A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogbou wcement 2006 114prof.ir. J. Berenbak, TU Delft faculteit BouwkundeIn het kader van `integraal ontwerpen' loopt aan de facul-teit der Bouwkunde van de Technische Universiteit Delftal vanaf 1990 de Workshop `High Rise Buildings', dit ineen intensief samenwerkingsverband met de faculteit derCiviele Techniek. Doelstelling is de deelnemers vertrouwdte maken met het in teamverband ge?ntegreerd ontwer-pen van een complex gebouw.In deze workshop maken zij in een periode van zevenweken een ontwerp voor een hoogbouw op eenRotterdamse locatie. Zij doen dat in teams van vijf deelne-mers waarbij, naast de gemeenschappelijke doelstelling,iedere deelnemer tevens persoonlijk verantwoordelijk isvoor het onderzoek naar een specifiek aspect als `de archi-tectuur', `de constructie', `de installaties met liften', `degevels en wanden' en `het management en de kostenbe-heersing tijdens het ontwerpproces'.De workshop is opgenomen in het eerste jaar vande Masteropleiding BK Delft en is verplicht voorzowel de BK-studenten `Real Estate and Housing'als voor de CT-studenten `Structural Engineering'.Voor de overige studenten en buitenlandse (Eras-mus) studenten is deelname mogelijk in de keuze-ruimte. De workshop is Engelstalig om de deelne-mers vertrouwd te maken met de vaktermen.Totaal hebben nu zo'n 1700 studenten aan de work-shop deelgenomen met meer dan 350 ontwerpenop wisselende locaties en nog steeds komen nieuweidee?n boven.Om de opdrachten zo re?el mogelijk te maken, zijnde laatste jaren kavels aangewezen in het voorhoogbouw aangewezen gebied rond het Rotter-damse Hofplein. Bij een aantal kavels moesten dehoogbouwen over de spoorlijn of een straat heenworden gebouwd om een voldoende brede `foot-print' te bereiken.D e w o r k s h o pGekozen is voor een kantoorgebouw van 250 mhoog, waarbij als netto verhuurbaar vloeroppervlakuitsluitend de strook ter breedte van 7,20 m vanafde gevel in rekening mag worden gebracht. Hier-door ontstaan relatief slanke gebouwen, waardooralle aspecten van de hoogbouw aan de orde komen.De uiteindelijke constructieve oplossingen zijn ver-gelijkbaar met die van veel hogere wolkenkrabbers.Om tot een redelijk resultaat (ook financieel) tekomen is dan een goede integratie van alle discipli-nes niet te vermijden. De deelnemers zullen moe-ten overleggen, inzicht moeten verkrijgen in deandere disciplines, concessies moeten doen envooral samenwerken. De workshop komt hier dichtbij de re?le praktijk van het ontwerpen.Workshop oefent in integraal ontwerpen van 250 m hoge kantoorgebouwenTRENDS UIT DESCHOOLBANKENDiscussie met Dennis Poonomtrent uitgangspuntenHoogleraren Vambersky enBerenbak in gesprek mettopconstructeur DennisPoon (v.l.n.r.)Samenwerken onder hogedrukA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogb ou wcement 2006 1 15De deelnemers volgen de eerste week een grootaantal lezingen, waarin de verschillende ontwerpfa-cetten worden belicht. Vervolgens worden zij inteams ingedeeld en moeten zij drie concepten ont-werpen op de daartoe aangewezen kavel. Na eenevaluatie van deze ontwerpen wordt pas een defini-tief ontwerp opgesteld en uitgevoerd.De workshop wordt begeleid door interne en exter-ne specialisten, en ??nmaal per jaar wordt een top-constructeur/-architect van ??n van de grote con-structiebureaus uitgenodigd om de studenten eenweek te begeleiden en een lezing te houden. In2005 was dat Dennis C.K. Poon, PE, Managingprincipal of Thornton Tomasetti Engineers en ont-werper van het hoogste gebouw ter wereld: Taipei101. Vele andere bekende constructeurs gingenhem voor. Mede door hun inzet bereiken de eindre-sultaten een verrassend hoog peil en de deelnemershebben achteraf een hoge waardering voor dezeworkshop.Begin maart wordt elk jaar een openbare lezingen-avond gehouden waar de gastdocent en andere bijHoogbouw betrokkenen hun voordracht houden.Om dit alles te kunnen bekostigen wordt de Work-shop daartoe mede gesponsord door de StichtingHoogbouw, ThyssenKrupp liften, ING Real Estate,Techniplan Adviseurs en OVG Projectontwikke-ling. De laatste twee stellen voor 2006 prijzenbeschikbaar voor het best ge?ntegreerde ontwerp ende aantrekkelijkste projectontwikkelingen.R e s u l t a t e nDe kosten per m2van een hoogbouw nemen toenaarmate het ontwerp hoger wordt. Een hoogte van250 m lijkt daarom voorlopig het maximum dat inNederland haalbaar zal zijn. Er is gekozen voor eenkantoorgebouw, omdat een ontwerp hiervan watminder complex is dan voor een woongebouw.Het merendeel van de gemaakte ontwerpen is vast-gelegd in jaarlijkse publicaties. Hoewel de ontwer-pen gezien de korte ontwerptijd en de nog onerva-renheid van de studenten natuurlijk nog niet volledigzijn uitgewerkt, zijn zij wel degelijk vergelijkbaarmet voorontwerpen en kan hieruit toch een aantalconclusies worden getrokken die ook voor de prak-tijk zullen opgaan. Daarbij worden ook uitzonderlij-ke oplossingen gekozen om de effecten hiervan tekunnen nagaan. Voor de deelnemers kan dit leerza-mer zijn dan de keuze voor standaardoplossingen.Bij de gekozen kantoordiepte van 7,20 m tot de kernis het niet goed mogelijk om een hoogbouw van250 m met een optimale verdiepingsindeling teontwikkelen die bij een gebruikelijke betonnenkern over voldoende horizontale stijfheid beschikt.Bij een strikte 7,20 m indeling rond de benodigdekern, wordt de footprint dan te klein, de hoogte-Gevelstijfheid met schorenKoppeling gebouwen doorK-verbandenA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogbou wcement 2006 116diepteverhouding van het gebouw wordt dan teongunstig.Door de windbelasting worden de verplaatsingen tegroot en kan er een forse trek optreden op dekolommen, wat voorspanning of veel wapening ofdure en tijdrovende verbindingen vraagt. Wanneerook nog vering van de fundatie wordt meegenomenblijkt een breedte-hoogteverhouding van 1:7 ? 1:8voor het stabiliserende deel minimaal nodig te zijnom hieraan te kunnen voldoen,Er moeten dus voor de stabiliserende constructieplattegronden worden ontwikkeld die een grotereconstructieve breedte aan de gebouwen geven incombinatie met een voldoend diepe daglichttoetre-ding. Deze beperking van verhuurbaar oppervlaktot 7,20 m vanaf de gevel vereist de toepassing vanatria of uitbouwen. In vrijwel alle ontwerpen dra-gen de gevelconstructies daarom geheel of gedeelte-lijk bij aan de zijdelingse stijfheid van het gebouw.Bij het ontwerp moet ook de uitvoering wordenbeschreven, waardoor de bouwsnelheid, het verti-cale transport en de kraancapaciteiten aan de ordekomen. De materiaal- en componentkeuzes moe-ten hierop worden afgestemd. De gevelelementenworden daarom grotendeels geprefabriceerd en vanbinnenuit ingehangen; de verdiepingsvloeren wor-den meestal uitgevoerd als staal-betonvloeren omhet aantal hijsbewegingen te beperken; een eventu-ele betonnen kern wordt veelal uitgevoerd met eenklimbekisting om de maatvoering in de hand tehouden; beton wordt gepompt.Om de grootte van de kern vast te stellen moetenvia capaciteitsberekeningen het benodigde aantalliftschachten, het oppervlak van de installatie-schachten en de trappenhuizen worden bepaald.De inpassing geschiedt in wisselwerking met deuitwerking van het ontwerp.In de loop der jaren heeft zich een aantal grondvor-men afgetekend.I n n e r c o r e w i t h o u t r i g g e r sHet gebouw kan worden opgebouwd uit een beton-nen kern met op afstand daaromheen de betonnenof stalen gevelkolommen. Om aan de vereiste stijf-heid te voldoen, worden de gevelkolommen metschoorconstructies (outriggers) verbonden met dekern, waardoor deze kolommen aan de totale buig-stijfheid gaan bijdragen. De schoren lopen over tweeof drie verdiepingen door de kantoorruimten heen,waardoor zij per verdieping goed te passeren zijn.Via atria wordt in de daglichttoetreding voorzien.Zwaar vakwerk in de gevelsStelsel van stijve gevels envakwerkkolommenA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogb ou wcement 2006 1 17Wanneer niet alle kolommen rechtstreeks door deschoren worden belast, moeten vakwerken in degevel de andere kolommen meenemen om lengte-verschillen te voorkomen. Veelal worden deze `belt-trusses' ter hoogte van de installatieverdiepingengesitueerd.Overigens geeft deze constructiewijze een ruimekeuze in geveloplossingen, omdat de gevel zelf nietals verstijvingsconstructie dienstdoet. Deze is latergemakkelijk te renoveren of aan te passen.S p r e a d e d w i n g sDe benodigde zijdelingse steun kan natuurlijk ookworden verkregen door een aantal vleugels van aldan niet gelijke hoogte uit te laten waaieren. Dooreen a-symmetrische windbelasting kunnen dan welforse torsiemomenten op het gebouw ontstaan, diedoor een goede torsiestijfheid moeten wordenopgevangen. Meestal moet de gevel hiervoor schuif-vast worden uitgevoerd, waardoor een koker meteen groot oppervlak ontstaat. Dit kokereffect kanworden vergroot door tussen de vleugels een atri-umwand te situeren en een schuifvast verband indeze gevel op te nemen.Ook kunnen aan de koppen van de vleugels vol-doend stijve eindwanden worden aangebracht, diedan wel weer een voldoende hoogte-breedteverhou-ding moeten hebben. Meestal is de ruimte hiervoorniet beschikbaar. Tevens moet via overdrachtcon-structies voldoende eigen gewicht van het gebouwop deze wanden rusten om de windmomenten opte kunnen nemen.Gekoppelde megastructuresMegastructure met `inge-hangen' gebouwenGeaccidenteerde gevelsA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogbou wcement 2006 118T w o c o r e s c o n n e c t e d b y b r a c i n g sEen veelgebruikte oplossing bestaat uit de onder-linge verbinding tussen twee kernen, die deel uit-maken van twee dicht naast elkaar geplaatste gebou-wen. Een transparante verbinding moet ookdwarskracht kunnen overdragen, waardoor eensamenwerkend stijf geheel ontstaat. Een verbin-ding met diagonalen ligt dan voor de hand.Om voldoende torsiestijfheid te bereiken wordentwee verbindingen toegepast. Het geheel wordtomsloten door een transparante gevel (geen grotetemperatuurverschillen tussen diagonalen en kernin verband met uitzettingsverschillen), waardooreen verbindend atrium tussen de beide gebouwenontstaat. Hierin kunnen gemeenschappelijke ruim-ten, trappenhuizen, liften of kantoren wordenopgenomen. Deze constructievorm geeft grote vrij-heden in ontwerp en uitvoering, met de mogelijk-heden van vele gevelvormen.O u t e r c o r e b y p u n c h e d w a l l s o r b r a c i n g sNatuurlijk kan ook het gehele gebouw als een grotekern worden uitgevoerd. Er ontstaat dan een stijvegevelbuis die in staat is om de momenten en dedwarskrachten uit de windbelastingen op te nemen.Dit kan een gesloten betonnen wand zijn met gatenter plaatse van de ramen, of een gevelbuis voorzienvan diagonalen. Bij de toepassing van zo'n gevel-buisconstructie is men volkomen vrij in de indelingvan de liften en trappenhuizen. Deze kunnen wor-den opgebouwd uit kolommen, stijl- en regelwerk,opgevuld met gipswanden of `metal stud framing'.Bij een betonnen gevelwand kan weer gebruik wor-den gemaakt van een klimkist, waarna een buiten-gevel kan worden geplaatst. Bij een gevel met diago-nalen moeten deze in of achter de gevel wordengeplaatst om temperatuurverschillen en koude-bruggen te voorkomen. Een dubbele klimaat-gevel-constructie is dan ook een goed mogelijke oplos-sing. Bij de vormgeving van alle gevels moet menzich realiseren dat de onderlinge verplaatsingenvan de samenstellende elementen of gevelvlakkenten gevolge van een windbelasting niet te grootmogen worden, waardoor lekkages of beschadigin-gen kunnen optreden. Wanneer diagonalen buitende gevel worden geplaatst, kunnen grote tempera-tuurspanningen ontstaan.M e g a s t r u c t u r e sOm temperatuurspanningen tussen de hoofddraag-constructie en de gevels te voorkomen, kunnen`megastructures' worden toegepast, waarbij de kan-toren als losse units op vloerconstructies in dedraagstructuur worden geplaatst. De constructieDrie vleugels gekoppeldmet atriumGeknikte vormgevingA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pH oogb ou wcement 2006 1 19kan dan onafhankelijk van de kantoorunits vervor-men, waarbij wel voor een goede onderlinge hoogtedilataties tussen de units moeten worden voorzien(lift- en leidingschachten, trappenhuizen).De benodigde overdrachts- en vloerconstructiesworden over het algemeen heel zwaar en construc-tief moeilijk te verwezenlijken door de enormekrachten die hierin optreden. Anderzijds gevendeze losse units op separate vloerconstructies welde mogelijkheid van een vrije vormgeving van deunits met overstekken en inspringende gevels.C o m b i n a t i e sUiteraard kan een groot aantal variaties wordengemaakt door tussen en binnen de bovenstaandemogelijkheden te vari?ren. De combinatie van bin-nen- + buitenkern komt voor, waarbij de binnenkernvrij weinig bijdraagt aan de totale stijfheid.Om transparantie te bereiken kunnen betonnenwanden onderling met diagonalen worden verbon-den. In de hoogte kunnen eventueel verschillendesystemen afwisselen. Vaak zijn extra opvangcon-structies nodig om voldoende gewicht op de stabili-serende elementen te krijgen. Om toch voldoendetransparantie en doorgangen in de gebouwen te hou-den, worden dan vakwerken toegepast met zwareaansluitingen op de betonnen dragende wanden.Een extreme toepassing bestaat uit Vierendeelwer-king in de gevels door wisselende stijve vakken in dehoogte op te nemen, zoals bij de Commerz Bank inFrankfurt is gebeurd. Hier worden bijvoorbeeld achtverdiepingen hoge Vierendeelliggers afgewisseldmet atria. Deze liggers werken weer samen met dedrie hoekkernen om een stijf geheel te vormen.Verder worden externe schoorconstructies bedacht,brugconstructies, geknikte, getordeerde en scheef-staande gebouwen (probleem met vloerindeling tenopzichte van liften), rond, vierkant, driehoekig enz.enz. De creativiteit van de deelnemers lijkt onuit-puttelijk.T r e n d sIn de loop der jaren waren verschillende trends teontwaren. Geplooide en gewelfde gevels, zeilsche-pen, kranen, stapelingen van containervormigeblokken in megastructures, verspringende gevelse.d. Momenteel zijn de getordeerde en vrij gevorm-de gebouwen erg in, evenals atria met tuinen envoorgeplaatste gevels met fraaie patronen.Dit soort experimenten wordt door de deelnemerstechnisch uitgewerkt om na te gaan, en vooral omte onderzoeken en te leren, wat de consequentiesvan deze architectonische uitgangspunten zijn.C o n c l u s i eAlhoewel deze workshop primair is opgezet om dedeelnemers onder hoge druk een ge?ntegreerdontwerp te laten maken, waarbij alle aspecten vanhet gebouw moeten worden onderzocht, is hiertoch een schat aan gegevens verzameld met betrek-king tot het ontwerp van kantoorgebouwen met eenhoogte van 200 tot 250 m volgens de huidigegewenste West-Europese kantoorindeling. Dezeverschilt aanzienlijk van de Angelsaksische inde-ling, waar men traditiegetrouw naar veel grotereverdiepingsoppervlakten kan gaan omdat het perso-neel daaraan gewend is. Ook in het Verre Oostenworden deze kantoordiepten geaccepteerd.Hierdoor komt men in Nederland veel eerder aande echte `High Rise Building'-problemen dan in detraditionele hoogbouwlanden. Wellicht zal dezetrend in Nederland worden doorbroken, nu wij omminder daglicht vragen om de computerschermenbeter te kunnen aflezen, alhoewel men een hoog-bouw ook wel huurt voor de status van het uit-zicht.De reacties van de deelnemers zijn bijzonder posi-tief, omdat zij in een korte tijd inzicht krijgen in hetgehele bouwproces, inclusief de financi?le conse-quenties bij een projectontwikkeling. Mede dooroud-deelnemers is vanuit de beroepspraktijk eensponsoring ge?nitieerd waardoor deze workshop opdit peil kan worden gecontinueerd. nCombinatie van twee tegenelkaar leunende torens