedreigingen zijn gesignaleerd. Deze pragmatische vorm van bouwtechnische productontwikkeling is te vergelijken met ‘agile architecture’ in de ict.
Eindrapport
35
BIJLAGE A INTERVIEWS Aan: Allen (10-6-2014, versie 7, definitieve versie) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 25 april 2014 Onderzoeksvragen 1. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 2. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 3. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 1. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 2. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 3. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 4. Gevelproducent: Wijnand van Manen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 5. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 6. Staalbouwer (liefst een die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
36
Onderzoeksvragen (nadruk per rol dikgedrukt, voorstel) 5. Staalconstructeur -
Frank Maatje (Bouwen met Staal). Frank is directeur van Bouwen met Staal. Is aan de faculteit Civiele Techniek van de TU Delft opgeleid als constructeur. Na zijn afstuderen richtte hij met een compagnon het bedrijf ECCS op. Dit bedrijf was deels ingenieursbureau, deels leverancier van het computerprogramma Strucad, dat de Nederlandse staalbouw hielp automatiseren.
1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? Dat de gevel integraal onderdeel is van, dus volledig samenwerkt met de hoofddraagconstructie. 1.b. Moet om constructief te zijn de gevel volledig samenwerken met de hoofddraagconstructie of mag dat ook ten dele? Dat mag ook ten dele. Vanuit de optiek van de constructeur kun je onderscheid maken tussen: 1. Horizontale belasting (van de wind op de gevel of uit de vloer). Een gevelelement speelt vaak al een rol bij het doorgeven van de horizontale belasting. ‘Gewoon’ is de opzet waarbij de gevel de horizontale (wind)belasting doorgeeft aan de wandregels. En de wandregels geven die weer door aan de hoofdkolommen (zie afb.1). Er zijn verschillende gradaties: van meerdere regels, via halverwege ondersteund door één regel, naar de ‘regelloze gevel’. Daarbij overspant bijvoorbeeld een sandwichpaneel de verdiepinghoogte van vloer naar vloer. Dit monteert sneller, maar vergt meer van het element.
Afb. 1
Afdracht horizontale belasting via gevel.
Eindrapport
37
2. Verticale belasting (uit de vloer of uit het dak). Bij staalskeletbouw spelen de gevelelementen meestal geen rol bij de afdracht van verticale belasting uit de vloer of uit het dak. Deze krachten worden namelijk via de kolommen van het staalskelet afgedragen (zie afb. 2). Bij staalframebouw dragen de gevelelementen overigens wel (een deel van) de verticale belasting af (zie afb. 4).
Afb. 2
Afdracht verticale belasting via staalskelet (niet via gevelelement).
3. Belasting (en stabiliteit) in het vlak van de gevel. Het gevelvlak kan stabiliteit in het vlak van de gevel verlenen aan de gehele constructie. Hiervoor zal het gevelvlak als schijf moeten fungeren. Bij staalframebouw (afb. 4) gebeurt dat, doordat beplating schijfwerking verleent. Bij staalskeletbouw wordt vaak geen gebruik gemaakt van deze mogelijkheid. Voordeel is, dat je geen windverbanden meer nodig hebt, waardoor je mooie, transparante gevels kunt maken. Nadeel is, dat in de montagefase tijdelijke verbanden nodig zijn. Dit laatste is overigens prima te doen met zogeheten ‘Tifors’ (handlieren, zie afb. 3). Deze worden gebruikt om de constructie te stellen. Aandachtspunt is, dat je ogen aan de constructie moet maken om de Tifors aan te bevestigen.
Eindrapport
38
Afb. 3
Handlier van het merk Tifor.
Afb. 4
Schijfwerking bij staalframebouw.
Er zijn verschillende combinaties mogelijk: 1 1+2 1+3 1+2+3 Er moet worden opgemerkt, dat aan het constructief toepassen van gevelelementen nadelen kunnen kleven. Hierbij is lering te trekken van de dragende gevels, zoals deze de voorbije decennia zijn uitgevoerd in prefab beton, houtskeletbouw en staalframebouw. Nadelen kunnen zijn: 1. Beperkte aanpasbaarheid gevelbeeld 2. Beperkte aanpasbaarheid plattegrond Daar staan voordelen tegenover: 1.
Lagere bouwkosten door integratie van functies (gevel en constructie)
2. Integratie van functies, dus mogelijk kortere bouwtijd
Eindrapport
39
Afb 5 en 6.
De adaptiviteit van de constructie is beperkter bij dragende gevels.
2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? Ja, aan een scholencollege in Eindhoven van vier verdiepingen met dragende gevels van houtskeletbouw (hsb). Het houtskelet was aan de binnenzijde betimmerd met OSB-plaat, dat de schijfwerking verzorgde. Het metselwerk ervoor aan de buitenzijde diende als de nietconstructieve schil. De binnenwand is samen met de OSB-plaat constructief (1+2+3). 2.b. Wat moest je doen als constructeur om de gevel constructief te maken? Constructieve berekeningen, dat de krachtoverdracht tussen gevelelement en achterliggende constructie plaatsvindt. Met name het overdragen van de schuifkracht is van belang (3. Stabiliteit in het vlak van de gevel). De verticale belasting en de horizontale belasting werden afgedragen zoals normaal bij hsb. Als het niet gered werd, stalen schoor erin van strip. Daarbij zorgen, dat de schoor werd aangehecht met koppelplaten met krammen.
Eindrapport
40
2.c. Wat is gedaan om gewone hsb-elementen constructief te maken? Om schuifkrachten over te dragen, moet je voorzien in grotere stijfheid van elementen. Daarom zijn lokale versterkingen met staal gemaakt om schijfwerking uit de gevel te halen. Bij 4 verdiepingen zijn schuifkrachten onderin groot, maar bij 1- of 2-laags valt dat wel mee 3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? 1.
Een outrigger-constructie is ook een constructie waarbij je de gevel activeert. De
enige outrigger-constructie die in Nederland is gerealiseerd is het vroegere gebouw van de Generale Bank (tegenwoordig Fortis Bank) in Rotterdam (afb. 7).
Afb. 7
Outrigger-constructie: vroegere Generale Bank in Rotterdam.
2.
Bird’s nest, vogelnest, 'gevel is de constructie' (en mogelijk ook stadion Bayern
Allianz Arena in München (afb. 8). Tussenvorm, deze constructies voorkomen regelwerk, doordat ze de constructie zelfdragend maken door een ronde vorm.
Eindrapport
41
Afb. 8
Zelfdragende ronde vorm: Bird’s nest in Peking en Allianz Arena in München.
3.
Zelfdragende 3D-modules zoals bij hotel Citizen M op Schiphol (afb. 9).
Afb. 9
Zelfdragende 3D-modules: Citizen M bij Schiphol.
Eindrapport
42
4.
Dragende gevels zoals bij prefab beton (afb. 10).
Afb. 10 Politietoren Assen prefab beton. 5.
Schaalconstructies zoals bij de ‘Betonballon’ (afb. 11), bij de iglo van de eskimo’s
(afb. 12) of bij de Pykrete dome (afb. 13).
Afb. 11 Betonballon schaalconstructie.
Eindrapport
43
Afb. 12 Boogvorm: de iglo van de eskimo’s.
Afb. 13 Pykrete dome, gebouwd door studenten Bouwkunde van TU Eindhoven. Pykrete is een composiet materiaal, dat voor circa 14% bestaat uit zaagsel (of een ander type houtpulp zoals papier) en voor de overige 86% uit ijs. Het is genoemd naar de Britse uitvinder Geoffrey Pike, die het materiaal tijdens de Tweede Wereldoorlog voorstelde voor de productie van een ‘onzinkbaar’ vliegdekschip.
Eindrapport
44
6.
Gevelbuizen, bijvoorbeeld met een diagonaal grid (afb. 14).
Afb. 14 Diagrid gevelbuis: Hogeschool Windesheim (het ‘Suikerklontje’) in Zwolle door architectenbureau BroekBakema en Ingenieursbureau Wassenaar. Opmerking Barendsz: Frank Maatje is constructeur. Bij zijn gedachten over een ‘constructieve gevel’ lijkt hij te focussen op constructieve systemen die de krachtafdracht voornamelijk via de constructieve elementen in het gevelvlak laten verlopen. Dat type systemen zijn schaalconstructies en (bij hoogbouw) gevelbuizen. In de ESDEP-lectures staat een schema waarin een typologie wordt gegeven voor de verschillende stabiliteitssystemen die bij hoogbouw worden toegepast. De gevelbuis (‘tube’) staat in het midden (afb. 15).
Eindrapport
45
Afb. 15 Classificatie constructiesystemen in ESDEP-lectures. Bij de term ‘constructieve gevel’ denkt een constructeur automatisch aan een gevelbuis (‘tube’). 4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) De voornaamste consequentie is, dat je goed moet nadenken over de koppeling van de hoofddraagconstructie en de gevel. De kracht van de gevel moet je goed in de vloer kunnen krijgen. En vice versa. Er is een complexe krachtoverdracht. Een andere consequentie, is dat je met de detaillering veel meer rekening moet houden met krachtafdracht. De hoofdopzet van de draagconstructie ontstaat in een integraal ontwerp waarbij het gevelontwerp essentieel is. Dit gebeurt al in het voorlopig ontwerp (VO). Je legt je gevel al in een vroeger stadium verder vast. Bij een constructieve gevel moet je als constructeur en als architect de gevel al in de VO-fase veel verder uitwerken.
Eindrapport
46
5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel) De consequentie is volgens mij, dat je naar een industrieel vervaardigde gevel toegaat. Met industriële vervaardiging kun je betere verbindingen maken, bijvoorbeeld door te lijmen. Dit is alleen mogelijk onder geconditioneerde omstandigheden. Misschien moet je er zelfs naartoe, dat je al elementen maakt in fabriek. In eerste instantie denk ik aan een 2D-approach met vlakvormige gevelelementen, want 3D is moeilijk te vervoeren (zie Citizen M, afb. 16). Maar ook verdergaande industrialisering met 3D-modules is mogelijk.
Afb. 16 3D is moeilijk te vervoeren (zie Citizen M).
Eindrapport
47
6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)?
client (hoofd) constructeur
architect
aannemer gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
1.
staalproducent
Een belangrijke consequentie is, dat een geïntegreerd ontwerp nodig is. Het anders
moeten denken door de architect en de constructeur is al genoemd. Maar ook de andere partijen zullen anders moeten denken. 2.
We zullen in producten moeten denken in plaats van alles opnieuw willen
ontwerpen, wat (nog steeds) bij veel huidige bouwprojecten het geval is. Omdat je moet denken in producten, moeten de gevelbedrijven al in een vroeg stadium bij het project betrokken zijn. De staalbouwer hoeft mogelijk in een minder vroeg stadium bij het project betrokken worden. Die moet zorgen, dat hij met zijn details goed aansluit op de gevel. 3.
Detaillering van de staalverbindingen moet al onderdeel zijn van het definitief
ontwerp (DO). Nu is detaillering pas aan de orde bij het uitvoeringsontwerp (UO). Verbindingen zijn nu al belangrijk, maar bij constructieve gevels cruciaal.
Eindrapport
48
7. Mist u onderwerpen of vragen in de vragenlijst? Ja, over ‘het maken’… Vragen als: -
Kun je een constructieve gevel op traditionele manier maken of is er een andere
aanpak nodig? -
Welke materialen acht je geschikt?
-
Hoe ziet een constructieve gevel eruit vanuit de staalgedachte? De gevel heeft namelijk andere dan constructieve aspecten zoals bouwfysica e.d.
-
Hoe denk je over de toekomstwaarde van het gebouw bij een constructieve gevel?
-
Wat zijn consequenties als je stapelt? Wij als staalbouwbranche zijn namelijk gewend om skeletten te maken met
lijnvormige elementen zoals liggers en kolommen. Deze worden ingevuld met verplaatsbare vlakken zoals wanden en gevels. Met vlakken stapelen is moeilijker. Bovendien zijn verbindingen erg belangrijk bij een constructieve gevel. -
Hoe zien de verbindingen eruit bij een constructieve gevel?
Informatie Datum gesprek: 25 april 2014 Versie 7 (definitieve versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar van Frank Maatje verwerkt. 10 juni 2014
Eindrapport
49
Aan: Allen (6-6-2014, versie 7, concept versie) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 8 mei 2014 Onderzoeksvragen 4. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 5. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 6. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 7. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 8. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 9. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 10. Gevelproducent: Wijnand van Manen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 11. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 12. Staalbouwer (liefst een die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
50
Onderzoeksvragen 2. Hoofdaannemer -
René Sterken (BAM Advies en Engineering) is directeur van het ingenieursbureau van de BAM, een van de grootste, Nederlandse bouwbedrijven. De heer Sterken is Register Ontwerper en actief in de Betonvereniging, Bouwen met Staal en het Constructeursregister. De heer Sterken is opgeleid aan de faculteit Civiele Techniek van de Technische Universiteit Delft.
De heer Sterken heeft de vragenlijst van tevoren toegestuurd gekregen, heeft erover nagedacht en is ‘verbaasd’ dat de staalbouwindustrie niet eerder met dit idee is langsgekomen. Het ligt namelijk zo voor de hand: met (betrekkelijk) lichtgewicht materialen een groot prefab element, inclusief isolatie, gevelafwerking en kozijnen, aanvoeren en de bouwsnelheid bekorten. 1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? Een constructieve gevel moet horizontale, verticale krachten en krachten in het vlak van de gevel kunnen overdragen. Maar dat kunnen bestaande prefab betonnen gevels ook al. In de optiek van de heer Sterken moet een constructieve gevel ook echt alle functies van een gevel kunnen vervullen, zoals thermische isolatie, luchtdichtheid, waterdichtheid e.d. En daarnaast zou dit pakket als geheel op de bouwplaats moeten worden aangeleverd. 2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? Nog nooit met staal. Wel met beton. De BAM heeft veel projecten met een constructieve, prefab betonnen gevel toegepast. Enerzijds is stabiliteit van belang. In Nederland zijn we gewend om de stabiliteit te ontlenen aan de kern. Deze is meestal van beton. In de Angelsaksische wereld bestaat overigens wel een systeem met dubbele stalen wanden die als kern dienen. Bij een constructieve gevel is die kern niet nodig. Anderzijds is brand van belang. Als de gevel een constructieve functie krijgt, moet deze niet uitsluitend voldoen aan eisen voor branddoorslag en brandoverslag, maar ook aan de brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de constructie. De constructieve stalen gevelkolom zou wel bouwkundig geïntegreerd kunnen worden. 3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? Samen met Jack Timmermans (tegenwoordig directeur Hurks Bouw Eindhoven) is de heer Sterken afgestudeerd op een onderzoek dat de mogelijkheden onderzoekt van staal en beton
Eindrapport
51
voor hoogbouw. Het rapport heet ‘Hoogbouw: staal of beton?’ en is begin jaren negentig door SBR uitgegeven. Het onderzoek maakte een vergelijking tussen staal en beton als oplossing voor hoogbouw. De interessantste projecten kwamen uit de Verenigde Staten. Een voorbeeld zijn de Twin Towers die in 2001 doelwit waren van de bekende terroristische aanslag en vervolgens zijn ingestort (afb. 1).
Afb.1
Bouw van het World Trade Center in New York met geprefabriceerde, dragende
gevelelementen die verspringend worden gemonteerd. De gevel van het World Trade Center in New York is dragend, maar vervuld nog niet alle functies van de gevel. De kozijnen en de buitengevel zijn namelijk nog niet meegenomen in de prefabricage. Dit is eigenlijk een tussenvorm tussen de kolom/balk-structuur en de prefab dragende gevel. In het afstudeeronderzoek beschrijven de heren Timmermans en Sterken een Amerikaans project, dat een beter voorbeeld is. Dit is de Dravo Tower van architect Welton Becket and Associates (bekend van de Capitol Records tower in Hollywood). De Dravo Tower is met 54 bouwlagen de op één na hoogste wolkenkrabber van Pittsburgh. Tegenwoordig heet deze toren BNY Mellon Center naar de huidige eigenaar, de Bank of New York Mellon (afb. 2). De stalen gevelelementen, die compleet met kozijnen en gevelafwerking werden aangevoerd, maken drie bouwlagen tegelijk wind- en waterdicht. De gevelelementen zijn echter nog niet constructief. Ze zijn bevestigd aan een dragend staalskelet. Nog beter zou zijn om beide te combineren. De heer Sterken kent geen voorbeeld, waarbij dit ideaal is gerealiseerd, ook niet in de Verenigde Staten.
Eindrapport
52
Afb. 2
Dravo Tower in Pittsburgh. Een hoogbouwtoren met stalen gevelelementen die
tegelijk drie bouwlagen wind- en waterdicht maken. Wel zijn er veel Nederlandse projecten te noemen met prefab betonnen constructieve gevels. Een voorbeeld zijn de Jubi-torens in de Haagse binnenstad waaraan gewerkt is door een bouwcombinatie bestaande uit BAM, Ballast Nedam, Homij en Imtech. Loveld levert in totaal circa 40.000 m2 gevel met in totaal meer dan 6.000 prefab elementen (afb. 3).
Eindrapport
53
Afb. 3
Jubi-torens in Den Haag. Een hoogbouwproject met prefab betonnen
sandwichelementen en bubbledeck vloeren. 4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) In Nederland zijn we gewend om de stabiliteit te ontlenen aan de kern. Deze is meestal van beton en is bepalend voor de bouwsnelheid. Bij een constructieve gevel is die kern niet nodig. Een hybride constructie van staal en beton zou mooi zijn. Een combinatie met de snelheid van het bouwen met staal en de stijfheid van beton heeft dan de voorkeur. Door de gevelelementen zo veel mogelijk te prefabriceren, zijn de handelingen op de bouwplaats zo veel mogelijk te beperken. Hierdoor kan de bouwsnelheid sterk worden verhoogd. Bovendien zijn er zo min mogelijk intervallen, die de bouwtijd kunnen vertragen. De constructieve berekening van een gevelelement met stalen basis zou vergelijkbaar zijn met die van een gevelelement van beton. Het betonnen element wordt immers ook uitgerekend als een kolom/ligger-structuur. De bouwwijze van de prefab gevelelementen met een stalen basis, zou eveneens afgeleid kunnen worden van staalframebouw (en houtskeletbouw). De gevelelementen va n drie verdiepingen hoog zijn te monteren volgens de balloonframe-methode. Hierbij wordt een dragend gevelelement met een hoogte van meerdere bouwlagen geplaatst, waarna de vloeren ertussen worden gehangen. Het voordeel hiervan is, dat de handelingen op de bouwplaats worden beperkt (afb. 4).
Eindrapport
54
Afb. 4
Bij de montage van constructieve gevelelementen zou gekeken kunnen worden naar
de balloonframe methode zoals deze bij staalframebouw en houtskeletbouw wordt toegepast. 5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel) Door de gevel een constructieve functie te geven, moet de gevel niet uitsluitend aan wbdboeisen voldoen, maar ook aan brandwerendheid m.b.t. bezwijken. Zie voor alle consequenties het antwoord op vraag 7.
Eindrapport
55
Eindrapport
56
6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)?
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
staalproducent
De rol van de aanbieder verandert. Nu levert de staalbouwer de staalconstructie inclusief montage. De gevel wordt geleverd door de gevelbouwer. Bij een geprefabriceerde, constructieve gevel zouden deze partijen moeten samenwerken. Bij voorkeur wordt het prefab, dragende gevelelement door één partij geleverd. Alles in één hand is beter. De aannemer en de projectontwikkelaar willen namelijk ontzorgd worden. En er zijn minder processchakels. Dat betekent minder kans op fouten en een hogere snelheid op de bouwplaats.
Eindrapport
57
7. Wat zijn volgens u de consequenties van het integreren van constructieve in een (industriële) gevel voor: a brandwerendheid b kosten (zowel productie/aanschaf als onderhoud lange termijn) c energieverbruik van het gebouw (denk aan isolatie, luchtdichtheid, etc) d duurzaamheid (CO2, demontabel, hernieuwbare bronnen, etc) e geluidsisolatie f vormvrijheid (gevelbeeld, architectuur) g? a.
Doordat je de gevel constructief maakt moet deze naast de gebruikelijke WBDBO-
eisen (weerstand tegen brand doorslag en brand overslag) ook gaan voldoen aan de brandwerendsheidseis met betrekking tot bezwijken. Er worden dus extra hoge eisen gesteld aan een ‘dragende’ gevel. b.
Een kostendeskundige van de BAM wordt erbij geroepen. Volgens hem waren de
prefab betonnen, dragende gevelpanelen van de JUBI-torens circa 330 a 350 Euro per vierkante meter netto geveloppervlak. Netto geveloppervlak betekent het totale (bruto) geveloppervlak min de raamopeningen. Een gevelelement heeft gemiddeld 20% raamopeningen. Bij de JUBI-torens varieert de geveldikte afhankelijk van de verdiepinghoogte. Bovenin zijn de prefab betonnen panelen 250 mm, onderin 350 mm. De staalbouwwereld zou hiervoor in de optiek van de heer Sterken een uitstekend alternatief kunnen ontwikkelen. Het zou een uitdaging zijn om constructieve gevelelementen te ontwikkelen voor 350 Euro per vierkante meter netto geveloppervlak. Met de voordelen van lichtere materialen, makkelijker transport en snellere bouwwijze zou de concurrentie met beton positief kunnen uitvallen. Zo’n prefab dragend gevelelement met een draagconstructie van warmgewalst staal zou ingevuld kunnen worden met lichte materialen. Hout, composiet kunststof of koudgevormd staal zouden daarvoor goed in aanmerking komen. Met dat laatste materiaal, koudgevormde staalprofielen, had BAM goede ervaringen bij het project Blaak 31. De gevelelementen werden geleverd door het bedrijf Leebo. Hun systeem LeeFrame heeft als basis koudgevormde profielen zoals toegepast bij staalframebouw. Bij Blaak 31 is dit systeem niet constructief toegepast, maar zijn de verdiepinghoge elementen bevestigd aan de hoofddraagconstructie van warmgewalst staal (afb. 5).
Eindrapport
58
Afb. 5
Blaak 31 in Rotterdam met prefab gevelinvullingen van Leebo.
c.
Als de constructie van het gevelelement uit lijnvormige profielen bestaat, is de ruimte
ertussen te vullen met isolatiemateriaal. Door de binnen- en buitenbeplating voor schijfwerking te gebruiken, zijn de afmetingen van de constructie nog verder te beperken. Op die manier zijn gevelelementen met een hoge Rc-waarde te realiseren. d.
Bij toepassing van een constructieve gevel moeten de knopen simpeler. Er moet iets
slims worden verzonnen om de dragende gevelelementen sneller op de bouwplaats te monteren. Hierbij zou het goed zijn om ook al na te denken over de demontage. Makkelijkere demontage zou de duurzaamheid van het systeem ten goede komen. Bovendien is demontage van belang bij de aanpasbaarheid van de constructie aan een nieuwe functie. e.
Geluidsisolatie is niet aan de orde geweest.
f.
Vormvrijheid is niet aan de orde geweest. Wel vindt de heer Sterken, dat dit aspect in
het bouwconcept moet worden meegenomen. Een stalen sandwichelement met daarop een esthetisch gevelpaneel gemonteerd noemt hij ‘zonde van de tijd’.
Eindrapport
59
8. Industriële gevels worden vooral toegepast in situaties waar sprake is van grote repetitie en/of standaardisatie, de voordelen van een dergelijke gevel worden dan volledig benut. We hebben het nu over constructieve industriële gevels. Kunt u aanvullend een situatie (of kenmerk van een gebouw) noemen waarin het voordeel van een constructieve industriële gevel volledig wordt benut? (anders geformuleerd: wat is een voordeel van constructieve industriële gevel boven gewone industriële gevel en in welke situaties kan dit goed benut worden?) Er zijn grote mogelijkheden voor dragende gevelelementen bij hoogbouw. Door deze verregaand te prefabriceren en op de bouwplaats processchakels te verminderen, kan de bouwsnelheid met grote stappen vooruit. Hierbij voorziet de heer Sterken grote kansen voor (combinaties van) lichte bouwmaterialen zoals staal, aluminium en composiet. De afmetingen van de huidige prefab betonnen gevelelementen zijn namelijk door het betrekkelijk hoge gewicht om een aantal redenen beperkt: -
beperkt transport via vrachtverkeer
-
zwaarte kraan en beperkte kraanbewegingen
-
elementen staan meestal schuin of recht vanwege trekkrachten bij hijsen
Met dragende gevelelementen van materialen die lichter van gewicht zijn, zijn grotere, hogere elementen te maken. De maximale afmetingen zijn 12,00 x 2,55 x 4,00 meter (l x b x h). Als, zoals bij het World Trade Center in New York, wordt uitgegaan van smalle, hoge elementen de gevelelementen drie bouwlagen hoog kunnen zijn. Als de draagconstructie van de gevel van staal wordt uitgevoerd, zijn de gevelelementen mogelijk zelfs plat te leggen. Dan zijn meerdere elementen tegelijk te vervoeren. Bij een gevelelement met een breedte van 2,55 meter zou bijvoorbeeld de kolomafstand 2,40 meter kunnen zijn. Dat is een courante maat die een veelvoud van 0,60 m is.
9. Wat lijkt u het grootste voordeel/kans van een constructieve gevel? Een groot voordeel van een constructieve gevel is, dat je geen stabiliteitskern nodig hebt. De kern is vaak de bepalende factor van de bouwsnelheid. Deze wordt eerst opgetrokken, waarna het skelet is te monteren. Door de organisatiegraad te verhogen is een logistiek voordeel te behalen. Een voordeel van een constructief gevelelement, dat al voorzien is van gevelafwerking, isolatie, kozijnen en glas, is de beperking van handelingen op de bouwplaats. Door deze werkzaamheden naar de werkplaats te verplaatsen, worden de assemblage en montage weersonafhankelijk. Ook bij slecht weer en vorst kan dan de productie doorgaan. Het gevelelement kan als geheel op de
Eindrapport
60
bouwplaats worden aangevoerd en kan in één keer op zijn plek worden gehesen en bevestigd. Het gebouw is meteen wind- en waterdicht en afwerkingsgereed. 10. Wat lijkt u het grootste nadeel/valkuil van een constructieve gevel? Nadelen van constructieve gevels zijn niet aan de orde geweest. 11. Mist u onderwerpen of vragen in de vragenlijst? Het verschil in bouwcultuur tussen Nederland en de Verenigde Staten, zoals dat aan de orde kwam in vraag 3. Zoals gezegd studeerde de heer Sterken samen met Jack Timmermans (tegenwoordig directeur Hurks Bouw Eindhoven) af op een onderzoek dat de mogelijkheden onderzoekt van staal en beton voor hoogbouw. Het rapport heet ‘Hoogbouw: staal of beton?’ en is door SBR uitgegeven. Ze maakten een vergelijking tussen staal en beton als oplossing voor hoogbouw. De voornaamste bevindingen zijn in onderstaande tabel opgesomd. Let wel: dit is een onderzoek van circa 25 jaar geleden. Nederland
Verenigde Staten
Bouwtraditie
Metselwerk / beton
Hout / staal
Vloeroverspanning,
Kleiner
Groter
Daglichttoetreding
Meer verplicht
Minder verplicht
Vloersystemen
Vaak beton
Vaker staal
Brandwerende bekleding
Duurder
De helft goedkoper
Betonprijs
Goedkoop
Duurder
houdt verband met:
Informatie Datum gesprek: 8 mei 2014 Versie 7 (concept versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar René Sterken niet ontvangen 10 juni 2014
Eindrapport
61
Aan: Allen (10-6-2014, versie 7, definitieve versie) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 12 mei 2014 Onderzoeksvragen 7. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 8. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 9. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 13. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 14. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 15. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 16. Gevelproducent: Wijnand van Manen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 17. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 18. Staalbouwer (liefst een die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
62
Onderzoeksvragen 4. Producent gevelsystemen -
Wijnand van Manen (Alcoa Gevelsystemen) is Technical and Project Manager van Alcoa Gevelsystemen. Daarnaast is hij voorzitter van de TC-VAS, de Technische Commissie van de Vereniging van Aluminium Systemen in Nederland en voorzitter van AluEco. De heer Van Manen is van oorsprong (staal)bouwkundige tekenaar en constructeur. Bij zijn gedachten over een ‘constructieve gevel’ zijn beide invloeden zichtbaar: transparante gevelsystemen met (veel) glas en (weinig) metaal.
Fabricage vliesgevel Een vliesgevel bestaat uit een binnenschaal en een buitenschaal. Deze binnen- en buitenschaal worden geproduceerd met geëxtrudeerd aluminium, dat nog niet is gelakt af fabriek komt. Deze halffabricaten worden door Alcoa ingekocht en geleverd op de productievestiging een eindje verderop in Harderwijk. Door Alcoa wordt uit deze elementen een aluminium vliesgevel of kozijn gefabriceerd. De isolator of ‘steeg’ (vaak een ABS of polyamide) wordt ingerold tussen de binnen- en buitenschaal. Op deze wijze is het kozijn thermisch onderbroken om energieverlies te beperken. Afhankelijk van het materiaal van de isolator wordt het kozijn vooraf of achteraf gelakt. Bij polyamide wordt het kozijn of de vliesgevel in zijn geheel gelakt. Dit gebeurt bij relatief hoge temperatuur, namelijk 190ºC. Aangezien ABS niet tegen deze temperatuur kan, worden bij deze isolator de binnen- en buitenschaal voor assemblage gelakt. Deze laatstgenoemde productiewijze is dan ook uitstekend geschikt voor een bi-color kozijn, dit betekent, dat binnen- en buitenzijde anders gekleurd zijn. Alcoa Alcoa Architectuursystemen heette vroeger Reynolds Architectuursystemen. Tot de eeuwwisseling was Alcoa als aluminiumproducent wereldwijd de grootste en Reynolds nummer 3. Oorspronkelijk was Reynolds een familiebedrijf, dat aluminium verpakkingen maakte voor de sigarettenindustrie. Van daaruit is diversifiëring ontstaan, o.a. ook naar de bouw met vliesgevelsystemen. In 2001 is Reynolds Architectuursystemen overgenomen en is deze Alcoa Architectuursystemen gaan heten. De zusterbedrijven in de rest van Europa en in de Verenigde Staten hebben de bedrijfsnaam Kawneer. Nationale verschillen
Eindrapport
63
Alcoa Architectuursystemen is de grootste leverancier van vliesgevelsystemen in Nederland. Deze vestiging in Harderwijk richt zich op geheel Noordoost-Europa, wat inhoudt: Duitsland en de Benelux. Met name in Duitsland is voor Alcoa veel marktaandeel te winnen. Er zal nauwer samengewerkt worden met de vestiging in Iserlohn (Dutisland). De productie is daar gesloten. Deze wordt naar een nieuw te bouwen fabriek in Harderwijk verplaatst. Wel zijn in Iserlohn nog een technische afdeling (ook voor productontwikkeling) en een verkoopafdeling gevestigd. De reden is, dat bouwregelgeving en bouwcultuur zeer lokaal en nationaal verschillend zijn. Voorbeelden van die nationale verschillen zijn:
Waterafvoer
Montage Raamopeningen
Duitsland
Nederland
Waterafvoer stijlen
Waterafvoer stijlen beperkt
doorgekoppeld, zodat water
doorgekoppeld, zodat per
op begane grond wordt
segment water wordt
afgevoerd.
afgevoerd.
Kozijn wordt (meestal) van
Kozijn wordt (meestal) van
binnenuit gemonteerd.
buitenaf gemonteerd.
Draai/kiep (overwegend)
Draai (naar binnen en naar buiten)
Specials Alcoa Architectuursystemen is ook bekend van opmerkelijke specials. Zo hebben zij in samenwerking met architect Karel Vollers de Twist ontwikkeld. Dit is een in twee richtingen gekromde vliesgevel met taatsend openslaand raam. Vollers is op dit product gepromoveerd. De Twist is op bescheiden schaal toegepast in projecten (afb. 1).
Eindrapport
64
Afb. 1
Twist is de eerste vliesgevel ter wereld die in vrijwel alle afmetingen gebogen kan
worden. Een betrekkelijk nieuw custom-made product is het Bloomframe. Een raamkozijn dat met een druk op de knop verandert in een balkon (afb. 2).
Afb. 2
Bloomframe is een special: een raamkozijn dat met een druk op de knop in een
balkon verandert. Passief huis Tijdens een bezichtiging van de showroom vertelt de heer Van Manen, dat zeer recent een versie van de ‘standaard’ vliesgevel het officiële Duitse predicaat Passief Huis heeft behaald. Dit is voor de vliesgevelsystemen AA 100 HI+ en de RT 82 HI+ (afb. 3). AA 100 HI+ is een vliesgevelsysteem en RT 82 HI+ is een raam/kozijn-systeem. Door slim om te gaan met koudebruggen is dit met een kozijndiepte van slechts 82 mm dit systeem het meest ondiepe passief-huisgevelconcept. Het passief-huis vliesgevelsysteem heeft een diepte van 100 mm.
Eindrapport
65
Afb. 3 Een variant van de RT 72 HI* met een kozijndiepte van 82 mm is het meest ondiepe kozijn, dat het officiële Duitse predicaat Passief Huis heeft behaald. De eerste 7 vragen zijn door de heer Van Manen zelf ingevuld, waar nodig aangevuld met toevoegingen uit het interview. De laatste vragen zijn uitsluitend tijdens het gesprek aan de orde geweest. 1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? a. Zelfdragend, tevens gewichtsafdracht van vloer en dak. De gevel zal geschoord moeten worden met een windverband. b. De vloer en dak zou eventueel ook m.b.v. aluminium profielen uitgevoerd kunnen worden. 2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? a. 17 jaar lang staalconstructies getekend. b. Sterkte, stijfheid en stabiliteit spelen hierin de hoofdrol (afb. 4).
Afb. 4
Sterkte, stijfheid en stabiliteit spelen bij een constructieve gevel de hoofdrol.
3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? De Okhta-tower in Sint Petersburg en de Blob en de Bubble in Eindhoven (afb. 5 en 6).
Eindrapport
66
Afb.5
Okhta-tower in Sint Petersburg.
Afb. 6
De Blob en de Bubble in Eindhoven.
Langs de A10, aan de Gustav Mahlerlaan wordt het nieuwe kantoor van AKD en Deloitte gebouwd. Vanwege de winkelhaakvorm krijgt het de naam The Edge. Naar verwachting wordt het gebouw eind 2014 opgeleverd. Het heeft als eerste kantoorgebouw in Nederland het BREEAM-NL ontwerpcertificaat ‘Outstanding’. Daarmee is het in ieder geval het meest duurzame kantoorgebouw in de Benelux en mogelijk in de wereld. De kantoren zijn gebouwd met prefab betonnen gevels. Het atrium bestaat uit een staalconstructie die met elementengevels wordt gevuld (afb. 7).
Eindrapport
67
Afb. 7
The Edge in Amsterdam.
Eindrapport
68
4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) a. Achterconstructies: het berekenen, dimensioneren van achterconstructies inclusief de verankeringen; b. Knikberekeningen; plooi/kip; c.
Bevestigingspatronen: het berekenen van typen en aantallen bevestigers;
d. Binnendoosconstructies: berekenen en dimensioneren van binnendozen; e. Bij een vliesgeveluitvoering in combinatie met een constructieve gevel kan gebruik worden gemaakt van de stramienmaat van de stijlen en de aankoppeling van traagheidsmomenten. 5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel) Zie ook antwoorden vraag 4. Vliesgevels worden zelden of nooit constructief toegepast. Het glas wordt door middel van neopreen afstandhouders in het kozijn geplaatst. Deze verbinding kan geen schuifkrachten overdragen. Barendsz brengt ter sprake dat Edwin Huveners van de TU Eindhoven onderzoek heeft gedaan naar lijmverbindingen van glas op metaal. Volgens de heer Van Manen gebeurt dit in de praktijk (nog) zelden of nooit. Wel gebeurt het, dat de hoeken van het kozijn plaatselijk verstijfd worden. Dit wordt gedaan door over een lengte van 15 cm het glas aan het kozijn te verlijmen. Als het nodig is, dan kun je alles verlijmen. Wel moet je erop letten, dat bepaalde voordelen niet teniet worden gedaan. Zo wordt op dit moment 98% van de kozijnen gerecycled. Alle aluminium wordt teruggewonnen. Slechts een deel van de kunststof isolator gaat verloren. Als er gelijmd wordt, wordt het moeilijker om het kozijn uit elkaar te halen. Wat een negatieve invloed kan hebben op dit recyclingpercentage. Nu bestaat een kozijn voor 47% uit gerecycled materiaal. Bij projecten is het zelfs mogelijk om 90% gerecycled materiaal aan te bieden. Dit is bijvoorbeeld gedaan bij Park 2020. De projectontwikkelaar Coert Zachariasse van de Delta Development Group vroeg hier specifiek om. Met aanbieders van aluminium halffabricaten wordt dan afgesproken, dat zij voor een bepaalde productiegang zoveel mogelijk gebruikt materiaal gebruiken.
Eindrapport
69
6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)?
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
staalproducent
a. Verleggen van verantwoordelijkheden; b. Kennis van aluminium constructeur; c.
Risico en gevolgklasse CC1/CC2 wordt CC3;
d. De rol binnen het bouwproces moet eerder worden opgepakt en ingevuld. Hurks Beton heeft, naast de bekende leverancier van prefab beton, ook een aluminiumafdeling. Dit is dus een partij die alle kennis in huis heeft om een constructieve vliesgevel te ontwikkelen. Bloomframe is door Alcoa Gevelsystemen ontwikkeld in samenwerking met Hurks Geveltechniek.
Eindrapport
70
7. Wat zijn volgens u de consequenties van het integreren van constructieve in een (industriële) gevel voor: a brandwerendheid b kosten (zowel productie/aanschaf als onderhoud lange termijn) c energieverbruik van het gebouw (denk aan isolatie, luchtdichtheid, etc) d duurzaamheid (CO2, demontabel, hernieuwbare bronnen, etc) e geluidsisolatie f vormvrijheid (gevelbeeld, architectuur) g? a.
De hogere eisen aan brandwerendheid kunnen een nadeel zijn voor de constructieve
toepassing van vliesgevels. Bij 250ºC zal het aluminium zijn dragende functie verliezen. Je zult dus trucs moeten verzinnen om de gevel bij brand te laten functioneren. Dit kan bijvoorbeeld door: -
de aluminium of stalen gevelstijlen te integreren in de gevel. Dit kan bijvoorbeeld door omsluiten met brandwerende beplating van Promatect of brandwerende verven.
b.
-
(aanvullend) opschuimend band tussen de elementen.
-
een nieuw te ontwikkelen (rvs?) verbindingsclip die de dragende functie garandeert. De integratie van functies (dragen en scheiden) zou voordelig kunnen zijn voor de
kostprijs van een dragend gevelelement. c.
Thermische isolatie en luchtdichtheid zullen op dezelfde wijze moeten worden
verkregen als bij een niet-dragend gevelelement. d.
Of de duurzaamheid bij een constructieve gevel slechter is, is voor mij de vraag, want
alles wordt in stukken geknipt en in de oven gegooid. Alleen als deze verbindingen met rvs bouten worden gedaan, moeten die vooraf gescheiden worden. e.
De voorkeursgrenswaarde van 50 dB luchtgeluid voor woningen bij omgevingslawaai
door de industrie is waarschijnlijk wel te halen met een constructieve gevel. Mogelijk is de prestatie voor contactgeluid van een constructieve gevel minder door de integratie van functies. f.
Door de constructieve functie en de scheidende functie in de gevel te integreren, kan
een lichtere en transparantere constructie worden gemaakt.
Eindrapport
71
8. Industriële gevels worden vooral toegepast in situaties waar sprake is van grote repetitie en/of standaardisatie, de voordelen van een dergelijke gevel worden dan volledig benut. We hebben het nu over constructieve industriële gevels. Kunt u aanvullend een situatie (of kenmerk van een gebouw) noemen waarin het voordeel van een constructieve industriële gevel volledig wordt benut? (anders geformuleerd: wat is een voordeel van constructieve industriele gevel boven gewone industriele gevel en in welke situaties kan dit goed benut worden?) Ideaal zou zijn als je kunt spelen met de dingen die je hebt. Een elementengevel zou je bijvoorbeeld prachtig kunnen toepassen als de gevel repeterend is. De basisprofielen kunnen dan gelijk zijn, maar je kunt variëren per gevelelement. De meerderheid zullen vlakke ramen zijn, maar je kunt dan soms een bordes hebben, of een hoek of een erker. Ook de vlakvulling kan anders; de ene keer is het gevelelement helemaal met glas gevuld, de andere keer kan dit element helemaal dicht zijn of het is een combinatie van beide. Het basisprofiel is door de vorm constructief te maken. Deze vorm is in hoge mate zelf te bepalen door ontwerpers, omdat een extrusiematrijs van een aluminiumprofiel slechts vanaf € 1400,- kost.
Eindrapport
72
9. Wat lijkt u het grootste voordeel/kans van een constructieve gevel? Een kans is, dat de gevel en de constructie in één hand komen. Dit is handig, dus er hoeven minder bouwfouten te zijn. En het bevordert de bouwsnelheid, doordat er minder schakels zijn in het bouwproces. Een voordeel van een constructieve gevel zou de grote bouwsnelheid kunnen zijn. Voor het project Cinema Paradiso in Hoofddorp hebben we een elementengevel toegepast met 47 elementen van 10 vierkante meter geveloppervlak. Daarmee kun je een enorme bouwsnelheid halen (afb. 8).
Afb. 8
Cinema Paradiso in Hoofddorp. Voor het achterste gebouw zijn repeterende, maar
gevarieerde, elementen toegepast met 10 m2 geveloppervlak. Het bouwen ging zeer snel. 10. Wat lijkt u het grootste nadeel/valkuil van een constructieve gevel? Nadeel is, dat ramenfabrikanten en leveranciers van vliesgevels geen ervaring hebben met constructieve gevels. 11. Mist u onderwerpen of vragen in de vragenlijst? Nee.
Eindrapport
73
Informatie Datum gesprek: 12 mei 2014 Versie 7 (definitieve versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar van Wijnand van Manen verwerkt 10 juni 2014
Eindrapport
74
Aan: Allen (10-6-2014, versie 6, definitieve versie) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 20 mei 2014 Onderzoeksvragen 10. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 11. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 12. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 19. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 20. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 21. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 22. Gevelproducent: Wijnand van Maanen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 23. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 24. Staalbouwer (liefst een die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
75
Onderzoeksvragen (nadruk per rol dikgedrukt, voorstel) 5. Staalconstructeur -
Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs). Pim Peters is directeur/eigenaar en raadgevend ingenieur bij IMd Raadgevende Ingenieurs, een constructief adviesbureau in Rotterdam met circa 40 medewerkers. Hij is als Register Ontwerper toegelaten tot het Constructeursregister. Zijn specialiteit is constructieve duurzaamheid.
1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? Bij een constructieve gevel denk ik aan een dragende gevel. En dan met name een gevel die verticale belasting overdraagt en door schijfwerking meewerkt aan de stabiliteit van het hele gebouw. 1.b. Moet om constructief te zijn de gevel volledig samenwerken met de hoofddraagconstructie of mag dat ook ten dele? Horizontale windbelasting moet elke gevel aankunnen. Dat vind ik geen kenmerk van een constructieve gevel. 2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? Als ik aan constructieve gevels denk, denk ik eigenlijk aan iets negatiefs (zie antwoord op vraag 11). Wij zijn medeschuldig. Ook wij als IMd hebben de voorbije 10 à 20 jaren veel gebouwen met een dragende gevel gebouwd, maar dan in prefab beton. Omdat je vertelt, dat dit onderzoek is opgezet door de vliesgevelindustrie, denk ik aan een project, dat bij IMd Rijnsweerd heet. Het is een kantoorgebouw waarbij de vliesgevel zelfdragend is en bovendien het dak draagt. De vliesgevel (en het glas?) draagt dus de verticale krachten naar de fundering af. De horizontale krachten worden afgesteund naar de vloer.
Eindrapport
76
Afb. 1
Kantoorgebouw Rijnsweerd in Utrecht, waarbij de vliesgevel zelfdragend is en
bovendien het dak draagt. De horizontale krachten worden afgesteund naar de vloer. 2.b. Wat moest je doen als constructeur om de gevel constructief te maken? Dragende vliesgevels heeft IMd bij mijn weten nog nooit ontworpen. Ik kan me er wel iets bij voorstellen. Je zou het kozijn en de draagconstructie kunnen integreren. Jansen-Viss (in Nederland te koop via ODS) heeft daar een aardig systeem voor, dat mogelijk bij Hessing is toegepast. Het is een profiel, dat op de draagconstructie is te bevestigen, waarin het glas en het klik- of klemprofiel worden geplaatst. Nadelen zijn: -‐
Het opvangen van de grote tolerantieverschillen. Een hoofddraagconstructie kan centimeters afwijken, terwijl een gevel slechts enkele millimeters afwijkt. Door de constructieve functie in de gevel te integreren, moet de gevel zoals altijd exact te stellen zijn, maar bovendien grotere maatafwijkingen van de ruwbouw opvangen.
-‐
Volledig geprefabriceerde casco-elementen zijn kwetsbaar in de montagefase.
Eindrapport
77
Afb. 2
Showroom Hessing (tegenwoordig Exclusive van Louwman) langs de A2. Dragende
stalen buisprofielen met vermoedelijk het kozijnprofiel van Jansen-Viss.
Afb. 3
Jansen-Viss (in Nederland te koop via ODS) heeft een aardig systeem (Basic TV en
Basic TVS), dat mogelijk bij Hessing is toegepast. Het is een profiel, dat op de draagconstructie is te bevestigen, waarin het glas en het klik- of klemprofiel worden geplaatst. 3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? De Blob in Eindhoven die door bijvoorbeeld Wijnand van Maanen is genoemd, is constructief ontworpen IMd . De eerste gedachte was om de krachtsafdracht te regelen met een schaalconstructie. Dus een volledig zelfdragende schil, die niet alleen zijn eigen gewicht afvoert, maar ook de belasting van en op de vloeren. Maar juist daardoor moesten de gevelstijlen zwaar gedimensioneerd worden, wat hoge kosten met zich meebracht. Bouwer
Eindrapport
78
Heijmans kwam er financieel niet uit. Vervolgens heeft Remco Wiltjer (IMd), de hoofdconstructeur van dat project, een alternatief bedacht waarbij de vloeren gedragen werden door een betonskelet met enkele, ronde kolommen. En de gevel van de Blob is een schaalconstructie die tegen de vloeren is afgesteund. Dat is het leuke van ons vak: dat je niet in standaarden kan denken. Een ander project van IMd met een dragende gevel is het nieuwe collectiegebouw van MVRDV. Deze inzending die eruit ziet als een drinkkom: breed van boven en steeds smaller wordend naar onderen, heeft de prijsvraag gewonnen. De constructieve opzet in de prijsvraagfase van Pieters Bouwtechniek bestond uit twee betonnen kernen en dragende betonnen kolommen. Bij een collectiegebouw met zo’n specifieke vorm is het niet erg, dat de gevel dragend is: -‐
Het gebouw is ontworpen voor die ene functie en zal niet snel een andere functie hoeven krijgen.
-‐
Het gebouw heeft een specifieke vorm en is ontworpen als icoon. Het uiterlijk zal niet veranderd mogen worden, omdat dat de icoonfunctie aantast. Aan de paalwoningen van Piet Blom ga je ook niet een balkon hangen.
De grote meerderheid (>90%) van alle gebouwen zou je eigenlijk zo moeten bouwen, dat deze aanpasbaar zijn naar een andere functie. Slechts een kleine minderheid (<10%) heeft een icoonfunctie. Bij die laatste categorie zal het uiterlijk niet snel veranderd worden. Die kun je uitvoeren met een dragende gevel.
Eindrapport
79
4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) Naast de eerder genoemde bijzondere voorbeelden, hebben wij veel constructieve gevels ontworpen, met name in prefab beton. Een voorbeeld is PWC, maar dit project was niet helemaal geprefabriceerd, want voor dit binnenblad ging nog een in het werk gemetseld buitenblad langs.
Afb. 4
PWC in Rotterdam. Een voorbeeld met een prefab betonnen binnengevelblad.
Voorlangs ging een gemetseld buitenblad. Een mooi voorbeeld waar de gevelafwerking, het raamkozijn en zelf het glas al in de fabriek zijn aangebracht in het dragende gevelelement is het project Blaak 8 in Rotterdam (Stedin). Hier is voor prefab beton gekozen vanwege: -‐
De bouwlogistiek en de binnenstedelijke locatie. Er was weinig plek voor een steiger om het gebouw heen. Dus de gevelelementen moesten worden geprefabriceerd en op de bouw ingehesen.
Eindrapport
80
-‐
De vorm nodigt hiertoe uit. Het gevelpatroon, dat door de architect was bedacht: een boomstructuur. Voor de heer Peters was dit aanleiding om een dragende gevel voor te stellen. Dit is een mooie analogie met een boom. De stam en takken zijn immers ook dragend.
Om de bouwkosten te beperken moest het project met zo min mogelijk betonmallen worden uitgevoerd. Dat was voor de architect een hele puzzel. Uiteindelijk is de gevel met slechts vijf verschillende betonmallen uitgevoerd. Hierdoor is helaas de boomvorm in de uitgevoerde toren minder zichtbaar geworden. 4.b
Waarom heb je de constructieve gevel van Blaak 8 in prefab beton uitgevoerd
en niet onderzocht of het ook in een ander materiaal kon? Waarom we voor beton gekozen hebben is om de volgende redenen: -‐
Uitvoerbaarheid. Staal heeft op dit moment onvoldoende expertise om een dragend gevelelement aan te bieden waar de gevelafwerking, het raamkozijn en het glas al zijn ingebouwd. Ik denk dat, mits zij zich erop toeleggen, de staalindustrie wel een dragende prefab gevel kan bouwen.
-‐
Voor mijn gevoel is het duurder, omdat je de gevelvlakken moet vullen tussen het ‘stijl- en regelwerk’.
Een voordeel van staal kan zijn: -‐
Verbindingen. Staal is makkelijker te bevestigen dan beton. Vaak moet je stalen verbindingselementen in beton storten om deze te kunnen bevestigen.
5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel) Van groot belang bij een constructieve gevel is, dat er een tweede draagweg is. Een tweede draagweg is een ontwerpmaatregel die in geval van calamiteiten instorting moet voorkomen. Bij gebouwen in gevolgklasse 3 schrijft de Eurocode voor, dat een uitgebreide analyse moet worden gemaakt van de tweede draagweg. Er moeten berekeningen en simulaties worden uitgevoerd, bijvoorbeeld over de situatie waarbij één prefab gevelelement eruit ligt. Dit zou bijvoorbeeld kunnen komen door verkeerde fabricage, verkeerde montage of een calamiteit.
Eindrapport
81
Afb. 5
Na een gasexplosie in 1968 in het woongebouw Ronan Point in Londen vonden door
voortschrijdende instorting vier mensen de dood. Naar aanleiding van dit ongeluk werden in de Engelse British Standard richtlijnen opgenomen om ‘progressive collapse’ te voorkomen. Daarnaast is bij constructieve gevels van belang, dat er extra aandacht is voor de verbindingen. Niet uitsluitend tussen de (constructieve) gevelelementen onderling, maar ook de op de gevel aangesloten delen zoals vloeren. Bovendien moet er aandacht zijn voor de verbindingen in het gevelelement zelf. 6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)? Voor het bouwproces zal het weinig verschil maken of je een dragende of een niet-dragende gevel toepast. Als je dit gegeven maar vroegtijdig in het ontwerp meeneemt. Wel moet je de opdracht van een constructieve gevel bij voorkeur onderbrengen bij 1 partij. Een voorbeeld was een ingewikkelde gevel die we onlangs kregen voorgelegd. Met stenen die op stalen L-profielen staan, waardoor om en om de metselaar en de staalbouwer langs moeten komen. Dit type gevels leg je het liefste bij 1 partij neer. Er zijn mogelijk nieuwe bedrijven of nieuwe samenwerkingsverbanden nodig bij een integratie van de gevel en de constructie. Ik zie eerder dat een gevelbouwer de constructie ‘erbij neemt’ dan dat andersom de staalbouwer de vliesgevel erbij gaat doen. Er zijn wel geslaagde
Eindrapport
82
voorbeelden bekend zoals Oskomera en Octatube. Beide bedrijven komen vanuit de gevelbouw en zijn het staal erbij gaan doen. Voorbeeldprojecten zijn The Wall of de showroom van Hessing. Beide projecten aan de A12. Bedrijven die dragende, verregaand geprefabriceerde, gevels kunnen aanbieden zijn er zeker in de prefab-betonindustrie. Bedrijven zoals Hurks en Oosthoek-Kemper (dochter van Hurks). Voorbeelden van partijen die een dragende gevel zouden kunnen aanbeiden, zijn dus Octatube, Oskomera, Hurks (met Delphi Engineering als engineering- en adviesafdeling) en Loveld. Wat deze partijen onderscheidt, is dat zij constructeurs in dienst hebben.
Afb. 6 Parkrand Osdorp, een project van BAM Woningbouw met Oosthoek-Kemper als leverancier van volledig geprefabte dragende gevelelementen.
Eindrapport
83
Afb. 7 Zorghotel Swinhove in Zwijndrecht is een project van BVR Bouw Rotterdam met Loveld als leverancier van volledig geprefabriceerde, dragende gevelelementen.
Eindrapport
84
7. Aan welke materialen denkt u bij een constructieve gevel? Ik denk dan met name aan prefab beton en massieve houten platen van verlijmd naaldhout (LenoTec van Metsa Wood). Ik denk in eerste instantie niet aan systemen met een stijl- en regelwerk zoals houtskeletbouw, staalframebouw, vliesgevels en staalskeletbouw
Afb. 8
Massieve houten platen van het merk LenoTec van Metsa Wood.
Bij een project bij de Oostvaardersplassen is LenoTec toegepast. Dat zijn massief houten, dragende gevelpanelen. Om ramen of deuren te maken zaag je gewoon een opening eruit. Er zijn verschillende aspecten die een rol spelen bij de materiaalkeuze. Voor staal pleit, dat het gevelelement makkelijk is samen te stellen uit veel beschikbare halffabricaten. Bij verdere industrialisering zouden deze elementen robotgestuurd zijn samen te stellen. Hier zit een voordeel ten opzichte van beton, omdat mallen voor prefab beton duur zijn. Zo was te zien bij het project Blaak 8. Een nadeel is de onbekendheid van de opdrachtgever met het product. Die onbekendheid zal er toe leiden, dat de aanbieder garantie moet verlenen. 8. Wat zijn volgens u de consequenties van het integreren van constructieve elementen in een industriële gevel voor: a brandwerendheid b kosten (zowel productie/aanschaf als onderhoud lange termijn) c energieverbruik van het gebouw (denk aan isolatie, luchtdichtheid, etc) d duurzaamheid (CO2, demontabel, hernieuwbare bronnen, etc) e geluidsisolatie f vormvrijheid (gevelbeeld, architectuur) g? a. Bij het ontwerp van een constructieve gevel zou Fire Safety Engineering een geweldig hulpmiddel kunnen zijn. d. IMd is een constructief adviesbureau, dat meedenkt over duurzaamheid. Een belangrijk punt zal het demontabel zijn van de constructie. Ons idee is om een donorskelet te introduceren, dat aan het eind van de levensduur van het gebouw weer kan/moet worden
Eindrapport
85
teruggenomen door de bouwende partij. Op deze wijze dwing je iedereen (opdrachtgever, ontwerpers en bouwers) om na te denken over de laatste levensfase van een gebouw. f. Met name door de eisen aan aanpasbaarheid en flexibilteit ontwerpen we de laatste tijd weinig dragende gevels. De punten b, c, en e zijn niet specifiek aan de orde gekomen. g. Vanuit het perspectief van de constructeur is met name kwetsbaarheid een issue. De kwetsbaarheid van dragende afbouwdelen zoals gevelelementen. Een scheiding van functies zoals ruwbouw en afbouw is eenvoudiger dan wanneer beiden geïntegreerd zijn. Er is minder risico dat het misgaat. Een geïsoleerd prefab betonnen gevelblad bestaat uit een betonnen buiten- en binnenblad met isolatiemateriaal daartussen. Een vliesgevelkozijn is kwetsbaar, doordat het slechts uit 1 blad bestaat. Zelfs van de robuust prefab betonnen gevelelementen wordt een groot aantal afgekeurd. Anderzijds is ook aan kwetsbaarheid een mouw te passen. Na de aardbeving in Haïti werkten we aan een school. Ik benaderde Kingspan met de vraag of zij kosteloos panelen en geprofileerde platen beschikbaar wilden stellen. Zij en andere gevelproductleveranciers hebben B-merken waar butsen inzitten. Analoog hieraan zou je bij Nederlandse projecten ook verschil kunnen maken tussen prestigieuze gebouwen waar hoogwaardige, onbeschadigde producten moeten worden toegepast en minder prestigieuze gebouwen waar laagwaardiger, gebutste producten goed genoeg zijn. Een ander punt zijn maattoleranties. Als de Blob in Eindhoven zou zijn uitgevoerd met een dragende gevel, dan zouden de bewegingen van de vloeren moeten worden opgevangen in de gevel (zie afb.).
Afb. 9
Als de Blob in Eindhoven zou zijn uitgevoerd met een dragende gevel, dan zouden
de bewegingen van de vloeren moeten worden opgevangen in de gevel.
Eindrapport
86
Maatafwijkingen kunnen grote consequenties hebben. Bij het Alphense stadhuis van Erick van Egeraat bijvoorbeeld was de afwijking van de staalconstructie te groot, waardoor de gevelbouwer geen garantie op de gevel wilde geven. Wil je een constructieve gevel aanbieden, dan moet je dus nadenken over garantie. 9. Industriële gevels worden vooral toegepast in situaties waar sprake is van grote repetitie en/of standaardisatie, de voordelen van een dergelijke gevel worden dan volledig benut. We hebben het nu over constructieve industriële gevels. Kunt u aanvullend een situatie (of kenmerk van een gebouw) noemen waarin het voordeel van een constructieve industriele gevel volledig wordt benut? (anders geformuleerd: wat is een voordeel van constructieve industriële gevel boven een gewone industriële gevel en in welke situaties kan dit goed benut worden?) Het nieuw te bouwen collectiegebouw van museum Boijmans Van Beuningen in Rotterdam. Zie antwoord bij vraag 3.
Afb. 10 Ontwerp voor het depotgebouw van museum Boijmans Van Beuningen in Rotterdam. Bij een collectiegebouw met zo’n specifieke vorm is het niet erg, dat de gevel dragend is: Het gebouw is ontworpen voor die ene functie en zal niet snel een andere functie hoeven krijgen. Het gebouw heeft een specifieke vorm en is ontworpen als icoon. Het uiterlijk zal niet veranderd mogen worden, omdat dat de icoonfunctie aantast. 10. Wat lijkt u het grootste voordeel/kans van een constructieve gevel? Het is goed om een product-markt combinatie te kiezen, dus om een gebouwtype te vinden waarbij de eigenschappen van een constructieve gevel goed uitkomen. Maar soms kan het ook andersom, namelijk een product waarbij pas later een geschikte markt wordt gevonden. Een voorbeeld is het Op-Deck systeem. Dat werd in de markt gezet als universeel vloersysteem. Pas later werd de geëigende niche gevonden, namelijk het dakelement van een winkel met parkeergelegenheid erbovenop.
Eindrapport
87
11. Wat lijkt u het grootste nadeel/valkuil van een constructieve gevel? [Dit antwoord werd door de heer Peters al aan het begin van het interview gegeven.] Als ik aan constructieve gevels denk, denk ik eigenlijk aan iets negatiefs. Namelijk de standaard kantoorpanden met prefab betonnen dragende gevels die we de afgelopen tien a twintig jaar veel hebben gebouwd. Nu deze gebouwen door de economische crisis en ontwikkelingen als het nieuwe werken niet nodig zijn, kunnen we er niets anders mee doen dan deze moeilijk aanpasbare gebouwen slopen. Dit slopen gebeurt nog weinig, omdat deze relatief jonge gebouwen nog voor veel geld in de boeken staan. Doordat ze voor een groot bedrag op de balans staan, zien gebouweigenaren en vastgoedbezitters er erg tegenop om deze af te boeken. Toch zit er op den duur niet veel anders op. Door de opzet met dragende gevels zijn deze gebouwen zeer beperkt in hun toekomstmogelijkheden. Wij als IMd hebben verschillende onderzoeken gedaan naar eventuele transformatie van deze onbenutte kantoorgebouwen naar bijvoorbeeld woongebouwen. Steeds lopen tegen beperkingen aan: -‐
De vorm ligt al vast.
-‐
Doordat de gevel dragend is, is het moeilijk om de uitstraling van het gebouw te veranderen.
-‐
Het is moeilijk om de plattegrond te wijzigen.
-‐
Het is lastig om het aantal vierkante meters te vergroten.
Kortom het constructiesysteem met een dragende gevel heeft qua toekomstmogelijkheden en aanpasbaarheid vele nadelen ten opzichte van het kolom-liggercasco. Een boek waar alle nadelen van dragende gevels goed staan opgesomd en deze aan de hand van verschillende projecten zijn gedocumenteerd heet: Transformatie van kantoorgebouwen van uitgeverij 010. Flexibiliteit is te kwantificeren met de ESL-factor. Dit is een methode ontwikkeld door een afstudeerder aan de TU Delft, Frank Tool. http://www.duurzaaminstaal.nl/p/447/kwantificeren_van_flexibiliteit.html Dragende gevels… Afhankelijk van het gebouwtype, niet doen dus.
Eindrapport
88
Informatie Datum gesprek: 20 mei 2014 Versie 6 (definitieve versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar Pim Peters verwerkt 10 juni 2014
Eindrapport
89
Aan: René Timmerman (10-6-2014, versie 7, definitieve versie) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 27 mei 2014 Onderzoeksvragen 13. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 14. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 15. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 25. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 26. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 27. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 28. Gevelproducent: Wijnand van Manen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 29. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 30. Staalbouwer (liefst een die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
90
Onderzoeksvragen 4. Producent gevelsystemen -
René Timmerman (SAB-profiel) is manager Product Services bij SAB-profiel in IJsselstein. Hij heeft Industrieel Ontwerpen gestudeerd aan de Technische Universiteit Delft en is al lang werkzaam in de staalverwerkende industrie. Daarnaast is hij actief in branche-activiteiten, zowel nationaal als internationaal. Nationaal zit hij in TC7 ‘Koudgevormde profielen en beplating’ van Bouwen met Staal en was hij actief bij de vereniging toeleveranciers Metalen Dak- en Gevelmaterialen (MDG). Internationaal is de heer Timmerman nauw betrokken bij de European Association for Panels and Profiles, waar hij zitting heeft in het Managing Committee en de Quality Committee for Profiles (zie http://www.ppa-europe.eu/committee.html).
Eindrapport
91
1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? Een constructieve gevel moet niet alleen horizontale (wind)belasting kunnen overdragen, maar ook verticale krachten en krachten in het vlak van de gevel. 2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? Wij geven altijd aan dat onze gevelproducten bedoeld zijn voor niet-constructieve gevels en we kunnen er ook niet constructief aan rekenen. Onze berekeningen gaan uit van alleen windbelasting en/of temperatuurbelasting loodrecht op de gevel. 3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? Constructieve gevels in de hallenbouw komen niet spontaan bij me op. Lang geleden, maar wel in de SAB-tijd, kwam ik een Nederlandse producent tegen van compleet geprefabriceerde daken voor hallen in staal. Gordingen, sandwichpanelen, zelfs de lichtkoepel waren op het prefab element gemonteerd. Een drieletterige afkorting… de naam ben ik vergeten. [Niet via Internet gevonden.] Op dit moment ken ik wel een partij in Oostenrijk die elementen voor de hallenbouw levert die constructief zijn en in hoge mate geprefabriceerd. Het bedrijf heet Domico. In hun systeem Element Hall combineren zij een constructief dakelement met één of twee constructieve gevelelementen tot één L- of U-vormig gevel/dak-component (afb. 1). Het dakelement bestaat uit cassettes van koudgevormd staal die gevuld zijn met minerale wol. Door ze te onderspannen kunnen deze dakelementen zelfstandig tot 33 meter overspannen. Het gevelelement bestaat uit binnendozen die zijn vervat in een constructief, koudgevormd Cprofiel. Binnendozen en draagprofielen zijn gevuld met minerale wol. De dak- en gevelelementen zijn te bekleden met verschillende systemen voor de buitengevel. Raamkozijnen zijn te bevestigen aan toegevoegde koudgevormde verstevigingsprofielen. Deurkozijnen zijn bevestigd aan een stevigere achterconstructie, namelijk warmgewalste Hprofielen. Meer informatie, inclusief details zijn te vinden op http://www.domico.at/en/element/element-hall.html
Afb. 1
De Oostenrijkse firma Domico heeft een systeem ontwikkeld van zelfdragende L- of
U-vormige gevel/dak-componenten voor de hallenbouw.
Eindrapport
92
Wellicht kun je het navragen bij mijn collega’s van Tata Steel: Bauke Bonnema of Christiaan Jentink. Die kennen wellicht meer leveranciers van constructieve toepassingen van ‘profielen’ (binnendozen met geprofileerde buitenbeplating) en ‘panelen’ (sandwichpanelen). 4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) Deze vraag is niet aan de orde geweest. 5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel) SAB-profiel levert twee systemen: sandwichpanelen en het opbouwsysteem met binnendozen en buitenbeplating. In tabel 1 is samengevat welke belastingen een profiel en een paneel wel en niet aankunnen. gevel/wand
hor. Belasting
vert. belasting
schijfwerking
sandwichpaneel
+
-
-
opbouwsysteem
+
+
+
Dak
hor. Belasting
vert. belasting
schijfwerking
+
+
+
+
Sandwichpaneel
-
(alleen kipstabiliteit)
dakplaat
+
Tabel 1 Welke belasting kan een paneel en een profiel wel en niet aan? Sandwichpaneel Zoals gezegd gaan we er bij SAB alleen vanuit, dat panelen en profielen windbelasting en/of temperatuurbelasting opvangen loodrecht op de gevel. Bij sandwichpanelen zou schijfwerking nog wel kunnen. Maar grote verticale belasting opvangen, van bijvoorbeeld het dak (sneeuw) en de vloeren (opslag), is niet mogelijk (zie tabel 1). Het sandwichpaneel is namelijk ontwikkeld om goed thermisch te isoleren. Het bestaat uit relatief dunne buitenhuiden van staal, met amper belastbaar kunststof schuim daartussen. De staalplaten zijn verkleefd aan het schuim. Bij grote verticale belasting zal de staalplaat uitknikken en losscheuren van het schuim.
Eindrapport
93
Afb. 2
Het sandwichpaneel in de bouw bestaat uit twee staalplaten met kunststof schuim
daartussen. Ze kunnen horizontaal of verticaal (zie afb. rechts) aan een hoofddraagconstructie verbonden worden. Meestal wordt er geen schijfwerking aan ontleend. Bij kleinschalige toepassingen zijn sandwichpanelen wel dragend toe te passen, zoals bij koelwagens. Daar is dit type sandwichpanelen ook voor het eerst toegepast, vanwege de combinatie lichtgewicht en hoge warmte-isolatie. In de carrosserie-industrie en in koelcellen zijn de panelen wel zelfdragend, maar de verticale belastingen en de krachten uit schijfwerking zijn laag (afb. 3).
Eindrapport
94
Afb. 3
De combinatie van metaalplaat huid met kunststof kern deed via koelwagens zijn
intrede in de bouw (links). Rechts industriële schuifdeuren voor koelcellen. De firma Damm Deuren past sandwichpanelen toe als industriële schuifdeuren. Er wordt een frame omheen geplaatst van staalprofielen. Dit geeft het paneel een grotere stijfheid en sterkte (afb. 3 rechts). Enkele jaren geleden wilden we zelfs niet een extra buitenhuid op het sandwichpaneel bevestigen, maar dat gebeurt steeds meer. We durven nu een licht stijl- en regelwerk plus een buitenplaat van circa 20 à 25 kg/m2 op het paneel te bevestigen. Dat kunnen zelfs keramische tegels zijn. We schroeven dan in ieder geval bij de overgangen van de panelen. Daar zit namelijk het meeste ‘vlees’, het staal om in te schroeven. Met aanvullend verbindingen in de plaat. Bij schadeherstel schroeven we ook wel een dun sandwichpaneel ervoor. Opbouwsysteem De eis in het Bouwbesluit voor thermische isolatie gaat vermoedelijk omhoog naar Rc=4,5. Dat is in het voordeel van het sandwichpaneel. Met een opbouwsysteem is het te halen, maar het gevelpakket wordt stukken dikker. Om koudebruggen tegen te gaan wil je de extra warmte-isolatie halen uit een dikker pakket minerale wol, dat voor de doos langs gaat. Maar omdat de afstandhouders, waarmee de buitenplaat op de binnendoos zijn bevestigd, dan te lang kunnen worden, moet je overstappen naar een grotere binnendoos. Standaard pasten we bij Rc=2,5 dozen 90/500 (90mm diep, 500mm hoog). Nu bij Rc=3,5 zie je de overstap naar dozen 110/600. Bij Rc=4,5 verwachten we dat meer gebruik zal worden gemaakt van 145/600.
Afb.
Door de steeds hogere eisen aan thermische isolatie wordt een steeds diepere
binnendoos toegepast.
Eindrapport
95
Deze ontwikkeling naar steeds diepere flenzen en afstandhouders heeft als nadeel, dat de arm van de buitengevel ten opzichte van de binnendoos steeds groter wordt. Daardoor kan er minder massa aan worden bevestigd, dus zware gevelsystemen mogen dan niet. We ontvangen nooit een aanvraag of de binnendoos is te gebruiken voor schijfwerking. Dat zou juist beter kunnen dan bij een sandwichpaneel. De flenzen van binnendozen zijn namelijk standaard met elkaar verbonden met schroeven. Bovendien wordt de buitenbeplating ook goed aan de binnendozen verbonden. De U-vormige dozen vormen dus samen met de buitenbeplating als het ware een vierendeel-ligger. Profielen zijn daardoor stijver en sterker dan panelen. Het opbouwsysteem is dus beter geschikt om als constructieve gevel te dienen dan het sandwichsysteem. Daken Bouwen met Staal heeft twee richtlijnen die op dit onderwerp van toepassing zijn: Richtlijnen voor de toepassing van geprofileerde stalen platen als schijfconstructie (RSPS 1980) en Richtlijnen metalen beplating als schijfconstructie (RMBS 2000). Beiden worden vooral gebruikt voor daken, maar zelden voor gevels. Aan sandwichpanelen in het dak wordt wel kipstabiliteit verleend, maar geen schijfwerking.
Eindrapport
96
gevel/wand
sandwichpanelen
opbouwsysteem
horizontale belasting
+
+
verticale belasting
-
-
schijfwerking
-
+
thermische isolatie
+
-
luchtdichtheid
+
-
brandwerendheid
-
+
materiaalkosten
+
+
arbeidskosten
+
-
energieverbruik van het gebouw
+
+
duurzaamheid
-/+
-/+
geluidsisolatie
-
+
geluidsabsorptie
-
+
vormvrijheid
-
+
krachten
bouwfysica
vraag 8
Eindrapport
97
6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)?
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
staalproducent
SAB-profiel laat het rekenen meestal aan de constructeur over. Als je een gevel constructief wil toepassen is dus van belang dat daar duidelijke afspraken over komen. Wie berekent het? Ook is het belangrijk, dat tijdens de montage over de tijdelijke stabiliteit wordt nagedacht. Denk aan het Twente-stadion, waar dat misging. Als een gebouw een constructieve gevel heeft, moet daar tijdens een eventuele renovatie wel aan worden gedacht. Bij kleinere renovaties wordt er soms geen constructeur bijgehaald. Dat kan gevaren opleveren, zeker bij een constructieve toepassing van gevelsystemen die normaal niet constructief worden toegepast zoals profielen en panelen. SAB-profiel is op dit moment uitsluitend leverancier van een deelproduct. Als wij constructieve gevels gaan leveren worden wij bouwpartner, met alle verantwoordelijkheden die daarbij horen. Ik ben terughoudend om dat te doen. Het aantal vierkante meters geveloppervlak groeit niet van het constructief toepassen van onze gevelsystemen. Daarbij speelt een rol, dat wij op kostenleiderschap moeten concurreren. SAB-profiel produceert profielen en panelen met een continu productieproces. Onze bedrijfsvoering is er niet op ingesteld om in te spelen op specifieke behoeften van de gebruiker. Mogelijk is het wel interessant voor nichers zoals bijvoorbeeld Wolvega Panelen en Composites. Dat is een voorbeeld van een panelenleverancier die produceert volgens een discontinu proces. Daarbij is het makkelijker om projectspecifieke verstevigingen te maken. Van Piet Heida van Wolvega Panelen en Composites weet ik dat hij dat nu al doet: hij voegt een balkje of profieltje toe als de klant ergens bijvoorbeeld een opening wil.
Eindrapport
98
7. Wat zijn volgens u de consequenties van het integreren van constructieve in een (industriële) gevel voor: a brandwerendheid b kosten (zowel productie/aanschaf als onderhoud lange termijn) c energieverbruik van het gebouw (denk aan isolatie, luchtdichtheid, etc) d duurzaamheid (CO2, demontabel, hernieuwbare bronnen, etc) e geluidsisolatie f vormvrijheid (gevelbeeld, architectuur) g? a.
Brandwerendheid is een lastig punt met de standaard geproduceerde
sandwichpanelen. De kern wordt gevormd door polyurethaan (PUR), dat wordt gemaakt van een restproduct dat ontstaat bij het raffineren van aardolie tot brandstof. Polyurethaan is brandbaar. Tegenwoordig wordt steeds vaker polyisocyanuraat (PIR) gebruikt. PIR heeft betere warmte-isolerende eigenschappen, is sterker en brandvertragend. Maar het is nog steeds niet onbrandbaar. Bij blootstelling aan brand zal het staal loslaten van het schuim. Bij het R&D-center van Tata Steel in Engeland is geëxperimenteerd met diverse panelen. Er zijn brandproeven gedaan met verschillende materialen voor de kern zoals PUR en PIR. Vervolgens zijn er FEM-modellen opgesteld waarbij het brandgedrag wordt gesimuleerd. Deze modellen zijn weer gevalideerd met de proeven. Uit dit onderzoekswerk bleek, dat bij brand de voegen van sandwichpanelen open gaan staan. b.
Zoals in vraag 6 gezegd, zullen er extra bewerkingen moeten worden uitgevoerd om
profielen en panelen constructief te maken. Bovendien moet er op de wensen van de klant worden ingespeeld om projectspecifieke verstevigingen te maken. Hierdoor worden het specials en die zijn per definitie duurder. Anderzijds kan het besparingen opleveren op de constructie en mogelijk de bouwsnelheid. c.
Het integreren van de constructieve functie in de gevel hoeft geen invloed te hebben
op het energieverbruik van het gebouw. Zie het antwoord op vraag 5 voor meer uitleg over de consequenties van de toenemende Rc-waarden op de twee besproken gevelsystemen. d.
Het integreren van de constructieve functie in de gevel hoeft geen invloed te hebben
op de duurzaamheid. e.
Het integreren van de constructieve functie in de gevel hoeft geen invloed te hebben
op de geluidsisolatie. f.
Bij raam- of deuropeningen is het bij standaard sandwichpanelen altijd noodzakelijk
om een achterconstructie te maken, waar het kozijn tegenaan wordt gemonteerd. Uiteraard hebben opdrachtgevers en architecten hier bezwaren tegen. Zij willen een vlakke binnenzijde van de gevel. Er worden door vensterleveranciers ook al oplossingen aangeboden voor
Eindrapport
99
vensters die zonder raveling in een sandwichpaneel geplaatst kunnen worden. Hier is Europees onderzoek over: EASIE. 8. Industriële gevels worden vooral toegepast in situaties waar sprake is van grote repetitie en/of standaardisatie, de voordelen van een dergelijke gevel worden dan volledig benut. We hebben het nu over constructieve industriële gevels. Kunt u aanvullend een situatie (of kenmerk van een gebouw) noemen waarin het voordeel van een constructieve industriële gevel volledig wordt benut? (anders geformuleerd: wat is een voordeel van constructieve industriële gevel boven gewone industriële gevel en in welke situaties kan dit goed benut worden?) In andere landen in Europa wordt meer onderzoek gedaan naar het constructief toepassen van profielen en panelen. Er zijn twee ‘pausen’ die er veel over hebben gepubliceerd. Aan de University of Manchester zit J. Michael Davies. Daar werkt ons Britse zusterbedrijf Tata Panels & Profiles veel mee samen. In het Zuid-Duitse Mainz zit het Institut für Sandwichtechnik, tegenwoordig het Institute of Innovative Structures. Daar zit professor Klaus Berner, waar SAB veel testen en statische bepalingen laat uitvoeren. Op de website van het IIS (http://is-mainz.com/projects.html) staat informatie over een aantal Europese projecten die eventueel zouden bij kunnen dragen aan de constructieve toepassing van sandwichpanelen. Een vergelijkbaar wetenschappelijk instituut, dat zich meer richt op binnendozen en profielplaten, is het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Karlsruhe: www.kit.edu. 9. Wat lijkt u het grootste voordeel/kans van een constructieve gevel? Sandwichpanelen acht de heer Timmerman ongeschikt om bij grotere bouwprojecten constructief toe te passen. Gaandeweg het gesprek ontstaat het idee, dat het opbouwsysteem wel degelijk geschikt is als constructieve gevel. Zie voor een goed voorbeeld het systeem Element Hall van Domico bij vraag 3. 10. Wat lijkt u het grootste nadeel/valkuil van een constructieve gevel? De constructieve toepassing van opbouwsystemen en sandwichpanelen heeft als nadeel, dat deze (zeker in Nederland) onbekend zijn. Je zou moeten aantonen, dat het kan. Er zullen rekenregels moeten worden ontwikkeld. En deze oplossing zal gepromoot moeten worden. Hoe bereken je het? En wie berekent het? (Dit is ook van belang voor vraag 6 over het bouwproces.) 11. Mist u onderwerpen of vragen in de vragenlijst? Nee.
Eindrapport
100
Eindrapport
101
Informatie Datum gesprek: 27 mei 2014 Versie 7 (definitieve versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar René Timmerman verwerkt 10 juni 2014
Eindrapport
102
Aan: Maurice Lemmens en Andy de Bruin (10-6-2014, versie 6, definitief) Van: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Datum gesprek: 2 juni 2014 Onderzoeksvragen 16. Welke veranderingen in het engineeringsproces zijn er in vergelijking met een nietconstructieve gevel? 17. Wat zijn de consequenties van constructieve gevels op het engineeringsproces ten opzichte van niet-constructieve gevels? 18. Wat zijn de consequenties voor de bedrijven die gevels en constructies engineeren en realiseren? Stappen Volgens plan zijn onze volgende stappen: 1. Voorstel voor te interviewen partijen voorleggen 2. Opstellen vragenlijst voor de interviews Te interviewen partijen (voorstel) 31. Hoofdconstructeur: Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) 32. Hoofdaannemer: René Sterken (BAM Advies en Engineering) 33. Gevelbouwer/gevelconstructeur: Frank Donkers en Evert Kraaima (Kingspan) 34. Gevelproducent: Wijnand van Manen (Alcoa) en René Timmerman (SAB-Profiel) 35. Staalconstructeur: Frank Maatje (Bouwen met Staal) 36. Staalbouwer (liefst één die ook gevels doet): Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein)
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
Eindrapport
staalproducent
103
Onderzoeksvragen 4. Producent gevelsystemen -
Maurice Lemmens (ASK Romein) is algemeen directeur van ASK Romein en is verantwoordelijk voor de commerciële activiteiten. Dit is een staal- en totaalbouwer met vestigingen in Roosendaal, Vlissingen en Malle (België). De heer Lemmens heeft een achtergrond in de elektrotechniek. Zijn carrière in de internationale aannemerij ontwikkelde zich vanuit de installatietechniek richting het contract management, de marketing en sales. Sinds 2007 is hij werkzaam bij ASK Romein.
-
Andy de Bruin (ASK Romein) is head engineer en RWC (Responsible Welding Coordinator) bij ASK Romein. De heer De Bruin is opgeleid tot constructeur en International Welding Engineer. ASK Romein levert jaarlijks de constructies van gebouwen met circa 300.000 m2 vloeroppervlak, waarvan een groot deel met dak- en gevelbeplating.
Eindrapport
104
1. Wat zijn volgens u de kenmerken van een constructieve gevel? Je kunt beter vragen, wat geen constructieve gevel is. De gevel moet altijd in meerdere of mindere mate krachten afdragen. 2. Heeft u wel eens gewerkt aan een constructieve gevel? ASK Romein is niet slechts staalbouwer, maar noemt zichzelf totaalbouwer. Dat betekent onder andere, dat zij niet uitsluitend de constructie leveren, maar ook het dak- en gevelpakket. Zij proberen altijd meer te halen uit de ‘som der delen’. Als puur gekeken wordt naar één onderdeel aankan, zou een binnendoos met een dikte van 0,75 m standaard bijvoorbeeld 6,5 meter kunnen overspannen. Door scherper te rekenen en de buitenplaat in de berekening mee te nemen, zou je deze zelfde binnendoos bijvoorbeeld 8 meter kunnen laten overspannen (afb. 1).
Afb. 1
Overspanningstabel binnendoos B90/500.
Bij het Stadskantoor in Utrecht zijn de composieten gevelelementen zelf niet constructief. Maar in de gevel zijn wel diagonale schoren zichtbaar van de staalconstructie die meewerken in het constructieve systeem van het gebouw. De gevelelementen steunen af op de staalconstructie, zoals meestal bij skeletconstructies. Datzelfde geldt voor de hangende glazen gevel van Octatube bij hetzelfde gebouw (afb. 2).
Eindrapport
105
Afb. 2
Bij het Stadskantoor in Utrecht zijn de diagonale schoren duidelijk zichtbaar in de
gevel. De composieten gevelelementen werken niet constructief mee. Ook de glazen gevel van de entree is afgesteund naar de staalconstructie. Het Stadskantoor dringt een vergelijking met vloersystemen op. Bij een staalplaat-beton vloer van het Comflorsysteem, werkt de staalplaat wel al in de montagefase mee voor schijfwerking. De staalplaat dient gelijk als verloren bekisting die via composietwerking meedoet bij de krachtafdracht. Je wapent af en stort vol. Een bijzonder efficiënte bouwwijze. Overigens is het Comflorsysteem bij het Stadskantoor Utrecht ook toegepast als ‘crashdek’. e
Dit dek op de 6 bouwlaag, boven de onderste hap uit het gebouw (zie linkerafb. 2 op de voorgrond), voorkomt dat onderdelen van hogere verdiepingen naar beneden vallen. Op deze wijze is eronder veilig te monteren. De gevelelementen in het Stadskantoor zijn cassettes van composiet kunststof (gewapend polyester) die door de bedrijven Polux en Scheldebouw zijn ontwikkeld en gefabriceerd. Het zijn modules van 3 bij 3,60 m die vervolgens door de gevelbouwer Scheldebouw zijn afgebouwd tot prefab gevelelementen die met kozijnen en glas zijn aangevoerd. Door problemen met de productie liep de gevelbouw wel vertraging op (afb. 3).
Eindrapport
106
Afb. 3
De composieten gevelbladen van het Stadskantoor in Utrecht zijn door het Noord-
Hollandse bedrijf Polux geproduceerd en door Scheldebouw afgebouwd tot gevelelementen. 3. Kent u projecten (ontworpen of uitgevoerd) met een constructieve gevel? Barendsz schetst systeem met dragende gevel/dak-componenten van de Oostenrijkse firma Domico (afb. 4). De heren Lemmens en De Bruin vinden het een interessant systeem voor modulair opgebouwde, eenvoudige hallen. Een voordeel wat de heer De Bruin zelf ervaren heeft, is de besparing op het constructieve (warmgewalste) staal bij opstaande dakranden. Bij gescheiden verantwoordelijkheden kan op tekening de constructie boven de dakrand doorgezet zijn, om de sandwichpanelen te bevestigen. Omdat ASK zelf de engineering doet (ook van de gevel) kan die constructie met reden worden weggelaten, omdat de sandwichpanelen enkele decimeters boven de dakrand kunnen uitkragen.
Eindrapport
107
Afb. 4
De Oostenrijkse firma Domico heeft een systeem ontwikkeld van zelfdragende L- of
U-vormige gevel/dak-componenten voor de hallenbouw.
Eindrapport
108
4. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het ontwerp van de draagconstructie? (nadruk op krachtafdracht, hoofdopzet draagconstructie, tijdelijke hulpconstructies draagconstructie) Bij toepassing van een constructieve gevel moet tijdens de montage de hoofddraagconstructie tijdelijk stabiel worden gemaakt. Het staalskelet moet namelijk ook in de bouwfase een stabiele ondergrond bieden. Mogelijk moet je bij toepassing van een constructieve gevel anders denken. Niet afzonderlijk de constructie en daarna de beplating in het werk monteren, maar in het gevelelement de constructie en de beplating al geprefabriceerd aanvoeren. Een groot voordeel zit in de mogelijke materiaalwinst. Denk dan niet uitsluitend aan de gevel en de constructie zelf, maar ook aan de fundering. Bij een gelijkmatig verdeelde belasting – zoals bij een plaat – zijn de krachten immers geringer dan bij lokale puntlasten. Daardoor is de fundering lichter uit te voeren, wat geld oplevert (afb. 5).
Afb. 5
Een voordeel om de beplating constructief toe te passen zit ook in de besparingen op
de fundering(skosten). Bij een gelijkmatig verdeelde belasting zijn de lokale krachten immers kleiner dan bij puntlasten. Daardoor kan de fundering lichter worden uitgevoerd. Wel is het zo, dat bij zo’n gelijkmatig verdeelde belasting het doorgaans nodig is om meer verbindingen toe te passen. Het lijf van een binnendoos wordt standaard met twee schroeven of nagels vastgezet. Eén rij boven en één rij beneden. Dat verbinden gebeurt aan elke kolom die bijvoorbeeld een paar meter hart op hart staan. Hiermee maakt de doos dus een meerveldsoverspanning. De flenzen van de dozen worden niet standaard aan elkaar verbonden. Door deze flenzen van de binnendozen wel onderling te verbinden, kunnen deze als één schijf gaan werken. (De heer Timmermans van leverancier SAB zegt overigens, dat de flenzen van de binnendozen wel standaard verbonden horen te worden.) De extra bevestigingen worden vervolgens op de beplatingstekeningen aangegeven om de monteurs in te lichten.
5. Wat zijn volgens u de consequenties van toepassing van een constructieve gevel voor het ontwerp van de constructieve gevel zelf? (krachtafdracht, nadruk op opzet gevel)
Eindrapport
109
De meeste dak- en gevelbeplating draagt af in één richting. De heren Lemmens en De Bruin kunnen zich voorstellen, dat SAB zijn handen niet wil branden aan verdergaande constructieve toepassingen. De software die leveranciers van deze beplating (zoals SAB) leveren, gaat namelijk niet verder dan het belastinggeval uitrekenen van een ligger over twee steunpunten (vaak tot 9 meter). Hooguit zijn er met de software 2- of 3meerveldsoverspanningen mee te berekenen. Als ASK méér wil, zoals belastingafdracht in meerdere richtingen of het ontlenen van schijfwerking aan de beplating voor stabiliteit van de gehele constructie, dan moeten ze zelf aan de bak. Vaak is dat echter niet het geval, want bijvoorbeeld een sandwichpaneel dat verticaal wordt toegepast, overspant van dakrand tot fundering. Dat is vaak circa 12 meter. De regelgeving is er voor constructieve toepassingen. Bouwen met Staal heeft bijvoorbeeld richtlijnen zoals de Richtlijnen Metalen Beplating als Schijfconstructie (RMBS). Met de komst van de Eurocodes zijn er ook voor koudgevormde dunwandige profielen en platen uniforme, Europese rekenregels gekomen: EN 1993-1-3
Aanvullende regels voor koudgevormde dunwandige profielen en platen
EN 1993-1-7
Sterkte en stabiliteit van haaks op het vlak belaste platen
De engineeringafdeling van ASK rekent sowieso alle onderdelen afzonderlijk constructief uit: de stalen hoofddraagconstructie, de binnendozen en de buitenbeplating. Om deze in samenhang met elkaar te optimaliseren, zou de constructeur deze kunnen combineren. Maar dan moet hij zelf diep in de materie duiken, want de rekensoftware zoals SCIA Engineer doet dit niet uit zichzelf. Bij daken wordt wel gerekend aan de beplating. Hieraan wordt schijfwerking ontleend en aan de plaat wordt kipstabiliteit ontleend voor de dakprofielen en –gordingen. Een belangrijk nadeel is de onbekendheid van de gehele keten met constructieve mogelijkheden van stalen gevelbeplating. De leverancier zelf heeft vaak de kennis niet en wordt weerhouden door de risico’s die hij naar zich toetrekt. De engineering van gevelbouwer heeft de constructieve kennis niet. De engineering van de staalbouwer heeft die kennis op zich wel, maar heeft minder ervaring met koudgevormd dan met warmgewalst staal. Zij moeten er veel tijd in investeren, waardoor deze verdieping van kennis vaak niet lonend is. Bovendien is ook constructieve rekensoftware zoals SCIA Engineer er minder op toegerust om koudgevormde profielen en panelen te berekenen. Tenslotte zijn de montageploegen niet gewend, dat stalen gevelbeplating constructief wordt toegepast, waardoor zij minder kunnen vertrouwen op routine en mogelijk extra controle nodig is. Bij grote elementen lijkt het moeilijker om deze constructief te maken. De opbouwsystemen zoals Cladisol zijn dermate geoptimaliseeerd, dat de systeemgrenzen bereikt lijken. Ten eerste worden voor de binnendoos steeds dunnere staalplaten toegepast van 0,63 of 0,75
Eindrapport
110
mm. Zeker de eerstgenoemde afmeting loopt bij montage of in het gebruik snel een deuk op. Daarnaast is door de hogere Rc-eisen het isolatiepakket, dat voor de binnendoos langs loopt, dikker geworden. Daardoor zijn de afstandhouders langer, waardoor het geheel binnendoos/buitenplaat minder als ‘doosconstructie’ gaat werken (afb. 6).
Afb. 6
Het Cladisol-systeem van Saint-Gobain Isover is volledig geoptimaliseerd en
opgerekt naar de systeemgrenzen. Zeker bij toepassing van grote elementen is het moeilijk om aan dit gevelsysteem constructieve eigenschappen te ontlenen.
Eindrapport
111
6. Wat zijn volgens u de consequenties van een constructieve gevel voor het bouwproces (en de rollen van de partijen volgens onderstaand schema)?
client architect
(hoofd) constructeur aannemer
gevelbouwer staalbouwer (gevel) constructeur (staal) constructeur
gevelproducent
staalproducent
De meeste partijen in de staalbouw (staalbouwers) beperken zich bewust tot de draagconstructie. De gevel ligt compleet bij een andere partij. Bij zo’n sterke scheiding van verantwoordelijkheden is een constructieve gevel kansloos. Bij een partij als ASK Romein, die niet uitsluitend de staalconstructie aanbiedt, maar ook de gevel en het dak, heeft de ontwikkeling van een constructieve gevel wel een kans. Maar de engineeringsafdeling moet dan wel dieper de materie induiken. Oskomera is een mooi Nederlands voorbeeld van een gevelleverancier die de constructie erbij is gaan doen. Het zou goed zijn om zo’n partij ook te interviewen, hoewel zij waarschijnlijk niet het achterste van hun tong zullen laten zien. Zij hebben in Nederland namelijk voorsprong op de rest als het om het integreren van de constructie in de gevel gaat. Een andere partij die zowel gevel als constructie doet is Octatube in Delft. Die is ASK Romein tegengekomen bij het project Stadskantoor Utrecht. Wel is het zo, dat de glasgevel van de entree daar afgesteund is op de staalconstructie (afb. 2). Voor een opdrachtgever of hoofdaannemer is het prettig als de constructie en de gevel bij één zijn ondergebracht. Een reden is, dat dit het interface-risico weghaalt. Bij een interface tussen twee systemen (bijvoorbeeld de constructie en de gevel) is er altijd extra veel risico. Er kunnen fouten ontstaan, bijvoorbeeld door de verschillen tussen die systemen en door moeilijke communicatie. Als er meerdere partijen aan een bouwproject werken, moet er door de hoofdaannemer zelf meer gecoördineerd worden. Door alles in één hand te leggen is, dat coördinatieproblemen deels te ondervangen.
Eindrapport
112
Volgens de heer Lemmens zou een ander groot voordeel kunnen zijn, dat het gebouw bij prefab aangeleverde elementen eerder wind- en waterdicht is. Dat is voor aannemers een groot voordeel, omdat zij dan eerder met de afbouw binnen kunnen beginnen. Overigens is dit niet voor alle gebouwtypen een voordeel. Bij de procesgebonden industriebouw, zoals bij afvalverwerkende industrie en bij energiecentrales, kan het een nadeel zijn. De installaties, die meestal forse afmetingen hebben, moeten namelijk verderop in de bouwfase het gebouw nog in. Alles draait bij deze opdrachten om de ‘potten en pannen’. Het gebouw is bijzaak. De constructie, de gevel en het dak zijn slechts een schilletje om het bedrijfsproces. Overigens geldt ook bij deze industriebouw, dat de gevel en het dak enigszins gesloten moeten zijn bij installatie van de machines. Dan kan er namelijk intern worden gelast. De gevelleverancier zou eerder in het bouwproces betrokken moeten worden. Normaal is de bouwvolgorde duidelijk gescheiden in de fases fundering/(staal)constructie/gevel. In het geval van projecten van ASK is dat vaak fundering/(staal)constructie+gevel. Nog beter zou zijn om alle drie (of twee) partijen al vroeg aan tafel te hebben om de drie bouwdelen in samenhang te optimaliseren. Van belang is, dat je er als bouwer voor moet openstaan om nieuwe vormen van samenwerking aan te gaan.
Eindrapport
113
7. Wat zijn volgens u de consequenties van het integreren van constructieve in een (industriële) gevel voor: a brandwerendheid b kosten (zowel productie/aanschaf als onderhoud lange termijn) c energieverbruik van het gebouw (denk aan isolatie, luchtdichtheid, etc) d duurzaamheid (CO2, demontabel, hernieuwbare bronnen, etc) e geluidsisolatie f vormvrijheid (gevelbeeld, architectuur) g? a.
De brandwerendheidseisen bij hallenbouw zijn in Nederland betrekkelijk laag. Voor
eenlaagse gebouwen is er zelfs geen eis aan de hoofddraagconstructie. Wel gelden er eisen voor weerstand tegen branddoorslag en brandoverslag (wbdbo) van de gevel en voor vluchtroutes (compartimentering). Deze zijn echter betrekkelijk laag: 30 minuten (makkelijk te halen) of 60 minuten (moeilijker, maar te doen) (afb. 7). Aandachtspunt is, dat als de gevel 30 of 60 minuten brandwerend is de ondersteundende staalconstructie dit ook moet zijn. Dan is integratie van de constructie in de gevel misschien een handige, goedkope oplossing.
Afb. 7
Eisen voor brandwerendheid met betrekking tot bezwijken van de
hoofddraagconstructie. Bij eenlaagse utiliteitsgebouwen zoals hallen geldt geen eis.
Eindrapport
114
Opbouwsystemen met binnendozen worden vaak met minerale wol gevuld. Steenwol van Rockwool of glaswol van Isover, zoals bij het Cladisol-systeem. Deze materialen hebben betere brandeigenschappen dan de isolatiematerialen die bij standaard sandwichpanelen worden gebruikt. De kernen daarvan zijn van PUR of PIR en dat zijn brandbare materialen. Overigens zijn er ook wel sandwichpanelen met niet-brandbare materialen zoals minerale wol, maar deze zijn discontinu geproduceerd en daardoor duurder. b.
Eerder in de ontwerpfase krachtwerking en stabiliteit optimaliseren zou materiaalwinst
op kunnen leveren. Dit betekent besparing op materiaalkosten. De investering in ontwerp en werkvoorbereiding moet hier tegen opwegen. c.
ASK is totaalbouwer. Dat betekent, dat zij niet uitsluitend de constructie leveren, maar
ook het dak- en gevelpakket en soms zelfs als hoofdaannemer optreden. Zij luisteren daarbij goed naar de eisen van de opdrachtgever. Bij hoge thermische eisen wordt een totaalpakket ontwikkeld, dat wordt getest in een proefopstelling. Dit biedt mogelijkheden om de constructie te integreren en de gevel constructief te maken. Overigens wordt bij vrieshuizen gekozen voor een scheiding tussen constructie en gevel. De gevel bestaat uit sandwichpanelen met een kunststof kern van wel 200 mm diepte. Deze zijn niet constructief toe te passen. d.
Duurzaamheid is niet aan de orde geweest.
e.
Het is zelfs mogelijk, dat hogere eisen aan geluid, bijvoorbeeld bij energiecentrales
en afvalverwerkingsinstallaties, een aanleiding kunnen zijn om de gevel constructief te maken. ASK wordt bij zijn oplossingen gestuurd door de eisen van de klant. Bij de Sloecentrale in Vlissingen leverden de turbines een hoge geluidsbelasting op in de hoge frequenties. Daardoor is voor de gevel een onorthodoxe gevelopbouw gekozen met meerdere lagen die onderling zo min mogelijk verbonden zijn. Bij zo’n meerlaagse gevelopbouw is het heel goed mogelijk om ook de constructie te integreren (afb. 8).
Afb. 8
De Sloecentrale is een voorbeeld van een energiecentrale. Deze is door ASK Romein
voor opdrachtgever Siemens gebouwd en kreeg door hoge geluidseisen een bijzondere gevelopbouw met meerdere lagen.
Eindrapport
115
f.
Bij de ontwikkeling van de totaaloplossing voor de klant kan ook esthetica een rol
spelen. Vormvrijheid is dan eerder een kans dan een bedreiging bij de ontwikkeling van een constructieve gevel. 8. Industriële gevels worden vooral toegepast in situaties waar sprake is van grote repetitie en/of standaardisatie, de voordelen van een dergelijke gevel worden dan volledig benut. We hebben het nu over constructieve industriële gevels. Kunt u aanvullend een situatie (of kenmerk van een gebouw) noemen waarin het voordeel van een constructieve industriële gevel volledig wordt benut? (anders geformuleerd: wat is een voordeel van constructieve industriële gevel boven gewone industriële gevel en in welke situaties kan dit goed benut worden?) De grootste kans voor constructieve gevels ziet ASK Romein bij grote projecten, waarbij voordeel van moduulmatige repetitie is te behalen. Bij bepaalde utiliteitsbouw bijvoorbeeld kan een bouwpakket bestaande uit modules van bijvoorbeeld 12 bij 2,5 meter een goedkope, efficiënte oplossing zijn. De maat 12 x 2,5 m past bij het maximale transport, dat over de weg mag zonder dat aanvullende vergunningen nodig zijn. Zo’n bouwpakket moet dan geschikt zijn voor een bepaald, veelgebruikt, standaard gebouwtype. Klantspecifieke afwijkingen zijn daarbij namelijk waarschijnlijk moeilijker te maken. Zelfs bij zo’n bouwpakket dat zich focust op een standaard gebouwtype, liggen er gevaren op de loer. Als waarschuwend voorbeeld noemt ASK een bouwsysteem voor parkeergarages, dat nutteloos werd, toen de normen voor afmetingen van parkeervakken en draaicirkels veranderden. Dan is zo’n systeem niet gemakkelijk aan te passen aan het nieuwe keurslijf. 9. Wat lijkt u het grootste voordeel/kans van een constructieve gevel? Grote voordelen zouden krachtwerking en stabiliteit kunnen zijn. Zoals al bij vraag 4 gezegd zouden deze beide kansen materiaalwinst op kunnen leveren. 10. Wat lijkt u het grootste nadeel/valkuil van een constructieve gevel? Het inzetten van de constructieve mogelijkheden van de gevel vergt, dat er eerder afstemming is tussen de gevelleverancier en de leverancier van de constructie. Je moet er veel energie van tevoren in steken. De werkvoorbereiding is dus langer. Dit tijdverlies kan door hoge bouwsnelheid van prefab modules wel weer teruggewonnen worden. Een ander belangrijk nadeel zijn de toleranties. Bij scheiding van ruwbouw en afbouw kan en mag de ruwbouw met betrekkelijk grote maatafwijkingen van enkele centimeters gebouwd worden. Aan de afbouw worden hogere eisen gesteld. Hierbij zijn de toleranties vaak slechts enkele millimeters. Bij een constructieve gevel worden ruwbouw en afbouw één. De strenge
Eindrapport
116
eisen aan afbouw zullen dan voor het gehele gevelelement gelden. Overigens zou dit best een groter nadeel voor beton kunnen zijn dan voor staal, omdat aan staalconstructies al betrekkelijk strenge eisen voor maatafwijkingen gelden (afb. 9).
Afb. 9
De norm NEN-EN 1090-2 geeft toegestane toleranties voor staalconstructies. Deze
maakt onderscheid tussen fundamentele toleranties die essentieel zijn voor de sterkte en stabiliteit, en functionele toleranties die gericht zijn op passing en uiterlijk. Bovenstaand drie functionele toleranties die onder andere tonen, dat de scheefstand van kolommen van e
e
gebouwen met één bouwlaag (zoals hallenbouw) maximaal 1/300 of 1/500 van de hoogte mag zijn. Voor een hal van 10 meter hoog betekent, dat een maximale afwijking van 3,3 of 2 centimeter.
11. Mist u onderwerpen of vragen in de vragenlijst? Nee.
Eindrapport
117
Informatie Datum gesprek: 2 juni 2014 Versie 6 (definitieve versie) Auteur: Mic Barendsz, Bouwen met Staal Commentaar van Maurice Lemmens en Andy de Bruin verwerkt 10 juni 2014
Eindrapport
118
BIJLAGE B SWOT-ELEMENTEN INTERVIEWS B.1
Frank Maatje (Bouwen met Staal) Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Schijfwerking
door
constructieve
Complexe
samenwerking gevel en constructie
krachtoverdracht
(tussen gevelonderdelen en gevel en constructie)
Geen
windverbanden
nodig
in
Betere verbindingen noodzakelijk om krachten over te dragen
Intern
Intern
gevelvlak
Tijdelijke verbanden nodig tijdens montage In voorontwerp moeten bepaalde ontwerpbeslissingen
(zoals
het
toepassen van een constructieve gevel) al worden vastgelegd Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Transparante gevel mogelijk
Gevel beperkt aanpasbaar door
Lagere bouwkosten door efficiënt
Plattegrond beperkt aanpasbaar
materiaalgebruik
door constructieve eisen
Integratie van functies (gevel en constructie)
Extern
Extern
constructieve eisen
Staalbouw denkt in lijnvormige elementen zoals kolommen en liggers, niet in vlakken
Snelle montage door prefabricage Industriële fabricage mogelijk Veel halffabricaten zijn beschikbaar
Eindrapport
119
B.2
René Sterken (BAM Advies en Engineering) Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Snelheid van staal combineren met
Een
stijfheid van beton
voldoen
constructieve
gevel
aan
moet
eisen
brandwerendheid
voor
van
de
constructie en aan WBDBO-eisen Licht van gewicht bij toepassing van
Vanwege combinatie gevel en
combinaties van staal, aluminium en
constructie
kunststoffen
koudebruggen
constructieve
gevel
is
afwerkingsgereed
gevaar
op
Het constructieve stramien bepaalt Intern
Intern
Een
extra
sterk
de
vormgevingsmogelijkheden van de gevel
Beperking van het aantal intervallen
Een gevelelement is gevoeliger
bij de montage
voor
beschadigingen
transport
dan
een
tijdens
constructief
element Bij
betonnen
prefab
wordt
een
gevelelement ook al als ligger plus twee kolommen gemodelleerd Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Integratie van functies (gevel en
Er zijn eenvoudigere verbindingen
constructie)
en bouwknopen nodig
Concurrerend met prefab beton bij bouwkosten lager dan 350 €/m
Er
2
is
bij
de
meeste
staalconstructie-bedrijven
geen
Gevel en constructie in handen van
Er is bij staalconstructiebedrijven
één partij is handig (ook voor de
onvoldoende
hoofdaannemer)
bouwfysische kennis aanwezig
Er is ervaring met constructieve
De Nederlandse bouwtraditie heeft
gevels
bij
bepaalde
Nederlandse
toeleveranciers (zoals Leebo)
Extern
Extern
ervaring met constructieve gevels
Er is geen skeletconstructie nodig
bouwkundige
en
een voorkeur voor beton De rol van de aanbieder verandert bij een constructieve gevel; deze moet daar wel toe bereid zijn
Zo min mogelijk handelingen op de
De
aanbieder
bouwplaats uitvoeren
constructieve
gevel
risico naar zich toe Minder
processchakels
nodig
als
constructie en gevel in één hand zijn
Eindrapport
120
van trekt
een meer
B.3
Wijnand van Manen (Alcoa) (1) Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Door
koppeling
vliesgevelelement draagconstructie element
met
ontstaat een
van
Tijdelijke
stabiliteitsverbanden
met
nodig tijdens montage
een groot
traagheidsmoment Slankere constructie door integratie
Het berekenen en dimensioneren
van functies
van achterconstructies inclusief de verankeringen
Bouwfysisch voordeel: thermische lijn
Er
moeten
knikberekeningen
van kozijn en warmte-isolatie liggen
worden
in één vlak
rekening worden gehouden met
gemaakt
en
er
moet
plooi en kip Bevestigingspatronen:
het
Intern
Intern
berekenen en dimensioneren van binnendozen Bij
een
vliesgeveluitvoering
in
combinatie met een constructieve gevel
kan
gebruik
worden
gemaakt van de stramienmaat van de stijlen en de aankoppeling van traagheidsmomenten Gelijmde moeilijker
constructies te
demonteren,
zijn dus
minder duurzaam Kans op geluidoverdracht door contactgeluid Een
constructieve
voldoen
aan
brandwerendheid
gevel eisen van
moet voor de
constructie en aan WBDBO-eisen
Eindrapport
121
B.3
Wijnand van Manen (Alcoa) (2) Helpful
Harmful
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
De vloer en het dak zijn eventueel
Er is bij de aluminiumconstructeur
ook met aluminium profielen uit te
onvoldoende constructieve kennis
voeren
aanwezig
Er
is
een
transparantere
gevel
mogelijk
Door
constructieve
toepassing
komt
gevelelement
in
gevolgklasse,
namelijk
hogere van
CC1/CC2 naar CC3 Het
verleggen
van
De rol binnen het bouwproces
verantwoordelijkheden,
waardoor
moet eerder opgepakt en ingevuld
(vlies)gevelleveranciers
meer
worden Extern
Extern
verantwoordelijkheid hebben Snellere montage mogelijk
Er is ervaring met constructieve gevels bij een beperkt aantal Nederlandse
toeleveranciers
(zoals Hurks) Grotere repetitie mogelijk
Er is bij de meeste gevelbouwers geen ervaring met constructieve gevels
Aluminium matrijs om eigen profiel te maken
is
betrekkelijk
goedkoop
(vanaf 1500 €) Gevel en constructie in handen van één partij is handig (ook voor de toeleverancier)
Eindrapport
122
B.4
Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) (1) Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Integratie van functies (gevel en
Omdat
constructie)
constructief
gevelelementen worden
kunnen
ook ingezet,
ze
zijn
overgedimensioneerd Snelle bouw door prefabricage
Mogelijk hogere kosten, omdat de vlakken
tussen
het
stijl-
en
regelwerk gevuld moeten worden karakteristieke, specifieke vorm heeft
Bij Intern
Intern
Zeer geschikt als het gebouw een
Veel halffabricaten zijn beschikbaar
prefab
beton
leidde
het
constructief inzetten van de gevel tot beperkende standaardisatie Gebouwen gevels
met zijn
constructieve moeilijker
te
demonteren Functieverandering
van
het
gebouw is slecht mogelijk Verandering verschijningsvorm mogelijk
Eindrapport
123
van
de
is
slecht
B.4
Pim Peters (IMd Raadgevende Ingenieurs) (2) Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Mallen van prefab beton zijn duur
Het
opvangen
van
tolerantieverschillen
grote tussen
ruwbouw en afbouw Mogelijke optimalisatie door middel
Prefab
van fire safety engineering (FSE)
kwetsbaar in de montage
Voor
gevelleveranciers
is
gevelelementen
zijn
een
Bij prefab beton werkte grotere
introductie van een B-merk mogelijk,
standaardisatie grotere repetitie in
dat minder gevoelig is voor schades
de hand
door montage Zeer geschikt als er in de toekomst
Er is bij staalconstructiebedrijven
geen
onvoldoende
functieverandering
verwacht
mag worden
bouwkundige
en
bouw-fysische kennis en kennis
Zeer geschikt als er in de toekomst
Bij gebouwen in gevolgklasse 3
geen
zullen
verandering
verschijningsvorm
in
de
verwacht
mag
worden
Extern
Extern
van prefabriceren aanwezig constructieve
calculaties
moeten worden uitgevoerd van calamiteiten
Zeer geschikt voor binnenstedelijke
Eerder
vorm
locaties
vastleggen
in
en
bouwwijze
ontwerp-
en
werkvoorbereidingsfase Staal is makkelijker te bevestigen
De
dan beton.
constructieve gevel moet garantie bieden
Gevel en constructie in handen van één partij is handig (ook voor de ontwerper) Er is ervaring met constructieve gevels
bij
bepaalde
Nederlandse
toeleveranciers Kansrijk
bij
robotisering
van
de
productie
Eindrapport
124
aanbieder
van
een
B.5.a
René Timmerman (SAB-Profiel) • binnendozen (1)
Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Binnendozen
zijn
vaak
onderling
Binnendozen
verbonden met schroeven
worden
steeds
dieper door de hogere eisen aan warmte-isolatie
(Rc-waarde),
waardoor ze in verticale richting De buitenplaat en de binnendoos zijn
Tijdelijke
zeker onderling verbonden
nodig tijdens montage
Uit het verleden en uit het buitenland
Intern
Intern
slapper worden
zijn constructief toegepaste, prefab
stabiliteitsvoorzieningen
nodig bij verbouwing
wandpanelen bekend Uit het verleden en uit het buitenland zijn constructief toegepaste, prefab dak- en wandpanelen bekend Zeer geschikt voor een industriële, constructieve gevel
Eindrapport
Extra
stabiliteitsverbanden
125
B.5.a
René Timmerman (SAB-Profiel) • binnendozen (2)
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Horizontale belasting is mogelijk
De
eisen
aan
warmte-isolatie
worden opgevoerd Verticale belasting is mogelijk
Onbekendheid bij ontwerpers en bouwers van de rekenregels om binnendozen constructief toe te passen
Schijfwerking is mogelijk
De aanbieder van binnendozen trekt meer verantwoordelijkheden naar zich toe als deze constructief
Er zijn rekenregels bekend voor
Door gebruik van minerale wol is
krachten die horizontaal inwerken op
veel
binnendozen Er zijn rekenregels bekend voor
Extern
Extern
worden toegepast materiaal
nodig
voor
thermische isolatie Door het grote aantal naden is de
krachten die verticaal inwerken op
luchtdichtheid
binnendozen
realiseren
Er zijn rekenregels bekend voor
Door
schijfwerking van binnendozen
montagehandelingen
het
moeilijk grote
te aantal
zijn
arbeidskosten betrekkelijk hoog Door toepassing van steenwol goed brandwerend Lage materiaalkosten Goede geluidisolatie Goede geluidabsorptie Hoge mate van vormgevingsvrijheid
Eindrapport
126
de
B.5.b
Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Er
is
Europees
onderzoek
De
verkleving
van
de
beschikbaar waarmee openingen in
beplating
aan
sandwichpanelen zonder zichtbare
kunststof
schuim
raveling te maken zijn
krachten overbrengen
Op de website van het Institute for
Doorgaans zijn de panelen niet
Innovative
Structures
is
veel
onderling verbonden
informatie
beschikbaar
die
zou
kunnen
bijdragen
constructieve sandwichpanelen
aan
toepassing
de van
de
kern
stalen
kan
van weinig
Intern
Intern
René Timmerman (SAB-Profiel) • sandwichpanelen (1)
Tijdelijke
stabiliteitsverbanden
nodig tijdens montage Extra
stabiliteitsvoorzieningen
nodig bij verbouwing Er zijn verstijvingen in het paneel nodig bij constructieve toepassing
Eindrapport
127
B.5.b
René Timmerman (SAB-Profiel) • sandwichpanelen (2)
Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Horizontale belasting is mogelijk
Grote verticale belasting is niet mogelijk
Verticale belasting is mogelijk
Grote schijfwerking is niet mogelijk
Schijfwerking op beperkte schaal is
Onbekendheid bij ontwerpers en
mogelijk
bouwers van de rekenregels om binnendozen constructief toe te passen
Door het sandwichpaneel van een
De aanbieder van binnendozen
frame te voorzien, krijgt het stijfheid
trekt meer verantwoordelijkheden naar zich toe als deze constructief worden toegepast
Er
kunnen
steeds
gevelsystemen
zwaardere
aan
Bij (de het meest voorkomende)
een
continue
tot wel 25 kg/m2
zijn
lastig
stijlen en regels in te bouwen om Extern
Extern
sandwichpaneel worden gehangen
productie
het sandwichpaneel constructief te maken
Bij discontinue productie zijn relatief
Door toepassing van kunststof
eenvoudig stijlen en regels in te
schuim slecht brandwerend
bouwen
om
het
sandwichpaneel
constructief te maken Door gebruik van kunststof schuim is
Slechte geluidisolatie
relatief weinig nodig voor thermische isolatie Door het geringe aantal naden is de
Slechte geluidabsorptie
luchtdichtheid makkelijk te realiseren Lage materiaalkosten
Geringe
mate
vormgevingsvrijheid Door
het
geringe
montagehandelingen
aantal zijn
de
arbeidskosten betrekkelijk laag
Eindrapport
128
van
B.6
Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein) (1) Helpful
Harmful
Sterkte (strength)
Zwakte (weakness)
Door de gevel constructief toe te
Tijdelijke
passen, is een grotere overspanning
nodig tijdens montage
stabiliteitsverbanden
Door de gevel constructief te laten
Meer
meewerken,
noodzakelijk om krachten over te
is
op
materiaal
te
en
betere
verbindingen
besparen
dragen
Door de gevel constructief toe te
Systeemgrenzen
passen, is een uitkraging te maken
gevelsystemen lijken bereikt
(zoals
met
sandwichpanelen
die
boven het dakvlak uitsteken) Biedt
de
mogelijkheid
Intern
Intern
te maken
van
om
Constructieve gevel kan plaatsing
gecombineerde dak-/gevelelementen
van installaties hinderen (bijv. bij
te maken
elektriciteitscentrales)
Biedt besparingen op de fundering Eerder wind- en waterdicht Grotere elementen zijn mogelijk
Eindrapport
129
B.6
Maurice Lemmens en Andy de Bruin (ASK-Romein) (2) Kans (opportunity)
Bedreiging (threat)
Er is scherper te calculeren en lichter
Onbekendheid bij ontwerpers van
te construeren
de mogelijkheid om een gevel constructief toe te passen
Een constructieve gevel draagt een
Onbekendheid bij bouwers van de
gelijkmatig verdeelde belasting over
mogelijkheid
op de fundering
constructief toe te passen
Er is stabiliteit aan te ontlenen
Er
is
om bij
een
gevel
gevelbouwers
onvoldoende constructieve kennis aanwezig Er is krachtwerking aan te ontlenen
Vaak vindt de krachtafdracht in één richting (orthotroop) plaats
Richtlijnen
schijfwerking
beplating
De software van gevelsystemen
zijn beschikbaar
kan
niet
rekenen
met
de
ontwerp-
en
constructieve toepassing Richtlijnen koudgevormd staal zijn
Investering
beschikbaar
werkvoorbereidingsfase
is
bij
Extern
voldoende
staalconstructiebedrijven constructieve
(Moduul)systeem is gevoelig voor
kennis
aanwezig Geschikt voor gebouwen die bestaan uit modules
verandering van eisen Extern
Er
in
De constructieve gevel moet niet uitsluitend voldoen aan WBDBO, maar ook aan brandwerendheid m.b.t. bezwijken
Geschikt voor prefabricage Gevel en constructie in handen van één partij is handig (ook voor de toeleverancier) Minder
interface-risico
(scheidingsvlak constructie/gevel) Beperking van coördinatieproblemen Snellere montage mogelijk Door integratie gevel en kolom is het in bepaalde gevallen mogelijk om makkelijker aan WBDBO-eisen te voldoen Betere aansluiting op de klantwensen Mogelijk geluidwering
makkelijker te
voldoen
aan door
zwaardere constructieve gevel
Eindrapport
130
Eindrapport
131
BIJLAGE C CLASSIFICATIE CONSTRUCTIESYSTEMEN
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Classification of structural systems • Drosdov & Lishak 1978
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Classification of structural systems • toevoeging Barendsz 2014
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core • kern
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core • kern • Euromast, Rotterdam
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core • kern • Europoint 1, Rotterdam (SOM)
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Wall • wandenskelet
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Wall • wandenskelet • tunnelgietbouw
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Frame • kolom-liggerskelet
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Frame • kolom-liggerskelet • Nissan (nu Mexx), Amsterdam
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Tube • gevelbuis
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Tube • gevelbuis • Swiss-Re, Londen
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core & frame • kern & kolom-liggerskelet
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core & frame • kern & kolom-liggerskelet • Rembrandt, Aʼdam
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core & wall • kern & wandenskelet
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Wall & frame • wanden- en kolom-liggerskelet
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Frame & tube • kolom-liggerskelet & gevelbuis
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Core & tube • kern & gevelbuis
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Wall & tube • wandenskelet & gevelbuis
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Classification of structural systems • toevoeging Barendsz 2014
Constructieve gevel • Constructiesystemen
Classification of structural systems • Drosdov & Lishak 1978
