C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gLezingcement 2006 3 33Joop Paul zat lang in de schoolban-ken. Hij studeerde in Delft bij pro-fessor Wardenier en promoveerdein Kumamoto bij professorenKurobane en Makino. Pas met der-tig begon hij met werken (na mili-taire dienst en promotie), en welbij Obayashi, een van de grootstebouwfirma's van Japan. Na driejaar stapte hij over naar Arup inTokio en verhuisde ruim een jaarlater naar Londen. Daar volgde hijook nog een MBA-studie aanLondon Business School. In 2000kwam hij, na een tocht van elf jaar,weer terug naar Nederland.Sindsdien is hij verantwoordelijkvoor alles wat Arup in Nederlanddoet en wat de Nederlandse vesti-ging in het buitenland doet.H o b b y ' sEen van zijn hobby's betreft hoog-bouw. "Van de torens waarmee ikme heb beziggehouden, zijnhelaas de meeste nog nietgebouwd. Dat geldt bijvoorbeeldvoor een toren van 800 m hoog,gepland in de baai van Tokio, dieObayashi samen met NormanFoster ontwierp. Een anderetoren is de Guangzhou TV Tower,totaal 610 m hoog, inclusief eenmast van 150 m. De bouw daarvanis vorig najaar gestart. Tot slot iser de Belle van Zuijlen in Utrecht,die de Architecten Cie samen metArup heeft ontwikkeld. Of die erkomt, weet eigenlijk niemand. Opde site www.bellevanzuijlen.nlmogen mensen zeggen wat zeervan vinden. Sommigen vindenhet prachtig, maar er zijn er ookdie het minder vinden."Aardbevingen is een tweedehobby: "Rekening houden metaardbevingen wil eigenlijk zeggen:?f een gebouw moet een bepaaldehoeveelheid energie kunnen opne-men zonder te bezwijken ?f jezorgt ervoor dat deze energie hetgebouw niet binnenkomt. Omervoor te zorgen dat de energiehet gebouw niet binnenkomt, kanmen het op veren zetten ? eensteeds meer gebruikte strategie.Iets wat ook steeds meer in zwangkomt, is dat je de energieopnamealleen kunt laten plaatsvinden invervangbare onderdelen; die kunje later, als ze beschadigd zijn, ver-vangen." Ter illustratie schetst hijeen gebouw in Tokio. Aan eenkant heeft dat een voet waarin eenTweede Cement-lezing door dr.ir. Joop Paul:Beleving!Op donderdag 23 maart j.l. werd aan de TU Delft de tweede editie van dejaarlijkse Cement-lezing gehouden. Joop Paul, constructief ontwerper endirecteur van Arup, vermaakte een volle collegezaal F in `Civiel' met zijn ver-handeling over het thema `Beleving'. Drie van zijn hobby's kwamen aan deorde: hoogbouw, aardbevingen en vrije vormgeving. Elk aspect werd uitge-werkt aan de hand van een voorbeeldproject.Joop Paul in zijn inleiding: "Deze lezing is bedoeld voor jonge mensen met eendroom. Een jaar of vijftien geleden dacht ik: als ik dit vak wil gaan uitoefenen,dan wil ik iets moois maken en meewerken aan markante gebouwen. Ik zaldaarom wat gebouwen laten zien die illustreren dat wat je wilt, ook kan."1 |Joop Paul over het thema`Beleving'.2 |De belangstelling voorde lezing was groot.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gLezingcement 2006 334soort demper zit, die bij een aard-beving op en neer schuift. Datgeeft wrijving waardoor energiekan worden opgenomen. Tijdenseen aardbeving gaat het gebouwsteeds met het voetje omhoog;onderin vindt wrijving plaats enwordt de energie opgenomen, ter-wijl de rest van het lichaam intactblijft.Vrije vormgeving is zijn derdehobby. "Er zijn heel veel methodesom een architectonische in eenconstructieve vorm te vertalen. Devormgeving die je hebt als archi-tect of vormgever, kun je construc-tief vastleggen. Het is niet zo datje dat in je eentje doet, maar jedoet het samen. Je moet echtersamen een taal ontwikkelen omdie vorm vast te leggen ? eengezamenlijk vocabulaire."A a r d b e v i n g e n :O s a k a I n t e r n a t i o n a lC o n v e n t i o n C e n t e rVan 1995 tot 2000 werkte JoopPaul aan het Osaka InternationalConvention Center. "Het is eengroot bouwwerk met een totaalvloeroppervlak van 75 000 m2. Hetis een stapeling van congresfunc-ties, die grote overspanningennodig hebben. In Nederland zouje dergelijke functies op het plattevlak naast elkaar plaatsen, kijknaar bijvoorbeeld de RAI. In Ja-pan is de grond echter zo duur datje ze liever stapelt. Het meest inhet oog springen de grote kolom-vrije zalen. De grootste is de con-greszaal, met ongeveer 60 x 30 m2vrije ruimte. De constructie is eensuperframe: zes zeer grote kolom-men met daartussen verdiepings-hoge vakwerken. Tussen die vak-werkvloeren (waarin installatieszitten) zitten de congresfuncties.Het speciale van dit ontwerp is,dat zelfs bij een zeer grote aardbe-ving men na een paar dagen weerkan werken, omdat schade lokaaloptreedt en er snel gecontroleerdkan worden wat de schade is. Alleenergie die erin gaat, wordt opge-nomen door speciale stalen dia-gonalen met een lage vloeisterkte.Het staal zit in een betonnenomhulsel zodat hij onder drukniet uitknikt, maar vloeit. Doorhet vloeien van de diagonalenwordt de energie opgenomen.Bouwen moest op de bouwplaatsbinnen de zes superkolommen.Ernaast was geen ruimte. Zesbouwkranen stonden op de super-kolommen opgesteld. Een verdie-ping werd voorbereid op de onder-liggende vloer en vervolgensopgevijzeld tot het vereiste niveau.Gebouwd werd in twee richtingentegelijk; aan ??n zijde van bovennaar onder, elders van onder naarboven. De bouwtijd werd daardooreen stuk korter."S u p e r h o o g b o u w :G u a n g z h o u T V T o w e rVan recenter datum is het ont-werpproces voor de GuangzhouTV Tower. "We zijn begonnen meteen prijsvraag in 2004. Toen ikhet eerste ontwerp zag vanInformation Based Architecture,zag ik gelijk het enorme potenti-eel van de simpele maar krachtigevormgeving. Het verbeeldt eenvrouw die zich omkeert in dewind." Uit de grote hoeveelheidinzendingen werden eerst twaalfteams geselecteerd en in de twee-de ronde waren er nog drie kans-hebbers. "Een team vanuitDuitsland, ??n uit Frankrijk eneen Nederlands/Chinees team.We hebben de prijsvraag kunnenwinnen, een contract onderhan-deld, het ontwerp verfijnd en zijnsinds vorig najaar daar aan hetbouwen. Dat is een geweldigresultaat voor het team."De toren moet de Eiffeltoren vanGuangzhou worden, een icoonvoor de stad en de Asian Gamesdie er in 2010 worden gehouden.Het is ook heel groot: er zit100 000 m2aan programma's in.Het uitgangspunt van de vormwas een combinatie van een opti-male toren qua draagconstructiesmet een wijde onderkant en eenoptimale toren qua verhuurop-brengsten met een maximaalvolume boven in de toren. Dedraagstructuren vallen samen metde vorm. "Tussen de oorspronke-lijke vorm uit de prijsvraag en dedefinitieve vorm zit een grotegelijkenis. Toch is er qua ordeningvan materiaal een systeem aange-bracht. In het begin was het vrijonregelmatig; tijdens het ontwerpis er een heel regelmatige orde-ning van kolommen, ringen endiagonalen ontstaan. Deze kolom-speciale vergaderzaalcongres- en vergaderzalenauditoriumcongreszaalplazaparkeren3 |Het Osaka InternationalConvention Center is eenstapeling van congres-functies die grote over-spanningen nodig heb-ben.4 |Het meest in het oogspringend is de grote,kolomvrije congreszaal.5 |Op de kolommen staanzes kranen, de bouw-plaats is het deel ertus-senin. Een verdiepingwerd voorbereid op deonderliggende vloer envervolgens opgevijzeld.Bouwen moest op debouwplaats, ernaast wasgeen ruimte.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gLezingcement 2006 3 35men, ringen en diagonalen vor-men een uitwendige stalen net-kous. Midden in de netkous staateen betonnen kern, die net onderhet uitkijkdek door een outriggermet de netkous verbonden wordt."Generatie van de constructieve vormHoe maak je van een complexevorm een simpele constructie?"Het aantal en de vormgeving vande knooppunten zijn de voor-naamste kostencomponenten vande draagstructuur van de toren.We zijn begonnen met 2000 ver-schillende knooppunten; helaas isdit onbetaalbaar. We zijn daaromuitgegaan van ??n soort knoop-punt en een variatie binnen dezesoort, afhankelijk van de elemen-ten die erop aansluiten. Ook heb-ben we geprobeerd een toren temaken met zo min mogelijkknooppunten zonder de vormzichtbaar te veranderen.Ons vertrekpunt voor het con-structieve concept was achterafredelijk eenvoudig: een cilindermet kolommen, ringen en diago-nalen ? de basisvorm voor eenhoge toren. Toen zijn we in zestransformaties naar de vormgegaan die de vorm van de archi-tect heel dicht benaderde en diewe met de transformaties eenvou-dig konden vastleggen.Voor de vastlegging en voor debepaling van invoer voor eindige-elementenprogramma's hebbenwe een slim programma geschre-ven dat het allemaal voor ons uit-rekent. De vorm van de torenwordt bepaald door twaalf basispa-rameters. Met deze twaalf parame-ters kun je honderden vormenmaken. Het programma waar-schuwt als bepaalde vormparame-ters buiten bepaalde marges gaanlopen die constructief gunstigzijn. Voor de knooppunten wasmaakbaarheid van grote invloedop de uiteindelijke kosten. Voorde knooppunten hebben we daar-om bijvoorbeeld steeds gekeken ofde hoeken tussen de elementen6 |De TV-Tower, deEiffeltoren vanGuangzhou.7 |De vloeren zijn als hetware opgehangen tussende kern en de netkous,dat is ongeveer twintigmeter.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gLezingcement 2006 336niet kleiner worden dan dertiggraden, zodat het gemakkelijk las-baar blijft. Met het programmawordt aangegeven welke knoop-punten afwijken en hoeveel. Ookzorgde het programma voor input-gegevens voor eindige-elementen-berekeningen, zoals configuratiemaar ook windbelasting. Een casekunnen wij nu uitrekenen inongeveer tien minuten, terwijl ditzonder dit programma misschieneen week zou kosten. We kondengigantisch veel cases snel door-werken en vervolgens snel zienwat goed en slecht was, wat geldkostte en wat geld opleverde.De architect wilde de toren zoslank mogelijk hebben. Een con-stant discussiepunt was dus: hoebreed moet de toren echt zijn.Sommige aspecten hebben groteinvloed op de stijfheid van de tota-le toren. Hoe groter de verdraaiingbijvoorbeeld, hoe slapper hijwordt. Maar ook: hoe meer ringenerin zitten, hoe stijver. Een verde-ling met minder ringen aan heteinde en meer ringen in het mid-den geeft bij deze vorm de stijfsteconstructie. Systematisch hebbenwe bekeken wat de invloed is vande parameters in het ontwerp, ietswat duizenden tonnen staal heeftopgeleverd."Verdere testen"We hebben eerst een parame-trisch ontwerp gemaakt metbehulp van de computer en heb-ben daarna het geheel in eenwindtunnel onderzocht. Naastwind hebben we ook aardbevinggesimuleerd. Voor hoogbouw iseen aardbeving minder boeiend.Hoe hoger je bouwt, hoe groter detrillingstijd is en hoe verder je afkomt te liggen van het spectrumwaar de aardbeving zijn meesteenergie heeft. Toch hebben weernaar gekeken. De checks die wedan doen, zijn of elementen plas-tisch vervormen, plooien of uit-knikken."UitvoeringIn een filmpje is het opbouwenvan de toren gesimuleerd: "Hetstaalwerk begint in mei 2007; danzit de fundering er al in. De ovaalmeet ongeveer 80 m x 60 m. Aanhet begin heb je ongeveer vijf kra-nen nodig, die naar boven toebouwen. Vanaf niveau vier gaathet razendsnel omhoog met voor-al monteren van de kolommen.Alle moeilijke delen worden gelastin de fabriek. Alle verbindingendie we op de site gaan lassen,kunnen we maken met eenvoudi-ge lassen. De kolom wordt eerstvastgezet met twee platen en daar-na ga je die las maken. Aan heteinde snij je die twee hulpplateneraf en is de lasverbinding klaar."Het sluitstuk vormt de 150 mhoge antenne. "Die bouwen we ineen constructie bovenin de torenen die gaan we van onderop naarboven duwen. We maken een ringen duwen steeds een stukje op.Het hoogste gebouw van ons landheeft ongeveer de hoogte van dezeantenne!"V r i j e v o r m g e v i n g :O p e n b a a r V e r v o e rT e r m i n a l A r n h e m C e n t r a a lSinds 1997 werkt Joop Paul meeaan het masterplan voor het NSPArnhem, dat in 2011 moet zijnvoltooid. Sommige onderdelenzijn al klaar, zoals het trolleybus-station, het busstation en het dakdaarboven. De parkeergarageeronder was al langer klaar.Recent zijn twee torens opgele-verd. "De OV-terminal is het sluit-stuk in de puzzel. Dit sluitstukheeft twee uitdagingen: de draag-constructie valt samen met de ran-dom-vorm en komt in het zicht;tevens bouw je een nieuw gebouwdat moet aansluiten op de al8 |Masterplan voor hetNieuwe Sleutelproject(NSP) Arnhem; deOpenbaar VervoerTerminal(UN Studio)9 |De architectonischevorm is vastgelegd alseen verzameling vanNurbs-lapjes. De aanslui-ting is nooit helemaalpassend, en toch moet devorm vloeiend wordenvastgelegd.(UN studio)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gLezingcement 2006 3 37bestaande gebouwen. De vormvan de hal is ge?nt op de loop-stroom van mensen tussen trein,trolleybus en bus. De breedte vande loopstroom is bepalend voorhet benodigde oppervlak. Alleloopstromen zijn gelijkvloers. Hetgaat dus een stuk vlugger dan ineen situatie met veel trappen."Al in het eerste idee is zichtbaardat de transferhal in het middenzit van drie functies. "Voordeeldaarvan is, dat de looproutes ineen soort driehoek kort zijn. Hetachterliggende idee is alle loop-stromen zo kort mogelijk te hou-den zodat reizigers zo min moge-lijk tijd nodig hebben om over testappen."OntwerpontwikkelingHet project bevindt zich op hetmoment in de DO-fase. "In hetVO zie je opvallend weinig steun-punten en dit geeft overspannin-gen van 40-60 m. We hebben hetgelukkig in het DO economischerkunnen maken met overspan-ningen van maximaal 30 m. Dehellingbaan in het midden vanhet plan gaat omhoog en er iseen afgeronde vorm, maar hetvormt niet echt een goed steun-punt omdat het te veel vervormt.De grootste verandering in hetDO is een extra steunpunt voorhet dak van de hal dat tevens eenintegraal ruimtelijke elementvormt. Gezien zijn vorm noemenwe het de twist. Naast een twisthebben we ook nog een back-twist. Ook dat is een extra steun-punt, maar gezien de ruimtelijkewerking hebben we dit in com-municatie met de architect UNStudio ook een twist genoemd.Zo begrijpt iedereen goed waarwe het over hebben."Generatie van de architectonische enconstructieve vorm"De architectonische vorm is doorde architect vastgelegd met Nurbs-lijnen of vlakken. De gehele vormis niet vast de leggen met eenNurbs-vlak. Daarom is de vormvastgelegd als een verzamelingvan Nurbs-lapjes. Het grote nadeeldaarvan is, dat je de aansluitingnooit helemaal passend, nooithelemaal vloeiend krijgt; er zitaltijd een hoekje tussen.Omdat het betonwerk zichtbetonis, is het enorm belangrijk om devorm toch vloeiend te kunnenvastleggen. We hebben softwareontwikkeld om specifiek d?t goedte krijgen. De ruimte die over-blijft, of de vlakken die overblijvenin het midden, laat je in een vloei-ende vorm aansluiten op alle vlak-ken die er al zijn. Dat wil zeggendat langs de rand de vlakken aanbeide kanten moeten aansluitenen dezelfde gradi?nt moeten heb-ben."De software die Arup daarvoorheeft ontwikkeld, is eigenlijk eensoort uitbreiding op de softwaredie gebruikt wordt voor hetmaken van poppetjes in games."Het voordeel daarvan is, dat alledata die wij genereren, ingelezenkunnen worden in eindige-ele-mentenprogramma's, maar ookterugvertaald kunnen wordennaar de Nurbs-beschrijving. Naastde vorm en de eindige-elemen-tenmesh leg je ook direct demassa van en belastingen op deonderdelen vast. Dit soort bereke-ningen zijn bij deze vorm met dehand niet te doen. Werk datgewoonlijk maanden in beslagneemt, kunnen we nu binneneen paar weken doen. Dat heeftals groot voordeel, dat we tijdenshet proces een paar ontwerpsla-gen kunnen maken. Vroeger zou-den we binnen de looptijd vanhet DO maximaal twee slagenkunnen maken, nu drie tot maxi-maal vijf. Daardoor kom je toteen betere afstemming tussenvorm en krachtswerking."BouwmethodeVervolgens illustreert hij de uit-werking van de bovenzijde van dehal: "Sommige delen zijn lastig,vooral het maken van een dubbelekromming. Een lichte krommingis nog redelijk eenvoudig te bekis-ten. Een echt dubbele krommingmaak je binnen een mal waarineen soort piepschuim in degewenste vorm is gemodelleerd.Die vorm kan naar wens nog fij-ner worden gemaakt. Op dezemanier is elke vorm mogelijk.Het lijkt simpel, maar dat is hetniet. Er is veel zorg en aandachtnodig van de aannemer die hetstraks gaat uitvoeren."E p i l o o gTot slot van zijn betoog citeertJoop Paul een man die hij bewon-dert, Ove Arup: " 'Je moet altijddingen wegen en het hangt ervanaf welke prioriteit je aan dingentoekent of het een succes wordt.'Hij wil eigenlijk zeggen: je moetaltijd focussen op iets, maar of hetsuccesvol wordt of niet, hangt afvan datgene waarop je focust. Datis de kunst van ons vak: waar letik wel of niet op en waar pak ikdingen op en waar laat ik ze nogeven gaan? Dat is de kunst." nDe Cement-lezing is een initiatief van redactie en uitgever van Cement.Deze lezing wordt jaarlijks gehouden door een daartoe uitgenodigd con-structief ontwerper.Dit jaar werd de lezing verzorgd door dr.ir.Joop Paul, constructief ontwerperen directeur van Arup, en bekend van zijn columns in Cement. De bijeen-komst werd mede georganiseerd door de Delftse studievereniging Betondis-puut. Het volgende artikel is een resum? van deze tweede Cement-lezing, devolledige tekst kunt u nalezen op www.vakbladcement.nl/Cement-lezing.De derde editie van de Cement-lezing wordt gehouden op donderdag22 maart 2007 in Eindhoven.