? utiliteitsbouw. ? constructief ontwerp?ir.5.P.Kaaijk, Corsmit Raadgevend Ingenieursbureau bv, R?sw?king.J.P.5traman, Technische Universiteit DelftEvaluatiestudies tonen regelmatig aan dat een constructief ontwerp niet optimaal isdoordacht. Gebouwkosten hadden lagerkunnen uitvallen indien in de VoorlopigOntwerp-fase andere keuzes waren gemaakt met betrekking tot de draagconstructie. De conse?quenties daarvan zijn op een dergelijk tijdstip echter nog ni?t goed te overzien. Om eenbeter inzicht hierin te krijgen isde basis gelegd voor een nieuwe methode, die het moge-lijk maakt een evaluatiestudie uit te voeren aan het begin van het ontwerpproces.RATIONALISATIE VAN HET ONTWERPPROCESVANBETONNENGEBOUWENCD Evalueren kosten, bouwtijd en uiterlijkCEMENT1998/6In de negentiende eeuw werden gebouwenontworpen door ingenieurs die betrokkenwaren b? alle facetten van het gebouwont-werp. In de tweede helft van deze eeuw ishet technisch ontwerp van (betonnen) ge-bouwen echter dermate complex geworden,dat het moestworden opgesplitstin verschil-lende deelgebieden zoals fundering, draag-constructie en installaties. De co?rdineren-de rol die de ingenieur vroeger had is inmid-dels verdeeld over verschillende experts inverschillende organisaties. Dankz?doelge-richt onderzoek in deze deelgebieden is erveel aan expertise gewonnen, maar hetoverzicht is enigszins verloren gegaan. Deverschillende experts trachten hun eigendeelgebied te optimaliseren, hetgeen somseen averechtse invloed heeft op het totaleontwerp.Zo bl?kt regelmatig dat het constructief ont-werp van betonnen gebouwen achteraf nietoptimaal is doordacht. Evaluatiestudies to-nen aan dat de gebouwkostenlager haddenkunnen uitvallen indien in de Voorlopig Ont"werpfase (VO-fase) andere keuzes warengemaakt met betrekking tot de draagcon-structie. Ook de integratie van de draagcon-structie in de overige gebouwonderdelen(zoals b?voorbeeld installaties) verlooptniet alt?d vlekkeloos.Een belangr?k oorzaak van deze proble-men ligt in de keuze van het type draagcon-structie. De kosten van de draagconstructie(exclusief fundering) bedragen in het alge-meen 20 tot 25% van de totale bouwsom.Het onafhankel?k optimaliseren van dedraagconstructie is op zich weliswaar zinvol,maar er moet tegel?kert?d worden gekekennaar de rest van het gebouw. De draagcon-structie heeft namel?k een niette verwaarlo-zen invloed op de dimensies en dus op dekosten van de overige gebouwonderdelen.De consequenties van detoegepaste draag"constructie zijn echter niet goed te overzienop het t?dstip dat deze gekozen moet wor-den (in de VO-fase).Zo kan hetgebeuren dateen kostenbesparende maatregel in dedraagconstructie uiteindel?k toch leidt tothogere totale bouwkosten, als b?voorbeeld.de installaties door deze w?ziging veel duur"der worden.21? utiliteitsbouw ? constructief ontwerp?Om een beter inzicht te krijgen in deze con-sequenties is de basis gelegd voor een nieu-we methode, die het mogelijk maakt eenevaluatiestudie uit te voeren aan het beginvan het ontwerpproces. Het voorspellen vanhoge kosten van en probleempunten bij dedoor de constructeur opgestelde alternatie-ven voor de draagconstructie zou het ont-werp in de VO-fasekunnen bijsturen en zO dekosten en/of de bouwtijd reduceren.De ontwikkeling van het complete systeemis zeer arbeidsintensief. De genoemde ba-sis dient als uitgangspunt voor de verdereontwikkeling ervan.Het onderzoek omvatte:? hetverzamelen van gegevens over hethui-dige ontwerpproces van gebouwen doormiddel van interviews met mensen uit depraktijk. Hierbij zijn die elementen ge?nven-tariseerd, die een belangrijke invloedspa-rameter voor het ontwerpproces vormen;? hetverwerken van deze elementen toteenconcept-ontwerp van een gerationali-seerd ontwerpschema;? het ontwikkelen van een prototype van hettoekomstige computersysteem.InterviewsAan een aantal constructeurs zijn diversevragen voorgelegd.Kernvragen die in de VO-fase van belang zijnvoor de keuze van de draagconstructie wa-ren onder meer:? Wat is het meest economische vloersys-teem datvoldoet aan de wensen van de ar-chitect en de gestelde bouwtijd?? Wat zijn de bijbehorende kolomposities?? Wordtgekozen voor prefab-beton ofvoorinhet werk gestort beton?? Kan de stabiliteit van het gebouw wordenverzekerd met aanwezige bouwkundigeelementen of zijn extra verstijvende maat-regelen nodig?De eerste twee vragen zijn bijzonder belang-rijk voor de economische waarde van eenconstructief ontwerp voor het totale ge-bouw. Wat zijn de kosten van een bepaaldvloersysteem en wat zijn de funderings-, in-stallatie-, gevel- en bouwkundige kosten alsgevolg van dit vloersysteem?De derde vraag is minder relevant voor watbetreft de kosten, doch des te meer voor debouwtijd:Zoals bekend kan de keuze voorprefab de bouwtijd OP de bouwplaats redu-ceren, maar de langere voorbereidingstijdvan de prefab elementen kan uiteindelijktoch zorgen voor een latere oplevering.22De laatste vraag ten slotte is relevant voorde eerste drie vragen. Bij slanke gebouwenkan het stabiliteitsvraagstuk leiden tot spe-ciale oplossingen, zoals dragende gevels ofoverdrachtsconstructies. Dit kan vervolgensde afweging tussen bepaalde vloersyste-men alsmede de keuze tussen prefab of inhet werk gestort beton be?nvloeden.Nieuwe evaluatiemethode met behulp vangerationaliseerd ontwerpschema (fig. 1)Omeen uitspraakte kunnen doen over dein-vloed van de draagconstructie op de kostenvan de overige gebouwonderdelen, zijn derelaties tussen deze onderdelen vastgelegdin een uitgebreid relatieschema met als uit-gangspunt het vloersysteem in combinatiemet de kolomposities. Honderden relatieskunnen zo worden ge?nventariseerd. Enkelevoorbeelden: voor elk vloertype kan metbe-hulp van een vuistregel de vloerdikte wordengeschat afhankelijk van de overspanning,die volgtuit de kolomposities.Deze vloerdik-te dientvervolgens als invoervoorvele ande-re onderdelen: het bijbehorende gewicht be-paalt de balk- en kolomdoorsneden en debelasting op de fundering. De hoogte van devloer plus die van de balken bepaalt de vrijeruimte voor installatiekanalen. Deze vrijeruimte bepaalthettype kanalen en daarmeede kosten van die kanalen. Eventueel zal deconstructiehoogte van de vloer toenemen,waardoor er meer geveloppervlak nodig isen dus de gevelkosten zullen stijgen enz.Als alle relaties doorlopen zijn, zal er eencompleet beeld zijn van de werkelijke kostenvan hettotale gebouw. Een kleine wijziging inhet ontwerp van de draagconstructie zou zoverrassende gevolgen kunnen hebben. Opsoortgelijke wijze zijn in hetzelfde relatie-schema tevens gegevens over de bouwtijdvast te leggen.Prototype computersysteemHet zal duidelijk zijn dat een constructeurgeen tijd heeft voor een dergelijke gedetail-leerde aanpak. Het ligt dan ook voor de handom de computer het rekenwerk te latendoen. Om tot een gestructureerd geheel tekomen, is gekozen voor een object-geori?n-teerd gegevensmodel. Dit model bevat eenhi?rarchische boomstructuur, waarin alleelementen zoals vloeren, wanden,kolom-men, gevels, installaties, fundering enz. kun-'nen worden opgenomen. Alle relevante ge-gevens omtrent het ruimtelijk ontwerp vande architect, locatie en grootte van hetbouwterrein, grondgesteldheid enz. kunnenworden vastgelegd.Het gegevensmodel en het eerder bespro-ken relatieschema zijn vervolgens ge?mple-menteerd in een prototype van een compu-tersysteem. In dit prototype is de gehele ge-gevensstructuur opgezet en is veel functio-naliteit ingebouwd. Het relatieschema isechter slechts voor een klein gedeelte ge-reed. De uitkomsten van de hiernabespro-ken berekeningen zijn op dit moment danook nog niet veelzeggend.FunctionaliteitAlgemene gegevensIn het prototype zijn uitgebreide voorzienin-gengetroffen voor hetinvoeren van de beno-digde gegevens. De gebruiker wordt hierbijreeds geholpen met kennisinformatie die af-komstig is van de ge?nterviewde construc-teurs (fig. 2).De geometrie van de platte-grond kan (willekeurig) worden ingevoerdmet muisbesturing (fig. 3). Hierbij kunnentevens vaste elementen zoals gevels, ko-lommen, wanden, liften, trappenhuizen ensanitaire groepen worden aangegeven.Handmatig genereren van alternatievenZodra alle vaste gegevens zijn ingevoerd,kan de constructeur de zelfbedachte alter-natieven voor de draagconstructie samen-stellen (fig. 4). Relevante informatie over bij-voorbeeld de fundering of hetgeveltype kanhier worden ingevoerd, waarna het vloerty-pe, balktype en kolomtype wordt gekozen.RekenmoduleHet computersysteem bevat een basismo-dule die de kosten en de bouwtijd berekentvan draagconstructie, fundering, installa~ties, gevel en bouwkundige elementen.Doordat het systeem voor elke variant alle -tot nu toe ge?nventariseerde - relaties in hetrelatieschema doorloopt, zijn de bovenge-noemdeuitkomsten afhankelijk van de ge-kozen draagconstructie en kan op den duur-als alle relaties tot in detail zijn vastgelegd -een realistische en betekenisvolle vergelij-king worden gemaakt.? Tip over kolomposities ineen parkeer-garageCEMENT1998/6? Invoeren van de plattegrond @ Mogelijke kolomposities worden automatisch herkend en ge-combineerdAutomatisch laten genereren van altematie-ven (vloersysteem Wizard)Het systeem is tevens instaat zelf alterna-tieve draagconstructies te genereren doorvloersystemen, balktypen en verticaledraagstructuren te combineren in een gege-ven gebouwdoorsnede. Er worden alleenvloer-en balksystemen gekozen die b? degegeven overspanning economisch aan-trekkel?k zijn. Van de aldus verkregen (tien-tallen) alternatieven kunnen op dezelfdemanier als b? de door de constructeur opge-stelde alternatieven de kosten en de bouw-tijd worden berekend. Het kan voorkomendat een of meervan deze alternatieven gun-stiger uitpakt dan de door de constructeuropgestelde alternatieven. Extra functionali-teit is toegevoegd aan het einde van ditpro-ces in de vorm van een afweging tussen pre-fab enin het werk gestort beton. Hierin wor-den zaken als bouwtijd, de daaraan gerela-teerde rentekosten, de ruimte op de bouw-plaats voor het opslaan van materiaal enmaterieel en dergelijke meegenomen in debeoordeling.Stabiliteitsmodule (stabiliteit Wizard)Hetsysteem isten slotte nog in staat in kortet?d de stabiliteitsmogel?kheden van het ge-bouw te controleren. Eerst wordt er gecon-troleerd ofer dilatatiesnodig zijn. De gebrui-kerkan vervolgens naar keuze ergens een di-latatie invoegen. Het systeem k?kt vervol-gens afzonderl?k naar elk van de gedilateer-de gebouwsecties. De gebruiker kan liften,trappenhuizen en dergelijke actiVeren alsstabiliteitselement. Het systeern berekentde horizontale (wind)belasting in elk van degekozen stabiliteitselementen op elke ver-diepingen berekent de uitbuiging per stabili"teitselement perverdieping. Zo kan in enke-le minuten worden beoordeeld of de betref~fende gebouwsectie met bestaande ele-menten stabiel kan worden gemaakt of datextra verstijvende maatregelen nodig zijn.Dit bespaart de constructeur dus rekent?d.Ook geeft het systeem suggesties om hetprobleem van een te grote uitbuiging op telossen (fig. 5).ConclusiesUit de interviews met constructeurs kan hetvolgende worden geconcludeerd:? er is regelmatig onvoldoende communica-tie tussen de verschillende leden van hetontwerpteam;? constructeurs baseren hun keuzes in hetalgemeen op ervaring, dikwijls zonder veelrekening te houden met de overige ge"bouwonderdelen. Bovendien hebben zijverschillende ervaringen en kunnen zij dussubjectieve adviezen geven.De ervaringen met het prototype leiden totde volgende slotconclusies:? een computersysteem is een goed me-dium voor het opslaan van expertkennisover het ontwerpen van (betonnen) ge-bouwen en voor het overbrengen van dezekennis opjonge, minder ervaren construc-teurs;? door de invloed van de draagconstructieop de kosten en de bouwt?d van de overigegebouwonderdelen mee te wegen, is in devoorontwerpfase toteen meer weloverwo-gen keuze te komen.Ermoet nogveel werk worden verricht om ditsysteem aan te vullen. Juist vanwege decomplexiteit van de materie behoeft de ver-dere ontwikkeling een multidisciplinaireaanpak, waarbij naast constructeurs ook ar-chitecten, funderings" en installatieadvi-seurs, aannemers, kostenexperts en mana-gementbureaus betrokken dienen te wor-den.literatuurKaaijk, S.P., Rationalising the Design Pro-cess of Concrete Buildings. Afstudeerrap-port TU Delft, december 1997.CEMENT1998j6? De stabiliteit Wizard geeft advies overeen uitbuigingsprobleem?23