Kantoor op veren5200970Kantoor op verenHet nieuwe kantoor van RCE+KADE inAmersfoort ligt langs de druk beredenspoorlijn Amersfoort ­ Apeldoorn /Zwolle. Om hinderlijke trillingen doorhet railverkeer te voorkomen, is hetgebouw geplaatst op trillingsisolato-ren in de vorm van rubber blokken.De dynamische randvoorwaardenhebben grote invloed gehad ophet constructieveontwerp.Trillingsisolatie in kantoor RCE+KADE in Amersfoorthistorische binnenstad en de ligging langs de spoorlijn Amers-foort ­ Apeldoorn / Zwolle. Aan de voorzijde komt een vijver,een grote luifel en een gefacetteerde achterover hellende gevelwaarmee op zorgvuldige wijze de relatie met het Zocherparktot stand wordt gebracht. Aan de achterzijde is het gebouwmeer gesloten, in verband met de aanwezigheid van het spoor-wegtracé op korte afstand. In het gebouw zijn een aantal labo-ratoriumruimten, een fotostudio en presentatiezalen onderge-Langs het Smallepad in Amersfoort is recent de nieuwe huisves-ting voor de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed (RCE) opge-leverd. Naast deze Rijksdienst biedt het gebouw ook onderdakaan het cultureel expositiecentrum KADE (Kunst aan de Eem)met een museumcafé, artotheek en tentoonstellingsruimte.Het innovatieve en transparante gebouw is een ontwerp van deSpaanse architect Juan Navarro Baldeweg. Bepalend voor hetontwerp van het gebouw was de locatie aan de rand van de1Kantoor op veren 52009 71Y1Y2Y3Y4Y53600690069008100-3393-160+4870+8160+11220+14820+26545damwand AZ-18bestratingHE650A+18420+22020Ø550400x5803x HE700Mdamwand AZ-18HE650A (verlopend)-3693rubberblok h=200luifelP=0=2,50 m + NAPgroutanker 45°graden h.o.h. ca. 4m.8000 á 9000 tot hart 1e spoorHE500MUNP1802250consoleslecht doorlatende laag400x580 400x580-14000-15500-16000bracht, die gevoelig zijn voor gebouwtrillingen. Ook bleekhinder voor personen in het gebouw een reëel risico. Door deligging van het gebouw langs het spoor was het nodig hetgebouw te voorzien van integrale trillingsisolatie. Dit is gereali-seerd met rubber blokken tussen onder- en bovenbouw.Constructief ontwerpHet gebouw bestaat uit vijf verdiepingen, een dakopbouw eneen ondergrondse parkeergarage. Beganegrond- en 1e verdie-pingsvloer beslaan het gehele oppervlak van het gebouw; dehoger gelegen vloeren liggen terug ten opzichte van de voorge-vel, zodat een hoog atrium ontstaat achter de glazen voorgevel(fig. 2, foto 3).De vloeren zijn ontworpen als vlakke plaatvloeren, ten behoevevan een vrij tracé voor installatiecomponenten in combinatiemet een minimale verdiepinghoogte, en worden ondersteunddoor betonnen kolommen. In de lengterichting heeft hetgebouw een stramienmaat van 8,10 m, afgestemd op drieparkeerplaatsen per travee in de kelder. In de breedterichting isgekozen voor een stramienmaat van 6,90 m, aansluitend opgangbare kantoorindelingen.In verband met de lengte van het gebouw (130 m) is in hetmidden een dilatatie aangebracht. De beide bouwdelen wordengestabiliseerd door betonnen kernen (ten behoeve van trap-penhuizen en liften) in combinatie met betonnen stabiliteits-wanden aan de kopzijden van het gebouw.De voorgevel bestaat uit een binnengevel voorzien van isole-rend dubbelglas en een buitengevel van enkelglas, een zoge-naamde tweede-huidfaçade. In de spouwruimte zijn op verdie-pingniveau stalen roostervloeren aangebracht. De hellendebinnengevel wordt ondersteund door stalen HE-profielen,opgelegd op de rand van de 1e verdiepingsvloer, en afgesteundtegen de dakvloer (fig. 2). Om de puntlasten uit de gevelkolom-men op de rand van de 1e verdiepingsvloer te kunnen overdra-gen op de teruggeplaatste kolommen van de begane grond, zijnzware stalen liggers opgenomen in de 1e verdiepingsvloer. Debuitengevel wordt ondersteund door consoles, uitkragendbevestigd aan de HE-profielen. Ter hoogte van de 1e verdie-pingsvloer gaan de stalen HE-profielen van de voorgevel overde breedte van het entreegebied over in een 12 m uitkragendeluifel.De achtergevel wordt ondersteund door een vrijstaande staal-constructie over de volledige lengte van het gebouw, verticaalopgelegd op de kelderwanden, en horizontaal afgesteund op debetonconstructie van de bovenbouw.De parkeerkelder is uitgevoerd volgens het `klein-polder-prin-cipe'. Dat wil zeggen dat damwanden tot in een waterafslui-tende grondlaag worden aangebracht waardoor de watertoe-voer in de bouwkuip beperkt blijft. Door de aanwezigheid vaneen afsluitende grondlaag en de noodzaak van een geslotenbouwput, in verband met de naastliggende spoordijk en omlig-gende bebouwing en infrastructuur, was dit de meest economi-sche oplossing. De stalen damwanden zijn aan de spoorzijdeverankerd. Om corrosie als gevolg van zwerfstromen vanuit despoorlijn te voorkomen zijn deze ankers dubbel geïsoleerduitgevoerd en zijn de stalen damwandplanken onderlinggekoppeld, zodat een ringleiding ontstaat.TrillingshinderDe nieuwbouwlocatie ligt langs het spoortracé. De afstandtussen de fundering van het gebouw en de hartlijn van het 1espoor bedraagt slechts 9 m. In de sporen naast het gebouwbevinden zich 4 wissels! Elke 3 minuten (in 2015 zelfs elke 2minuten) passeert een trein het gebouw. Doordat de locatie op500 m van het station Amersfoort ligt, hebben de treinen nog/al een aanmerkelijke snelheid. Geregeld passeren er tweetreinen tegelijkertijd het gebouw.Railverkeer veroorzaakt herhaald kortdurende trillingen metimpulsachtig karakter (stootvormige excitatie). Dit wordt veroor-prof.ir. Frans van Herwijnen ening. Berend SaalminkABT bving. Bart van der Graaf en ing.Reinoud FennemaDGMR Bouw B.V1 De voorgevel bestaat uit een binnengevelen een buitengevelfoto: ADP architectuur, design en planning BV2 Doorsnede van het gebouw2Kantoor op veren52009723 Door terugliggende vloeren ontstaat eenhoog atrium achter de glazen voorgevel4 Bij trillingshinder spelen bron, overdrachts-pad, de vloerdynamica en ruimte eigen-schappen bij de ontvanger een rol [1]Als fundering van het gebouw is gekozen voor een niet-tril-lingsgevoelige fundering. Volgens de SBR-richtlijn [2] geldenals niet-trillingsgevoelig:­ funderingen met grondverdringende palen, die een belang-rijk deel van hun draagvermogen ontlenen aan het punt-draagvermogen;­ funderingen met niet-grondverdringende palen die verwaar-loosbare zettingen zullen vertonen door extra negatieve kleef;­ staalfunderingen op een zeer vast zandpakket.Voor dit project, met een diepliggende draagkrachtige zandlaagmet daarboven plaatselijk aanwezige zeer vastgepakte zandla-gen, is gekozen voor een grondverdringend paalsysteem metgroutinjectiepalen Ø 380 / 450 mm.Voor het dynamische gedrag van de gebouwconstructie is dekeuze van het materiaal van groot belang. Materiaaleigenschap-pen die van invloed zijn op het dynamische gedrag zijn: soorte-lijke massa ?, elasticiteitsmodulus E en de dempingfactor ?. Detotale dissipatie van trillingsenergie vindt plaats door materi-aaldemping in combinatie met demping ter plaatse van opleg-gingen en verbindingen.Vanwege de hoge dempingfactor (tabel 1) en massa is gekozenvoor een betonnen constructie van de bovenbouw.De ontvanger is de mens die zich in het gebouw bevindt enhinder ondervindt van voelbare trillingen of in ruimte opge-stelde trillingsgevoelige apparatuur. De eigenfrequenties van devloer, in relatie tot de trillingssignatuur in de constructie en deinwendige demping bepalen sterk de trillingsresponsie. In hetProgramma van Eisen zijn maximale waarden gegeven voor deeffectieve trillingssterkte (Vmax) in kantoorruimten (maximaal0,3 mm/s) en werkruimten met een kritische gebruiksfunctie,zoals laboratorium- en depotfuncties (maximaal 0,1 mm/s).Verder is ook een limiet gesteld aan de periode(dag)gemid-delde trillingssterkte Vpervan 0,07 mm/s.3materiaal dempingfactor (materiaalconstante)gewapend beton- ongescheurd- gescheurd (zonder vloeien wapening)- gescheurd (met vloeien wapening)0,007 ­ 0,0100,010 ­ 0,0400,005 ­ 0,008voorgespannen beton 0,004 ­ 0,007gedeeltelijk voorgespannen beton 0,008 ­ 0,012staal-beton 0,002 ­ 0,003staal 0,001 ­ 0,002Tabel 1 Dempingfactoren voor verschillende constructiematerialen [1]zaakt door platte vlakken op de wielen (`vierkante wielen'), onef-fenheden op de spoorrails en verhoogde ruwheid van wiel enspoorstaaf. De eerste twee oorzaken zijn de belangrijkstebronnen van voelbare trillingen, de laatste levert trillingen bijhoorbare frequenties en manifesteert zich vooral als laagfrequent (lucht)geluid dat binnen wordt afgestraald door vloerenen wanden. Het complete model van trillingsoverdracht onder-scheidt de bron, het overdrachtspad en de ontvanger (fig. 4).Railverkeer vormt de bron voor trillingshinder. Via het ballast-bed worden de trillingen overgedragen op de ondergrond. Tril-lingsoverdracht in de bodem (in de vorm van oppervlakte- envolumegolven) is moeilijk te voorspellen. Dit geldt vooral in deNederlandse bodem omdat de bodemopbouw hier heterogeenis. Op de RCE-locatie bestaat de bodem uit klei- en zandlagen,met verschillende dynamische eigenschappen als materiaal-demping, golfvoortplantingssnelheid en stijfheid. Om die redenis het gebruikelijk om in een vroeg stadium een trillingsonder-zoek te doen. In de VO-fase zijn trillingsmetingen verricht opde bouwkavel en in drie nabijgelegen gebouwen om inzicht tekrijgen in de heersende trillingssterkte ten gevolge vanhetzelfde railverkeer dat als trillingsbron fungeert bij de nieuw-bouw. Op grond hiervan kon de overdracht in de ondergrondbeter worden voorspeld.Kantoor op veren 52009 734Ook is het effect van extra vloerbalken nog onderzocht. Opbasis van deze dynamicastudie kon het materiaal, de stijfheiden de positie van de veren worden bepaald.Stalen of rubber veren?Integrale trillingsisolatie kan plaatsvinden met veren van staal ofrubber, al dan niet voorgespannen. Elk type veermateriaal heeftvoor- en nadelen (tabel 2). Op basis van een vergelijkend onder-zoek is uiteindelijk gekozen voor toepassing van rubber blokken.Verder is besloten geen voorgespannen veerpakketten tegebruiken, vanwege de meerkosten (45% duurder) en degrotere afmetingen. Vooral bij de kelderwanden zou dit plaat-singsproblemen opleveren. Om de indrukking van de rubberblokken tijdens de bouw te compenseren, zijn passende maat-regelen getroffen (zie hierna).Van de totale massa van de bovenbouw (22 000 ton) wordt 85%gedragen door de kolommen en 15% door de kelderwanden.Voor de trillingsisolatie zijn twee typen blokken geselecteerd:­ primaire blokken (twee uitvoeringen) met een maximalebelasting van 1100 en 1500 kN, 1 tot 4 stuks per kolomkop,afmetingen circa 500 x 500 x 300 mm;­ secundaire blokken met een maximale belasting van 200 kN,afmetingen circa 250 x 250 x 200 mm.Voor de draagveren is door de adviseur trillingstechniek insamenwerking met de constructeur de technische specificatievoor prestaties, prototype test en levering opgesteld.Het trillingsonderzoek leidde tot een verwachte trillingssterkte inhet geprojecteerde gebouw tot circa 1,0 mm/s. Dit betekent goedvoelbaar en een factor 3 hoger dan de limiet. Ook zou bij deberekende trillingssterkte van de vloervelden een aanmerkelijkeafstraling van laagfrequent geluid optreden. Geadviseerd werddan ook om integrale trillingsisolatie toe te passen, waarbij debovenbouw verend wordt opgesteld op de onderbouw. Hierbijmoet de bovenbouw ook in horizontale richting zoveel mogelijkworden losgehouden van de omringende bodem.TrillingsisolatieTrillingsisolatie wordt bereikt door het invoegen van eendragend element met een betrekkelijk lage stijfheid (een veer).Voor isolatie is echter ook een zekere massa benodigd. Zoontstaat een massa-veersysteem dat trillingen met frequentiesruim boven de `afveerfrequentie' verzwakt. Bij verder oplo-pende trillingsfrequentie stijgt in principe ook de isolatie. Deeffectiviteit van trillingsisolatie wordt aangegeven met het`invoegverlies': het verschil in trillingssterkte met en zondertrillingsisolatie, en wordt bepaald door:­ de eigenfrequenties van de massa-veeropstelling;­ de inwendige demping van het materiaal van de veren;­ de impedantie van de gebouwconstructie boven de veren,bepaald door massa, stijfheid, demping en specifieke trilvor-men van het gebouw.De afveerfrequentie moet vele malen lager zijn dan de stoorfre-quentie van de railverkeertrillingen. De stoorfrequentie ligttussen 20 en 60 Hz; de afveerfrequentie is gekozen op circa 4Hz. Daarnaast moet er een voldoende hoge impedantiesprong(> 20 dB) optreden bij de overgang van veren naar bovenbouw.Ook worden er eisen gesteld aan het dynamische gedrag van debovenbouw. Zo moet het samenvallen van eigenfrequenties vanbelangrijke constructiedelen worden voorkomen. Ook moet ereen voldoende verschil zijn tussen de eigenfrequentie van devloervelden en de verende opstelling (factor > 2). Om die redenwerd een eigenfrequentie van de vloervelden van minimaal 2,5x 4 = 10 Hz vereist.Er bestaan geen softwarepakketten waarmee de keten: bron ­overdrachtspad ­ ontvanger volledig in 3D kan worden gemo-delleerd. DGMR heeft een dynamicastudie verricht doorgebruik te maken van het door ABT opgezette 3D eindige-elementenmodel in ESA Prima Win (tegenwoordig Scia Engi-neer) van de bovenbouw (fig. 5). Hiermee zijn de eigenfre-quenties behorende bij de vele trilvormen van de constructie ende trillingsresponsie van de vloeren bepaald. Aan de hand vandeelmodellen zijn eerst responsie-berekeningen gemaakt vande constructieve opzet, waarna aan de hand van het completemodel het globale gedrag van de constructie is beschouwd.Overdrachtondergrondwegverkeer/funderingrailverkeer/spoor bovenbouwfundering gebouw' Overdracht '''Overdrachtpersonenapparatuurvloer dynamicaruimte volume absorptiebron overdrachtspad ontvangertype veer voordelen nadelenstalenveerpakkettenlagere afveerfrequentie duurder dan rubberblokken`toepasbaar voor zeer groot frequentiebereiktrillingsisolatie voor hogestoorfrequenties slecht zonderextra maatregelenveerconstante kan door variatie in materiaalen afmetingen de gewenste waarde krijgenlage inwendige dempingrubberblokkengoedkoper dan stalen veren hogere afveerfrequentiehoge inwendige demping rubber vertoont eenkruipgedraggunstige verhouding draagkracht/oppervlakTabel 2 Vergelijking stalen veerpakketten en rubber blokkenKantoor op veren5200974Om lastige stelconstructies te voorkomen is de betonvloer vande begane grond met een tussenfolie direct op de rubberblokken gestort. Hiertoe zijn de blokken in de bekisting opge-nomen en is de ruimte tussen de blokken opgevuld met zand,dat naderhand eenvoudig kon worden verwijderd. De blokkenzijn daarna afgeschermd met een brandwerende beschieting.Berekend was dat de blokken na gereedkomen van de ruwbouwcirca 13 mm, en uiteindelijk in de gebruiksfase zelfs 20 mmzouden zijn ingedrukt. Met deze indrukking is tijdens de bouwrekening gehouden door de begane grondvloer 20 mm `hoger'aan te brengen, en de maatvoering van de hoger gelegen vloerente bepalen ten opzichte van de bovenkant begane grondvloer.Het aanlegniveau van de parkeerkeldervloer is zodanig dat geenwaterdichte betonvloer nodig is, maar kan worden volstaan meteen bestrating in zand, voorzien van drainage. Door het ontbre-ken van een betonnen keldervloer is de fundering lichter enminder stijf. De koppeling tussen gebouw en bodem in verticalerichting is daardoor minder (dus gunstig). Wel ontstaat eenhogere trillingsresponsie op de fundering (dus ongunstig).Een ander constructief aspect betreft de horizontale stabiliteit. Derubber blokken zijn dan wel in staat om grote verticale belastin-gen op te nemen, de stijfheid is betrekkelijk laag. In horizontalerichting is de stijfheid echter nog lager. Hierdoor kunnen ze geenstabiliteitskrachten opnemen zonder eerst een grote verplaatsingte doorlopen. Ook waren geen stabiliteitswanden in de parkeer-kelder aanwezig om via nokverbindingen krachten over tebrengen. Daarom is de begane grondvloer op een beperkt aantallocaties met dezelfde rubber blokken horizontaal afgesteund (foto8). In verticale (afschuif) richting bezitten deze rubber blokkeneen lage stijfheid. Hiermee blijft het directe contact van hetgebouw met de omringende bodem tot een minimum beperkt.Gevolgen voor de constructieDe keuze voor trillingsisolatie leverde een grote impact op deconstructie van het gebouw. Allereerst moest er, voor een goedewerking van de trillingsisolatie, een bepaalde verhoudingworden gerealiseerd tussen de eigenfrequenties van het gebouwen de rubber blokken. Hoe stijver het gebouw, des te beter dewerking van de trillingsisolatie. Een stijf gebouw vraagt om veelconstructieve wanden, maar deze beperken de flexibiliteit vande plattegronden enorm. Daarom is de oplossing gezocht intoepassing van relatief stijve vloeren met kleine overspannin-gen (c.q. kolomafstanden). Om het eigen gewicht van deverdiepingsvloeren met behoud van stijfheid te beperken isgekozen voor toepassing van bollenplaatvloeren (BD 390), dieeen circa 30% lagere massa hebben dan massieve betonvloerenvan gelijke dikte (foto 6).Vervolgens moest een geschikte positie worden gevonden waarde trillingsisolatie kon worden aangebracht, zodanig datinspectie van de rubber blokken mogelijk is. Direct onder debeganegrondvloer is de gebruikelijke plaats. Uitzonderinghierop vormen de kernen, omdat in de liftschachten geenrubber blokken konden worden ingebouwd. Hier zijn deblokken onder de liftvloer aangebracht in een extra omhul-lende betonbak, iets boven keldervloerniveau.Ter plaatse van de kolommen zijn maximaal vier blokkennodig. Om voldoende oplegvlak te creëren zijn de kolommenuitgevoerd met een kegelvormige kolomkop tot een diametervan 1650 mm (foto 7). Zodoende bleef er nog voldoenderuimte tussen de blokken onderling, om `uitbuiken' ten gevolgevan het indrukken van de blokken mogelijk te maken. Daar-naast is hierdoor ook ruimte aanwezig naast de rubberblokkenom vijzels te plaatsen, zodat vervanging van de rubberblokkenaan het einde van de technische levensduur mogelijk is.65Kantoor op veren 755 EEM-model ESA Prima Win6 Door toepassing van bollenplaatvloeren is een reductie van 30%op de vloermassa gerealiseerd7 Om voldoende oplegvlak te creëren zijn de kolommen uitgevoerdmet een kegelvormige kolomkop8 Horizontale afsteuning van de begane grondvloer ter plaatse vande kelderwand (voorgespannen rubber blokken)Tot slotMedio februari 2009 zijn trillingsmetingen uitgevoerd om detrillingssterkten in het gebouw in de gebruikstoestand tebepalen, en deze te toetsen aan de gestelde eisen. Hierbij isvastgesteld dat bij treinpassages het vereiste maximum van detrillingssterkte (0,3 mm/s) niet werd overschreden.De gemeten trillingssterkten, behorende bij zwaardere trein-passages, liggen binnen de voorspelde range van 0,10 tot 0,25mm/s. Hieruit mag worden geconcludeerd dat de trillingsisola-tie van het gebouw naar behoren functioneert. )Samenvattende conclusies­ toepassing van trillingsisolatie is sterk bepalend voor hetconstructieve ontwerp van een gebouw, zowel de bovenbouwals de onderbouw;­ trillingsisolatie vraagt om een directe dialoog tussen construc-tie adviseur (ABT) en adviseur trillingstechniek (DGMR),vanaf het begin van het ontwerpproces t.m. de uitvoering;­ er is een effectieve en efficiënte oplossing gerealiseerd dankzijde ontwikkeling in een vroeg stadium van de integrale tril-lingsisolatie én doordat met de technische specificatie deomvangrijke en bijzondere levering van de draagveren konworden aangevraagd;­ trillingsisolatie leidt weliswaar tot een sterke verlaging van devoelbare trillingen ten gevolge railverkeer in een gebouw,echter ook tot een verhoging van de bouwkosten (ca. 5%).I PRojectGeGevenSproject Nieuwbouw RCE+KADE, Amersfoortopdrachtgever Rijksgebouwendienst, 's-Gravenhagearchitect Navarro Baldeweg Asociados (Juan Navarro Baldeweg) i.s.m.ADP architectuur design en planning BV, Amsterdamadviseur constructie ABT BV, Velpadviseur installatie HE adviseurs, Rotterdambouwfysica, trillingstechniek en brandveiligheid DGMR Bouw B.V.,Arnhemdirectievoering Stevens Van Dijck,`s-Hertogenboschaannemer Visser & Smit bouw BV, Papendrechtinstallateurs Burgers Ergon Installatietechniek Apeldoorn en Van GalenKlimaattechniek BVleverancier bollenplaatvloer BubbleDeck Nederland BVleverancier rubber blokken TrelleborgI LiteRatuuR1 Mark, M.J. van der, (2004), Bouwen nabij eenverkeersader. Afstudeerverslag TU Eindhoven2 SBR meet- en beoordelingsrichtlijn`Schade aangebouwen'deel A78