Opgetopt met 16 lagen

Transcriptie

1 thema Woon- en winkelcomplex De Karel Doorman Opgetopt met 16 lagen Ter Meulen, een winkelcomplex in het centrum van Rotterdam, op de hoek van het Binnenwegplein bij de start van de Lijnbaan, is opgetopt met zestien lagen woningbouw. Dit werd mogelijk gemaakt door een combinatie van een extreem lichte optopconstructie en door extra draagvermogen vrij te maken in het bestaande gebouw. Tussen 1948 en 1951 is in het centrum van Rotterdam een winkelcomplex gerealiseerd met vestigingen van warenhuis Ter Meulen, damesconfectiewinkel Wassen, schoenenwinkel Van Vorst en tearoom-cafetaria Martin s. Het gebouw, naar een ontwerp van Van den Broek & Bakema, staat in de volksmond bekend als Ter Meulen (foto 2). Oorspronkelijk bevonden de verkoopruimten zich in de kelder, op de begane grond en op de eerste verdieping. De tweede verdieping was bestemd voor kantoren en kantine. Ook deze verdieping zou in de toekomst kunnen worden gebruikt als verkoopruimte. In dat geval zouden kantoren en kantine verhuizen naar een nog te bouwen derde verdieping. In het constructief ontwerp van de fundering, de kolommen en de tweede verdiepingsvloer was rekening gehouden met deze uitbreiding. In zijn twee extra verdiepingen op het gebouw geplaatst (fig. 3). Door deze uitbreiding lichter te construeren dan oorspronkelijk was bedoeld, bleven de krachten op de fundering binnen het toelaatbare Opgetopt met 16 lagen

2 ir. Maurice Hermens, ir. Michiel Visscher, ir. John Kraus Royal HaskoningDHV 1 Het bestaande Ter Meulen is met zestien lagen opgetopt foto: Marc Ibelings 2 Ter Meulen in Constructieve concepten van het complex in (vlnr) 1948, 1977 en 2006 Omdat de retailmarkt veranderde, raakte de winkelformule van het concern, één van de belangrijkste dragers van het complex, in verval. Een oplossing werd gevonden in de shop-in-shopformule. Die verzameling kleine winkels in het pand deed het oorspronkelijke karakter van het gebouw echter geen goed. Deze formule leverde niet het gewenste resultaat. Vooral de hogere verdiepingen rendeerden slecht. Uiteindelijk kwamen deze zelfs leeg te staan. Nieuwe opgave De eigenaar vroeg Ibelings van Tilburg architecten de mogelijkheden op deze locatie te bekijken: slopen en nieuw bouwen, of het bestaande pand handhaven. Voorstel was het oude gebouw te behouden en in zijn oude glorie te herstellen en daarboven nieuwbouw in de vorm van appartementen te realiseren. Op deze manier kon een belangrijk wederopbouwgebouw worden gered én konden er woningen worden toegevoegd in het centrum van de stad. 2 Het plan was om de uitbreiding van de jaren zeventig te slopen en bovenop het oorspronkelijke Ter Meulen een woongebouw te realiseren van zestien verdiepingen met daarin ruim 100 appartementen (foto 1 en 3). De uitdaging was een constructief concept te bedenken waarbij deze nieuwbouw werd gedragen zonder aantasting van het bestaande gebouw. Toevoegen van vele constructieve elementen in het hele gebouw was niet wenselijk. De aanpak daarvoor was een combinatie van twee ingangen. Enerzijds het inventariseren van de bestaande aanwezige én verborgen draagvermogens. Anderzijds het analyseren van de nieuwe belastingen vanuit de bovenbouw bij verschillende constructieve modellen. Door deze twee te combineren, ontstond het uiteindelijke constructief concept. Beoordeling bestaand gebouw Beschikbare gegevens Omdat Ter Meulen is gebouwd na 1945, was een uitgebreid dossier in het gemeentearchief aanwezig: een complete set van gewichts- en stabiliteitsberekeningen, betonberekeningen en wapeningstekeningen. Van de fundering was er een helder palenplan, een funderingsadvies en een rapportage van het maken en beproeven van een testpaal. Bovendien was er een kalendertekening met daarop per paal aangegeven de zakking in centimeters als gevolg van de laatste 25 slagen lagen (-1, 0, 1 en 2) + optie uitbreiding van 1 laag (beton) 1977 uitbreiding 2 lagen lichte constructie 2 lagen licht = 1 laag beton 2006 uitbreiding slopen renovatie toestand lagen woningbouw optoppen Hoofdopzet bestaande constructie De draagconstructie is geheel uitgevoerd in ter plaatse gestort beton. De betonnen kolommen en balken zorgen als frame voor de stabiliteit van het gebouw (portaalwerking). Het kolomstramien is ruim gekozen: 8 x 10 m. Die combinatie van portaalwerking en het ruime stramien leverde optimale indelingsflexibiliteit, door het ontbreken van stabiliteitswanden. De kolomafmetingen zijn, als gevolg van de benodigde sterkte en stijfheid behorend bij de portaalwerking, nagenoeg constant over de hoogte: Ø850 mm in de kelder tot Ø800 mm op de tweede verdieping. De beoogde druksterkte van de kolommen was volgens tekening 250 kg/cm 2 (te vergelijken met een huidige theoretische C14/17). De hoofdbalken zijn 600 x 850 mm en hadden net als alle overige betonconstructies een beoogde druksterkte van 200 kg/cm 2. Opgetopt met 16 lagen

3 thema Fundering bestaande constructie De fundering bestaat uit prefab vleugelpalen: traditioneel gewapende betonnen 70-tons palen met een schacht vierkant 380 mm en kruisvormige punt van 760 mm. De kalenders gaven aan dat er sprake was van een grote mate van heiverdichting. Per 8-paals poer liep de laatste tocht (over 25 slagen) terug van ruim 20 cm (bij de eerste paal in een groep) tot circa 4 cm (bij de laatste paal in de groep). Dit duidt op een veel groter draagvermogen van de palen dan oorspronkelijk berekend. De poeren (grotendeels 8-paals) hebben een hoogte van 1800 mm in combinatie met h.o.h.-afstanden van de palen van 1700 mm. De poeren zijn destijds berekend zonder rekening te houden met diens grote mate van gedrongenheid (volgens de GBV 1940 was dat niet nodig). Uit controleberekeningen bleek dat de poeren in de bestaande situatie niet zouden voldoen aan de huidige normen. In combinatie met de veel hogere belastingen in de nieuwe situatie was dat aanleiding om voor de nieuwe situatie een voorziening te ontwerpen die de belastingen vanuit de kolommen meer verspreidt over de poer: een platte tussenpoer tussen de kolommen en de bestaande poeren. Om die tussenpoer te kunnen maken, is eerst een tijdelijke staalconstructie dóór de bestaande kolom aangebracht, die de kolomlast kon overnemen. Dit is gebeurd op het moment dat de twee verdiepingen uit de jaren zeventig waren verwijderd, dus met een zo laag mogelijke bovenbelasting. Vervolgens is het onderste gedeelte van de kolom verwijderd, waarna de tussenpoer kon worden uitgevoerd. Speciale aandacht is daarbij uitgegaan naar het aangieten van het contactvlak tussen poer en bestaande kolom: door de kolom in een licht conische vorm af te hakken, zijn luchtinsluitsels in het beton voorkomen. Om in het gebouw voldoende portaalwerking tijdens de uitvoering te waarborgen, is dit gefaseerd uitgevoerd per drie kolommen. Controlemetingen Onze eerste inspecties (visueel en met Schmidthamer) gaven al veel vertrouwen in de kwaliteit van de uitvoering destijds en daardoor ook in de aanwezige betonsterkte. In combinatie met de ervaring met, en literatuur over, het toenemen van de betonsterkte door voortgaande hydratatie was het ontwerpuitgangspunt voor de herberekeningen van de kolommen een betonsterkteklasse C28/35. In een later stadium (bij de uitvoering van de eerder genoemde tussenpoeren) zijn cilinders geboord uit achttien bestaande kolommen. Deze cilinders zijn beproefd in het laboratorium en Opgetopt met 16 lagen

4 4 3D-weergave van Ter Meulen met in rood de twee te slopen delen van het bestaande gebouw 5 Detail van één van de twee te realiseren stabiliteitskern: aanbrengen van nieuwe palen met een 3 m dikke poer 6 Plaatsen van de nieuwe stabiliteitskern 7 Aansluiten van de bestaande vloeren op de kern hieruit volgde een karakteristieke kubussterkte van 40,9 N/mm 2 (vgl. met de oorspronkelijke C14/17!). Om het draagvermogen van de bestaande palen zo goed mogelijk te kunnen inschatten, zijn in eerste instantie rondom het bestaande gebouw nieuwe sonderingen gemaakt. Met die sonderingen kon het draagvermogen van de palen worden geschat op 1350 kn (rekenwaarde). In een later stadium is een aantal sonderingen ín het gebouw gemaakt, pal naast de 8-paals poeren. Hieruit volgden paaldraagvermogens van 1600 kn tot zelfs 2000 kn. Constructief ontwerp nieuwbouwdeel De basis voor het constructief concept was het gebruiken van het bestaande gebouw als fundering voor de nieuwe woningen. Dus zonder constructieve elementen in het bestaande gebouw toe te voegen. Om dat mogelijk te maken, is uitgegaan van een zeer licht bouwsysteem voor de bovenbouw met een totale gebouwmassa van maximaal 250 kg/m 2 (exclusief de veranderlijke belasting). In de haalbaarheidsfase zijn diverse modellen onderzocht: 4-, 8- en 16-laagse varianten. Daarbinnen zijn weer varianten voor de stabiliteit onderzocht: raamwerken versus stabiliteitskruizen en lokale stabiliteit versus centrale stabiliteitsvoorzieningen. De essentie van deze modellen was een theoretische scheiding van verticale en horizontale belastingen vanuit de bovenbouw op de onderbouw. Bij de 16-laagse variant was de extra belasting per betonkolom 5000 kn (druk, rekenwaarde) door verticale belasting en 5000 kn (trek of druk) door windbelasting. Deze kn extra belasting op het bestaande gebouw was véél meer dan gevonden kon worden in de reserves in de draagkracht van de bestaande kolommen en palen. Zonder rekening te houden met momenten in de bestaande kolommen (maar wel met e t = 0,1 h) was de ruimte in verticaal draagvermogen al 5000 kn (per kolom). De oplossing is gevonden in het daadwerkelijk scheiden van verticale en horizontale belastingen, door de twee stijgpunten voor ontsluiting van de woningen (met trappenhuis, liften en schachten) als stabiliteitskern uit te voeren voor zówel de nieuwbouw als het bestaande gebouw. De stijgpunten bevinden zich ín het bestaande gebouw. Om deze uit te voeren, zijn twee rechthoekige happen uit het gebouw gehaald (fig. 4 en foto 11), waarna nieuwe palen met daarop de stabiliteitskern op een 3 m dikke poer zijn aangebracht (fig. 5). Na uitvoering van de nieuwe kernen zijn de bestaande vloeren weer aangesloten op de kernen (fig. 6 en 7). 6 7 Opgetopt met 16 lagen

5 thema 8 Aanbrengen van de lichte optopconstructie 9 Verder opbouwen van de in hoge mate gestandaardiseerde en geprefabriceerde optopconstructie 10 De optopping van zestien lagen is met een bouwsnelheid van zes dagen per verdieping gerealiseerd Het mechanicaschema van de onderbouw is veranderd van een schorend naar een geschoord portaal. De windcomponent van de extra belastingen op de bestaande kolommen is geëlimineerd. Op die manier was het extra draagvermogen van 5000 kn van de kolommen voldoende en konden de nieuwe kolommen van de woningen letterlijk óp het bestaande gebouw worden geplaatst. Aanvullende controles bestaande constructie Ongelijke zettingen De woningen bevinden zich op twee van de drie bestaande kolomrijen. Daardoor zijn er tijdens en na de bouw verschilzettingen tussen de kolomrijen ontstaan. Door de lichte opbouw van de woningen zijn deze verschilzettingen beperkt gebleven tot 20 à 30 mm. Door deze opgelegde vervormingen werden buiging en dus momenten in de balken, en daardoor ook in de kolommen, veroorzaakt. Met realistische boven- en ondergrenswaarden voor de stijfheid van kolommen, balken en fundering hebben we deze momenten in de kolommen nauwkeurig berekend. In combinatie met de bijbehorende verticale belastingen bleven deze momenten binnen de randvoorwaarden behorende bij de minimale e t = 0,1 h. Controle aanwezige wapening Op diverse plaatsen in het gebouw zijn delen van de bestaande betonconstructie verwijderd: de onderkant van de kolommen in de kelder, vloeren en balken ten behoeve van nieuwe trap- of liftsparingen en wanddelen. Op die plaatsen is steeds de aanwezige wapening vergeleken met de destijds getekende wapening. Daarbij werden nergens afwijkingen geconstateerd. Die controles gaven al een behoorlijk hoge mate van zekerheid voor het gebruiken van de wapeningstekeningen uit 1948 als basis voor het nieuwe ontwerp en de bijbehorende herberekeningen. What if? Om nog meer zekerheid te krijgen, zijn gevoeligheidsanalyses uitgevoerd, voor het geval dat in cruciale onderdelen (zoals de kolommen en de funderingspalen) toch nog wapening zou ontbreken. Doordat de kolommen destijds slechts licht zijn gewapend, kon zelfs bij onverhoopt geheel ontbreken van aanwezige wapening worden aangetoond dat er sprake was van een voldoende hoog veiligheidsniveau. Datzelfde gold voor het geval een paal in een paalgroep onverhoopt gebroken zou zijn. Voor die palen was het heien immers maatgevend. Uitvoering De woningen zijn gebouwd bovenop het gerenoveerde en in gebruik genomen winkelpand. Om de veiligheid van het winkelpubliek te waarborgen, zijn maatregelen getroffen zoals dubbele hijsstroppen, gebruik van lichte elementen en duidelijke afbakening van de hijszones. Door de zeer eenvoudige details en heel hoge mate van standaardisatie en prefabricage (bordessen werden bijv. inclusief afwerking én randbeveiliging ingehesen en gemonteerd) kon Opgetopt met 16 lagen

6 11 Sloop ter voorbereiding van de nieuwe verticale stijgpunten, de stabiliteitskernen, bestemd voor zowel de nieuwbouw als het bestaande gebouw foto: Laura Nieuwenhuis projectgegevens opdrachtgever DW Nieuwbouw, Rotterdam architect Ibelings van Tilburg architecten, Rotterdam constructief ontwerp Royal HaskoningDHV, Den Haag adviseur installaties Wichers & Dreef, Badhoevedorp adviseur bouwfysica Peutz, Zoetermeer adviseur trillingen TNO, Delft uitvoering Van Wijnen, Dordrecht een hoge bouwsnelheid van zes dagen per verdieping worden gehaald. Aansluitend kon na iedere verdieping direct met de afbouw worden begonnen (fig. 8-10). Om het aantal kraanbewegingen zo klein mogelijk te houden, is een hijsmand ontwikkeld, precies groot genoeg voor de staalconstructie van een halve verdieping. Deze werd geplaatst op de reeds gerealiseerde onderliggende staalconstructie, omdat de lichte woningvloeren hier niet op berekend waren. De verschilzettingen tussen het bestaande gebouw en de nieuwe kernen vormden een bijzonder aandachtspunt. Eerst zakte de kern als gevolg van de nieuwe grotere belastingen op de ondergrond. Bij het optoppen op het bestaande gebouw onderging het bestaande gebouw zakkingen. Deze zakkingen traden voor een deel direct op, maar ook voor een deel pas in de loop van de tijd (vooral in de diepere grondlagen). Door een grafiek te maken van de zettingen in de loop van de tijd van de kern én van het bestaande gebouw, bleek dat de verschilzettingen tussen die twee nooit groter werden dan 10 mm. Tijdens de uitvoering is daarom een dilatatie aangebracht, die na uitvoering is aangestort tot een volledige verbinding. In de loop van het project zijn meermaals metingen gedaan ter verificatie. Hieruit bleek dat de werkelijke zettingen de vooraf voorspelde goed volgden. 11 Voelbare trillingen bovenbouw Bij de start van de uitvoering van de nieuwe woningvloeren, tijdens een specifieke toezichtronde, rees het vermoeden dat de overdracht van voelbare trillingen tussen de woningen groter was dan wenselijk. De afbouw zou nog een verbetering kunnen opleveren, maar desondanks werd geadviseerd de bouw op te schorten en TNO in te schakelen om de oorzaak te onderzoeken en de oplossing te ontwikkelen. De oorzaak bleek te liggen in de combinatie van eigenfrequenties. De afzonderlijke eigenfrequenties van de houten vloeren, oplegrubbers en staalconstructie waren ieder voor zich voldoende hoog, maar in combinatie zorgden ze voor opslingering van looptrillingen. Door een analogie te maken met appartementen uit de jaren dertig met houten vloeren en metselwerkwanden, werd de oplossing gevonden: het toevoegen van lichte kolommetjes onder de stalen liggers, waarmee de metselwerkwand in staal werd nagebootst. Bovendien was het beter de oplegrubbers te verwijderen bij de liggers bínnen de woningen en dus alleen toe te passen ter plaatse van de woningscheidende wanden. 10 Planning De eerste haalbaarheidsstudies dateren uit Vervolgens is het zeer innovatieve plan in kleine stappen en met ruime tussenpozen ontwikkeld tot besteksniveau in 2006, waarna begin 2007 de bouw werd gestart. In de loop van 2008 werd het trillingsonderzoek gestart, hetgeen een half jaar in beslag nam. In de tweede helft van 2008 waren de aanpassingen ten behoeve van de trillingsreductie bekend. Door de overdracht naar een nieuwe opdrachtgever, heeft de bovenbouw echter nog twee jaar stil gelegen. In de tussentijd ging de uitvoering van de onderbouw door; deze werd in 2009 afgerond. Eind 2010 werd ook de bovenbouw weer hervat en de oplevering van de eerste woningen is in september van dit jaar gestart. Opgetopt met 16 lagen