ir.W.J.PetriBredero's BouwbedrijfNederland N.V., UtrechtHet nieuwe Jaarbeurs-expo-sitiegebouw 'S' aan deCroeselaan te UtrechtU.D.C. 725.25:624.012.35Ontwerp en constructie van een expositiegebouw7Maquettefoto van het expositiegebouw2Plattegrond van de eerste verdiepingInleidingAls direkt gevolg van de, onder de naam 'Hoog Catharijne' bekend staande plannen voorstadsvernieuwing, die in nauw overleg tussen de Gemeente Utrecht en Empeo (Maatschap-pij voor Projektontwikkeling) tot stand zijn gekomen, is op 22 december 1966 het heiwerkbegonnen voor een nieuw expositiegebouw aan de Croeselaan te Utrecht, in opdracht vande Koninklijke Nederlandse Jaarbeurs (foto 1).Na oplevering op 2 januari 1970 zullen de thans in gebruik zijnde gebouwen aan het Vreden-burg gesloopt worden om ruimte te maken voor bebouwing volgens het nieuwe stadsplan.Aan de architekt Rein H. Fledderus te Rotterdam werd de opdracht gegeven het nieuwegebouw te ontwerpen met 40 000 m2expositieruimte, 20 000 m2kantoren, restaurants enkeukens op elke etage, op de begane grond een congreszaal voor ruim 1100 personen metalle nodige voorzieningen om hierin ook toneelvoorstellingen te kunnen geven, ruime foyersen toegangspartijen. Hoewel de ingangen tot zaal en expositieruimten zijn gescheiden, kunnenwel keukens en restaurants voor beide gelegenheden worden gebruikt om de exploitatievan de zaal zo gunstig mogelijk te houden.Met dit programma van eisen en met een voor expositieruimten gunstige kolomopstellingvan 9 bij 9 m, werden de maten van het gebouw, uitwendig gemeten, 87 m(9x 9 + 2x3)en 132 m (14 X 9 + 2 X 3) bij een hoogte van 35 m (7 bouwlagen) (fig. 2).Tijdens de bouw werd op grond van kostenoverwegingen besloten de achtste bouwlaag,waarmee al wel bij het ontwerp rekening was gehouden, nu reeds te bouwen en niet tot overenkele jaren uit te stellen. De hoogte werd hierdoor 40 m.De funderingEen uitgebreid grondonderzoek toonde aan dat vanaf N.A.P. (maaiveld ca. 2 m + N.A.P.),met uitzondering van enkele dunne lagen, alleen zand in diverse fijnheden en pakkingenvoorkomt (fig. 3) en dat de geringe sonderingswaarden (fig. 4) soms het gevolg zijn vangrind. Het heiwerk zou dan ook veel zwaarder kunnen zijn dan aan de hand van sonderingente verwachten was.Cement XX (1968) nr. 12 477Sen 4Opbouw uit verschillende lagen van deondergrond; resultaat van de sonderingen5Cassettevloer zonder kolomplaten ofkolomkop6De veldverdeling van de cassettevloerwerd bepaald door de maten van de inhuur verkrijgbare stalen cassetten7Economische voordelen van de cassette-vloer in vergelijking met een vlakke vloer8Een kruisnet van staven 0 12 mm dientals wapening van de doorgaande plaatBij de gegeven kolomplaatsing komen kolombelastingen voor van 700 tot 900 tf. Mede van-wege het vari?rende basisniveau van 6 m-- tot 11 m-- N.A.P. is besloten tot 120 tonsFranki-palen met een schachtdiameter van 52 cm. Bij een toelaatbare puntspanning van24 kgf/cm2moest een bolvormige punt met diameter van 80 cm gemaakt worden. Deschacht is over de volle lengte gewapend met 6 staven ? 19 mm.Behalve enkele platen onder liftschachten en trappehuizen en zware doorgaande strokenonder de oplegpunten van de portalen over de congreszaal, bestaat de fundering uit poeren.Bij de toelaatbare paalbelasting werden standaardproeven ontworpen voor 6, 7 en 8 palen.De palen staan hart op hart 1,60 m; de poerhoogte is 1,75 m.In totaal moesten 1221 palen geheid worden.Al het heiwerk is verricht vanaf het bestaande maaiveld. Rekening houdend met de gewen-ste afhaklengte werden de palen tot op de juiste hoogte (ter plaatse van de kelder onderde congreszaal tot op ca. 7 m) onder het maaiveld gestopt.VloerconstructieVoor de vloerconstructie is bij het gegeven kolomstramien van 9 m een paddestoelvloerop z'n plaats. Aan de hand van gunstige uitvoeringservaringen op een hiervoor uitgekozenander klein werk, is besloten een cassettevloer toe te passen zonder kolomplaten of kolom-kop (foto 5). De maten van in huur verkrijgbare stalen cassetten zijn bepalend geweestvoor de veldverdeling (fig. 6).Vergelijking met een vlakke vloer (fig. 7) wees op duidelijke economische voordelen vande cassettevloer. Het technische voordeel van de cassettevloer is dat er juist materiaalbespaard wordt in dat gedeelte van de vloer waar het eigen gewicht een ongunstige in-vloed op de krachtsverdeling heeft, terwijl in de zwaarst belaste delen rondom de kolom,door weglaten van de cassetten, voldoende materiaal aanwezig is om de momenten endwarskrachten goed op te kunnen nemen. In de dunne delen kunnen, ook naderhand, opeenvoudige wijze sparingen worden aangebracht.De vloerdikte is mede bepaald aan de hand van overwegingen betreffende verkrijgbarecassettehoogte, de doorbuiging, maar zeker ook door de grootte van de kolommen en pons-spanning. De kolommen zijn over de volle hoogte gelijk van afmetingen gehouden, metveranderend wapeningspercentage.Hierdoor gaf de ponsspanning geen probleem, was er geen veranderende veldwapening;bovendien is deze gelijkvormigheid voor de uitvoering sterk te prefereren.Snelle uitvoering vraagt eenvoudige wapening. Volgens het zeer lezenswaardige boek vandr.Jacob Feld: 'Lessons from failures of concrete structures' (wanneer worden wij zo open-hartig om ter lering van anderen gemaakte fouten aan de openbaarheid prijs te geven)blijkt dat doorgaande wapening een gunstige invloed op de doorbuiging heeft. De momen-ten-nulpunten kunnen bij wisselende belastingen wel van plaats veranderen, zodat de wape-ning, indien deze theoretisch tot de minimum lengte is beperkt, te kleine laslengte heeftmet slip en dan doorbuiging tot gevolg.De meestal uit twee staven bestaande wapening onderin de ribben loopt met het oog hier-op over de volle lengte door.De wapening van de doorgaande plaat van 7 cm dikte bestaat uit een over het volle opper-vlak voorkomend kruisnet van staven ? 12 mm, die ter plaatse van de negatieve momen-ten constructief meewerken (foto 8). Naar Amerikaans voorbeeld komen geen beugels inde ribben voor en is het aantal opgebogen staven tot een minimum beperkt.Door cassetten-rijen weg te laten ontstaan er, met handhaving van de vlakke onderkant,balken die in staat zijn grote belastingen op te nemen (foto 9).Voor de berekening van een middenveld en een eindveld zijn drie methoden vergeleken(zie fig. )? moment-co?ffici?nten methode? raamwerken methode? differentie methode volgens programma en op 'computer van T.N.O.Bij de eerste twee methoden is het totale vloergewicht gelijkmatig verdeeld gerekend en ishet deel ter plaatse van cassetten vervangen door een vlakke plaat met even groot traag-heidsmoment, die in dit geval 25,2 cm dik was.Cement XX (1968) nr. 12 4789Balk in een veld van cassetten-rijen10Vergelijking van 3 methoden voor hetberekenen van midden- en eindveld11Verloop van de momenten in 3 dicht bijelkaar genomen doorsnedenTer plaatse van het massieve deel ontstaat dan een kolomplaat, dik 35--25,2 = 9,8 cm.De grootte van de kolomplaat wordt be?nvloed door:? afmeting cassetten? schuifspanningen in aansluitingspunten met de ribben.Gekozen is een plaat van 4x4 cassetten. De breedte is dan iets groter dan de breedte vande wapeningbaan, zodat eigenlijk de theorie van Vredenburgh-Stokman toegepast hadmoeten worden.Vergelijking van de drie methoden gaf voor een middenveld praktisch geen verschil.Bij een eindveld zonder overstek werden de verschillen groter, vooral wat betreft de mo-menten in de randstrook, evenwijdig aan de rand.Om praktische redenen moest de laatste rij cassetten weggelaten worden. Door de ontstanegrotere stijfheid (Verhouding dikte randbalk tot equivalente vlakke vloer is ongeveer 1,4)zou volgens de G.B.V. een deel van de veldbelasting als randlast aangebracht moetenworden.Deze belasting gaf echter veel grotere momenten dan met de differentie-methode werdgevonden: hier is de laatste methode aangehouden.Voor de overige velden is vanwege de eenvoud zoveel mogelijk de moment-co?ffici?nten-methode toegepast.12 en 13Perspectivische beelden van het totalemomentenverloop in een randveld, resp.middenveldHet verloop van de momenten in drie dicht bij elkaar genomen doorsneden wordt gegeven infig. 11.Het moment gevonden volgens de G.B.V. 1962 is daarin niet in lijn uitgezet. Als maximaalpositief moment werd hierbij gevonden 14 400 kgfm, dat is dus ruim twee maal zo grootals met behulp van de differentiemethode wordt verkregen.Om een duidelijk inzicht te krijgen in het totale momentenverloop in een randveld en eenmiddenveld, zijn de resultaten van de computer-berekening perspectivisch uitgezet (fig. 12en 13). Ook hier komt duidelijk de momentensprong rondom de massieve delen tot uiting.Cement XX (1968) nr. 12 47914Wringende momenten op de zijvlakkenvan de dilatatiekolommen zijn omgezet inbuigende positieve en negatieve momen-ten in de X- en Y-richting15Schematische aanduiding van de dilatatie-voegen in een verdiepingsvloer16Schema van de stalen spanten voor decongreszaal17Doorsnede bovenregel van de stalenspantenBij de dilatatie-kolommen moet het negatieve inklemmingsmoment op de snijvlakken tussenkolom en vloer worden opgenomen; op het vlak evenwijdig aan de rand als een buigendmoment, op de zijvlakken als een wringend moment. De wringende momenten zijn omgezetin buigende positieve en negatieve momenten in de X- en Y-richting (fig. 14). Het totalenegatieve randmoment, Mx-totaal, loopt als het ware de fuik in naar de kolom toe; de mo-menten in de doorsnede over de voorkant van de kolom gaan gedeeltelijk 'het hoekje om'.Bovendien wordt het moment in een vlak aan de voorkant van de kolom en in een vlak opafstand van de vloerdikte voor de kolom volledig opgenomen.Het betonskeletDe congreszaal was voor een groot deel bepalend voor de ligging van de dilatatievoegen;de zaal moest akoestisch uit het gebouw gesneden worden (zie fig. 2). De voeg in lijn M(fig. 15) kan in de vloer boven de zaal worden doorgezet. Door de symmetrie in de voor-bouw (lijnen A t/m E) ten opzichte van de roltrappen, is daar het gebouw in drie stukkengedeeld.Van het skelet, dat ook de stabiliteit levert, zijn voor de verschillende stadia van de bouwdetail-Kani-berekeningen gemaakt, waarbij de invloed van krimp verdisconteerd is. Dekrachtsverdeling in het gehele skelet, waarbij de invloeden van temperatuursveranderingenerr' normaalkrachten zijn opgenomen, is met een computerberekening bepaald.Spanten congreszaalGezien de wens van de opdrachtgever alle etages gelijk te houden, was het noodzakelijkde ondersteuning van de bovenbouw te vinden onder de 11 m-vloer.Van het profiel van vrije ruimte voor de zaal, als bepaald door de architekt, mocht in ver-band met de zaalinhoud niet worden afgeweken.Door de grootte van de belastingen, nl. een gelijkmatige last van 12 tf/m met twee puntlastenvan 431 tf, waarvan 130 tf nuttig, zou een betonconstructie te zwaar en te duur worden enbovendien het bouwtempo vertragen.Besloten werd tot stalen portalen, waartoe de fa. Bailey te Nieuw Lekkerland in het bouw-team werd uitgenodigd.De stalen portalen zijn als scharnierend en niet als ingeklemd in de zware onderbouw ge-rekend, omdat bij een opwaartse grondwaterdruk van 5 tf/m2en aangenomen elastischeverkorting en indrukking van de palen in de grondslag, een rotatie van het inklemmingsvlakde spanten ongunstig zou be?nvloeden (fig. 16).Cement XX (1968) nr. 12 48078Lood-asbest plaat als akoestische isolatietussen boven- en onderbouw van decongreszaalconstructie19Aanzicht en doorsnede van de tussen dekolommen en spanten geplaatste plattevijzelsAanvankelijk is er naar gestreefd de stijfheid zo groot te maken dat de doorbuiging maxi-maal 1,5 cm zou zijn. De er op staande betonconstructie moest dan berekend wordenop een even grote kolomzakking. De spanningen in de staalconstructie bleven daarbij echterzo laag, dat vanwege de kosten besloten is de stalen ligger op sterkte te berekenen inplaats van op stijfheid, en maatregelen te treffen opdat de gevolgen van de doorbuiging vande bovenbouw grotendeels konden worden 'ge?limineerd.Bovendien was hiermee het moeilijke punt, in hoeverre een doorbuigingsberekening vandergelijke portalen exact is, omzeild.Het rekenschema van de spanten werd hiermee als in fig. 16 gegeven.De uiteindelijke doorsnede van de ligger werd, met gebruikmaking van in het buitenlandverkrijgbare zware staalplaten voor de flenzen, uitgevoerd als in fig. 17 is aangegeven. Deverbinding van de flensplaten, alsmede die tussen stijlen en liggers werden met behulp vanvoorspanbouten in het werk tot stand gebracht.De stalen portaalregel bezit hoofdafmetingen van 1500 mm breedte en 2800 mm hoogte; deflenzen zijn 68 mm dik, de flensplaat 32 mm en de lijfplaat 20 mm; het traagheidsmomentbedraagt 46,5.106cm4.Omdat de congreszaal in akoestisch opzicht los moest blijven voor het expositiedeel, zijntussen de boven- en onderbouw lood-asbest-platen aangebracht, waarmee in Amerika veelervaring is opgedaan bij soortgelijke omstandigheden (fig. 18). Deze platen bezitten eenstalen kern van 4 mm dikte, omhuld door 8 mm dik asbest (voor 99% zuiver asbest), terwijlhet geheel in 2,5 mm dik lood is ingepakt.Als hulpmiddel om de invloed van doorbuiging van de stalen ligger op de zakkingen vande kolommen op te heffen, zijn platte vijzels tussen kolommen en spanten geplaatst (fig. 19).In de doorsnede van deze figuur is de vijzel in opgedrukte stand te zien (zie ook de vul-plaatjes). Het model van de vulplaatjes is in plattegrond aangegeven. De kolom is gestortop een stalen voetplaat met een rond gat ter plaatse van de vijzel. De kolomdruk wordt dusvia de vulplaatjes overgebracht.Figuur 20 geeft de stalen voetplaat met aangelaste wapening weer voor een dubbelkolomop spant in lijn M (zie fig. 15). De vijzel is reeds geplaatst. De aangelaste oren dienen voorde stabiliteit van de vrijstaande kolom tijdens de bouwfase.De berekende doorbuiging ten gevolge van het eigen gewicht van elk der volgende vloerenbedraagt 2,3 mm; de indrukking van het lood-asbest is ongeveer 2,5 mm en ten gevolgevan de totale nuttige belasting 6 mm.Hoewel het mogelijk is na elk vloerstort de invloed van de doorbuiging op te heffen,werd aan de hand van vergelijkende berekeningen besloten om alleen na het storten vande vloeren op 15,8 m+ en 30,2 m+ peil te vijzelen. Door middel van nauwkeurigheids-waterpassingen, uitgevoerd door het ingenieursbureau van Steenis, zijn de zakkingen tijdensde bouw gevolgd. Voor het vijzelen was aanvankelijk voorzien in een slag van 7 mm nahet storten van de eerste vloer boven de spanten (15,80 m+ P) en een tweede van 8 mmna het storten van de vierde vloer boven de spanten (30,20 m + ).Door de iets grotere doorbuiging van de stalen ligger dan was berekend en omdat, doortoename van de kracht tijdens het vijzelen als gevolg van reacties van de opgewekte mo-menten, de doorbuiging ook weer iets groter werd, is uiteindelijk overgegaan tot resp. 8en 10 mm.In figuur 21 wordt voor de portaalregels met getrokken lijnen de doorbuiging ten gevolgevan de belasting door de bovenbouw aangegeven; de stippellijnen stellen de extra door-buiging voor het vijzelen voor.Voor de kolom betekent de getrokken lijn de zakking ten gevolge van doorbuiging van deligger en indrukking van de lood-asbestplaat; de gestippelde lijnen het twee maal vijzelen.Te zijner tijd zal er nog een getrokken lijn bijkomen die de doorbuiging ten gevolge van hetgewicht van de vloer op 35 m + en van de stalen opbouw tot 39,80 m+ aangeeft.20Stalen voetplaat met aangetaste wape-ning voor een dubbelkolom21Doorbuiging van de portaalregelsCement XX (1968) nr. 12 48122Apparatuur t.b.v. het vijzelen23Een op hoogte gevijzelde kolomDe zakkingen in de lijnen 1 en 4 worden veroorzaakt door de elastische indrukking vanstalen portaalstijlen en door de indrukking van de lood-asbest-platen.Het vijzelen is bijzonder vlot verlopen met behulp van apparatuur van Ibis N.V. te Rijswijk(foto 22). In ongeveer 1? uur waren de 12 kolommen, in 6 groepen van 2, omhoog gedrukt(foto 23). In het eerste geval was de kolomdruk 55 tf, in het tweede geval 220 tf.Uiteindelijk zullen de stalen balken door de nuttige belastingen op de vloeren nog eens6 mm doorbuigen. Deze zakking van de steunpunten kan door de vloeren zonder bezwaarworden gevolgd. Uiteraard vari?ren door deze verplaatsingen de vloermomenten, zodat dewapening afwijkend is van de overige velden. Bovendien zijn er meer voorzieningen getrof-fen tegen dwarskracht.Het blijkt dus wel, dat hier een gunstig samengaan van staal- en betonconstructie mogelijkwas.Doorbuiging vloervefdenEen ander geval waar de doorbuiging een belangrijke rol speelt betreft de cassettevloeren.Uitgaande van de in de G.B.V. gegeven formule voor de doorbuiging vinden we voor eenmiddenveld 29 mm. Voor rand- en hoekvelden is geen formule gegeven. Met de computer-berekeningen zijn hiervoor wel waarden te vinden.Uitgaande van een ongescheurde doorsnede is de zakking van het veldmidden ten gevolgevan eigen gewicht en nuttige belasting 9,7 mm en van een punt tussen twee kolommen6,6 mm (middenveld).Van een randveld en een hoekveld zijn de zakkingen van het veldmidden respectievelijkongeveer 35% en 60% groter.De bekistingen zijn met een zeeg gezet die varieerde per strook en veldtype.Hoe gedraagt zich nu een vloer vanaf het moment dat deze gestort is tot enige maandendaarna? Hiertoe zijn in een sectie van het gebouw van enkele punten in een aantal veldende hoogten in de verschillende stadia gemeten, waaruit voor een middenveld de vol-gende conclusies te trekken waren:1.Tijdens het storten zakt de vlakke bekisting door indrukking van ondersteuning en liggers.2. Direct na het ontkisten is de zakking van het middelpunt van een veld ongeveer 5 mmen midden tussen twee kolommen 2,5 mm.3. Door belasting van het stortgewicht van de volgende vloer (puntlasten door PAL-torens)waarbij de beschouwde vloer weer is doorgestempeld naar de lagere, zakt het middel-punt van een veld ongeveer 6 mm en midden tussen twee kolommen 4 mm verder door.4. Na Pjet wegnemen van de bekisting van de bovenliggende vloer, komt de ontlaste vloerweer gedeeltelijk terug, en wel in het middelpunt van een veld ongeveer 2 mm en middentussen twee kolommen ongeveer 1,5 mm.5. Als de vloer wordt belast door de doorstempeling van de volgende vloer, wanneer de daaropvolgende vloer wordt gestort, is de toename van de zakking in het middelpunt van het velden midden tussen twee kolommen 1,5 mm.6. Na ontkisten van de gestorte vloer komt de beschouwde vloer nauwelijks terug, nl. slechts0,5 mm.7. Na verloop van tijd zakt de vloer door ten gevolge van kruip. Zo is de zakking na 3 maan-den na de laatst genoemde situatie toegenomen met 2 mm in het veldmidden en met 1 mmtussen twee kolommen.Het tekenwerkHet tekenwerk is uitgevoerd ongeveer overeenkomstig het Amerikaanse 'Manual of standardPractice for Detailing Reinforced Concrete Structures', hetgeen inhoudt dat het tekenwerkis geschematiseerd en dat de buigstaten op de tekeningen zijn opgenomen.De aanloopproblemen voor controlerende en uitvoerende instanties waren spoedig over-wonnen, In dit verband is het wel interessant om te zien hoe de totale hoeveelheid aan hetwerk bestede uren voor matenplannen, rekenwerk, wapeningstekeningen en besprekingenstaat ten opzichte van de in het werk gestorte hoeveelheid beton.Het blijkt dat bij de start van de betonbouw ca. 30% van het totale aantal uren besteed is(fig. 24). Hoewel dit vaker voorkomt blijkt dit wel een minimale 'voorsprong' ten opzichtevan de uitvoering te zijn.Ook, blijkt uit de grafiek dat in ??n 4-weekse periode ongeveer een manjaar is besteed, duseen inzet van 13 man.24Verband tussen aantal 4-weekse perio-den, aantal manuren en hoeveelheidgestort beton in m3Cement XX (1968) nr. 12 482