thema

Zwaar en toch lichtvoetig 4 201026

thema

Zwaar en toch lichtvoetig

De bouw van de hoogste woontoren van Nederland nadert zijn voltooi-

ing. Deze 158 m hoge toren verrijst samen met het ernaast gelegen

Arthouse aan de kade van de Rijnhaven op de Wilhelminapier in Rotter-

dam. Dit ‘zware’ gebouw is ‘gewoon’ met prefab palen op de eerste zand-

laag gefundeerd. Door de zettingen van de eronder gelegen laag van

Kedichem waren bijzondere ontwerpoplossingen nodig om deze eenvou-

dige fundering mogelijk te maken.

Zettingsverschillen New Orleans vragen om bijzondere ontwerpoplossingen

26_33_9_New_orleans 26 07-06-2010 15:01:54

Zwaar en toch lichtvoetig 4 2010 27

Twee stabiliteitssystemenEen ontwerp voor de eeuwigheid was het uitgangspunt voor de woontoren. Gevolg is een zeer lange technische levensduur van de draagconstructie. Omdat niet is te voorspellen of in de toekomst vraag is naar grotere of juist kleinere appartementen, is een grote mate aan flexibiliteit in de mogelijke woningplat-

1

ir. Jeroen van den Bovenkamp1) en ir. Hilbert-Jan KuijerDHV BV

ing. Theo de WitGeomet

1) Jeroen van den Bovenkamp is tegenwoordig werkzaam bij Sophia Engineering.

1 New Orleans wordt de hoogste woontoren van Nederland

foto: Tom Wolbrink

Het project bestaat uit een woontoren van 158 m hoog met 238 appartementen en het Arthouse met daarin vijf bioscoopzalen en een theaterzaal. Zowel onder de toren als het Arthouse bevindt zich een tweelaagse ondergrondse parkeergarage. De toren staat op een 7 m hoge glazen voet die doorloopt in de gevel van het Arthouse. Deze glazen voet, de zandkleurige natuursteen en de kroon met de luxe penthouses geven New Orleans een mediterrane en lichtvoetige uitstraling.

26_33_9_New_orleans 27 07-06-2010 15:01:56

Zwaar en toch lichtvoetig 4 201028

Dit ontwerp maakt niet alleen flexibele plattegrondindelingen mogelijk, maar het is ook zeer geschikt om te tunnelen. De aannemer heeft echter gekozen voor een uitvoering met een klimbekisting (foto 4).

Glazen voetZowel vanuit de architectuur als vanuit het functionele aspect, is het noodzakelijk dat de toren op beganegrondniveau een zeer open karakter heeft. Vanaf niveau -2 tot 3 loopt alleen de kern door en staat de toren op 14 stalen kolommen (fig. 5). Hier-door kon de glazen voet worden gemaakt, ontstaat er een ruime entree op beganegrondniveau en kon in de parkeerkel-der het standaard parkeerstramien, bestaande uit drie parkeer-vakken van 2,4 m met een maximale kolomafmeting van 0,6 m (3 x 2,4 + 0,6 = 7,8m), worden doorgezet waardoor geen parkeerplaatsen verloren gingen.

tegronden gewenst. Om dit te realiseren is ervoor gekozen om slechts in één richting betonwanden toe te passen. Hierdoor zijn plattegronden in de andere richting variabel. Nu zijn er twee woningen per beuk ontworpen, maar dat kunnen er ook vier, drie of één worden, zonder constructieve ingrepen. De constructieve plattegronden zijn hiermee bovendien over nage-noeg de gehele hoogte van de toren gelijk geworden. Als gevolg van deze ontwerpkeuze heeft de toren twee verschillende stabi-liteitssystemen.

In de ene richting wordt de stabiliteit verzorgd door twee wanden die samen met de wanden rond de functionele kern met daarin de trappenhuizen en de liften een zeer stijve H vormen (fig. 3). In de richting haaks daarop wordt de stabiliteit verzorgd door dezelfde H, echter nu om zijn zwakke as, in combinatie met de raamwerking van de ermee verbonden vloeren en kopwanden.

thema

26_33_9_New_orleans 28 07-06-2010 15:01:57

Zwaar en toch lichtvoetig 4 2010 29

2 De glazen voet, de zandkleurige natuursteen en de kroon met de luxe pent-

houses geven New Orleans een mediterrane en lichtvoetige uitstraling

bron: Vesteda / DPI Animation House

3 In de ene richting wordt de stabiliteit verzorgd door een zeer stijve H, in de

richting haaks daarop door dezelfde H, in combinatie met de raamwerking van

vloeren en kopwanden

geen storend effect hebben in de woningen. De overgangsconstructies zijn opgebouwd uit hogesterktestaal en vormen een soort gedrongen I-ligger. Ze concentreren de spanningen in de betonwanden zodat ze in de kolommen kunnen worden geleid. Desondanks kan niet worden voorkomen dat de betonspanningen boven de overgangsconstructies kunnen oplopen tot 56 N/mm2. De wanden rondom de overgangscon-structies zijn daarom uitgevoerd in hogesterktebeton C90/105.Aan de onderzijde zijn de staalkolommen met een dikke aange-laste voetplaat en vier ankers op de funderingspoer geplaatst. Tijdens de bouw van de funderingspoer zijn ter plaatse van de kolommen uitsparingen (1250 x 1500 mm, 750 mm) in de poer gehouden. Deze uitsparingen zijn met hogesterktebeton (C90/105) gevuld waarmee de grote kolombelasting zodanig wordt gespreid dat de spanningen weer kunnen worden opge-nomen door het C35/45 beton van de funderingspoer.

Zettingen en opgelegde vervormingenDe ondergrond bij New Orleans heeft een karakteristieke Rotterdamse opbouw die hier niet in detail wordt besproken. Belangrijk is wel dat onder de eerste draagkrachtige zandlaag zich de laag van Kedichem bevindt. Deze laag is een overwe-gend uit klei opgebouwd pakket, afgewisseld met enkele silt- en zandlagen en tevens een dunne veenlaag. De totale dikte bedraagt circa 16 m. Bij New Orleans is gekozen te funderen op de zandlaag boven de laag van Kedichem (fig. 7).

De relatief zware woontoren – met zijn 300 mm dikke wanden en vloeren – heeft een gemiddelde funderingsdruk van circa 600 kN/m2. Er zijn 310 funderingspalen nodig om deze belas-ting naar de draagkrachtige ondergrond af te dragen. De keuze te funderen op de zandlaag boven de laag van Kedichem maakte het mogelijk gebruik te maken van prefab funderingspalen 450 x 450 mm. Dit maakte de paalfundering een stuk goedkoper dan een paalfundering met lange, in de grond gevormde boor-palen, die door de laag van Kedichem heen zouden steken.

Voor de stalen kolommen zijn walsprofielen gekozen in een hoge staalkwaliteit. Dit leidde tot toepassing van het grootste walsprofiel dat in de handel te verkrijgen is (HD400x1086) in staalkwaliteit Histar 460. Een zeer slanke oplossing die tevens goedkoper is dan stalen kolommen opgebouwd uit een samen-gesteld profiel of veel dikkere staal-betonkolommen.

HogesterktebetonDe hoge belasting uit de betonwanden moet worden ingeleid in de stalen kolommen. Hiervoor zijn op niveau 2 en 3 stalen overgangsconstructies ontworpen van circa 3 m lang en 2,3 m hoog (fig. 5). Deze constructies zijn slechts 300 mm dik zodat ze in de 300 mm dikke betonwanden vallen en

2

3

26_33_9_New_orleans 29 07-06-2010 15:01:58

Zwaar en toch lichtvoetig 4 201030

De twee ondergrondse parkeerlagen en een funderingspoer van 2,5 m dik geven een ontgravingsdiepte tot circa 8 m onder maaiveld. Bij deze ontgravingsdiepte is er nog net verticaal evenwicht van de bouwputbodem, waardoor een kostbare en risicovolle spanningbemaling kon worden voorkomen. Voor het bouwputevenwicht was het daarbij wel nodig dat tijdens het ontgraven grondbermen aan de binnenzijde van de damwand bleven staan. Als gevolg daarvan moest de funderingpoer in twee fasen worden uitgegraven en gemaakt.

In verhouding tot de hoogte en de belastingen uit de toren is een 2,5 m dikke betonplaat relatief slap. Hetzelfde geldt voor de 14 HD-kolommen. Hierdoor ontstaan de genoemde zettings-verschillen van circa 45 mm tussen de kern en de randkolom-men van de toren. Deze zettingsverschillen geven een opge-legde vervorming aan de constructie van de toren. Door deze vervorming wordt er belasting vanuit de kern van de toren via de H-wanden overgedragen op de HD-kolommen en ontstaan in de funderingspoer zeer grote momenten. Deze momenten zijn dermate groot dat dit niet meer te wapenen is. Dit was naast de eerder genoemde uitvoeringstechnische reden een extra argument de poer uit te voeren in twee delen: een recht-hoekig poerdeel en een ringvormig poerdeel eromheen. Het rechthoekige deel ondersteunt de betonnen stabiliteitskern en het ringvormige deel de veertien kolommen. Tussen de twee poerdelen is een stortstrook opengehouden van 2,5 m breed

Kenmerkend voor de laag van Kedichem is het feit dat deze laag, onder invloed van zware belasting van bovenaf, bedui-dend zal zetten. De zettingen van de hoogbouw zijn bepaald met behulp van Msettle. De zetting in de Kedichemlaag is bere-kend op maximaal 165 mm in het midden van de toren, uitgaande van een gemiddelde representatieve gebouwbelasting van 613 kN/m2 (fig. 6). De belasting is in verband met de stijf-heid van de constructie ingevoerd als licht parabolisch verdeeld met een waarde α= 0,75. Dit geeft een gelijkmatiger en realisti-scher zettingsgedrag van de toren. Desondanks werd een zettingsverschil van circa 45 mm berekend tussen het midden en de rand van de hoogbouwtoren.

Doordat de laag van Kedichem een zeer lage doorlatendheid heeft, duurt het vele jaren voordat de korrelspanningstoenames hun definitieve waarde hebben bereikt en het seculaire zettingsproces werkelijk kan plaatsvinden. Voor die tijd nemen wateroverspanningen een belangrijk deel van de belasting op met als gevolg dat het zettingsproces wordt uitgesteld. Daar-door treedt tijdens de ruwbouwfase niet meer dan 30 tot 60% van de eindzetting op.

De dikte van de funderingspoer onder de toren is in grote mate bepaald door de beperkingen die vanuit geotechnisch oogpunt werden gesteld aan de maximale ontgravingsdiepte van de bouwput.

thema

4

26_33_9_New_orleans 30 07-06-2010 15:02:02

Zwaar en toch lichtvoetig 4 2010 31

4 De toren is uitgevoerd met een klimbekisting

foto: Tom Wolbrink

5 Vanaf niveau -2 tot 3 staat de toren op 14 stalen kolommen. Op niveau 2 en 3

zijn stalen overgangsconstructies ontworpen

6 Grafische voorstelling van de berekende zettingen, met daarin de meest recent

gemeten zettingen (meting 31 maart 2010)

met een dikte van 350 mm. De stortstrook is pas aangestort nadat de ruwbouw van de toren op hoogte was, zodat een deel van de opgelegde vervorming al was opgetreden. De relatief slappe 350 mm stortstrook hoeft vervolgens slechts te worden gewapend op de opgelegde vervorming die nog ontstaat tijdens de gebruiksfase.

Overbelaste kolommen Door de extra belasting op de HD-kolommen als gevolg van de opgelegde vervorming – naast de permanente en veranderlijke belasting uit de toren en een aanzienlijke belasting ten gevolge van de wind – is de totale belasting op deze kolommen dermate groot dat de draagkracht ervan met circa 8000 kN (15%) zou worden overschreden. Dit is voorkomen door de kolommen met een slimme uitvoeringstechniek pas later ‘te activeren’. Tussen bovenzijde kolom en de overgangsconstructie is tijdens het bouwen een ruimte van 60 mm opengelaten. De toren kon zodoende zetten zonder daarbij belasting over te dragen op de HD-kolommen. Op het moment dat de ruwbouw was gevor-derd tot de negentiende verdieping en inmiddels 20 mm gezakt was, is de overgebleven ruimte opgevuld. Hierdoor is per kolom eerst 8000 kN via de betonkern afgevoerd naar de fundering zodat hun maximale draagvermogen van 50 000 kN niet wordt overschreden.De kolombelasting in de zwaarst belaste kolom bestaat door deze uitvoeringsmethode in de uiterste grenstoestand, bij een conservatieve benadering van de Kedichemzettingen, uit 44% permanente belasting en veranderlijke vloerbelasting, 38% windbelasting en 18% permanente belasting door het zettings-verschil.

Ongedilateerd ArthouseOnder het eigen gewicht van het Arthouse zou de zetting van de laag van Kedichem verwaarloosbaar klein zijn. De invloed van de zetting onder de toren strekt zich echter uit tot ongeveer halverwege het Arthouse. Voor ontwerpers en bouwers is het lastig om met zettingen om te gaan, nog lastiger is het om met ongelijke zettingen om te gaan binnen één en hetzelfde gebouw. Vaak wordt er een dilatatie aangebracht. Wanneer de zetting het gevolg is van elastische verkorting van de palen en de verplaatsing van de paalpunt om het draagvermogen te ontwik-kelen, kan dat een oplossing zijn. Bij de zetting van de laag van Kedichem vindt de zetting in de dieper gelegen grondlagen plaats en levert daarmee een opgelegde vervorming voor de zandlaag waarin de palen van het Arthouse zijn gefundeerd.

Dilateren heeft daarom geen enkele zin. De gehele kelderbak en de bovenbouw van het Arthouse zijn dan ook ongedilateerd uitgevoerd.

Zoals gezegd vindt een deel van de zetting tijdens de bouwfase plaats en een deel tijdens de gebruiksfase. Eerst de toren bouwen en pas daarna het Arthouse zou om die reden sterk de voorkeur hebben. Dit scheelt wat betreft het zettingsprobleem toch al gauw de helft. Deze bouwfasering zou voor het gehele Arthouse, dus inclusief de parkeerkelder, moeten gelden. In verband met de opleverdatum van het Arthouse, die zelfs voor de opleverdatum van de toren ligt, was dit absoluut onmogelijk.

Als gevolg daarvan moest rekening worden gehouden met grote hoekverdraaiingen tussen de toren en het Arthouse. Uit overwegingen van waterdichtheid is een in het werk gestorte vloer met een dikte van 400 mm gekozen. De wapening van deze vloer wordt mede bepaald door de opgelegde vervormin-gen. Hoe slapper de keldervloer is, des te beter. Door toepassen van een betonsterkteklasse C20/25 is de stijfheid van de vloer zo laag mogelijk gehouden. Ter plaatse van de overgang tussen toren en Arthouse is de hoekverdraaiing dermate groot dat dit niet meer met wapening

5

6

26_33_9_New_orleans 31 07-06-2010 15:02:02

thema

Zwaar en toch lichtvoetig 4 201032

menten in langsrichting niet gewenst. Deze zouden immers onder invloed van zettingen worden ‘gekraakt’.

Zoals gezegd strekt het gebied waarop de zetting van de toren invloed heeft zich uit tot ongeveer halverwege het Arthouse. In dit gebied is daarom consequent in alle details rekening gehouden met de hoekverdraaiingen die door deze zetting ontstaan. Vooral ter plaatse van de aansluiting aan de toren vinden dermate grote hoekverdraaiingen plaats dat daar ‘in zekere mate’ scharnierende verbindingen nodig zijn. In verband met de stabiliteit die aan de toren wordt ontleend moet elke vloer wel in langs- en dwarsrich-ting constructief gekoppeld zijn. Daarentegen maakten zware akoestische eisen het noodzakelijk dat de eerste- en tweedeverdie-pingsvloeren akoestisch ontkoppeld moesten zijn van de toren.

De eerste- en tweedeverdiepingsvloeren zijn uitgevoerd in kanaalplaten op geïntegreerde liggers (fig. 9). Door de liggers scharnierend te verbinden met de toren en op te leggen in schoenen met akoestische oplegrubbers kon aan alle eisen worden voldaan.

De derde- en vierdeverdiepingsvloer zijn uitgevoerd in een breedplaatvloer 300 mm dik. Ter plaatse van de aansluiting met de toren zijn de vloeren op een hoeklijn opgelegd met dookwa-pening alleen in het midden van de vloer (fig. 10). Op deze manier kon zowel de voor stabiliteit noodzakelijke koppeling als het voor de zettingen nodige ‘scharnier’ worden gerealiseerd.De beganegrondvloer en de vloer op niveau -1 zijn uitgevoerd in kanaalplaten op prefab T-balken. Door in de tand-consoleop-legging voldoende ruimte in de detaillering aan te houden en extra aandacht aan het oplegmateriaal te besteden, kon zonder extra maatregelen met een ‘standaarddetail’ worden voldaan aan de rotatiecapaciteit die nodig was voor de zettingen.

is op te nemen. Om die reden is ook daar een stortstrook gemaakt die pas na gereedkomen van de ruwbouw van de toren is aangestort (fig. 8). De wapening van het betreffende vloer-deel wordt dan alleen beïnvloed door de hoekverdraaiing die het gevolg is van de zetting gedurende de gebruiksfase.

De verloren damwand, die tevens een dragende functie heeft, vormt samen met de in het werk gestorte keldervloer en de betonvloer op beganegrondniveau een grote stijve ligger waarbij het lijf uit het damwandprofiel bestaat. Ook deze damwand is niet gedilateerd. De wandligger is berekend op de opgelegde vervorming. De trek- en drukkrachten in de ‘flenzen’ van de liggers, alsmede de schuifkrachten in het aanhechtvlak tussen damwand en beton gaven geen aanleiding tot extra wapening anders dan de wapening die al nodig was voor de draagkracht van de vloeren en de waterdichtheid ervan.

Detaillering ArthouseDe constructie van het Arthouse bestaat uit prefab-beton kolom-men van begane grond tot derde verdiepingsvloer om zo een flexibele indeling mogelijk te maken. De stabiliteit in langsrich-ting wordt daarbij volledig door de toren verzorgd. In dwarsrich-ting wordt de stabiliteit verzorgd door de toren samen met twee wanden. In verband met de laag van Kedichem waren wandele-

1125

10

1200

800

400

400

150

400

1550

2500

2500

1256

dit gedeelte aanstorten na voltooien hoogbouw

oplegvilt

ps-schuim

poer Arthouse

poer hoogbouw

Schrumpf dilatatievoegenband type D320 (o.s.g.)

400 400

5735-

208

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

7

26_33_9_New_orleans 32 07-06-2010 15:02:04

Zwaar en toch lichtvoetig 4 2010 33

7 Karakteristieke sondering met de laag van Kedichem, waarin aangegeven de

onderkant van de fundering van de toren en het puntniveau van de palen

8 Ter plaatse van de overgang tussen toren en Arthouse is een stortstrook

gemaakt die pas na gereedkomen van de ruwbouw van de toren is aangestort

9 De eerste- en tweedeverdiepingsvloeren zijn uitgevoerd in kanaalplaten op

geïntegreerde liggers

10 Ter plaatse van de aansluiting met de toren zijn de vloeren op een hoeklijn

opgelegd met dookwapening alleen in het midden van de vloer

men op de randpoeren zijn geplaatst. Het is daardoor goed denkbaar dat in de komende periode nog herverdeling van belasting naar de randen zal plaatsvinden, waarbij de maximale zetting nog toeneemt maar zettingsverschillen niet of veel minder dan in de afgelopen periode. ☒

Opzetten funderingOok al heb je als ontwerper in alle berekeningen en detaillerin-gen rekening gehouden met de opgelegde zettingen, je hebt dan nog geen antwoord op de lastige vraag hoe om te gaan met het hoogteverschil dat door de verschilzetting wordt veroorzaakt. En in dit geval betreft het niet enkele millimeters, maar centi-meters! De fundering van de toren moet worden opgezet om te voorkomen dat bij oplevering en in de toekomst het vloerpeil te laag ligt. Echter hoeveel zet men een fundering op waarvan wordt verwacht dat deze in de toekomst in totaal 16 cm zakt, waarvan circa 6 cm gedurende de bouwfase zal plaatsvinden? Daarover is lang en zorgvuldig nagedacht. De eerlijkheid gebied te zeggen dat het ‘constructeursgevoel’ daarbij een belangrijke invloed heeft gehad. Uiteindelijk is ervoor gekozen de fundering van de toren 90 mm op te zetten.

MetingenIn de fundering van de hoogbouwtoren en aansluitende laag-bouwdelen zijn circa dertig hoogtebouten opgenomen voor het volgen van de optredende zettingen en zettingsverschillen. Daarnaast zijn nog circa vijftien hoogtebouten geplaatst in de kademuur waarvan de achterzijde op 1 m van de hoogbouwto-ren staat. De metingen zijn gestart in januari 2008. Vanaf maart 2009 is de uitvoering van de hoogbouw goed op gang gekomen. Bij de laatste meting in maart 2010 was de ruwbouw nagenoeg gereed en bedroeg de maximale zetting 68 mm (fig. 6). Dat is inclusief de elastische verkorting van de palen en deformatie van de paalpunt die nodig is voor het mobiliseren van zijn draagvermogen. Aangezien we niet kunnen afleiden of op dit moment 30 of 60% of een ander percentage van de Kedichem-zetting is opgetreden, is het nog te vroeg om een voorspelling van de eindzetting te doen. Het lijkt er wel op dat de eindzet-ting iets lager zal worden dan 165 mm.

Nog belangrijker dan de maximale zetting zijn de optredende zettingsverschillen. Ter plaatse van de laagbouw zijn enkele bouten op de millimeter exact op hun beginwaarde uit 2008 gebleven. Dit is mede een gevolg van de opwaartse waterdruk tegen de keldervloer. Tussen rand en midden van de hoogbouw worden nu al naar verhouding grote verschillen gemeten van circa 20 mm. Deze verschillen zijn nagenoeg volledig toe te schrijven aan een verschil in Kedichemzetting. Dit duidt erop dat de belastingspreiding iets minder parabolisch is dan in de Msettle-berekening werd aangenomen. Dat is weer verklaar-baar door de bouwfasering waarin in eerste instantie alle belas-ting op de kern is geplaatst en pas in een later stadium kolom-

● ProJecTgegevens

project Woontoren New Orleans

opdrachtgever Vesteda

projectmanagement Wilimas

Bouwadviseurs BV

architect Álvaro Siza Arquitecto, Lda

co-architect ADP Architecten

adviseur constructies DHV BV

adviseur geotechniek Geomet BV

heitoezicht Geomet BV

aannemer Besix

leverancier klimbekisting Peri

start bouw zomer 2007

oplevering september 2010

9

10

druklaag

bouwkundige wand

400

11

4730+

1000

740 10

00

300

260

70

kanaalplaat

akoestischoplegrubber

schotten 20 mm vrij houden van liggerprincipeoplegschoenL 200x200x20

DEMU 2020-Ø20/M24 h.o.h 500 mm

11390+

L 150x150x15 DEMU 3010-Ø16/M20 h.o.h 500 mm

DEMU 2010-Ø20/M24 h.o.h 500 mm

11

300

300

26_33_9_New_orleans 33 07-06-2010 15:02:05