5 2016 vakblad over betonconstructies 5 2016 vakblad over betonconstructies Superhoogbouw Dyckerhoff ?maakt er meer van. Foto: Bart van Hoek Dyckerhoff, Verkoopkantoor Nederland/Belgie nl@dyckerhoff.com www.dyckerhoff.nl SAAone brug Amsterdam ? Rijnkanaal Premiumcement Dyckerhoff VARIODUR ® Project SAAone Project SAAone met Dyckerhoff VARIODUR ® DybAnz_SAAone_225x297.indd 1 26.11.15 11:49 Munterij 8, 4762 AH Zevenbergen ? Postbus 17, 4760 AA Zevenbergen ? T 0168 - 33 12 400 ? E info@bbtec.nl ? www.bbtectools.com/nl "Structural Anchoring Systems" voor Constructieve Veiligheid Voor Constructeurs, Architecten, Staalbouwers, Aannemers, etc. MET GRATIS DESIGNFIX ONDERSTEUNING NIEUW NIEUW Nieuwe Anker Design Software DesignFiX® gratis anker calculatie soft- ware voor B+BTec SAS en BIS anker syste- men. ? Complete invoer vrijheid en 3D interface ? Resultaten in één oogopslag ? Automatische berekening ef ectieve zetdiepte ? Geïntegreerde FEM berekening voor bepalen dikte voetplaat Nieuwe BIS Injectie Systemen Pure-Epoxy 3:1 voor ultra hoge lasten. ETA goedkeuring voor gescheurd en ongescheurd beton, diamant geboorde en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1 en C2. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Vinylester voor hoge lasten. ETA goedkeuring voor ge- scheurd en ongescheurd beton en watergevulde gaten. Seismische Goedkeuring C1. Styreen vrij. Voor de installatie van stek- en draadeinden. Polyester voor gemiddelde lasten. ETA goedkeuring voor ongescheurd beton en holle steen. Styreen vrij. Voor de installatie van draadeinden. CEMENT_15_09.indd 1 14-09-15 13:29 TEKTONIEK.NL Kennis zit in mensen. Binnen het Tektoniek-netwerk beschikken we over de kennis voor de beste architectuur in beton. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vorm - geving, constructie en maakbaarheid. Met expertise op het gebied van schoonbeton, constructieve optimalisaties, productontwikkelingen en materiaalontwikkelingen. Op de netwerkpagina van www.tektoniek.nl zijn de juiste mensen te vinden. Misschien hoort u er ook bij? Dat kan, het kennisnetwerk is groeiende. TEKTONIEK hoe maak ik de beste architectuur in beton? Drents Museum Assen - designed by Erick van Egeraat - foto: J. Collingr\ idge advertentie Tektoniek Cement 12016.indd 1 03-02-16 09:34 Partners1 Meer informatie over deze bedrijven en over het partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners. partners 5 2016 A NEMETSCHEK COMP AN Y fb Studievereniging b -N ederland Centraal overleg Bouwconstruc ties Partners van Cement, kennisplatform betonconstructies Cement is een platform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met beton, en verspreidt deze onder vakgenoten. Om het belang hiervan te onderstrepen kan een constructiebureau kennispartner van Cement worden. Een partner geniet een aantal voordelen, zoals een flinke korting op het abonnement en een profielpagina op Cementonline. Het partnerschap is voorbehouden aan bedrijven voor wie de kennis daadwerkelijk is bedoeld. Hebt u ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Frank Oudman, f.oudman@bureauvanvliet.com. 2 4 Nederlands perspectief op hoogbouw T Hoogbouw neemt in Nederland een bijzondere positie in, met name in Rotterdam. Hoewel de maasstad nog altijd voorop loopt, volgen er steeds meer andere steden. 18 165 m prefab beton T 'The Breaker' in Bahrein is het hoogste gebouw ter wereld dat is uitgevoerd met een volledig geprefa- briceerde betonconstructie. 26 Innovatieve constructies voor Shanghai Tower T Met zijn 632 m is de getordeerde Shanghai Tower het is op twee na het hoogste gebouw ter wereld. 36 Innovatief dempingsysteem voor Tokyo Skytree T De zeer strenge eisen aan de constructie van de televisietoren Tokyo Skytree vroegen om een innovatief constructie systeem. 44 Zuid-Amerika de hoogte in T Het 300 m hoge Costanera Center in de Chileense hoofdstad Santiago is het hoogste gebouw in Zuid-Amerika. 50 Uitzicht in Nairobi T Opvallend aan de UAP Tower in Nairobi zijn vooral de vloeren die bestaan uit een combinatie van ter plaatse gestort beton en prefab blokken. 56 Grenzen in slankheid verlegd T In New York is een wedloop ontstaan in slankheid van gebouwen. Een mooi voorbeeld is de woon- toren 432 Park Avenue, met een slankheid van 15:1. 64 Met snelheid de hoogte in T Het belangrijkste aandachtspunt in het bouwont - werp van de Lotus Tower in Jeddah is de bouwtijd. Dankzij een innovatief bouwsysteem kan de snel- heid met een factor 3 worden verhoogd. 4 - 83 Superhoogbouw Mede dankzij de economische ontwik - kelingen in het Midden-Oosten worden hoogbouwprojecten steeds hoger. Dit nummer gaat over de ontwikkelingen in hoogbouw, de nieuwste hoogbouwpro - jecten over de hele wereld en de con- structieve uitdagingen daarbij. 10 - 17 Eenvoudige constructie voor het hoogste gebouw ter wereld Met een hoogte van meer dan 1000 m moet de Jeddah Tower het hoogste gebouw in Saoedi-Arabië de hele wereld worden. 76 - 79 Zien en gezien worden De woontoren The Cube in Beiroet heeft een decor dat in een James Bond film niet zou misstaan. 1 partners 80 column 84 online/service augustus 2016 / jaargang 68 inhoud 5 2016 Inhoud 3 67 De lange weg omhoog T Zonder de ontwikkeling van de liftsystemen was extreme hoogbouw nooit mogelijk geweest. 70 Invloed bodem op demping hoogbouw T In een promotieonderzoek aan de TU Delft wordt een model ontwikkeld waarmee demping van hoge gebouwen kan worden voorspeld. 81 Maatafwijkingen Burj Khalifa beheerst Hoe is bij de 828 m hoge Burj Khalifa omgegaan met maatafwijkingen en ?toleranties? 82 De jonge constructeur Lonneke van Haalen geeft haar visie op het con- structeursvak en deelt haar ervaringen over het werk en duurzaamheid. Eenzame hoogte De donkere wolken boven onze economie zijn nog niet opgetrokken of de eerste hoogbouw- plannen in Nederland verschijnen alweer in de publiciteit. De zalmhaventoren met een hoogte van 220 m het hoogste gebouw van Nederland is daar een mooi voorbeeld van. Alles is relatief en vergeleken met de superhoogbouw wereldwijd, zijn de Nederlandse hoogbouwplannen nog zeer bescheiden. Het zijn die extreem hoge en bijzondere gebouwen en de wijze waarop bij die constructies met de specifieke uitdagingen wordt omgegaan, waaraan we in dit themanummer aandacht besteden. Gedreven door status en prestige worden zeer bijzondere hoog- bouwprojecten gerealiseerd. Wat te denken van het toekomstige hoogste gebouw ter wereld, de Jeddah Tower in Saoedi-Arabië, met een hoogte van 1 km! Maar ook het op een na hoogste gebouw van het zuidelijk halfrond, de Gran Torre Costanera in Chili, mag er zijn, alsmede de getordeerde Shanghai Tower (632 m), waar ikzelf twee jaar terug nog mijn ogen uitkeek. Naast extreme hoogte kan ook grote slankheid een gebouw bijzonder maken. Hopelijk is er bij één van de slankste torens ter wereld, 432 Park Avenue in New York (425 m hoog en slankheid van 1:15), anders dan in de modellenwereld, nog wel sprake is van een (constructief ) gezonde situatie. We kennen natuurlijk allemaal wel die foto van bouwvakkers, zittend met een lunchpakketje op grote hoogte op een stalen balk ergens in New York. Ja, vroeger werd bij superhoogbouw alleen aan staal gedacht. Maar dat is door ontwikkeling op materiaalgebied (beton met hoge tot ultra hoge sterkte) en bouwmethoden sterk veranderd, zoals u in deze editie kunt zien. Naast de projectbeschrijvingen is er in deze Cement ook aandacht voor demping, bouwsystemen, lifttechnologie en maatafwijkingen bij hoogbouw. Het draait dit keer om hoogte en gezien de inhoud kunnen wij misschien ook wel spreken van een uitgave van Cement op een- zame hoogte. De redactie wenst u veel leesplezier en ongetwijfeld zal een aantal van u dat, hopelijk niet eenzaam, hebben in een hoog appartement in één van onze grote steden. Dick Hordijk voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl Foto voorpagina Shanghai Tower, rechts op de foto, in aanbouw Redactioneel 5 2016 Inhoud 4 thema Nederlands perspectief op hoogbouw 1 Als de stad de toekomst is dan is hoogbouw een must thema Nederlands perspectief op hoogbouw 5 2016 5 Hoogbouw neemt in Nederland een bijzondere positie in. Het wordt zowel verguisd als omarmd. Dat laatste geldt vooral in Rotterdam, waar voor Nederlandse begrippen veel hoge gebouwen staan. Het letterlijke hoogtepunt is de Maastoren dat met 165 m het Nederlandse record in handen heeft. Hoewel Rotterdam nog altijd vooroploopt, volgen nu ook steeds meer andere steden. Weliswaar op een bescheiden manier, tenminste als je het vergelijkt met wat er in China en het Midden-Oosten gebeurt, maar toch opvallend. Wat zit er achter deze ontwikkelingen en wat zijn de verwachtingen voor de toekomst? Het is opmerkelijk hoe er in Nederland en dan vooral in de grote steden over hoogbouw wordt gedacht. Vormt hoogbouw een in het oog springend deel van de stedelijke bebouwing, dan is men er vaak trots op. Als dat niet het geval is, is men overwegend kritisch of tegen. Tekenend is het verschil tussen Rotterdam en Utrecht. In Rotterdam strijdt een actiegroep voor een nog hogere toren en in Utrecht is men beducht voor meer hoogbouw. Het moet kennelijk wennen. Maar als hoogbouw eenmaal onderdeel is van de stad, dan verandert het beeld dat de stedeling ervan heeft. Rotterdammers zijn trots op hun hoogbouwstad. In Den Haag is men inmiddels ook vertrouwd met de nieuwe skyline en kan nieuwe hoogbouw op draagvlak rekenen. Amsterdam is een forse inhaalslag aan het maken. Het begon met de Zuidas (foto 2), waar hoogbouw dominant is en ook geaccepteerd. Maar inmiddels wordt ook in Amsterdam-Noord, rond het Amstelstation en op andere locaties rond de ring, niet te veronachtzamen hoogbouwgolf. De Amsterdammers begrijpen heel goed dat ook dit bij de stad hoort. Zolang die hoogbouw maar niet in de grachtengordel terechtkomt. Ontwikkelingen Hoogbouw in Nederland heeft traditioneel geen geweldig goede naam. De galerijflats uit de hoogtijdagen van de Neder-landse volkshuisvesting hebben daar fors aan bijgedragen. Lelijke kantoortorens boven op historische stadscentra, zonder enig stedenbouwkundig benul, deden de rest. Maar de tijden zijn veranderd. Galerijflats worden niet meer gebouwd. En als het al gebeurt, gaat het om 'onder architectuur' tot stand gekomen woongebouwen in het duurdere (koop)segment, meestal trouwens met eigen opgangen. Kantoren zijn ook passé. We werken inmiddels op een fractie van kantoormeters van weleer en hebben bestaande gebouwen ontdekt als biotoop voor het werken in het digitale tijdperk. En als er al nieuwe kantoren worden gerealiseerd, gaat het om energieneutrale gebouwen of om kantoren in een mix van andere functies. Niet alleen in Nederland, ook wereldwijd zijn kantoortorens op hun retour. Het past niet meer in het business model van beleg- gers en ontwikkelaars. De nieuwe globale trend is wonen of een mix van functies: kantoor, hotel en wonen. Recent voorbeeld in die laatste categorie is De Rotterdam van Rem Koolhaas op de Kop van Zuid (foto 3). Hier zijn deze functies overigens niet boven elkaar, zoals elders, maar naast elkaar georganiseerd. Heeft hoogbouw nog wel toekomst in Nederland? Dat is de vraag die hier aan de orde is. Het antwoord is ja. Het is echter niet de hoogbouw die we associëren met wat er in de vorige eeuw in Nederland is gebouwd en al helemaal niet met wat er elders op de wereld (in Azië en het Midden-Oosten) wordt gebouwd. Voor de 'nieuwe hoogbouw' geldt dat niet zozeer de hoogte maar de aansluiting op het stedelijk weefsel, de 'urban fabric', essentieel is voor de kwaliteit ervan. Niet de hoogte van het gebouw maar de plint, met andere woorden de interface tussen gebouw en stad, daar gaat het om. De stedenbouwkundige inpassing is minstens even belangrijk als de vormgeving van het gebouw. Hoogbouw moet bijdragen aan de stedelijke verdichting. Die staat nu vrijwel overal geprogrammeerd in de grote steden van Nederland. En dat hoeven geen torens van 600 m te zijn. In de 'rankings' van leefbare steden elders in de wereld is meestal sprake van hoogbouw die aanzienlijk lager is en in de eerste plaats goed aansluit op stedelijke voorzieningen en vooral op knooppunten in het openbaar vervoer. In die hoogbouw wordt niet meer gewerkt maar gewoond. Dat is ook het perspectief voor Nederland: wonen in hoogbouw in een stedelijke setting en goed aangesloten op de stad. Kwaliteit van de steden De tijden zijn snel veranderd. Wie vijftig jaar terug kijkt naar stedelijk Nederland ziet een heel ander beeld. Verpauperde binnensteden met veelal nog vervuilende industrie bepaalden het beeld. De toekomst lag in de groeisteden, met de galerij- flats, of in de bungalowdorpen in de buurt van de steden. De stad zelf is pas recent weer in beeld. Het definitieve einde van het industriële tijdperk betekende dat het werk (in de diensten- Jaap Modder 1) Brainville 1 Het stadskantoor, Utrechtfoto: Pieter Verbeek 1) Jaap Modder is voorzitter van de Stichting Hoogbouw en heeft een eigen advies- praktijk (Brainville). Hij werkt in binnen- en buitenland op het terrein van urban and regional planning. Hij heeft dit artikel geschreven voor eigen verantwoorde- lijkheid. Nederlands perspectief op hoogbouw 5 2016 Nederlands perspectief op hoogbouw 5 2016 6 thema 2 De hoogbouw van de Zuidas Amsterdam foto: Omir Amsalem / arcitect: Pi de Bruijn, de Architekten Cie Dat pleidooi heeft in steden als Rotterdam en Den Haag bijge- dragen aan de komst van hoogbouw die inmiddels ook door stedelingen wordt ervaren als kwaliteit. De stichting besteedde veel aandacht aan de architectuur van hoogbouw, de constructie, veiligheid, enzovoort. Daarbij werd nogal eens gekeken, soms zelfs met enige jaloezie, naar kampioen hoogbouwsteden in Azië. Dat is een beetje voorbij. De hierboven geschetste ontwikkeling laat zien dat er voor hoogbouw in Nederland een heel nieuwe agenda voorligt. En die sluit naadloos aan bij wat wij nu zien gebeuren in de grote steden. Vijf grootste steden Wie naar de recente plannen van de vijf grootste steden in Nederland kijkt (Amsterdam, Rotterdam, Den Haag, Utrecht en Eindhoven) ziet een duidelijke lijn: intensivering van de stad, van de stedelijke ruimte is nodig om tegemoet te komen aan de fors gestegen vraag naar stedelijk wonen. Met uitzonde- ring van Den Haag is er in alle steden voldoende ruimte voor intensivering van het ruimtegebruik, ook gelet op de tijd die nodig is voor planvorming en realisatie. Maar dat lukt alleen als de dichtheden omhoog gaan. Hoogbouw kan daar een rol in spelen. Dat vraagt wel om een stedenbouwkundige visie. Rotterdam heeft alweer een paar jaar geleden een hoogbouwvisie vastgesteld, een 'zoning' plan. Daarin zijn zones aangewezen waar hoogbouw kan bijdragen aan de stedelijke kwaliteit. Kijkend naar de al gerealiseerde hoogbouw in de andere grote sector) weer in de stad terugkwam en dat die stad schoner was dan daarvoor. Dat verklaart de renaissance van de stad, ook in Nederland. Het verder verdichten van de steden kan bijdragen aan een hogere kwaliteit van voorzieningen (vervoer, groen, cultuur, uitgaansleven, aanbod van producten) en idem aan de op interactie en innovatie gebaseerde 'nieuwe economie'. Hoogbouw kan daar een substantiële bijdrage aan leveren. De Rotterdamse stichting Hoogbouw hield zich de afgelopen drie decennia bezig met het bepleiten van hoogbouw als bijdrage aan de kwaliteit van de steden. Niet als enige maar wel in koor met architecten, ontwikkelaars, bouwers en beleggers. Tabel 1 Toekomstige hoge gebouwen ter wereld gebouw plaatshoogte (m)aantal verdiepingen realisatie Jeddah Tower Jeddah (SA)1000167 2019 Burj Khalifa Dubai (AE)828163 2010 China Gate Shenzhen (CN)739169 - Suzhou Zhongnan Center Suzhou (CN) 729137 2021 Dubai One Dubai (AE)711161 2021 CTF Wuhan Wuhan (CN)648123 - Signature Tower Jakarta Jakarta (ID) 638113 2021 Wuhan Greenland Center Wuhan (CN) 636125 2018 Shanghai Tower Shanghai (CN)632128 2015 Merdeka PNB118 Kuala Lumpur (MY )630118 2020 2 Hoogbouw internationaal Over de hele wereld gaan gebouwen de hoogte in. Het aantal gebouwen van 200 m of meer is sinds het jaar 2000 verdrievou- digd. Deze ontwikkeling komt voor een belangrijk deel door een wereldwijde versnelling in de urbanisatie. Vooral Chinezen en Afrikanen trekken massaal naar de stad. De verwachting is dat in 2030 60% van de wereldbevolking in stedelijk gebied zal wonen. Ter vergelijking: in 1800 leefde slechts 2% van de wereldbevol- king in steden. In 1950 was dit opgelopen tot 30% en in 2007 woonde voor het eerst meer dan de helft van de wereldpopula- tie in steden. De meest spraakmakende voorbeelden van hoogbouw treffen we aan in Azië en het Midden-Oosten. Zo wordt momenteel in Saoedi-Arabië gebouwd aan een toren die de kaap van de 1000 m moet slechten. Het zal daarmee de 828 m hoge Burj Khalifa in Dubai naar de kroon steken. Maar ook in China en Japan zijn recent zeer hoge torens gerealiseerd of zijn die momenteel in aanbouw of ontwikkeling. In dit themanummer van Cement komen enkele van de meest spraakmakende recente projecten aan bod. 7 3 De Rotterdam van Rem Koolhaas bron: OMA (foto: Ossip van Duivenbode)4 Top 10 van de hoogste gebouwen ter wereld bron: http://skyscrapercenter.com/ nog gaande. Het goede nieuws is, zoals gezegd, dat de meeste steden voldoende ruimte hebben voor hun inbreidingsopgave. Raar genoeg heeft Rotterdam, kampioen hoogbouw, verreweg de grootste opgave qua verdichting. De binnenstedelijke bevol- king is grofweg de helft van wat we in andere steden zien. Dat verhoudt zich slecht tot een stad met een haltestation voor de Thalys naar Brussel en Parijs. Probleem is echter dat de druk steden is zo'n hoogbouwvisie geen overbodige luxe. En zeker nu de vijf grote steden al hun 'verdichtingskaarten' op het eigen grondgebied hebben gezet. Het gaat hen er nu om 'de stad groter te maken binnen de stad'. Niet alle steden zetten expliciet in op hoogbouw als component in deze opgave. Rotterdam, Den Haag en Amsterdam zijn al wel zover, Eindhoven volgt en in Utrecht is het debat erover 3 4 Burj Khalifa Dubai, Arabische Emiraten Shanghai Tower Shanghai, China Makkah Royal Clock Tower Mekka, Saoedi-Arabië One World Trade Center, New York, Verenigde Staten Taipei 101 Taipei, Taiwan Shanghai World Finanial Center Shanghai, China International Commerce Centre, Hong Kong, China Petronas Twin To w e r Kuala Lumpur, Maleisië Zifeng Tower Nanjing, China Willis Tower Chicago, Verenigde Staten hoogte 451,9 m verdiepingen 88 hoogte 484 m verdiepingen 108 hoogte 492 m verdiepingen 101 hoogte 508 m verdiepingen 101 hoogte 541,3 m verdiepingen 94 hoogte 632 m verdiepingen 128 hoogte 442,1 m verdiepingen 108 hoogte 450 m verdiepingen 66 hoogte 601 m verdiepingen 121 hoogte 828 m verdiepingen 163 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 500 Nederlands perspectief op hoogbouw 5 2016 Nederlands perspectief op hoogbouw 5 2016 8 thema 5 De Maastoren in Rotterdam sche traditie van scheiding van functies (hier wonen, daar werken) nu echt achter ons hebben. Neem de Zuidas in Amsterdam. Bij de start van de planvorming een Central Busi- ness District met 85% kantoorfuncties. Inmiddels rekent men met 60 à 70% wonen. De bouwkranen maken momenteel over - uren in dit gebied. Daarmee krijgt de Zuidas het karakter van een stadsdeel met een hoog aandeel aan werkfuncties. Hetzelfde zien we op de Kop van Zuid in Rotterdam. De volgende slag kan worden gemaakt in campuslocaties. Neem het Utrecht Science Park. Daar zou woninghoogbouw goed passen. Aansluiting op het snelwegennet is prima, dat geldt helaas niet voor het openbaar vervoer. Deze ontwikkeling stelt heel nieuwe opgaven aan de hoogbouw. In de eerste plaats is nog betrekkelijk weinig ervaring opgedaan met kwalitatief hoogwaardige woonplattegronden in de hoog- bouw. Het uitzicht op de stad dat hoogbouw biedt, wordt lang niet altijd optimaal benut, niet alleen binnen maar ook buiten (op het balkon). De opgave van wonen in hoogbouw betekent echter veel meer. De aansluiting op de stedelijke ruimte is al genoemd. Hoe ziet de plint eruit, de aansluiting op stedelijke voorzieningen en infrastructuur? Energieneutraliteit vraagt in hoogbouw om een geheel andere aanpak, maar het kan wel. Brandveiligheid en constructieve verbeteringen (minder windhinder, meer stabiliteit) zijn andere 'puntjes' voor de hoogbouwagenda. Service is een tot op heden onderbelicht element. Waar is de 'doorman'? Als wonen in hoogbouw succesvol wil zijn, moet het meer comfort bieden dan een huis met een tuin. Een andere grote kwestie is voor wie we hoog bouwen. Net als in vele buitenlanden voor de grote portemonnee? We hoeven ons geen zorgen te maken over het aanbod aan luxueuze hoogbouw in onze grote steden. De kwantitatief belangrijker opgave is te vinden in het middensegment, de betaalbare woninghoogbouw. Daar zien we recent al aardige voorbeelden van, zelfs op de Zuidas. In Amsterdam-Noord wordt gebouwd voor de kleinere portemonnee en met een nieuw type contract dat woningdeling mogelijk maakt. Kansen De stichting Hoogbouw heeft door de jaren heen op allerlei manieren vorm gegeven aan haar missie om hoogbouw te stimuleren: samenwerking met researchinstellingen en oplei- dingen, deelname aan projecten, studiereizen (nationaal en internationaal), projectbezoeken, adviezen aan derden, publi- caties, enzovoort. Dat zal ook zo blijven de komende jaren, echter met een nogal gewijzigde inhoudelijke agenda. De stad is terug op het tapijt en daarmee ook het stedelijke wonen. Dat biedt grote kansen voor een type hoogbouw dat optimaal aansluit op de stad en daarmee voor bewoners een gewilde woon- en leefvorm kan zijn. ? op de markt hier nog altijd aan de lage kant is. Dat is heel anders in Amsterdam, daar is de overspannen woningmarkt van voor de crisis in volle omvang terug. De stad zet wat betreft hoogbouw in op bouwen rondom de ring en op knooppunten (Amstelstation) en daarnaast op Noord. Met de ring A10 als nieuwe drager van hoogbouw wordt het succes van de Zuidas doorgezet. Hopelijk geldt dat ook voor de stedenbouwkundige vormgeving van dat gebied. Met hoogbouw daarbuiten wordt momenteel overwegend gevolgd op wat de markt aanbiedt en minder gepland op basis van stedenbouwkundige plannen (zoning). Den Haag zet in op hoogbouw in de driehoek van de drie stedelijke treinstations en trekt de reeds ingezette koers (rondom het centraal station) door naar de toekomst. De plan- vorming daarvoor moet nog starten. Den Haag heeft minder ruimte dan er vraag is in de markt. Die situatie vraagt om een andere aanpak dan elders. De druk op de woningmarkt in Utrecht is groot, maar de stad heeft nog voldoende locaties (Leidsche Rijn, Merwedekanaalzone, Utrecht-West) in portefeuille om een gevarieerd programma aan te bieden. Utrecht-West leent zich voor meer hoogbouw dan alleen het 90 m hoge stadskantoor dat daar onlangs is gerealiseerd. De stad heeft echter meer dan de andere steden moeite met het maken en realiseren van plannen, in ieder geval is het tempo aan de lage kant. Eindhoven, met inmiddels een fors aandeel hoog- bouw in de binnenstad, streeft naar een forse groei binnen de stadsgrenzen en ook daar kan het niet zonder hoogbouw. Voor wie? Hoogbouw in de komende decennia is overwegend woning- bouw. Daarbij zien we dat we het adagium van de modernisti- 5 SPECIALIST OP HET GEBIED VAN AARDBEVINGEN Wij verbinden gedegen kennis van de Nederlandse ondergrond met state-of-the-art kennis van aardbevingsbestendig ontwerpen. Fugro GeoServices B.V. Info@fugro.nl www.fugro.nl Fugro adviseert en ontwerpt wereldwijd funderingen van constructies in aardbevingsgevoelige gebieden. Ad_97x130_v1.indd 1 12-07-16 09:18 cement-struct4u 160503.indd 1 03-05-16 16:30 10 thema Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 1 De Jeddah Tower in Saoedi- Arabië wordt 1000 m hoog thema Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 11 Met een hoogte van meer dan 1000 m moet de Jeddah Tower (voorheen bekend als Kingdom Tower) niet alleen het hoogste gebouw in Saoedi- Arabië worden, maar in de hele wereld. Het project maakt deel uit van de hypermoderne ontwikkeling van het noordelijke deel 'Kingdom City' van Jeddah, aan de westkust in Saoedi-Arabië. De hoogte wordt bereikt dankzij een betonnen mast van circa 250 m hoogte boven op de Y-vormige basisdraagstructuur. De Jeddah Tower wordt een multifunctioneel gebouw met commerciële ruimten, kantoorruimten, hotelfaciliteiten (200 kamers) en ruim 400 appartementen, verdeeld over 167 verdiepingen. Inclusief de onbruikbare verdiepingen in de mast bedraagt het aantal zelfs 252. Om de 25 tot 30 etages zijn technische verdiepingen in het ontwerp opgenomen. Aan de voet van het gebouw is een tweelaagse, ondergrondse kelder aanwezig waarin plaats is voor 2200 auto's. Het totale vloeroppervlak bedraagt circa 530 000 m 2 en de investering circa 1,2 miljard Amerikaanse dollars. Ontwerp De toren heeft een driehoekige, slanke vorm, die naar boven toe steeds smaller wordt. Het ontwerp is geïnspireerd op de groei van jonge plantjes in de woestijn. Volgens de architect doet het denken aan het ontspruiten van nieuwe bladeren, wat de ontwikkeling rond de toren zou moeten symboliseren. Als basis is gekozen voor een karakteristieke Y-vormige plattegrond (fig. 2). Dit is ingegeven door een aantal belangrijke voordelen: - de hoek van 120 º tussen de vleugels zorgt voor een relatief groot geveloppervlak met een vrij uitzicht, waarmee de verhuurbaarheid toeneemt; - de hoek van 120 º tussen de vleugels waarborgt privacy: inkijk tussen appartementen die aan dezelfde gevel grenzen is minimaal; - het grote geveloppervlak zorgt voor veel daglichttoetreding; - de voet van de toren is eenvoudig te verbreden waardoor de gewenste slankheid van de toren (ca. 1:10) kan worden gerealiseerd met het oog op stabiliteit, zonder dat veel inpandige ruimten ontstaan. De afmetingen van de plattegronden nemen naar boven toe af in een vloeiende lijn. Naast het architectonische effect, heeft het ook constructieve voordelen. Door de wijzigende afmetingen wordt het optreden van wind vortices tegengegaan. Men heeft er uit symboliek voor gekozen de toren zo te oriënteren dat één van de vleugels naar het nabijgelegen Mekka wijst, terwijl een andere vleugel op het noorden is georiënteerd. Hierdoor wordt de windhinder op maaiveld gereduceerd, de zonbelasting op de gevels beperkt, het uitzicht verbeterd, maar de resulterende windbelasting op het gebouw iets vergroot. Balkons Bij de Jeddah Tower zijn balkons geïntroduceerd, hoewel dat bij hoogbouw eigenlijk niet gebruikelijk is. In een substantieel deel van het jaar kan het aangenaam weer zijn in Jeddah. Op de hogere verdiepingen maken de lagere luchttemperatuur en de aanwezige wind het nog aangenamer om buiten te verblijven, waardoor de balkons zorgen voor extra wooncomfort. Bovendien geven de balkons schaduw op het ondergelegen gevelvlak, waardoor de warmtelast wordt gereduceerd. Sky terrace Bijzonder onderdeel van het ontwerp is het sky terrace op circa 644 m aan de buitenzijde van de toren (fig. 3 en 5). In eerste instantie wilde men deze uitstulping gebruiken als helikopter - platform: het windklimaat bleek uiteindelijk echter te gevaarlijk 1 Impressie van de Jeddah Tower in Saoedi-Arabië 2 Constructief systeem Bron Dit artikel is een vertaalde bewerking van de bijdrage van Robert Sinn (Thornton Tomasetti) en Peter Weismantle (Adrian Smith + Gordon Gill Architecture) aan het boek 'Tall and Supertall Buil- dings: Planning and Design' (McGraw-Hill, 2014). De bewerking is gedaan door ir. Paul Lagendijk. 2 gangwanden eindwanden dwarswanden Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 12 verticale wapeningvloerwapening stek-ankers 3 Sky terrace op 644 m hoogte 4 Detail aansluiting vloer - wanden De dwarsstabiliteit wordt ontleend aan de gangwanden. De betonwanden aan de kopse uiteinden van de vleugels werken hierbij als flenzen. Aan de voet van de toren zijn de vleugels aan de Y-vorm langer en staan deze wanden dus verder uit elkaar waardoor een grotere stijfheid ontstaat. De helling van de drie eindwanden is niet identiek voor de drie verschillende vleugels (variërend van 3,0 tot 3,6 º) waardoor asymmetrie in de gebouwvorm ontstaat. Alle overige betonwanden staan wel verticaal. Om de constructieve afmetingen van de wanden te beperken, wordt hogesterktebeton toegepast. De sterkte is beperkt tot een niveau dat in het Midden-Oosten regelmatig is toegepast: in de onderste helft van de toren is beton met een cilinderdruksterkte van 85 N/mm 2 (na 90 dagen) toegepast. Op hogere niveaus wordt de sterkte gereduceerd tot 75 N/mm 2, respectievelijk 65 N/mm 2 (in de mast). De dikte van de wanden varieert van 1200 mm aan de voet van de toren tot 600 mm in de mast. Doordat de wanden worden voorgetrokken in de uitvoering, worden de vloeren tussen de wanden gestort. De koppeling van de vloeren aan de wanden gebeurt door middel van stekankers (fig. 4). Door deze uitvoeringswijze is de betonsterkteklasse van de vloer niet van invloed op de sterkte van de kruising tussen wand en vloer. De betonmengsels bevatten onder andere portlandcement, vliegas, silica fume, nieuwe generatie superplastificeerders en ijs om de warmteontwikkeling in de massieve betonelementen te beheersen. De verwachting is dat men tot 700 m hoogte het betonmengsel kan verpompen. Vanaf dit niveau wordt gebruikgemaakt van een tweede pomp. Ook de mast wordt uitgevoerd als in het werk gestorte beton- constructie: de buitenwanden zijn gesloten en vormen een siloachtige constructie. De voet van de mast rust op een 4 m dikke, massieve plaat (skyraft ) die de overgang vormt naar de basisdraagstructuur. voor het landen en vertrekken van helikopters. Nu is ervoor gekozen er een buitenterras van te maken met een diameter van circa 25 m. Constructieve opzet De constructie van de Jeddah Tower bestaat uit een volledig in het werk gestort gewapend-betonskelet van vloeren en wanden (fig. 2). De vlakke plaatvloeren zijn driezijdig opgelegd en dragen hun belasting af op de wanden. In de gevelzone zijn geen constructieve elementen aanwezig. Hierdoor is het uitzicht gemaximaliseerd. De hart-op-hart-afstand van de meeste ondersteunende wanden is circa 9 m, die zijn gerealiseerd met een projectspecifieke bekisting. De toegepaste vloerdikte is 250 mm. Lokaal, waar de overspanningen groter zijn, is gekozen voor een dikkere vloer. 3 4 thema Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 13 5 Sky terrace van de Jeddah Tower 6 Isometrie van de palen en veranderlijke verticale belasting van 8800 MN ondersteunt. De belasting wordt voor een deel direct door de funderings- plaat afgedragen op de ondergrond en voor een deel door de palen. Het draagvermogen van de palen wordt primair ontleend aan schachtwrijving. In totaal zijn er 270 in de grond gevormde, gewapende betonpalen toegepast (diameter 1500 en 1800 mm; h.o.h.-afstand 2,5 x paaldiameter) onder een circa 5 m dikke funderingsplaat (fig. 6). Onder het midden van de toren reiken de palen tot 105 m onder maaiveld (dus tot 5 m boven de laag met hard zandsteen); onder de drie vleugels tot 45 m. De langere palen in het centrale gedeelte van het gebouw zorgen in dat gebied voor een stijver gedrag van het grondmas- sief, waardoor niet alleen de absolute waarde van de zettingen afneemt maar vooral de zettingsverschillen tussen de verschil- lende delen van het gebouw: de absolute zetting is beperkt tot circa 110 mm en de zettingsverschillen met de uiteinden van de plattegrond blijven beperkt tot circa 20 mm (fig. 7a en 7b). De standaardverdiepingshoogte van 4 m geeft de mogelijkheid lateien te creëren met een hoogte van circa 1,50 m. De torsiesta- biliteit wordt ontleend aan de driehoekige centrale kern. Slechts lokaal zijn in het ontwerp stalen elementen opgenomen: voor de enorme luifel aan de voet van de toren die hinderlijke windstromingen moet voorkomen (fig. 11) en voor het sky terrace (fig. 5). Fundering De grondslag onder de toren bestaat voor de bovenste 50 m uit poreuze kalksteen die is ontstaan uit oude koraalriffen. Hieronder zijn dunne lagen van siltsteen en gravel met een laag vergruisd zandsteen aanwezig. Pas op een diepte van 110 m onder maaiveld begint een laag met hard zandsteen. Het grondonderzoek is uitgevoerd tot een diepte van 200 m. Er is gekozen voor een paal-plaatfundering die de permanente 5 6 funderingsplaat palen tot -45 m palen tot -65 m palen tot -85 m palen tot -105 m Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 14 hoogte [m] windsnelheid [m/s] met herhalingstijd 10 jaar 1200 1000800 600 400 200 0 1200 1000 800 600 400 200 020 30 4050 60 10 15 20 25 30 35 40 hoogte [m] windsnelheid [m/s] met herhalingstijd 50 jaar 50 at the rock interface, a pile-rock shear stiffness modulus, and very small tip bearing capacity and tip spring stiffness. We assumed the piles extending to elevation -45 will be drilled with natural slurry, and the remainder of the piles will be drilled with polymer slurry; accordingly we used the corresponding pile-rock interface properties. 6. The box-model boundaries were restrained in all three directions. The box-model dimensions were 300 meters by 300 meters in plan, and extended to a depth of 200 meters. The boundary conditions used did not influence the results under the raft. 4. All soil, rock, and gravel layers were modeled in three dimensions assuming horizontal stratification. We evaluated the variation of the subsurface parameters spatially and judged that a uniform horizontal stratification is appropriate. 5. The piles were modeled using the "embedded pile" option, which employs beam elements to model the structural characteristics of the piles and non-linear springs at the pile-rock interface. The beam elements took into account the pile geometry, deformation modulus, and Poisson's ratio. The pile/rock interface springs employed an ultimate shear stress an equivalent elastic modulus of 36,700 MPa, and an elastic constitutive model. No other structural elements were incorporated into the Midas GTS model. The inherent stiffness of the concrete superstructure was captured in the structural ETABS model. 3. The Mohr-Coulomb soil model was used for the coralline limestone layer and the decomposed sandstone layer. The elastic model was used for the remaining layers. A non- linear soil-hardening model was also considered for the gravel/ conglomerate layer but a review of the triaxial test stress-strain curves indicated a Mohr-Coulomb model was more appropriate. 51 7. Total gravity loads (dead plus live) were about 8,800 MN (880,000 metric tones), including the weight of the raft. The loads were applied in the finite element model as pressure strips at the top of the raft. The pressures were calculated using the actual wall loads divided by the shear wall footprint area. 8. A simplified construction stage process consisting of three stages was followed for the modeling. In Stage 1, the model (soil/rock layers) was allowed to settle due to its own gravity weight, and then settlements were reset to zero. In Stage 2, the piles and raft foundation were installed. In Stage 3, the wall gravity service loading was applied. Iterative Procedure between the Geotechnical and Structural Models An iterative procedure was employed in coordination with Structural Engineer Thornton Tomasetti ( TT ) to achieve convergence between the results of the Midas GTS model and the ETABS structural model regarding the raft settlement magnitudes, the overall shape of the settlement contours, the pile loads, and the wall loads. The iterative procedure consisted of the following steps: Step 1: Based on a first set of wall loads provided by TT, we ran Midas GTS and estimated raft and pile settlements. The software allows for calculations of individual pile head springs and area springs (modulus of subgrade reaction) for the raft bearing. For the Kingdom Tower, we had 270 piles springs and ten zones of area springs, three for each leg and one for the center core, were established. Step 2: TT imported the pile and area springs in their model, and provided to Langan a new set of wall loads. Step 3: With the revised wall loads we re-ran our model and provided TT new sets of individual pile springs and zones of average springs. Steps 2 and 3 were repeated until the settlement contours between the geotechnical and the structural models differed by less than 5 mm, and the pile loads differed by less than 2 MN. This is less than 10 percent difference for each parameter. Results Initial Foundation Design The pile lengths were developed by calculating the geotechnical capacity of the pile. The piles were considered frictional only with contribution of ending bearing ignored. A required pile capacity of 45 MN was determined by dividing the total tower dead plus live gravity load by the 270 piles. Although the raft would carry substantial load in bearing, the piles were proportioned assuming zero contribution from the raft. The depth of the coralline limestone was considered in determining the pile lengths, as was the presence of the rounded and sub- angular gravel directly below the limestone at a depth of about 50 meters from grade. The three factors led to an initial foundation design consisting of pile length of 45 meters from grade. The pile length provided adequate geotechnical capacity extended the full depth of the limestone, but stopped short of the potentially problematic gravel. The analysis of the initial pile lengths revealed a common settlement profile with greater settlement at the center of the raft and less settlement at the edges of the three wings. The magnitude of Opposite Left: Initial settlement prediction. Source: Langan Engineering & Environmental Services Opposite Right: Starting settlement estimate. Source: Langan Engineering & Environmental Services Left: Converged settlement estimate. Source: Langan Engineering & Environmental Services Right: Best estimate pile head axial loads (MN). Source: Langan Engineering & Environmental Services 108 mm 173 mm 7a Voorspelde initiële zetting bron: Langan Enineering&Enviromental Services 7b Uiteindelijke zetting bron: Langan Enineering&Enviromental Services weerballonnen op grote hoogte bij dezelfde luchthaven en het toepassen van een geavanceerd analytisch model. Conclusie van deze studie was dat het toepassen van de grenslaagtheorie in dit specifieke geval een veilige bovengrensbenadering vormt voor de te verwachten windsnelheden. Hoewel uit deze studies een referentiewindsnelheid (op 10 m hoogte met een herha- lingstijd van 50 jaar) werd vastgesteld van 34,8 m/s, is in het ontwerp op sterkte rekening gehouden met de windsnelheid van 42,2 m/s die in de Saoedi-Arabische normen is vastgelegd. Om de optredende windbelastingen bij het vastgestelde wind- snelheidsprofiel op het gebouw vast te stellen, zijn diverse windtunnelproeven uitgevoerd: op het totale gebouw maar ook op de mastconstructie. Uit deze proeven bleek dat het dynamisch gedrag van het gebouw gunstig is en geen aanvullende voorzie- ningen vraagt voor de verblijfsgebieden. Hoewel in de mast geen verblijfsgebieden zijn opgenomen, zijn hier wel twee Door de langere palen op 5 m boven de zandsteenlaag te stoppen, wordt voorkomen dat het stijfheidsgedrag van deze palen wezenlijk anders wordt dan het stijfheidsgedrag van de 'korte' palen. Om een realistisch beeld van het paaldraagvermogen te krijgen, is op zes palen een proefbelasting uitgevoerd. Windengineering Vanzelfsprekend is uitgebreid onderzoek gedaan naar het windprofiel waaraan het gebouw wordt blootgesteld; met name over de windsnelheden op grotere hoogten (boven 300 tot 600 m) bestonden onzekerheden (fig. 8). Het onderzoek bestond uit het analyseren van windmetingen gedaan op maaiveldniveau op het nabijgelegen King Abdullah International Airport, het analyseren van meetgegevens van 7a 8 7b thema Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 15 1200 1000800 600 400 200 0 1200 1000 800 600 400 200 0 hoogte [m] dwarskracht [kN] hoogte [m] moment [kNm] t.g.v. windbelasting x- richting t.g.v. windbelasting y ?richting t.g.v. aardbevingsbelasting t.g.v. windbelasting t.g.v. aardbevingsbelasting 8 Windmethoden 9 Dwarskrachten en momenten als gevolg van wind- en aardbevingbelasting introduceren. Deze zijn in de dimensionering meegenomen. De vervormingen treden natuurlijk niet alleen tijdens de bouw op, maar zullen zich ook na de bouw nog manifesteren. De prognose is dat tien jaar na gereedkomen de verticale verkorting van de betonconstructie ongeveer 200 mm zal bedragen. Omdat de toren niet symmetrisch is, zal ook een horizontale verplaatsing optreden die over de hoogte ook nog van oriëntatie verandert. De verplaatsing kan oplopen tot circa 100 mm. Tijdens de uitvoering worden de geprognosticeerde vervormin - gen nauwkeurig gemonitord, waardoor een deel van de vervormingen tijdens de uitvoering kan worden gecorrigeerd en waardoor kan worden gereageerd op eventuele significante afwijkingen in het vervormingsgedrag. Robuustheid Er is een studie naar 'disproportionele weerstand tegen bezwij- ken' uitgevoerd. Hieruit blijkt dat deze specifieke constructie een grote mate van robuustheid en incasseringsvermogen heeft, doordat alle dragende wandelementen onderling zijn gekoppeld: het wegvallen van een key-element leidt niet tot voortschrij- dende instorting. Ook het gedrag na de oplevering is van belang om de robuustheid te waarborgen. Voor dit project is een uitge- breid monitoringsprogramma opgesteld om vast te stellen of het ontwerp zich gedraagt zoals wordt verwacht. Het constructieve gedrag wordt gemonitord door bijvoorbeeld het meten van: - de zettingen van de fundering; - de verticale verkortingen van en de spanningen in de wanden; - de optredende windsnelheden verdeeld over de hoogte van het gebouw; dempers opgenomen (één van 260 ton en één van 870 ton) om de vervormingen te beperken. Door de zware betonconstructies en het constructieve gedrag vastgesteld bij de windtunnelproeven treden er geen resulterende trekspanningen op in de betonconstructie of de funderingselementen. Aardbevingen Jeddah is een gebied met lage tot gemiddelde seismische activi - teit. De mate waarin met seismische activiteit rekening moet worden gehouden, is vastgelegd in de lokale regelgeving. Deze input, maar ook de resultaten van een projectspecifiek onder - zoek, zijn meegenomen in de toetsing van de constructie op aardbevingen. De resulterende dwarskracht en het optredende moment aan de voet van de toren door windbelasting zijn aanzienlijk hoger dan die ten gevolge van aardbevingsbelastingen (fig. 9). Alleen in het lokale ontwerp van de mastconstructie waren aardbevingsbelastingen maatgevend. Tijdsafhankelijk gedrag De analyse van de elastische vervorming en het tijdsafhankelijke gedrag door kruip en krimp van de betonconstructie heeft veel aandacht gekregen, zoals ook bij veel minder hoge gebou - wen al gebruikelijk is. Op basis van de materiaalgegevens en de bouwvolgorde zijn prognoses gedaan over de vervormingen die optreden door alleen al de verticale belastingen op de constructie. Ongelijke spanningsniveaus en verschillen in tijdsafhankelijke karakteristieken van de diverse wanddelen zullen leiden tot een herverdeling van spanningen en vervormin - gen en dus ook extra krachten in de verbindende elementen 9 Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 16 gevelelementen zijn aan de bovenzijde aan de constructie opgehangen. Alleen de gevelelementen bij de hoeken van het gebouw hebben een afwijkende maatvoering. Bij de dubbel- hoge ruimten (zoals de duplex appartementen, sky lobby's enzovoort) zijn zwaardere gevelstijlen toegepast. Om het onderhoud aan de gevel te beperken (het voorkomen van mogelijke ophoping van zand) en het reinigen en onderhou- den van de gevel zo eenvoudig mogelijk uitvoerbaar te houden, is de gevel zo vlak mogelijk ontworpen. Er zijn meerdere gevelon- derhoudsinstallaties voorzien die het mogelijk maken ieder jaar de complete gevel (circa 166 000 m 2) viermaal te reinigen en die in voorkomende gevallen ook de beglazing kunnen vervangen. Duurzaamheid Op diverse manieren is duurzaamheid (in de betekenis van sustainability) bij het ontwerp van dit project een issue geweest. Enkele voorbeelden ter illustratie: - de luifelconstructie aan de voet van het gebouw kan efficiënt worden gebruikt om met behulp van PV-cellen energie te produceren; - de horizontale vervormingen en versnellingen door windbelastingen; - de paalbelastingen; - de verdeling van de belastingen over de palen en het plaatgedeelte van de fundering; - de aanwezige demping in de constructie. Gevel De kosten van de gevel bepalen bij projecten als deze voor een aanzienlijk deel de investeringskosten. Al in het begin van het ontwerp is ervoor gekozen om maar één geveltype toe te passen. Het feit dat de gevel zowel wordt blootgesteld aan woes- tijncondities als aan een maritiem milieu heeft het ontwerp en materiaalkeuze beïnvloed. De vliesgevel is ontworpen op een omgevingstemperatuur die kan variëren tussen 2 °C en 54 °C en een oppervlaktetemperatuur die kan oplopen tot 82 °C. Hoewel de gevel van de toren volledig uit transparante beglazing lijkt te bestaan, bestaat circa 50% van het gevelopper - vlak uit dichte delen. Het raster dat voor de gevelelementen is gehanteerd, is verdiepingshoog en 1,50 m breed; de 10 11 thema Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 17 10 De Jeddah Tower vanuit de lucht 11 De voet van de Jeddah Tower 12 Oplevering staat gepland voor 2019 bron: Jeddah Economic Company ? LITERATUUR Weismantle , P., Stochetti, A., Smith, A., Gordon Gill Architecture, Council on Tall Buildings and Urban Habitat journal, 2013. ? PROJECTGEGEVENS project Jeddah Tower opdrachtgever Jeddah Economic Company (Jeddah, Saoedi-Arabië) architectonisch ontwerp Adrian Smith + Gordon Gill Architecture (Chicago, Illinois, Verenigde Staten) constructief ontwerp Thornton Tomasetti (Chicago, Illinois, Verenigde Staten) aannemer Saudi Binladin Group (Jeddah, Saoedi- Arabië) - de warmtelast van het gebouw is gereduceerd door met de vorm van het gebouw op diverse plaatsen schaduwvlakken te creëren, door hoogwaardig isolerend glas toe te passen en door de niet- transparante delen van de gevel extreem goed te isoleren; - op het gebied van materiaalgebruik is gekozen voor het toepassen van wapening, die voor een belangrijk deel is samengesteld uit gerecycled materiaal, en voor het gedeelte- lijk vervangen van het cement door hoogovenslak en vliegas; - voor het transport van bouwmaterialen wordt zoveel mogelijk gebruikgemaakt van transport over water om de carbon footprint te reduceren. Stand van zaken De Jeddah Tower is nog in aanbouw: de bouw is gestart in 2013, de oplevering staat, na enige vertraging, op z'n vroegst gepland voor eind 2019. Tijdens het moment van schrijven (juni 2016) is de bouw gevorderd tot de 42e verdieping (foto 12). Dus het is nog even wachten tot de Jeddah Tower de 828 m hoge Burj Khalifa in Dubai naar de kroon stoot als hoogste gebouw in de wereld. ? 12 Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 18 thema 165 m prefab beton 1 The Breaker: hoogste volledig geprefabriceerde gebouw ter wereld thema 165 m prefab beton 5 2016 19 In de Perzische Golf voor de kust van Saoedi-Arabië ligt het eiland Bahrein. Het oliestaatje is een koninkrijk en was tot 1971 een kolonie van het Verenigd Koninkrijk. Bahrein heeft door zijn ligging, centraal in de oliewereld, een belangrijke economische en financiële positie kunnen innemen. De hoofdstad van Bahrein is Manama en in de wijk Seef werd in 2012 begonnen aan de bouw van de 165 m hoge Breaker Tower. Ontwerp The Breaker bestaat uit twee volumes: de bovenbouw (hoog- bouw) en de onderbouw. De hoogbouw heeft de vorm van een cilinderslot (fig. 4a). De appartementen zijn in het ronde gedeelte van de hoogbouw ondergebracht. De ronde vorm is gekozen om de appartementen in alle richtingen zo veel mogelijk zicht op de omgeving te geven. Vanuit de appartementen heeft men dan ook een fenomenaal uitzicht op de hoofdstad en de Perzische Golf. Het rechthoekige gedeelte aan de achterzijde is op te vatten als de 'ruggegraat' van het gebouw. Hierin zijn namelijk de liften en de trappenhuizen en een gesloten draag- structuur aanwezig om de 'weke delen' aan de voorzijde te ondersteunen. De onderbouw is een rechthoekig volume waarvan één hoek- punt is afgesnoten (foto 3). De entree van het gebouw zit in deze afgeschuinde gevel welke aansluit op de ervoor gelegen secundaire weg. Een ontsluiting aan de voorzijde van het gebouw op de hoofdweg (foto 2) was niet mogelijk vanwege ir. Dick van Keulen RC TU Delft, fac. CiTG / Ingenieursstudio DCK 1 The Breaker Tower in Manama, Bahrein 2 Voorgevel aan de hoofdweg 3 Achtergevel aan de secundaire weg The Breaker in Bahrein is het hoogste gebouw ter wereld dat is uitgevoerd met een volledig geprefabriceer - de betonconstructie. De woontoren dateert uit 2014, is 165 m hoog en telt 35 verdiepingen. Wat was er nodig om dit record te vestigen? En zien wij kans een dergelijk kunststukje in Nederland uit te voeren? Bronnen Het ontwerp van de geprefabriceerde betonconstructie van The Breaker is gemaakt door de constructeurs van Bahrain Precast Concrete Co. W.L.L. (BPC). BPC heeft de prefab-betonconstructie geproduceerd en gemonteerd op de bouwplaats. Dit artikel was niet mogelijk geweest zonder de door BPC verstrekte informatie, tekeningen en foto's. De auteur is BPC zeer erkentelijk voor de bereidwilligheid deze gegevens ter beschikking te stellen. 2 3 165 m prefab beton 5 2016 204a en 4b Constructieve plattegrond en torsie als gevolg van excentriciteiten van het ronde gedeelte waren niet wenselijk om zo veel moge- lijk vrijheid te houden bij het indelen van de appartementen met verplaatsbare scheidingswanden. Dit is mogelijk gemaakt door kolommen met balken in de gevelzone te plaatsen. De betonwanden aan de achterzijde van het gebouw vormen gezamenlijk de dragende stabiliteitsconstructie. Deze wanden zijn in de hoeken aan elkaar gekoppeld en dus feitelijk kern- constructies of wanden met flenzen. De 3D-samenwerking tussen deze elementen zijn in de rekenmodellen echter verwaarloosd: de wandschijven zijn geschematiseerd als losse stabiliteitswanden die verticaal uitkragend in de paalfundering zijn ingeklemd. Omdat de betonwanden zich aan de achterzijde van het gebouw bevinden, ligt het zwaartepunt van de horizontale belastingen behoorlijk excentrisch (e y) ten opzichte van het zwaartepunt van de stabiliteitsconstructie (fig. 4a). Ook in de andere richting is er een excentriciteit ( e x) aanwezig omdat in de westgevel geen stabiliteitswanden zijn geplaatst. Ook het zwaartepunt van de verticale belastingen ligt excentrisch ten opzichte van de zwaartepunten van de stabiliteitsconstructie. In de berekening zijn deze excentriciteiten met 10% verhoogd vanwege de aanwezigheid van 'toevallige excentriciteiten'. Het gevolg is dat het gebouw niet alleen transleert ten gevolge van de horizontale en verticale belastingen, maar ook zal roteren zoals schematisch weergegeven in figuur 4b. De stabiliteits- constructie wordt dus belast op buiging en torsie. De krachten in de betonconstructie ten gevolge van torsie bleken een stuk westgevel e y ex Fwind;y Fwind;x oostgevel 33,2 m 16,6 m 23,8 m Mtorsie F1 F2 F2 KP V 265 balkbodem KP V 500 in-situ bet onvloer KPV 200 detail a detail b KP V 200 KPV 200 4a 4b het doorgaande karakter ervan. Het gebouw is echter wel ontworpen alsof de voorgevel aan de hoofdweg is gelegen. De voor- en zijgevels van de onderbouw zijn licht gebogen (foto 2). Deze gevels sluiten aan op de ronde vorm van de boven- bouw. Het architectonisch ontwerp wordt door de projectont - wikkelaar gezien als 'moderne architectuur met extravagant versierde afwerkingen' [2]. De woontoren heeft een vloeroppervlakte van in totaal 29 800 m 2. De bouwkavel is 1980 m 2 groot. Op de begane grond is een showroom gevestigd. In de erboven gelegen vijflaagse parkeer - garage kunnen meer dan tweehonderd auto's parkeren. De ontsluiting van de parkeergarage is eveneens aan de secundaire weg. De 6e verdieping markeert de overgang van de onderbouw naar de bovenbouw. Op deze verdieping bevinden zich gemeenschappelijke voorzieningen zoals een zwembad, fitnessruimten en een recreatieve buitenruimte. De bovenbouw bestaat uit 28 verdiepingen met appartementen. Op de 6e tot 30e verdieping zijn steeds vier standaardappartementen onder - gebracht. Daarboven volgen drie verdiepingen met penthouses die een hele verdieping groot zijn. De vrije hoogte tussen de vloeren in de appartementen is 4,2 m. Constructief ontwerp De draagconstructie van de hoogbouw bestaat uit een balken- kolommenstructuur aan de voorzijde en dragende schijfwanden aan de achterzijde van het gebouw. Kolommen in het midden thema 165 m prefab beton 5 2016 21 5 Kanaalplaten 500 mm dik, 18,0 m lang 6 Kolommen en balkbodems in gevelzone 7 Wapening ten behoeve van aanstortstrook 8 Overzicht van een verdiepingsvloer groter dan de krachten als gevolg van buiging. Figuur 4b is een principeweergave van hoe de krachten uit de vloerschijven op de wanden worden verdeeld. Door het ontbreken van meerdere schijfwanden met voldoende onder -linge afstand in de korte richting van de rechthoek moet de windligger als een in de achterzijde ingeklemde ligger worden geschematiseerd. De dwarskracht (F 1) wordt afgegeven aan de wand evenwijdig aan de richting van de belasting. De krachten 5 6 7 8 165 m prefab beton 5 2016 165 m prefab beton 5 2016 22 buigtrekwapening buigtrekwapening opgeruwd aansluitvlak in-situ beton haarspeldengeproleerd aansluitvlak (shear key) trekbanden in in-situ stortstrook schenkel in zijsleuf- sparing KPV 200 opgeruwd stortvlak geproleerd aansluitvlak (shear key) buigtrekwapening buigtrekwapening opgeruwd aansluitvlak in-situ beton haarspeldengeproleerd aansluitvlak (shear key) trekbanden in in-situ stortstrook schenkel in zijsleuf- sparing KPV 200 opgeruwd stortvlak geproleerd aansluitvlak (shear key) thema Prefab-betonconstructie Ter plaatse van de appartementen moest vanwege de vrije indeelbaarheid een relatief grote overspanning van 18,0 m worden overbrugd. Hier zijn 500 mm dikke kanaalplaten met afgeschuinde kopse zijden toegepast (foto 5). Deze kanaalplaten liggen op balkbodems (foto 6) die tussen de kolommen zijn aangebracht. Met een strook in-situ beton tussen de balkbodems en de gevel is de ronde vorm aan ( F 2) uit het torsiemoment (M torsie ) worden afgegeven aan de wanden in de andere richting. De stabiliteitsconstructie is gemodelleerd in een eindige- elementenprogramma. De resultaten uit deze berekening zijn vergeleken met de resultaten van een handberekening. De hele constructie is geverifieerd aan de Eurocode / British Standard. 9 10 11 23 9 Haarspelden in inkassing 10 Verticaal aansluitdetail 11 Horizontaal aansluitdetail 12 prefab elementen achtergevel 13 Onderbouw in aanbouw de vloer gerealiseerd (fig. 4 en foto 7). De kanaalplaten zijn via koppelankers in de kopsleuven aan de balken gekoppeld. De balkbodems liggen op consols aan de ronde kolommen. De kolommen hebben een diameter van 1,5 m. De kolommen zijn in het eindige-elementenmodel als pendelstaven geschematiseerd. De leverancier van de prefab-betonelementen heeft beton met verschillende sterkteklassen gebruikt. De gebruikte sterkteklas - sen waren echter niet hoger dan C55/67. Hogere sterkteklassen worden in het Midden-Oosten nog maar weinig gebruikt. Foto 9 geeft een overzicht van een verdiepingsvloer. Hierin is zichtbaar dat de meeste vloeren zijn uitgevoerd met kanaalplaten. De trappen en vloerplaten rondom de trappen zijn gemaakt van massief prefab beton. Er zijn ook prefab beto- nenvloerplaten gebruikt voor de inpandige balkons op de hoeken aan de achterzijde van het gebouw. Deze balkons zijn gebruikt voor het inpandig opstellen van de airco units die in verbinding met de buitenlucht moeten staan. Alle prefab wanden liggen op een doorgaande console aan de wanden (foto 9). Op die manier kon men in het rekenmodel aannemen dat de vloeren scharnierend aan de wanden zijn verbonden. Schijfwerking Voor de schijfwerking van de vloeren zijn rondom trekbanden toegepast. In de ronde in-situ randstroken aan de vloeren is 13 buigtr ekwapening V-vormige ver diepte sleuf V-vor mige incassing met met opgeruwd aansluit vlakken t.b .v. 'bek iste' binnenruimt e w-01 w-02w-02sp w-01sp 12 automatisch trekbandwapening aanwezig. De trekbanden lopen door over de prefab-betonwanden. Daar is ruimte tussen de kopse zijde van de kanaalplaat en een opstaande rand aan het gevelpaneel aanwezig zoals weergegeven in het detail van figuur 10. Deze vormen de bekisting van de stortstrook die na het aanbrengen van de wapening is aangestort. Bij wanden waarop aan twee zijden een vloerplaten op liggen (op consoles aan de bovenzijde) ontstaat hier automatisch ruimte voor een gewa- pende stortstrook. Deze stortstroken versterken de vloerschijf. Ter plaatse van de achtergevel zijn vanwege het open trappenhuis geen vloeren aanwezig, terwijl een trekband voor krachtsinleiding en een horizontale steun voor de prefab-betonwanden wel gewenst is. Dit is opgelost door in elke prefab-betonwand aan de bovenzijde een V-vormige verdiepte sleuf te maken. Deze worden doorgaand gewapend en afgestort zodat ook in de achtergevel de trekband en een horizontaal steungevende balk aanwezig is. Koppeling tussen wandelementen De wandelementen zijn ter plaatse van de verticale voeg, via een gewapende in het werk gestorte stortstroken aan elkaar gekoppeld (fig. 12). In het wandelement is aan de kopse zijde een V-vormige inkassing gemaakt. Bij twee tegenover elkaar geplaatste wanden onstaat een 'bekiste' binnenruimte. Uit de 165 m prefab beton 5 2016 24 14 Montage van de prefab elementen tief samen zoals dat het geval is bij monoliet beton. Een aansluitvlak met een opgeruwd oppervlak in de inkassing (fig. 12)kan in staat zijn zelfstandig de schuifkrachten met voldoende afschuifstijfheid over te brengen. De afschuifcapaci- teit moet dan uiteraard wel aantoonbaar en reproduceerbaar aanwezig zijn. Bij een geprofileerd aansluitvlak (shear key) is geen volledige samenwerking aanwezig omdat het vlakke en het gladde aansluitvlak vrijwel direct onthecht. Een shear key heeft een relatief hoge schuifsterkte. De afschuifstijfheid is wel een stuk lager waardoor van volledige samenwerking geen sprake is. In figuur 12 is te zien dat de prefab-betonelementen via verticale stortstroken aan elkaar zijn gekoppeld. De twee elementen hebben beide een inkassing met opgeruwde aansluitvlakken. Dit betekent dat als het opgeruwde aansluit- vlak zelfstandig in staat de afschuifkrachten over te brengen er tevens volledige samenwerking tussen de prefab-betonelemen- ten aanwezig is. Het gevolg is dat de verticale buigtrekspannin- gen zich zo concentreren aan de uiteinden van de samenstelling wandconstructie. Figuur 12 laat zien dat daar cencentraties stekwapening aanwezig zijn. In figuur is steeds aan één zijde een aansluitvlak met shear key gemaakt. Dit is slechts een prak- tische afschuifverbinding omdat bij de modellering van de stabiliteitsconstructie is aangenomen dat er geen constructieve samenwerking in de hoeken aanwezig is. Het aansluitvlak tussen de stortstrook en de wand met inkassing (fig. 12) is wel voorzien van een opgeruwd vlak. Er is dus een volledige samenwerking tussen de stortstrook en het prefab-betonele- ment aanwezig waardoor ook de verticale wapening in de sort- strook als buigtrekwapening benut kan worden. Immers, ook geld dat zonder samenwerking in het stortvlak de wapening niet wordt aangesproken. Parkeergarage De onderbouw bestaat uit een structuur van prefab-betonbalken en -kolommen waartussen kanaalplaatvloeren zijn aangebracht (foto 13). De stabiliteit van de laagbouw wordt deels geleverd door in de fundering ingeklemde betonkolommen. Realisatie De bouwsnelheid was bepalend bij de keuze van de bouwme- thode. Door de relatief lage hoeveelheid in-situ beton kon de vooraf gewenste bouwsnelheid worden gerealiseerd. De prefab bouwer monteerde gemiddeld 2,5 verdieping per maand. Dat is voor bouwwerken in het Midden-Oosten een stuk sneller dan wanneer het met de gebruikelijke in-situ bekistingsmethoden zou zijn uitgevoerd. Bij The Breaker Tower monteerde men gemiddeld één verdieping in dertien dagen. Er waren zeven dagen nodig voor de montage van de balken, kanaalplaten en trappen. De prefab kolommen en prefab-betonelementen steken ingestorte haarspelden (foto 9, fig. 12) die zodanig zijn gepositioneerd dat ze tijdens de montage langs elkaar schuiven. Van bovenaf kan men hier wapening in de inkassing laten zakken en het geheel vullen met beton zonder dat een traditionele bekisting nodig is. Wandele- menten in elkaars verlengde die gezamenlijk een wandschijf vormen, zullen via de verticale stortstroken constructief moeten samenwerken. Dit betekent dat via de aansluitvlakken tussen de verticale stortstrook en de prefab-betonelementen afschuifkrachten moet worden overgedragen. Voor volledige samenwerking moet deze krachtsoverdracht plaatsvinden met een afschuifstijfheid die gelijk is aan die het ernaast gelegen prefab- betonelement. Alleen dan werken de wandelementen construc - 14 thema 165 m prefab beton 5 2016 25 15 en 16 The Breaker Tower tijdens de bouw ? PROJECTGEGEVENS project The Bahrein Tower ontwikkelaar Bin Faqeeh Real Estate Investment architect & Constructeur Arab Architects hoofdaannemer Al Taitoon Contracting Co. S.P.C. prefabbeton (ontwerp, productie en montage) Bahrain Precast Concrete Co. W.L.L. wanden werden in de resterende zes dagen gemonteerd. De in-situ werkzaamheden vonden plaats binnen deze dertien dagen. De hele prefab montage was uiteindelijk een week eerder afgerond dan vooraf gepland. De productie van de prefab-betonelementen in de betonfabriek liep steeds minstens twee maanden voor op de montage op de bouwplaats. Op die manier werd voorkomen dat eventuele vertragingen in de productie tot vertragingen op de bouwplaats zouden leiden. Tijdens de uitvoering werd de hoogste prioriteit gegeven aan de montage van de prefab elementen in het ronde gedeelte van het gebouw. De bouwkundig aannemer kon dan snel aan de slag met de afbouw in de appartementen. Het verticale en horizontale transport van de prefab-betonele- menten op de bouwplaats was een enorme uitdaging. Voor het gewicht van de prefab elementen, de hoogte van het gebouw en de benodigde vlucht van de kraan was een standaard torenkraan niet toereikend. Deze kraan moest 100 m boven zijn laatste bevestigingspunt kunnen opereren. Bij de start van de montage kon het gebouw de kraan immers nog niet steunen. Daarnaast moest de kraan prefab elementen van 24 ton in combinatie met een horizontale vlucht van 43 m kunnen hijsen en verplaatsen. Uiteindelijk is de grootste kraan uit de regio gehuurd. De enorme kraan had een haakhoogte van 168 m en kon 12 ton hijsen en verplaatsen op een horizontale vlucht van 60 m. Een Nederlands hoogterecord? Nederland doet niet echt mee in de hoogbouwcompetitie die wereldwijd wordt gespeeld. Hoge gebouwen zijn elders in abso- lute zin veel hoger. Nederland loopt echter voorop met kennis en ervaring op het gebied van de toepassing van prefab beton. Er is in de afgelopen decennia een aantal relatief slanke geprefabriceerde betonconstructies voor hoge gebouwen gerealiseerd. Daarnaast kijkt men in het buitenland nog steeds verbaasd naar de efficiënte wijze waarop de prefab-betonconstructies van het Erasmus MC en de Delftse Poort met hijsloodsen zijn gebouwd. Het is te verwachten dat in de komende jaren in Nederland rond de 200 m hoog gebouwd gaat worden. Wanneer een van deze gebouwen volledig in prefab beton wordt uitgevoerd, is een hoogbouwhoogterecord voor Nederland binnen handbereik. Wie gaat deze uitdaging aan? ? 16 15 165 m prefab beton 5 2016 26 thema Innovatieve constructie