IJDock: eiland in het IJ 8 2 0 12 24 IJDock: eiland in het IJ Overstekken zorgen voor complex constructief ontwerp IJDock: eiland in het IJ8 2 0 12 25 1 IJDock ligt naast het Westerdoks- eiland, dat in het masterplan de functie van 'stadseiland' heeft gekregen foto: Your Captain Luchtfotografie, aangeleverd door ASR Vastgoed Ontwikkeling Masterplan Het nieuwe IJDock ligt tegen het Westerdokseiland aan, het enige deel van de Amsterdamse binnenstad dat direct aan het IJ grenst en de Jordaan en de oude werkeilanden als achterland kent. Een belangrijk uitgangspunt voor het masterplan voor dit gebied was de wens van de gemeente om het een typische functie als 'stadseiland' te geven. De typische kenmerken van de Amsterdamse binnenstad, zoals een hoge bebouwingsdicht- heid en een grote diversiteit aan functies en leefvormen, zijn dan ook terug te vinden in de eerste plannen voor IJDock. Een tweede stedenbouwkundig uitgangspunt vormden de zichtlijnen vanuit de historische binnenstad. Het gehele project is feitelijk vormgegeven als een rechthoekig blok, waarin de diverse zichtlijnen en looplijnen als verlengden van de straten van Amsterdam letterlijk zijn 'uitgesneden' (fig. 2). Hierdoor blijft het zicht op het IJ vanuit de binnenstad gehandhaafd. De vijf gebouwen op IJDock die aldus zijn ontstaan, hebben daar - door spectaculaire vormen gekregen. Aanvaarbescherming en bouwput De gemeente Amsterdam heeft al in een vroeg stadium ingezien dat de locatie van IJDock risico's met zich meebrengt ten aanzien van scheepvaart op het IJ. Als voorwaarde is gesteld dat een aanvaarbescherming moest worden gerealiseerd, met als doel de kans op een calamiteit ten gevolge van aanvaringen door schepen te reduceren tot een maatschappelijk aanvaardbaar niveau. De ontwerpbelastingen zijn met een risicoanalyse bepaald. De aanvaarbescherming is ontworpen op de aanvaring van een coaster van 5000 DWT (Deadweight Tonnage) en is in staat een energie van ruim 20 MNm te absorberen op de lange zijde. De constructie van de aanvaarbescherming bestaat uit een kistdam van twee combiwanden (buizen Ø1220 x 12,5 gecom- bineerd met twee damplanken PU18) op een onderlinge afstand van circa 10 m. Het puntniveau van de buispalen In het centrum van Amsterdam, schuin tegenover station Amsterdam Centraal, is de afgelopen drie jaar hard gewerkt aan IJDock: een kunstmatig schiereiland in het IJ met daarop vijf gebouwen die diverse functies herbergen. Dit unieke en prestigieuze project wordt gekenmerkt door een opvallend sterke integratie van alle denkbare bouw - disciplines: stedenbouwkunde, architectuur, installaties, constructies, uitvoeringstechniek en logistiek. 1 ir. Harm Kraaijenbrink, ing. Robbert c lignett, ir. j an Font Freide Corsmit Raadgevend Ingenieurs / Royal HaskoningDHV IJDock: eiland in het IJ 8 2 0 12 26 IJDock IJDock betonvloer combiwand combiwandNAP doorsnede aanvaarbescherming N doorsnede 1. uitgangssituatie 2. snede Keizersgracht 3. snede IJ-as4. snede Bickerseiland-as 5. snede Westerdokssluis-as 6. snede Westerdoksdijk ? CS 2 Stedenbouwkundige sneden 3 Aanvaarbescherming IJDock De aanvaarbescherming vormde tijdens de ruwbouw de afslui- ting aan twee zijden van de bouwput. De twee resterende zijden van de bouwkuip bestonden uit met Leeuwankers verankerde damwanden. Deze damwanden keerden dus geen grond maar alleen water. De lengten van damwanden en kistdam maakten het mogelijk om zonder spanningsbemaling te werken. De klei- lagen vormden de waterdichte afsluiting van de bouwput. De betonnen vloer van de aanvaarbescherming heeft gedu- rende de uitvoeringsfase dienst gedaan als bouwweg. Tijdens Sail Amsterdam 2010 is er op de vloer van de aanvaarbescher - ming een tribune geplaatst. Alleen een deel van de buispalen van de buitenste combiwand is straks nog zichtbaar; de binnen- ste combiwand en de betonvloer liggen onder het peil van het IJ. Een deel van de aanvaarbescherming wordt straks benut als aanlegplaats voor de schepen van de KLPD. Gebouwfuncties en ontwerp De vijf gebouwen (bouwdelen I t/m V) zijn gebouwd op een drielaagse kelderbak (bouwdeel VI), die als een rechthoekig schiereiland in het IJ ligt. Binnen de randvoorwaarden van het masterplan hebben vier architecten zorggedragen voor de nadere architectonische, functionele en bouwkundige uitwer - king van de afzonderlijke gebouwen (fig. 4). De kelderbak bevat twee parkeerlagen. De derde laag (direct onder het maaiveld) bevat diverse functies die zijn gerelateerd aan de bovengelegen gebouwen. De bovengelegen bouwdelen tellen ieder twaalf verdiepingen en herbergen de volgende functies: ? huisvesting en haven KLP, verhuurbare kantoren (bouwdeel I); ? woningen (bouwdeel II); ? gerechtshof/Paleis van Justitie (bouwdeel III en V); ? hotel (bouwdeel IV). varieert tussen NAP ?21,5 m en NAP ?27,0 m. Tussen beide combiwanden is een betonnen vloer gestort met een dikte van 1,0 m. De vloer is momentvast met de buispalen verbonden (fig. 3). Op deze wijze ontstaat een relatief flexibele portaal- constructie die een hoge energie-absorptie mogelijk maakt, hoofdzakelijk door plastische vervorming van de constructie. 2 3 IJDock: eiland in het IJ8 2 0 12 27 bouwdeel I: kantoren bouwdeel II: woningen bouwdeel IV: hotel bouwdeel III en V: Paleis van Justitie bouwdeel VI: kelderbak (parkeren en gebouw- gerelateerde functies)4 De bouwdelen van IJDock hebben kenmerkende en constructief lastige overstekken afkomstig uit stedenbouw- kundige en architectonische randvoorwaarden 5 Het 'voorspannen' van de funderingspalen met groutankers afwezig. Onder het IJ bevinden zich de eerste 40 m slechts zeer slappe veen- en kleilagen. Wellicht één van de redenen waarom hier nooit is gebouwd. Funderen op de derde zandlaag is hier de enige mogelijkheid, maar vereist paallengten tot 38 m (NAP ?43,5 m). Om die reden is in het definitief ontwerp aanvan- kelijk uitgegaan van vibropalen, maar uiteindelijk is in overleg met de opdrachtgever en de aannemer van het heiwerk gekozen voor prefab-betonnen palen met een dwarsdoorsnede van 500 x 500 mm. Uit onderzoek bleek de haalbaarheid van die oplossing groter. De lengte van 38 m was op het moment dat met de uitvoering van het heiwerk werd gestart niet eerder in Nederland toegepast in prefab. De palen zijn per schip over het IJ aangevoerd. De laagste keldervloer ligt circa 5 m onder het peil van het IJ. De opwaartse druk wordt ter plaatse van de gebouwen gecompen- seerd door het gebouwgewicht. Onder de gebouwen zijn in de keldervloer daarom geen trekankers toegepast. Ter plaatse van de binnenstraten tussen de gebouwen is niet voldoende bovenbelasting aanwezig om de opwaartse waterdruk te compenseren. De toepassing van trekankers in deze gebieden was noodzakelijk. Maar uit de eerste berekeningen bleken er vervormingsverschillen te ontstaan tussen de neerwaarts en opwaarts belaste gebieden. Om deze vervormingsverschillen te beperken, is ervoor gekozen funderingspalen en trekankers te groeperen en de funderingspalen als het ware 'voor te spannen' door middel van de trekankers. Dit principe is schematisch weer - gegeven in figuur 5. Constructief ontwerp kelderbak De kelderbak beslaat een oppervlakte van circa 180 x 60 m 2. De dikte van de onderste keldervloer is 350 mm, hetgeen is afge- stemd op het kolomstramien van circa 8,1 x 8,0 m. Deze onderste keldervloer en wanden bestaan uit ter plaatse gestort beton. De tussenvloeren (200 ? 300 mm dik) van de kelder bestaan uit breedplaatvloeren opgelegd op versterkte stroken, die ook weer bestaan uit breedplaatvloeren. Vooral de betonvorm op het maai- veldniveau is buitengewoon complex: de binnenstraat tussen de De plinten van bouwdelen II en III zijn bestemd voor commer - ciële ruimten. De gebouwen krijgen een eigen karakter door hun verschillende functies en materiaalgebruik, maar vormen toch een eenheid door de randvoorwaarden van het masterplan. Bouwput en fundering: bijzonder heiwerk De kelderbak is in een droge bouwput gebouwd. Zoals gezegd, was door de aanvaarbescherming de bouwput al voor de helft gereed. Aan de stadskant zijn tijdelijke damwanden geslagen tot een diepte van circa NAP ?24,0 m. De bouwput is bemalen met een open bronbemaling. In het voorjaar van 2009 is gestart met het heiwerk. De eerste en tweede zandlaag, waarop vrijwel alle gebouwen in Amsterdam en omgeving zijn gefundeerd, zijn op de projectlocatie vrijwel geheel 4 5 prefab paal zonder groutankers (ter plaatse van de gebouwen) prefab paal met groutankers a) situatie na storten funderingsvloer b) aanspannen van de groutankersc) stoppen van de bemaling a) situatie na storten funderingsvloer b) stoppen van de bemaling IJDock: eiland in het IJ 8 2 0 12 28 kelderbak laag 00 +8460 laag 0,5+11 950 laag 01+15 290 laag 02+18 290 laag 03+21 290 F G H J F1 G1G2 H1 A III.B III.C 6 Uitkragende middenwand in het Paleis van Justitie met zichtbare drukdiagonalen 7 Overstekken in bouwdeel III (Paleis van Justitie), doorsnede 8 Overstekken in bouwdeel IV (hote), doorsnede ken in deze bouwdelen verschillende constructieprincipes toegepast. Bouwdeel III Bouwdeel III is onderdeel van het Paleis van Justitie en bevat hoofdzakelijk kantoren. Volgend uit deze hoofdfunctie heeft het gebouw een draagconstructie bestaande uit (prefab-)betonnen kolommen en kanaalplaatvloeren op THQ/HQ-liggers, waarmee een vrij indeelbare ruimte ontstaat. Over de onderste twee verdiepingen snoert het gebouw 8 m in aan de binnenstraatzijde; de gevelkolommen langs de binnenstraat lopen dus niet door tot op funderingsniveau. Om dit overstek te realiseren, zijn grote V-vormige stalen spanten toegepast (fig. 7). Het gevolg daarvan is dat vrijwel het gehele gebouwgewicht komt te rusten op de middenkolommen. De gevelkolommen langs de IJ-zijde stabili- seren deze constructie en worden hoofdzakelijk belast in het geval van een ongelijkmatige verdeling van (veranderlijke) gebouwen heeft een lichte heuvelvorm, waarbij het hoogste punt van het straatniveau ongeveer ligt ter plaatse van de Bickers- eiland-as (fig. 2). De betonvorm volgt deze bolling. De begane- grondniveaus van de gebouwen sluiten hierop zo goed mogelijk aan, maar zijn vanzelfsprekend wel vlak. De vloerconstructie van de binnenstraat is geschikt voor verkeersklasse 450. Bij de genoemde afmetingen van de kelderbak ligt het toepassen van een aantal dilataties voor de hand, maar het inpassen van dilatatievoegen zou veel problemen opleveren in verband met de complexiteit van de betonconstructie. Uiteindelijk is gekozen voor slechts één enkele dilatatie in het midden van de kelderbak. Bij deze keuze speelde ook de overweging een rol dat defecten en lekkages in een dilatatievoeg in een keldervloer in het algemeen lastig zijn te detecteren en te herstellen. Lekkage door scheurvor - ming kan daarentegen relatief eenvoudig worden hersteld door middel van injecties. Het is in die benadering wel noodzakelijk de scheurvorming zoveel mogelijk te beperken. Een voldoende hoog wapeningspercentage is daarbij van belang, maar minstens zo belangrijk zijn een juiste keuze van het betonmengsel (cementgehalte max. 335 kg/m 3, wcf max. 0,5, superplastificeer - der) en een goede nabehandeling van het beton door middel van afdekken met folie en dekzeilen. Doordat hierover in een vroeg stadium afspraken zijn gemaakt met de aannemer, zijn injecties tot nu toe tot een minimum beperkt gebleven. Constructief ontwerp gebouwen: overstekken De snede die over de lengte van het eiland loopt, en daarmee vorm geeft aan de 'hoofdstraat', is op beganegrondniveau breder dan bij de hogere verdiepingen. Daardoor ontstaan in de constructies van bijna alle gebouwen kenmerkende en constructief lastige overstekken. Deze variëren in grootte van 2 m (bouwdeel II) tot 21 m (bouwdeel V). De meest kenmer - kende overstekken manifesteren zich in de bouwdelen III (fig. 7), IV (fig. 8) en V (fig. 6). In een samenspel van functio- nele en constructieve randvoorwaarden zijn voor de overstek- 6 7 8 IJDock: eiland in het IJ8 2 0 12 29 F Fp F Fp R 9 Berekende vervormingen in de overstek in het Paleis van Justitie (bouwfase) 10 Wandsysteem Paleis van Justitie: de con- structie gedraagt zich feitelijk als een uit - kraging naar twee zijden; dat is ook terug te zien in het spanningsbeeld in figuur 6 heeft een breedte van ruim 31 m. Het wordt mogelijk gemaakt door vier uitkragende betonnen hoofdwanden (fig. 9). Deze wanden zijn voorgespannen met nagerekt staal. Voor de uitkra- gende wandliggers is een constructiehoogte beschikbaar van circa 15 m, maar het beheersen van de vervormingen vormde desondanks een interessante uitdaging. Voor het minimaliseren van de vervormingen zijn de volgende maatregelen genomen (fig. 10): ? de overstekconstructies zijn 'gebalanceerd' ontworpen, waarbij de belasting boven het overstek min of meer in even- wicht is met de belasting achter het steunpunt; ? de wanden zijn zodanig voorgespannen dat in de gebruiks- toestand geen scheurvorming optreedt in de trekzone boven in de wanden; ? door de voorspanning wordt een lichte zeeg geïnitieerd. De beide gevelwanden zijn voorgespannen met tien kabels van zeven strengen Ø15,7 en een totale kracht van circa 11,2 MN per wand. De twee middenwanden zijn ieder voorgespannen met tien kabels van twaalf strengen Ø15,7 en een totale kracht van 20,7 MN per wand. De kabels zijn zoveel mogelijk bovenin de wanden geconcentreerd. Bij de verankering waaieren de kabels uit om voldoende ruimte te maken voor de spankoppen (foto 11). Er is in twee fasen voorgespannen: circa 50% voor - spanning na het gereedkomen van de zevende verdieping en 100% voorspanning na het gereedkomen van de dakvloer (twaalfde verdieping). belastingen links en rechts van de middenkolom. Deze gevel- kolommen kunnen dus op zowel druk als trek worden belast. Bouwdeel IV Het hotel (bouwdeel IV) heeft een met woningbouw vergelijk- bare draagconstructie die bestaat uit in het werk gestorte dragende wanden en breedplaatvloeren. De dragende wanden staan op een stramien van 8,1 meter. Daartussen is ruimte voor twee hotelkamers met een breedte van circa 4,0 m. De onderste twee lagen bevatten onder meer de lobby, vergaderzalen en een restaurant. Deze verdiepingen vereisen een meer open draag- structuur, bestaande uit in het werk gestorte kolommen. Overstekken zijn hier aanwezig aan zowel de binnenstraatzijde als de aan de zijde van de toekomstige jachthaven tussen IJDock en de Westerdoksdijk (fig. 8). Deze overstekken worden mogelijk gemaakt door de schijfwerking van de hoofdwanden. De gang- zone verdeelt de hoofdwanden in twee stukken. Constructief waren hier twee kolommen per wanddeel gewenst (totaal vier), maar de architect wilde dit beperken tot drie. Het is in dit concept vooral belangrijk dat voldoende dwarskrachtcapaciteit aanwezig is ter plaatse van de boven elkaar gelegen sparingen, om enige mate van onbalans in het linkerwanddeel te kunnen compen- seren. De gehele wand moet feitelijk als één ligger op drie steun- punten kunnen fungeren, die aan beide zijden uitkraagt. Dit is uiteindelijk mogelijk gemaakt door toepassing van een zware betonnen ligger op het niveau van de tweede verdieping en de toepassing van stalen liggers boven de gangsparingen. Bouwdeel V Eén van de grootste constructieve uitdagingen binnen het project was het realiseren van het indrukwekkende overstek van ruim 20 m boven de entree van het nieuwe Paleis van Justitie (bouwdeel V, fig. 6). Dit overstek draagt tien vloeren en as J as J as V.H as V.G as BB as GGas 22 as 21 wand -10 -30 -50 as V.H as V.G as BB overstek 9 10 IJDock: eiland in het IJ 8 2 0 12 30 -25 -20 -15 -10 -50 01-01-1900 02-01-1900 03-01-1900 04-01-1900 05-01-1900 06-01-1900 07-01-1900 08-01-1900 11 Uitwaaieren voorspankabels 12 In het werk gemeten zakking onderzijde wand as V.G 13 IJDock zal tegen het einde van 2012 volledig zijn opgeleverd foto: René den Engelsman, aangeleverd door ASR Vastgoed Ontwikkeling Draagconstructie bouwdeel I en II Overstekken zijn niet aanwezig in bouwdelen I en II. Daardoor zijn deze bouwdelen in constructief opzicht minder complex dan de overige bouwdelen. Bouwdeel I bestaat uit een kolomstructuur met in twee richtingen dragende breedplaatvloeren. Door de onregelmatige vorm van de vloeren was toepassing van liggers en kanaalplaatvloeren hier niet goed mogelijk. De stabiliteit van het gebouw wordt ontleend aan de centrale kern en een betonnen gevelwand. De draagconstructie van bouwdeel II bestaat uit woning- scheidende, in het werk gestorte dragende betonwanden en breedplaatvloeren. Aan deze wanden ontleend het gebouw ook stabiliteit. Uitvoering: een logistieke uitdaging De opdrachtgever heeft ervoor gekozen het project niet als geheel aan te besteden, maar per bouwdeel. Bovendien is de aanvaar - bescherming en bouwput al aanbesteed lang voordat het ontwerp van het gebouw was afgerond. Alleen bouwdeel III en V (samen het Paleis van Justitie) zijn gezamenlijk aanbesteed. Bouwdeel II en IV (woningen resp. hotel) zijn weliswaar afzonderlijk aanbe- steed, maar worden uiteindelijk door dezelfde aannemer gebouwd. Ook het heiwerk en de bouw van de kelderbak (bouwdeel VI) zijn separaat aanbesteed voordat het ontwerp van de bovenbouw geheel was afgerond. Omdat de aannemers van de bovenbouw tijdens de bouw van de kelderbak nog niet bekend waren, was het noodzakelijk dat de opdrachtgever en het ontwerpteam al in dit stadium nadachten over demarcaties, logistiek en specifieke voor - Tussen de twee middenwanden bevinden zich de rechtszalen. Naast de daarvoor benodigde toegangsdeuren was de nadruk- kelijke wens van de gebruiker dat er sprake zou zijn van enige mate van daglichttoetreding in de zalen. Dit heeft geresulteerd in een complex patroon van raam- en deursparingen in de wanden. Gezien de hoge spanningen is er bij de bepaling van het sparingenpatroon naar gestreefd de drukdiagonalen in de wanden zoveel mogelijk vrij te houden van sparingen (fig. 6). De wanden zijn berekend met eindige-elementenmodellen (SCIA ESA Prima Win / SCIA Engineer). Het heeft veel bouw- teamoverleg en rekenwerk gekost om uiteindelijk tot een sparingontwerp te komen dat voor alle partijen werkbaar was. De wanden hebben een dikte van 400 mm en zijn geheel gestort in betonkwaliteit C53/65. De berekende eindvervormingen van de wanden zijn in figuur 9 weergegeven. De zakkingen van het overstek zijn voor verschillende bouwfasen bepaald, zodat deze tijdens de bouw goed konden worden gemonitord. Zowel de absolute zakking (inclusief zakking van de fundering) van het overstek is bepaald als de relatieve (doorbuiging ten opzichte van de 'oksel' van de wanden). Tijdens de bouw zijn op vijftien posities zakkingsmetingen aan het overstek verricht. De beide voorspanfasen zijn daarin duidelijk terug te zien (figuur 12). De maximale zakking van slechts 25 mm is gemeten in één van de middenwanden en komt goed overeen met de berekende waarde. Dit betreft de absolute zakking, waarbij de verwachting is dat deze in de loop van de tijd mogelijk nog enigszins toe zal nemen door tijd- afhankelijke vervormingen van de fundering. 11 12 IJDock: eiland in het IJ8 2 0 12 31 Bouwtijd en oplevering Het constructief ontwerp voor IJDock is al gestart in 1999. De bouw van de aanvaarbescherming en de bouwkuip is gestart in 2008. Medio 2009 was de bouwput droog en zijn de funde- ringspalen aangebracht. Met de bouw van de kelderbak is begonnen in januari 2010 en de uitvoering van de gebouwen op de kelderbak is gestart in januari 2011. IJDock zal begin 2013 volledig zijn opgeleverd. ? zieningen voor de uitvoering (zoals fundaties voor bouwkranen en stempelconstructies voor de gebouwoverstekken). Sinds de start van de bovenbouw werken er drie aannemers gelijktijdig aan het realiseren van IJDock. Gezien de zeer beperkte ruimte op de bouwlocatie vormde dit een uitzonderlijke logistieke uitdaging. Door al in het ontwerpstadium na te denken over logistiek en uitvoeringsaspecten en vooral door een goede samen- werking tussen de bouwers, is het mogelijke gebleken een omvangrijk en complex project in relatief korte tijd te realiseren. ? pROjecTgegevens opdrachtgever Wester IJ-Dock C.V. (ASR Vastgoed Ontwikkeling) architecten Dick van Gameren en Bjarne Mastenbroek (masterplan, bouwdeel VI en openbare ruimte), Zeinstra Van Gelderen Architecten (bouwdeel I en II), Claus en Kaan Architecten (bouwdeel III en V ), Jan Bakers Architecten (bouwdeel IV ) constructeur Corsmit Raadgevend Ingenieurs / Royal HaskoningDHV ontwerp aanvaarbescherming Corsmit Raadgevend Ingenieurs / Royal HaskoningDHV i.s.m. Witteveen + Bos, i.o.m. Gemeentelijke havendienst risicoanalyse aanvaarbescherming Fugro Ingenieurs- bureau aannemers CFE (aanvaarbescherming, fundering), Strabag (bouwdeel VI), Dura Vermeer (bouwdeel I), Moes Bouwgroep, onderdeel van Hurks Groep (bouwdeel II & IV ), J.P. van Eesteren (bouwdeel III & V ) oplevering begin 2013 12