Ongelijkmatige zettingen van First Rotterdam gecompenseerd met vijzels. In stijl omhoog

Transcriptie

1 thema 1 Ongelijkmatige zettingen van First Rotterdam gecompenseerd met vijzels In het centrum van Rotterdam, tegenover het centraal station, verrijst binnenkort het 125 m hoge gebouw First Rotterdam. De toren wordt grotendeels in prefab beton uitgevoerd. Gelijk met de kern zal ook de betonnen gevel worden opgetrokken, in een bouwsnelheid van maar liefst twee verdiepingen per zes dagen. Ter compensatie van de zetting (circa 100 mm op moment van oplevering) worden ter plaatse van de hoekpunten van de hoogbouw zestien vijzels ingezet

2 ir. Janko Arts en ir. Jeroen Luttmer Royal HaskoningDHV 1 Visualisatie van First Rotterdam tegenover het Groothandelsgebouw, met rechtsonder station Rotterdam Centraal bron: CIE Architecten 2 Luchtopname van het Bouwcentrum aan de Diergaardesingel, 1954 bron: Stadsarchief Rotterdam Onderdeel van de ontwikkeling rond het nieuwe Rotterdam Centraal Station is het autoluw maken van het Weena om daarmee een betere ontsluiting richting het centrum te creëren. Hiermee zijn extra mogelijkheden ontstaan voor de herontwikkeling van het Weenapoint. Inmiddels is hier begonnen aan de bouw van First Rotterdam. Dit project omvat een tweelaagse ondergrondse parkeergarage, met daarop een plintgebouw van 7 verdiepingen hoog. Op dit plintgebouw, aan de oostkant, komt een toren van 31 verdiepingen hoog (125 m), bestaande uit een mid-rise gedeelte en een high-rise gedeelte (fig. 3). In totaal omvat het gebouw m 2 BVO kantoorruimte. In het gebouw worden onder meer het nieuwe hoofdkantoor van Robeco ( m 2 ) en het advocatenkantoor NautaDutilh ( m 2 ) gevestigd. Oplevering staat gepland voor Ontwerp Kenmerkend aan het gebouw is de indrukwekkende natuursteengevel. In de toren heeft deze gevel om de verdieping een horizontale band, waardoor de hoogbouw slanker en hoger oogt. Het bestaande koepelgebouw (zie kader Geschiedenis ) naast de nieuwbouw heeft veel invloed gehad op het ontwerp. Door aan de zuidzijde de gevel over de onderste twee bouwlagen schuin naar binnen te laten lopen, wordt extra ruimte gecreëerd en komt het koepelgebouw weer beter tot zijn recht als vrijstaand paviljoen. Ook het inpassen van het bestaande kunstwerk van Henry Moore in de gevel van de nieuwbouw was een belangrijke randvoorwaarde voor het ontwerp (fig. 4). Geschiedenis Vlak na de Tweede Wereldoorlog werd op de plek waar kort daarvoor nog Diergaarde Blijdorp lag, het Bouwcentrum gebouwd, naar een ontwerp van Rotterdamse architect Joost Boks (foto 2). Dit koepelgebouw, een initiatief van de BNA, werd opgericht om de voor de wederopbouw zo belangrijke kennis over bouwtechniek over te dragen aan professionals, door middel van voorlichting en documentatie. Het gebouw heeft een kenmerkende koepelvorm met een overspanning van 35 m. Het beton is in de gevel opgevuld met baksteen en vormt een compromis tussen traditioneel en modern bouwen, de zogenaamde shake-handsarchitectuur van kort na de oorlog. Het oorspronkelijk vrijstaande paviljoen werd in 1955 uitbreid aan de zijde langs het Weena met een rechthoekig volume van drie lagen hoog. Dit gebouw, eveneens ontworpen door Boks, werd aan de noordzijde (stations-/weenazijde) voorzien van een bakstenen reliëf Wall Reliëf no. 1 van de Engelse beeldbouwer Henry Moore. Deze sculptuur van 18,7 8,5 m bestaat uit handgevormde klinkers. Tussen 1967 en 1970 werd een tweede uitbreiding gerealiseerd met een langgerekt gebouw aan het Kruisplein, een parkeergarage en een hoogbouw van achttien verdiepingen (de zogenoemde toren A). Hiermee werd het complex uitgebreid tot een kantooroppervlak van m 2. Ook hierbij speelde Boks een rol als adviserende architect. Het complex is inmiddels omgedoopt tot het Weenapoint. Het project First Rotterdam betreft de herontwikkeling van dit kantorencomplex. Zowel het koepelgebouw, tegenwoordig een rijksmonument, als het kunstwerk van Henry Moore speelden een rol bij het ontwerp van de nieuwbouw. 2 Sloop en verplaatsen kunstwerk Moore Om ruimte te creëren voor de nieuwbouw was het noodzakelijk de eerste, in 1955 aangebrachte uitbreiding te slopen. Hier is in september 2012 mee gestart. Deze uitbereiding bestond uit drie bouwlagen en een kelder. Een belangrijk onderdeel van de sloop was de preservering en verplaatsing van het kunstwerk van Moore naar een tijdelijke plek op het binnenterrein van het Weenapoint. Allereerst is een stalen korset geplaatst rondom het kunstwerk. Dit werd aan de onderzijde versterkt met twee in het werk gestorte voorgespannen balken onderling gekoppeld met HEB120-liggers om de 750 mm (fig. 5). Hierna kon het kunstwerk aan de onderzijde worden losgezaagd en met twee trailers voorzichtig naar zijn tijdelijke plek worden gemanoeuvreerd (foto 6). In verband met het risico op beschadiging is vooraf een 3D-laserscan gemaakt waarin de contouren van het metselwerk tot op de millimeter nauwkeurig zijn vastgelegd (foto 7)

3 thema 3 Plattegrond met bestaande bouw en nieuwbouw First Rotterdam 4 Gevel langs het Weena (noordzijde); aan de rechterzijde is nog net het kunstwerk van Henry Moore zichtbaar bron: CIE Architecten Aan de hand van deze nauwkeruige inmeting zou het kunstwerk weer steen voor steen kunnen worden opgebouwd, mocht het ernstig beschadigd raken. Gelukkig bleek dat niet nodig. 3 Bouwput en fundering Nadat het kunstwerk was verplaatst, kon met de bouwput worden begonnen. Deze put wordt afgescheiden door damwanden (type AZ36-700N en AZ25), die in verband met de minimaal beschikbare ruimte nauwgezet om het koepelgebouw heen zijn geplaatst. Hierbij zijn nauwkeurige trillingsmetingen uitgevoerd. Ondanks een minimale afstand van circa 1,3 m tot het koepelgebouw bleek het drukken van de damwanden niet noodzakelijk, onder meer dankzij het gebruik van een hoogfrequent blok. Om schade aan het monumentale koepelgebouw te

4 5 Stalen korset dat om het metselwerk kunstwerk van Henry Moore is geplaatst bron: Techniek en Methode, Heezen 6 Verplaatsing van het kunstwerk op 24 januari met behulp van SPTM s (self propelled modular trailers) van Mammoet UNP betonbalk x400mm maaiveld voorspankop A 2190 B dwarsligger HEB trekkolom HEB220 drukschoor Ø219x6mm kunstwerk zachthout vulling UNP140 dwarsligger best.betonwand kelder HEB betonbalk 800 x 400 mm koppelbalk HEB120 -S355 dragline schotten voorspankop 5 waardoor het onderwaterbeton toch kon komen te vervallen. Hiermee is de bouwtijd met circa zeven weken verkort. De fundering bestaat uit vibro-combinatiepalen Ø506/560 (schacht/punt). Deze palen zijn verdiept aangebracht in een diamantvormig grid van 1,8 1,35 m. Hierbij was een heiverdichting van 8% mogelijk, waardoor zeer zwaar heiwerk werd voorkomen. Om voldoende draagkracht te genereren, staan de palen zo diep mogelijk in de eerste zandlaag tot circa NAP -28 m. De keuze het gebouw op de eerste zandlaag te funderen, was voornamelijk een economische. Het betekent echter ook dat zettingen tijdens en na afloop van de bouw zullen optreden ten gevolge van de zettingsgevoelige kleilaag van de Formatie van Waalre (voorheen bekend als de Laag van Kedichem) die zich op 16 m onder de eerste zandlaag bevindt. Deze zettingen zijn in eerste instantie onderzocht met DSettlement en vervolgens ook met nauwkeurige 3D-PLAXIS-berekeningen. Hierbij is de bouwfasering meegenomen, gerelateerd aan het tijdsafhankelijke verloop van de zettingen. Op de compensatie van deze zettingen wordt verderop in het artikel nader ingegaan. 6 voorkomen, zal een deel van de damwand niet worden getrokken. Dit deel wordt gebruikt als permanente kelderwand. Met het voltooien van de damwanden kon de bestaande kelder worden gesloopt en de bouwput tot circa 2 m onder maaiveld worden aangevuld. De damwanden worden gesteund door een tweelaags stempelraam bestaande uit stempels Ø711 9,5 met gordingen 2 HE600B op het bovenste niveau en stempels Ø914 12,5 met gordingen 3 HE700B op het onderste niveau Uit een voorstudie bleek een bouwput met onderwaterbeton technisch de minst risicovolle keuze in verband met de horizontale vervormingen ter plaatse van het koepelgebouw. Dit bleek ook financieel mogelijk. Tijdens de contractvorming werd door de aannemer toch een alternatief gezocht. Hierbij zou het noodzakelijk zijn de stijghoogte in het eerste watervoerende pakket, door middel van spanningsbemaling, te verlagen in verband met opbarsten van de bouwputbodem. Bovendien bestond er een risico dat het verkrijgen van de benodigde vergunningen voor het onttrekken van grondwater lang zou gaan duren. Uiteindelijk is deze vergunning tijdig verkregen,

5 thema 7 Schermafdruk van de 3D-laserscan waarbij enkele punten aan de onderzijde zijn opgemeten bron: Royal HaskoningDHV 8 Principe van outriggersysteem om de gevelkolommen mee te laten werken ten behoeve van stabiliteit 7 Ontwerp van de constructie Voor het waarborgen van de stabiliteit zijn diverse alternatieven overwogen. Een volledige gevelbuis bleek niet mogelijk in verband met de benodigde openheid van de onderste lagen en paste ook minder goed in het gewenste gevelbeeld. Een stabiliteitskern in combinatie met een raamwerkconstructie leidde niet tot een rendabel ontwerp aangezien dit te dikke vloeren zou opleveren. Dergelijke vloeren zouden zowel het gebouwgewicht als ook de totale gebouwhoogte te nadelig beïnvloeden. Als oplossing is uiteindelijk gekozen voor een outriggerconstructie (fig. 8). Hiermee wordt de te slanke kern (met liftinstallaties en trappenhuizen) door middel van twee verdieping hoge wanden gekoppeld met de gevel. Deze outriggerconstructie is gepositioneerd op de 19e en 20e verdieping (fig. 9). De optimale positie ligt eigenlijk enkele verdiepingen hoger. Hier was deze constructie echter niet mogelijk, omdat deze verdiepingen samen met gewone verdiepingen al waren verhuurd aan één en dezelfde partij. Het verschil in de betreffende verdiepingen was voor deze partij niet acceptabel. Tijdens de uitwerking van het ontwerp wilde de aannemer méér uniformiteit in de betonconstructie. Daarmee zou de hoogbouw in een hoger tempo kunnen worden gerealiseerd. Om die reden worden de noord- en zuidgevel uitgevoerd met gestapelde geprefabriceerde sandwichelementen. Nadeel hiervan is dat de gevels, door het grote aantal constructieve koppelingen, ingewikkelder 8 worden qua uitvoering. Het voordeel is echter dat door de koppeling de gevelelementen in de langsgevel de stabiliteit in oostwestrichting voldoende waarborgen waardoor in die richting geen outriggers nodig zijn (fig. 10). In hoogbouw worden outriggersystemen vaker toegepast in combinatie met een belt truss, een over één of twee verdiepingen lopende vakwerkconstructie in de gevel waarmee alle gevelkolommen door de outrigger worden geactiveerd. Doordat de gevelelementen onderling gekoppeld zijn, wordt ditzelfde effect bewerkstelligd. w outrigger wand gevelkolom funderingsbalk funderingspalen stabiliteitskern x H

6 9 Doorsnede over de kern met op de 19e en 20e verdieping de outrigger 10 Outrigger met doorgehaald de vervallen outrigger in oost-westrichting 11 Visualisatie van het 3D-computermodel D C B A 33e verdieping (liftuitloop) 32e verdieping 31e verdieping 30e verdieping 29e verdieping 28e verdieping 27e verdieping 26e verdieping 25e verdieping 24e verdieping 23e verdieping 22e verdieping 21e verdieping 20e verdieping 19e verdieping 18e verdieping 17e verdieping 16e verdieping 15e verdieping 14e verdieping e verdieping 12e verdieping 11e verdieping 10e verdieping krachtswerking is te lezen (fig. 12). De vloeren zijn in het model ingevoerd om de horizontale schijfwerking zo goed mogelijk mee te nemen. Deze vloeren zijn echter als dunne platen met een dikte van 25 mm ingevoerd, zodat een overschatting van de buigstijfheid van het systeem door de inklemming van de vloerschijven is voorkomen. De zettingen zijn meegenomen door aan de onderzijde van de palen een opgelegde vervorming in te voeren. Deze zijn per paal bepaald aan de hand van de contourplots uit het PLAXIS-model (fig. 13). Zowel de situatie zonder zettingen (nulsituatie) als met maximale zettingen (eindsituatie) zijn berekend en hiermee is in de detaillering rekening gehouden. 9e verdieping 8e verdieping 7e verdieping 6e verdieping 5e verdieping 4e verdieping 3e verdieping 2e verdieping 1e verdieping begane grond kelder -1 kelder -2 liftput 9 Gevel Uiteindelijk is deze variant in relatief kort tijdsbestek uitgewerkt. Hierbij is gebruikgemaakt van een 3D-EEM-computermodel (fig. 11). In verband met de complexiteit van de stabiliteitsgevel, de outriggerconstructie en de zettingen die invloed hebben op de krachtswerking, is ervoor gekozen één totaal 3D-model te hanteren. De gevels zijn hierbij als staafwerkmodel ingevoerd waarbij op een eenvoudige wijze de Zoals gezegd zijn de gevels uitgevoerd met prefab-betonelementen (fig. 14). De plattegrond kent een verschoven H-vorm. Daardoor ontstaat ook op as B en C een gevel (fig. 15). Over de onderste twee lagen bestaat deze gevel uit kolommen met een afmeting van mm2. Vanaf de tweede verdieping is de gevel opgebouwd uit prefab sandwichelementen. Tot de achtste verdieping is de dikte daarvan 500 mm. Bij de 9e tot en met de 11e verdieping is de dikte afhankelijk van de oriëntatie. Aan de noordzijde, bij de penanten met een breedte van 1000 mm, bedraagt de dikte 380 mm. Aan de zuidzijde, bij penanten met 13

7 thema 12 Modellering van de gevel door middel van staafwerkmodel 13 Zettingscontouren ten gevolgen van de formatie van Waalre (Kedichem) 14 Sandwich gevelelement op de 9e verdieping met een 380 mm dik binnenspouwblad en de benodigde instortvoorzieningen bron: Loveld een breedte van 1200 mm, 300 mm. Vanaf de 12e tot en met de 30e verdieping wordt een dikte van 250/300 mm toegepast. Om deze slankheid van de gevel te kunnen realiseren, wordt voor diverse verdiepingen beton tot C90/105 toegepast. Ook in de kelder worden delen van de in het werk gestorte stabiliteitskern in deze zeer hoge sterkteklasse uitgevoerd. Tussen de gevels zijn en ontworpen met een overspanning van 11,7 m (A-B en C-D) respectievelijk 8,1 m (B-C). Deze kanaalplaten zijn 260 mm dik met een druklaag van 50 mm in het midden van de overspanning. Dit is vanwege de vereiste 120 minuten brandwerendheid. De afwerklaag of verhoogde vloer wordt ontkoppeld door middel van folie. Een en ander is conform de opgestelde detaillering volgens de BFBN-brief van juni Hierdoor kan brandwerende bekleding achterwege blijven. 12 Parkeergarage De binnenstedelijke locatie vraagt om een kantoorgebouw met geïntegreerde parkeergarage. Op het omliggende terrein is hier immers simpelweg geen ruimte voor. In de kelder is een overspanning van 11,7 m nodig. Om dit mogelijk te maken, wordt voor de beganegrondvloer en 1e keldervloer een VZA-vloer (voorspanning zonder aanhechting) toegepast. Hiermee zijn relatief dunne vloeren mogelijk (330 respectievelijk 300 mm). Hierdoor kon de diepte van de bouwput, ondanks de vrije hoogte in de parkeergarage van ruim 2,5 m, toch nog beperkt blijven. De hellingbaan ten 13 behoeve van de ingang van de parkeergarage vormt zich deels om het bestaande koepelgebouw heen en is aan de onderzijde geïntegreerd met een sprinklerbassin van 200 m Compensatie zettingen Inherent aan het funderen van een hoogbouw op de zandlaag boven de Formatie van Waalre is het optreden van ongelijkmatige zettingen in de ondergrond. Dit kan leiden tot onacceptabele vervormingen in het gebouw. Met een iteratief rekenproces zijn de maatgevende situaties bepaald en is de omhullende krachtswerking vastgesteld. Hierbij is de bandbreedte tussen de zettingsloze situatie en de maximale zetting bestudeerd. Om te grote spanningen in de betonconstructie tegen te gaan, wordt de in het werk gestorte kelderbak gesegmenteerd uitgevoerd. Bij het gedeelte dat de meeste zetting zal ondergaan, wordt deze met een overhoogte van 100 mm aangelegd. Naar de zijkanten, waar de zettingen minder zijn, loopt de kelder

8 15 Typische plattegrond van de toren, hierbij niveau 19 weergegeven met de outriggers in noord-zuidrichting 16 Schematisering opzetten en vijzels Projectgegevens project First Rotterdam opdrachtgever First CV (Maarsen Groep en MAB Development) architect CIE Architecten constructeur Royal HaskoningDHV aannemer BCF (Wessels Zeist en Boele & van Eesteren) installateur ICF (Klimaatservice Holland BV en Van den Pol) leverancier prefab sandwichgevel Loveld leverancier prefab beton Westo A B C D prefab balk 550 x 495 prefab penant 250 x 1000 prefab balk 550 x 495 L150 x150 x10 L150x150x10 L150 x 150 x 10 L150 x 150 x 10 prefab wand d = 250 L 200 x 200 x 16 L 200 x 200 x 16 prefab bordes d=250 prefab bordes d=250 prefab bordes d=250 HQ180 x x x 10 prefab prefab plaat d = 180 plaat d = 180 prefab plaat d = 180 raveling ribplaat d = 100 ribplaat d = 100 L150 x 150 x 10 HQ180 x x x 10 prefab plaat d = 180 L 200 x 200 x 16 L 200 x 200 x 16 prefab wand d = 250 prefab plaat d = 180 prefab balk 550 x 495 prefab penant 250 x 800 prefab penant 250 x 800 prefab balk 550 x 495 prefab penant 250x aanvankelijk schuin af (fig. 16). Nabij de uiteinden van de hoogbouw worden vijzels geplaatst om de tijdelijke ruimte die daar ontstaat op te vangen. Gaandeweg het opbouwen van de hoogbouw zullen deze vijzels steeds verder worden afgelaten, zodat de rechtgebouwde hoogbouw recht blijft ondanks de zettingen in het midden. De zettingen die optreden na het verwijderen van de vijzels zijn gekwantificeerd. De waarde van restzakking en daarmee gepaard gaande rotatie vallen binnen de geaccepteerde grens van 1:600 per eenheid van lengte. Tot slot Begin februari 2014 is de fundering van het gehele complex voltooid. Op de bouwplaats worden momenteel de voorzieningen getroffen voor het plaatsen van de eerste opgaande kolommen op de -2 vloer en de daarop gelegen -1 vloer. Volgens de planning zullen vanaf mei 2014 de eerste elementen boven maaiveld worden geplaatst om uiteindelijk medio 2015 op te kunnen leveren. Dankzij de vele inspanningen zal de Rotterdamse skyline binnenkort op een zeer duurzame wijze (zie kader BREEAM Excellent ) worden aangevuld met First Rotterdam. BREAAM Excellent Het ontwerp is beloond met het BREEAM Excellent ontwerpcertificaat. Installatietechnische aspecten zoals warmte- en koudeopslag in de bodem, zonnepanelen, een grijswatersysteem en groene daken zorgen voor een hoge score. Ook op de bouwplaats is hier aandacht voor door onder meer zonnepanelen op de bouwkeet, gescheiden afvalstromen en duurzame herkomst peil van bouwmaterialen