IUTILITEITSBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP I IVERHOGING STRAALVERBIN-DINGSTOREN.ROTTERDAMDe verhoging van de PTT-straalverbindingstoren in Rotterdam van 106,50 m naar167,50 m mag een bouwtechnische prestatie worden genoemd. In 11 maanden tijd isdit project voor een bouwkundige aanneemsom van f7.333.300,- uitgevoerd doorme te Best. Dit bedrag is exclusiefde funderingsuitbreiding van f 505.000,-,uitgevoerd door Nederhorst Grondtechniek te Gouda.Voor ongeveer hetzelfde bedrag kan een geheel nieuwe toren worden gebouwd meteen hoogte van circa 130 m. Omdat men echter ook rekening moest houden met debijkomende kosten voor telecommunicatieapparatuur, waarvan de kosten op eengeheel nieuwe lokatie vele malen hoger zouden zijn dan thans het geval is, bleekverhoging van de bestaande toren de goedkoopste oplossing. In twee bijdragenworden ontwerp en uitvoering nader toegelicht.ONTWERPASPECTENir.PJ.Th.Pollemans en ir.C. van Weeren, Rijksgebouwendienst, Directie Bouw, hoofdafdeling ConstructieMaatgevend voor het ontwerp. was de door de PTT gesteldeeis ten aanzien van de stijf-heid van de toren. De maximale hoek~verdraaiing om een willekeurige as op160 m hoogte mocht maximaal 0,3" zijn.Dit houdt verband met het functione-ren van de paraboolantennes (zie het ar-tikel 'Glijdendomhoog' in Cement 1989,nr. 2, blz. 41-43). Enkele effecten diemeestal samengaan methoogbouwblij-ven daardoor gering, zoals opslingeringdoor windvariaties en extra uitbuigingten gevolge van scheefstand (de zgn. N-factoris 30, het tweede-orde effettis duscirca 3%).Als strikte voorwaarde werd gesteld datgedurende de gehele bouwtijd het func-tioneren van de bestaande toren niet ingevaar mocht komen; daarom mochtener vrijwel geen werkzaamheden in detoren plaatshebben.Om de onderhoudskosten zo geringmogelijk te houden moest speciale aan-dacht aan de duurzaamheid van de ma-terialen worden besteed.Gekozen is voor een verhoging met cir-ca 61 m met dezelfde doorsnede als debestaande toren, ribvormige verstijvin-gen aan de buitenkant, uitlopend opdriehoekige steunberen en een ringvor-mige uitbreiding van de fundering.Foto 2 toont een natuurlijke variant,met een treffende gelijkenis.Hetwerkis uitgevoerd in gewapend be-ton, sterkteklasse B 25; de betonsamen-8 Cement 1989 nr. 102 Een natuurlijke variant: plankwortels onder een hogeoerwoudbool11 in Brazili?PLAHE GRONDUitbreiding fundering1/// //BESTAANOE GEBOUW/ / /stelling komt in de volgende bijdragenader aan de orde.Versterking van de bestaande fun-deringIn figuur 1 is het principe van de funde-ringsuitbreiding weergegeven. De oor~spronkelijke fundering bestaat uit eencirca 2,5 m dikke cirkelvorm?ge plaatmet een diameter van 18 m, rustend op102 Franki-palen. De onderkantvan de-ze plaat bevindt zich circa 2 m onderhetgrondwater.De uitbreidingwordtgevormd dooreenboven het grondwaterpeil gelegen af-zonderlijke ring, met een gemiddeldediameter van 25 m en een doorsnedevan 2,50 x 2,50 m2? Deze ring koppelt de127 nieuwe schroefpalen die zijn ge~plaatstin de omtrekvan twee concentri-sche cirkels, met een afsnuiting terplaatse van het hoofdgebouw.Als alternatiefis overwogen de bestaan-de plaat te verbreden en te verhogen.Hiervoor moest de kelder echter wor-den ontruimd en volgestort en was eenbemaling noodzakelijk.De nu gekozen oplossing met eenaparteringlaathetgebruikvan de kelder als in-voer voor kabels ongemoeid. De nieuwepalen konden vanaf het maaiveld wor-den ingebracht. De vereiste schoorstandvan 10:1 was mogelijk doordat de hei-stelling nogjuist voldoende ruimte hadom naar voren te worden gedraaid.Samenwerking tussen de ring en deplaat wordt verzekerd door zevenschij-venvan circa 1 m dikte, die een driehoe-kigverloop hebben. De basis ende rech-te zijde van deze steunberen zijn zoschuifvast mogelijk verbonden met deplaat en de schacht van de toren. Uit eeneindigeelementen-analysevan schacht-wand, steunbeer, plaat en ringbalkbleek, dat dit zonder nadelige conse-quenties voor de bestaande onderdelenkon plaatshebben. Wel wordt het mo-mentenverloop in de plaat geheel an-ders: in plaats van voornamelijk radialemomenten uit de Franki-palen treedtnu ook een sterke tangentiale compo-nent op ter plaatse van de aansluitingenvan de steunberen.De verdeelwapening wordt nu volledigbenut.Minstens zointensiefis gerekend aan destijfheidsverdeling over de bestaande ende nieuwe palen. Deze heeft uiteraardinvloed op het totale krachtenspel.Het oorspronkelijke plan was, om doormiddel van drukvijzels de nieuwe palengecontroleerd onder spanning te bren-gen, ten einde te voorkomen dat deFranki-palen grote trekkrachten te ver-werken zouden krijgen. Hun paalpunt-niveau is namelijk 4 meter hoger gele-gen dan dat van de schroefpalen, waar-door gevaar bestaat voor loswrikken uitde draagkrachtige laag. Door voorbelas-ten - en eventueel ontlasten ~ kan dekrachtsverdeling tussen oud en nieuwworden gemanipuleerd. Anderzijds ishet uitvoeren van een dergelijke actiemet 127 nieuwe palen geen sinecure.Toen het type paal bekend was, is alsnogeen bezwijkanalyse van de gehele fun-dering gemaakt. Hierin werden de niet-lineaire trek!druk-verplaatsingsdia-grammenvan de palenverwerkt. Figuur3 geeft een illustratie van de ontwerp-filosofie, die hierop neerkomt:- het bezwijkmoment Mu > het re-kenmoment Md;- het eerste vloeimoment lid;, > het ka-rakteristieke moment Mk;~ de stijfheid tegen rotatie groot genoegom bij het optreden Van Mk aan dehoekverdraaiingseis van maximaalOS op 160 m hoogte te voldoen.Onder eerste vloeimoment wordt hierCement 1989 nr. 10 9IUTILITEITSBOUW ICONSTRUCTffiFO~RP3 Rotatiestijfheid totale fundering\\\\Mu \Mk = 437 mNmMv = 700 mNmMd = 742 mNmMu =2100 mNm1500 2000moment qJ fundering (mNmJVerhogingDe verhoging is een voortzetting van debestaande doorsnede, een cirkelvormmet een uitwendige diameter van 10 men een wanddikte die varieert van 250mm (ter plaatse van de cannelures) totmaximaal 450 mmoDoor het relatiefhoge gewicht blijft deaansluiting op de bestaande toren, waarter plaatse een laag wapeningsper-centage aanwezig is, vrijwel zondertrekspanning. Dit had tot gevolg dat deversterking kon worden be?indigd on-der het onderstebestaande bordes. Doorde gekozen oplossing konden de be-staande bordessen tijdens de bouw on-gemoeid worden gelaten.Een verhoging bestaande uit een stalen1000500rotatie_stijfheid totale funderingoDOORSNEDE B - 8.........:DOORSNEDE A - Ao"'0~? 1,5z..l"; 5,0"'0,ij.c"""'":? 0,5lil4 Versterking toren met ribbennaastgelegen PTT-gebouwen die aan- dienst. Betontechnisch gezien was eensluitenineencannelure,leiddeertoedat geleidelijke overgang van maaiveld naareen overgangsconstructie moest wor- 75 m hoogte iets gunstiger geweest,den gemaakt om de verstijvingsrib bo- doordat de betondoorsnede dan altijdven de bruggen over te laten gaan in onder druk zou hebben gestaan.twee steunberen. Na 75 m is geenversterking meer nodig.De knik bij de overgang van steunbeer Het kleurverschil tussen het ruwe, on-naar rib is aangebracht op advies van de geschilderde beton van de versterkingarchitect van de torenaanpassingen, ir. en de helder wit geschilderde torenR. ten Hove van de Rijksgebouwen- maakt duidelijk zichtbaar welke delen,-- --------------, later zijn aangebracht.De krachtswerking tussen toren en ver-sterkingwordtgevormd doordrie syste-men (fig. 4}.- hechting van het verse beton met hetvooraf ter plaatse gestraalde schacht-oppervlak;- ingelijmde stekken 2 0 12, hoh 200mm;- deuvels van beton in de voormaligeraamspanngen.Hoewel elk systeem zijn eigen last-ver-schuivingsdiagram heeft, waardoor op-timale samenwerking niet in alle om-standigheden zal plaatshebben, is ernaar gestreefd de toren zo stijfmogelijkte maken, vooral in het gebruikssta-dium. Er is rekening gehouden met hetfeit dat de krimp van het nieuwe betonde hechtingmethetbestaandebetonge-deeltelijk teniet zal doen.PaalDe paal moest aan de volgende eisenvoldoen:- geen trillingen bij het inbrengen (eisPIT);- schoorstand 10:1 naar buiten;- wapening over de gehele paallengte;- zo min mogelijk verstoring van degrondslag van de bestaande palen,aangezien die een hoger gelegenpuntniveau hebben;- inbrengdiepte 23 m, mede om trek opte kunnen nemen.Op basis van kostenvergelijking tussenverschillende aanbiedingen is gekoz?nvoor de verbuisde buisschroefpaal 0600 van Nederhorst GrondtechniekBV.Aangezien het pas de derde keer was datdit type paal in ons land werd toegepast,was er nog niet veel informatie over deeigenschappen beschikbaar.Het draagvermogen van de paal is vol-gens de 4D/8D-methode voor grond-verdringende palen berekend met eencorrectiefactor van 0,9, waarmee de in-vloed van het inbrengenVan de palen opde grondgesteldheid werd verdiscon-teerd. Controle op deze aanname werduitgevoerd door voor- en nason-deringen uit te voeren, afhankelijkwaarvan eventueel aanpassing van hetdraagvermogen zou kunnen plaatsheb-ben, een en ander met risico voor deaannemer. Vanwege de vrij grote varia-ties in de sondeerwaarden, afhankelijkvan de plaats van de sondering, is veelaandacht besteed aan het bepalen vanrepresentatieve nasonderingen.De aantasting van het draagvermogendoor het inbrengen van een boorpaalbleek vrijwel nooit meer dan 10% te be-dragen, waarmee de oorspronkelijkeberekening ervan was gerechtvaardigd.Versterking/verstijvingDe versterking bestaat uit zeven drie-hoekige steunberen met een hoogte van36 m en zes ribben die doorgaan tot 75m hoogte. De versterkingen zijn zoveelmogelijk aangebracht in de reeds aan-wezige cannelures. De aanwezigheidvan twee boven elkaar gelegen loop-bruggen die de toren verbinden met hetverstaan het moment op de fundering,waarbij de zwaarst belaste palen in hetniet-linea?re deel van hun last-zak-kingsdiagram komen.Doordeze aanpak,waarbij werd geadvi-seerd door Grondmechanica Delft, konworden volstaan met het berekende (engeoffreerde) aantal palen, zonder dat denieuwe palen hoefden te worden voor-belast.Hierdoor werd zowel een kostenbespa-ring als een tijdwinst geboekt.10 Cement 1989 nr. 10"....,...._..,-.--..,...-L _5 Bordessenmast, meteenaanzienlijklagereigen ge~wichtmaar met eenvergelijkbaarwind-moment, zou enige belangrijkecompli-caties hebben veroorzaakt. Overigens iseen stalen verhoging wel een voor dehand liggend alternatief, dat ook eldersis toegepast (Euromast in Rotterdam,PIT-mast bij Megen).BordessenDe 5 m uitkragende"bordessen, op res-lITTVOE~GSASPECTEN_..,....- ..,....-.,....- _..,--.-;- - -.- - -.,....--,______ :__ .-...:----.-1DOORSNEDE A - Apectievelijk 136, 143,50, 151 en 158,50 mhoogte, zijn de dragers van de paraboli-sche antennes en zijn derhalve voor dePIT de meest interessante onderdelenvan de toren. Oorspronkelijk was eencirkelvormige plaat, dik 450 mm, ont-worpen. Deze zou, los van de schacht-wand, ter plaatse worden gestort op zesdoorgekoppelde radiaalbalken. Een al~ternatief ontwerp, dat door de aanne-mer werd gepresenteerd, voorzag in eengeprefabriceerde segmentplaat. Ditontwerp benutte optimaal de aanwezigehijscapaciteit van de geplande toren-kraan en verbeterde de voortgang vanhet werk door de mogelijkheid omplaat- en balkdelen op voorraad te pro-duceren. Bovendien was op de beganegrond de kwaliteit beter in de hand tehouden dan op een hoogte van 136 tot158,50 m.Om die redenen is gekozen voor eenprefab constructie van een uit segmen-ten van 60? opgebouwde kassettenplaat,met een spiegeldikte van slechts 100mmo De randbalken zijn gekoppeld metradiaalbalken omde effecten van wrin-ging te verminderen. De massa van dezwaarste segmenten is 12,5 ton, gelijkaanhethefvermogenvande torenkraan.Nadeelwas, dat de stabiliteitvan de bui-tenste segmenten apart moest wordenverzorgd met roestvaststalen deuvels,tervoorkomingvan kantelen als gevolg vande o.n~;lllstige ligging van het zwaarte-punt (fig. 5J.Stalen mastTen behoevevan antennes voor mobilo-foon, marifoon, autotelefoon en regio-nale omroepen is op het dak van de to-ren, op kruisbalken, eenstalenvakwerk-mast geplaatst. Uit oogpunt van sterktevan de toren zou deze mast 50m hoogkunnen zijn.Er is ook gerekend aan de mogelijke in-vloed van de torenbewegingen op hetdynamisch gedrag van de stalen mast.Gebleken is dat geen problemen zullenontstaan voor masten lager dan circa 30m. De huidige mast meet 20 m, doch inde toekomst is verhoging mogelijk tot50 m, waardoor er dan opnieuw aan-dacht aan de dynamica zal moeten wor-den besteed. Om verschijnselen van op-slingering te voorkomen zou het dannodig kunnen zijn een mechanischedemper in de top te monteren.A.M.P. van de Looij. mc Bouwgroep Nederland BVir.C. van Weeren. Rijksgebouwendienst, Directie Bouw, hoofdafdeling ConstructieOp 17 mei 1988 werden mc en.drie andere aannemers ge?n-formeerd over het project,waarbij een globale beschrijving van dewerkzaamheden en voorlopige teke-ningen werden overhandigd.Op 3 juni moesten de aannemers eenvoorstel indienen, bestaande uit:Cement 1989 nr. 10- een beschrijving van de gekozen uit-voeringswijze met een bijbehorendtijdschema; hieruit moest duidelijkblijken hoe aan de opleverdata zouworden voldaan en hoe kon wordengegarandeerd dat de bouwactiviteitende bedrijfsvoering van de bestaandetorenin hetgeheel nietzoudenstoren;- een lijst met alle bouwplaatskosten eneenheidsprijzen.Bij de beoordeling van de voorstellenbleek de inzending van mc het besteaan de criteria te voldoen.Op 8juni werd mc gevraagd een openbegroting te maken op basis van de de-finitieve bestedingsstukken.11I~U~T_IL_lTE_?. _I_T~SB_O~UW~__~ I~U~ITV_~O_E_RI_N_G_STE__C~H~NlE__K__.J-. ~~~~___'Op 7 juli werd de definitieve prijsaan~bieding van !BC getekend, op basiswaarvan de uitvoering in augustus 1988,direct na de bouwvakvakantie, startte.RandvoorwaardenAls belangrijkste randvoorwaarden gol~den:~ een korte bouwtijd, metde opleveringvoor 1 september 1989. Een en anderwerd krachtbijgezet met eenboetebe-paling wanneer de oplevering te laatzou plaatshebben;- de bestaande toren zou vrijwel nietdoor bij de uitvoering betrokkenenbetreden mogen worden;~ inhet gebiedvande bestaande bordes~sen mochten zich slechts in twee ui-terst beperkte sectoren obstakels, zo~als een kraanmast of een hijslast be-vinden; hierbij werd een uitzonderinggemaakt voor het zich incidenteeldoor het straalpad bewegen van eenhijsdraad.De korte bouwtijd is gerealiseerd dooralle werkzaamheden zoveel mogelijk inelkaar te schuiven, zodat alleen diewerkzaamheden die beslist na elkaarmoesten plaatshebben, op elkaar aan-sloten: derhalve een kritisch pad zonderrustpauzes!Om zeker te zijn dat het glijden van deverhoging niet door een tegenvallendewinter zou worden doorkruist, zijn desteunberen en ribben ook gegleden.Hierdoor kon het hoogste l?~nt voorkerstmis '88 worden bereikt (foto 1).FunderingDe funderingsbalk van 2,5 x 2,5 m2is insectoren, ge?ntegreerd met het inbren~gen van de palen, uitgevoerd. Zodra eenfase gereed was, is ter plaatse begonnenmetde aanzetvan de steunberen. Na hetstorten zijn de onderdelen ge?soleerd.Om temperatuurproblemen bij de ver-harding te voorkomenis de cemenrhoe-veelheid zo laag mogelijk gehouden.Versterking/verstijvingDe versterking is uit oogpunt van snel-heid enveiligheid uitgevoerd ineenglij-bekisting. In het offertestadium ?washiermee al rekening gehouden, doordatde vorm van de steunberen op voorstelvan de aannemer is aangepast. De zij~kanten zijn verticaal gehouden, hetgeeneen belangrijke eis was uit oogpunt vanglijden.In de cannelures zijn twee staalprofielengemonteerd, die dienden als geleidingvoor de bekisting. Om voldoende zijde-lingse stijfheid te verkrijgen zijn de .be-kistingen van de verstijvingen in dwars-richting op elkaar afgestempeld.Bij de overgang van de steunberen op deribben zijn de bekistingen omgebouwd.Tegelijkertijd met deze ombouw is deovergangsconstructie gemaakt terplaatse van de loopbruggen, waar tweesteunberen overgaan in ??n rib. Dezelaatste activiteit bleek zeet kritisch.Het materiaaltransport bij het glijdenvan de steunberen, tot 36 m hoogte,werd verzorgd door mobiele kranen enbetonpompen. Voor het glijden van deribben, tot een hoogte van 75 m, is ge-bruik gemaakt van lierwerken, afkom-stig van (hoe kan het ook anders op dezelokatie) havenkranen. De lierwerkenwaren bevestigd op de nieuwe funde-ringsbalk. De kabels liepen aan de bo-venzijde doorkatrollen, die directonder112Toren op hoogte, decetnber 1988 2 Werkbordes op bestaande torenCement 1989 nr. 10De cyclustijd voor een 'gewone' vloerbedroeg 5werkdagen, voor een vloer terplaatse van de bordessen 11 werkdagen.Na het storten van de dakvloer met dekruisbalken voor de opvang van de sta-len mast, zijn de onderdelenvan de mastVerhogingAlvorens te beginnen met de verhogingmoest bovenop de bestaande toren eenbescherm- en werkbordes worden ge-maakt (foto 2). Ditwerkbordes kon wor-den bereikt via een bouwlift aan de bui-tenzijde van de toren. De toegang via debestaande toren was alleen voor nood-gevallen beschikbaar, als vluchtweg. Inde wand van de verhoging is ter plaatsevan het werkbordes een tijdelijke toe-gang gespaard. Bij het glijden zijn detrappen direct gemonteerd, zodat hier-langs het personentransport kon plaats-hebben.de onderste bordessen aan de toren wa-ren gemonteerd. Per lierwerk zijn tweeribben bediend.144140~5 Montage bordesplaten;\. - _.-:: - - - - - - - -l // ~ l JI'JI~IIIiIiIII:i :L... ~ ] Jl i :dubbele dywidagstavenrIispaninrichting\S iebingestortdraadeind ::_.- -_._.Bordessen en vloerenDirect na afloop van het glijden van deverhoging is een geprefabriceerde vloerf-,-----------------r----~~-----------1geplaatst boven de liftschacht. Hierop isKnoopverbinding ter plaatse van d h all dde bordesbalken irect gestart met? et inst ?eren van eliftmachineruimte, zodat ook de lift tij-dig beschikbaar kon komen. Door deze'nood'liftmachinekamer een tijdelijketoegang te geven vanuit het trappen-huis,is de torenvanafde bovenzijde toe-gankelijk gebleven voor hijswerkzaam-heden.De verhoging is volgebouwd met vloe-ren, die ter plaatse van de bordessen 7,5m bovenelkaarliggenenelders 5m. Omoptimaal gebruik te maken van debouwkraan zijn de vloeren van ondernaar boven aangebracht. De 'gewone'vloeren zijn traditioneel ter plaatse be-kisten gestort. Devloeren terplaatsevande bordessen hebben een geheel eigenuitvoeringsmethode, als gevolg van degrotereverdiepingshoogte en de aanwe-zigheid van zes radiale balken. De bal-ken zijn vanaf de buitenzijde met dekraan ingeschoven door sparingen in detorenwand. Hierna zijn de balken metDywidagstaven aan de binnenzijde ver-ankerd aan de onderliggende vloer (fig.3).Nadat de koppeling tussen de balken totstand gebracht door het aanlassen vanwapeningsstaal 0 40 en het volstortenvan de 'natte knoop' (foto 4), zijn op debalken 'taartpunt'-vorrnige breedplatengeplaatst.Na verharding van de vloer zijn de bor-deselementen geplaatst (foto 5), die metdroge verbindingen van roestvast staalzijn gekoppeld.Cement 1989 nr. 10 13IUTILITEITSBOUW IUITVOEillNGSTECHNlliKmet de bouwkraan op het bovenste bor-des geplaatst, waarna de mast verderhandmatig is gemonteerd.Voor het fabriceren van de prefab' ele-menten, te weten: de bordeselementen,de taartpuntvormige breedplaten en devloer van de liftmachinekamer en voorhet omstorten van de stalen bordesbal-ken, is aan devoetvan de toren eenveld-fabriek ingericht. Als een onderdeel ge-reed was werd het dak van de 'fabriek'tijdelijk door de bouwkraan weggeno-men, zodat de elementen konden wor-den uitgehesen.De torenhaanwas, evenals de bouwlift,gefundeerd op de ringbalk (fig. 6). Debouwlift liep door tot het werkbordesop circa lOOm hoogte. De kraan had eenhoogte van 183 m en is daarmee eenvande hoogste, die ooitin ons land heeft ge-staan.administratie_enapparatengebouwBetonsamenstellingVoor hetbeton is uitgegaan van sterkte-klasse B 25. Als milieuklasse is voor demet de buitenlucht in aanraking ko-mende onderdelen klasse sb aangehou-den en voor de overige onderdelen klas~se 2. Vanwege het glijwerk, dat in deherfst met mogelijk slechte weersom-standigheden zou plaatshebben, is ge-kozen voor portlandcement A, waarvaneen deel, afhankelijk van de weersom-standigheden, is vervangen door port-landcement C. Om een zo dicht moge~6 Overzicht bouwterreinlijk beton te verkrijgen is bovendienvliegas toegevoegd.Samenstelling beton milieuklasse Sb:- 320 kg portlandcement A;- 20 kg portlandcement C;- 20 kg vliegas;- 1930 kg zand en grind;- 0,8% plastificeerder Melment L 10;- water-cementfactor 0,4?8.OpleveringHetbouwkundigewerkisop6juli 1989,dus ruim voor de besteksdatum van 1september, opgeleverd.foto: AeroViewlDick Sellenraad14 Cement 1989 nr. 10