thema Velodrome vol topprestaties 5 2 0 12 24 thema Velodrome vol topprestaties In het 6000 zitplaatsen tellende Velodrome vindt tijdens de Olympische en Paralympische Spelen in Londen het baanwielrennen plaats. De arena in het noorden van het Olympisch Park in Stratford is één van de permanente voorzieningen. In het Velopark rondom de indoorbaan liggen onder andere ook een BMX ­parcours, mountainbikeroutes en een wegcircuit. Na de Spelen van 2012 kunnen scholieren, studenten, recreanten en atleten gebruik maken van deze voor­ zieningen. Het ontwerp is afgestemd op optimale volumes voor zowel toeschouwer als sporter. Afmetingen van constructie en installaties zijn zo klein mogelijk gehouden. Het resultaat is een innovatief ontwerp met onder andere een lichte kabelnetconstructie als dak. Verantwoord wielercomplex ontworpen voor post- Olympisch gebruik Velodrome vol topprestaties5 2 0 12 25 Velodrome vol topprestaties 1 1 Diverse wielersporten vinden plaats in en rondom het Velodrome foto's, tenzij anders vermeld: London 2012 In februari 2007 werd door de Olympic Delivery Authority (ODA) een ontwerpwedstrijd uitgeschreven voor het ontwerp van het Velodrome en het omliggende Velopark, waarop meer dan 100 inschrijvingen volgden. Uiteindelijk is een ontwerpteam samen gesteld, bestaande uit Hopkins als architect, Expedition als adviseur constructies, BDSP als adviseur installaties en Grant Associates als landschapsarchitect. Parcoursontwerper Ron Webb werd rechtstreeks door de ODA benoemd. Om het ontwerp ook vanuit het perspectief van de atleten te beoordelen, was Chris Hoy (viervoudig Olympisch goudenmedaillewinnaar) door de opdrachtgever aan de jury toegevoegd. Hoy heeft bij de verdere planuitwerking ook input geleverd. De belangrijkste eisen waaraan het ontwerp moest voldoen waren: ? het bouwen op het terrein van de in onbruik geraakte West Ham afvalstortplaats; ? een met de hand gelegde, houten, 250 m lange baan, geschikt voor zowel trainingssessies in de winter met bijna geen publiek als wedstrijden in de zomer, die wereldwijd op tv komen, met 6000 aanwezige toeschouwers (zoals 'London 2012'); ? inpassing in het London 2012 masterplan, waarbij het Velodrome zowel tijdens als na de Spelen het architectoni­ sche boegbeeld vormt voor het noordelijke deel van het Park; ? eenvoudige aanpasbaarheid aan de behoefte na de Spelen; ? een hypermodern ontwerp voor optimale sportieve prestaties; ? het inbrengen van expertise van uitvoerende partijen in een zo vroeg mogelijk stadium; ? een lage CO 2­voetprint; ? een laag energieverbruik (minstens 15% onder de grens volgens de bouwregelgeving); ? het gebruikmaken van het verwarmings­ en energiesysteem in het Olympisch Park; ? een 'excellent' duurzaamheidsscore volgens Breeam; ? ontwerp en uitvoering zien als één gezamenlijke opgave. thema Velodrome vol topprestaties 5 2 0 12 26 4 2 Conceptuele schets van het Velodromebron: Hopkins Architects3 Dwarsdoorsnede over het gedeelte met twee tribuneringenbron: Hopkins Architects4 Knoopverbinding tussen kabelnet en dakelementfoto: Hopkins Architects Visuele verbinding Het Velodrome moet een knooppunt zijn voor alle vormen van wielersport in het Olympisch Park. De uitdaging voor het ontwerpteam was dan ook het creëren van een visuele verbinding tussen de binnenbaan en de diverse buitensport­ elementen. Daarvoor moesten enkele gangbare barrières worden doorbroken. In het ontwerp zijn de 6000 zitplaatsen horizontaal opgesplitst in twee delen. De onderste helft van de toeschouwers is direct langs de omtrek van de baan gelegen en de andere helft is 'opgetild' en in de ruimte onder het dak geplaatst (fig. 2). Door het creëren van deze scheiding was het mogelijk een transparante glazen gevel te plaatsen rondom de omloop voor de onderste publiekshelft, dat direct rond de wielerbaan is opgesteld. Hierdoor is een continue zichtverbinding ontstaan tussen de wielerbaan binnen en de alle takken van wielersport buiten. Zo zijn alle faciliteiten gelijktijdig te overzien. De integrale doelstelling was om de vorm van het gebouw de functie te laten volgen. Geïnspireerd door de dynamiek en de geometrie van de houten wielerbaan, heeft men geprobeerd om een gebouw te realiseren dat geen onderscheid maakt tussen architectuur en engineering. Daarbij had het ontwerpteam voor ogen de resulterende vorm slank en efficiënt te maken, waarbij het hele gebouw in dienst staat van zo goed mogelijke sportieve prestaties van de renners. Het volume is dan ook minimaal en ieder element is gereduceerd tot een absoluut minimum (fig. 3), zo ook de constructie en installaties. De vorm van het gebouw weerspiegelt de sportieve actie binnen. Het is een manifest van de energie en zwaartekracht tartende dynamiek van het baanrennen, dat niet alleen toekom­ stige generaties wielrenners, maar ook architecten, ontwerpers en opdrachtgevers wil inspireren. Dak en tribune geïntegreerd De constructieve bijzonderheid van dit project is voornamelijk terug te vinden in het dak. In het voorontwerp was een traditio­ nele staalconstructie voorzien. De hoofdaannemer voorzag bij deze keuze echter een te grote bouwtijd. Daarom is op zijn verzoek, samen met Pfeifer Cable Structures en ingenieursbureau Schlaich Bergermann und Partner, een brede studie naar varian­ ten in verschillende materialen en constructieprincipes gedaan. Daaruit is een kabelnetsysteem gekozen dat, ondanks de hogere directe kosten, de voorkeur kreeg vanwege de kortere bouwtijd. Doordat bij deze oplossing bijna geen steigers en andere tijdelijke constructies nodig waren, zijn de totale kosten uiteindelijk vergelijkbaar met die van de traditionele staalconstructie. Niet onbelangrijk te vermelden is dat de CO 2­voetprint van deze 2 3 Velodrome vol topprestaties5 2 0 12 27 5 Montage kabelnet oplossing 45% lager is dan die van de traditionele staaloplossing zou zijn geweest. Dit is voornamelijk bereikt door een reductie van de gebruikte hoeveelheid staal van 1300 naar 160 ton. De sleutelbeslissing in het ontwerp was om de constructie van het kabelnetsysteem te integreren met die van de tribune, hoewel het voor constructies van deze afmetingen gebruikelijk is om deze onafhankelijk van elkaar te kunnen laten vervor ­ men. De krachten uit het dak worden voor een belangrijk deel rechtstreeks op de tribunespanten overgedragen (foto 5). Door deze opzet is de buitenringligger aanzienlijk slanker dan gebruikelijk en kon deze bovendien als relatief eenvoudig vlak vakwerk op de bovenzijde van de tribunespanten worden 5 aangebracht. Deze zone is tijdens uitvoering gebruikt als werkgebied bij het vijzelen van het kabelnet en in de eindfase als dakgoot. Bovendien was het hierdoor mogelijk een strak bouwkundig randdetail te creëren. De kabels, die de constructie vormen van het in twee richtin­ gen gekromde dakvlak, zijn afgespannen op de buitenringligger die is verbonden met de tribunespanten. Het kabelnet zelf bestaat uit dubbele kabels met een diameter van 36 mm, met in beide richtingen een h.o.h.­afstand van 3600 mm. Het gewicht van de staalconstructie, inclusief kabels, verbindingen en de buitenringligger, is slechts 30 kg/m 2. Velodrome vol topprestaties 5 2 0 12 28 thema versnelling moet met behulp van deze methode worden beperkt tot maximaal 0,075 g om beweging van de constructie die als onaangenaam wordt ervaren, te voorkomen. In dit geval kon dat relatief eenvoudig worden bereikt. Uit een parallelstudie is gebleken dat het verhogen van de laagste eigenfrequentie naar 3,5 Hz een toevoeging van honderden tonnen staal aan de staal­ constructie zou inhouden, zonder dat dit een merkbare verbete­ ring in het dynamisch gedrag zou hebben betekend. Bovendien zou het juist wél geleid hebben tot een toename van kosten, bouwtijd en de CO 2­voetprint. Fundering Het Velodrome is gebouwd op de locatie van de voormalige afvalstortplaats van West Ham. Een groot deel van dit gebied is in de Tweede Wereldoorlog zwaar gebombardeerd, waardoor de kans op de aanwezigheid van blindgangers reëel was. Om die reden is op de positie van alle bijna 1000 palen voor­ geboord. Onder de arenavloer zijn ongeveer 600 relatief licht belaste prefab palen (270 x 270 mm 2 en 9 m lang, voor beperkte belasting) toegepast. Door de grondverdringende palen hoefde geen afvoer van de vervuilde grond plaats te vinden. De overige, zwaar belaste palen zijn geboorde palen die in situ zijn gestort, met diameters van 450 mm (circa 300 stuks) en 750 mm (crica 70 stuks) en een lengte van ongeveer 24 m. Daarmee staan de palen 3 m in het zand. De damwanden, die oorspronkelijk als tijdelijke constructie waren voorzien, zijn onderdeel geworden van de definitieve kelderwanden. Hier ­ door zijn kosten bespaard en is een bouwtijdwinst geboekt. Voor het opnemen van de grote buigende momenten die de tribunespanten op de fundering uitoefenen, kon geen gebruik worden gemaakt van trekpalen omdat de grondgesteldheid hiervoor niet geschikt was. Om die reden is er op funderings­ niveau een overdrachtsconstructie gemaakt. Analysemodel Vanwege de gemaakte koppeling tussen het dakvlak en de tribuneconstructies, is de volledige constructie uitgebreid geanalyseerd met behulp van één integraal model. Het karakter van de constructie is veelvoudig statisch onbepaald. Om die reden is een parameterstudie uitgevoerd, op basis waarvan een bandbreedte van de optredende krachten en vervormingen is bepaald. De maximaal optredende kabelkracht bedraagt circa 650 kN per kabel. Alle kabels zijn zodanig voorgespannen dat deze bij alle belastingcombinaties op trek belast blijven. De kabelkrachten worden voor circa 40% opgenomen door de buitenringligger en het bovenste gedeelte van de staal­ constructie van de tribune. Circa 60% van de kabelkrachten veroorzaakt buigende momenten, die op funderingsniveau worden opgenomen. De betonnen vloerconstructies op het niveau van de omloop en de lagere niveaus zorgen voor herverdeling en spreiding van de belastingen. Het ontwerpen van de verbinding van de houten dakelementen tussen de kabels in heeft ook speciale aandacht gekregen: de stijve elementen moesten mee kunnen vervormen met het relatief slappe dakvlak, terwijl bovendien de waterdichtheid moest worden gegarandeerd. Om dat mogelijk te maken, is een gestapelde knoopverbinding ontworpen (foto 4). Dynamisch gedrag Het dynamische gedrag van de tribune is geanalyseerd op basis van de meest recente inzichten van het Institution of Structural Engineers (IStructE) [2]. De laagste eigenfrequentie van de tribune bedraagt ongeveer 2,3 Hz en is daarmee aanzienlijk lager dan de 3,5 Hz die normaal gesproken als acceptabele ondergrens wordt gezien. De IStructE gaat uit van gedempte massa­veer­ systemen, die het effect van belasting door toeschouwers en de interactie tussen mens en constructie modelleren. De optredende 6 Velodrome vol topprestaties5 2 0 12 29 6 De opbouw van de 250 m lange houten wielerbaan 7 De buitengevel is bekleed met 5000 m 2 western red cedar watergedragen verf en lijm met een laag gehalte aan vluchtige organische middelen, heeft allemaal bijgedragen aan het bereiken van de duurzaamheidsdoelstellingen. Installatieconcept De eerste insteek van het ontwerpteam voor een gunstig energie­ verbruik was om zo veel mogelijk gebruik te maken van passieve maatregelen. Het ontwerp van de installaties is primair gericht op de behoefte na de Olympische Spelen. De arena wordt verwarmd in de winter, in eerste instantie door vloerverwarming aangevuld met mechanische ventilatie om de gewenste luchttemperatuur te bereiken: 18° C in de algemene situatie en 24 ? 26 °C op de baan bij trainingen van professionele wielrenners. In de houten buiten­ gevel zijn louvres aangebracht. Deze worden gebruikt om de arena natuurlijk te ventileren. Recirculatie van lucht kan worden toe gepast wanneer er een lage bezettingsgraad is. Ramen en daklichten zijn geoptimaliseerd voor adequaat daglicht, zodat de benodigde hoeveelheid kunstlicht kan worden beperkt. Uitgebreide studies zijn uitgevoerd om de oppervlakte en de positie van de daklichten te optimaliseren vanuit het oogpunt van kosten, gewicht, lichtopbrengst en een gelijkmatige verlichting (foto 8). Een combinatie van energiezuinigheidsmaatregelen heeft geleid tot een complete en geïntegreerde oplossing. Het complex ligt 'op koers' om de 'excellent' Breeam­score te halen in de post­ Olympische fase, mits er nog een aantal geplande aanpassingen worden doorgevoerd. Montage kabelnet Het kabelnetsysteem is neergelegd op de betonnen tribune­ constructie en met vijzels in positie gebracht. De volgorde van het monteren van het kabelnet is uitgewerkt door Pfeifer, samen met ISG en Expedition. Over het algemeen waren de krachten in de bouwfase niet maatgevend voor het ontwerp van de constructie; slechts lokaal moesten versterkingen of extra contragewichten worden aangebracht. Tijdens het opbouwen van het dak zijn de optredende kabelkrachten gemonitord en vergeleken met de theoretische waarden uit het rekenmodel. De onderlinge verschillen waren beperkt. Windtunnelproeven voor diverse uitvoeringsfasen zijn uitgevoerd om te voorkomen dat het gedeeltelijk gemonteerde dak zou worden onderworpen aan onvoorziene zuiging en lokale winddrukeffecten. Duurzaamheid In het ontwerp van het Velodrome is gezocht naar een optimaal gebruik en een minimaal nadelig milieueffect van de toegepaste materialen. Eén van de meest zichtbare materialen, zowel binnen als buiten, is hout. Dit toegepaste, natuurlijke en te hergebruiken materiaal is afkomstig uit verantwoord beheerde bossen. Zo is de buitengevel bekleed met 5000 m 2 Forest Stewardship Council (FSC) western red cedar (foto 7). Zoals al eerder omschreven, levert het lichtgewicht kabelnet­ systeem een aanzienlijke bijdrage aan de duurzaamheids­ prestatie. Het gebruik van gerecyclede producten, materialen met een verantwoorde herkomst en 'gezonde producten', zoals 7 Velodrome vol topprestaties 5 2 0 12 30 thema 8 Ramen en daklichten zijn geoptimaliseerd voor een beperkte behoefte aan kunstlicht binnen komende 25 jaar is nu al veiliggesteld door de Lee Valley Regional Park Authority, waardoor ook in de toekomst gebruikgemaakt zal kunnen worden van de voorzieningen. Tot slot Het ontwerp van het Velodrome kenmerkt zich door het intelligente gebruik van verschillende materialen. Staal, beton, hout en glas bepalen samen de kwaliteit van het gebouw, dat dankzij een gezamenlijke inspanning van ontwerpende en uitvoerende partijen twee maanden eerder dan gepland kon worden overgedragen aan de opdrachtgever. ? Paul Lagendijk 2) Uitvoering Het kritieke pad van de uitvoering van het Velodrome werd bepaald door de constructie en het wind ­ en waterdicht maken van het gebouw. Daardoor lag de focus, na het gereedkomen van het betonwerk, op het voltooien van het dak en de gevel. Het aanbrengen van het kabelnetwerk heeft twee maanden geduurd en bestond in grote lijnen uit twee fasen. De eerste fase besloeg circa vijf weken en bestond uit het op de grond aanbrengen van het netwerk, inclusief de knopen, voor de bevestiging van de houten dakelementen. De tweede fase duurde circa drie weken. Hierin werd het kabelnetwerk naar de uiteindelijke positie getild, op spanning gebracht en verankerd en getest. Hierop volgend zijn in ongeveer drie en een halve maand tijd 1090 dakelementen gemonteerd. Daarbij moest tegelijkertijd aan beide zijden worden gewerkt om de constructie symmetrisch te belasten en niet te destabiliseren. De gevelelementen zijn in ongeveer vijf maanden tijd gemonteerd. Door de vorm van het Velodrome waren bijna alle elementen verschillend. Transformatie naar post-Olympische situatie De essentiële vereisten om het gebouw ook na de Spelen te kunnen blijven gebruiken, zijn al in het initiële ontwerp mee genomen. Het uitgangspunt van het ontwerpteam was vanaf het begin dat het complex (het Velodrome, maar ook de voorzieningen eromheen) moest voldoen aan de eisen voor het post­Olympisch gebruik en dat er aanpassingen moesten worden gedaan om de Spelen mogelijk te maken, in plaats van andersom. Daarom werd er al in het begin van het ontwerp nauw samengewerkt met lokale wielrenverenigingen. Na de Spelen worden de 'Olympische aanpassingen' verwijderd. In 2013 ontstaat daarmee het Lee Valley Velopark (genoemd naar de rivier de Lee). De financiering voor de exploitatie voor de ? Literatuur 1 ICE (Institution of Civil Engineers), NEC3 Engineering and Construction Contract Option C. Thomas Telfort, London, UK, 2005. 2 IStructE (Institution of Structural Engineers), Dynamic Performance Requirements for Permanent Grandstands Subject to Crowd Action. IStructE, London, 2008. ? ProjeC tgegevenS project Velodrome opdrachtgever Olympic Delivery Authority (ODA) architect Hopkins Architects ontwerper wielerbaan Ron Webb adviseur constructies Expedition adviseur installaties BDSP Partnership landschapsarchitect Grant Associates hoofdaannemer ISG 8 2) Dit artikel is grotendeels gebaseerd op een artikel in een speciale editie van Civil Engineering, een uitgave van het Institution of Civil Engineers (ICE): Arnold, R., Banister, C., Weir, A., Dabasia, D. & Goodliffe, D., Delivering London 2012: the Velodrome, Proceedings of ICE: Civil Engineering 164, Paper 11-00028, pp. 51-58, November 2011.