themaTypisch staalontwerp omgezet in beton2201366themaTypischstaalontwerpomgezet in beton1Prefab-betonconstructie met groteoverspanningen en wandsparingen bijBrede School Duurstedelaan UtrechtTypisch staalontwerp omgezet in beton 22013 67De drie scholen en de buitenschoolse opvang hebben elk eeneigen gebouw gekregen. De sportbox is als een soort doosboven de centrale entreeruimte ontworpen. Deze ruimte heefteen verlaagde toneelbak en vervult als het ware de functie vaneen dorpsplein.Tijdens het ontwerpproces van de hoofddraagconstructie is eenafweging gemaakt tussen een volledig prefabbetonnen bouw-systeem en een stalen draagconstructie met kanaalplaatvloeren.In het bestekontwerp is uitgegaan van een stalen hoofddraag-constructie. In de uitwerkingsfase is dit echter grotendeelsomgezet naar een prefabbetonnen bouwsysteem.Oorspronkelijk ontwerpDe keuze voor een stalen hoofddraagconstructie in het bestek-ontwerp is voornamelijk bepaald door de geldende ontwerp-uitgangspunten, zoals de transparante gevels van alle scholenaan de pleinzijde, de uitkragende verdiepingsvloer van deAri?nsschool en de uitkragende sportbox die op een beperktaantal (gedeeltelijk schuine) kolommen staat.SportboxDe beide kopgevels van de sportbox (op as FA en as FH)kragen uit boven de terugliggende puien van het dorpsplein opde begane grond. Vanwege de afmetingen van de gymzalen,waardoor de kortste vloeroverspanning loodrecht op de kopge-vels ligt, moesten de beide kopgevels vloerdragend zijn. Het lagdaarom voor de hand deze kopgevels in een gevelhoge stalenvakwerkligger (met een overspanning van ruim 21 m) uit tevoeren, waarbij deze vakwerkligger ook nog eens als het warede hoek omloopt en zodoende het overstek cre?ert (fig. 2).Voor de gevelopbouw van de gymzalen werd een houtskelet-bouw binnenspouwblad gekozen. De verdiepingsvloer van elkegymzaal heeft een vrije overspanning van circa 12,5 m en isuitgevoerd in een kanaalplaatvloer met een dikte van 320 mmen een constructieve druklaag van 60 mm. Vanwege debeperkte hoogte is in de sportbox gekozen voor ge?ntegreerdestalen THQ-liggers, ondersteund door ronde stalen buiskolom-men ?219,1 mm op de begane grond. De vloerdragende ge?n-tegreerde stalen THQ-liggers lopen hoofdzakelijk evenwijdigaan de kopgevels (draaglijnen) en dus in dwarsrichting van desportbox (fig. 4).Ter plaatse van de twee interne draaglijnen (op as FD en as FE)binnen in de sportbox ontstond vanwege de verlaagde toneel-bak een kolomvrije overspanning van circa 10 m, zodat ookhier op de tweede verdieping verdiepingshoge stalen vakwerk-liggers werden toegepast. Hieraan werd de eerste verdiepingmet trekkolommen opgehangen.Het dak bestaat uit een staalconstructie met geperfo-reerde stalen dakplaten. De stabiliteit wordt gewaarborgddoor een aantal windbokken met schuingeplaatstekolommen.Scholen en de buitenschoolse opvangVoor de scholen en de buitenschoolse opvang is uitoogpunt van duurzaamheid gekozen voor draaglijnen inde gevels, om zodoende het aantal interne kolommen tebeperken en zo een maximale flexibiliteit in de toekomstte behouden.In de wijk Hoograven in Utrecht wordt momenteelde laatste hand gelegd aan de nieuwbouw van eenbrede school aan de Duurstedelaan. Het gebouwzal huisvesting bieden aan drie scholen(Ari?nsschool, Da Costa school en De Hoge Raven),een buitenschoolse opvang en een sportbox mettwee gymzalen. Na de aanbesteding is een aantalwijzigingen in het bouwsysteem doorgevoerd.ir. Rob treels RCIMd Raadgevende Ingenieurs1 De Brede School aan de Duurstedelaan in Utrechtfoto: Rob Treels, IMd Raadgevende Ingenieurs2 3D-rendering sportbox met staalskelet3 Artist impression Brede School Duurstedelaan Utrechtbron: VVKH Architecten23themaTypisch staalontwerp omgezet in beton2201368KP320+DL60KP320+DL60KP320+DL60KP320+DL60F-BF-GF-AF-HF-1F-1F-2F-2F-3F-3F-4F-4F-5F-5F-FF-CF-EF-DK180x180x16 K180x180x16 K180x180x8 K180x180x16K180x180x16K180x180x8 K150x150x8 K150x150x8 K180x180x8K180x180x8 K150x150x12.5 K150x150x8 K180x180x8K180x180x8 K150x150x12.5 K150x150x8K180x180x8K180x180x8 K150x150x8 K150x150x8 K180x180x8K180x180x16 K180x180x16 K180x180x8 K180x180x16K180x180x16PET 320x8-290x30-415x25THQ 320x12-340x40-570x40THQ 320x6-340x30-550x25THQ 320x6-340x30-550x25THQ 320x12-340x40-570x40PET 320x8-290x30-415x25PET320x8-240x20-365x15PET320x8-240x20-365x15K180x180x16 K180x180x16windverbandstalentrap5330 5330 5330 533023651008578651600786578604590P +4250bordes opleggen op trap?219.1x16?219.1x16K150x150x8K150x150x8K200x200x10K200x200x10K200x200x10K200x200x10?219.1x16?219.1x16K180x180x8K180x180x8HE200AHE260APET 320x8-290x30-415x25K180x180x8K150x250x10K100x100x8StalentrapKP320 + DL60KP320 + DL60THQ320x6-340x30-550x25THQ320x6-340x30-550x254 Plattegrond 1e verdieping sportbox met draaglijnen5 3D-rendering complete project met staalskelet6 3D-rendering sportbox met betonskeletWijziging bouwsysteemNa de aanbesteding heeft de aannemer voorgesteld degehele hoofddraagconstructie in prefab beton uit tevoeren. Het voordeel hiervan was dat er hoofdzakelijknog maar ??n soort bouwmateriaal nodig was. Dit zounaast een kwalitatieve verbetering ook tijdwinst in deuitvoering opleveren. Uitgangspunt bij deze ontwerpwij-ziging was een zo groot mogelijk gedeelte van de stalenhoofddraagconstructie te vervangen door een dragendeprefab-betonconstructie met balken, kolommen enwanden. Het gevolg is geweest dat er een geheel nieuwconstructief ontwerp in prefab beton is gemaakt.ScholenVoor de scholen betekende de transitie naar prefab betonniet zo'n heel grote wijziging. Zo zijn de stalen kolom-men met THQ-liggers en het niet-dragende kalkzand-steen in de dichte buitengevels vervangen door dragendeprefabbetonnen binnenspouwbladen. De slanke stalenkolommen in de transparante achtergevels en binneninzijn vervangen door zo slank mogelijke prefab-beton-De maximale vrije overspanning van de verdiepingsvloerbedraagt 10,8 m. Voor het schuine dak bedraagt dezezelfs 12,2 m. Zowel voor de verdiepingsvloeren als deschuine dakvloeren is hier daarom ook gekozen voor eenkanaalplaatvloer met een dikte van 320 mm en eenconstructieve druklaag van 60 mm. Vanwege de transpa-rante gevels van alle scholen aan de pleinzijde, lag dekeuze voor slanke stalen kolommen met ge?ntegreerdestalen THQ-liggers voor de hand. Vanwege de beperktehoogte is binnen in de scholen ook gekozen voor ge?nte-greerde, stalen THQ-liggers. Ook voor de meer dichtemetselwerkgevels aan de buitenzijde van alle scholen ende buitenschoolse opvang, is vanwege eenduidigheidgekozen voor hetzelfde bouwsysteem. Een bouwsysteemwaarbij de dichte gevelvlakken aan de binnenspouwzijdezijn gevuld met niet-dragend kalkzandsteen. De stabili-teit van de losse schoolgebouwen is gewaarborgd dooreen aantal windverbanden in de dichte gevelvlakken opte nemen (fig. 5).4 65Typisch staalontwerp omgezet in beton 22013 697 Aanzicht kopgevelwand met mechanicaschema8 Aanzicht wand op as FD met constructieve borstwering9 Montage met stempels en tijdelijke bokconstructieoverspanning van ruim 21 m, die zijn voorzien van tweegrote gevelopeningen (fig. 6).Hiertoe zijn de kopgevelwanden opgedeeld in drie delen,waarbij twee delen de uiteindelijke overspanning realise-ren. Het bovenste dichte wanddeel verlengt hierbij als hetware via een hefboomsarmconstructie het onderstewanddeel met gevelopening op (fig. 7).Ook de ge?ntegreerde, stalen THQ-liggers op stalenkolommen ter plaatse van de vier interne draaglijnen (opde assen FC, FD, FE en FF), moesten worden vervangendoor prefabbetonnen wandliggers met diverse grotesparingen. Hiertoe zijn deze wanden zodanig onderver-deeld en met nok- en tandverbindingen aan elkaargekoppeld, dat ze de belasting vanuit de verdiepingsvloe-ren naar de stalen kolommen op de begane grondkonden afdragen. De lateien boven de diverse sparingenzorgden voor voldoende samenhang.Bij de wand op as FD was het noodzakelijk de borstwering opde tweede verdieping constructief te koppelen aan de onderge-legen wandligger (fig. 8).kolommen in de gangbare sterkteklasse C45/55 (afme-ting b ? h = 150 ? 250 mm), zodat de afmeting vanuit detransparante achtergevel visueel hetzelfde is gebleven.De ge?ntegreerde, stalen THQ-liggers zijn vervangendoor prefabbetonnen, omgekeerde T-balken die mini-maal 150 mm en maximaal 250 mm onder de kanaal-plaatvloer uitsteken. Daar waar vanwege leidingen enkanalen geen ruimte was voor een prefab-betonbalk,werden de stalen THQ-liggers gehandhaafd. De stabili-teit kon nu ook worden gerealiseerd met de dragendeprefabbetonnen binnenspouwbladen.SportboxVoor de sportbox had de transitie naar prefab betonmeer voeten in de aarde. Als belangrijke randvoorwaardebij deze ontwerpwijziging werd namelijk gesteld, dat ergeen wijzigingen voor de kolommen onder de sportboxin het dorpsplein mochten worden doorgevoerd. Deverticale en schuine kolommen op de begane grond zijnhierdoor van staal gebleven. Ook was het niet logisch omhet lichte stalen dak in beton uit te voeren. Voor de restis al het overige staal (gevelhoge vakwerkliggers, kolom-men en THQ-liggers vanaf de eersteverdiepingsvloer ende verdiepingshoge vakwerkligger boven de toneelbak)vervangen door prefab beton.De uitdaging in het nieuwe ontwerp was de oplossing opde vraag hoe je in delen samengestelde prefabbetonnenwandliggers met diverse sparingen cre?ert die als ??ngeheel samenwerken. Bijvoorbeeld de kopgevels met eenF-1 F-2 F-3 F-4 F-55370537053705370trekstaafdrukstaafwandligger 1wandligger 2lateiF-1 F-2 F-3 F-4 F-55370537053705370wand op as FDconstructieve borstwering789themaTypisch staalontwerp omgezet in beton220137010, 11 De Brede School biedt huisvesting aandrie scholen, een buitenschoolseopvang en een sportboxfoto's: Rob Treels, IMd Raadgevende IngenieursConclusieDit project illustreert dat het toepassen van een dragendeprefab-betonconstructie ook in niet direct voor de handliggende situaties (grote overspanningen en meerderewandsparingen) tot de mogelijkheden behoort. Vooral hetlogisch positioneren van de delingen met nok- en tandop-leggingen speelt hierbij een belangrijke rol. Een voordeelvan de dragende prefab-betonwanden is, dat deze direct alsafgewerkte binnenwanden kunnen worden gebruikt. Het isdaardoor een kwalitatieve verbetering ten opzichte van dekalkzandsteenwanden met tussengelegen stalen kolommen(bij de scholen) en de houtskeletbouwwanden tussen dediagonalen van de gevelhoge stalen vakwerkliggers (bij desportbox).Het gebruik van prefab-betonwanden met een dubbelefunctie (binnenspouwblad of binnenwand en dragendelement) biedt grote voordelen. De iets langere voorberei-dingstijd wordt tijdens de uitvoering ruimschoots goedge-maakt. Zo is het hele betonskelet van de sportbox, inclusiefde stalen dakconstructie in vier weken neergezet. Montage prefab-betonconstructie sportboxAangezien de dragende prefab-betonconstructie pasfunctioneert als de complete constructie (inclusief destalen dakconstructie) is gemonteerd, moesten allebetonwanden tijdelijk worden onderstempeld en hori-zontaal worden afgeschoord. De kanaalplaatvloeren vande eerste verdieping konden namelijk pas worden gelegd,nadat de eerste laag prefab-betonwanden er stond.Omdat de fundering en begane grond al waren gemaaktvoordat de wijziging van het bouwsysteem was doorge-voerd ? en deze niet op de hoge lijnlasten uit de stempelszijn gedimensioneerd ?, is er onder ??n wand een tijde-lijk stalen montageframe (groen op de foto) toegepast(foto 9). Gedurende de montage van het gehele prefab-betonskelet zijn op diverse posities deformatiemetingenverricht, waarbij de laatste meting is uitgevoerd nadatalle stempels waren verwijderd. Uit deze metingen isgebleken dat het prefab-betonskelet, inclusief alle verbin-dingen, bijzonder stijf is. De maximaal gemeten defor-matie ligt in de orde van grootte van enkele millimeters. PROJeCtGeGeVeNSproject Brede School Duurstedelaan Utrechtopdrachtgever gemeente Utrechtontwerp VVKH Architectenconstructieadviseur IMd Raadgevende Ingenieursinstallatieadviseur Adviesbureau Becksuitvoering Slingerland Bouwlevering en montage betoncasco MBS Cascobouwdetailengineering prefab beton Ingenieursstudio DCKoplevering april 20131011