themaKokerligger draagt vijf verdiepingen5201452themaKokerliggerdraagt vijfverdiepingenUitwerking van voorgespannen kokerligger in RoetersEilandComplexKokerligger draagt vijf verdiepingen 52014 53Beschrijving kokerliggerDe overkluizing is een onderdeel van gebouw C en sluit aan opgebouw B (fig. 2). De kokerligger bevindt zich aan de onderzijdevan dit gebouwdeel, tussen niveau 5 en 6. De lengte van de liggeris circa 39,6 m, opgebouwd uit 11 maal een stramien van 3,60 m.Uit de randvoorwaarden voor het ontwerp volgden de uitwen-dige maten van 4200 ? 4300 mm2(b ? h) (fig. 3). De ligger is aanbeide zijden verbonden met zware kopwanden (in de assen A enBK) die doorlopen tot aan de fundering (fig. 4 en 6).De onderflens is gelegen op het niveau van de 5e verdieping(22 325 mm + peil) van de bouwdelen B en C. De bovenflens isonderdeel van de 6e verdieping (26 100 mm + peil).De onderflens en de wanden hebben een dikte van 600 mm. Debovenflens heeft over een breedte van 8200 mm een dikte van600 mm. Aan beide uiteinden, over 4900 mm, is deze verjongdnaar 250 mm.Op de kokerligger bevinden zich vijf verdiepingen (foto 9). Dezeworden ondersteund door betonnen kolommen op de assen BAtot en met BJ (fig. 6). De bovenste vloer is gelegen op 46 500 mm+ peil. De krachten uit de bovenbouw op de kolommen terplaatse van de assen 11 en 14 van de 6e verdiepingsvloer (fig. 3)worden door middel van schuine stalen drukstaven overge-bracht naar de onderflens van de koker (foto 1). Onder dekokerligger hangt aan stalen kokers nog de 4e verdiepingsvloer.Deze verdiepingslaag wordt gebruikt als restaurant.DoorbuigingDe 6e tot en met 10e verdieping is op de kokerligger gebouwd,terwijl deze ligger uitsluitend draagt op de kopwanden op deassen A en BK. Het was belangrijk dat de ligger gedurende debouw niet te veel zou op- of doorbuigen. Als dit wel zou gebeu-ren, zouden de vloeren en gevellijnen in de eindsituatie nietmeer horizontaal zijn. Afgesproken is de verticale op- en door-buiging van de 6e verdiepingsvloer tijdens de bouw te beperkentot maximaal 30 mm. Het was dus noodzakelijk een koker teontwerpen met een grote stijfheid (EI). Die stijfheid moestworden gerealiseerd binnen de in het ontwerp vastgesteldeHet universiteitscomplex van de UvA op het Roeterseiland inAmsterdam is grondig gerenoveerd. Onderdeel van de heront-wikkeling was de sloop en vervolgens nieuwbouw van eenoverkluizing over de Nieuwe Achtergracht. Dit vijflaagse hogenieuwbouwdeel sluit aan op de bestaande gebouwdelen enrust op een voorgespannen betonnen kokerligger.12ir. Frank van Wagensveld RO,ir. Melchert Leguijt ROPieters Bouwtechniek HaarlemKeuze voor kokerliggerIn het artikel`Kokerligger omgezetvan staal naar beton'in Cement2013/2 is ingegaan op de uitgangspunten en debelangrijkste beslissingen in het ontwerp, zoals dekeuze voor gedeeltelijke nieuwbouw en voor eenbetonnen in plaats van een stalen kokerligger. Ditartikel is te raadplegen op www.cementonline.nl.Nieuwe AchtergrachtABC1 Schuine stalen drukstaven brengen de krachten uit debovenbouw over naar de onderflens van de koker2 Situatieschets gebouwen van het RoetersEilandComplexthemaKokerligger draagt vijf verdiepingen5201454voor bijvoorbeeld zes fasen omdat de leverancier in datlaatste geval meerdere keren had moeten terugkomen. Degebruikte zware vijzels vergen veel voorbereidingstijd enhogere kosten voordat kan worden begonnen met spannen.Meer details over momenten, spankrachten en fasering staanonder `Uitwerking voorspanning'.ScheurvormingIn het ontwerp is nog uitgegaan van een betonsterkteklasse vanC53/65 en 380 strengen in langsrichting. Door deze hogebetonsterkte en de wanddikte van 600 mm zouden, als gevolgvan warmteontwikkeling en verhinderde vervorming, relatiefgrote scheuren kunnen ontstaan. Door het verhogen van delangsvoorspanning met ongeveer 10% neemt de normaalspan-ning in de kokerligger toe, evenals het verticale draagvermogen(de q-balance) van de langskabels. Met deze oplossing werd hetmogelijk de vereiste stijfheid te bereiken met een betonsterkte-klasse C45/55 in plaats van C53/65. Hiermee kon het risico opscheurvorming iets worden verkleind. De aannemer heeftgekozen voor het aanbrengen van extra wapening waarmee konworden voorkomen dat het beton moest worden gekoeld.afmetingen en is gezocht in een hoge E-modulus. Daartoe isin het ontwerp uitgegaan van een hoge betonsterkteklasse(C53/65) in combinatie met voorspanning. Hierbij is gekozenvoor voorgespannen beton met nagerekt staal met aanhechting(VMA). Dit wil zeggen dat de spankanalen na het spannenworden ge?njecteerd. Voor deze oplossing is gekozen omdat destrengen daarbij in de UGT `echt' meewerken, de strengenvervangbaar zijn en kunnen worden ingevoerd na het stortenvan de koker. Hiermee is de kans kleiner op beschadiging vande strengen.Voor het beperken van de doorbuiging van de kokerligger zijnvier constructieve uitgangspunten van de voorspanningbelangrijk:? De normaalspanning in de ligger (grote stijfheid). Om dezenormaalspanning mogelijk te maken, zijn de twee kopwan-den van de koker in de lengterichting los gehouden van degebouwen B en C (voorspannen is vervormen).? De gunstig werkende, opwaartse belasting van de voorspan-kabels.? Het kopmoment van de voorspankabels ter plaatse van dekopwanden. Dit ontstaat doordat het zwaartepunt van devoorspanankers lager ligt dan het zwaartepunt van de beton-doorsnede.? De spanfasering van de voorspanning. De voorspankabelszijn in drie fasen gespannen. Er is gekozen voor drie en niet720025060037004200350 x 12,5 mm350 x 12,5 mmh.o.h 3600 mm h.o.h 3600 mm18 00011 12 13 13a 1436008200530026 100 +P3600625 625625 52511506255251150hoogtenkabel 15 t.m. 22wand W2, d = 600 mm (voorspanning t.b.v. vloer)C53/65C53/65C45/55C45/5525 253600 3600 3600 360039 5503600360060060031006006003100430026 100 +Pbk. vloer21 800 +Pok. vloerP=180mm3600 3600 3600 3600BK BJ BI BH BG BF BE BD BC BB BA Avloerkabelsnieuwbouwdeel C bouwdeel Bbouwdeel Ckokerligger3453 Dwarsdoorsnede met schoren4 Langsdoorsnede koker5 Plattegrond kokkerliggerKokerligger draagt vijf verdiepingen 52014 55Uitwerking voorspanningUit de definitieve ontwerpberekeningen bleek dat er ongeveer420 strengen nodig waren met een oppervlak van 150 mm2perstreng. Het totaal benodigde oppervlak van alle kabels bedroeg420 ? 150 = 63 000 mm2.In de wand en vloer van 600 mm dik was het mogelijk19-strengs kabels (elk met een oppervlak van 2850 mm2) toe tepassen. In totaal waren 63 000 / 2850 = 22,1 kabels benodigd.Toegepast zijn 8 kabels in de onderflens van de kokerligger meteen kleine `pijl' van 180 mm (hoogteverschil tussen de veranke-ringen en het midden van de kabel) en 2 ? 7 kabels in dewanden met een grote `pijl' die begint bij 708 mm en oploopttot 2508 mm. In totaal zijn dus 22 ? 19 = 418 voorspanstrengentoegepast (fig. 4 en 6).De dekking op de omhulling van de kabels in vloer en wandenbedraagt 100 mm zodat de vereiste brandwerendheid van60 minuten ruim wordt gehaald. De kabels zijn eenzijdiggespannen. De spanankers aan het andere uiteinde zijn alsblinde ankers uitgevoerd. De omhullingen zijn ?95/105(binnen/buiten) voor 19 strengen met een excentriciteit van15 mm tussen hart omhulling en hart strengen. Ter plaatse vande spanverankeringen zijn spiralen ?330 mm toegepast tenbehoeve van de primaire splijtkrachten.Berekening voorspanningDe definitieve berekeningen van de kokerligger met de voor-spanning is gemaakt met NEN 6720. Hierbij is de langsvoor-spanning met 418 strengen aangehouden uit de definitieveontwerpberekeningen. De normaalspanning en de opwaartsebelasting door de voorspankabels zijn als een uitwendige belas-ting meegenomen. Met aanvullende wapening zijn de reste-rende momenten en dwarskrachten afgewapend.VoorspanverliezenOmdat de kopwanden zoals gezegd alleen vastzitten aan de koker-ligger en niet aan de aangrenzende bebouwing (de wandenworden alleen horizontaal gesteund ter plaatse van de 28 m lagerzwaartepuntkokerzwaartepuntkabelwand W1, d = 600 mm (voorspanning t.b.v. vloer)39 5506006003100P=2508mmP=708mm3600 3600 3600 3600 3600 36003600 3600 3600 3600 36001234567BK BJ BI BH BG BF BE BD BC BB BA A62525625 25625525115062552511506006003100430026 100 +Pbk. vloer21 800 +Pok. vloer1234567676 Langsdoorsnede met voorspankabels7 Kokerligger met voorspankabelsthemaKokerligger draagt vijf verdiepingen5201456gelegen fundering), kan de koker in de lengterichting redelijk vrijvervormen. Hierdoor geven alleen de krimp en kruip van de liggereen gering verlies aan normaalspanning. De verliezen in de kabelszijn berekend met twee verschillende combinaties van de wrij-vingsco?ffici?nt en het Wobble-effect. De verliezen, zoals opgege-ven door de leverancier, hebben een bovengrens bij de combinatie = 0,23 en 1 = 0,005 en een ondergrens bij de combinatie = 0,16 en 1 = 0,010. In de berekening is de gemiddelde waardevan de twee combinaties aangehouden. De wigzetting die hoortbij de toegepaste ankers bedraagt slechts 4 mm.De lengte van de slipdriehoek van de kabels in de onderflens isongeveer 17,5 m en bij de wandkabels bedraagt deze gemiddeld13,5 m. In figuur 10 is het krachtsverloop in de vloerkabelsaangegeven.Moment en doorbuiging (BGT)De permanente verticale belasting van de kokerligger bedraagtongeveer 1100 kN/m1. Het moment dat dit oplevert, wordt gere-duceerd door een beperkte inklemming in de kopwanden, deopwaartse belasting uit de voorspanning (420 kN/m) en eenkopmoment door het verschil in hoogte tussen het zwaartepuntvan de koker en het zwaartepunt van de ankers. Al met albedraagt het veldmoment (BGT) door de permanente belasting194 000 kNm, wat door de voorspanning wordt verminderd met136 000 kNm (70% van 194 000 kNm). Het restant van 58 000kNm wordt opgenomen door de normaalspanning en wapening.De gemiddelde normaalspanning in de kokerligger op t0is26 100 +Pbk. vloer21 800 +Pok. vloer22 400 +Pbk. vloer/ok.vloer360013 1236003600d = 1150 mm30006006003100600600 6006006,4 N/mm2en op tis 5,7 N/mm2. Door deze relatief grotenormaalspanning, de vermindering van het veldmoment met 70%door de voorspanning en het in drie fasen spannen van de kabels,blijven de verticale op- en doorbuigingen beperkt tot 30 mm.In de praktijk bleken deze waarden kleiner te zijn.FaseringDe maximaal toelaatbare spankracht van de strengen (volgensNEN 6720 art. 4.1.4.5) is Fspan= 220 kN/streng (van 150 mm2).In de berekening is uitgegaan van Fspan= 210 kN/streng. Hier-door bestond de mogelijkheid de kabels nog 5% hoger tekunnen spannen als de verliezen onverwacht groter zoudenzijn dan aangenomen.De kabels zijn gedurende het bouwen van de 7e verdieping toten met de dakvloer in drie fasen gespannen.? 1e fase: toen de 6e verdieping een druksterkte had bereikt vanC 25/30 zijn alle 22 kabels gespannen op 50% van de beno-digde aanvangskracht.Spankracht is dan: F50% = 0,50 ? 210 = 105 kN/streng.89Kokerligger draagt vijf verdiepingen 52014 57C 20/25 om de resterende 8 kabels in de wanden en 5 kabelsin de onderflens te mogen opspannen van 50% naar 100%.Na het spannen van de kabels zijn de gemeten verlengingen van destrengen vergeleken met de theoretische waarden. Gemiddeld wasde gemeten verlenging 1,8% groter dan de berekende waarde. Deaannamen van de kabelwrijving en Wobble-effect waren duscorrect. Na de controle van de strengverlengingen zijn de over-lengten van de strengen afgeslepen, zijn de kabels door de leveran-cier ge?njecteerd met een cement-tricosalmengsel en zijn despansparingen door de aannemer met beton afgewerkt.Moment UGTHet `netto' veldmoment dat in UGT aanwezig is, wordt opgeno-men door:? de normaalspanning in de koker;? de toename van de kabelkracht die ontstaat door extra verti-cale vervormingen (bij UGT);? traditionele wapening in wanden en vloer.DwarsvoorspanningZoals gezegd worden de verticale krachten uit de kolommen opde randassen van de 6e verdiepingsvloer naar de kokerliggerovergebracht door de schuine schoren. Hierdoor ontstaat eengrote horizontale trekkracht in deze 6e verdiepingsvloer vanFrep= 1700 kN per stramien (tussen de assen 11 en 14). Om devervormingen en scheuren in de vloer door deze trekkracht tebeperken, is weer gekozen voor voorspanning met nagerektstaal (VMA), dit keer in dwarsrichting.Per stramien zijn twee kabels met 6 strengen van 150 mm2toegepast. Deze kabels zijn in twee fasen gespannen.Tot slotDe op- en doorbuigingen van de kokerligger waren tijdens debouw te beperken door het toepassen van voorspanning. Devoorspankabels `dragen' een deel van de verticale belastingdirect af naar de oplegging. Door de langsvoorspanningontstaat een grote normaalspanning en daardoor een grotestijfheid van de betonnen ligger. PROJECTGEGEVENSproject Herontwikkeling RoetersEilandComplex, Amsterdamopdrachtgever Universiteit van Amsterdamarchitect Allford Hall Monaghan Morris, Londonconstructeur Pieters Bouwtechniek Utrechtaannemer BAM Utiliteitsbouw Amsterdamleveranciers voorspanning DSI Zaltbommel? 2e fase: toen de 8e verdieping een druksterkte had bereikt vanC 25/30 zijn 6 kabels in de wanden en 3 kabels in de onder-flens opgespannen van 50% naar 100%.Spankracht (bij 100%) is dan F100%= 210 kN/streng.? 3e fase: de 10e verdieping moest een druksterkte hebben van8 Aanzicht koker ter plaatse van spanzijde9 De herontwikkeling van het RoetersEilandComplex10 Krachtsverloop in de vloerkabels100 7 14 21 28 35krachtindevoorspanstreng[kN]positie in de lengterichting t.o.v. het spananker [m]aanvangskracht voor wigzetting aanvangskracht na wigzetting werkkracht250200150100500