HEALTHCARE BUILDINGS INDUSTRY Conceptnota stabiliteit Value by design project DBFM KASTERLINDEN - POOLSTER projectnummer VKC32174 omschrijving Verantwoordingsnota met betrekking tot de structuur en de funderingstechniek opgemaakt te Merelbeke, 04 oktober 2012 VK ENGINEERING Guldensporenpark Building A 9820 Merelbeke België VKC32174 KASTERLINDEN - POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 1/6
ONTWERPCRITERIA Ontwerpen is een integraal proces van afwegen van keuzes. De keuzes worden gemaakt in onderling overleg tussen de verschillende disciplines, projectmanagement en opdrachtgever. Door aspecten inzichtelijk te maken en er wegingsfactoren aan toe te kennen kan men zorgvuldige keuzes maken. De primaire functies van het structureel systeem zijn : een structuur creëren die voldoet voor de hoofdbelastingen en de nevenbelastingen, de gebruiksvrije oppervlakte zo groot mogelijk te houden en de functionaliteit te optimaliseren. de vloeren creëren en deze ondersteunen. de gebouwbewegingen t.g.v. de horizontale belastingen controleren. afdragen van alle eigengewichten, verticale en horizontale lasten naar het funderingssysteem. Het is noodzakelijk om een structuur te creëren die : elegant, efficiënt en flexibel is. economisch kan gebouwd worden. snel kan worden opgetrokken. een maximale standaardisatie met zich meebrengt. duurzaam is. optimaal is afgestemd op technische installaties. voldoet aan esthetische eisen. De ontwerpdoelstelling is gekende en betrouwbare constructietechnologieën en optimale ontwerptechnieken te gebruiken, in parallel met een volledig geïntegreerd ontwerp binnen de architecturale- en omgevingsconcepten. Het ontwerp wordt opgesteld rekening houdend met de meest recente normen. Er wordt rekening gehouden met de overlasten (gebruiks-, sneeuw- en windbelasting) zoals bepaald in de geldende normen. Sommige lokalen eisen een specifieke gebruiksbelasting dewelke in samenspraak met de opdrachtgever bepaald zullen worden. Het project bestaat uit verschillende gebouwen. Het is bijgevolg dat voor elk gebouw de optimale structuur gebouwd wordt. Bij het constructieve ontwerp wordt dus, naast de geldende normeringen, o.a. met volgende criteria ook nog rekening gehouden: Economische overspanningen Laagbouw : dragend metselwerk economisch + duurzaam Hogere gebouwen : strak kolommengrid Weinig kolommen : grote flexibiliteit Structuur van de hogere verdiepingen loopt door op het gelijkvloers en de kelder : geen transferbalken Zichtbaar blijvend beton Plafond in beton : gebruik van thermische massa Prefabricatie : zowel structurele betonelementen (kolommen, wanden, balken en platen) als dragend metselwerk kunnen geprefabriceerd worden economisch + snel construeren VKC32174 KASTERLINDEN -POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 2/6
BASISSCHOOL REVALIDATIECENTRUM INTERNAAT : DRAGEND METSELWERK Zowel de basisschool, het revalidatiecentrum als het internaat zijn lage gebouwen : slechts 2 bouwlagen (gedeeltelijk 3 bouwlagen voor het revalidatiecentrum). Deze gebouwen krijgen een massieve gevel opgebouwd uit metselwerk. In het gebouw heeft men tegen de gevels in principe 2 maal een aaneenschakeling van klassen en andere lokalen met daartussen een gang. Voor dergelijke, lage gebouwen is een draagstructuur uit metselwerk uitstekend geschikt. Voor dit project wordt er, waar de architectuur en de overspanningen dit economisch mogelijk maken, voor gekozen om 1 wand van de centrale gang structureel dragend te maken (metselwerk). De andere wand van de gang en de wanden tussen de lokalen zijn dan in principe niet structureel en worden opgebouwd uit een lichte structuur. Hierdoor ontstaat een grote flexibiliteit om de indeling van de lokalen te bepalen en om in de toekomst de indeling en afmetingen van lokalen te wijzigen. De wanden uit dragend metselwerk hebben dus niet alleen een louter ruimtescheidende functie, maar ook een structurele functie, hetgeen economisch en duurzaam is. Uiteraard zou er ook voor een skeletstructuur bestaande uit balken en kolommen gekozen kunnen worden om een nog grotere flexibiliteit te hebben. De ontwerpers zijn echter van mening dat - door slechts 1 gangwand structureel te maken - er nog voldoende flexibiliteit bestaat. Tegenwoordig worden ook muren in dragend metselwerk geprefabriceerd. Dit kan hier eventueel ook gebruikt worden teneinde de bouwtijd te beperken. De vloerplaten worden opgebouwd uit geprefabriceerde breedvloerplaten met een ter plaatse gestorte druklaag in beton. De breedvloerplaten zijn 5 à 6 cm dik en worden in de fabriek gemaakt, ze bevatten reeds het grootste deel van de nodige betonwapening en doen tevens dienst als bekisting voor de ter plaatse gegoten druklaag. Dergelijke massieve vloerplaten worden heel courant gebruikt voor relatief kleine overspanningen en in gebouwen met dragend metselwerk. Voor de grotere overspanningen of waar een gewichtsbesparing wenselijk is, worden voorgespannen geprefabriceerde holle welfsels gebruikt. Het gebruik van betonnen vloerplaten is aangewezen omwille van zijn hogere geluidsdempende eigenschappen t.o.v. andere materialen, zijn hoge thermische massa en omwille van zijn natuurlijke brandweerstand. SECUNDAIRE SCHOOL EN PARKING : SKELETSTRUCTUUR IN BETON Om verschillende redenen is voor dit gebouw gekozen voor een betonnen skeletstructuur bestaande uit kolommen, platen en balken; aangevuld met stijve betonkernen (trappen en liften) die de windstabiliteit garanderen. Aangezien dit gebouw bestaat uit meerdere bouwlagen (-1, gelijkvloers, +1, +2 en +3) is het aangewezen om dragende kolommen in beton te maken i.p.v. muren in metselwerk omdat op heel wat plaatsen (zeker op de lager gelegen verdiepingen) de spanningen in het metselwerk te hoog zou zijn. Daarenboven heeft dit gebouw niet op ieder niveau het typische grondplan met een centrale gang. Zo zit er onder de school deels een parking en zijn er een aantal lokalen die een grotere oppervlakte hebben waardoor het principe met de centrale gang niet overal van toepassing kan zijn. Het gebruik van beton is bovendien aangewezen omwille van zijn hogere geluidsdempende eigenschappen t.o.v. andere materialen, zijn hoge thermische massa en omwille van zijn natuurlijke brandweerstand. Er wordt gekozen voor een kolommengrid met een vrij grote tussenafstand (± 8m x 8m) die een flexibele ruimteindeling toelaat. De scheidingswanden bestaan uit een licht materiaal. De kolommen, de balken en de platen worden maximaal geprefabriceerd. Dit betekent een economische structuur die bovendien snel geconstrueerd kan worden. De platen zijn voorgespannen holle elementen die met een relatief kleine dikte toch grotere overspanningen kunnen maken. VKC32174 KASTERLINDEN -POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 3/6
SPORTZAAL Omwille van de vrij grote afmetingen van de sportzaal moet de dakstructuur grote overspanningen (± 19m) maken. Voor dergelijke overspanningen is het gebruik van houten gelamelleerde liggers uitermate aangewezen. De houten liggers zijn duurzaam en economisch. Ze hebben bovendien een laag eigengewicht (veel kleiner dan gewapend beton) en in tegenstelling tot stalen liggers hebben ze van nature een uitermate goede brandweerstand. Tussen de gelamelleerde liggers wordt een lichte dakstructuur bestaande uit houten gordingen en stalen geprofileerde dakplaten aangebracht. Bovendien kan er een lichtstraat gemaakt worden waardoor natuurlijk daglicht in de sportzaal komt. BETON ALS THERMISCHE MASSA Een belangrijke voorwaarde om beton als thermische massa te activeren is een ongestoorde warmteuitwisseling tussen de vloer en de ruimte. Er mag bijgevolg geen verlaagd plafond voorzien worden, hetgeen betekent dat de onderzijde van de constructieve betonvloer in het zicht blijft. De keuze van het vloersysteem wordt dus mede bepaald door bovenvermelde voorwaarden. BRANDWEERSTAND Aangezien er voor een betonstructuur gekozen wordt kan de nodige brandweerstand gemakkelijk gehaald worden zonder bijkomende (dure) ingrepen. Ook het dragend metselwerk en de houten gelamelleerde liggers hebben van nature een goede brandweerstand. (UIT)ZETTINGSVOEGEN Gezien de grote afmetingen van de secundaire en de basisschool zullen er uitzettingsvoegen noodzakelijk zijn. De keuze van de positie van de voegen zal nauwkeurig onderzocht worden en wordt bepaald rekening houdende met het architecturaal ontwerp zodat de voeg niet storend is. FUNDERING Er werden op het terrein door Laborex 16 diepsonderingen uitgevoerd, 3 peilbuizen geplaatst en een aantal ondiepe grondboringen gemaakt (cfr. verslag nr. 07/100 dd. 06.04.2007). Op basis van het beschikbare sonderingsverslag vermoedt de ontwerper dat de grond als volgt is opgebouwd: 0 m 1 m diepte : teelaarde, geroerde grond, 1 m 15 à 17 m diepte : leemgrond, met plaatselijk turflagen en zandinsluitsels 15 à 17 m? : middeldicht, siltig zand De grondboringen werden slechts tot een diepte van 5 m uitgevoerd. Volgens de boringen is de bovenste grondlaag leem. De sonderingen geven aan dat de grond heel heterogeen opgebouwd is, Alle sonderingen geven aan dat er een goede, vrij draagkrachtige grondlaag zit op een diepte van > 15 m. Daarboven is de draagkracht van de grond heel variabel. De ontwerper vermoedt dat er op een diepte van 3 à 5 m een turflaag aanwezig is omwille van de geringe conusweerstanden en het hoge wrijvingsgetal dat bij een aantal sonderingen opgemeten werd. Dergelijke turflaag is heel samendrukbaar en het risico dat er zettingen optreden na voltooiing en ingebruikname van het gebouw is groot indien geen geschikte maatregelen genomen worden. Volgens de beschikbare grondboringen zit er evenwel geen turf in de ondergrond tot op een diepte van 5 m. VKC32174 KASTERLINDEN -POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 4/6
Er werden 3 peilbuizen geplaatst op het terrein. Volgens het sonderingsverslag zit de grondwatertafel op niveau +4,21 t.h.v. het gebouw waar een kelder voorzien is (secundaire school, parking). De kelder zit op niveau +6,00 m en zit dus boven het grondwater. Er werd dus geen rekening gehouden met een grondwaterverlaging. Het beschikbare sonderingsverslag verschaft volgens de ontwerper echter nog onvoldoende gegevens om het funderingssysteem volledig te bepalen. De beschikbare grondmechanische gegevens zijn niet toereikend om de fundering van een project van deze omvang te kunnen bepalen omwille van volgende redenen : De peilbuizen werden niet periodiek opgemeten. Enkel de grondwaterstand bij plaatsing werd gemeten. De evolutie van het grondwater in de tijd dient opgemeten te worden teneinde zekerheid te hebben omtrent het freatisch oppervlak. De peilbuizen werden uitgevoerd met een kleistop op 1 m boven de onderzijde van de peilbuis. Het is dus niet uitgesloten dat de hoger gelegen grondlagen ook watervoerend zijn. De sonderingen werden uitgevoerd met een grote tussenafstand > 60 m t.h.v. het te realiseren project. Er dienen per gebouw minstens 3 diepsonderingen uitgevoerd te worden met een tussenafstand van 20 à 25 m. De sonderingen gaan tot een diepte van maximaal 20 m. Het is aangewezen om minstens 1 sondering dieper uit te voeren teneinde de dikte van de draagkrachtige laag te kennen. Er dienen bijkomende boringen uitgevoerd te worden teneinde zekerheid te krijgen over het al dan niet aanwezig zijn van turf. Er dient bijgevolg bijkomend grondonderzoek uitgevoerd te worden (sonderingen, peilbuizen en boringen). Op basis van de beschikbare gegevens werd voor de twee types gebouwen (met of zonder kelder) een funderingssysteem ontworpen. Internaat basisschool revalidatiecentrum Deze gebouwen hebben geen kelder (of slechts gedeeltelijk) en worden dus t.h.v. het maaiveld gefundeerd. Er werd een zettingsberekening uitgevoerd uitgaande van een algemene funderingsplaat t.h.v. het maaiveld. We bekomen volgende zettingen : S7 : 87,6 mm S8 : 104,3 mm S9 : 97,6 mm Dergelijke berekende zettingen zijn groter dan het maximaal toelaatbare (50 mm voor een algemene funderingsplaat). Het is bijgevolg aangewezen om een ander funderingssysteem te maken. Er werden o.a. volgende opties onderzocht : Diepe fundering : palen tot in de draagkrachtige laag Ontlastingskruipkelder Grondverbetering d.m.v. grindkernen, soilmix,. Uit analyse van de verschillende opties bleek dat de grondverbetering geen afdoende garantie biedt om de zettingen te vermijden en dat een volledige kruipkelder economisch geen goede oplossing is. De oplossing met een diepe fundering (palen) tot in de draagkrachtige laag blijkt het meest aangewezen te zijn. Er werden palen met een lengte van 15 m voorzien. Teneinde de exacte lengte van de palen te kunnen berekenen moeten er bijkomende sonderingen uitgevoerd worden zodat de exacte diepte van de draagkrachtige lagen bepaald kan worden. VKC32174 KASTERLINDEN -POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 5/6
Secundaire school sportzaal parking Deze gebouwen zijn onderkelderd (behalve een deel van de secundaire school). Dit betekent dat er een groot volume grond verwijderd moet worden. De kelder kan dus beschouwd worden als een ontlastingskelder : Gewicht uitgehaalde grond 3,50 m x 16 kn/m² = 56 kn/m² Gewicht gebouw 6 platen 6 x 10 kn/m² = 60 kn/m² Het gewicht van de uitgehaalde grond komt dus ongeveer overeen met het gewicht van het nieuwe gebouw. Dit betekent dat de onderliggende grondlagen reeds voorbelast werden en dat de zettingen t.g.v. het nieuwe gebouw beperkt zullen zijn. Volgens het sondeerrapport zit het grondwater dieper dan de kelder. Er werd dus geen rekening gehouden met een eventuele grondwaterverlaging. Er wordt bovendien vanuit gegaan dat de ondergrond uit leem is opgebouwd. Conclusie funderingssysteem Op basis van het beschikbare sonderingsverslag kan besloten worden dat een fundering aangezet op maaiveldpeil te grote zettingen zal veroorzaken met schade tot gevolg aan het gebouw. Het is dus aangewezen om een diepe fundering te voorzien (paalfundering). De gebouwen waar een kelder voorzien wordt kunnen wel op een algemene funderingsplaat gefundeerd worden zonder palen aangezien het gewicht van de uitgehaalde grond overeenstemt met het gewicht van het nieuwe gebouw. Zoals hierboven echter reeds aangehaald is het evenwel aangewezen om bijkomend grondonderzoek uit te voeren teneinde het funderingssysteem gedetailleerd te kunnen ontwerpen. VKC32174 KASTERLINDEN -POOLSTER Conceptnota structuur 04-10-2012 p. 6/6