themaVoordelen EEM in de praktijk8200936thema3D-EEM en 3D-CAD optimaal ingezet bij Overkamppark DordrechtVoordelen EEMin de praktijkIn het Overkamppark in Dordrecht verschijnen onder meer drie woontorens met luxeappartementen. Flexibiliteit, duurzaamheid en geluidwerendheid waren belangrijketroeven voor beton bij de keuze van het constructiemateriaal. De drie torens zijn inbasis gelijkwaardig van opzet. Het constructief ontwerp van de verschillende torensvertoont dan ook opvallende overeenkomsten. In dit artikel wordt de motivatie voorde toepassing van de eindige-elementenmethode (EEM) toegelicht.1ing. edwin van strien PMseIngenieursburo IOBontwikkelingen die plaatshebben vanuit het schetsontwerp.Dankzij geavanceerde rekenmethodieken staan de drie woon-torens met bijbehorende stallinggarage en commerci?leruimten klaar voor realisatie.ProjectbeschrijvingHet totale bebouwde terrein meet 147 x 32 m2. Elke woontorenbeslaat een grondvlak van ongeveer 550 m2en is circa 50 mhoog. De tweelaagse bovengrondse stallinggarage dient tevensals afbakening van het gezondheidspark.Flexibiliteit en duurzaamheid van beton zijn belangrijke eigen-schappen. Door deze aspecten in combinatie met de hoge mateIn 2004 zijn de Gemeente Dordrecht, het Albert SchweitzerZiekenhuis en AM Rotterdam een samenwerking aangegaanom de locatie rondom het Albert Schweitzer Ziekenhuis teherstructureren tot een modern en aantrekkelijk gezondheids-park. Dit gezondheidspark bestaat uit een combinatie vanwonen, sporten, winkelen en werken met in de directe nabij-heid medische ondersteuning. Onderdeel van dit project is hetOverkamppark met drie woontorens met totaal 165 luxe appar-tementen (fig. 1). Met vier appartementen op ??n woonlaagzijn de appartementen meerzijdig geori?nteerd. Ieder apparte-ment heeft dan ook minimaal twee gevels. Het parkerengebeurt op de onderste twee lagen van en tussen de torens.Ingenieursburo IOB is vanaf het begin nauw betrokken bij deVoordelen EEM in de praktijk 82009 37insitu vloeroplegging op hoeklijnoplegging op hoeklijnprefab balkon monolitische knoopbouwmuurux,y= vrijuz= vastx,y,z= vrijux,y,z= vastx= vrijy,z= vast234van geluidwerendheid van het materiaal genoot een dragendebetonconstructie de voorkeur. Tot en met de eerste verdie-pingsvloer zal traditioneel worden gewerkt, met gebruik vanbekistingplaatvloeren. Vanaf de eerste verdiepingsvloer wordteen tunnelbekisting ingezet.In de basis zijn de drie torens gelijkwaardig van opzet. Detorens 2 en 3 zijn het spiegelbeeld van toren 1. Gebouwtech-nisch zijn de belangrijkste verschillen terug te vinden in deonderste lagen. Dit uit zich in de verschillende indelingen vanruimten zoals techniekruimte, bergingsruimte en de aansluitin-gen van de parkeergarage. Hierbij zijn verschillende construc-tie-elementen zoals wanden en kolommen toegepast. In hetontwerp is de complete gewicht- en stabiliteitberekening van??n toren volledig uitgewerkt. Een heldere, eenduidige werk-wijze bij het gebruik van een 3D-pakket is essentieel voor eenadequaat resultaat dat de werkelijkheid correct benadert. Zozijn verschillende lagen aangemaakt voor de vloeren enwanden (per as). Naast de werkomgeving biedt dit ook voorde-len bij de presentatie van de berekeningsresultaten aan derden.Naast verschillende lagen is er ook met het bouwkundigeassenstelsel gewerkt en zijn de co?rdinaten van vloeren enwanden afgestemd op de werkelijkheid. Hierdoor is ook eenuitwisseling met CAD-programmatuur mogelijk.Doordat de drie torens over de onderste twee bouwlagenverschillend van opzet zijn, zowel constructief als belasting-technisch, moeten verschillende modellen worden uitgewerkt.Nadat ??n toren als geheel is uitgewerkt, wordt deze als nieuwdocument opgeslagen en bewerkt voor de andere gespiegeldetoren(s). Het is zonder meer mogelijk om, in dit geval, verschil-lende woontorens in dezelfde file te plaatsen. Een groot nadeelhiervan is de belasting van de hardware en de tijd die hiermeeis gemoeid. Daarnaast kan er, afhankelijk van het ontwerppro-ces en het bijbehorende tijdspad, een traject worden gevolgdwaarbij het project in verschillende delen wordt uitgewerkt.FundatieNaast de gebouwtechnische verschillen vroegen ook de resulta-ten van het grondmechanisch onderzoek om aandacht in hetontwerp. De grondslag is sterk wisselend en geeft zeer variabelepaaldraagvermogens. Tussen twee sonderingen over eenafstand van 10 m kunnen verschillen optreden tot 30% (865 kNt.o.v. 1360 kN). De fundatie moet daarom uitermate kritischworden beschouwd. Herverdelingscapaciteit via de constructieis daarin essentieel. Het ontwerp en de benadering zijn mede1 Drie woontoren in het Overkamppark in Dordrecht2 Plattegrond twaalfde verdieping3 Nadere detaillering kolomwapening4 Koppeling balkon aan vloerVoordelen EEM in de praktijk82009385 Schematisering van een latei als staaf (a) of als 2D-element (b)heeft beide voor- en nadelen6 Vloerwapening7 Voor de schmatisering van de latei zijn naast de horizontalestaaf (= de latei) ook verticale staven toegepast ten behoevevan de aansluiting aan het 2D-element8 Het project is geheel in 3D uitgetekendren van de balkons in de bouwcyclus, de constructieve veilig-heid en de bouwfysische detaillering zijn daarbij complexeaandachtspunten. Gekozen is voor prefab balkons omdat,omwille van de bouwfysische onderbreking, het verjongen vangestorte vloeren ter plaatse van de balkons tot onwenselijkedikten van de vloer (lees: gewicht) zou leiden. Om de uitvoe-ringscyclus niet te verstoren worden de prefab balkons tijdensde ruwbouw opgenomen en op de tunnelkist geplaatst. Door demeerzijdige krachtsafdracht van de vloeren, met daarin ge?nte-greerd de prefab balkonplaten, kan dit met een plaatpro-gramma effici?nt worden ontworpen.Na de eerste ontwerpberekening is in een vroeg stadium(VO-fase) het ontwerp van de vloeren in combinatie met debalkons in een platenprogramma ontworpen. Als eerste onder-deel is dit geschematiseerd in een xy-stelsel. Van daaruit is hetvervolgens in een xyz-stelsel ge?ntegreerd.Vanaf een schetsontwerp wordt een project steeds gedetailleer-der. Met deze faseverdeling wordt ook ESA Engineer toegepast.In eerste instantie is een hoofdberekening voor de bepaling vande krachtsafdracht opgezet. In de latere fasen worden onderde-len, zoals vloeren, balken en kolommen, nader gedetailleerd(zie bijv. kolom in fig. 3 of vloerwapening in fig. 6).WandschematiseringBij toepassing van een programma gebaseerd op EEM kan eenwand met sparingen op verschillende manieren worden gemo-delleerd. Dit varieert van een schematisering op basis vanstaven (raamwerkmodel) tot het volledig toepassen van2D-elementen; bijvoorbeeld een wandelement met sparingendaarin opgenomen. Beide methoden hebben voor- en nadelen.Toepassing van staven is arbeidsintensief bij de invoeringbepalend voor de risicobeheersing in het uitvoeringstraject.Door de flexibiliteit en herverdelingscapaciteit van deconstructie in combinatie met de gekozen 3D-EEM kan tijdensde uitvoering adequaat worden geanticipeerd op bijvoorbeeldlage kalenderingen (beperkt draagvermogen). Tijdvertragingen aanpassing van de constructie in de uitvoeringsfase wordthiermee tot een minimum beperkt. De constructie kan name-lijk optimaal worden ingezet om belastingen te herverdelen.Naast deze herverdelingcapaciteit schuilt hier direct ook eenpotentieel risico van een 3D-berekening. Lokale aanpassingenin bijvoorbeeld de fundering kunnen onbedoelde veranderdekrachten op plaatsen in de constructie genereren die daarongewenst of onrealistisch zijn.Vloeren/belastingafdrachtRuime balkons met ori?ntatie over verschillende windrichtin-gen verhogen het woongenot voor de eindgebruiker. Bijgevolgis dit als randvoorwaarde in het project opgenomen. Alleappartementen zijn voorzien van een eigen buitenruimte(fig. 2). In tegenstelling tot de meeste projecten in Nederland isdeze ruimte binnen de gevellijn opgenomen. De ori?ntatie vande appartementen onderling en de `inpandige' balkons brengenuitdagingen met zich mee (fig. 4). Immers, het effici?nt integre-themaTabel 1 Kengetallen toegepaste rekensoftware (SCIA Engineer 8.1.50)aantal knopen 3428aantal staven 1151aantal platen 717aantal belastinggevallen 8(12)materialen 16functionaliteit (niet-)lineairfysisch niet-lineair voorgewapend betonstaal5a5bVoordelen EEM in de praktijk 82009 39lateiEIlateiEIEIblateihlateiwandpenantwandpenant Projectgegevensopdrachtgever AM Wonen, Rotterdamarchitect Klunder architecten, Rotterdamconstructeur Ingenieursburo IOB, Hellevoetsluisaannemer BAM Woningbouw, Bredaervan. Daartegenover staat dat de resultaten eenvoudig kunnenworden beoordeeld. Terwijl juist bij toepassing van schalen deinvoer snel en effici?nt is, is de interpretatie van de resultatenvan bijvoorbeeld lateien hierbij juist complexer. Figuur 5 laatdeze vergelijking zien. Bij het project Overkamppark kenmer-ken de gevels zich door een regelmatig patroon van sparingenboven elkaar op gelijkmatige afstanden. Voor de gevels isgekozen voor een combinatie van bovengenoemde methoden.De gevels zijn ingedeeld in verticale zones. Hierbij zijn dewandpenanten ingevoerd als 2D-elementen met daartussen dezones van de sparingen. De lateien zijn hierbij als staafelementingevoerd. Dit heeft als belangrijk voordeel dat interne krach-ten in de vorm van o.a. M-, D-, en N-lijnen kunnen wordengevisualiseerd. Essentieel hierbij is de aansluiting van de stavenaan de 2D-elementen. Wanneer een staaf wordt aangeslotenaan de knoop van een 2D-element moet men zich ervanbewust zijn dat hiermee geen rotatiecapaciteit kan wordenovergedragen. Via deze knoop kunnen geen momenten wordenovergedragen. Daarom zijn er naast de horizontale staaf (= delatei) ook verticale staven toegepast ten behoeve van deaansluiting aan het 2D-element (fig. 7).De aanwezige betonwanden verzorgen de stabiliteit van hetgebouw. Door toepassen van 3D-EEM wordt de constructievoor de afdracht van de windbelasting in het model effici?ntgemobiliseerd, waardoor er een aanzienlijke hoeveelheid palenis bespaard.Ten slotteNaast het feit dat het project in een 3D-EEM programma isuitgewerkt, is het tevens als geheel in 3D uitgetekend (fig. 8).Dit project laat goed zien hoe het uiterste uit een project kanworden behaald tegen beperkte extra tijdsbesteding bij toepas-sing van zowel 3D-EEM als 3D-CAD. 7 86