C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 234Een goed voorbeeld van eengebouw waarbij bovengenoemdeontwikkelingen duidelijk aan-wijsbaar zijn, is het kantoorge-bouw Belv?d?re in Rotterdam.De realisering van een ambitieusen kwalitatief hoog ontwerp vanarchitect Renzo Piano voor eenmarktconforme prijs, is medemogelijk gemaakt door toepas-sing van verschillende construc-tiematerialen en -technologie?n.In een concept van een hybrideconstructie waarin zowel staal,prefab beton als in het werkgestort beton worden toegepast,komt de synergie van deze toe-passingen duidelijk naar voren.Daarnaast neemt in de verschij-ningsvorm van het gebouw deconstructie ervan een belangrijkeen bewust gekozen plaats in.Het ontwerpproces, de onder-zochte constructieconcepten ende uitwerking van de uiteindelij-ke keuzen van dit markantegebouw worden in dit artikelnader behandeld.A r c h i t e c t o n i s c h o n t w e r pDe oude havens in het centrumvan Rotterdam hebben al enigetijd hun oorspronkelijke functieverloren. De locaties echter,mede door hun ligging aan hetwater, hebben een grote waardevoor de verdere ontwikkeling vande stad. Zo'n locatie vormt ookde Wilhelminapier, waar in devoorgaande eeuw veel Europe-sche emigranten hun reis naarde nieuwe wereld zijn aangevan-gen. Gesitueerd aan de Maas envia de Erasmusbrug reeds enigetijd verbonden met het centrumvan de stad, is dit voor Rotterdameen zeer belangrijk stadsontwik-kelingsgebied.Er is de gemeente veel aan gele-Belv?d?re, hellend kantoorop Kop van Zuidprof.Dipl.-Ing.J.N.J.A.Vambersky, TU Delft Civiele Techniek / Corsmit Raadgevend Ingenieursbureau bv, Rijswijkir.A.J.Robbemont, Corsmit Raadgevend Ingenieursbureau bv, RijswijkDe doorgaande ontwikkeling van nieuwe bouwtechnologie?n, technieken,materialen en inzichten heeft ervoor gezorgd dat de bouw er vandaag andersuitziet dan een aantal jaren geleden. Staal, beton en geprefabriceerd betonworden al lang algemeen toegepast en concurreren met elkaar op de bouw-markt. De nieuwe trend die zich nu aftekent, lijkt hierin echter een verande-ring aan te brengen. Er wordt meer en meer gebruikgemaakt van de synergievan verschillende materialen en technieken in plaats van dat deze met elkaarwedijveren. Ze worden voor het oplossen van ontwerpvraagstukken zo toege-past, dat de specifieke eigenschappen elkaar versterken en zo beter bijdragenaan de kwaliteit van het eindproduct. Samen sterk is het credo.In onze samenleving speelt kwaliteit een steeds grotere rol. Dit weerspiegeltzich ook in de hedendaagse ontwerpopgaven. Het is niet meer alleen de purefunctionaliteit, maar ook de uitstraling die van een gebouw uitgaat die doorde consument en de omgeving in toenemende mate wordt geapprecieerd.1 | KantoorgebouwBelved?re, kenmerkendelement op de Kop van Zuidfoto: Henk van der VeenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 2 35gen hier gebouwen te ontwikke-len die een grote uitstraling enaantrekkingskracht hebben. In-dien zij hierin slaagt, zal dit eenpositieve weerslag hebben op deverdere ontwikkeling van hethele gebied.Met dit gegeven als achtergrondis projectontwikkelaar WilliamProperties bv tezamen met degemeente ook meegegaan in deselectie van architecten voor delocatie direct naast de Erasmus-brug, ??n van de eerste projectenop de Wilhelminapier. De keuzeis gevallen op de Italiaanse archi-tect Renzo Piano, die als op-dracht kreeg een kantoorgebouwte realiseren van circa 20 000 m2b.v.o., 5000 m2 commerci?leruimte en circa 250 parkeerplaat-sen in twee ondergrondse bouw-lagen.Renzo Piano liet zich inspirerendoor de historische locatie en denabijheid van de Erasmusbrug.Komend vanaf de noordoevervan de Maas over de Erasmus-brug, is het gebouw direct rechtsop de Wilhelminapier gesitu-eerd. Piano vond dan ook dat hetgebouw een duidelijke relatiemet de brug moest hebben. Omdit te bewerkstelligen, heeft hijer in zijn architectonisch ont-werp voor gekozen het gevelvlakvan het gebouw dat grenst aan deErasmusbrug, zo goed mogelijkhet vlak te laten volgen dat wordtgevormd door de kabels van debrug (fig. 2 en 3). Dit leverde eenhellend gevelvlak op, evenwijdigaan de as van de brug, met eenhelling van 5,9?. Een aardig toe-val is dat deze helling op de tien-de graad nauwkeurig overeen-komt met de scheefstand van detoren van Pisa. Eenmaal ingebruik zal deze naar het cen-trum van de stad geori?nteerdehellende gevel, een lichtreclamevan 48 x 85 m2, de stad van infor-matie voorzien.Daarnaast was de wens van dearchitect het gebouw zoveel mo-gelijk boven de plintbebouwing,die over de volle lengte van deWilhelminapier is voorzien, telaten zweven. Met andere woor-den: er moesten bij voorkeurgeen verticale ondersteuningenworden geplaatst en zo ja, danmoesten deze minimaal in aan-tal en afmetingen zijn om hetgevoel van `zweven' zoveel moge-lijk te benadrukken.H e l l e n d g e b o u wAlvorens in te gaan op het con-structief ontwerp van het ge-bouw, is het interessant even stilte staan bij het begrip hellendgebouw en bij de implicaties diede helling en het gekozen con-structief concept kunnen hebbenop de kosten van het gebouw.Het is voor velen vanzelfspre-kend dat een hellend gebouw, invergelijking met een niet-hellendgebouw, horizontale krachtenoproept die door stabiliserendeelementen zoals kernen en sta-biliteitswanden binnen het ge-bouw moeten worden opgevan-gen. Dit is echter niet altijd zovanzelfsprekend als het lijkt.Voorbeeld 1Beschouw een dwarsstramien uiteen hellend gebouw en zet hier-voor twee constructieprincipes Ien II op (fig. 4).Principe I vertegenwoordigt eenbalken- en kolommenstructuuren principe II een dwarswanden-structuur. In het statisch schemavan principe I veroorzaken deoplegreacties van de balken, dieondersteund worden door descheefstaande kolommen, hori-zontale ontbondenen, die op hunbeurt moeten worden opgevan-gen door stabiliserende elemen-ten zoals kernen of wanden.In het statisch schema van prin-cipe II is het mogelijk de onder-steuning (de fundering) directonder het zwaartepunt van hetgeheel te plaatsen. Dit systeemroept dan geen horizontale krach-ten op die door de stabiliserendeelementen moeten worden opge-vangen.Wel zijn hier twee verschillendeconstructieprincipes aan de orde,te weten balk-kolomsysteem enwandsysteem. Maar ook met eenbalk-kolomsysteem alleen zijnconstructieconcepten mogelijkdie nogal veel kunnen verschil-len in de krachten die zij wel ofniet oproepen. Dat dit ook veelkan verschillen in de uiteindelij-ke kosten van de constructie,spreekt voor zich.4 | Constructieprincipeshellend gebouwI balken- enkolommenstructuurII dwarswandenstructuur2 | Gevelvlak volgt het vlakdat wordt gevormd door dekabels van de brug3 | Gevel heeft dezelfdehelling als de toren van PisaI IIC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 236Voorbeeld 2Beschouw drie mogelijke statischeschema's A, B en C (fig. 5) vooreen hellend gebouw. De hellingwordt bepaald door de dakvloerten opzichte van de begane-grondvloer over een halve breed-te a van het gebouw te verschui-ven.In het statisch schema A span-nen de vloeren van de ene hel-lende gevel naar de andere. Ditheeft als consequentie dat hettotale gewicht Q van het stra-mien, horizontale krachtcompo-nenten veroorzaakt als functievan de helling van de gevelko-lommen die de vloeren onder-steunen. Deze horizontale krach-ten moeten op hun beurt wordenopgenomen door stabiliserendeelementen zoals kernen of wan-den en door de fundering. Hettotale moment dat ten gevolgevan deze horizontale krachtendoor de stabiliserende elementenen hun fundering moet wordenopgenomen, is Ma.In het statisch schema B zijntwee verticale kolommen aange-bracht. De positie van deze ko-lommen is zodanig gekozen, datde oplegreacties op de hellendegevels minimaal zijn. Dit bete-kent dat de assen van dezekolommen aan de ene kant doorhet snijpunt van de hellendegevel met de begane-grondvloerlopen en aan de andere kant doorhet snijpunt van de hellendegevel met het dak. Immers, deste kleiner de oplegreacties op deschuine gevels zullen zijn, des tekleiner zullen ook de hierbijbehorende horizontale ontbon-denen zijn. In het gegeven voor-beeld resulteert dit al in een aan-zienlijke reductie van het mo-ment dat door de stabiliserendeelementen en hun funderingmoet worden opgenomen. Hetmoment Mbis slechts 1/4Magroot.Het statisch schema C is hetzelf-de als schema B met alleen datverschil, dat van de drie onder-steuningen de meest linkse ont-breekt. De gevelkolom aan de lin-ker zijde is hier uitgevoerd alstrekelement dat de krachteneerst naar het dakniveau brengt,waar deze door de verticalekolom worden overgenomen ennaar de fundering worden afge-voerd. Dit statisch schema heeftde volgende consequenties:? Het moment Mcdat door dehelling wordt veroorzaakt enmoet worden opgenomendoor de stabiliserendeelementen, is hier slechts1/16Magroot!? In vergelijking met schemaA en B hoeft dit aanzienlijkgereduceerde moment boven-dien alleen door het stabilise-rende element te wordenopgenomen en niet door defundering ervan. Het momentop funderingsniveau dat doorde helling wordt veroorzaakt,is in dit schema nul.? In dit schema is de linkergebouwzijde opgehangen aande bovenkant van het gebouw.Dit geeft de architect meervrijheid om hieronder grotekolomvrije ruimten op debegane grond te realiseren.Het is duidelijk dat er een grootprijsverschil is tussen de bouw-wijze volgens het statisch sche-ma A, B of C.C o n s t r u c t i e f o n t w e r pHellende gevelDe eerste uitdaging voor de con-structeur was de helling van degevel aan de zijde van de brug en5 | Drie mogelijke statischeschema's voor een balken-en kolommenstructuur ineen hellend gebouwaqaMaMbMaMa=1/2qah2aMa= Mkern= MfunderingQ1/2a 1/2a1/4aqb=1/4qaMb=1/4Ma= Mkern= Mfunderingqbqc= qb1/4aMc= 1/16MaMfundering= 0Mc= Mkern=1/16MaA B CMb=1/4MaC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 2 37de extra horizontale belasting tengevolge hiervan op het gebouw.Inmiddels is duideljk, dat het welof niet plaatsen van verticalekolommen in de plattegrond ende positie hiervan ten opzichtevan de hellende gevel, groteinvloed heeft op de horizontalecomponent van de door de hel-ling veroorzaakte kracht. Evenalsin het voorbeeld, geldt ook hierdat des te groter de overspanningvan de vloeren, des te groter ookde verticale reactie op de hellen-de kolommen en dus ook dehorizontale component van debelasting die door de stabiliteits-constructie moet worden opge-nomen (fig. 6).Getracht is daarom de verticalekolommen zo dicht mogelijk bijde hellende gevel te positione-ren, maar zelfs op de meest gun-stige plaats binnen het architec-tonisch ontwerp bleken de hori-zontale krachten ten gevolge vande helling nog een te groteinvloed te hebben op de afmetin-gen van de stabiliteitsconstruc-tie. Ook Renzo Piano had ditgevoel en reeds in zijn eersteschetsen op de achterkant vanzijn sigarendoos zocht hij naarevenwicht door een tegengesteldhellend element aan te geven:een drukschoor om de hellendezijde van het gebouw te onder-steunen (foto 7).Het wederzijds begrip van de dis-ciplines architectuur en con-structie voor elkaars vakgebieden? de basis voor synergie van vormen constructie ? gaf hier een dui-delijk impuls aan het ontwerp-team om een sterk architecto-nisch en constructief conceptvoor dit gebouw te realiseren.Statisch systeem en stutDe drukschoor (de stut) kan inhet statisch systeem op verschil-lende wijzen functioneren. Dehellingshoek, de grootte van deverticale belasting die via de stutwordt afgedragen, het aangrij-pingspunt op de constructie ende gekozen detaillering zijn hier-voor mede bepalend. De stut kanbijvoorbeeld:? de horizontale krachten doorde scheefstand van hetgebouw slechts compenseren(balanceren), of? worden ontworpen als een`outrigger' en als zodanigonderdeel uitmaken van detotale stabiliteitsconstructie.De meest economische oplos-sing bleek het constructief con-cept te zijn waarbij de compensa-tie van de horizontale krachtendoor de scheefstand van hetgebouw door de stut plaatsheeften de windkrachten op het aldusin evenwicht zijnde geheel wor-den opgenomen door een beton-nen kern (fig. 8).Om voldoende gewicht op destut te krijgen, benodigd voor debalancering van de scheefstandvan het gebouw, is in het con-structief ontwerp de totale belas-ting op de middelste kolommenin stramien J via de stut naar defundering afgevoerd. De belas-ting van de verticale kolom instramien J-I is hiertoe vanaf hetniveau 10,5 m boven peil dooreen trekkolom in stramien J-IIomhoog gebracht naar het aan-grijpingspunt van de stut op46,55 m boven peil (fig. 9 en 10).C o n s t r u c t i eBij de uitwerking van het geko-zen concept zijn verschillendevarianten ontwikkeld en geana-lyseerd. Hieruit zijn twee eco-nomisch gezien vergelijkbarevarianten naar voren gekomen,die beiden tot in de besteksfaseals volwaardige alternatieven zijnaangehouden. Deze alternatie-ven, die beide als hybride con-structies zijn ontworpen, waren:Alternatief 1Een in het werk gestorte kern eneen dragende gevel in stramien 8met een vloer van voorgespan-nen prefab betonnen kanaalpla-ten tussen de stramienen 6 en 8.Het hellende bouwdeel tussen deassen II en 6 uitgevoerd als staal-constructie (stalen kolommen enbalken) en een vloer van voorge-spannen prefab betonnen kanaal-platen of een staalplaat-beton-vloer.6 | Invloed kolomplaatsingop horizontale belasting7 | Drukschoor ondersteunthellende gevelfoto: Henk van der Veen8 | Compensatie horizontalekrachten door stut, opnamewindbelasting door kernC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 238Alternatief 2Een in het werk gestorte kern eneen dragende gevel in stramien 8met een vloer van voorgespan-nen prefab betonnen kanaalpla-ten tussen de stramienen 6 en 8.Het hellende bouwdeel tussende assen II en 6 uitgevoerd alsbetonconstructie met verdie-pingshoge prefab betonkolom-men en balken met een prefabbalkbodem, die na het leggenvan de vloerplaten worden aan-gestort (fig. 9 en 10).De stut is in beide varianten alscomposiet staal-betonkolom ont-worpen met een diameter verlo-pend van 800 mm aan de eindentot 2000 mm in het midden. Devorm en buitenafmetingen vande stut zijn het resultaat van degewenste architectonische uit-straling van het gebouw, terwijlde functie perfect past in het con-structief concept. Aan beide uit-einden is de stut over 5 m gevuldmet beton om aan de eisen vanbrandveiligheid te voldoen.De vloer ter plaatse van het aan-grijpingspunt van de stut (46,55m boven peil) is ontworpen alseen massieve in het werk gestor-te vloer van 260 mm dikte. Doordeze vloer wordt de horizontalekracht uit de stut gespreid enovergedragen naar de kernwan-den in de stramienen B en E.Aangezien er geen prijsverschilwas tussen beide ontwikkeldevarianten, bleek uiteindelijk devoorkeur en ervaring van de aan-nemer doorslaggevend voor dekeuze van alternatief 2.DetailleringVanaf de derde verdieping (10,5m boven peil) is alleen de kerntussen de stramienen B/E en 6/8doorgezet naar de fundering. Deoverige wanden en kolommenuit de bovenbouw worden ge-steund door 10 kolommen inB 90. Om de slankheid van deconstructie te accentueren, is deovergang van de kolommen naarde bovenliggende constructie doorde architect zo minimaal moge-lijk ge?ist. Het gebouw moestimmers zoveel mogelijk zweven.Gekozen is hier om de overganguit te voeren in massief stalenonderdelen in staal S355 (fig.11). De tapse onderdelen zijn ge-freesd uit massief staal met eendiameter van 800 tot 900 mm.Zoals eerder beschreven is deverticale afdracht van de belas-ting in het stramien waar de stutaangrijpt, afwijkend ten opzichtevan de overige stramienen. Destut is aangebracht nadat de 15everdiepingsvloer gereed was. Omde opbouw van de verticale ver-11 | Verbinding wandd = 300 mm met kolom? 8009 | Plattegrond kantoorlaag10 | Dwarsdoorsnede overhet gebouwC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t i l i tei t sb o u wcement 2000 2 39vormingen in de gevel, naarmatede constructie vorderde, ondercontrole te houden, is ervoorgekozen de stut met vijzels opspanning te brengen. Uit bereke-ningen volgde dat ondanks dezemaatregel, de vervormingsver-schillen in de gevel de voor devliesgevel maximaal toelaatbarewaarden naderden. Om schadeaan deze gevel door vervormin-gen na montage te voorkomen, isin het ontwerp een stelmogelijk-heid opgenomen (fig. 12). Debalk in stramien J is in as II inhoogte verstelbaar opgelegd entussen de stramienen I en II iseen scharnier in de betonbalkopgenomen om eventuele cor-recties ook achteraf te kunnenuitvoeren.De aansluiting van de stut op detrekkolom is uitgevoerd als eengelaste buisverbinding (fig. 13).Op dit punt wordt een belastingvan circa 21000 kN overgedragenvan de stalen trekkolom (70%van de belasting) en de betonnendrukkolom (30% van de belas-ting) naar de stut. Om de hori-zontale drukkracht naar de vloerover te dragen is een gelastestaalconstructie van 1,7 x 1,5 m2toegepast, opgebouwd uit platenmet een wanddikte van 40 tot 50mm. De vloer, die op deze ver-dieping is uitgevoerd als in hetwerk gestort massief beton,brengt de horizontale compo-nent van circa 7800 kN over naarde kernwanden.B i j z o n d e r b e l a s t i n g s g e v a l :w e g v a l l e n s t u tZoals uit het voorgaande blijkt,heeft de stut een belangrijkefunctie in het statisch schemavan het gebouw. Ondanks deafmetingen van deze staal-beton-kolom is het niet geheel ondenk-baar dat door een calamiteit defunctie van dit onderdeel weg-valt. In het ontwerp is hiermeedan ook rekening gehouden. Uit-gangspunt is dat er geen voort-schrijdende instorting plaats-heeft; onherstelbare schade aande constructie en de gevel wordtwel geaccepteerd. Deze zoge-naamde tweede draagweg bleekhet meest economisch wanneerde wapening in de balken gaatfungeren als een kabel. In de ge-velbalken van de hellende gevelis een zware balkwapening toege-past. Bij een eventuele calamiteitzal ter plaatse van stramien J eenverticale vervorming van circa2 m in de gevel optreden. Hierbijontstaat evenwicht, waarbij deverticale belasting door middelvan trek in de wapening van degevelbalk wordt afdragen naar denaastgelegen stramienen. sL i t e r a t u u r1. Vambersky, J.N.J.A., Hybridstructures, solutions andopportunities. www.corsmit.nl/vam.html.2. Robbemont, A.J., Syllabus/Studiemiddag hybride con-structies in staal en beton,16-09-99.Foto: Henk van der Veen13 | Aansluiting stut-trek-kolom; de schuine trek-kolom heeft stelvoorzienin-gen voor het compenserenvan deformaties in de gevel12 | Verstelbare oplegging en scharnier in betonbalk