? utiliteitsbouw ? constructief ontwerp ? prefabricageir.C.A.J.Sterken, BAM Bredero Bouw bvir.P.F.Vossen, 8etonson bvIn het voorgaande artikel is ruime aandacht besteed aan het algemene, constructieve engeotechnische ontwerp van de onderbouw van het newMetropolis science and techno-logy center.De dekconstructie, een alternatief ontwerp van de aannemer en de leverancier van hetprefab beton, is opgebouwd uit voorgespannen brugliggers met daarop een druklaag, diete;z:amen met de bestaande tunnelbak een waterdichte vloer vormt. In dit artikel wordenhet ontwerp en de uitvoering van hetgeko;z:en ontwerp behandeld. Ingegaan ;z:al wordenop de gestelde randvoorwaarden, de complexe berekeningen van de dekconstructie eneen aantal interessante uitvoeringsaspecten.UITVOERING ONDERBOUWNEWMETROPOLIS12Uitgangspunten en randvoorwaardenHet uitgangspunt inhet bestek was een aanonder- en bovenz?de volledig gesloten dek-constructie door naast elkaar geplaatstebrugliggers, waarop een gebouw moest kun"nen worden geplaatst. B?de aanbestedingvan de onderbouw heeft de aannemer eenalternatief ontwerp voor de dekconstructieaangeboden, waarb? werd voldaan aan devoorgeschreven randvoorwaarden.Kort samengevat z?n in het bestek de vol-gende belangr?kste uitgangspunten enrandvoorwaarden vastgelegd:1. de geometrische randvoorwaarden, zo-als de boven- en onderz?de van de dek-constructie (de laatstgenoemde voor-waarde wordt bepaald door de vr?e door-r?hoogte in de tunnel);2. het eigen gewicht van de dekconstructie,gelimiteerd tot 21 kNjm2in verband metde maximale belasting op de fundering;3. de belasting op de funderingssloven aanweersz?den van het dek moest zodanigworden gespreid, dat de maximaal toe-laatbare paalbelasting van 2600kN opde nieuw te plaatsen palen niet zou wor-den overschreden;4. de ontwerpbelastingen, bestaande uitgel?kmatig verdeelde belastingen op hetdek, geconcentreerde belastingen uit debovenbouw, aanr?dingsbelastingen vol-gens NEN 6723 (VBB 1995) en voorge-schreven temperatuurbelastingen.Voor de gel?kmatig verdeelde belastinguit de bovenbouw moest worden gere-kend met een op hetgehele dek aanwezi-ge rustende belasting van 4 kNjm2. Deveranderl?ke belasting op het dek be-draagt 8 kNjm2, plaatsel?k 5kNjm2?De geconcentreerde belastingen uit debovenbouw bestaan uit de belastingenuit de kolommen en stabiliteitsvoorzie-ningen. De rekenwaarden van de belas-tingen uit de kolommen vari?ren van 150kN tot 7041 kNoDe stabiliteit van het gebouw wordt ver-zorgd door vier kernen. Aan de oostz?deter plaatse van de assen 4-5 en de assen10-11 en aan de westz?de ter plaatse vande assen 5-6 en 10-11 (fig. 1). De kernenveroorzaken l?nlasten op de onderbouwvari?rend van 110 tot 1100 kNjm;5. voorheen vormden de wanden van de IJ-tunnel tot NAP + 2 m de waterkering in-dien de sluizen in het Noordzeekanaal b?Ijmuiden zouden doorbreken. Na realise-ringvormt het gebouw een onderdeel vandeze waterkering. Aangezien de maxima"Ie waterstand b? deze calamiteit NAP +1,5 m bedraagt, komt de begane grond0,70 m en de Iiftput 1,90 m onder waterte staan. De dekconstructie is gecontro-leerd op het extrabelastingsgeval b? de-ze calamiteit. De complete dekconstruc-tie moest dus ook waterdichtworden uit-gevoerd;6. de strenge doorbuigingseisen voor dehoofdliggers:? de doorbuiging onder permanente be-lasting is getoogd of horizontaal meteen tolerantie van plus of min 2 mm;? de doorbuiging onder veranderl?ke be-lasting is maximaal 10 mm;7. de brandwerendheid van de hoofdliggersen dwarsdragers 120 minuten en van hetdek 60 minuten.Aan de hand van deze randvoorwaarden isdoor Betonson en BAM Bredero Bouw eenalternatief ontwerp ontwikkeld, waarb? on-der de kolommen en stabiliteitsvoorzienin-gen van het gebouw groepen van liggers z?nCEMENT1997/3~IIIIJIIIIIL_--@ uitritwestelijke---@ tunnelbuis___J-@inrit/ oostel ijke--/--?tun nel buisII~IIJIIIJ~JJJIIII~JJJJIJJG;J)JJJJJJ$ Q) $ ~ ~ ~ ~I I I I I I JI J I J I I JJ J I J I J JI J I I J I JI J I I I J JI I I I J I IJ Jgeplaatst (fig. 1). Hierdoor kon het aantaltoe te passen hoofdliggers aanzienlijk wor-den gereduceerd.Ontwerp onderbouwDe dekconstructie overspant de tunnel indwarsrichting en bestaat uit prefab voorge-spannen betonliggers, voorzien van een ge-deeltelijk in het werk gestorte druklaag. Debovenzijde van de vloer is opgebouwd uittwee niveaus; ter plaatse van as 10 is eenhoogtesprong in de vloer aanwezig van 800mm (zIe fig. 8). In de dekconstructie zijnoverwegend lambda-liggers toegepast meteen hoogte van 800, 1200 en 1500 mm,waarover een druklaag is aangebracht van260 mmo Aan de zuidzijde zijn twee recht-hoekige aanrijdbalken geplaatst die tevenseen waterkerende functie hebben.De prefab liggers overspannen vanaf de(nieuwe) funderingssloof op de oost- enwestwand naar de middenwand van de tun-nelbak (fig. 2). De lengte van de ;iggers aande oostzijde bedraagt circa 16,0 .11, aan dewestzijde circa 19,5 m.Links en rechts van as 1, boven het dichtegedeelte van de tunnel, overspannen tweeprefab betonnen liggers rechtstreeks van debestaande oostwand van de tunnel naar debestaande westwand. De lengte van dezeliggers bedraagt dan ook 24 m. Tussen dezeliggers is op twee poeren een stalen vak-werkspant geplaatst met een hoogte van4,0 m. Het draagt vier zwaar belaste beton-kolommen, die hetgrootste gedeelte van debelasting uit de staalconstructie aan de kopvan het gebouw dragen. Het stalen spantmet een massa van 135 ton is ge?ntegreerdin de dekconstructie.Aangezien de prefab liggers aan de onderzij- CD Legplan liggers dekconstructiede geen gesloten tunnelplafond hoefden tevormen, is er bij het alternatieve ontwerpvoor gekozen om groepen liggers toe te pas-sen. Aan de oostzijde zijn overwegend groe-pen van drie liggers geplaatst, aan de west-zijde overwegend groepen van vier.Om de verticale belastingen op de begane-grondvloer en de geconcentreerde belastin?gen uitde bovenbouw te spreiden, zijn deIig-gers onderling gekoppeld door tussen-dwarsdragers met een breedte van 1000mmo Ter plaatse van de middenwand zijn deliggers gekoppeld door twee doorgaandedwarsdragers meteen breedte van 500mm,ter plaatse van de funderingssloven aan deoost- en westwand door doorgaande dwars-dragers met een breedte van 1000 mmo De-ze einddwarsdragers hebben naast eenconstructieve functie - in combinatie met defunderingssloof de reeds genoemde belas-tingsspreiding -ookeen afdichtingsfunctie.De hoogte van alledwarsdragers isgelijkaande hoogte van de prefab liggers inclusiefdruklaag.In het bouwkundig ontwerp zijn twee liftenopgenomen boven de westelijke tunnelbuis. 0 Doorsnede over tunnelbakCEMENT1997j3 13? utiliteitsbouw ? constructief ontwerp ? prefabricageDe in de krachtsverdelingsberekening inge-voerde waarden voor de elasticiteitsmodulivoor de prefab liggers en het in het werk ge-storte beton, zijn in eerste instantie geschat.Aan de hand van de uitde krachtsverdelings-berekening volgende momenten en krach-ten is de wapening van enkele liggers endwarsdragers bepaald, waarna de elastici-teitsmodulus van het beton berekend konworden aan de hand van de M-N-K-diagram-men voor langeduurbelastingen.De M-N-K-diagrammen zijn samengesteldaan de hand van de grondslagen van de niet-lineaire elasticiteitstheorie volgens 7.2.2.van de VBC. Met de nu berekende waardesamengestelde buigstijfheden van de lig-gers en de druklaag ingevoerd, minus de ei-gen buigstijfheid van de druklaag.Het traagheidsmoment van de randbalkenboven de bestaande oost- en westwand isgelijkgesteld aan de stijfheid van de rand-balk plus de meewerkende stijfheid van defunderingssloof. Om de samenwerking tus-sen de randbalk en defunderingssloofte ga-randeren is gezorgd voor een doorgaandeoplegging tussen de randbalk ende funde-ringssloof (fig.6).Ter plaatsevan de middenwand is een verti-cale verplaatsing van de knopen belem"merd. Bij de oost- en westwand zijn de palen500 x500 mm2 ingevoerd als veren. Van deoplegreactie uit de dekconstructie wordt cir-ca 30% opgenomen door de tunnelwand encirca 70% door de nieuwe paalfundering.(N.b. Niet te verwarren met de in het voor-gaande artikel genoemde verhouding, waarsprake is van de totale gebouwbelasting opzij-en middenwanden). Aangezien de palenniet de volledige oplegreactie dragen, maarslechts circa 70%, is de veerstijfheid van depalen gecorrigeerd met een factor 1/0,7.1I er37004560zorgt de relatief dikke druklaag van 260 mmen welke belasting trekt de relatief stijve as10 naar zich toe. As 10 is stijften gevolge vande hoogtesprong in de vloer van 800 mm,waardoor deze as gaatwerken als een liggermet een constructiehoogte van 2260 mm(zie fig. 8).Om inzicht te krijgen in de krachtswerkingvan de dekconstructie is met het 3-0 eindi-ge-elementenpakket RUSTAF dekrachtsver-delingsberekeninggemaakt. Ditprogrammais geschikt voor het berekenen van dekrachtsverdeling en de vervorming van drie-dimensionale constructies bestaande uitstaven en plaat-schijfelementen.Voor de berekening is de constructie ge-schematiseerd tot staven en elementen.Hiertoe is over de gehele plattegrond eenelementennet gelegd met in totaal 2206knopen.De liggers zijn geschematiseerd tot stavenen de druklaag is geschematiseerd totplaatelementen.Voor de buigstijfheden van de staven zijn de43d1200