themaKiezen op basis van gezond verstand2201348themaKiezen op basisvan gezondverstand1Na diverse afwegingen voor het projectFifty Two Degrees gekozen voor hybride draagconstructieKiezen op basis van gezond verstand 22013 492Het markante gebouw Fifty Two Degrees heeft een parkeerga-rage, een plintgebouw en achttien kantoorverdiepingen. Detotale hoogte bedraagt 86 m. Het ontwerp is van Mecanooarchitecten en is in 2008 bekroond met de prestigieuze prijs`Dedalo Minosse de Special Prize Eurotherm for Sustainability'.Het project is ontworpen vanuit een humane visie op de locatie,architectuur, materialisatie, gebruik, beheer en exploitatie. VoorBallast Nedam Bouw & Ontwikkeling was dit een van de eersteprojecten in Design&Build.Het gebouw doet dienst als een centrum voor technologischekennisuitwisseling. Het bestaat uit een deel hoogbouw en eendeel laagbouw, in totaal 70 000 bvo. De hoogbouw neemt meteen oppervlak van 1290 m2per verdieping (gebaseerd op afme-tingen van 58 ? 22,3 m2) circa 23 500 m2in beslag. Dit deelsteekt, dankzij enkele vrijstaande gevelkolommen van 7 mlengte, boven het grasdak uit.Hier begint het spannende deel van de hoogbouw: het gebouwis hier 10 graden uit het lood geplaatst. Vanaf de 8e verdiepinggaat het via een knik over in een verticale lijn, wat de scheef-stand accentueert.Door de ontwikkelaars zijn drie architecten benaderd die alleneen ontwerp hebben gepresenteerd. Het ontwerp van Mecanooviel het meest in de smaak. Mecanoo had zich in die periodelaten bijstaan door Arup, dat zorgdroeg voor een technischge?ntegreerd ontwerp met constructieve haalbaarheid. Toen hetproject als Design&Build was overgedragen aan het operatio-nele team is de gehele draagconstructie opnieuw tegen het lichtgehouden.Opties draagstructuurVoor een kantoor als dit is een kolomstructuur vanzelfsprekend.Diverse opties in kolomafstanden en overspanningsrichtingenzijn vergeleken. In het uiteindelijke ontwerp varieert de stramien-afstand in langsrichting van 7200 tot 10 800 mm. In dwarsrich-ting bedraagt die 7200 mm (fig. 3). De standaardverdiepings-hoogte van een kantoorverdieping is vastgesteld op 3900 mm.OntwerpprocesEr waren diverse opties voor de toe te passen materialen. Erbestonden verschillende visies, enerzijds gestuurd door emotieen anderzijds door ratio: de bouwer wilde bouwen in beton, deconstructief ontwerper wilde het meest lichte ontwerp. Allepartijen hadden goede argumenten. Dit was dus het idealemoment om op basis van integrale samenwerking te komen tothet optimale ontwerp.Om een objectieve keuze te maken, is er breed onderzoekverricht. Zo zijn er op allerlei fronten matrixen opgesteld.Naast de vrije indeelbaarheid, het eigen gewicht van de verdie-De skyline van Nijmegen is in 2007 verrijkt metde kantoortoren Fifty Two Degrees. Er is veelaandacht besteed aan het selecteren van dejuiste bouwmethode. Gezond verstand heeftuiteindelijk geleid tot een keuze voor eenhybride draagconstructie. Die keuze is vooralbepaald door het eigen gewicht, hetbouwtempo, de vrije indeelbaarheid en eenknik in het gebouw.Willem van DijkBallast Nedam Bouw & Ontwikkelingir. Victor van GorpAdviesbureau Tielemans1, 2 Kantoortoren Fifty Two Degreesin Nijmegenfoto's: Christian RichtersFifty Two DegreesDe naam Fifty Two Degrees is gebaseerd op de geografischepositie van Nijmegen, 52enoorderbreedtegraad.themaKiezen op basis van gezond verstand22013504KJIHG5 6 7 8 97200108001080010800576001080072007200720028800720072001033 Plattegrond4 Aansluitingen van de betonvloeren opstaalconstructie en kernen5 Doorsnede t.p.v. stramien 7 en 8Deze keuze was niet gebaseerd op een mix van emoties maareerder op gezond verstand. Voor de verdiepingsvloeren was dekeuze voorlopig gevallen op de toepassing van staalplaat-beton-vloeren. Deze keuze is de maatstaf geweest in de vergelijkingvan alle mogelijke uitvoeringsvarianten. Wel een belangrijkaandeel in de keuze was de hoeveelheid staal. Dit materiaal lietimmers een grote mate van fluctuatie zien in prijs per kilo. Hetal in deze fase (2004) vastleggen van prijzen, bleek geen optieen dus een groot risico. Het belangrijkste doel was het aandeelvan staal tot een acceptabel niveau te krijgen, zonder dat er teveel invloed zou zijn op eerder beschreven onderdelen als eigengewicht, bouwtempo en indeelbaarheid.Een belangrijk uitgangspunt in het ontwerpproces was de vrijehoogte tussen plafond en vloer. Deze was door de gebruikervastgesteld op 3000 mm. Voor de verdiepingsvloeren zijn vijfvarianten vergeleken met de staalplaat-betonvloer met stalenliggers als referentie. De andere varianten waren: gewichtsbe-sparende breedplaatvloeren op liggers van staal of op liggersvan beton, kanaalplaatvloeren met ge?ntegreerde, stalen liggersen kanaalplaatvloeren met betonnen liggers. Tabel 1 laat eenvergelijking zien in constructiehoogte tussen de verschillendevarianten. De rij `balken' toont de afmeting van het deel datonder de vloer uitkomt, wat belangrijk is voor de flexibiliteitvan de installaties. De rij `totalen' laat de totale hoogte van hetvloerpakket zien.Uit deze vergelijking bleek de beste variant (met kleinsteconstructiehoogte) de vloer die is opgebouwd uit kanaalplaat-vloer in combinatie met stalen liggers. De vloer heeft een diktevan 260 mm en is voorzien van constructieve druklaag van60 mm. De stalen liggers bestaan uit HE-A- en IPE-profielenals eind- en langsbalken en THQ-liggers als middenbalken. Deoplegging aan de betonnen kernen wordt verzorgd door hoek-lijnen (fig. 4).Op basis van deze keuze is een verdere vergelijking gedaan diebetrekking had op de totale draagstructuur. Aspecten alsbeschikbare installatieruimte, eigen gewicht en logistiekehandelingen zijn onder de loep genomen. De vergelijking is tezien in tabel 2.In de DO-fase zijn de uitkomsten met betrekking tot het totaleeigen gewicht van de hoofddraagconstructie en de relatie methet funderingsontwerp nog eens goed tegen het licht gehouden.Een licht ontwerp (staalplaat-staal) van 81 432 kN zou hebbengeresulteerd in een redelijke hoeveelheid trekpalen. De watzwaardere variant (kanaalplaat-staal) van 130 806 kN brachtperspectief in de toepassing van alleen maar drukpalen. En metde eerdergenoemde, positieve uitkomsten werd de keuze vankanaalplaat-staal steeds concreter.pingsvloeren, de vloerdikte, installatiehoogte en de hoeveelheidhandelingen per bouwlaag, speelde ook het bouwtempo eenrol. Dat is al in de schetsfase meegenomen en vastgesteld op zesdagen per verdiepingsvloer en een productie per dag van215 m2. Dit gebaseerd op toepassing van ??n bouwkraan. Hier-door ontstond een voorkeur voor een industri?le bouwme-thode. Een van de opties was de draagconstructie in staal uit tevoeren. Dat zou echter veel schoorvoorzieningen in het verti-cale vlak met zich meebrengen. Dit was geen optie, enerzijdsvanwege architectuur en anderzijds vanwege de flexibiliteit inverhuurbaarheid. Een alternatief was een volledig betonnenvariant. Ter hoogte van de 8e verdiepingsvloer zou dan eenvoorgespannen overdrachtsconstructie moeten worden toege-past en de benodigde kolomafmetingen zouden hierbij veelvloeroppervlak opeisen.Uiteindelijk lag een keuze voor een hybride constructieopzetvoor de hand, gebaseerd op twee betonnen kernen (foto 6).Tabel 1 Vergelijking constructiehoogte tussen de verschillende variantenbrdpl-staal kpl-staal stpl-staal brdpl-beton kpl-betonvloer (mm) 340 260 150 300 260balken (mm) 20 20 260 70 130druklaag (mm) - 60 - - 60totalen (mm) 360 340 410 370 450Tabel 2 Vergelijking overige aspecten verschillende variantenbrdpl-staal kpl-staal stpl-staal brdpl-beton kpl-betonvloerhoogte (mm) 360 340 410 370 450installatieruimte (mm) 420 440 370 410 330gewicht / m2(kN) 6,12 5,47 3,40 5,80 5,54totaalgewicht (kN) 146 016 130 806 81 432 152 100 146 016onderdelen (stuks) 120 163 100 139 177Kiezen op basis van gezond verstand 22013 514 5var.koppelstaaf ?12 vastgelasth.o.h. 600 mm. L = 1200 mmombuigen in sleufsparingenL = 1200 mm. hervuld met beton B352604007040druklaagkanaalplaatL 150/150/15600stalen kolomHEA320gevellijntrekligger nivo 1 tot 7: HEA160trekligger nivo 8: HEA200350 70 180koppelstaaf ?12h.o.h. 600 mm. L = 1200 mmin sleufsparingen L = 1200 mm.hervuld met beton B35druklaag var.2607040kanaalplaatL 150/150/15t.p.v. kolomstalen kolomligger -1 THQ265x6-300x30-600x15asoplegmateriaalvolgens leverancierkoppelstaaf ?12 vastgelasth.o.h. 600 mm. L = 2400 mmin sleufsparingen L = 1200 mm.hervuld met beton B35druklaagvar.2607040kanaalplaat kanaalplaat600260gevellijnstalen kolomligger -1 THQ265x6-300x30-600x15ligger -2 THQ265x6-300x50-600x257040IPE300schotten t.p.v. kolomL150/150/15tegen kolomconsole n.t.b.350275 hart liggerhartlijnstalen kolomvar.70 180lijk de kernwanden over enkele verdiepingen uit te voeren inbetonsterkteklasse C53/65.De stabiliteit in langsrichting wordt door de resterende beton-wanden in de kernen verzorgd. De rotatie van het gebouwwordt verhinderd door de als een gesloten koker, gevormdebetonwanden van de kern op stramien 5 en 6.Uitvoeringsmethode en logistiekHet oppervlak per hoogbouwverdieping van circa 1290 m2ende verticale vormgeving is met betrekking tot de positioneringvan kranen een uitdaging. Een methode op basis van ??n kraanvraagt om een positionering in het midden, met een vlucht vanminimaal 45 m en een verankering aan de hoofddraagcon-structie die nogal complex en duur is. Hierbij komt dan ooknog de bijkomstigheid dat deze kraan gedurende 75% van detotale bouwtijd in het te bouwen project is gepositioneerd.Deze nadelen hebben een belangrijk aandeel gehad in de keuzeom twee kranen buiten de gevellijnen te plaatsen. Naast hetConstructieopzetIn de plattegrond (fig. 4) zijn twee verschillende verticale draag-systemen te onderscheiden. In stramien 5, 6 en 9 bevinden zich debetonnen kernwanden. Ter plaatse van stramien 4, 7, 8 en 10 is dedraagconstructie geheel opgebouwd uit stalen kolommen (fig. 5).Onder de 8e verdieping zijn de hoofdkolommen schuin naarbinnen geplaatst, wat grote horizontale krachten veroorzaaktter hoogte van de 8e verdieping. Ter plaatse van stramien 4, 7, 8en 10 leunt het wijkende bouwdeel onder de 8e verdieping alshet ware tegen de hoofddraagconstructie aan.De globale stabiliteit komt voor rekening van de kernwandenen twee stalen kolommen (HD-profielen) aan de achterzijdevan de onderste bouwlagen (fig. 5). Het aandeel van de beidekolommen is groot, zowel in sterkte als in het beperken vanvervorming. De aansluiting van de kolommen met het beton isbewerkstelligd met forse schetsplaten, ankers en wapening.Door de grote concentratie van krachten op de verdiepingen 7en 8 en de schuin aansluitende kolommen, was het noodzake-Tabel 3 Kraanhandelingen voor de alternatievenbrdpl-staal kpl-staal stpl-staal brdpl-beton kpl-betonvloerplaten 56 103 4 56 103vloerbalken 29 29 62 29 29wapening 10 6 6 10 6materieel 8 4 4 12 4kolommen 6 6 6 19 19onvoorzien 10% 10 15 8 13 16totalen 120 163 100 139 177themaKiezen op basis van gezond verstand220135266 Fifty Two Degrees heeft een hybride constructieopzet, gebaseerd op tweebetonnen kernenDeformaties en zettingenOm de gestelde bouwtijd te kunnen realiseren, is besloten degevelsluiting gelijk mee te nemen in het bouwproces. Buiten derisico's van vallende delen op het schuine gevelvlak was er ookeen risico aanwezig met betrekking tot de stelruimte tussen deonderliggende vliesgevelpanelen in horizontaal opzicht. Dezestelruimte bedroeg 15 mm op basis van de eindfase. Echter inde bouwfase is de hoofdraagconstructie onderhevig aan enigeverkorting, de keuze van staal is dan weer een nadeel.Om te kunnen anticiperen op de ongelijke verkortingen van debetonnen constructieonderdelen en de stapeling van stalenkolommen, zijn de kolommen over de complete hoogte metcirca 80 mm verlengd. De verkorting van de kolommen opbasis van gelijkmatige belastingen in het bouwproces, hebbenertoe geleid een geometrisch draadmodel op te zetten. Incombinatie met het opstellen van 3D-berekeningen op basisvan twaalf bouwfases, zijn 30 steunpunten per verdieping inogenschouw genomen. Verder zijn de gebruikte resultaten uitdeze berekeningen gebruikt om de horizontale vervormingenuit de scheefstand al in de realisatie van de hoofdkernen tecompenseren. Dit door de klimbekisting iets in tegengestelderichting te stellen. Door een goede monitoring van maatvoe-ring kon de theorie goed worden vergeleken met de praktijk enwas bijstelling mogelijk. In werkelijkheid is gebleken dat voor-genomen acties en berekeningen nagenoeg synchroon liepen.ConclusieNa een zorgvuldige vergelijking voor de hoofddraagconstructieis gebleken dat de uiteindelijk gekozen hybride variant circa20% goedkoper is uitgevallen dan de variant staalplaat-staal. Indeze vergelijking zijn alle bijbehorende indicatoren als funde-ringsconstructie, brandwerende bekledingen en algemenebouwplaatskosten opgenomen.Het gebruik van gezond verstand en het integraal samenwerkenvan begin tot eind, heeft het beste gehaald uit mens en materi-aal en geleid tot de meest economische opzet in het gebruik vanbeton en staal. comfort wat de toepassing van twee kranen met zichmeebrengt, was het aantal kraanhandelingen van 163 stuks perbouwlaag ook geen probleem meer voor de vastgestelde cyclusvan zes dagen per verdieping voor de opbouw van logistiekehandelingen (tabel 3).Het halen van de eerste paal in mei 2005 en het hoogste punt indecember 2005 vormde een volgende, grote uitdaging. Hiertoemoest de eerder vastgestelde cyclus van zes dagen worden inge-kort tot vier dagen. Hierdoor werd de integrale samenwerkingvan mens en materiaal op de proef gesteld. Het bouwtempowerd sterk gedicteerd door de twee betonkernen, qua ontwerpinmiddels voorzien van zelfklimmende kernbekistingen, uitge-voerd in 25 klimslagen.Echter om de cyclus van vier dagen te bewerkstelligen, is ergekozen om in twee shifts te gaan werken. Deze keuze had geeninvloed op de verdiepingsvloeren en kolommen. Voor dekernen was het moelijker. Een betonmengsel te maken met alseis een druksterkte van 14 N/mm2in circa 6 uur, was een uitda-ging. Samenwerking met de betonlaborant en ruwbouwploegresulteerde in een cyclus die op het uur nauwkeurig werdgepland en een mengselsamenstelling die was ingericht op deverwachte nachttemperaturen. PROJeCtGeGeVeNSproject Fifty Two Degreesontwikkelaars Ballast Nedam Bouw & Ontwikkeling en ICE Ontwikkelingarchitect Mecanoo architectenconstructeur Adviesbureau Tielemansaannemer Ballast Nedam Bouw & Ontwikkelingstaalleverancier ASK Romeinadviseur geometrie TU Eindhoven (Peter van Hoof)