C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU til iteitsbou w28 cement 2008 7De skyline van Den Haag wordtbinnenkort mede bepaald doorde twee woontorens van NewBabylon, respectievelijk 100 en140 m hoog (fig. 1). Deze torenszullen samen met de nieuwekantoren het bestaande Babylon-complex `omarmen' en deelsoverbouwen. In totaal wordt120 000 m2toegevoegd en wordthet bestaande complex gereno-veerd. Het project, gelegen naasthet Centraal Station, is reeds inuitvoering en wordt de komendejaren in delen opgeleverd. ZieCement 2008/6 voor een verdereprojectbeschrijving [1].W i n d b e l a s t i n gDe constructief ontwerper vaneen hoog gebouw moet kennishebben van de aard en effectenvan de wind, de invloed van degebouw- en constructieparame-ters en de voorschriften op ditgebied (zie ook [2]). Hierbij is eengrote onbekende in de windbelas-ting de zogenaamde aerodynami-sche respons, veelal uitgedrukt inde windvormfactor. Deze vormaf-hankelijke factor bepaalt de matewaarin de wind wordt omgezetnaar een belasting op het gebouw.Hij kan in principe wordenbepaald met behulp vanNEN 6702 of betrouwbare litera-tuur. Ook geeft het voorschrift demogelijkheid om windtunnelon-derzoek uit te voeren. Gezien delocatie, de hoogte van de torensen hun ongebruikelijke vorm, isbij New Babylon voor dit laatstegekozen.W i n d t u n n e l o n d e r z o e k :g l o b a a l e n l o k a a lEr is windtunnelonderzoek uitge-voerd voor zowel ontwerp-wind-belasting op de hoofddraagcon-structie als de lokale drukken opCUR-Aanbeveling 103 voor het eerst toegepastWindtunnelonderzoek voorNew Babylonir. I.A.R. Woudenberg, Corsmit Raadgevend IngenieursWindbelasting speelt een dominante rol bij het constructief ontwerp vanhoge gebouwen. Windtunnelonderzoek kan hierbij gewenst zijn. Voor hetomvangrijke project New Babylon, eerder beschreven in Cement 2008/6, iseen dergelijk onderzoek uitgevoerd. Daarbij is voor het eerst gebruikgemaaktvan CUR-Aanbeveling 103 voor windtunnelonderzoek.1 |Artist Impression NewBabylonbron: Meyer en VanSchooten ArchitectenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU tiliteitsbou wcement 2008 7 29de gevel. Het windtunnelonder-zoek is in beide gevallen uitge-voerd en gerapporteerd conformCUR-Aanbeveling 103 [3]. Dezeaanbeveling is voor het eerste toe-gepast op het project New Baby-lon. Geprobeerd is een goed voor-beeld te stellen voor toekomstigwindtunnelonderzoek. Tevens isin een vroeg stadium van het pro-ject windtunnelonderzoek uitge-voerd voor windhinder op maai-veld, wat voor hoogbouw zeergebruikelijk is. Daarnaast is geke-ken naar het windklimaat op debalkons van de torens.W i n d b e l a s t i n g o p d eh o o f d d r a a g c o n s t r u c t i eDe windtunnelHet windtunnelonderzoek heeftplaatsgevonden in een zogenaam-de atmosferische grenslaagtunnel,schaal 1:250 (foto 3). Hierin wor-den zowel de karakteristieken vande wind als het gebouw en omge-ving gemodelleerd.Voor bepaling van de ontwerpwind-belasting op de hoofddraagcon-structie moet rekening wordengehouden met elke belasting die tij-dens de levensduur op kan treden.Gebouwen die voor een afscher-mende werking zorgen, kunnenechter gedurende de levensduurvan het nieuwe bouwwerk wordengesloopt. Conform CUR103 is daar-om voor elke toren zowel eenmeting gedaan met bebouwing eneen waarbij de direct omliggendebebouwing tot een hoogte van 15m is gereduceerd. Er zijn in totlaalvier configuraties doorgemeten(foto 4):Metingen aan de toren van 140 mhoog (Toren 1)1: De nieuw te bouwen torens inde gemodelleerde omgevingzoals die ten tijde van opleve-ring zal zijn. Hierbij is dedirecte omgeving tot binneneen straal van 300 m meegemodelleerd.2: De nieuw te bouwen toren ineen gestileerde omgeving, waar-bij de direct omliggende bebou-wing, inclusief Toren 2, tot eenhoogte van 15 m is gereduceerd.Metingen aan de toren van 100 mhoogte (Toren 2)3: De nieuw te bouwen torens inde gemodelleerde omgevingzoals die ten tijde van opleve-ring zal zijn. Hierbij is de direc-te omgeving binnen een straalvan 300 m mee gemodelleerd.4: De nieuw te bouwen toren ineen gestileerde omgeving, waar-bij de direct omliggende bebou-wing, inclusief Toren 1 tot eenhoogte van 15 m is gereduceerd.De krachtenbalansHet windtunnelonderzoek voorde globale belastingen is uitge-voerd conform Methode A alsbeschreven in CUR103. Dezemethode betreft de meting enanalyse van gemiddelde krachtenen momenten. Dit is een veiligemethode voor het bepalen vanbelastingen op de hoofddraagcon-structie, maar is bijvoorbeeld nietvoor het bepalen van lokale belas-tingen. De krachten en momen-ten zijn aan de voet van de torengemeten met een statische zes-componenten balans. De gemid-delde windkrachten (Fx, Fyen Fz)en momenten (Mx, Myen Mz)worden verkregen voor 24 wind-richtingen. De resulterende wind-krachten zijn bepaald bij eenstuwdruk conform NEN 6702uniform voor elke windrichtingTabel 1 | Globale vergelijking windtunnelresultaten met omgerekende windvormfactordoorloopgebied (cat I)Functiecategorieslentergebied (cat II)verblijfsgebied kort (cat III)referentieNEN6702Toren 1 (140 m) Toren 2 (100 m)windtunnelzonderwindrooswindtunnelen windrooswindtunnelzonderwindrooswindtunnel enwindroosFx1,201,10 1,08 0,95 0,92My1,11 1,11 0,98 0,97Fy1,22 0,97 1,08 0,99Mx1,17 0,96 1,16 1,072 |Situering meetpunten opmaaiveldC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU til iteitsbou w30 cement 2008 7?n voor de situatie waarbij dewindrichtingsafhankelijkheidrekenkundig is meegenomen,zoals beschreven in de CUR103.Er is rekening gehouden met hetfeit dat de windsnelheid varieertper windrichting. De statistischeverdeling van de windsnelheid isconform CUR103 per windrich-ting in rekening gebracht. Hierbijmoet worden uitgegaan van destuwdruk met een herhalingstijdvan 50 jaar. Deze is hoger dan destuwdruk uit de NEN 6702, waarwordt uitgegaan van een herha-lingstijd van 12,5 jaar.De windkrachten ge?nterpreteerdHet is van belang dat de construc-teur een goede interpretatie maaktvan de verkregen krachten uit hetwindtunnelonderzoek. Om tebeginnen zijn hiervoor bij NewBabylon de resulterende funde-ringskrachten vergeleken met dereferentiewaarde van 1,2 vanuit deNEN 6702. Dit is gedaan voor dehoofddraagrichtingen voor beidetorens (tabel 1) en de maatgevendekrachtscomponenten uit de wind-tunnel. Het vergelijk is conformCUR103 opgenomen in de rappor-tage van het windtunnelonderzoek.Wanneer naar de waarden zonderwindroos wordt gekeken, dankunnen de verschillen met dereferentiewaarde als volgt wordenverklaard:? Devormfactor1,2 uit de normis een veilige benadering vaneen breed toepassingsgebied.In werkelijkheid hangt deze afvan de gebouwafmetingen, metname slankheid en breedte-diepte verhouding. Dit ver-klaart tevens de geconstateerdeverschillen voor beide torens,en zelfs voor verschillende aan-stroomrichtingen. Uit de tabelblijkt dat de vormfactor van de100 m hoge toren zo'n 10%3 |Het model van het com-plex in de windtunnelvan TNO Apeldoorn4 |Windtunnelmodel voorwindbelasting op hoofd-draagconstructie met 4configuratiesbron: TNOC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU tiliteitsbou wcement 2008 7 31lager ligt dan de 140 m hogetoren. Dit is te verklaren uit hetfeit dat bij een meer gedrongengebouw de vormfactor lager is.De wind kan dan immers nogover het gebouw stromen, waardit niet meer het geval is bijeen hoger gebouw met dezelf-de horizontale afmetingen. DeNEN 6702 houdt met de factor1,2 geen rekening met degebouwslankheid.? Deverspringendehoekenendeels schuine gevel (bij Toren 2)leveren een ander drukpatroondan bij een vierkante of recht-hoekige doos. Dit kan tot eenlagere vormfactor leiden in ver-gelijking met de rechthoekigeplattegrond.? Detorenshebbenoverdehoog-te niet dezelfde doorsnede, maarverjongen naar boven toe. Ookdit draagt bij aan het verschiltussen voorschrift en NEN-norm, die een constante vorm-factor over de hoogte aanhoudt.? Hetgeschematiseerdeverloopvan de stuwdruk over de hoogtein de norm is zo gekozen datdeze een veilige benadering is.Het verloop van de stuwdruk inhet windtunnelonderzoek ligtfysisch dichter bij de werkelijk-heid, voor de toegepaste ruwheid.Uit het vergelijk bleken de krach-ten uit het windtunnelonderzoekvoor beide torens onder de waar-de te liggen die zou volgen uitNEN 6702. De waarden uit hetwindtunnelonderzoek zijn op eenbetrouwbare manier verkregenomdat het is uitgevoerd conformCUR103. Dit leidt tot waarden dieten minste voldoen aan debetrouwbaarheidseisen uit NEN6700. Daarmee is de CUR103 ookgoedgekeurd door de NEN-com-missie `TGB Algemeen'.De torsiecomponent in de wind-belasting was wel groter dan uitNEN 6702 zou volgen. De oorzaakhiervan ligt met name in de asym-metrische plattegronden, en daar-mee samenhangende asymmetriein de belasting.Uit het windtunnelonderzoekbleek tevens dat de windbelastingbij de metingen in de gestileerdeomgeving doorgaans hoger wasdan uit de metingen met volledigebebouwing. De omliggendebebouwing zorgt blijkbaar voorenige afscherming van de torens.Het ontwerp van de hoofddraagcon-structieIn het verdere constructieve ont-werp zijn de resultaten uit hetwindtunnelonderzoek als ont-werpuitgangspunt gehanteerd,inclusief windroos. Elke belas-tingsresultante uit een windrich-ting heeft een x- en y-component.Deze zijn telkens als een geza-menlijk belastingsgeval op hetrekenmodel van de constructieaangebracht.Alle 24 windrichtingen zijn con-structief doorgerekend, omdatniet op voorhand met voldoendezekerheid kon worden gesteldwelke belastingen het grootstebelastingseffect teweeg zoudenbrengen. Hiervoor is een compu-termodel ontwikkeld dat hetdoorrekenen van 24 windrichtin-gen tot een eenvoudige exercitiemaakte.Methode A uit CUR103 levertconservatieve waarden voor deresulterende belastingen, zonderde componenten als gevolg vandynamische respons van de con-structie. Dit laatste is apart inrekening gebracht met de dyna-mische vergrotingsfactor, f1 vol-gens NEN 6702. Deze factor isafhankelijk van onder andere deconstructieve stijfheid van boven-bouw en fundering, de gebouw-massa en de aanwezige materi-aaldemping. Hierbij zijnbeschouwingen gemaakt voorzowel de bruikbaarheid als deuiterste grenstoestand.De wijze waarop het windtunnel-onderzoek is uitgevoerd en deresultaten zijn verwerkt, heeftgeleid tot een betrouwbaar en effi-ci?nt ontwerp van de hoofddraag-constructie.W i n d b e l a s t i n g o p d eg e v e lDe windtunnelVoor de lokale windbelasting opgevels en daken is ook een wind-tunnelonderzoek uitgevoerd. Hier-bij is slechts de situatie gemetenvan het gebouw in de omgevingzoals gepland ten tijde van opleve-ring. Er zijn 136 drukmeetpuntenin de maquette aangebracht, waar-van de locaties mede door de con-structeur zijn aangegeven.De gemeten drukken zijn ver-werkt volgens Methode C uitCUR103. Deze methode maaktgebruik van extreme-waardenana-lyse en windklimaatstatistiek en iszeer geschikt voor het bepalen vande lokale windbelasting. Hieruitvolgen voor elk meetpunt tweerepresentatieve waarden, ??n vooroverdruk en ??n voor onderdruk(zuiging). In Methode C wordtook rekening gehouden met de terplaatse geldende statistiek vanwindsnelheid en windrichting.Y-(120-90-60)grdX-(330-0-30)grdX+(150-180-210)grdY+(240-270-300)grd5 |Krachtenbalans (CUR103)6 |WindrichtingenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU til iteitsbou w32 cement 2008 7De winddrukken ge?nterpreteerdDe resultaten, elk met ten hoog-ste een overschrijdingskans vaneens in de 50 jaar, zijn vergele-ken met Figuur A.9 uit NEN6702. Deze schrijft locale vorm-factoren voor: gevels Cpe;loc1,0 ~1,2 en dak Cpe;loc1,0 ~ 2,0. Hieruitbleek dat de resultaten uit hetwindtunnelonderzoek in veelgevallen tot twee maal hogerewaarden voor de zuiging geven.Oorzaak hiervan lag met name inhet feit dat enerzijds de gebouw-vorm sterk afwijkt van de `doos'-vorm uit de NEN 6702. Ander-zijds speelt de omgeving bijlokale windbelasting een belang-rijke rol. Deze is in de windtun-nel mee gemodelleerd en blijktvoor bepaalde windrichtingeneen grotere druk of zuiging teveroorzaken dan de NEN 6702zou voorschrijven.Het ontwerp van de gevelconstructieIn de uitwerking van de gevel isrekening gehouden met de hogerezuiging uit het windtunnelonder-zoek. Waar windtunnelonderzoekin lagere waarden resulteert danNEN 6702, is desalniettemin dewaarde uit NEN 6702 als onder-grens aangehouden. Dit conserva-tieve uitgangspunt is mede gehan-teerd omdat het verleden leert datgebouwschades door wind voorna-melijk aan de gevelafbouw plaats-vinden. Blijkbaar dekt de NEN6702 niet altijd alles af voor lokaledrukken.Door de gevelbouwer zijn degevels vervolgens in zones inge-deeld, waarbij voor elke zone deglasdiktes, achterconstructie enverankeringen zijn berekend. nC o n c l u s i e sDe constructeur van een hooggebouw kan gebruikmaken vanresultaten uit windtunnelonder-zoek. Het windtunnelonderzoekdient daarbij wel op gedegen wijzete zijn uitgevoerd. CUR-Aanbeve-ling 103 geeft hiervoor een grootaantal handvatten. Daarbij is hetbelangrijk dat de constructeurzorgt voor een doelmatig gebruikvan het windtunnelonderzoek endat de resultaten op zorgvuldigewijze worden ge?nterpreteerd enverwerkt. De illustratie van hetproject New Babylon kan hierbijals voorbeeld dienen.L i t e r a t u u r1. Woudenberg, I.A.R. enG.J.Roos, New Babylon: Con-tractvorming in ontwerp enuitvoering. Cement 2008/6.2. Woudenberg, I.A.R., Windbe-lasting en het hoogbouwont-werp. Cement 2006/1.3. Civieltechnisch Centrum Uit-voering Research en Regelge-ving, CUR Aanbeveling 103,Windtunnelonderzoek voor debepaling van ontwerp-windbe-lastingen op (hoge) gebouwenen onderdelen hiervan. Redac-tionele bijlage bij Cement2005/5.7 |Windtunnelmodel voorwindbelasting op denoordgevelsbron: TNO en DGMR8 |In de uitwerking van degevel is rekening gehou-den met de hogere zui-ging uit het windtunnel-onderzoek