thema
Renovatie kantoorgebouw De Monarch in Den Haag
Vorstelijke allure 42
7 2 012
Vorstelijke allure
1
ing. Henk Hazelaar, Bart Schure BAM Advies & Engineering
1 Artist’s impression van het totale project De Monarch, met drie nieuwe bouwvolumes rondom de 52 m hoge bestaande bouw in het midden
De Monarch aan de Beatrixlaan in Den Haag, een project van ontwikkelaars Provast en ASR Vastgoed, is in drie fasen opgedeeld. De eerste fase bestaat uit de renovatie en uitbreiding van het bestaande gebouw (ca. 19 500 m2 BVO) en de realisatie van een naastgelegen nieuwe tweelaagse ondergrondse parkeergelegenheid voor 182 auto’s (2500 m2). Fase 2 en 3 betreffen drie kantoortorens (ca. 51 500 m2 VVO) met daaronder eveneens een tweelaagse ondergrondse parkeergelegenheid. De laatste twee fasen worden in dit artikel buiten beschouwing gelaten.
bestaande vloerrand geplaatst. De grootste opgave in de Engineer&Build-opdracht uit 2010 was een zeer snelle oplevering. Bij het uitwerken van het constructief ontwerp is daarom ook gezocht naar optimalisaties voor het versnellen van de bouwtijd. Eind 2010 kon met de engineering worden gestart en begin 2011 moest de eerste paal van fase 1 de grond in. Op dat moment werd de opdracht voor het constructieve deel gewijzigd in een Design&Build-opdracht, waarbij de volledige ontwerpverantwoordelijkheid werd overgenomen.
De huurder van het bestaande pand had 2000 m2 extra vloeroppervlak nodig. Hiertoe werd het bestaande gebouw aan de westzijde uitgebreid met 7,5 m in de lengterichting (fig. 2). Ook werd de oude gevel verwijderd en een nieuwe gevel op 750 mm uit de
Bij de constructieve uitwerking van het definitieve ontwerp zijn diverse optimalisaties gevonden. Deze zullen per gebouwdeel worden behandeld. Het oorspronkelijke constructieve ontwerp
In 2010 werden aan de Beatrixlaan in Den Haag vier nieuwe
nieuwbouw van drie torens, een betere optie. Het bestaande
kantoortorens gepland. Daartoe zou De Monarch, de
gebouw moest met 7,5 m in de lengte worden uitgebreid. Ten
bestaande toren op die plek, worden gesloopt. Uiteindelijk
behoeve van een optimaal ontwerp is de bestaande constructie
bleek het behoud van deze 52 m hoge toren, samen met
zo goed mogelijk uitgenut.
Vorstelijke allure
7 2 012
43
thema 2 Vierde verdiepingsvloer in het oorspronkelijke (a) en nieuwe constructieve ontwerp (b) 3 De bestaande westgevel wordt gestript en daarna met 7,5 m uitgebreid
3440
3541
3642
3743
3844
3945
40
41
42
43
3000 3000
3000 3000
3000 3000
3000 3000
44
3000 3000
3000
3000
nieuwe bestaande constructie constructie 2a
3000
3000
3000
3000
kanaalplaatvloer d = 200 mm
kanaalplaatvloer d = 200 mm
bestaande nieuwe constructie constructie 2b
3
voor het bestaande gebouw met de uitbreiding en de fundering van de parkeergarage werd volledig gewijzigd. In drie maanden tijd moesten het nieuwe ontwerp, de nieuwe constructieve bestektekeningen en -berekeningen en ook de uitvoerings tekeningen en -berekeningen worden gemaakt.
doos, waarvan de kelderwanden als wandligger functioneren. Het gebouw is gefundeerd op prefab palen (360 x 360 mm2) met een verzwaarde punt (550 x 550 mm2). Het inheiniveau bedroeg NAP -16 m, capaciteit 1100 kN. De gevel bestond uit zware prefab elementen met horizontale glasstroken.
Parallel met dit traject was er ook overleg met de gemeente. Want het nieuwe constructieve ontwerp was een wijziging op de bouwaanvraag en de vergunning was inmiddels verstrekt. Na het beantwoorden van de vragen van de gemeente kon de eerste paal met een minimale vertraging de grond in.
Oorspronkelijk ontwerp: renovatie In het oorspronkelijke ontwerp werden in het bestaande skelet de tussenkolommen in alle gevels verwijderd (foto 3). Hierdoor was de h.o.h.-afstand van de overblijvende gevelkolommen in overeenstemming met de middenkolommen (3,0 m h.o.h.). Zo ontstond meer openheid in de gevel. De capaciteit van de versterkte vloerstrook langs de gevels was, door het vervangen van de zware gevel met een lichtere vliesgevel, voldoende om de vergroting van de overspanning van de vloeren, van 1,5 m naar 3,0 m, zonder extra voorzieningen te realiseren.
Kantoorgebouw Bestaand kantoorgebouw In het archief van de gemeente waren alle berekeningen en tekeningen van het gebouw aanwezig. De hoofddraagconstructie van het bestaande kantoor bestaat in hoofdzaak uit een in het werk gestorte betonconstructie. De gevelkolommen zijn prefab uitgevoerd. De vloeren bestaan uit een vlakke plaatvloer van 180 mm met over de kolommen een versterkte strook van 230 mm. De gevelkolommen staan h.o.h. 1,5 m en de middenkolommen h.o.h. 3,0 m. Stabiliteit wordt in de langsrichting door vier stabiliteitswanden gewaarborgd en in de dwarsrichting door twee. Het skelet staat op een half verdiepte kelder-
44
45
9000
9000
7 2 012
Oorspronkelijk ontwerp: uitbreiding In verband met de doorlopende kantoorruimte van bestaand naar nieuw werden in de westgevel meer bestaande kolommen verwijderd dan alleen de tussenkolommen. Hierdoor werd de belasting op de overblijvende kolommen te groot en moesten deze worden vervangen door nieuwe prefab kolommen.
Vorstelijke allure
4 Detail van de aansluiting tussen de nieuwe aanbouw en de bestaande verdiepingsvloer 5 Door het toepassen van consoles is een enkele rij kolommen mogelijk ter plaatse van de aansluiting van de uitbreiding 6 De oude gevel is verwijderd en een nieuwe gevel werd op 750 mm uit de bestaande vloerrand geplaatst
42
stalen koker 350/350/8 gewapend en gevuld met beton stekankers en stekeinden
200
250 70 180
kanaalplaat 200 mm 5
HEB220 (S355)
aangelaste console koker 200/120/10 (S355)
4
Het oorspronkelijk ontwerp van de uitbreiding van 7,5 m voorzag in een eigen fundering en stabiliteitsvoorziening. De uitbreiding was ontworpen met kanaalplaatvloeren zonder druklaag op hoedliggers en prefab-betonkolommen. Voor de stabiliteit was in het nieuwe gedeelte een L-vormige kern toegevoegd. De kanaalplaatvloeren werden met doken aan het bestaande skelet gekoppeld. Voor het dragen van de nieuwe vloeren werd in het nieuwe deel, langs de westgevel van het bestaande deel, een extra rij kolommen naast de bestaande kolommen geplaatst.
6
Nieuw ontwerp: uitbreiding Voor het realiseren van optimalisaties werd het archiefonderzoek nog eens overgedaan en zijn de gewichts- en stabiliteits berekeningen van de bestaande constructie aan een nader onderzoek onderworpen. Uit de bestaande stabiliteitsberekeningen bleek dat de langsstabiliteit van het bestaande gebouw wordt geleverd door de stabiliteitswanden en door portaal werking van de vloeren en de kolommen.
Deze rij kolommen en de stabiliteitsvoorziening werden gefundeerd op zware uitkragende funderingsbalken. De nieuwe palen moesten immers op voldoende afstand van de bestaande palen worden geplaatst. De fundering werd niet gekoppeld aan de bestaande constructie. Als paaltype was gekozen voor een trillingsvrij paalsysteem (Fundexpalen, Ø460 mm, inheiniveau NAP -22 m, capaciteit 2000 kN). Dit in verband met het naastgelegen conservatorium.
Inzet van het nieuwe ontwerp was het laten vervallen van de nieuwe stabiliteitswand en de extra rij kolommen (fig. 2). Dit zou ruimtelijk-functioneel grote voordelen voor de huurder opleveren. De structuur van de bovenbouw, kolommen met kanaalplaatvloeren, bleef ongewijzigd. Om dit te realiseren, is gekeken naar de capaciteit van de bestaande constructie. Door het laten vervallen van de nieuwe stabiliteitsvoorziening in de uitbreiding, moesten de stabiliteitsvoorzieningen in de bestaande constructie voldoende capaciteit hebben voor het
In het oorspronkelijk ontwerp was de interactie tussen de bestaande en de nieuwe constructie nog niet nader uitgewerkt. De fundering was niet gekoppeld aan de bestaande constructie, terwijl de verdiepingsvloeren dat wél waren. Deze gecompliceerde interactie van oud en nieuw en de moeilijk in de planning uit te voeren stabiliteitsvoorziening en fundering waren de redenen om het constructieve ontwerp opnieuw te bekijken.
Vorstelijke allure
7 2 012
45
thema
3000
41
44 3000
43 3000
44 3000
N 600 x 2050 koppelen aan bestaand 6000
1200 x 1200
6000
N
42 3000
1250
3000
43
600
42
1500 x 1200
M
600 x 2050
15000 3000
15000
15000 3000
M
L
L
14050
41
2500 x 1200
koppelen aan bestaand 600 x 2050
1250
K
bestaande gebouw
K
nieuwe aanbouw
opnemen van de extra horizontale belastingen. Bovendien is de belasting op de bestaande stabiliteitsvoorzieningen door het toevoegen van de uitbreiding excentrisch geworden. De bestaande kolommen ter plaatse van de doorgang zijn in het aangepaste ontwerp vervangen door stalen in plaats van betonnen kolommen. Hierdoor kon de ligger van de uitbreiding met consoles aan de nieuwe stalen kolommen worden bevestigd en kon de extra rij kolommen in de uitbreiding vervallen (fig. 4 en foto 5). De bestaande wandligger in de kelder, waar de nieuwe kolommen op staan, en de bestaande palen onder de wand moesten hiervoor wel voldoende capaciteit hebben. Voor de brandwerendheid zijn de stalen kolommen gevuld met gewapend beton.
Fundering In het archief van de gemeente waren geen stukken aanwezig over het funderingsadvies. Op het originele palenplan stond ook geen paaltype vermeld. Wel duidelijk was dat er prefabbetonpalen zijn gebruikt, maar of de destijds gebruikelijke verzwaarde punt is toegepast, was niet te herleiden. De benodigde kennis werd geleverd door Grondmechanica Delft (Deltares). Zij waren adviseur van het originele plan. Uit hun goed geordende archief bleek dat er inderdaad verzwaarde puntpalen zijn toegepast.
bestaande kelder
600
nieuwe fundatie
7
uit het originele advies van Deltares ook daadwerkelijk zijn toegepast. Tevens is de capaciteit van de verzwaarde punt palen bepaald volgens de huidige normen. De opneembare belasting bedraagt, afhankelijk van de sondering, tussen de 1300 en 1600 kN.
Onderzoek Uit de impact echo- en schmidthamermetingen en het destructief onderzoek (drukken van cilinders), dat in de DO-fase in gang was gezet, bleek dat de betonkwaliteit, K300, in de loop van de tijd voor de vloeren opgelopen was naar C28/35 en voor de kolommen en wanden naar C53/65. De eis van de gemeente was dat de bestaande en de nieuwe situatie volgens de huidige regelgeving moesten worden doorgerekend. Ook is er gekeken naar het verschil tussen de huidige norm, TGB1990, en de norm van destijds, TGB1955 (tabel 1). Hieruit bleek dat ook in de regelgeving enige marge zat.
Tabel 1 Vergelijk TGB1955 en TGB1990 windbelasting
Bij het doormeten van de bestaande palen door de grond mechanisch adviseur kon worden geconcludeerd dat de palen
46
7615
600
6000
1200 x 1200
6000
1500 x 1200
7 2 012
TGB1955
TGB1990
1,15 kN/m2 niet over de gehele hoogte constant
1,41 kN/m2 vanwege de l/h over de gehele hoogte constant
veiligheidsfactoren materialen: 1,0 voor alle belastingen: 1,8
materialen: 1,2 permanent: 1,35 / 1,2 veranderlijk: 1,5
vervormingseisen
1/500h gehele gebouwhoogte 1/300h voor één verdieping
1/1500h gehele gebouwhoogte 1/1000h voor één verdieping
Vorstelijke allure
7 Fundering ter plaatse van de uitbreiding in oorspronkelijke (a) en nieuwe constructieve ontwerp (b) 8 3D-model van de constructie met in het rood de kernen
Berekening EEM Alle gegevens uit het aangepaste ontwerp zijn in een 3D-elementenmethodeberekening omgezet. Het bleek dat alle bedachte optimalisaties mogelijk waren. Uit de EEM-berekening volgde dat de gemiddelde vervorming van het aangepaste gebouw 86 mm is en plaatselijk bij de westgevel 115 mm. De eigenfrequentie is 0,44 Hz. De opbouw van de EEM-berekening is volgens een strakke methodiek en lagensysteem uitgevoerd in SCIA Engineer. Hierdoor kon het model redelijk eenvoudig worden uitgerekend voor drie verschillende ‘bouwfasen’: de bestaande toestand, de bestaande toestand na sloop van de tussenliggende kolommen en de nieuwe toestand. Na berekening van de bestaande toestand in de BGT zijn de resultaten ook vergeleken met de werkelijke verplaatsingen van het gebouw. Door de asymmetrische plaatsing van de kernwanden, en dus ook asymmetrische stijfheid, was de inschatting dat het gebouw naar één zijde zou overhellen. Metingen kwamen nauwkeurig overeen met deze inschatting. Met de modellen ‘bestaande toestand na sloop’ en ‘nieuwe toestand’ kon nauwkeurig worden ingeschat in hoeverre deze ingrepen invloed hebben op de krachten in wanden en kolommen en verplaatsingen en eigenfrequentie. Voor de UGT is de situatie met een tweede-orde-E-modulus beschouwd. Het gebruikte EEM-programma mist echter de functionaliteit om de uitkomsten en wapeningshoeveelheden te gebruiken om materiaaleigenschappen te berekenen en zo te itereren tot een evenwichtssituatie. Een ‘uitgekleed’ programma als Ansys kan hier veel beter mee omgaan, als de gebruiker bereid is de uitvoer als parameters te gebruiken voor de invoer van een volgende stap. Uiteindelijk is ervoor gekozen om met de gevonden krachten in de kernen en de aanwezige wapening de E-modulus te berekenen per kern (zie rode delen in fig. 8). Deze E-modulus wordt weer ingevoerd in de materiaaleigenschappen. Hierdoor wijzigen de optredende krachten weer. Na een iteratie van drie stappen volgde een resultaat dat qua orde van grootte overeenstemt met de krachten waarmee de E-modulus van de materialen was bepaald. Nu kon uit de krachten de benodigde wapening worden bepaald. Deze is vergeleken met de daadwerkelijk aanwezige wapening en die bleek te voldoen.
8
de engineering van het gebouw een factor twee à drie keer groter is dan in een vergelijkbaar nieuwbouwproject. Enerzijds komt dit omdat de constructies (afmetingen, kwaliteit, wapening) niet meer zijn te beïnvloeden en dus niet uit praktische overwegingen konden worden overgedimensioneerd. Anderzijds vergen het model, de verschillende stappen en de precisie veel tijd, met name rekentijd. Bij een minimale wijziging (bestaande balk iets korter) moet het gebouw weer worden herberekend. Ook het feit dat een EEM-berekening moeilijk eenduidig en transparant kan worden gepresenteerd, is lastig in het ontwerpproces en verdient veel aandacht. Een berekening kan pas als goed worden bestempeld als de opsteller en derden deze goed kunnen controleren. Daarvoor is transparante uitvoer nodig. Bij dit project is hier extra aandacht aan besteed.
Parkeergarage De nieuwe tweelaagse ondergrondse garage ligt tussen het bestaande gebouw en de Beatrixlaan. Hiervoor moest de bestaande halfverdiepte parkeergarage worden gesloopt. De bestaande palen zijn gesneld en ingemeten. Trekken van de bestaande palen was niet aan de orde vanwege de water remmende laag op NAP -14 m.
Het resultaat van de gehele exercitie is dat de bestaande constructie optimaal werd uitgenut. Externe verstijvingen waren niet nodig. Een nadeel is dat de tijd die nodig was voor
Vorstelijke allure
7 2 012
47
thema 9 Het project De Monarch heeft bewezen dat revitalisering van bestaande gebouwen voor projectontwikkelaars met een duurzame visie interessante mogelijkheden biedt
BREEAM Het gerenoveerde kantoor is het eerste gebouw in Nederland dat het certificaat ‘excellent’ heeft behaald, de op één na hoogste duurzaamheidskwalificatie. Om dit te bereiken is een uitgekiend installatieconcept in het kantoor aangebracht en zijn er duurzame bouwmaterialen toegepast. Ook het hergebruik van de bestaande betonnen draagstructuur en de gunstige ligging bij een vervoersknooppunt hebben hieraan bijgedragen. 9
Oorspronkelijk ontwerp
bestaande gebouw waren groutankers niet de meest voor de hand liggende keuze. Vanwege de vierkante vorm van de bouwput (ca. 50 x 60 m2) was een relatief eenvoudig inwendig stempelraam mogelijk, dat alleen bestond uit diagonale stempels in de hoeken. Het stempelraam kon zonder verticale ondersteuning worden uitgevoerd (max. lengte 35 m). Zodoende werd er in het midden van de bouwput een groot transportgat gecreëerd, waarbij een onbelemmerd transport van bouwmaterialen mogelijk werd.
De tussenvloer en het kelderdek waren ontworpen als bekistingsplaatvloeren met over de kolommen verzwaarde stroken. Het stramien is 7,8 x 8,1 m2. Langs de Beatrixlaan en het bestaande gebouw is een betonwand aangebracht en langs de twee zijkanten een stalen damwand. Dit vanwege de geplande toekomstige parkeergarages van de volgende fasen. De funderingsplaat zou worden uitgevoerd als dikke plaat met poeren onder de kolommen. De poeren zouden worden gefundeerd op Fundexpalen, zowel op trek als op druk gedimensioneerd.
Nieuw ontwerp
Tot slot
Behalve de funderingsplaat en het paalsysteem is het oorspronkelijk ontwerp ongewijzigd gebleven. Uit de sonderingen blijkt dat de lagen direct onder de funderingsplaat draagkrachtig zijn. Door de afwezigheid van een bovenbelasting op de garage bleek een fundering op staal met alleen trekpalen in de vorm van Gewi-ankers, mogelijk. Bij de optimalisatie van de fundering is ook gebruikgemaakt van een EEM-berekening van het gehele model. Een optimalisatie vormde het positioneren van de Gewi-ankers in de hoeken van de vierkante poeren.
Het project De Monarch heeft bewezen dat revitalisering van bestaande gebouwen voor projectontwikkelaars met een duurzame visie interessante mogelijkheden biedt. Door het uitnutten van de bestaande constructie gaan rendement en duurzaamheid hand in hand, wat interessante mogelijkheden voor de toekomst biedt. ☒
● projectgegevens
project De Monarch I
Door de aanwezigheid van de waterremmende laag op NAP -14 m is een gesloten bouwput mogelijk, zonder extra waterremmende voorzieningen. De tijdelijke stalen damwand langs de Beatrixlaan kan in zijn geheel worden terug gewonnen. De twee damwanden aan de zijkanten zijn semipermanent en worden op niveau -2 afgebrand bij de realisatie van de parkeergarages van fase 2 en 3. De sloten van deze semipermanente damwanden zijn in verband met de waterdichtheid over de volledige hoogte afgelast. Het afsteunen van de damwand is gerealiseerd door middel van een inwendig stempelraam. Gezien de locatie van het conservatorium en het
48
opdrachtgever De Monarch I BV (Provast en ASR Vastgoed) architect KCAP Architects & Planners opdrachtnemer BAM Utiliteitsbouw, regio Den Haag constructeur BAM Advies & Engineering constructeur DO DHV, Den Haag installaties BAM Techniek gevel De Groot & Visser grondmechanisch advies Geomet eerste paal januari 2011 oplevering januari 2012 aanneemsom € 30 miljoen
7 2 012
Vorstelijke allure
