cement 2000 462Thema voor de Wereldtentoon-stelling is `Mens, Natuur en Tech-niek'. De Nederlandse overheidschreef in 1997 een besloten prijs-vraag uit onder veelbelovende,jonge architecten voor een nieu-we, bijzondere visie op dit thema.Deprijsvraagwerdgewonnendoorhet architectenbureau MVRDV.Het winnende ontwerp laat eenvermenging zien van technologieen natuur. De nadruk wordt ge-legd op de maakbaarheid van denatuur; techniek en natuur moe-ten elkaar niet uitsluiten, zijkunnen elkaar juist perfect ver-sterken. Natuur, geordend op ver-schillende hoogteniveaus, geefteen uitbreiding aan de bestaandenatuur en is een symboliseringvan haar maakbaarheid.O p b o u w c o n s t r u c t i e v a nh e t p r i j s v r a a g o n t w e r pHet prijsvraagontwerp vanMVRDV voor de constructie wasnog redelijk conceptueel. Hetsuggereerde niet meer dan eenlaagsgewijze stapeling van ver-schillende constructiesystemen(fig. 1):Laag 1Aanvankelijk de grotten of gewel-ven genoemd, nu de duinen. Deplek waar men het paviljoen be-treedt of verlaat. Een aardse openlaag.Laag 2De agriculturele laag, een ten-toonstellingslaag waar de Neder-landse land- en tuinbouwcultuurzich mag presenteren, nu de bloe-menlaag genoemd. Een hollestructuur, waarbij het accent ophettechnischmanipulerenvandenatuur ligt.Laag 3Deoester,eenschaalvormigedooswaarin een introductiefilm overNederland wordt vertoond. Men-sen kunnen ook over de oesterlopen.Laag 4Het bos, drie hoog in de lucht,echte natuur opgenomen in eengebouw. Een grondpakket met al-lerleihightechvoorzieningenhuis-vest en verzorgt planten, struikenen tot 12 m hoge bomen. Verderniets, een boswandeling op 11 mhoogteophetdrukkeExpo-terrein.Laag 5De echte tentoonstellingslaag, deplaatswaardeNederlandseindus-trie en cultuur zich kunnen mani-festeren. Als gevel, eigenlijk deenige verdieping met een gevel(!),fungeert een regengordijn.Laag 6Het dak is een watervlakte, sym-bolisch voor het feit dat een grootdeel van Nederland onder de zee-spiegel ligt. In het water drijft eeneiland en staat een achttal wind-molens. Over steigers lopen debezoekers.V a n c o n c e p t n a a rr e a l i s e r i n gNadat ABT in prijsconcurrentiede opdracht als constructieadvi-seur was gegund, moest dit con-cept, in goed overleg met de archi-tecten, worden vertaald in eenmaakbaar gebouw. Het budgetvoor de constructie was 4,5 mil-joen Euro. Het constructiecon-cept werd bestudeerd en bespro-ken, waarna het geheel als volgtwerd vertaald in een eerste opzet(fig. 2).Constructief ontwerpers halen alles uit de kastvoor realisering Nederlands EXPO-PaviljoenDe maakbaarheidvan de natuurir. R. Nijsse, ABT Adviesbureau voor BouwtechniekVan 1 juni tot en met 31 oktober 2000 is het Duitse Hannover het toneel van deWereldtentoonstelling EXPO 2000. Een van de meest opvallende bouwwerkenis zonder twijfel het Nederlandse Paviljoen: een uit zes verdiepingen bestaandeconstructie van beton, staal en hout. Over het architectonisch ontwerp vanarchitectenbureau MVRDV is al veel gepubliceerd. Over de lange, moeilijke enkronkelige weg naar de constructieve realisering is veel minder bekend.1 | PrijsvraagontwerpMVRDVfoto's: Jeroen van der HeijdenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wPaviljoen in aanbouw:de Noord-oostgevelC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 4 63VierendeelOnderin stalen kolommen, gear-rangeerdindevormvandegewel-ven als echte steunpunten, be-kleed met gaas en wapeningsstaalen vervolgens als grot gemaaktdoor een laag spuitbeton.Op deze steunpunten een driedi-mensionaal werkende Vieren-deel-doos. Een Vierendeelligger(vernoemd naar de Belgischeingenieur Vierendeel) is een vak-werk zonder diagonalen (fig. 3).Deze constructieopzet ontleentzijn sterkte vooral aan de buig-stijve aansluiting van de kolom-stavenopdeonder-enbovenvloer.DoordeVierendeelliggersintweeonderling loodrechte richtingente laten lopen en de vloer als on-der- c.q. bovenrand te laten func-tioneren, ontstaat de door ons zogenoemde 3D-4en Deel Doos.E?n van de constructieve ontdek-kingenvandittochexperimentelepaviljoen is de goede werking vandit principe. Door 3D-computer-berekeningen konden de verde-lende en behoorlijk sterke wer-king van deze 3D-4en Deel Doosworden aangetoond.In de doos werd de kassenlaaggehuisvest,detentoonstellingvandeNederlandseland-entuinbouw.OesterOp de kassenlaag, de filmzaal, deoester. Hier werd de meest voorde hand liggende associatie ge-volgd. Bekend uit de biologie zijnde sterke uitwendige kalkskelet-ten van de Diatomee?n (fig. 4).Hetmoesttochmogelijkzijndezeprachtige skeletvorm in gewa-pend beton na te bouwen?BosOp de oester de boslaag. Hiervoorwerd voorgesteld een circa 1,5 mhoogonderlingloodrechtgridvanbetonbalken. Zodoende werdende grondbakken voor de bomenmeteen gemobiliseerd als con-structie.In het bos wilden de architecteneigenlijk geen kolommen, alleennatuur. Dat zou dus moeilijk wor-den met het gebouwdeel bovenhet bos. Vandaar dat het `melk-meisje'-principe werd voorge-steld. Net als de Hollandse meis-jes vroeger twee emmers melkmeteenjukophunschoudersver-voerden, zou het gebouw op eencentraal punt in het middenwordengesteund.Stabiliteitwordtin zo'n situatie verkregen door inde vier hoeken een stevige kabelstrak te spannen. Op dezelfdewijze was tevens de oesterlaagstabiel gemaakt.RegenBalancerend boven het bos, deregenzaal waar het echt regent:vanuit het plafond druppelt waternaar beneden. Een mooie combi-natie met regen is glas, vandaardat glazen kolommen voor ditniveau werden voorgesteld. Eer-derestudieshiernaarmaaktende-zebijzondereconstructie-elemen-ten mogelijk. Vooral 's-nachtsmet kunstlicht moet dit eenprachtig beeld opleveren.Boven op de regenzaal een stevigestalen bak, waarin de dakvijver. Indeze vijver de windmolens, mooiindezestalendoosingeklemd.Dedoor de architecten voorgesteldewaterkringloop werd als volgtgerealiseerd. De grote vijver ophet dak lekt in die zin, dat het echtregent in de regenzaal. De regen-zaalvloerlekt ook enopdezewijzewordt het bos van water voorzien.Vervolgens sijpelt het water overde oester, waar vanaf het in eenmoeras op de grond valt, alwaarhet door planten wordt gereinigden weer door de energie, opge-wekt door de windmolens, wordtopgepompt naar het dak (fig. 5).Helaas vonden sommige onder-delen geen genade in de ogen vande opdrachtgever en vooral nietbij de tentoonstellingsbedenkers.Regen in een zaal klonk hen nietsympathiek in de oren. Ook bud-gettair werden bij sommige on-derdelen zoals het `melkmeisje',voorzichtig vraagtekens gezet.Redenengenoegomverderteont-werpenaaneenPaviljoendatdezebezwaren niet zou oproepen.2 | Vertaling prijsvraag-ontwerp in een eersteopzet3 | Principe Vierendeelligger4 | Kalkskelet diatomee?nals model voor oester-schelp van gewapendbetonC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 464Watergordijn als gevelHet discussiepunt van de regen-zaal werd opgelost door te kiezenvoor een regengordijn langs degevel.Decombinatiemetdevijverop het dak maakt het mogelijkom, zoals de architecten hetnoemden, op het dak een onein-digehorizontecre?ren.Hetwatervalt over de rand, een mysterieusmoment waar het gebouw voor debezoeker op het dak eindigt. Hetwatergordijn werd ge?ntegreerdmet de constructie door langs deranden een zogenoemd `gaas'-vakwerk aan te brengen. In dittype vakwerk zijn niet slechtsenkele diagonalen aanwezig,maar een heleboel kleine diago-nalen die elkaar kruisen. Zodoen-de zou een doek waar het water-gordijn overstroomt niet nodigzijn, maar zouden de `gaas'-dia-gonalen als doek fungeren.HangschaalHet water op het dak zelf werd inde voor dit doel, een groot gewichtaan water, meest economischeoplossingopgevangen:eenschaal.Deze schaal zou door het grotewatergewicht als een doek alleenop trek worden belast. Dit houdtwel in dat de randen zeer stijf ensterk ondersteund moeten zijn.Daarom kwam het goed uit dat inhet vlak van de gevel (c.q. hetregengordijn) een stalen gaasvak-werk werd geplaatst.Een aardig probleem was nog hoeje een schaal met water erinmaakt, uitgaande van een vier-kant. Een eis die de architectenstelden was dat er alleen maarwater op het dak zichtbaar mochtzijn. Voor een cirkelvormige plat-tegrond geen probleem, voor eenvierkante wel. De hoeken zoudenweinig tot geen water bevatten.Enig denkwerk resulteerde in hetvoorstel een vlakke plaat in decomputer te belasten op water-druk. De vervorming van de vier-kante plaat vol water werd uit-gangspunt voor de initi?le vormvan de schaal. Altijd vol water,maar wel op het diepste punt 3 mwater!Heteilandwerdgedachtalsbetonnen schaal op lensliggers.BomenHet `melkmeisje'-principe voorhet bos domineerde met de cen-trale kegel toch te veel en erontspon zich een discussie: `Hoeconstrueer ik een bos?'. Metbomen is het correcte antwoord.De eerste kolom ooit toegepastdoor de mens zal niets anders zijngeweest dan een boomstam. Mis-schien dat de cannelures op dekolommen van de Griekse tem-pels niets anders zijn dan een her-innering aan de bast. Net zoals detrigliefen een echo zijn van dedakbalken (fig. 6).Daarnaastbeziteenintacteboom-stam goede sterkte; niet alleenheeft hij in zijn lange bestaanmenige storm het hoofd geboden,ook het feit dat de vezels nogonaangetast en intact zijn werktpositief. Vergelijken we dit meteen gezaagde plank of balk, danzal bij de laatste altijd een versto-ring van de samenhang van devezels door het zagen optreden.We besloten dus te kiezen voor demeest primitieve kolom: deboomstam. Verkennende bereke-ningen lieten zien dat we omveilig te werken moesten kiezenvoor veertien stuks, circa 12 mlange stammen met een diametervan gemiddeld 800 mm. Het sta-biliteitsprobleem in deze laagwerd in principe opgelost door debomen schuin te plaatsen, zodat6 | Kolommen onder Griekse tempels her-inneren aan boomstam, cannelures aande bast; triglieven echo van dakbalken7 | Voorlopig ontwerp5 | WaterkringloopC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 4 65horizontale krachten via bokwer-king kunnen worden afgevoerd.Trek- en drukringDe volgende laag, de oester, ver-eiste meer studie. De verfijndeschalen van de diatomee?n kon-den niet tegen de vele in- en door-gangen, nodig voor de vele bezoe-kersendevelevluchtwegendiedemoderne brandweer vereist. Ermoest wat anders dan een schaalworden voorgesteld.Intern bij ABT werd de mogelijk-heidgeopperdom,analoogaandedakconstructievanhetFeijenoord-stadion, een trek- en drukringsys-teem te maken. Hierbij wordt deverticale kracht van het gebouw-gewicht via diagonalen naar eenhorizontale ring geleid. Dezehorizontaal zwevende ring zoudoor de kracht in de diagonaalopzij geduwd worden. Door deruimtelijke werking drukt echterde diagonaal diametraal tegen-over de beschouwde diagonaalprecies de andere kant op. Via dedoor de ring doorgeven horizon-tale kracht is er evenwicht en blijftde ring, de trekring, zweven. Deneerwaartse diagonalen zorgenvoor het doorgeven van de krach-ten naar de onderliggende con-structie. Bij het in- en het uitvoer-punt moet een drukring deplaatsvastheid van het geheelgaranderen.De reactiekrachten uit het trek- endrukringsysteem staan op hethiervoor omschreven 3D-Vieren-deelsysteem. Dit systeem rust opde betonnen gewelven die nu uiteen 1,5 m dikke, zwaar gewa-pende betonlaag bestaan, gestortopheuvelsvangestabiliseerdzand.Dit zand wordt na het verhardenvan het beton weggegraven. Denaam gewelven werd nu verlatenvoor de meer po?tische bena-ming: duinen.B e z u i n i g i n g s r o n d eAangekomen aan het einde vanhet Voorlopig Ontwerp was dittotaal het resultaat (fig. 7).Alle onderdelen waren berekenden gedimensioneerd. Een eerstekostenraming kon worden opge-steld. Deze zag er als volgt uit (inEuro):Eiland en bassinvloer 1.700.000,-Regenverdieping 700.000,-Bomenlaag 1.200.000,-Oesterlaag 1.900.000,-Kassenlaag 500.000,-Duinen 1.000.000,-Fundering 350.000,-Totaal 7.350.000,-Het budget voor de constructiewas echter maar 4.700.000,- Euro.We moesten terug, vooral inambitie. De niet geheel tevredenopdrachtgever stelde ons voor deopgave, de constructie te rationa-liseren. De architect kreeg deopdracht een zekere prioriteit aante geven in de verschillende con-structiesystemen.Hetantwoordvandearchitectwasechter verrassend: laten we hetduurste element schrappen envervangen door een rationele laag.Dat was dus de oester. Jammer,want juist dit element zou in con-structief opzicht bijzonder ver-nieuwend zijn geweest.Zo ontstond, overigens na veeldiscussie, uiteindelijk het Defini-tief Ontwerp (fig. 8).En, oh wonder, dit ontwerp lagqua kosten in de buurt van hetbudget.Ingrotelijnenwaserhetvolgendevoorgesteld. De betonnen duinenbleven, gestort op heuvels vangestabiliseerd zand. Daarbovenhet betonnen 3D-Vierendeelgrid.De oesterlaag was vervangen dooreen replica van de laag eronder.Later werd besloten deze laag alskelder uit te voeren. Op de kas-senlaag een nieuwe laag: depotten- of wortellaag.Tot onze verrassing kwamen dearchitecten op een goede dag metdeze opzet. De achterliggendegedachte was dat als er bomenstaan op de derde verdieping, dewortels van deze bomen op detweede moeten staan. Dat wildenzij zichtbaar maken en zodoendeontstonden de Wortelpotten. De-8 | Definitief ontwerpZwevende betonvloerC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 466ze prachtige beeldende elemen-ten stelden wij ons voor als op hetbouwterrein vervaardigde prefabbetonpotten. Met een kraan kon-den deze dan op de kassenlaagworden gezet, de draagconstruc-tie van de wortellaag.Op de potten de boslaag; eenstaalconstructie met kanaalpla-ten. Dit werd mede bepaald doorde wens vanaf de bovenkant kas-senlaag demontabel te bouwen.De wens duurzaam te bouwen,mede in het kader van de Wereld-tentoonstelling, werd vertaald inhet bouwen van een stevig funda-menttotbovenkantkassenlaagenvervolgens demontabel te bou-wen, zodat deze bovenbouw na detentoonstelling weer in Neder-land zou kunnen worden opge-bouwd.De tijd drong echter al, zodatbesloten werd alvast te beginnenmet de ontgraving voor de kelderen de fundering. Tegelijkertijdwerd de ruwbouw bestekmatigafgerond en aanbesteed. Helaasklopte de laagste aanbestedingniet met het beschikbare budget.Er moest weer bezuinigd wordenen dat zou twee maanden duren.Gelukkig was het gat voor de fun-dering al gegraven.Uiteindelijk resulteerden de vol-gende draconische ingrepen:? de prachtige stalen hangschaalsneuvelde op de vele dure ver-bindingen, alhoewel het staal-verbruik minimaal was.Tegelijkertijd werd hetdrijvende VIP-eiland een VIP-huis en werd 3 m waterdieptegereduceerd tot 0,50 m. Eenstalen balkrooster met kanaal-platen vormde nu het dak;? de bomen stonden onderzware druk. Hier nam echterde opdrachtgever de moedigebeslissing deze zelf te leveren;? de prefab potten werdenvervangen door kolommen inde potwanden. Later werd metstucwerk de vorm van depotten gecre?erd;? de duinenlaag werd vervangendoor schuine kolommen inhet oorspronkelijke vlak vande betonlaag als hoofd-constructie-elementen en eengevormde huid van spuitbetonals esthetische bedekking vandeze kolommen.Na de finale afronding van hetontwerpproces kon de bouw vanhet paviljoen beginnen.R e s u m ?Het gerealiseerde ontwerp ziet erals volgt uit (fig. 9):? Een 1,30 m dikke ter plaatsegestorte funderingsplaat.Samen met de 0,60 m dikketer plaatse gestorte vloer vande terraslaag en de kolommenvan het souterrain wordt eendriedimensionale vierendeel-ligger gevormd om de punt-lasten, veroorzaakt door de inde duinen ge?ntrigeerdeschuine kolommen, beter tekunnen spreiden.? In de duinen zijn als hoofd-draagconstructie schuine terplaatse gestorte kolommenverstopt. De golvende plaatwordt gemaakt door tweelagen spuitbeton met eenholle tussenruimte, om zomet weinig materiaal eenmassieve plaat te suggereren.? De ter plaatse gestorte vloerenboven en onder de kassenlaagen de kolommen in de kassen-laag vormen weer een drie-dimensionale vierendeellig-ger. Met dezeovergangsconstructie kunnende geconcentreerde lasten uitde bovenste verdiepingen opde schuine kolommen in deduinen worden verdeeld.? De constructie van de wortel-laag als kanaalplaatvloer metge?ntegreerde hoedliggers,ondersteund door slankestalen kolommen, die zijnweggewerkt in de bouwkun-dige potten. Waar hoge punt-lasten door de bomen wordeningeleid, worden in de pottendikke stalen kolommengeplaatst.9 | Gerealiseerd ontwerpSpuitbeton voor duinenlaagC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 4 67? In de boslaag fungeren veer-tien bomen als kolommen,waarvan acht schuin zijngezet om de stabiliteit vandeze 14 m hoge verdieping tewaarborgen. De vloer bovende boslaag is ontworpen alsstalen balkenrooster metkanaalplaten.? In de theaterlaag zijn de gevel-vakwerken en de twaalfkolommen te herkennen, diehet stalen balkrooster en dekanaalplaatvloer ondersteunen.N a c h n ? t z u n gIn het reglement voor de Expo2000 is aangegeven dat de pavil-joens in het zuidelijke gedeeltevan de wereldtentoonstelling dehoogte van 22 m boven maaiveldniet mogen overschrijden. Geluk-kig kon de Stichting NederlandseWereldtentoonstellingenvooront-heffing zorgen, weliswaar met debeperking dat de gedeelten vanhet paviljoen hoger dan 22 m, nade Expo weer gesloopt moetenworden. Het gedeelte lager dan 22m mocht, indien een koper konworden gevonden, blijven staan.Het constructieve ontwerp houdtrekening met deze voorwaarden.Souterrain, duinenlaag en kas-senlaag zijn als ter plaatse ge-storte constructie ontworpen.Wortellaag, boslaag, theaterlaagen vijverlaag zijn als staalcon-structie met kanaalplaatvloerenontworpen. Alle verbindingenzijnboutverbindingen,aldannietvoorgespannen. Door deze keuzekunnen de bovenste drie vloerenmakkelijk worden gedemonteerden zelfs worden hergebruikt.Tijdens de bouw is grote belang-stelling voor het Nederlandsepaviljoen ontstaan, zodat op ditmoment, ondanks het eerderbeschreven reglement, vier optiesmogelijklijkendiedoordeleidingvan de Stichting onderzochtworden:? het paviljoen wordt vollediggedemonteerd;? de bovenste drie verdiepingenworden gedemonteerd. Deonderste drie verdiepingenblijven in Duitsland staan enkrijgen een nieuwe bestem-ming. Op een nader tebepalen locatie in Nederlandwordt het paviljoen ondergebruik van het materiaal vande bovenste drie verdiepingenweer opnieuw opgericht;? de bovenste drie verdiepingenworden gedemonteerd. Op deblijvende drie verdiepingenkomen nieuwe verdiepingen,bijvoorbeeld geschikt voorgebruik als kantoren ofdergelijke;? het gehele paviljoen blijftstaan. De oorspronkelijk opengevels worden gesloten. Erzijn allerlei gebruiksdoel-einden voorstelbaar, vanattractiepark tot showroom.Alles is denkbaar!Het is te hopen dat de Stichtingeen liefhebber voor ??n van delaatste drie opties kan vinden,zodat het Nederlandse paviljoenniet alleen voor de tijdsduur vande Expo zelf, maar veel langerbezocht kan worden. sProjectgegevensopdrachtgever:Stichting Nederlandse Wereldtentoon-stellingen, Den Haagprojectmanagement:Rijksgebouwendienst Directie Noord,Groningenarchitectonisch ontwerp:MVRDV, Rotterdamconstructief ontwerp:ABT Adviesbureau voor Bouwtechniek,Velp/Delftaannemer:HBG Utiliteitsbouw, RijswijkLevende bomen tussenconstructieve bomen