Leren van deformaties4201180Leren vanMaatafwijkingen zijn niet weg te denken in de bouw.Natuurlijk houden constructeurs er rekening mee, alwas het maar omdat dat nodig is volgens de voorschrif-ten. En meestal is die aandacht toereikend, kan hetdesbetreffende gebouw met gangbare technieken enaandacht gebouwd worden en functioneert het bij deoplevering naar behoren. Maar er zijn gebouwen die alsgevolg van de optredende maatafwijkingen feitelijk hetpredicaat `onmogelijk te maken' meekrijgen. Het Stads-kantoor Leyweg is daarvan een voorbeeld.Nieuw stadskantoor Leyweg (2)Alles wat wordt geproduceerd, heeft te maken met maatafwij-kingen. In de meeste situaties hebben we geleerd daarmee televen. Zo voorzien we voegen in nagenoeg alle ontmoetingenvan verschillende bouwcomponenten. Hiermee wordt geantici-peerd op de onvermijdelijke maatafwijkingen. Maar zijn diemaatafwijkingen wel onvermijdelijk? Het antwoord is ja. Geenenkele maat ? of het nu een uitzetmaat, een stelmaat of eenproductmaat betreft ? is als gevolg van menselijk handelen vrijvan maatafwijkingen. En zodra een op zich al imperfecte `maat'tot stand is gebracht, voegen wisselende omgevingsomstandig-heden zoals temperatuur en relatieve vochtigheid, maar ookbelastingen nieuwe maatafwijkingen toe. Daarnaast leiden ookwijzigingen van materiaaleigenschappen in de tijd tot wijzigingvan de `maat'. Afwijking `0' is een illusie; in de praktijk zal dezezich slechts bij toeval ? afgerond ? voordoen.2Leren van deformaties 42011 811 Gevel van het Stadskantoor Leyweg foto: RudyUytenhaak Architectenbureau2 Langsdoorsnede Stadskantoor LeywegArchitecten hebben vaak grote moeite met de onvermijdelijk-heid van maatafwijkingen. Ze beschouwen het maken vanafspraken over toelaatbare maatafwijkingen ? maattoleranties ?als het verstrekken van een vrijbrief aan de veroorzakers ervanom de perfectie van het ontwerp aan te tasten. Of detailsworden zo ontworpen dat het vermogen om maatafwijkingen teabsorberen, ontoereikend, en in het slechtste geval zelfs nihil is.Constructeurs rekenen `als vanzelf' op een imperfecte wereld,getuige de veiligheidsfactoren die bij het modelleren, construe-ren, worden betrokken. Er zijn ook de excentriciteiten bijboven elkaar liggende wanden en kolommen en afwijkendeopleglengtes. Ook een blijk van `rekenschap' geven is het togenvan stalen en betonnen liggers en vloerelementen.Er zijn echter gebouwen die meer aandacht vragen op hetgebied van `maatbeheersing in de ontwerpfase' dan gebruikelijkis. Een voorbeeld hiervan is Stadskantoor Leyweg in Den Haag.Zonder de implementatie van een adequate maatbeheersingzouden hier ongetwijfeld `rampen' hebben plaatsgevonden,zoals onvlakke vloeren, klemmende deuren, gesprongen ruiten,te kleine voegen. Dit zou leiden tot een esthetische verstoringvan het gevelbeeld en hiermee zou het niet meer mogelijk zijngeweest een goede dichting te realiseren.Constructieve opbouw Stadskantoor LeywegHet Stadskantoor Leyweg wordt gekenmerkt door grote uitkra-gingen, ter plaatse van de hoeken van het in plattegrond drie-hoekvormige gebouw. Ook het hoogteverschil is kenmerkendtussen de voorzijde die 18 verdiepingen telt, en de achterzijdevan 10 verdiepingen. Hierdoor ontstaat een groot verschil in debelasting op de constructie tussen de voorzijde en de achter-zijde van het gebouw.deformaties1dr.ir. Peter van Hoofen ir. Jan-Paul ArtsTechnische UniversiteitEindhovenLeren van deformaties4201182van een druklaag die tijdens de bouwcyclus is aangebracht,ondermeer om de stabiliteit van het gebouw tijdens de bouw-fase te waarborgen.Een uitgebreidere omschrijving van de constructie van hetgebouw staat in het artikel `Tweede stadhuis voor Den Haag oppagina 26 in deze uitgave.De probleemgebiedenTijdens de voorbereiding van de bouw van het Stadskantoorbleek het voorziene vervormings- en zettingsgedrag voorproblemen te zorgen. Oorzaak: het toenemen van de veelalasymmetrische belastingen tijdens de bouw. Als een belangrijkprobleemgebied werd erkend het voldoen aan de eisen voor devlakheid tezamen met de beperkt toelaatbare variatie in dedikte van de druklaag van de vloeren. Daarnaast werd ook degeveldichting als een potentieel probleem gezien. Dit enerzijdsdoor ongelijke vervormingen en zettingen onder het toenemenvan de belastingen en anderzijds als gevolg van ongelijkeDe hoofddraagconstructie is opgebouwd uit een stalen en eenbetonnen deel. De staalconstructie zit volledig in het gebouwen is vanaf de buitenzijde bijna niet waar te nemen. Decomplexe staalconstructie kan verdeeld worden in drieverschillende onderdelen: een driehoekvormige hoofddraag-constructie, de `bissectrices' ter plaatse van de uitkragingen ende secundaire staalconstructie rondom de driehoekvormigehoofddraagconstructie (fig. 3). Aan de driehoekvormige hoofd-draagconstructie zijn de bissectrices en de secundaire staalcon-structie verbonden.De driehoekige hoofddraagconstructie is opgebouwd uit driestaanders op de hoekpunten met daar tussen diagonalen. Dediagonalen verzorgen de krachtsafdracht van de ongelijkvor-mige uitkragingen. Bijzonder aan de staalconstructie is dat dedriehoekige hoofddraagconstructie binnen in het gebouw, inhet atrium, maar buiten de thermische schil is geplaatst.Aan de hoofddraagconstructie zijn kolommen verbonden, diedeel uitmaken van de secundaire staalconstructie, die dekrachtsafdracht van de vloeren verzorgen. Afhankelijk van depositie van een kolom wordt deze op druk of trek belast. Hier-door worden de kolommen respectievelijk korter of langer.Het betonnen deel van het gebouw bestaat uit de prefab beton-nen sandwich gevelelementen, wanden en vloeren (fig. 7). Ommet beton de uitkragingen en het verspringende raampatroonte kunnen realiseren, is een vertanding in de horizontalevoegen van de binnenbladen ven de sandwich elementenaangebracht. De vloeren, klimaatvloeren (VBI) en kanaalplaat-vloeren met een maximale overspanning van 14,4 m, zijn aan??n zijde opgelegd op de gevelelementen en aan de anderezijden op de staalconstructie. De klimaatvloeren zijn voorzien3a4Leren van deformaties 42011 833 Een isometrie van de draagconstructie met a: alleen de stalenhoofddraagconstructie; b: desecundaire staalconstructie rondom de hoofddraagconstructie en c:de bissectrices die verbonden zijnaan de staanders van de driehoekvormige hoofddraagconstructie4 Stadskantoor Leyweg in uitvoering5 FiftyTwo Degrees bron: Ballast Nedamtemperatuurswisselingen tussen de staalconstructie en debetonconstructie.De klimaatvloeren met druklaag verbinden de dragende beton-nen sandwich gevels met de staalconstructie. Door het verschilin gedrag van staal en beton in de tijd is het evident dat dehoogte van de vloeren, die aan ??n zijde op staal en aan deandere zijde op beton opliggen, onderling relatief veel verschil-len. Complicerende factor was het gegeven dat de vloerenopgelegd werden op de secundaire staalconstructie. Afhanke-lijk van de positie verliep de krachtsafdracht naar de hoofd-draagconstructie via kolommen die op trek of op druk werdenbelast.Voor de afgewerkte vloeren was een vlakheidsklasse 2 vereist,terwijl de druklaag met een ontwerpdikte van 80 mm moestblijven binnen +/- 10 mm. Die laatste eis had vooral te makenmet enerzijds een voldoende dikte om nog dekking te hebbenop het wapeningsnet en anderzijds om geen extra eigen gewichtte introduceren.FiftyTwo degreesHet gebouw FiftyTwo degrees (uitgevoerd door Ballast Nedam) bestaat uit eenbetonnen kern, stalen kolommen/liggers en staalplaatbetonvloeren. Om teanticiperen op de ongelijke verkorting van de betonnen kern en de opeensta-peling van de stalen kolommen zijn kolommen over de complete hoogte metcirca 80 mm verlengd ten opzichte van de hoogte van de kern. Tijdens hetklimmen van de kernen zijn deze tot 25 mm`achterover'gestort om na realisatievan de vloeren en gevels, en de daarmee excentrisch uitgevoerde belasting,voldoende nauwkeurig`verticaal'terecht te komen.53b3cLeren van deformaties42011846 KBC Eindhoven7 Een isometrie van de constructie vanhet Stadskantoor Leyweg. In lichtblauw, onder, zijn de funderingspoeren en de in het werk gestorte wanden weergegeven. In cyaan zijn dedelen van de wanden die met behulpvan prefab sandwich elementen worden gemaakt weergegeven en indonkerblauw vloeren. Gedeeltelijk isde staalconstructie nog zichtbaardoor de raamsparingenDe gevel in het atrium, ter plaatse van de hoofddraagconstruc-tie, ondervindt een continue vervorming ten gevolge van hetthermische gedrag van de hoofddraagconstructie. De hoofd-draagconstructie is immers buiten de thermische schil van hetgebouw geplaatst en de gevel is verbonden met de secundairestaalconstructie die binnen de thermische schil van het gebouwzit. Om de vormveranderingen ten gevolge van de wisselendetemperaturen op te kunnen vangen, moet rekening wordengehouden met de te verwachten uitzetting en krimp,beschouwd vanuit de temperatuur op het moment van demontage van de gevel.De oplossingenHet was relatief eenvoudig om voor de eindsituatie met eenzekere mate van betrouwbaarheid vast te stellen hoe groot deuiteindelijke vervormingen zouden zijn, rekening houdend metalle belastingen. Maar om tijdens de uitvoering op de vervor-mingen te kunnen anticiperen, ofwel om adequate uitvoerings-technische maatregelen te kunnen nemen, was het van belangte weten hoe groot de al opgetreden vervormingen waren enhoe groot de nog te verwachten vervormingen waarschijnlijkzouden zijn.Voor aanvang van het project zijn aan de fasering gekoppeldesimulaties uitgevoerd. Hieruit is duidelijk geworden welkeongelijke vervormingen tussen de voorzijde en de achterzijdevan het gebouw op zouden treden tijdens de bouw ?n tussen detwee belangrijkste constructieonderdelen van staal en beton(fig. 8). Naar aanleiding van de bevindingen uit deze studie isbesloten om onder andere de volgende maatregelen te nementijdens de uitvoering om de verschillen ten tijde van de opleve-ring te minimaliseren.De combinatie van de eisen aan de afgewerkte vloeren en detoleranties waarbinnen de gehele constructie gebouwd moestworden, zorgden voor een bijna onmogelijke opgave.De gevels ter plaatse van de uitkragingen staan bloot aandezelfde vervorming als de vloeren omdat de gevels daaraanzijn bevestigd. Als de opleggingen van de vloeren in hoogtezakken door het vervormingsgedrag van de staalconstructie ofvan de betonnen wanden, werkt dit natuurlijk ook door in degevels. Indien de oorspronkelijke detaillering in deze gevels wasgehandhaafd, dan had dit kunnen leiden tot gebroken ruitenen/of vallende ruiten.Stadskantoor UtrechtHet nog te bouwen Stadskantoor Utrecht bestaat uiteen complexe staalconstructie met kanaalplaat enstaalplaatbetonvloeren. De grote uitkragingen en velevides in het gebouw zullen tijdens de uitvoering voordezelfde`uitdagingen'en risico's zorgen die voorkwa-men bij project Leyweg.67Leren van deformaties 42011 858 De afbeeldingen geven weerwaar relatief gezien de grootste verticale verplaatsingen(blauw is groot, rood is klein)op gaan treden. Duidelijkwaarneembaar is dat tijdensde eerste fasen van de bouwde achterzijde van hetgebouw meer vervormt endat in de eindfase grootstevervormingen aan de voorzijde van het gebouw optredenVoor de gevels in het atrium zijn extra regels en voegen aange-bracht om verwachte vormveranderingen van ten minste 18mm op kunnen vangen. Deze maximaal opneembare vervor-mingen zijn wat extra vergroot om onafhankelijk te zijn van detemperatuur ten tijde van de montage.Bewaken maatnauwkeurigheidOm tijdens de uitvoering te kunnen bepalen of de verwachtevervormingen ook daadwerkelijk optraden, zijn verschillendemonitoringsystemen opgesteld. Per drie verdiepingen zijnmetingen gedaan waarbij de gehele verdieping in kaart isgebracht. Deze metingen zijn iedere drie verdiepingen herhaaldom zo inzicht te verkrijgen in het daadwerkelijk optredendevervormingsdrag van zowel de staalconstructie als de sand-wichgevels. De meetuitkomsten boden een indicatie voor dejuistheid van de prognoses en de doorgevoerde maatcorrecties.Een meting die veel inzicht heeft gegeven is de gebleken kante-ling van de 10e verdieping: verwacht 25 mm, geconstateerd 22mm De uitkomsten gaven een geruststellend inzicht in heteffect van de genomen maatregelen. Geruststellend, vooralomdat het te laat zou zijn geweest om bij een dramatischeuitkomst nog passende maatregelen te kunnen doorvoeren.Lessen voor partijenVoor opdrachtgevers en hun vertegenwoordigers geldt dat erbesef moet komen dat er grenzen zijn aan de technische haal-baarheid van ontwerpwensen en dat het unfair is om financi?lerisico's die onlosmakelijk verbonden zijn met het opzoeken vande grenzen, als vanzelfsprekend bij de uitvoerende partijenneer te leggen.StaalconstructieVoor de staalconstructies zijn zoals gebruikelijk correcties vande productmaten doorgevoerd. Zo zijn de kolommen met over-lengte geproduceerd en liggers voorzien van een zeeg. Destudie heeft in dit geval geresulteerd in onder andere eenaanpassing van de staalconstructie van 70 mm in de hoogte.VloerenOm de vlakheid van de vloeren en de diktevariatie van dedruklaag enigszins binnen de toleranties te houden, zijn devloeren onder afschot afgewerkt.Voegen sandwichelementenVoor de prefab betonnen sandwichelementen was het onhaal-baar de productmaten aan te passen. Het zou immers het steedsaanpassen van de mal betekenen. Daarom is besloten niet deproductmaten van de sandwichelementen aan te passen maarde hoogte-stelmaten van de elementen. Hierdoor kregen dehorizontale voegen tussen boven elkaar gelegen elementen eencorrectie. Deze correctie bedroeg voor de horizontale voegentussen de sandwichelementen 2 mm per voeg aan de achter-zijde en 3 mm per voeg aan de voorzijde van het gebouw. Ditlijken verwaarloosbare correcties, maar zou een correctieachterwege zijn gebleven, dan zouden de verschillen, gezien hetaantal verdiepingen, zijn opgelopen tot centimeters.GevelsBij het aanbrengen van de gevels ter plaatse van de uitkragin-gen is bepaald met welke correcties deze gevel geplaatst moestworden om te voorkomen dat er ruiten onder spanning zoudenkomen te staan. Ook moesten de gevelregels en stijlen in deeindsituatie, binnen zekere grenzen, evenwijdig zitten. Hierbijis uitgegaan van de reeds opgetreden vervormingen en de nogte verwachten vervormingen,8Leren van deformaties86 420119 Stadskantoor Utrechtbron: Kraaijvanger ? Urbisgrootte van (ongelijke) zettingen en deformaties afhankelijk isvan de voortgang van de uitvoering, moet bij het corrigerenvan de uitzetmaten en stelmaten steeds bedacht worden: wat isbij deze belastingsituatie (t) van de constructie de gewenstepositie (x, y en z-co?rdinaat) van een bepaalde te verwerkencomponent? Sleutelwoord is `gewenste positie'. De gewenstepositie is die positie, waarbij de waarschijnlijk nog optredendeverplaatsingen als gevolg van (ongelijke) zettingen en deforma-ties, op het moment van oplevering blijven binnen de verlangdeplaatstolerantie.Constructeurs zijn gewend aan de hand van hun rekenmodel-len een prognose te maken van de zettingen en vervormingentijdens de (extreme) gebruiksfase van een gebouw. Hierbijwordt rekening gehouden met onder andere eigen gewicht,nuttige belasting en windbelasting. Het zal duidelijk zijn datdeze informatie ontoereikend is voor een adequate plaatsbepa-ling van componenten in het werk gedurende de uitvoering.Wat nodig is, is een opdeling van de constructie in belastingfa-sen ? bijvoorbeeld per gerede verdieping ? en een prognosevan de verplaatsingen die volgens het rekenmodel nog zullenoptreden tot aan de oplevering. Deze prognoses kunnen pasworden gemaakt nadat een planning beschikbaar is waaruitblijkt hoe bijvoorbeeld de realisatie van een betonnen kern, deverdiepingsvloeren en de gevel zich verhouden qua tijd. Hetanalyseren van het uitvoeringsproces, het defini?ren van rele-vante belastingsituaties (-momenten) en het verwerken van deinformatie in de rekenmodellen wordt vaak ? zo is de ervaring? op verzoek van het bouwbedrijf door de constructeur pasuitgevoerd na lang aandringen. Het heeft immers niet directiets te maken met sterkte, stijfheid en stabiliteit van de draag-constructie. Onmisbaar is het wel. Voor de producenten van vooraf vervaardigde constructievecomponenten zoals stalen liggers en kolommen en van beton-nen wand/gevel elementen is er steeds de vraag: hoe en inwelke mate moet ik bij het aanhouden van productmaten anti-ciperen op de waarschijnlijk optredende verkortingen envervormingen? Welke overlengte? Hoeveel toog? Uit het reken-model van de constructeur zijn deze zogenaamde product-maatcorrecties relatief eenvoudig af te leiden.Voor bouwbedrijven geldt dat voor bouwplaatsgebonden acti-viteiten zoals uitzetten en stellen tijdig de vraag moet wordengesteld: welke uitzetmaat en stelmaat moet ik hanteren zodattijdens de oplevering er een gebouw staat waarvan de draag-constructie en alle bouwkundige details maatafwijkingen verto-nen die liggen binnen de geldende maattoleranties? Omdat deKennedy toren EindhovenDe Kennedytoren in Eindhoven (KBC gebouw, uitgevoerd doorHurks/Heijmans) is opgebouwd uit een staalconstructie metstaalplaatbetonvloeren. Om te anticiperen op de ongelijkeverkorting van de constructie en de ongelijke zettingen zijn deproductmaten voor de kolommen vergroot en is de constructietot 25 mm achterover gesteld. Hierdoor waren de afwijkingen bijvoltooiing van het gebouw aan de top niet groter dan 20 mm.Constructie StadskantoorLees ook het artikel`Tweede stadhuis voor DenHaag'van ing. Eddy van Caulil en ir. Michel SchampAronsohn Constructies raadgevende ingenieurs, op p. 26 in dezeuitgave of op www.cementonline.nl. Dat artikel gaat uitgebreid inop de constructie van het nieuwe Stadskantoor Leyweg. ProJectgegevensopdrachtgever Gemeente Den Haagarchitect Rudy Uytenhaak Architectenbureau bvadviseur constructies Aronsohn Constructiesraadgevende ingenieursaannemer BAM Utiliteitsbouw bv regio Rotterdamleverancier gevel Hurks Oosthoek Kemper9