UTILITEITSBOUW CONSTRUCTIEF ONTWERPMARITIEM MUSEUM TEROTTERDAMirJ.Laurens, Gemeentewerken Rotterdam, Ingenieursbureau Utiliteits- en Waterbouw,1-l------1 Situatie van het gebouw in z'ndirecte omgevingKarakteristiek van het gebouwende omgevingHet nieuwe Marititem Museum ligt opeen markante plaats in Rotterdam, na-melijk op de kop van deLeuvehaven aan Ihet kruispunt van de Blaak en de Schie- I'damsedijk (fig. 1). Het Was geen terrein r-------------'-----r-~~---~~-~.::..!-~-waar zonder meer kon worden ge-bouwd. Naast stedebouwkundige rand-voorwaarden zoals bouwhoogte en het 2 Scheve projectie met op deopnemen van een tweetal openbare ar- voorgrond het Vademecumcaden (ziefig. 7) moest ondergronds re- I-~ ~ ----l. ---L_kening worden gehouden met de aan-wezigheidvaneenwaterkering, eenme~ttobuis en de resten van een sluiscom-plex.Tevens liggenveel kabels enleidin-gen in de grond die voor het merendeelonder de arcaden moesten worden ge-concentreerd.Het gebouw heeft een oppervlakte vanca. 6720 m2en het bestaat uit een drie-hoek metzijdenvan 72, 72 en 102 m. Dehoogte bedraagt 21 m. De schuine zijdevan het gebouw wordt plaatselijk on-derbroken door een gedeeltelijk in dedriehoek geschoven rechthoe~~ .bouw-volume, hetzgn. Vademecum (fig. 2). DeDe nieuwe huisvesting van het Maritiem Museum in de Maasstad, isonmiskenbaar een betonnen gebouw, met een duidelijke integratie vanvormgeving en constructie. De keuze van schoon beton leidde in ditgebouw tot een aantal bijzondere constructieve en technologischeaspecten, die beknopt wotden toegelicht. Het gebouw is begin novemberin gebruik genomen.In 1979 werd het oude gebouw vanhet Maritiem Museum Prins Ben-? drik aan de Rochussenstraat te Rot-terdam gesloopt in verband met debouwvan de oost-wesdijnVande metro.In 1981 werd door het architecten-bureauWG.Quist te Rotterdambegon-nen aan het ontwerp voor het nieuw tebouwen museum. De constructieve ad-visering werd opgedragen aan het inge-nieursbureau Utiliteits- en Waterbouwvan Gemeentewerken Rotterdam. Naopenbare aanbesteding werd het werkgegund aan bouwbedrijfH. de Vries BVuit Emmeloord.De eerste paal werd injuni 1983 gesla-gen en de bouwkundige opleveringvond plaats in december 1985.8 Cement 1986 nr. 12rechthoekzijden vormen op de beganegrond twee openbare arcaden van 10 mbreed met een hoogte van 5 m, plaatse-lijk vergroot tot 10 m.Bet gebouw overbrugt een hoogtever-schil van l,S m tussen het Churchill-plein en het Plern 1940. Dit hoogtever-sch?l is in het gebouw opgelost door debegane grond in 2 niveaus uit te voeren.Korte beschrijving van de con-structieDe betonnen draagconstructie is opge~trokken uit terplaatse gestort beton, ge-fundeerd op voorgespannen prefab hei-palen met lengten van 19 tot 24 m. Dedraagconstructie wordt in hoofdzaakgevormd door plaatvloeren metverdik-te kolomstroken en kolomplaten, als-mede kolommen in doorsnede 0,70 x0,70 m2, op een stramienmaat van10,20 m. De stabiliteit wordt door di-verse wanden verzorgd.Do1ll?nant voor het COllstructieve ont-werp zijn de volgende onderdelen:- de driehoekige vorm waardoor even-wijdig aan de schuine zijde overspan-ningen ontstaan van 14,40 m;- de plattegrond die op elke verdiepingverschillend is en slechts ter plaatsevan het d~k uiteen volledige driehoekbestaat;- het Vademecum met een vrije over-spanning van 20,40 x20,40 m2dathetkolomstramien van 10,20 m onder~breekt;- de vides;- de arcaden;- de liftschachten en trappehuizen diehet kolomstra1ll?ell onderbrekenwaardoor plaatselijk een groterevloeroverspanning ontstaat;- een metrobuis die voor een gedeelteonder een hoekvan het gebouwdoor-loopt;- de nuttige vloerbelasting van 8 kN/m2in de tentoonstellingsruimten, omzware stukken te kunnen exposeren.Het merendeel van het beton blijft inhetzichtenis uitgevoerd als gladschoonbetonwaarbij hoge eisenzijngesteldaande plaats en de uitvoeringswijze van destormaden.In totaal is verwerkt 6140 m3beton en620 ton wapeningsstaal (ca. 100 kg/m3).De aannemingssom bedroeg voor debetonconstructie en de bouwkundigeafwerking (exclusief de illstallaties)f 8.540.000,- waarvan het aandeel vande betonconstructie ca. 45% was.FunderingVanaf het maaiveld (3,00 m + NAP)komen naar beneden toe opgebrachtezandlagen voor tot ca. 1,00 m + NAPplaatselijk tot ca. 4,00 m - NAP. Daar-onder tothetpleistocenezand bestaatdebodem uit veen- en kle?lagen. De bo-venkant van het ple?stocene zand va-rieert van 16,50 tot 18,00 m - NAP.Het gebouw staat op voorgespannenprefab betonpalen(450 x450 mm2) meteen nuttig toelaatbaar draagvermogenvan maximaal 1050 kN. Het paalpunt-niveau varieert van 19,00 tot 21,00 m -NAP. De palen zijn voornamelijk ge-concentreerd tot paalgro?pen van ma-ximaa19 palen ter plaatsevan de kolom-men. Overdeze paalgroepenzijn 1,50 mdikke funderingspoeren gestort.Eenvariantoplossing met grote boorpa-len is wel overwogen, maar nietgekozengezien de grotere zetting die dergelijkepalen hebben ten opzichte van eengroep verdringingspalen.StabiliteitDestabilite?tvanhetgebouwwordtver-zekerd door de wanden en kernen (fig. 3enfoto 4). Eengedeelte vandeze wandeneindigt bij de 2e verdiepingsvloer. Bijdeze constructie is dus geen sprake vangelijksoortige stijvekernen inde zinvanart. E-304.7vandeVB. De overdegehe-Ie hoogte van het gebouw doorgaandekernen en wanden zijn onvoldoendegroot om de stabiliteitte verzorgen. Uitberekening bleek dat juist de wandenvan de begane grond tot aan de 2e ver-dieping het merendeel van de horizon-tale belasting opnemen. .De controle van de stabiliteitvolgens deniet-lineaire elasticiteitstheorie vooreen dergelijk gebouw is bijna onmoge-lijk tenzij verregaande vereenvoudigin-gen en benaderingen worden gemaakt.Hierbij kan worden opgemerkt datniet-lineaire computerberekeningennog steeds kostbaar zijn. Daarom is ge-kozen voor een 2e-orde berekenillg perstabiliserend element volgens de ver-eenvoudigde berekening Van VBart. 304.7, en wel op zodanig wijze dateenveilige benadering kan wordell ver-kregen.Door de vorm van het gebouwende perverdieping wisselende stabiliserendeelementen, is het zeer moeilijk om 'metde hand' de 1e-orde momenten persta-biliserend elementte vinden.Aangezienbij Gemeentewerken Rotterdam overdiverse eindige-elementenprogram-ma's kan worden beschikt zoals hetGENESYSsubsysteemSUSAN/l enhetbij TNO-IBBe ontwikkelde program-ma DIANA, is de lineair-elastische ver-deling van de verticale en horizontalebelastingen en de 1e-orde momentenvande stabiliserendeelementenbepaaldmet een drie dimenionaal eindig-ele-mentenmodel van het totale gebouw.Totaal zijn 462 staaf-, plaat- en schijf-elementen gebruikt. Een plot van deconstructies is in figuur 5 gegeven.3 Scheve projectie met aangeduid de 4 Bovenaanzicht totale bouwwerkstabiliteitselementen tijdens de uitvoering, met de hogewandenCement 1986 nr. 12 9UTILITEITSBOUW CONSTRUCTIEF ONTWERPPlattegrond eerste verdiepingOptredende krachten instabiliserende elementenGewichtsberekeningHet driedimensionale eindige-elemen-tenmodel dat gemaaktis voor de stabili-teitsberekening Van het totale gebouw,is tevens gebruikt voor de berekeningvan kolom- en paalbelastingen. Met ditmodel kan snel en nauwkeurig een ge-wichtsberekening worden gemaakt.Door de mogelijkheid van selectieveuitvoerdie hetGENESYSsysteembiedt,kunnen op overzichtelijke wijze de ele-mentkrachten worden gepresenteerd.Er ontstaat geen groot pakket met uit-voer, want het is de gebruiker die be-paalt hoe de uitvoer wordt samenge-steld.zeer klein. Bijvoorbeeld voor de kern opas 2 is a'brn.x. - 7,3 N/mm2waarvan hetaandeelvande 2e-orde 0,61 N/mm2be-draagt. Er kan dan ook worden gecon-cludeerd dat de invloed van het 2e-ordeeffect bij de verdere sterkteberekenin-gen kan worden verwaarloosd. Uiter-aard is wel rekening gehouden met departi?le stabiliteit van de wanden.5 Elementenmodel voor destabiliteitsberekening67Doorsnede gebouw met daaronderde kabels en leidingen82,83(k';L~)1,01,00,330,5B.G _1e VERD.2 3 4 5 6 7 8--xt 169/Efry59~Uiteindelijkwordtinde berekeningdusaanzienlijk meer dan het totale ge-bouwgewicht gestabiliseerd.Ondanks deze 'overstabilisering' blijkende spanningen door de 2e-orde effectenkern as bkern as 2wand as 1wand as 7WINDRICHTING, Qvd kke, - e,--, . -k- (VB-art. E-304.7.2.)Nd ~'k2 3 4 5 6 7 8--xAt114B qr(yD~EFGH3e VERD. - DAKA.1L...."..BEJt"'..-'"1(~367D 15'-E ~Fj83GH1e _2e VERD.Voor elk stabiliserend constructiedeelwordt voor de term Qvd . kk/Lkeen ruime schatting gemaakt zodat:In figuur 6 is een overzicht gegeven vande 1e-orde horizontale krachten in destabiliserende elementen voor de wind~belasting in y-richting. Opvallend is datin sommige elementen de kracht vanrichting verandert bij de overgang naarde volgendeverdieping.Bij controlevan~.--!~~~.l@.~~~~6-r.-~~~i7"~~rr:,.;;~~~~~'D18~........,.~ ~..,kl~~;'-p.55~~~~1i'n~~~tc.::~li.2:>~-:r~"1181818Begane grond.De begane grondvloer is een vlakkeplaatvloer, opgelegd op de funderings-poeren. De vloer is direct op de onder-grond gestort, dus zonder kruipruimte.r~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~----'De gevel springt ter plaatse van de bega-Een veilige benadering van de 2e-orde de som van momenten en horizotnale ne grond ??nstramien terug ten opzich-krachtsverdeling wordt op de volgende krachten blijkt dat aan het evenwicht te van de hogergelegen gevel, waardoorwijze verkregen: wordt voldaan. een arcade is ontstaan. Onder deze arca-Bijvoorbeeld voor de stabiliteit in den liggen in de grond kabels en buizeny-richting is de geschatte verdeling van die reeds voor de bouwvan het museumhet aanpendelend gebouwgewicht over zijn aangelegd.de stabiliserende elementen als volgt: Door de aanwezigheid van deze lei-dingstrokenkondende gevelkolommenen gevelwanden slechts ondersteundworden door vrijliggende poeren.Omdat voor het bouwen van de funde-ringspoeren vlak naast en dieper dan dekabels en buizen moest worden ontgra-ven, zijn reeds voor het leggen ervan tij-delijke .damwanden geslagen (fig. 7).Met name bij de stadsverwarmingsbui-zen moest omzichtig te werk wordengegaan. Het opwarmen van deze buizenin de bedrijfsfase veroorzaakt een druk-krachtin de buizen. Om knik te voorko-men moeten deze buizen derhalve door10 Cement 1986 nr. 12IPJ-- . =w .?.i.,_.Iverblnllingsl...-.eI.M?TRDi~f f f, ~ ?@Jij 1i~_ -"" -_. ~~- ~-~~~-+---J'---~~-=='---:.t=,~ ;.........I ""Ir~-Tt 'i1"'~ ~ 1.L_-+- _IooN~,wt--~----1 Iwr--.-Cement 1986 nr. 12 11UTILITEITSBOUW9 Verzwaarde strook + kolomplaatin vloerveld 10 Bovenaanzicht vloerwapeningrd.13 Belastingschema balkdak0"' Iii'ZtI!l 3' ..12 ~p~"' 2?'oe'd20 j;~m~vademecum---' .,.-- ~bego12 Vademecum-balkenScheve projectie Vademecum-balken11de grond worden gesteund. Zondermeer ontgraven langs deze buizen is danook met mogelijk.VerdiepingsvloerenIn de ontwerpfase zijn diverse vloersys-temen bekeken op economie en estheti-sche eisen. Vooral de esthetische eisenwogen zwaar daar de vloeren als schoonbeton zichtbaar moesten blijven in zo-wel de publieks- als de overige ruimten.Gekozen is voor een draagsysteem vaneen 200 mm dikke vloer met brede ver-zwaarde stroken van 450 mm dikte en3,73 m breedte, alsmede kolomplatenop de kruisingen van deze verzwaardestroken met een totale dikte van750 mm (fig. 8). Door deze opbouwvandun naar dik wordt de draagstructuurzichtbaar gemaakt (f?to 9) en de vloer-dikte is op deze wijze aangepast aan hetverloop vande buigende momenten. Dekolomplaatdikte is gedimensioneerd opeen maximale ponsspanning td van1,3 N/mm2?De verzwaarde stroken zijn met als eenbalkensysteem berekend maar met be-hulp van het GENESYS eindige-ele~menten subsysteem SUSAN/l. Op dezewijze kan volledig prof~t worden ge-trokken van de in de vloer aanwezigeverzwaarde stroken, kolomplaten enrandbalken. Met? de eindige-elemen-tenmethode kan tevens de Juiste' belas-tingafdracht worden gevonden terplaatse van de kernen en bij de in de dia-gonaalrichting overspannende randbal-ken van de driehoekige eindvelden.Voor een vloerveld van 10,20 x 10,20 m2(f?to JO) is 40,5 m3beton gebruikt (deovereenkomstige dikte bij een volledigvlakke vloerplaat is 390 mm). Aan wa-pemng was per m380 kg nodig, bij eenbelastingcombinatie van eigen gewicht,permanente belasting (1,5 kN/m2) enveranderlijke belasting (8 kN/m2).Voor de dakvloer die met zichtbaar isvoor het publiekendie aanzienlijkmin-der wordt belast dan de verdiepings-vloeren, is gekozen voor een vlakkeplaat met kolomplaten van 300 resp.600 mm dik.VademecumHet Vademecum is een ruimte met eenvrije overspanning van 20,40 x 20,40 m2en een verdiepingshoogte Van 8,70 m(fig. 11 enfoto 12). De dakvloer van dezeruimte wordt ondersteund door eenbalkenkruis met balken van 0,70 x2,50 m2in doorsnede, uitgevoerd in ge-wapend beton. Deze balken worden inhet midden belast door een kolom diede 3everdiepingsvloer en hetdakdraagt(puntlast op de balken ruim 1000 kNper balk).Inde ontwerpfase is eenaantalvariantenvoor deze zeer grote balken onderzochtzoals:- eenbrandwerend omkleedstalenvak-werk; deze variant is om esthetischeredenen afgewezen;- een geheel in beton ingestort stalenvakwerk, maar dat bleek moeilijk uit-voerbaar en duurder dan de gewa-pend-betonnen balk;- een geheel ofgedeeltelijkvoorgespan-nen balk. Deze variant vormde een re-delijk alternatief, maar bleek eenduurdere oplossingdan de gewapend-betonnen balk. Bovendien zoudenjuistter plaatsevan de verankeringvande voorspankabels grote sparingenmoeten worden aangebracht.12 Cement 1986 nr. 12M-kappa-diagramMIi