Het Stadspodium Rotterdam is een nieuw buitentheater midden in de havenstad. Het is een echte blikvanger, gelegen op het Grote Kerkplein voor de Laurenskerk. De constructie oogt eenvoudig. Maar vanwege de eisen aan slankheid en de hoge belastingen moest het 30 m lange betonnen dak worden voorgespannen. De strenge eisen aan het uiterlijk van het witte beton maakten het er niet eenvoudiger op. Auteurs:prof.ir. Rob Nijsse, ir. Marcel Leeggangers (ABT bv) Lees ook de andere artikelen van ABT bv
themaEen 30 m lang cultureel dak3201224themaEen 30 m langcultureel dakHet Stadspodium Rotterdam is een nieuw buitentheatermidden in de havenstad. Het is een echte blikvanger,gelegen op het Grote Kerkplein voor de Laurenskerk. Deconstructie oogt eenvoudig. Maar vanwege de eisen aanslankheid en de hoge belastingen moest het 30 m langebetonnen dak worden voorgespannen. De strenge eisenaan het uiterlijk van het witte beton maakten het er nieteenvoudiger op.Stadspodium op het Grote Kerkplein in RotterdamEen 30 m lang cultureel dak 32012 251prof.ir. Rob nijsse,ir. Marcel LeeggangersABT bv1 De constructie van het Stadspodium oogteenvoudig, maar het 30 m lange betonnendak moest vanwege de eisen aan slankheiden de hoge belastingen worden voorge-spannenfoto: Ulrich SchwarzthemaEen 30 m lang cultureel dak3201226358 242150 150300 575300372 3722506voorspanstaven vlgs. berekening/tekening aannemer120575500750ingestorterailingestorterailpolystyreenvar.500var.19001201900 3582428080 570570135135750750 100022 Doorsnede van de dakplaat van het besteksontwerp: eencombinatie van gewichtbesparing en voorspannen omzoveel mogelijk weerstand te mobiliseren tegen doorbuiging3 Uit het beton komende wapeningsnet van het EducatoriumOntwerpDe architect heeft een sober maar mooi gebouw ontworpen,passend in de huidige tijdgeest. Functioneel en minimalistisch,constructief spectaculair met een sterke materialisatie voor eenpubliek gebouw: in de massa gekleurd wit beton. Het gebouwbestaat uit links en rechts twee volumes van 5 x 5 m?, met daartussen een circa 30 m lange en 5 m brede plaat beton als dak. Inhet ene volume zijn kleedruimten en sanitair voor de artiestenondergebracht, in het andere kunnen toneel en decorstukkenworden opgeslagen en zitten de elektriciteits en geluidsvoorzieningen.Het podium is ongeveer 1 m opgetild en kan met een roestvaststalen gordijn worden afgesloten. Zo ontstaat recht tegenoverde Laurenskerk, langs het water van de gracht, een 30 x 5 m?groot podium dat vanaf het dak kan worden verlicht.Constructief ontwerpOp het eerste gezicht is het Stadspodium geen constructiefmoeilijk gebouw: twee kleine betonnen gebouwtjes met daartussen een betonnen dak. Maar juist in dat laatste zit de kneep.Ruim 31 m is niet gering voor een ? naar de uitdrukkelijkewens van de architect ? zo dun mogelijke plaat beton. Bovendien staat deze grote overspanning op een plein in hartjeRotterdam waar Feyenoord ooit weer zou kunnen wordengehuldigd. De gewetensvol opererende constructeur weet dandat niet met de maximale sneeuwbelasting volgens de Eurocode als dakbelasting moet worden gerekend, maar met eenhossende menigte supporters. Aangehouden is een dynamischevariabele belasting van 3 kN/m? in een frequentie van1,5 ? 3 Hz. Met de dimensioneringsformules voor een gewonevloer in een gebouw zou de vloerdikte bij deze overspanning op1 ? 1,5 m uitkomen; niet bepaald slank.Een 1,5 m dikke plaat die 30 m overspant is bovendienconstructief geen goede keuze. Vrijwel al het draagvermogenzal worden opgesoupeerd door het enorme eigen gewicht:3600 kgf/m? dak! Omdat een groot deel van de plaat bovendienzal scheuren, zou het een onbetrouwbare constructie zijn.Immers, in de trekzones die bij plaatbuiging ontstaan, kanweinig tot geen trekspanning worden opgenomen. Hetgescheurde beton hangt dus als het ware nutteloos zwaar aande overspanning van 30 m! Een logische oplossing zou zijn omgeen beton te maken in de zones waar het beton toch moetscheuren. Dat is bijvoorbeeld gebeurd bij de bouw van hetEducatorium in Utrecht (architect OMA) waar een 200 mmdikke betonplaat 20 m overspant. Daarbij moet wel wordenaangetekend dat daar de wapening uit het beton komt enhalverwege de overspanning circa 1 m onder de betonplaatloopt (foto 3). Hier is het gescheurde beton dus `weggelaten'.Vroeger, toen er nog geen televisie was, stonden er overal inNederland muziektenten. Op de Dorpswei of het Stadspleintrad de plaatselijke fanfare of zangvereniging op. Eenverhoogde vloer met een dak erboven, meer was het vaak niet.Menige muziektent heeft inmiddels moeten plaatsmaken vooreen demontabele tent plus podium met alle elektronische faciliteiten die tegenwoordig nodig zijn als artiesten in het openbaaroptreden. Maar vanwege een verlevendiging van de nieuw in terichten publieke ruimte rond de gotische Laurenskerk in hartjeRotterdam, werd de wens geuit een moderne variant van dealoude muziektent op het Grote Kerkplein te realiseren. DeRotterdamse Rotaryclubs hebben dit initiatief omarmd omhiermee in het kader van het 100jarig bestaan van RotaryNederland een bijdrage aan de stad aan te bieden. Er werd eenontwerpcompetitie voor jonge architecten uitgeschreven. Diewerd gewonnen door het architectenbureau Atelier KempeThill uit Rotterdam.3Een 30 m lang cultureel dak 32012 27temperatuursveranderingdoorbuigingenkelepalenrijenkelepalenrij4 Kanteleffect: de bouwvolumes kunnen spanningsloosverdraaien, zodat de palen alleen op druk worden belastMaatregelenDe eerste maatregel was het instorten van lichte delen in debetonmassa. Dit zouden bijvoorbeeld styropoor blokken (piepschuim) kunnen zijn of holle pvcbuizen. Op de plekken waardit materiaal zit, zit geen beton maar lucht of piepschuim endat scheelt gewicht. De tweede maatregel is technischer vanaard: de introductie van een permanente drukspanning in hetbeton door voorspannen. Hierdoor zal een groot deel van hetbeton niet kunnen scheuren en kan dus van een hogere Eworden uitgaan dan bij gescheurd beton.Voorspannen is echter gecompliceerd en relatief kostbaar.Vandaar dat men terughoudend is om dit voor te schrijven;wapenen moet je toch en meer wapening bijleggen is altijdeconomischer. Hier werden echter de grenzen bereikt van heteconomisch construeren zonder voorspanning. De ongescheurde E was hard nodig om de doorbuiging te reduceren en,nog veel belangrijker, de optredende eigen frequenties zo hoogmogelijk te houden. Het mag immers niet gebeuren dat eenhossende menigte supporters het betonnen dak van het Stadspodium in beweging, of erger nog, kapot kan krijgen. Daaromis in het bestek een oplossing van een volledig gewapendebetonplaat gecombineerd met een (lichte) voorspanning voorgeschreven.AlternatiefWel mochten de inschrijvende aannemers met een `voorspanalternatief' komen. Na overleg met gespecialiseerde voorspanbedrijven deden ze dat dan ook. Het bleek niet alleen goedkoper,maar ook de uitvoeringsrisico's (vooral de schoonbetoneisen vanhet witte beton) waren bij voorgespannen beton beduidendminder dan bij een volledig gewapende betondoorsnede. Eenbelangrijke rol speelde ook dat bij voorspannen de gewichtbesparende elementen konden vervallen. Deze elementen (blokkenStijfheidHet probleem bij een grote overspanning is niet de sterkte (jekunt altijd veel wapening in het beton stoppen), maar de stijfheid. Een dergelijke overspanning zal heel veel doorbuiging tezien geven. Doorbuiging is afhankelijk van hoogte (het traagheidsmoment I = 1/12 ? b ? h3), maar die moet juist klein blijven.In nauw overleg met de architect is gekozen voor een 500 mmeffectieve betonhoogte. De doorbuiging wordt echter ook inbelangrijke mate bepaald door de elasticiteitsmodulus (E). Voorbeton is de grootte van deze E niet eenduidig te geven, zoalsbijvoorbeeld wel bij staal het geval is. Beton vertoont namelijkkruip. Dat wil zeggen dat bij gelijkblijvende belasting een betonnen ligger in de tijd toch steeds meer gaat doorbuigen. Ook kanbeton gaan scheuren en een gescheurde doorsnede geeft minderweerstand tegen doorbuiging. Je kunt met de Eurocode in dehand hier wel een benadering voor berekenen en specialistischecomputerprogramma's kunnen met (delen) gescheurde betondoorsneden werken, maar het blijft complex. In de praktijkwordt voor dimensioneringsberekeningen van beton uitgegaanvan E = 10 000 N/mm?, waarbij alle invloed van kruip, scheurenvan beton enz. is verwerkt. Vergelijken we dit met de ongescheurde E voor C28/35 (de gebruikte betonkwaliteit), op t = 0van 30 000 N/mm?, dan betekent dit dus drie keer zoveel doorbuiging! Dat klinkt niet als economisch construeren. Vandaardat er bij het Stadspodium alles aan is gedaan deze negatievewerking van het zware beton te compenseren.4Een 30 m lang cultureel dak3201228thema55 Overzicht van het volledig gewapende dak met de hulzenvoor de voorspankabelsmoet door een ervaren, gespecialiseerd bedrijf worden aangebracht. Theoretisch is voorspannen alleen al afdoende voor eengoed functionerende dakplaat. De voorspanning zorgt immersvoor een drukspanning overal in het beton. Het beton zal dus nietscheuren en wapening is daardoor eigenlijk overbodig. Depraktijk wijst echter uit dat er toch altijd wel delen beton ondertrek kunnen komen te staan. Ook moet je rekening houdenmet het eventueel uitvallen, door welke oorzaak dan ook, vaneen voorspankabel (in de geest van de in de Eurocode vereistetweede draagweg), waardoor er ook trek in het beton kanontstaan. Vandaar dat de dakplaat toch zodanig wordt gewapend dat wegvallen van een voorspankabel goed kan wordenopgevangen.Breijn koos voor voorspanning met zeven voorspankabels?15,7 mm met ieder vijftien gevlochten strengen, in combinatie met een VSLspananker ER 615. Aan ??n zijde van hetdak zitten de aanspanvoorzieningen. Aan de andere zijdeworden de voorspankabels in het beton verankerd. Officieelmoeten de voorspankabels bij de oplegging (= inklemming)bovenin het beton en in het veld onderin het beton zitten.Vanwege de geringe hoogte van de dakplaat kan dit krommingseffect niet optimaal worden ingezet en lopen de kabelsmin of meer horizontaal door het beton.piepschuim, holle pvcbuizen) zijn tijdens het storten van hetbeton moeilijk op hun plaats te houden met alle risico's van dienvoor het gewenste mooie uiterlijk van het beton.KanteleffectNog een belangrijk onderdeel van het constructief ontwerpmoet worden toegelicht. Tijdens de uitvoering van het voorspannen worden grote horizontale krachten uitgeoefend. Hierdoor worden de twee bouwvolumes naar elkaar toegetrokken.Zouden we palen onder het hele `bouwblokje' zetten, dankunnen er grote trekkrachten in de palen komen (kanteleffect).Dat is niet acceptabel. Ook zal bij temperatuursverandering(zomerwinter) de lange dakplaat moeten kunnen krimpen ofjuist uitzetten. Vanwege de grote lengte is dit een substanti?leopgelegde vervorming, waardoor de bouwvolumes ook moetenkantelen. Vandaar dat er bewust voor gekozen is de palenalleen onder de muur, direct onder de dakoplegging, te plaatsen. Hierdoor kunnen de bouwvolumes spanningsloosverdraaien en worden de palen alleen op druk belast (fig. 4).ResultaatBij het Stadspodium bleek voorspannen dus een economischeoplossing. Het aanbrengen van de voorspanning is vakwerk enEen 30 m lang cultureel dak 32012 296Zoals al eerder vermeld, werden er ook hoge eisen gesteld aanhet uiterlijk van het witte beton. Dit werd versterkt door deranke betonmaten, het voorspannen en het feit dat er alleenbeton te zien is, zodat goten, gordijnrails, verlichting enz.moesten worden ingestort. Hierdoor zijn eisen aan de bekisting, het beton storten en de nabewerking bijzonder hoog enkritisch. Aan het nu te bewonderen Stadspodium is te zien datdit alles vakkundig en zorgvuldig is uitgevoerd. Een compliment aan alle bij de bouw betrokken partijen is dus zeer op zijnplaats. Teleurstellend is daarom dat bij de toekenning van deBetonprijs 2009 het Stadspodium totaal niet in beeld is geweest,hoewel het wel was ingediend. Het resultaat, een mooi, robuustwit betonnen Stadspodium dat enthousiast gebruikt wordt,vergoedt veel. IngebruiknameIn eerste instantie worden de voorspankabels los in een hollebuis gelegd. Nadat het gestorte beton voldoende is verhard,worden de voorspankabels met een grote mechanische vijzelonder spanning gezet. Nadat in een voorspanprocedure deuiteindelijk gewenste voorspankracht in de kabels zit, wordt eronder hoge druk mortel in de holle kanalen geperst. Hierdoorzijn de voorspankabels goed beschermd tegen corrosie envormen ze een geheel met de betonplaat. Na verharden van deingespoten mortel kunnen de uitstekende kabels worden afgeslepen.Bij het Stadspodium is er voor gekozen de uitstekende spankoppen en verankering na de voorspanprocedure te omstortenmet beton, zodat de hele verankeringsconstructie aan de randvan de dakplaat niet meer zichtbaar is.Na voltooiing van de voorspanprocedure kon de tijdelijkeonderstempeling worden weggehaald: het moment van dewaarheid. Reeds genoemd is al dat het berekenen van dewerkelijke E van beton bijzonder moeilijk is; de spreiding isgroot. Omdat het dak gaat doorhangen, is de bekisting ietsomhoog gezet: een zeeg van 250 mm in het midden. Na verwijderen van de stempeling bleek het dak nog steeds iets omhoogte krommen. De architect vond dit storend. Na lange vergaderingen met vele deskundigen werd besloten eerst een jaar langniets te doen en te kijken of de kruip van het beton zijn, in ditgeval, positieve werk zou doen. Zo niet, dan zou door hetaanbrengen van extra belasting op het dak geprobeerd wordende doorbuiging te verkleinen. Gelukkig was het visuele uiterlijkna een jaar al dusdanig verbeterd dat de architect er opvertrouwde dat alles visueel goed zou komen voor wat deopbolling betreft.6 Na afdoende verharding van de betonplaat trekken dehydraulische vijzels de voorspankabels onder spanning pRojectgegeVensopdrachtgever Rotary Club Rotterdam Noord /Gemeente Rotterdamarchitect Atelier Kempe Thillconstructeur ABT bvhoofdaannemer Aanneming Maatschappij J. P. vanEesteren bvengineering voorspanning Breijn (Heijmans)voorspanwerkzaamheden Heijmans Span &Verplaatsingstechnieken bvvoorspansysteem 7 kabels VSL ER6-15
Reacties