C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2005 738Ondanks het feit dat er geenbouwvergunning aangevraagdhoefde te worden (de ligplaatswerd pas bekend toen de bouw alver gevorderd was), is gepoogdzoveel mogelijk aan het Bouwbe-sluit te voldoen waar het maatvoe-ring, bouwfysica en constructievan de bovenbouw betreft. Zo vol-doen verdiepinghoogte, trap endeurmaten aan de nieuwste bouw-voorschriften.Van de eigen gebruikswatervoor-ziening en rioolwaterzuiveringmoet nog onderzocht worden inhoeverre ze aan de voorschriftenvoldoen. Op het gebied van destabiliteit wordt nog gezocht naaraanpassingen om aan de bouw- ofeventueel minder strenge voor-schriften voor schepen te kunnenvoldoen. Een drijvende woning zalbijna nooit in zijn geheel aan hetBouwbesluit kunnen voldoen,omdat een scheefstand van maxi-maal 1/500 al snel wordt over-schreden. Ook is nauwelijks tevoldoen aan de vervormingseisenvoor funderingen. Bindend zijnw?l de veiligheidseisen uit hetBouwbesluit.Ten gevolge van de nuttige belas-ting (1,75 kN /m2beganegrond +0,7 kN /m2verdieping) zal hetprototype 245 mm zakken. Doorde nuttige belasting in de kelderkan daar nog 100 mm bijkomen(totaal is dan 350 mm). Rekenenwe dan nog eens met de veilig-heidsfactor 1,5 voor meergezins-woningen, dan zakt de woningnog eens 525 mm dieper in hetwater en steekt de betonnen baknog slechts 175 mm boven hetwater uit.Dit is niet voldoende als we ooknog rekening houden met dewindbelasting.V o r m , m a a t v o e r i n g e ng e w i c h tVorm en maatvoering (13 x 7 x8 m2) zijn voortgekomen uit func-tionele, esthetische en economi-sche overwegingen. De boven-bouw kraagt iets over ten opzichtevan de betonnen bak vanwege deesthetische wens om de boven-bouw enigszins zwevend te latenlijken (foto 2).De breedte van de betonnen bak isde grootst mogelijke breedte diebetaalbaar kan worden vervaar-digd; de bekisting van de produ-centen is erop afgestemd. Debreedte van de woning is medebepaald door de doorvaartbreedtevan bruggen en sluizen (foto 3).Prototype bootwoning experimenteel beproefdStabiliteit van een betonnenkelder met opbouwir. B.-J. van den Brink en ir. C. Douma, Noordelijke Hogeschool Leeuwardening. D. de Jong, Ingenicon Bouwconstructies BVIn Leeuwarden ligt een prototype bootwoning afgemeerd: een drijvendebetonnen kelder met daarbovenop een houtskeletbouwwoning van tweeetages (fig. 1). Die tweede etage is meteen het grootste verschil met eenwoonboot. Het betreft hier een experimentele drijvende woning, die verder zalworden beproefd en ontwikkeld, opdat dit type op den duur op de markt kanworden gebracht.In dit artikel wordt beschreven hoe het prototype zich onder de huidigeomstandigheden - de bouw- en beproevingsfase - gedraagt en welke moge-lijkheden er zijn om de stabiliteit zodanig te verbeteren dat de drijvendewoning veilig op de markt kan worden gebracht en aan de belangrijkste voor-schriften zal voldoen.1 |De doorsnede laat debreedte-hoogteverhou-ding goed zienC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2005 7 39De oppervlakte en daarmee delengte zijn voortgekomen uit dewens een levensloopbestendigeplattegrond te maken (minimaal80 m2nuttig oppervlak per verdie-ping). Er is gekozen voor tweeverdiepingen.De begane-grondvloer is een hou-ten balklaag in de lengterichting.Deze wordt om de 4,20 m onder-steund door een stalen ligger, diesteunt op de betonnen rand vande bak en in het midden is onder-steund door een kolom. Aan deuiteinden overkraagt de houtenbalklaag de rand van de betonnenbak. De dragende wanden en debuitenwanden zijn 15 cm dikkehoutskeletbouwwanden.De verdiepingvloer is een 15 cmdikke staalplaatbetonvloer die isuitgevoerd als een ligger op viersteunpunten (foto 4). De tweedakvlakken, opgebouwd uit gepro-fileerd staal met daarop 15 cmhoge gordingen, zijn op de grondgeprefabriceerd en vervolgens ophun plaats gehesen. Het dakwordt ondersteund door tweegelamineerde houten spanten.Het schuine dak van 30? in oost-westrichting is gunstig voor hetopvangen van zonne-energie. Dedakoverstekken zijn gekozen uitoogpunt van milieu. Vooral aan dekopgevels zijn mogelijkhedeningebouwd om terrassen en der-gelijke op te hangenHet gewicht wordt vooral bepaalddoor de verdiepinghoge betonnenkelder (80 ton) en de verdieping-vloer (30 ton). In de kelder is erdan nog het gewicht van allerleimet water gevulde tanks (opslagzonne-energie, waterzuivering,ballast) met een totaal gewicht van8 ton. Het geheel steekt zo'n1,7 m diep. Het vrijboord is onge-veer 70 cm.S t a b i l i t e i tVorm, gewichtsverdeling en uit-kragende elementen be?nvloedende stabiliteit nadelig. Het zwaarte-punt van de woning ligt boven hetcenterpunt. In de huidige bouw-en beproevingsfase is de woningdus instabiel.2 |De bovenbouw kraagtiets over ten opzichtevan de betonnen bak ende loopplank zorgt vooreen excentrische belas-ting3 |Het transport vanEarnew?ld naarLeeuwardenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2005 740Bij windbelasting helt de woningover. Er ontstaat een tegenwer-kend moment doordat de bakenerzijds dieper in en anderzijdshoger op het water komt. Demaximale terugkeerweerstand iswanneer de bak net niet overloopt;het windmoment plus het extraexcentrische moment door hetbovenliggend zwaartepunt is dangelijk aan wat de bak kan leveren.Er is echter niets meer over voorde nuttige belasting en veilig-heidsfactor. Tevens moeten werekening houden met een vergro-ting van de windbelasting van-wege de lage eigen frequentie.Bewegingen van het prototypeBij het ontwerp van het prototypeis ernaar gestreefd een goed dyna-misch gedrag te krijgen. De grotemassa en het grote traagheidsmo-ment geven lage eigenfrequenties.De vierkante vorm van de bak enhet lage zwaartepunt beperken descheefstand in de evenwichtstoe-stand, en zorgen voor kleineamplitudes van de schommelin-gen. Toch zijn bij het prototype debewegingen af en toe storend. Degrote helling, die ontstaat als tienbezoekers tegelijkertijd uit het-zelfde raam willen kijken, isoncomfortabel en geeft wantrou-wen over de veiligheid, vooral alsde boot daarbij grote slingeringenmaakt. Door de open ruimte rondde ligplaats, de hoge opbouw ende windgevoelige vorm, kan eenaanhoudende harde wind eenmerkbare scheefstand geven, ter-wijl windvlagen het evenwichtverstoren. Schommelingen doorgolven en passerende schepenzijn tot nog toe minder opgeval-len.M o g e l i j k h e d e n o m d es t a b i l i t e i t t e v e r b e t e r e nMet het prototype kunnen weonderzoeken hoe we het gedragvan een woonboot bij wisselendebelastingen kunnen aanpassenzodat de veiligheid en het comforttoenemen. De meest gebruikelijkestabiliteitsberekening is een stati-sche berekening. Door scheef-stand ontstaat een evenwicht vankrachten. Uit de berekening blijktdat een ontwerp met een brederebak of een lager zwaartepunt eengrotere stabiliteit levert. Bij hetbestaande prototype is in overeen-stemming hiermee de scheefstandin een evenwichtssituatie te beper-ken door:? voorkomen dat niet altijd aan-wezige belastingen een grotemomentenarm om de langsashebben;? toevoegen van drijvers langszij;4 |De bovenverdieping metstaalplaatbetonvloer engeprofileerde stalen dakC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2005 7 41? omlaag brengen van zwareonderdelen;? extra ondersteunen van de bakaan kade, meerpalen of bodem.MassaveersysteemDe meeste last geven slingerbe-wegingen om de langsas. Voordeze bewegingen is de drijvendeboot te karakteriseren als eenlichtgedempt massaveersysteem.De bodem en kade geven deondersteuning, het water levertde vering en de demping, demassa komt van de boot en hetmeebewegende water. De bewe-ging van de boot is dan de reactieop een externe belasting.Deze externe beweging komt vanveranderende belastingen alswind, golven, stroming en ver-plaatsingen van mensen en goe-deren. Deze beweging is wille-keurig verdeeld, met de meesteenergie in een frequentiegebiedtussen 0 en 10 Hz. Vooral wind-vlagen hebben de meeste energiebij kleine frequenties, in de buurtvan de eigenfrequentie van hetprototype voor slingeringen omde langsas, die ongeveer 0,1 Hzis.Met het massaveersysteem zienwe twee principi?le manieren omhet dynamisch gedrag van hetprototype te verbeteren:? verminderen van de externebeweging;? veranderen van het systeemge-drag.Bezoekers moeten we vragen nietmet zijn allen aan een kant tegaan staan. Verder kunnen we deloopplank aanpassen en zo debeweging door de bezoekers ver-minderen. De beweging doorwind is aan te pakken door hetstroomlijnen van de opbouw.Lage eigenfrequentieHet prototype heeft al de gewenstelage eigenfrequentie van de slin-gering om de langsas. Het veran-deren van het systeemgedrag richtzich daarom op verminderen vande scheefstand en verkleinen vande amplitude. De maatregelen dieeerder zijn genoemd om descheefstand te beperken,? toevoegen van drijvers;? verlagen van zwaartepunt;? extra ondersteunen,komen neer op het vergroten vande veerstijfheid en helpen ook omde amplitude van schommelingente beperken. Wel gaat door hetverhogen van de veerstijfheid deeigenfrequentie omhoog. Bij extraondersteunen kunnen bovendiengrote krachten ontstaan die kansgeven op schade aan kade of bak.Vinnen aan de bak verhogen dedemping enigszins, maar makende bak ook gevoeliger voor stro-mingen bij langsvarende boten.Een betere oplossing lijkt het toe-voegen van extra dempende ele-menten tussen bak en bodem omde reactie te beperken (fig. 5). Ooknu is het nadeel dat dit gepaardkan gaan met behoorlijke krach-ten. Meestal werken dempers metolie. Hier kunnen we echter goedgebruikmaken van het water,zodat geen vervuiling ontstaat. Wemoeten wel beseffen dat de dem-pers niet de scheefstand bij even-wicht verminderen.RegelingNa het bouwen van een woonbootvoegt men ballast toe die ervoormoet zorgen dat de vloer horizon-taal is. Door het verplaatsen oftoevoegen van de ballast kan menlater een eventuele scheefstandcorrigeren. Het idee is nu de bal-last steeds zo te verplaatsen dathet uitwijkend krachtmoment vaneen toevallige belasting gecom-penseerd wordt door het momentvan het gewicht van de ballast. Inhet ideale geval blijft de vloer danhorizontaal (fig. 6).De basis van deze oplossing is eenregelkring met een sensor, eenregelaar, en een actuator. De sen-sor meet de helling van de bak ende elektronische regelaar stuurteen elektromotor aan die de6 |Automatische balance-ringmeetsignaalhoeksensorelektronischeregelaarelektromotorstuursignaalmassa5 |Toevoegen van veren endempersC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWater bou wcement 2005 742massa zodanig verplaatst dat dehelling minder wordt.Ook bij zeegaande schepen pastmen een soortgelijk regelsysteemtoe om het schip te stabiliseren.In plaats van een zwaar gewichtgebruikt men dan de massa vanwater in tanks aan de zijkanten.Door middel van perslucht kanmen dan links en rechts verschil-lende hoeveelheden water in detanks krijgen, waardoor een stabi-liserend moment ontstaat.GyroscoopEen andere oplossing die we bijpassagiersschepen vinden, is deplaatsing van een grote gyroscoopin het schip. Hiermee stabiliseertmen de boot en voorkomt daar-mee dat de passagiers zeeziekworden. Vooral in combinatie meteen regelsysteem is een goedewerking te verkrijgen. De bak vanhet prototype lijkt wel geschikt omde krachten van de gyroscoop teverwerken. De constructie van degyroscoop en de ophanging is vrijcomplex en zal naar verwachtingeen hoge kostprijs hebben.T e n s l o t t eEnkele mogelijkheden zijn aange-geven die de stabiliteit en daarmeehet comfort en de veiligheid kun-nen verbeteren. Duidelijk is dathet moeilijk zal zijn aan de eisenvan het Bouwbesluit te voldoenwat betreft scheefstand en vervor-ming. De vraag is zelfs of datnodig is en of er dan niet eenstukje van de charme van hetwonen op water verloren gaat.Waarschijnlijk is het voldoendeom wat deze aspecten betreft tevoldoen aan voorschriften voorschepen. Projectgegevensontwerp:Bart Jan van den Brinkconstructeur bovenbouw:Ingenicon Bouwconstructies BV,Almereconstructieadviezen:Kees Douma, Leeuwardeninstallaties:LTA, Rien Luiten, Grouwautomatisering:Hielke Bakker en Simon de Haan, NHLLeeuwardenuitvoering:Bruinsma Bootwoningen, Earnew?ldHet prototype van de bootwoning is voortgekomen uit een initiatief van dewerkgroep Wonen op Water waarin ontwerpers, een bootwoningenbouweren een projectontwikkelaar zitting hebben. Het wordt mede mogelijkgemaakt door de inzet van docenten en studenten van de Noordelijke Hoge-school Leeuwarden en de gemeente Leeuwarden. De stad wil zich profilerenals kennisstad op het gebied van water en zon en heeft een tijdelijke lig-plaats ter beschikking gesteld.Het initiatief tot de werkgroep Wonen op Water is al weer bijna tien jaargeleden genomen. Het doel was het ontwikkelen van samenhangende buur-tjes met drijvende woningen (figuur). Zij zouden dwars op de wal moetenliggen en toegankelijk zijn via een lange loopplank langszij tot aan hetmidden van de woning.De gemeente Leeuwarden heeft mede op basis van deze uitgangspunten demogelijkheid geschapen om in de nieuwe wijk Zuiderburen een dergelijkbuurtje te realiseren. Evenals een tiental andere ontwikkelaars heeft dewerkgroep Wonen op Water daarvoor een plan ingezonden. Dit plan is nietgekozen. Vervolgens werd besloten om een woning, zoals die voor dezelocatie ontworpen was, echt te bouwen. We noemen dit het prototype boot-woning.Het prototype heeft, zoals de naam al zegt, niet de pretentie om een uitont-wikkeld product te zijn. Er zal nog veel onderzocht en gemeten moetenworden. Dat wordt onder meer gedaan door de Noordelijke HogeschoolLeeuwarden (NHL). Het prototype is een schakel in het onderzoek van deKenniskring Domotica van de NHL, waarbij het accent ligt op wonen voorouderen.Het eerste dat de werkgroep Wonen op Water wil beproeven, is het toevoegentussen de bak en de bodem van elementen die veren en dempen. Vervolgensis het uitwerken van het idee van de regeling tot een werkend prototype eenmooie klus voor studenten Engineering. Hierbij gaan ze niet alleen de werk-tuigbouwkundige constructie realiseren, maar moeten zij ook onderzoekenwat de beste regelstrategie is. Wij hopen dat uiteindelijk de stabiliteit is ver-groot, de resulterende bewegingen voor mensen op de boot aangenaam zijnen de regeling geen energievreter is.W e r k g r o e p w o n e n o p w a t e rEen wijkje met bootwoningen