Verticale stad aan de Maas

Transcriptie

1 De Rotterdam wordt omschreven als een verticale stad. Het complex verrijst aan de Wilhelminakade op de Kop van Zuid. Met drie torens van elk 150 m hoog, voorzien van woon-, kantoor-, hotel-, parkeer- en commerciële functies, is het gebouw een reus die in Nederland zijn gelijke niet kent. Totaal wordt er circa m 2 in één keer ontwikkeld. De bouw is eind 2009 gestart. Dit artikel geeft een impressie van het gebouw, waarbij vooral wordt ingegaan op de fundering. De Rotterdam wordt het grootste gebouw van Nederland Verticale stad aan de Maas 20

2 1 ir. J.J.M. Font Freide en ir. D.P. Snijders Corsmit Raadgevend Ingenieurs BV 1 Artist impression De Rotterdam, centraal gelegen aan de Wilhelminakade Het gebouw is op te delen in een tweelaagse ondergrondse parkeergarage, een zes verdiepingen hoge plint en een lowrise en highrise deel. Daarbij verspringt de highrise ten opzichte van de lowrise. Totaal kent het gebouw over de torens 45 bouwlagen. De torens worden aangeduid als de Westtoren (zijde Cruise Terminal), Middentoren en Oosttoren (zijde Belvedère). De hoofdopzet van de draagconstructie zou men traditioneel kunnen noemen. De vlakke plaatvloeren (d =280 mm, betonsterkteklasse C28/35) overspannen in beide richtingen 8,1 m en worden volledig in het werk gestort. Hiermee wordt een stramien gecreëerd dat voor alle functies bruikbaar is en waarbij de architectuur van het project kan worden gerealiseerd. Alleen bij de Westtoren, waarin zich de woningen bevinden, wordt van dit principe afgeweken en wordt grotendeels met een wandenstructuur gewerkt. Vanwege de gewenste architectuur van de gevel en het uitbouwen van de plint onder in het gebouw, was het toepassen van een dragende gevel geen optie. Mede daardoor wordt het grootste deel van de stabiliteit verzorgd door in het werk gestorte kernen (C53/65) (fig. 3, 4). Het verspringen van de highrise wordt mogelijk gemaakt door het toepassen van betonnen diagonalen over verschillende verdiepingen (fig. 2). In het ontwerp is ernaar gestreefd alle verticale elementen, zoals de kernen en kolommen, zo klein mogelijk uit te voeren. De kernen zijn daarom voor stabiliteit in de dwarsrichting, dat wil zeggen loodrecht op de brede zijde van het gebouw, extra verstijfd door in de plint extra diagonalen aan de kernwanden te koppelen. De torens worden aan de bovenzijde van de lowrise onderling aan elkaar gekoppeld, zodat ze samenwerken voor stabiliteit in de langsrichting. De kolommen zijn ontworpen in sterkteklassen C53/65 en C80/95 en de hoogst belaste kolommen worden voorzien van ingestorte staalprofielen en wapeningspercentages > 4%. Op deze wijze kunnen ook de hoogst belaste kolommen, met een normaalkracht van ruim kn, als 950 x 950 mm 2 worden uitgevoerd. Fundering Het gebouw wordt gefundeerd op bijna 1100 Vibro combinatiepalen. De keuze voor dit paaltype is mede ingegeven door de in de grond aanwezig funderingsresten, waaronder ruim 1300 houten palen van een voormalige kadeconstructie. Deze worden niet verwijderd, maar verdrongen door de stalen casing van de combinatiepaal. Deze werkwijze zorgt ervoor dat er kostbare tijd wordt gewonnen, die anders nodig was geweest voor het één voor één verwijderen van de houten palen. Bij een normale Vibropaal werd het risico op schade aan de uiteindelijke paal, door het terugveren van oude funderingspalen bij het trekken van de buis, te groot geacht. Een tweede voordeel van de Vibrocombinatiepalen is dat hierbij vanaf maaiveld kan worden geheid, zonder dat een overlengte paal hoeft te worden gemaakt. Logistiek kunststuk Vanwege het zware heiwerk heeft de aannemer besloten af te wijken van het oorspronkelijke uitgangspunt om gedurende de gehele periode van het heien met twee stellingen te werken. Zo lang als logistiek mogelijk is, wordt er met drie heistellingen 21

3 2 kelder plint low rise high rise F E D C B A vijzels extra diagonalen plint vijzels plint gewerkt. In combinatie met drie hulpkranen, een boorstelling en de eis dat twee palen binnen circa 4D à 5D van elkaar niet binnen 24 uur na elkaar mogen worden gemaakt, heeft dit tot een logistiek kunststukje geleid (foto 6). Zettingen In Rotterdam bevindt zich onder de eerste draagkrachtige zandlaag een dikke kleilaag: de Laag van Kedichem. De palen van De Rotterdam worden in die eerste zandlaag geplaatst. Het gevolg hiervan is dat er, ten gevolge van de gebouwbelasting, in de Laag van Kedichem relatief grote zettingen en zettingsverschillen ontstaan. Op veel locaties in Rotterdam is onder de Laag van Kedichem een tweede zandlaag aanwezig, waarop met veel langere palen en met minder zettingen kan worden gefundeerd. Voor de locatie van De Rotterdam ontbreekt die laag vrijwel geheel. De zettingen hebben invloed op de vervormingen en krachtswerking in het gebouw. Ze zijn tijdsgerelateerd: een relatief groot deel van de zettingen treedt pas op na gereedkomen van de ruwbouw. Afbouwdelen, zoals gevels en installaties, moeten dus in een bepaalde mate mee kunnen vervormen. Met uitgebreide 3D eindige elementenberekeningen voor het gehele gebouw is een voorspelling van de optredende zettingen en gebouwvervormingen gemaakt, waarbij rekening is gehouden met de bouwfasering. Om een eerste inschatting van de zettingen te verkrijgen (en om de gevolgen voor de omliggende bebouwing te analyseren) is door Fugro een model in PLAXIS gemaakt, met daarin de E resultaten uit diepe boringen en een inschatting van de krachtsverdeling verwerkt. De belastingen, ingeschat op basis van handberekeningen, zijn in dit model op een betonplaat geplaatst die in stijfheid overeenkomt met de gecombineerde stijfheid van alle vloeren in het gebouw. De stijfheid van wanden en diagonalen en hun invloed op de krachtsverdeling werd in deze beschouwing dus niet meegenomen. De grootste berekende vervorming uit dit model bedroeg, op paalpuntniveau, bijna 280 mm in het midden en circa 60 mm aan de rand van het gebouw (fig. 5). Door de stijfheid van de wanden en diagonalen in het gebouw zal zowel het vervorminggedrag als de krachtsverdeling worden beïnvloed. De resultaten uit de PLAXIS berekening zijn gebruikt om in SCIA Engineer een fundering te schematiseren onder een 3D model van het gebouw, waarbij de daadwerkelijke geometrie van het gebouw en de afzonderlijke palen mee zetting (mm) afstand westtoren middentoren oosttoren cruise terminal De Rotterdam 3 4 extra zetting Belvedère tgv De Rotterdam eindzetting De Rotterdam en Belvedère zetting Belvedère Belvedère 5 22

4 2 Doorsnede met betonnen diagonalen bij verspringen highrise 3 Plattegrond lowrise 4 Plattegrond highrise 5 Zettingen in eindfase over lengterichting op NAP -24,0 m conform PLAXIS-berekening 6 Tijdelijk is met drie stellingen geheid zijn gemodelleerd. De hogere stijfheid en gewijzigde krachtsafdracht (er wordt meer belasting naar de randen van het gebouw geleid) leidden tot fors kleinere vervormingen; ongeveer 170 mm in het midden van het gebouw tot 100 mm aan de rand. De volgende stap in het proces was het met voldoende veiligheid en nauwkeurigheid kunnen voorspellen van de krachtsverdeling en de optredende vervormingen. Voor de krachtsverdeling werden drie modellen gecombineerd: stabiliteit (windbelasting), krachten bij oplevering uitgaande van een hoge inschatting voor de stijfheid van de grond en krachten na vijftig jaar op basis van het voorspelde zettinggedrag. Ter controle werden de gevonden waarden gespiegeld aan, eerder uitgevoerde, uitgebreide handberekeningen. Omdat de krachtsverdeling aanleiding gaf tot het wijzigen van kolomafmetingen en palenaantallen, en dit weer zijn weerslag had op de stijfheden en daaruit volgende krachtsverdelingen, is in een aantal iteratiestappen een model gecreëerd waarin kracht en weerstand met elkaar in samenspraak zijn. Naast vervormingen ten gevolge van de fundering treden in het gebouw zelf ook belangrijke vervormingen op. De belangrijkste zijn de vervormingen ten gevolge van het onder belasting verkorten van de kolommen en de vervormingen ten gevolge van de uitkragende constructies onder de highrise delen van de torens. Hetzelfde SCIA Engineer model dat voor de krachtswerking is ontwikkeld, is ook gebruikt als basis voor het voorspellen van deze vervormingen in het gebouw. Dit ook weer in vijf fasen, die overeenkomen met verschillende stadia van de bouw. In de modellen wordt de stand van zaken van de ruwbouw, afbouw en veranderlijke belasting op dat moment meegenomen, alsmede het tijdsafhankelijke effect van de zettingen en de betonconstructie. De berekende vervormingen worden vervolgens aangepast voor bouwcorrecties (bijvoorbeeld het feit dat bij het storten van elke nieuwe vloer de dan opgetreden vervormingen in de onderbouw automatisch worden gecompenseerd; dit brengt de software niet in rekening). De resultaten van deze berekeningen fungeren als input voor verdere analyse van de consequenties van de vervormingen door alle afzonderlijke partijen, zoals de architect, hoofdaannemer, gevelbouwer en installateur. Vijzelconstructies Uit de analyse van het zettingengedrag bleken de vervormingen lokaal dermate groot te worden, dat maatregelen gewenst waren. Dit bleek met name op te treden in de plint tussen de hoog en laagbelaste kolommen en bij de verspringende 6 gebouwdelen in de highrise. Deels wordt dit opgelost door het toepassen van een overhoogte op enkele locaties in het gebouw. Direct onder de overstekken in de Midden en Oosttoren worden vijzelconstructies in de kolommen ingebouwd. Ook voor de kolommen die alleen ter plaatse van de plint aanwezig zijn, is gekozen voor een systeem waarbij kolommen worden gevijzeld (fig. 7). Dit vijzelen zal in kleine stapjes plaatshebben gedurende de gehele bouw van De Rotterdam. In de Westtoren is vanwege de wandenstructuur vijzelen niet wenselijk, maar kan vanwege de grotere stijfheid van de wanden en de bijbehorende relatief kleine vervormingen, weer met een zeeg / overhoogte worden volstaan. Plastische scharnieren De zettingen in de ondergrond verlopen als het ware kuilvormig. Op de hellingen van deze kuil treden rotaties in de funderingsconstructie op. Dit leidt tot momenten en dwarskrachten in alle verticale elementen (palen, kolommen, wanden). Bij de wanden en palen is het toepassen van extra wapening afdoende om deze krachten op te nemen. Bij de kolommen zorgen de rotaties, in combinatie met een zeer beperkte verdiepingshoogte van 2700 mm bij de onderste parkeerlaag, voor relatief grote momenten. Daarom is besloten om de kolommen ter 23

5 4x vijzel Holmatro HJ300 G15 og. 7 Vijzelconstructie plintkolommen 8 De kolommen kunnen ter plaatse van de -1 vloer vrij roteren en verplaatsen 9 Om de momenten in de kolommen te reduceren is gebruikgemaakt van plastische scharnieren afmeting: 600x600 mm betonsterkteklasse: C53/ x1400x200(S355) 1400x1400x200(S355) van de kolom 950 x 950 mm 2 door een veel kleinere staalplaat van maximaal 500 x 500 mm 2 (fig. 9). Deze plaat zal zich als een plastisch scharnier gedragen, zodat een aftopping van het moment plaatsheeft en de excentriciteit in de kolom wordt gelimiteerd. Om de belasting uit de kolom naar deze plaat over te brengen en deze vervolgens weer voldoende naar de poer toe te spreiden, worden zeer dikke (t = 450mm) stalen voetplaten toegepast. laag x600x50(S355) aangieten met mortel K70 Stand van zaken Op het moment van schrijven wordt er vanaf maaiveld geheid en is ongeveer de helft van de palen op diepte. Halverwege 2010 staat het eerste betonstort gepland en in 2013 moet het gebouw worden opgeleverd. opstort 600x600x280 C53/65 7 voeg vullen met steenwol laag -1 PROJECTGEGEVENS plaatse van de 1 vloer los te koppelen van de vloer, waardoor de lengte waarover de kolom roteert wordt verdubbeld (tussen de 2 en 0 vloer in plaats van tussen 2 en 1) en het optredende moment gehalveerd. De vloer wordt op een krans opgelegd, die wordt voorzien van een flexibel oplegmateriaal om minimale weerstand tegen verplaatsing en rotatie van de kolom te geven (fig. 8). Bij een aantal kolommen zorgt een combinatie van rotaties in twee richtingen (dubbele buiging) en een hoge stijfheid (bijvoorbeeld door ingestorte staalprofielen) er, ondanks het loskoppelen bij de 1 vloer, voor dat momenten te groot worden. Vergroten van de dimensies van de kolom is hier geen oplossing; immers, een dikkere kolom of een groter ingestort staalprofiel leidt niet alleen tot een toename in capaciteit, maar ook tot een forse toename in stijfheid en daarmee tot een toename van het optredende moment. Loskoppelen van de kolom bij de beganegrondvloer zou tot een te grote geometrische excentriciteit leiden De oplossing voor dit probleem wordt gevonden in het onderbreken opdrachtgever De Rotterdam CV architect Office for Metropolitan Architecture (OMA) bouwkundige uitwerking B+M Architecten Den Haag adviseur constructies Corsmit Raadgevend Ingenieurs BV aannemer Züblin Nederland BV ruimte tussen kolom en vloer open houden laag variabel stortnaad HD400x1086 (S355) kolom 950x950 C80/95 2 staalplt 950x950 dik 225 S355 staalplt 500x500 dik 70 S355 2 staalplt 950x950 dik 225 S355 24