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 2005 3 39De luifel zal bescherming biedenaan tentoonstellingspanelen metinformatie over de restauratie vanhet Zonnestraalmonument (fig. 2).Om de ontwikkelingen in beton-technologie en constructietechniekin de afgelopen 75 jaar te demon-streren, is besloten om voor debetonnen folly de volgende ont-werpuitgangspunten te hanteren:? een geprefabriceerde construc-tie die op de bouwplaats wordtgemonteerd;? een demontabele constructiegebaseerd op de IFD(Industrieel, Flexibel enDemontabel) ontwerpfilosofie[1];? ZHSB (B 150) als constructie-materiaal, vezelversterkt;? toepassing van ruimtelijkgekromde oppervlakken, waar-voor speciale bekistingstechnie-ken nodig zijn;? de betonoppervlakken onbehan-deld en in het zicht laten.Als geometrische uitgangspuntenwerden vastgesteld een luciferop-pervlak van 9 x 9 m2met een vrijehoogte van 3,5 m.V o r m g e v i n g i n Z H S BZeer-hogesterktebeton staatbekend om zijn zeer goede eigen-schappen [2] en [3]: het is dichterdan de gangbare betonsoorten enheeft een veel hogere druk-, trek-en buigtreksterkte. Hierdoor zijnslankere constructies mogelijkmet grotere overspanningen. Dehoge dichtheid leidt tot een groteduurzaamheid. Daarnaast heeftZHSB een uitstekend gedragonder dynamische belastingen.Het materiaal is dan ook uiterma-te geschikt voor een filigrane con-structie van een door wind dyna-misch belaste luifel, die in zicht-beton toch een lange duurzaam-heid heeft.Folly Zonnestraal inzeer-hogesterktebetonprof.ir. F. van Herwijnen en ing. R.W.S. Fielt, ABT Adviseurs in bouwtech-niekSanatorium Zonnestraal in Hilversum (1928), ontworpen door architect J.Duiker en constructeur G. Wiebenga, vormt een van de eerste projecten inNederland met een zichtbare betonconstructie. Het hoofdgebouw en dewerkplaatsen van dit monument van het Moderne Bouwen zijn de afgelopenjaren gerestaureerd tot hun oorspronkelijke verschijningsvorm (foto 1).Om de ontwikkeling in betontechnologie en constructietechnieken in de afge-lopen 75 jaar te demonstreren, heeft de in 2002 eveneens 75-jarigeBetonvereniging het initiatief genomen voor een donatie van een `folly'.Medio april 2005 is de folly, een demontabele luifel in geprefabriceerd zeer-hogesterktebeton (ZHSB), op feestelijke wijze overgedragen aan de eigenaarvan Zonnestraal, de Stichting Loosdrechtse Bos.1 |Restauratie Zonnestraal2 |Artist impression van defolly(bron Henket & Partners)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 2005 340De toename van de elasticiteits-modulus blijft evenwel achter bijde toename van de sterkte, wan-neer ZHSB met beton B 35 wordtvergeleken. Hierdoor vraagt destijfheid van de slanke constructieook de aandacht.C o n s t r u c t i e f o n t w e r pDe luifel van 9 x 9 m2is ontwor-pen als een dunne plaat in PVAvezelversterkt ZHSB, gedragendoor ??n centrale kolom. Dezekolom is van roestvaststaal (RVS,buis ?273,1, dikte 9,1 mm), inge-klemd aan de voet in een beton-nen funderingsplaat.Om de uitkragende lengte van deluifel te reduceren zijn vier `takken'aangebracht, die als het ware van-uit de centrale stam zijn gegroeid.Deze takken zijn van staalvezelver-sterkt ZHSB en hebben een orga-nische vorm, zowel in doorsnedeals over de lengte, mogelijkgemaakt door moderne bekistings-technieken (fig. 3) waarbij een drie-assige frees is gebruikt.De dakplaat is zo dun mogelijkontworpen, ten einde de gunstigesterkte-eigenschappen van ZHSBmaximaal te benutten. Een diktevan 25 mm is gekozen, omdat dital eerder bij andere toepassingenwas gehanteerd. Om deze dunneplaat te verstijven zijn ribben aan-gebracht in zowel radiale als trans-versale richting (fig. 4).De dakplaat is verdeeld in viergelijke kwadranten, om het hante-ren van de plaat tijdens productie,transport en montage op de bouw-plaats eenvoudiger te maken.Boutverbindingen maken van devier kwadranten ??n dakplaat. Ookvoor de verbinding van de dakplaatmet de takken zijn bouten toege-past. Om de krachten uit de plaat5 |Verbinding dakplaat ?takken in RVS4 |Onderzijde van de dak-plaat met radiale entransversale ribben inZHSB.Instortvoorzieningen zijnin grijs weergegeven,steeds aan het einde vande middelste twee trans-versale ribben3 |Takken in ZHSB en cen-trale kolom in RVS50plaat t=12aan weerszijden bekledenmet 1,5mm neopreenmof om takRVSaan te lassen anker M16RVS, kwaliteit 702 platen t=10 met bout M20RVS, kwaliteit 80# ?6-50 (ca. 1000x500mm)RVS L-stukt=20+10, in te stortenlassen aan RVS L-stukop volle sterkte doorlassen3 ?8 aanlassenC 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 2005 3 41in te leiden in de ondersteunendetakken, zijn RVS-componentenontworpen, die worden ingestort inde dakplaat respectievelijk de tak-ken (fig. 4 en 5).De takken zijn eveneens met bou-ten verbonden aan de bovenzijdevan de centrale kolom. Hier wor-den zowel horizontale als verticalekrachten overgedragen. Aan deonderzijde van de takken kunnenalleen verticale krachten wordenovergedragen op consoles, verbon-den aan de kolom. Een stalen cen-treerpen op deze console voorkomtdat de onderzijde van de takkenkan afschuiven.B e r e k e n i n g v a n d ec o n s t r u c t i eVanwege de complexiteit van defolly is een 3D eindige-elemen-tenmodel gemaakt om dekrachtsverdeling in de construc-tie te kunnen bepalen. Dit modelomvat de vier kwadranten van dedakplaat, de vier takken en decentrale kolom (fig. 6).Voor de kolom is een 1D-balkele-ment (prismatisch) toegepast,met capaciteit voor buigende entorsiemomenten, en dwars- ennormaalkrachten. Voor de takkenzijn 1D-balkelementen (niet-pris-matisch) toegepast. De doorsnedeverloopt lineair van 325 x100 mm2(ter plaatse van de aan-sluiting met de top van de kolom)tot 100 x 100 mm2(ter plaatsevan de aansluiting met de dak-plaat).De kwadranten zijn gemodelleerdmet 2D-schaalelementen, metcapaciteit voor buigende en tor-siemomenten, dwarskrachten enmembraankrachten. De in werke-lijkheid niet-prismatische ribbenzijn gemodelleerd met drie typenprismatische 1D-balkelementen,met een constante breedte van40 mm, vari?rend in hoogte (275,225 en 175 mm).De 1D-balkelementen zijn ver-bonden met de dakplaat, waar-door samenwerking optreedt tus-sen de ribben en de plaat. Ditmodel representeert het werkelijkgedrag van de folly, met samen-werkende ribben en plaat, resul-terend in een zeer stijve materi-aal-economische constructie.De verbindingen tussen de kwa-dranten en de takken zijn gemo-delleerd met zeer korte balkele-menten van staal (20 x 200 mm2),die in staat zijn om momenten,dwarskrachten en normaalkrach-ten over te brengen.Aangehouden belastingenDe aangehouden belastingen zijnontleend aan NEN 6702 [4], enomvatten:? eigen gewicht (bepaald door hetprogramma ESA Prima Win);? veranderlijke belastingen:sneeuw (0,56 kN/m2), wind,opwaarts (0,72 kN/m2), wind,horizontaal en excentrisch(0,6 kN/m, op plaatrand) endakbelasting (1,0 kN/m2) op demeest ongunstige positie overeen oppervlak van 10 m2(fig. 7).Berekening resultatenDe berekende vervormingen zijngetoetst volgens [4]. NEN 6720geeft geen voorschriften voorZHSB. Een stabiliteitscontrole vaneen constructie-element onderdruk kan echter beperkt blijven toteen spanningscontrole wanneereen tweede-ordeberekening wordtgemaakt.Door de significante buigendemomenten door de toegepastebelastingen zijn imperfecties nietmaatgevend en om die reden nietmeegenomen in het model. Demaximale verticale vervorming vande dakplaat ten gevolge van perma-nente en veranderlijke (sneeuw)-belasting is ongeveer 45 mm, datwil zeggen 1/200 van de totalelengte van 9 m (fig. 8). Om diereden worden de vier randen vande dakplaat circa 50 mm opgezet.De maximale horizontale vervor-ming van de folly ten gevolge van6 |3D-eindige-elementen-model van de folly7 |Variabele dakbelastingop de meest ongunstigepositie van het dakC 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 2005 342centrische horizontale windbelas-ting is 8 mm, dat wil zeggen1/500 van de totale hoogte.Beide maximale vervormingenvoldoen aan de voorschriften.Op basis van tweede-ordebereke-ningen bedragen de buigtrekspan-ningen in de tak maximaal8,6 N/mm2. De takken wordengemaakt met staalvezelversterktZHSB met een buigtreksterktevan ten minste 9 N/mm2.De buigtrekspanningen in de rib-ben zijn lokaal maximaal26 N/mm2, ter plaatse van de ver-bindingen tussen de vier kwa-dranten (fig. 9). Deze spanningenzijn te hoog voor PVA vezelver-sterkt ZHSB. Om deze reden wor-den RVS-componenten gebruiktom de belastingen geleidelijk inde ribben in te leiden (zie fig. 5).De buigtrekspanningen in deplaat zijn lokaal maximaal32 N/mm2, wederom ter plaatsevan de boutverbindingen (fig. 10).Ook hier zijn RVS-componentengebruikt.F a b r i c a g e v a n d ee l e m e n t e nKwadrantenVoor de vier identieke kwadrantenwordt een triplex bekistinggebruikt (foto 11). Deze driehoeki-ge bekisting wordt zodanig gepo-sitioneerd dat de bovenzijde vande gestorte dakplaat in een hori-zontaal vlak ligt, en de in hoogte8 |Verticale vervorming vande dakplaat ten gevolgevan permanente en ver-anderlijke belasting9 |Buigtrekspanningen inde ribben van de dak-plaat10 | Buigtrekspanningen inde dakplaatC 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 2005 3 43en breedte vari?rende ribben eenverlopende onderzijde krijgen.Om de kwart-cirkelvormige ran-den van de dakplaat te kunnenstorten, worden twee dubbelge-kromde randkisten gebruikt. Doorde kwadranten van de dakplaat opdeze wijze te storten, krijgen dezichtbare delen van de dakplaatsteeds een kistvlak.TakkenOm de ruimtelijk gekromde tak-ken te kunnen maken wordt een`file-to-factory' proces gevolgd. Opbasis van een 2D-tekening wordteen 3D (IGES) CAD-file gegene-reerd. Om de juiste geometrie tekunnen controleren, is aan dehand hiervan een dummy (schaal1:5) gemaakt. Na goedkeuring iseen open/gesloten bekistinggemaakt die bestaat uit twee dikke,uit triplex gelamineerde platen (fig.12).Met behulp van de 3D AutoCAD-file wordt een drie-assige freesma-chine aangestuurd waarmee devorm van de takken in de beidemassieve platen wordt uitgefreesd.De RVS-buis van de centralekolom vormt het derde deel van debekisting. Voordat de betonspeciewordt gestort, wordt met plamuuren vervolgens met lak een gladbekistingsoppervlak gerealiseerd.De RVS-verbindingen worden inde kist gesteld, waarna de takkenworden gestort. De gaten voor decentreerpen aan de onderzijde vande takken worden na de eerste ver-harding van het beton geboord.C o n c l u s i e sDankzij de zeer hoge druk- enbuigtreksterkte, blijkt ZHSB eengeschikt materiaal voor het fabri-ceren van filigrane constructie-ele-menten, waarbij geen zachtstaal-wapening gebruikt hoeft te wor-den of eisen gesteld moeten wor-den aan de betondekking.De hoge dichtheid en lage porosi-teit van ZHSB leiden tot duurza-me constructies, die geen afwer-king met andere materialen (verf,dakbedekking e.d.) nodig hebben.Een `file-to-factory' proces (CAD-CAM), waarbij vormen uit dikkemassieve platen van triplex (?fMDF) worden gefreesd, maakt hetmogelijk om uiterst complexe vor-men in ZHSB te maken.De folly kan worden beschouwdals een bijzonder project, waarbijde mogelijkheden worden ge-toond van geprefabriceerd ZHSBvoor demontabele lichtgewichtconstructies. L i t e r a t u u r1. Herwijnen, F. van,Ontwikkeling demontabel enaanpasbaar constructiesys-teem. Cement 2001 nr. 6.2. Walraven, J.C. Beton als con-ventioneel bouwmateriaal.Cement 2002 nr. 4.3. Huijben, R.N.J., Geen brug tever. Cement 2002 nr. 4.4. NEN 6702, Technische grond-slagen voor bouwconstructies -TGB 1990 ? Belastingen envervormingen. NEN, 2001.Projectgegevensinitiatief:Betonvereniging, ir. Dick Stoelhorstarchitectonisch ontwerp:Henket & Partners, Eschconstructief ontwerp:ABT adviseurs in bouwtechniek,Velp/Delft/Antwerpenuitvoering betonelementen:Hurks Beton bv, Veldhovenbekisting takken:Vostermans, tooling and prototyping,VenloRVS onderdelen:Hurks Beton bv, Veldhovenfundering:Jurri?ns, Utrecht11 | Vakmanschap: triplexbekisting voor de kwa-dranten van de dak-plaat12 | CAD-model voor debekisting voor een takbestaande uit massievetriplex platen