? ? algemeen ontwerp ? windtechnologieWind wordt door een constructeur direct geassocieerd methet berekenen van de stabili-teit.Erzijn echter meerfactoren rondom wind die invloed hebben op hetontwerpen en uit-voeren van gebouwen. Wat gebeurt er bijvoorbeeld op loopniveau rondom een twintigver-diepingen tellende kantoortoren en wat merkt de gebruiker van de bovenste etages vanwindkracht 10? En wat zijn dan de consequenties voor de bouwvakker die op een dergelij-ke hoogte aan het werk is?De windtechnoloog is de deskundige die op al dezevragen een antwoord zou moeten heb-ben. Hij kan bij uitstekde projectontwikkelaar,de architect, de constructeur en de aanne-mer over de gevolgen van wind op hoogbouwadviseren. Maar kan hij ook voorspellen? DeStuurgroep Windtechnologie van het KM organiseerde een symposium hierover.DEWIND ALS ONBEREKENBAREFACTORQ) Horizontale en verticale luchtstromingrondom een rechthoekig gebouw54Windtechnologie is de toepassing van eentak van wetenschap die het lokale windkli-maat, de stroming om constructies en hetef-fect van die stroming beschrijft. Tot voor kortwaren de belangrijkste hulpmiddelen hier-voor de windtunnel en in situ metingen. Veelkwam verder neer op de kennis en ervaringvan de individuele deskundige. Recent zijndaar computermodellen bijgekomen. Dezezijn het komende decennium nog vooralhulpmiddelen bij het onderzoek en nog geengereedschap bij het ontwerpen.Windtechnologie en ontwerpprocesEen windtechnoloog, aldus prof.ir.JAWisse(TU Eindhoven), kan een rol spelen bij de be-paling van windbelasting, windhinder, ver-spreiding van luchtverontreiniging, ventila-tie, rookverspreiding, windlawaai en wind-energie. Bij voor Nederland grensoverschrij-dende bouwtechniek, zoals bij hoogbouwhetgeval kan zijn, iszijn directe inbrengin hetontwerpproces zelfs gewenst. Hoge gebou-wen vangen veel wind en bij het ontwerp ende realisatie ervan is wind extra relevant.De windbelasting hangt samen met de vormvan het gebouwen de keuze van het typeconstructie (fig. 1). Wisse pleit ervoor al bijhet schetsontwerp de architect, construc-teur en windtechnoloog bij elkaarte brengenom een optimum aan ontwerpvrijheid enkosten te bereiken.Ook de factor windhinder kan het beste inhet ontwerpstadium reeds worden onder-kend. Het is essentieel voor elke opdracht-gever om vast te leggen, welke eisen hij steltaan het windklimaat nabij de ingang, etala-ges,hetparkeerterrein, detennisbanen, bal-kons, een dakterras etc. Er zijn criteria dieaangeven bij welke luchtstromen windhinderin de nabijheid van een hoog gebouw of opeen balkon te verwachten is, maar er zijngeen internationaal erkende normen.Bijstellingen in het ontwerpOnzekerheden kunnen in het stadium vanhet voorlopig ontwerp met een windtunnel-proef worden weggenomen. In de proefwordt de gekozen 'optimale' oplossing ge?-valueerd. De proef geeft echter geeninfor-matie over de bijstelling van het ontwerp. Dieinformatie moet komen uit gesprekken tus"sen de ontwerper en de windtechnoloog.Rekenmodellen zijn maar heel moeilijk op testellen. Er zijn veel variabelen (windrichting,vorm van het oppervlak, windsnelheden envariaties) en een goed rekenmodel moet ie-dere variabele kunnen doorrekenen. Dat hetnog naar schatting enkele decennia zal du"ren voordatwe debeschikkingzullen hebbenover dergelijke programmatuur, ligt voorna-melijkaan de beperkingen van de huidige ge-neratie computers. De rekencapaciteit er-van is onvoldoende om alle variabelen in kor-te tijd te kunnen doorrekenen. Tot die tijd zul"len we genoegen moeten nemen metempiri-sche regels.Effecten van windtunnelonderzoekEen goed inzicht in het windklimaat op loop-niveau kan volgens ir.J.A.Pleysier (Van Dors-ser Raadgevende Ingenieurs) worden ver-kregen dooreen maquette van hetbouwplanen de bouwkundige omgeving te beproeven.Vooral een projectontwikkelaar zou dit be-lang moeten onderkennen, aangezien eengoed windklimaat rond een gebouw-en voor-al bij de gebouwingangen - zeker een gunsti-ge invloed zal hebben. Een slecht windkli-maat kan de verhuurbaarheid of de waardevan een pand nadelig be?nvloeden.De gemeente is volgens Pleysier de aange-wezen instantie die erop moet letten dateenverantwoord windklimaat wordt verzekerdvoor voetgangers op trottoirs en looproutes,fietsers en bromfietsers en de gebruikersvan (openbare) verblijfsgebieden (pleinen,CEMENT1996/351 ingang hotel2 restaurant3, vergaderzaaltjes4 keuken5 ingang kantoren6 hotelkamer7 vrij indeelbare kantoorruimte43elementen zijn gemaakt van blik, wat het ge-bouw een high-tech uitstraling bezorgt. Eenprettige bijkomstigheid van de schuine vormis dat de windstroming per verdieping wordtomgebogen. Dit reduceert de plaatselijkewindbelastingaanzienlijk, waardoor hetope-nen van een raam ook op de bovenste ver-diepingen van het kantoorgebouwtot de mo-gelijkheden behoort.Verder vormt het entreegebouw op de bega-ne grond een los onderdeel dat naar achte-ren is geschoven. Het zit aan de achterlig-gende spoordijk vast en volgt de schuinewand van het bestaande spoorviaduct (fig.3). Het bestaande windklimaat op loopni-veau veranderde hierdoor nauwelijks.Het kantoor staat op kolommen hierboven.~? Begane grond en standaard-verdieping Wagon-Uts kantoorgebouwen hoteldagen perjaar acceptabel, maar een gebrui-ker ervaart elke dag als ??n teveel.Voor de discussie en de acceptatie is hetwenselijk een andere benaming en definitiete bepalen.Het ontwerpVolgens ir.W.M.Crouwel (Benthem CrouwelArchitecten) is windvriendelijk ontwerpenvaak een kwestie van geluk. Datgelukhad hijbij het ontwerp van het hotel annex kantoor-gebouw voor Wagon-Uts nabij het CentraalStation in Amsterdam. Het gebouw zou van-uit alle windstreken frontaal te zien zijn enkreeg daarom afgeronde hoeken; voor dewindafvoer een ideaal ontwerp.Om de gevel toch een zekere geleding te ge-ven, zijn aan de buitenzijde schuine zonwe-ringselementen aangebracht (fig. 2). Deze @ Verticale doorsnede van het kantoorTabel 1Aantal dagen perjaar dat de uurgemiddelde windsnelheid op hoofdhoogte meer dan 5 mismag bedragen. Beoordeling voor het westen van het land.parken, terrassen, schoolplein). Ook de be-langen van de bewoners uit de directe omge-ving van het bouwplan moeten worden mee-gewogen.Voor al deze partijen is het wenselijk om tebeschikken over criteria waaraan het bouw-plan zou moeten worden getoetst. TNO heeftdergelijke criteria opgesteld (tabel 1).In de praktijk blijken de vier grotegemeentenweinig ofgeen algemeen beleid inzake wind-hinder te hebben. Bestemmingsplannenworden voor het stellen van eisen aan hetwindklimaat op loophoogte niet of nauwe-lijks gebruikt, en geen van de grote gemeen-ten heeftmomenteel normen in een beleids-notitie vastgelegd. Wel wordt onderscheidgemaakt tussen windhinder en gevaarlijkesituaties. Niet zelden wordt pas voor heteerst aandacht gegeven aan het windkli-maatop loopniveau, wanneer de gemeente-meestal ingegeven door omwonenden -daarom vraagt. De adviseur wordt in dat ge-val op het (aller)laatste moment ingescha-keld en dientin een beperkte tijd hetontwerpdoor de vergunningsprocedure te loodsen.Aanpassingen aan het gebouwontwerp zijndan vaak niet of nauwelijks meer mogelijk.Het windklimaat op loopniveau wordt ondermeer bepaald door de directe stedebouw-kundige omgeving; gebouwvormen zijn vaakzeer complex. Daarom zal een windtunnel-onderzoek waarschijnlijk noggedurende lan-ge tijd nodig zijn om in complexe situatieseen verantwoord oordeel over het windkli-maat op loopniveau te geven.Overigens is het begrip 'windhinder' erg sub-jectief. Volgens de norm zijn 75 windhinder-CEMENT1996/3 55? ? constructief ontwerp ? windtechnologiea =vervomlingonder gemiddeldewindbelastingb= gebied in welkehet gebouwtriltc =maxtmumuitbuigingb.-----., I II . ,, ! ,, , ,, . ,I I /I i '/ ' /I I /I i 'I ' I, , ,, i /I ? /,/ ,'i ",,, , I,./I! I/1', , 1,"li I,.1,'/,/'"ac? Uitbuiging van een gebouw onder wind-belasting 1n de windrichtingIndien wordt verwacht of uit windtunnelproe-ven blijkt dat de trillingen dwars op de wind-richting van belang kunnen zijn (wat meestalhetgeval is bij relatief slanke gebouwen meteen vierkante, cirkelvormige of soortgelijkeplattegrond), dan is het aan te bevelen overde hoogte taps verlopende vormen te ont-werpen. Zo wordt de Vortex shedding overeen brede band van frequenties over dehoogte van het gebouw verspreid en de am-plitude van opslingering gereduceerd. Doorin de bovenste delen van hetgebouw openin-gen te maken wordt de Vortex shedding te-gengewerkt en daardoor opslingering als ge"heel verminderd.Geadviseerd wordt aanzienlijke rondingen inplaats van scherpe hoeken te maken of hoe-ken zodanig afte snijden dat de vorm van deplattegrond die van een grove cirkel, octagonof hexagon benadert. De aldus verkregen re-ducties van versnellingen kunnen circa 50%bedragen in vergelijking tot gebouwen metvierkante plattegronden en rechte, scherpehoeken. Het ontwerp voor de 500 m hogeGroIlo Tower in Melbourne is een goed voor-beeld (fig. 6).Torsietrillingen kunnen worden veroorzaaktdoorturbulentie onder invloed van de omlig-gende bebouwing, Vortex shedding en/ofdoor asymmetrische plaatsing van de stabi-liserende elementen zoals kernen en stabili-teitswanden in de plattegrond van het ge-bouw-ontwerp.Aanpassingen aan de vormHet dynamisch gedrag van een gebouw on-der windbelasting is meestal te vertalen indrie niet-gekoppelde trillingscomponenten:trilling in de richting van de wind, trillingdwars op de windrichting en torsietrilling.Hetontwerp in de richting van de wind (fig. 5)wordt voornamelijk bepaald door de maxi-male uitbuiging en de eigenfrequentie.De meest belangrijke oorzaakvan de oscilla-tie van een voorwerp dwars op de wind is hetperiodiek loslaten van wervels, de zoge-noemde 'Vortexshedding' [2]. De wervelsworden veroorzaakt doordat het voorwerpeen obstakel voor de wind vormt.Hoogbouw en constructieDe toepassing van steeds hoogwaardigermaterialen, zoals nu ook hoge sterkte beton,maakt het mogelijk steeds slanker en lichterte bouwen. Over deze trend en meer sprakprof.dipl.-ing.J.N.J.A.Vambersky (TU Delft).Ook al ishet hoogste gebouw van Nederlandeen factor drie kleiner dan het tot nu toehoogste gebouw ter wereld, het gebouwDelftse Poort in Rotterdam is met een diep-te/hoogte verhouding van 1:7 w?l slankerdan SearsTowers in Chicago. De consequen-tie van de trend is dat de gevoeligheid voortrillingen door wind toeneemt. Hetgevolginde meeste gevallen is daardoor dat niet zo-zeer het bezwijkstadium, maar veeleer hetgebruiksstadium bepalend is voor de keuzevan het type constructie. Tijdens stormentreden in constructies soms onaanvaardba"re horizontale versnellingen op [1]. Vaakmoeten vervolgens kostbare voorzieningenworden getroffen die alin het ontwerpsta-dium hadden kunnen worden genomen.gen. Ookvoorzieningen als luifels waren nau-welijk toepasbaar.Het bleek mogelijk om de gevels van de par-keergarage, die op de tweede tot de zesdeverdieping van het gebouw is gesitueerd,voor een groot deel open uit te voeren. Aan-stromende lucht zou zo ook door hetgebouwheen kunnen worden geleid (foto 4).Metingen in de windtunnel ondersteundendeze theorie. Zonder aanvullende voorzie-ningen zouden op weinig posities meer dan75 windhinderdagen worden gevonden. En:op plaatsen waar in de oorspronkelijke situa-tie een slecht windklimaat heerste, zou in desituatie m?t het bouwplan zelfs een iets be-ter windklimaat worden bereikt.Er kon met een beperkt aantal aanvullendevoorzieningen (o.a. een luifel boven dehoofdentree) worden volstaan.VoorbeeldprojectEen voorbeeld vaneen project, waarbij doorde tijdige inbreng van deskundigen een goedresultaat kon worden bereikt, is de nieuw-bouw van het hoofdkantoor van VNO-NCWboven de Utrechtsebaan in Den Haag.In de oorspronkelijke situatie werd door pas-santen bij de gebouwhoeken van vooral hetMinisterie van Buitenlandse Zaken al eenqua windklimaat onprettige situatie onder-vonden. Het nieuwe gebouw zou naar ver-wachting de situatie in nadelige zin be?nvloe-den. Mogelijkheden om iets op begane-grondniveau toe te voegen in de vorm vanschermen ontbraken nagenoeg geheel: hetgebouw wordt rondom omsloten door we-@ Hoofdkantoor VNO-NCW in Den Haagfoto: Henk van der Veen, MaassluisEen gebouw hoeft niet hoog te zijn om wind"hinder te cre?ren. Het ??n-verdiepinghogestationsgebouw op Schiphol had vooral lastvan de stuwdruk in de tunnelbuizen van despoortunnel. Reizigers die zich op stijgpun-ten bevonden werden bijkans omver gebla-zen! Door de dichte bebouwingsgraadin deomgeving had men op denoodzakelijke ven-tilatiegaten buiten het station bespaard. Terverhoging van het comfort moesten dezealsnog worden aangebracht.56 CEMENT1996/3Aanpassingen in het conceptEr zijn twee belangrijke manieren om het dy-namisch gedragdooringrepen in hetgebouwte verbeteren: vergroting van de effectievemassa en vergrotingvan de demping. Bij ont-werpoplossingen zou moeten worden ge-zocht naar optimalisatie van ten minste ??nvan deze parameters. Het vergroten van destijfheid is-zekerbij hoge, slanke gebouwen-niet effectief [3].Door de TU Delft is in samenwerking meteUR commissie 91 het interactieve compu-terprogramma SkyDyFe ontwikkeld, waar-mee een schema voorhet ontwerp van stabi-liserende constructies van hoogbouw kanworden uitgewerkt. Eerst dient een welover-wogen keuze van het te volgen concept teworden gemaakt, waarna op basis van sterk-te, stijfheid en stabiliteithetconstructief ont-werp volgt. Niet de sterkte, maar de stijfheidzal in de meeste gevallen maatgevend zijn.Vervolgens wordt het dynamisch gedrag ge-controleerd. Als criterium gelden de maxi"maal toelaatbare versnellingen, terwijl ookde toename van de vervorming tengevolgevan de dynamische invloeden niet moet wor-den vergeten. Afhankelijk van de resultatendient de constructie ofhet constructieprinci-pe wel of niet te worden aangepast of toe-passing van dempers te worden overwogen.CD Bouwloods op het betonskelet van het gebouw Delftse Poort in Rotterdamfoto: Ren? Kras, RotterdamArbeidsomstandighedenIs de ontwerper zich wel bewust van alle ef-fecten van hoogbouwop de uitvoeringenhetgebruik? Ing.J.W.J.Humme, hoofd projecten-bureau van de Stichting Aboma+Keboma,begon zijn inleiding metde opmerking dat deambtenaren die in het nieuwe Haagse Stad-huis werkzaam zijn, vanwege aanpassings-problemen op de hoogste verdiepingen eencursus hoogtevreesbeheersing volgen.Van oudsher zijn we als ontwerper geneigdom de invulling van goede arbeidsomstan-digheden tijdens de realisatie van een bouw-? Plattegrond standaard-verdieping Grol-10 Tower; MelboumeCEMENT1996/3project over te laten aan de uitvoerende par-tij, de aannemer. Met de invoering van hetBouwprocesbesluit Arbeidsomstandighe-denwetis deverantwoordelijkheid van de op-drachtgever aanmerkelijk toegenomen. Dehierbij behorende ontwerpverplichtingenhebben betrekking op zowel de uitvoerings-als de beheersfase van een bouwproject.Naast het toezicht op de preventieve maat"regelen v??r de realisatie heeft de opdracht-gever dus ook een controlerende functie tij-densde realisatie. Planninghoorthiertoe. Zomoet de opdrachtgever zich afvragen of debouwtijd realistisch is.In de beheersfase gaat het om inspectie-,reinigings- en onderhoudsomstandigheden.Ten slotteWind verstoort niet alleen het productiepro-ces, maar ook het stellen van zware prefabelementen wordt extra gevaarlijk. Bovenwindkracht 7 mag er met een torenkraan alniet meer worden gewerkt. Daarom is bij debouwvan deDelftse Poort in Rotterdam (foto7) een kapconstructie ge?ntroduceerd [4].Een bijkomend voordeel was dat de werkne-mers beschermd werden tegen weer- enwind. In dat kader is de methode van kraan-loos bouwen [5] een stap vooruit.Dat arbeidsomstandigheden als geheel nogimmer de aandacht verdienen, bleek overi-gens uit het feit dat symposiumvoorzitterprof.ir.e.Weeber nog nooit van de StichtingAboma+Keboma had gehoord. Waar zo'ndag al niet goed voor is.H.H. WapperomLiteratuur1. Bruijn, WA de, R.Nijsse, Vervormingen vanbetonconstructies. Cement 1988, nr. 3.2. Wisse, JA, P.C. van Staalduinen, Bewe-ging van gebouwen als gevolg van wind. Ce-ment 1992, nr. 12.3. Oosterhout, G.p.e. van, ehallenges in im"proving wind-induced dynamic behaviour oftall buildings. Proceedings ofthe Fifth WorldCongress Habitat and the High Rise, 1995.4. Boo, AJ. de, O.G.Mans, Delftse Poort,hoogste kantoorgebouw van Nederland. Ce-ment 1990, nr. 4.5. Flapper, HAJ., V. van der Wal, Kraanloosbouwen, industrieel bouwsysteem voorhoogbouw. Cement 1995, nr. 7/8.?57