Balkenrooster nader uitgewerkt7201362Balkenroosternader uitgewerktRechtbank Zwolle is bezig met de herhuisvestingvan het justitiegebouw. Hiertoe is een nieuwgebouw gerealiseerd en wordt het bestaandegebouw gerenoveerd. In de uitvoeringsfase is eenalternatief ontwerp gemaakt voor de fundering en ishet ontwerp voor de hoofddraagconstructie naderuitgewerkt.Nieuwbouw Rechtbank Zwolle (2)Een belangrijk onderdeel van de draagconstructie van denieuwbouw van Rechtbank Zwolle is een grote in het werkgestorte tafelconstructie op het niveau van de derde verdieping.Deze constructie bestaat uit een balkenrooster dat wordtondersteund door rechte en schuine, V-vormige kolommen.Hierboven bevinden zich drie kantoorlagen. In de toekomstmoet het mogelijk zijn ??n extra verdieping toe te voegen.Verder wordt het ontwerp gekenmerkt door overstekken op deeerste en de derde verdieping. In het Cementartikel `Verdiepinguitgevoerd als balkenrooster' (elders in deze uitgave) staat meerover het constructief ontwerp.Balkenrooster nader uitgewerkt 72013 63900090009000900090009000900090009000 9000 9000 9000 9000 9000 900015 30 40AZAXFMTAEAKAS05 10 20 25 35d=1400 d=1400d=1400 d=1400d=1400d=1400 d=1400 d=1400d=1400d=1400d=1400d=1400d=1400d=1400 d=1400d=1400d=700-6300d=700-6300d=700-6300In de aanbestedingsfase is het ontwerp van de hoofddraagcon-structie en de fundering geanalyseerd. De conclusie was dat dezeer uitdagende hoofddraagconstructie het juiste antwoord wasop de bouwkundige hoofdopzet en architectuur van hetgebouw. De constructie bevat onderdelen die doen denken aande wederopbouwarchitectuur uit de jaren vijftig. Hij versterktde ruimtelijke werking in het gebouw. Elk alternatief zouafbreuk doen aan dit unieke samenspel. De opdrachtnemerbesloot dan ook de gehele hoofddraagconstructie ongewijzigdte handhaven, hoe gedurfd en uitdagend ook.Dit was anders voor het ontwerp van de fundering. De wensvan de opdrachtgever om de geluids- en trillingshinder tijdensde bouw te beperken en dat te belonen met een aanzienlijkpuntenvoordeel bij de gunning, was aanleiding een alternatiefte ontwikkelen.In het hiernavolgende worden zowel het nieuwe funderingsont-werp als de uitwerking van het uitvoeringsontwerp beschreven.Alternatieve funderingZoals al uit het Cementartikel `Verdieping uitgevoerd alsbalkenrooster' blijkt, wordt de belasting van het gebouw via detafelconstructie naar een gering aantal kolommen overge-bracht. Dit leidt tot wisselende kolombelastingen op funde-ringsniveau. Op enkele plaatsen loopt die belasting op tot zeerhoge rekenbelastingen van circa 23 000 kN. In het oorspronke-lijk ontwerp van de fundering was gekozen voor een paalfun-dering (Vibro-combinatiepalen). Dit vanwege de wisselendeconusweerstanden in de zandlagen en de grote verschillen inkolomlasten. Met een paalfundering kan draagvermogenworden geleverd op de plaatsen waar het nodig is, waardoorzettingen en zettingsverschillen goed zijn te voorkomen. Debouwput voor het realiseren van de tweelaagse parkeerkelderwas verder uitgewerkt in onderwaterbeton en veelal tijdelijkedamwanden.In de aanbestedingsfase is voor de bouwput een alternatief onder-zocht met een droge bouwmethode en een injectielaag, duszonder onderwaterbeton. Uit onderzoek bleek tevens dat hetmogelijk was een fundering op staal toe te passen. Volstaan konworden met het verdichten (aftrillen) van het ontgraven opper-vlak. Op plaatsen met grote kolombelastingen moesten eengrondverbetering en poeren van 8 ? 8 m met een dikte van1400 mm worden toegepast. Omdat een fundering op staalgevoeliger is voor zettingen, is de invloed van deze zettingenuitgebreid onderzocht.Uiteindelijk is besloten inderdaad een bodemafsluiting met injec-tie en een fundering op staal toe te passen. Door deze bouwme-thode verviel het zware heiwerk. De damwanden zijn in dezeoplossing weliswaar langer, maar ze zijn blijvend uitgevoerd. Hier-door verviel de overlast bij het trekken en bestond er geen risicovoor zettingen onder de nieuwe fundering op staal.De fundering op maaiveld naast de kelder werd vanwege desamendrukbare bovenlagen met mortelschroefpalen uitgevoerd.Dit alternatieve ontwerp resulteerde in een reductie van bouw-kosten en bouwtijd. Bovendien leverde het een aanzienlijkpuntenvoordeel op in de aanbestedingsprocedure.1Arend BaanBouwcombinatie Dura VermeerTrebbeir. Arie Koot rCZonneveld ingenieurs1 Het justitiegebouw in Zwollefoto: Maarten Noordijk2 In de keldervloer van 700 mm zijn ter plaat-se van de zware hoofdkolommen en hoofd-kern poeren van 1400 mm dik gemaaktBesteks- en uitvoeringsontwerpAan Rechtbank Zwolle wordt aandacht besteed in twee artikelen.In het eerste artikel`Verdieping uitgevoerd als balkenrooster'komthet besteksontwerp aan bod. In dit tweede artikel het alternatievefunderingsontwerp en een nadere uitwerking van het ontwerpvoor de hoofddraagconstructie.2Balkenrooster nader uitgewerkt7201364schenkels 20-100te lassen aan damwand1400-6300-7700schenkels 20-100gecompartimenteerdezwelbandAZ18-7003 x 10 stiftdeuvels?16x200per dubbele plank34Uitvoering V-vormige kolommenDe V-vormige kolommen (900 ? 900 mm2loodrecht op de as)komen op de eerste verdieping samen (foto 4). Het realiserenvan de bekistingen vergde het nodige ambacht. Aangezien elkeV-vormige kolom uniek is, zijn voor de broekstukken apartebekistingen gemaakt.Om de schuine stekken in de onderliggende kolom te kunnenplaatsen, was vanwege de geometrie een mal nodig. Die malkon echter niet eenvoudig worden geplaatst, omdat op datmoment de vloer nog niet was gestort. Daarom is eerst dekolom onder de eersteverdiepingsvloer gestort, vervolgens devloer met een sparing van 1100 ? 1100 mm2boven en820 ? 820 mm2onder. Tijdelijk rustte een deel van de vloerdaardoor op een randje van 40 mm. In de sparing zijn deschuine wapening van het broekstuk gestoken en tot slot is desparing aangestort met C53/65 (foto 5, fig. 6).Na het storten van het broekstuk werden de schuine kolomkis-ten gesteld. Deze werden vervolgens op de reeds gestorte delengeklemd (foto 7).Stortnaden V-kolommenVoor de berekening van de horizontale stortnaden tussen hetbroekstuk en de schuine kolommen is aanvankelijk uitgegaanvan `normaal' uitgevoerde stortvlakken. Met normaal wordthier bedoeld `een ruw stortvlak zonder een nabewerking alsbezemen, boucharderen of ruwhakken'. In het werk bleek dathet stortvlak van de broekstukken vlakker en gladder werd danin de berekening was aangenomen, door de aanwezigheid vaneen harde cementhuid. Deze cementhuid is door middel vanboucharderen verwijderd, omdat het vooraf bezemen omkwalitatieve redenen geen optie was.Twee zware kolommen waren echter al gestort voordat voordeze oplossing werd gekozen. Deze kolommen zijn daaromherberekend. De maatgevende kolom heeft een rekenbelastingvan 18 000 kN (verticale component 15 000 kN) en het stort-vlak maakt een hoek van 59? met de as van de kolom. Na aftrekvan de capaciteit van de langs- en beugelwapening resulteertUitwerking funderingDe keldervloer is 700 mm dik en de poeren ter plaatse van dezware hoofdkolommen (tot Nd= 23 000 kN) en hoofdkern zijn1400 mm dik. Voor de lichte kolommen (tot Nd= 6000 kN) zijngeen extra poeren gemaakt (fig. 2).De belasting uit de bovenbouw wordt door de fundering opstaal overgebracht naar de ondergrond. Bij de zwaarbelasterandpoeren nemen echter ook de damwanden een aanzienlijkdeel van de belasting op. De keldervloer en de kelderpoerenzijn met stiftdeuvels en plaatselijk met aangelaste wapening aande damwand gekoppeld. De maximale verticale rekendwars-kracht tussen poer en damwand bedraagt 1000 kN/m.Ter plaatse van de inrit van de parkeerkelder worden dedamwanden, vanwege beperkte bovenbelasting, op trek belast.Nadat de ruwbouw tot het dak gereed was, is de bemalingbe?indigd. Een dubbele gecompartimenteerde zwelband tussendamwand en beton zorgt voor de waterdichtheid (fig. 3).KolommenAan zowel de schuingeplaatste kolommen als het balkenroosteris bijzondere aandacht besteed in de engineering en werkvoor-bereiding om deze op de juiste wijze te kunnen uitvoeren.3 Een dubbele gecompartimenteerdezwelband tussen damwand en betonzorgt voor de waterdichtheid4 De V-vormige kolommen komen op deeerste verdieping samen5, 6 De kist van het broekstuk werd gebruiktom de schuine stekken te positioneren,waarna het vloerdeel werd aangestort7 De schuine kolomkisten werden op dereeds gestorte delen geklemdBalkenrooster nader uitgewerkt 72013 65567C53/65bgls10-10016208 32 dokenbgls10-150bgls1015003dubbele1620bgls10-200bgls10-1503dubbele10-1001625600BalkenroosterDe balken in het balkenrooster zijn 400 mm breed en 1700 mmof 1800 mm hoog en uitgevoerd in C35/45 (op ??n locatie inC53/65). Het balkenrooster is overwegend3,6 ? 3,6 m. Ten behoeve van de aansluiting met de kolommenzijn enkele vlakken volgestort met beton (`kolomkoppen').WapeningDe basishoofdwapening in de balken is 6?32 onder en boven.Maximaal is als bovenwapening 16?32 in vier lagen aange-bracht. In overleg met de vlechter zijn voor de hoofdwapeningvan de balken alleen staven ?32 toegepast. Door het toepassenvan ??n staafdiameter was men in staat het vlechtwerk strakkerte `maatvoeren' en bij kruisingen steeds dezelfde oplossing toete passen.dit in een gemiddelde rekenbetonnormaalspanning n;dvan15,5 N/mm2en een gemiddelde betonschuifspanning van8,7 N/mm2in het stortvlak. Omdat de VBC geen rekenregelsgeeft voor stortvlakken in kolommen en omdat de beton-schuifspanning dgroter is dan 2(bij C45/55 2= 6,6 N/mm2), is van de norm afgeweken. Voor de maximaal toelaat-bare schuifspanning is aangehouden: u= kb fb+ ks n;d.Voor kb fbis 0,2 N/mm2aangehouden en voor de dwars-krachts-wrijvingsfactor kseen waarde van 0,56. Hierin ismeegenomen dat, zoals uit literatuur/onderzoek volgt,normaalspanning effectiever is dan (afschuif)wapening lood-recht op het vlak en dat de wrijvingsfactor afneemt naarmatede normaalspanning toeneemt.Professor Walraven van de TU Delft heeft een secondopinion uitgevoerd en de verbinding getoetst, waarbij hijzelfs een nog iets hogere capaciteit rapporteerde. Het slopenvan de kolommen of destructief onderzoek was derhalve nietnodig.Balkenrooster nader uitgewerkt720136625-150 25-150 25-30025-300hsp 20-150 hsp 20-1503004000400320040015008 Wapening in het balkenrooster9 Wapening ter plaatse van kolomkoppenBekistingVoor het storten van het balkenrooster is een tafelbekistinggebruikt waarop binnendozen zijn geplaatst (foto 10). Omdatde architect een ruw betonoppervlak wilde, is de bekisting (zij-en onderkanten van de balken) bekleed met ruw underlayment.Dit kon ook maar eenmalig worden gebruikt. Ook de kolom-men zijn met ruw underlayment uitgevoerd.De vloer van de derde verdieping is een breedplaatvloer. Debovenzijde van deze vloer is de bovenzijde van de balken enkolomkoppen (fig. 9).DoorstempelingDe gesommeerde capaciteit van de beganegrondvloer en deeersteverdiepingsvloer was voldoende om tijdens de bouwfasehet stortgewicht van het balkenrooster tot onderkant vloerderde verdieping en de breedplaatschil van de derde verdiepingte dragen. Alleen ter plaatse van de vides in de beganegrond-vloer en de eersteverdiepingsvloer en ter plaatse van de kolom-koppen, is doorgestempeld naar de -2 vloer. De -1 vloer is rela-tief dun en licht gewapend, waardoor deze voor het opnemenvan de uitvoeringsbelasting niet geschikt was.Het balkenrooster is in tien storten gerealiseerd. In verbandmet de voortgang heeft de aannemer de balken in vier gebiedenlaten `schrikken'. In ??n keer schrikken van zo'n gebied (alleslosdraaien, beginnend in het midden van de overspanning, enalles weer vastdraaien) was geen optie, omdat de vervormingenin de nog niet verharde balken en in de wel uitgeharde balkente groot zouden kunnen worden en de krachtsafdracht te veelzou afwijken van de beoogde definitieve fase. Daarnaastzouden veel stempels worden overbelast.Daarom is een `schrikplan' gemaakt met daarin aangegevenwanneer en met hoeveel slagen de stempels losgedraaidmoesten worden (fig. 11). De fasen van dit plan zijn doorgere-kend en daar waar nodig zijn extra stempels geplaatst. Doordeze wijze van schrikken, kon ook de breedplaatschil gewoonworden onderstempeld. De kans dat bij het schrikken de stem-pels onder de schillen te veel zouden zakken ten opzichte vande oplegging van de schil ter plaatse van de betonbalken, washiermee geminimaliseerd.De staven voor de hoofdwapening (meestal 14 m lang) zijn metkorte staven ?32 tussen de kruisende balken gekoppeld. Debasiswapening die bestaat uit beugels, hoofdwapening en flank-wapening, bedraagt inclusief lassen 190 kg/m3. In de zwaarstebalken is 450 kg/m3aanwezig. De gemiddelde wapening is onge-veer 250 kg/m3.Ter plaatse van de kolomkoppen wordt ophangwapening toege-past ten behoeve van de belasting uit de langsbalken. Hiertoewordt de verticale wapening aan beide zijden van de langsbalkenononderbroken doorgezet over de kolomkop (fig. 9).Ten gevolge van de schuine kolommen ontstaan horizontaalontbonden trekkrachten in de balken en de vloeren. Deze trek-krachten reduceren de dwarskrachtcapaciteit van de balken envloeren. In de balken is deze reductie opgelost met extradwarskrachtwapening. Om dwarskrachtwapening in de vloerente voorkomen, zijn de vierkante vloervelden in ??n richtingdragend berekend maar is de wapening in twee richtingenaangebracht. Dit zorgt ervoor dat als de trekkracht uit deschuine kolommen in ??n richting de dwarskrachtcapaciteitbijna totaal reduceert, er altijd wapening aanwezig is om debelasting in de andere richting af te dragen.98Balkenrooster nader uitgewerkt 72013 67ZAEAKASAX05 10 15 201x1x1x2x1x2x3x4x5x90009000900090009000 9000 900010 Balkenrooster in uitvoering11 Op het schrikplan is aangegeven wanneer en met hoeveel slagen de stempels moestenworden losgedraaid. Op de tekening staat het aantal slagen van 4 mm elkHet aanbrengen en verdichten van het beton vergde veelmankracht vanwege het gebruik van kleine trilnaden (i.v.m.kleine staafafstanden), de hoogte van de balken, de grotehoeveelheid wapening en omdat bij elke balkkruising het betondrie kanten opstroomde.Ondanks de inzet viel de eerste stort tegen: op een aantal plaat-sen zijn grindnesten ontstaan. Dit heeft ertoe geleid dat debalken voor een klein deel opnieuw zijn gestort en een aantalreparaties heeft plaatsgevonden. Nadien is de trilcapaciteitaangepast en zijn de stortdelen verkleind. Hiermee konden deeerder genoemde tekortkomingen volledig worden voorkomen.Tot slotHet realiseren van de constructie van de rechtbank bood veeltechnische uitdagingen. De samenwerking tussen werkvoorbe-reiding, uitvoering en constructeur leidde tot het vooraf onder-kennen van de technische vraagstukken. Met de kennis enervaring van beide partijen zijn de complexe onderdelen effici-ent en adequaat uitgevoerd, waarbij niets aan het toeval is over-gelaten. ProJeCtgegeVeNSproject Rechtbank Zwolleopdrachtgever Rijksgebouwendienstarchitect Hootsmans architectuurbureauaannemer Bouwcombinatie Dura Vermeer Trebbeadviseur constructie besteksontwerp Arcadisadviseur constructie uitvoeringsontwerp Zonneveld ingenieursHet was absoluut noodzakelijk te voorkomen dat de spindelsbij het schrikken te veel zouden doorschieten. Hiervoor zijn`begrenzers' gebruikt, die de steigerbouwer ooit eens hadgemaakt maar nog ongebruikt op zolder lagen.VervormingDe maximaal berekende verticale vervorming ten gevolge vande representatieve belasting inclusief een extra verdieping,bedraagt 170 mm ter plaatse van de grootste uitkraging. Daar-naast verdraait de derde verdieping ook horizontaal tijdens debouw ten gevolge van de schuine kolommen. De maximalehorizontale verplaatsing hierdoor is 20 mm.Om de vervorming in de eindtoestand te beperken, is hetbalkenrooster getoogd. Voor elke balkkruising is de toe tepassen toog opgegeven. De kist van de grootste uitkraging is100 mm getoogd. Bij het bepalen van deze toog is, gezien deoptredende momenten, uitgegaan van een mogelijk gescheurdedoorsnede van de balken en de vloer. Nadat de zesde verdie-ping was gestort, stond de bovenkant van de derde verdiepingter plaatse van de grootste uitkraging nog circa 50 mm hogerdan het theoretische niveau. De bijdrage van het beton aan destijfheid van de uitkraging is groot totdat er scheuren ontstaan.Er is tijdens de uitvoeringsperiode nog geen scheurvormingwaargenomen, wat een verklaring kan zijn van de geringedoorbuiging.Op de locaties waar de grootste vervormingen te verwachtenwaren, is de gevel zo laat mogelijk geplaatst. De gevel maaktdaardoor een geringer deel van de totale vervorming mee.StortDe eerste stort van de balken was relatief groot om hiermee eenstabiele constructie van kolom naar kern te kunnen maken.1011