Verticale stad aan de Maas4201020themaVerticale stadaan de MaasDe Rotterdam wordtomschreven als een verti-cale stad. Het complexverrijst aan de Wilhelmina-kade op de Kop van Zuid.Met drie torens van elk 150m hoog, voorzien vanwoon-, kantoor-, hotel-,parkeer- en commerci?lefuncties, is het gebouw eenreus die in Nederland zijngelijke niet kent. Totaalwordt er circa 160 000 m2in??n keer ontwikkeld. Debouw is eind 2009 gestart.Dit artikel geeft een impres-sie van het gebouw, waarbijvooral wordt ingegaan opde fundering.De Rotterdam wordt het grootste gebouw van NederlandVerticale stad aan de Maas 42010 21Het gebouw is op te delen in een tweelaagse ondergrondseparkeergarage, een zes verdiepingen hoge plint en een `lowrise'en `highrise' deel. Daarbij verspringt de highrise ten opzichtevan de lowrise. Totaal kent het gebouw over de torens 45 bouwlagen. De torens worden aangeduid als de Westtoren (zijdeCruise Terminal), Middentoren en Oosttoren (zijde Belved?re).De hoofdopzet van de draagconstructie zou men traditioneelkunnen noemen. De vlakke plaatvloeren (d =280 mm, betonsterkteklasse C28/35) overspannen in beide richtingen 8,1 m enworden volledig in het werk gestort. Hiermee wordt een stramien gecre?erd dat voor alle functies bruikbaar is en waarbij dearchitectuur van het project kan worden gerealiseerd. Alleen bijde Westtoren, waarin zich de woningen bevinden, wordt vandit principe afgeweken en wordt grotendeels met een wandenstructuur gewerkt. Vanwege de gewenste architectuur van degevel en het uitbouwen van de `plint' onder in het gebouw, washet toepassen van een dragende gevel geen optie. Mede daardoor wordt het grootste deel van de stabiliteit verzorgd door inhet werk gestorte kernen (C53/65) (fig. 3, 4).Het verspringen van de highrise wordt mogelijk gemaakt doorhet toepassen van betonnen diagonalen over verschillendeverdiepingen (fig. 2).In het ontwerp is ernaar gestreefd alle verticale elementen,zoals de kernen en kolommen, zo klein mogelijk uit te voeren.De kernen zijn daarom voor stabiliteit in de dwarsrichting, datwil zeggen loodrecht op de brede zijde van het gebouw, extraverstijfd door in de plint extra diagonalen aan de kernwandente koppelen. De torens worden aan de bovenzijde van delowrise onderling aan elkaar gekoppeld, zodat ze samenwerkenvoor stabiliteit in de langsrichting.De kolommen zijn ontworpen in sterkteklassen C53/65 enC80/95 en de hoogst belaste kolommen worden voorzien vaningestorte staalprofielen en wapeningspercentages > 4%. Op dezewijze kunnen ook de hoogst belaste kolommen, met eennormaalkracht van ruim 75 000 kN, als 950 x 950 mm2wordenuitgevoerd.FunderingHet gebouw wordt gefundeerd op bijna 1100 Vibrocombinatiepalen. De keuze voor dit paaltype is mede ingegeven door de inde grond aanwezig funderingsresten, waaronder ruim 1300houten palen van een voormalige kadeconstructie. Deze wordenniet verwijderd, maar verdrongen door de stalen casing van decombinatiepaal. Deze werkwijze zorgt ervoor dat er kostbare tijdwordt gewonnen, die anders nodig was geweest voor het ??nvoor ??n verwijderen van de houten palen. Bij een normaleVibropaal werd het risico op schade aan de uiteindelijke paal,door het terugveren van oude funderingspalen bij het trekkenvan de buis, te groot geacht. Een tweede voordeel van de Vibrocombinatiepalen is dat hierbij vanaf maaiveld kan wordengeheid, zonder dat een `overlengte paal' hoeft te worden gemaakt.Logistiek kunststukVanwege het zware heiwerk heeft de aannemer besloten af tewijken van het oorspronkelijke uitgangspunt om gedurende degehele periode van het heien met twee stellingen te werken. Zolang als logistiek mogelijk is, wordt er met drie heistellingen1ir. J.J.M. Font Freide en ir. D.P. SnijdersCorsmit Raadgevend Ingenieurs BV1 Artist impression De Rotterdam, centraal gelegenaan de WilhelminakadeVerticale stad aan de Maas4201022themaresultaten uit diepe boringen en een inschatting van de krachtsverdeling verwerkt. De belastingen, ingeschat op basis vanhandberekeningen, zijn in dit model op een betonplaatgeplaatst die in stijfheid overeenkomt met de gecombineerdestijfheid van alle vloeren in het gebouw. De stijfheid vanwanden en diagonalen en hun invloed op de krachtsverdelingwerd in deze beschouwing dus niet meegenomen. De grootsteberekende vervorming uit dit model bedroeg, op paalpuntniveau, bijna 280 mm in het midden en circa 60 mm aan de randvan het gebouw (fig. 5).Door de stijfheid van de wanden en diagonalen in het gebouwzal zowel het vervorminggedrag als de krachtsverdeling wordenbe?nvloed. De resultaten uit de PLAXIS berekening zijngebruikt om in SCIA Engineer een fundering te schematiserenonder een 3Dmodel van het gebouw, waarbij de daadwerkelijke geometrie van het gebouw en de afzonderlijke palen meegewerkt. In combinatie met drie hulpkranen, een boorstellingen de eis dat twee palen binnen circa 4D ? 5D van elkaar nietbinnen 24 uur na elkaar mogen worden gemaakt, heeft dit toteen logistiek kunststukje geleid (foto 6).ZettingenIn Rotterdam bevindt zich onder de eerste draagkrachtigezandlaag een dikke kleilaag: de Laag van Kedichem. De palenvan De Rotterdam worden in die eerste zandlaag geplaatst. Hetgevolg hiervan is dat er, ten gevolge van de gebouwbelasting, inde Laag van Kedichem relatief grote zettingen en zettingsverschillen ontstaan. Op veel locaties in Rotterdam is onder deLaag van Kedichem een tweede zandlaag aanwezig, waarop metveel langere palen en met minder zettingen kan worden gefundeerd. Voor de locatie van De Rotterdam ontbreekt die laagvrijwel geheel.De zettingen hebben invloed op de vervormingen en krachtswerking in het gebouw. Ze zijn tijdsgerelateerd: een relatiefgroot deel van de zettingen treedt pas op na gereedkomen vande ruwbouw. Afbouwdelen, zoals gevels en installaties, moetendus in een bepaalde mate mee kunnen vervormen. Met uitgebreide 3D eindigeelementenberekeningen voor het gehelegebouw is een voorspelling van de optredende zettingen engebouwvervormingen gemaakt, waarbij rekening is gehoudenmet de bouwfasering.Om een eerste inschatting van de zettingen te verkrijgen (enom de gevolgen voor de omliggende bebouwing te analyseren)is door Fugro een model in PLAXIS gemaakt, met daarin delowriseplintkelderhighriseF E D C B A81008100810081008100vijzelsextra diagonalenplintvijzels plintEafstand00-50-100-200-250-300cruise terminal De Rotterdamwesttoren middentoren oosttorenBelved?rezetting Belved?reeindzetting De Rotterdamen Belved?reextra zetting Belved?retgv De Rotterdam-15050 100 150 200 250 300zetting(mm)4235Verticale stad aan de Maas 42010 23gebouwdelen in de highrise. Deels wordt dit opgelost door hettoepassen van een overhoogte op enkele locaties in het gebouw.Direct onder de overstekken in de Midden en Oosttorenworden vijzelconstructies in de kolommen ingebouwd. Ookvoor de kolommen die alleen ter plaatse van de plint aanwezigzijn, is gekozen voor een systeem waarbij kolommen wordengevijzeld (fig. 7). Dit vijzelen zal in kleine stapjes plaatshebbengedurende de gehele bouw van De Rotterdam.In de Westtoren is vanwege de wandenstructuur vijzelen nietwenselijk, maar kan vanwege de grotere stijfheid van dewanden en de bijbehorende relatief kleine vervormingen, weermet een zeeg / overhoogte worden volstaan.Plastische scharnierenDe zettingen in de ondergrond verlopen als het ware `kuilvormig'. Op de hellingen van deze kuil treden rotaties in de funderingsconstructie op. Dit leidt tot momenten en dwarskrachtenin alle verticale elementen (palen, kolommen, wanden). Bij dewanden en palen is het toepassen van extra wapening afdoendeom deze krachten op te nemen. Bij de kolommen zorgen derotaties, in combinatie met een zeer beperkte verdiepingshoogte van 2700 mm bij de onderste parkeerlaag, voor relatiefgrote momenten. Daarom is besloten om de kolommen terzijn gemodelleerd. De hogere stijfheid en gewijzigde krachtsafdracht (er wordt meer belasting naar de randen van het gebouwgeleid) leidden tot fors kleinere vervormingen; ongeveer 170mm in het midden van het gebouw tot 100 mm aan de rand.De volgende stap in het proces was het met voldoende veiligheid en nauwkeurigheid kunnen voorspellen van de krachtsverdeling en de optredende vervormingen. Voor de krachtsverdeling werden drie modellen gecombineerd: stabiliteit (windbelasting), krachten bij oplevering uitgaande van een hogeinschatting voor de stijfheid van de grond en krachten na vijftigjaar op basis van het voorspelde zettinggedrag. Ter controlewerden de gevonden waarden gespiegeld aan, eerder uitgevoerde, uitgebreide handberekeningen. Omdat de krachtsverdeling aanleiding gaf tot het wijzigen van kolomafmetingen enpalenaantallen, en dit weer zijn weerslag had op de stijfhedenen daaruit volgende krachtsverdelingen, is in een aantal iteratiestappen een model gecre?erd waarin kracht en weerstandmet elkaar in samenspraak zijn.Naast vervormingen ten gevolge van de fundering treden in hetgebouw zelf ook belangrijke vervormingen op. De belangrijkstezijn de vervormingen ten gevolge van het onder belastingverkorten van de kolommen en de vervormingen ten gevolgevan de uitkragende constructies onder de highrise delen van detorens.Hetzelfde SCIA Engineermodel dat voor de krachtswerking isontwikkeld, is ook gebruikt als basis voor het voorspellen vandeze vervormingen in het gebouw. Dit ook weer in vijf fasen,die overeenkomen met verschillende stadia van de bouw.In de modellen wordt de stand van zaken van de ruwbouw,afbouw en veranderlijke belasting op dat moment meegenomen, alsmede het tijdsafhankelijke effect van de zettingen en debetonconstructie. De berekende vervormingen worden vervolgens aangepast voor bouwcorrecties (bijvoorbeeld het feit datbij het storten van elke nieuwe vloer de dan opgetreden vervormingen in de onderbouw automatisch worden gecompenseerd;dit brengt de software niet in rekening). De resultaten van dezeberekeningen fungeren als input voor verdere analyse van deconsequenties van de vervormingen door alle afzonderlijkepartijen, zoals de architect, hoofdaannemer, gevelbouwer eninstallateur.VijzelconstructiesUit de analyse van het zettingengedrag bleken de vervormingenlokaal dermate groot te worden, dat maatregelen gewenstwaren. Dit bleek met name op te treden in de plint tussen dehoog en laagbelaste kolommen en bij de verspringende62 Doorsnede met betonnen diagonalen bij verspringen highrise3 Plattegrond lowrise4 Plattegrond highrise5 Zettingen in eindfase over lengterichting op NAP -24,0 m conformPLAXIS-berekening6 Tijdelijk is met drie stellingen geheidVerticale stad aan de Maas4201024thema7 Vijzelconstructie plintkolommen8 De kolommen kunnen ter plaatse van de -1 vloer vrij roteren en verplaatsen9 Om de momenten in de kolommen te reduceren is gebruikgemaakt van plasti-sche scharnierenvan de kolom 950 x 950 mm2door een veel kleinere staalplaatvan maximaal 500 x 500 mm2(fig. 9).Deze plaat zal zich als een plastisch scharnier gedragen, zodateen aftopping van het moment plaatsheeft en de excentriciteitin de kolom wordt gelimiteerd. Om de belasting uit de kolomnaar deze plaat over te brengen en deze vervolgens weervoldoende naar de poer toe te spreiden, worden zeer dikke(t = 450mm) stalen voetplaten toegepast.Stand van zakenOp het moment van schrijven wordt er vanaf maaiveld geheiden is ongeveer de helft van de palen op diepte. Halverwege2010 staat het eerste betonstort gepland en in 2013 moet hetgebouw worden opgeleverd. plaatse van de 1 vloer los te koppelen van de vloer, waardoorde lengte waarover de kolom roteert wordt verdubbeld (tussende 2 en 0 vloer in plaats van tussen 2 en 1) en het optredendemoment gehalveerd. De vloer wordt op een krans opgelegd, diewordt voorzien van een flexibel oplegmateriaal om minimaleweerstand tegen verplaatsing en rotatie van de kolom te geven(fig. 8).Bij een aantal kolommen zorgt een combinatie van rotaties intwee richtingen (dubbele buiging) en een hoge stijfheid (bijvoorbeeld door ingestorte staalprofielen) er, ondanks het loskoppelenbij de 1 vloer, voor dat momenten te groot worden. Vergrotenvan de dimensies van de kolom is hier geen oplossing; immers,een dikkere kolom of een groter ingestort staalprofiel leidt nietalleen tot een toename in capaciteit, maar ook tot een forsetoename in stijfheid en daarmee tot een toename van het optredende moment. Loskoppelen van de kolom bij de beganegrondvloer zou tot een te grote geometrische excentriciteit leiden Deoplossing voor dit probleem wordt gevonden in het onderbreken4x vijzel Holmatro HJ300 G15 og.afmeting: 600x600 mmbetonsterkteklasse: C53/65stalen plaat1400x1400x200(S355)stalen plaat1400x1400x200(S355)stalen plaat600x600x50(S355)aangieten met mortel K70opstort 600x600x280C53/65laag -2600280202020505015050200300 variabel 30050 50280303030303030303030250505050laag -1ruimte tussen kolom envloer open houdenvoeg vullen met steenwolstortnaadkolom 950x950 C80/952 staalplt 950x950dik 225 S355laag -2staalplt 500x500dik 70 S3552 staalplt 950x950dik 225 S355HD400x1086 (S355)475 475450707045030 PROJECTGEGEVENSopdrachtgever De Rotterdam CVarchitect Office for Metropolitan Architecture (OMA)bouwkundige uitwerking B+M Architecten Den Haagadviseur constructies Corsmit Raadgevend Ingenieurs BVaannemer Z?blin Nederland BV789