ir.J.C. van der Plas c.i.Ingenieursbureau ir.B. vanRossum bv,AmsterdamShell kantoorgebouw aan hetHofplein in Rotterdam1-2Plattegrond van de situatie in 1912; hetgebouw is gelegen ter plaatse van devroegere Schiebrug; de luchtfoto dateertvan 1938foto: KLM-luchtfotoInleidingGroeiend ruimtegebrek en het verspreid raken van verschillende diensten over diverse kanto-ren in Rotterdam, waardoor minder effici?nt gewerkt zou kunnen worden, maakten het voor Shellnoodzakelijk over te gaan tot het stichten van een nieuw kantorencomplex. Als meest geschikteplaats vond men een terrein gelegen tussen het reeds bestaande Shell kantoorgebouw en hetStation Hofplein.Dit vrij kleine terrein is historische grond, immers, oude plattegronden laten ons zien dat terplaatse de uit de 17e eeuw daterende Schiebrug lag die tijdens de bombardementen in de2e wereldoorlog vernield werd, met de daarnaast gelegen en in 1939 gesloopte 18e-eeuwseDelftsche Poort (foto 1, fig. 2).Strikt economisch redenerend zal het geen moeite kosten om op dit kleine en zeer dure stukgrond, gelegen op een van de beste plaatsen in Rotterdam, een zeer hoog gebouw te ont-werpen. In dat geval was de kans echter groot dat de schaal van de binnenstad geweld werdaangedaan, zoals voorbeelden van de zeer hoge kantoorcomplexen in Parijs en Londen onsnu laten zien. Stedebouwkundigen en architect waren gelukkig van mening dat hoogbouwslechts dan op zijn plaats is waar hij architectonisch in het stadsbeeld aanvaardbaar is, of daarwaar het perspectief er om vraagt.In nauw overleg met de Dienst Stadsontwikkeling is de hoogte van het nieuwe kantoor vast-gesteld, die is afgestemd op de hoogte van de omringende bestaande bouwwerken als hetShell-gebouw en het Bouwcentrum. Al met al is het een hoog gebouw geworden, namelijk 27verdiepingen waarbij het hoogste punt op 95,40 m boven maaiveld ligt.De breedte en dikte van de toren zijn deels bepaald door architectonische aspecten, deels doorhet programma van eisen van de opdrachtgeefster die een gebouw wenste met kamers diegeen grotere diepte hadden dan 5,40 m en een voorkeur had voor een traveemaat van 1,80 mten einde veel ??npersoonskamers van 3,50 m breed te kunnen indelen.Cement XXVIII (1976) nr. 11 4713Plattegrond en doorsnede5Stalen kolom over de vier beneden-verdiepingen4 (rechts)Bovenaanzicht funderingsplaat; voor dedoorsneden A-A en B-B zie fig. 9Het bouwwerkHet nieuwe kantoorgebouw dat door Shell Nederland In gebruik genomen wordt, bestaat uit eenlaagbouw van 4 verdiepingen waarboven een hoogbouw van 23 verdiepingen.De afmeting van de toren is 25,2 X 34,2 m2, die van de laagbouw is 25 X 52 m2. In de laagbouwzijn o.m. opgenomen: de entreehal, de kantine met keuken, vergaderkamers, een mediazaalvoor lezingen met de benodigde bijruimten als garderobes, een reproduktie-afdeling, archievenen lunchkamers (r/g. 3).Los van de hoogbouw is een parkeergarage met een capaciteit van 306 auto's ontworpen, waar-bij het dak van de laagbouw onder de toren ook dienst doet als parkeerruimte.De hoogbouw boven de 4 laagbouwverdiepingen bestaat uit 20 kantoorlagen, 1 technische laag,1 verdieping voor archief en werkplaatsen en 1 dakverdieping.De eerste 4 verdiepingen van de hoogbouw zijn, in tegenstelling tot de overige verdiepingen,niet als prefab-constructie uitgevoerd (f'ig.4). De reden is, dat er te veel afwijkingen ten op-zichte van de normaalverdieping aanwezig zijn (trapgaten, overstekken, enz.). Om de gegledenkern toch direct te kunnen benutten, zijn de te storten gevelkolommen van de begane grondtot de vijfde verdieping voorzien van profielstalen kernen. Deze stalen kolommen konden nahet voltooien van de glijkernen direct geplaatst worden, zodat de aannemer in de gelegenheidwerd gesteld met de prefab-constructie vanaf de 5e verdieping en met de 1e verdieping tege-lijkertijd te kunnen beginnen (fig. 5).De traditioneel uitgevoerde eerste 4 verdiepingen konden onafhankelijk van de prefab-construc-tie gemaakt worden. De 2e, 3e en 4e verdiepingsvloeren hebben aan de westkant een over-stekend gedeelte van ca. 4,20 m waarop aan het uiteinde een gevel wordt gemonteerd. Om dekruip van dit constructiedeel tot een minimum te beperken zijn de vloeren in dit gedeelte voor-Cement XXVIII (1976) nr. 11 4726Normaalverdieping met details (6e t/m 25everdieping hoogbouw)gespannen (systeem Freyssinet). Er is in die vloeren een zodanige kracht aangebracht, dat bijde belastingcombinatie eigen gewicht + rustende belasting, in de doorsnede ter plaatse van hetoverstek een rechthoekig spanningsdiagram ontstaat.De 5e verdieping t/m het dak is als prefab-constructie uitgewerkt, gegroepeerd rondom eenbetonkern (fig. 6). De vloeren bestaan uit holle voorgespannen vloerelementen, 1,20 m breed,die aan de ene zijde worden opgelegd op een aan de kern aangestorte neus, terwijl voor deandere zijde de oplegging in een prefab-balk gevonden wordt (fig. 7). Deze worden op hunbeurt weer opgelegd op een aan de kolommen gestorte console. De uiteinden van de balkenzijn voorzien van sponningen en uitstekende wapening die na aanstorting in het werk ??n geheelvormen met elkaar en met de kolom.De kolommen worden aan de kern gekoppeld door stortstroken toe te passen, ter plaatse vandie stortstroken zijn in de kern en de kolommen krachtschroefhulzen toegepast, waarin draad-einden worden gedraaid.Keuze van het constructietypeDe kantoortoren zou men op drie manieren kunnen optrekken, namelijk als:1. traditionele betonconstructie;2. staalconstructie;3. prefab-betonconstructie.Cement XXVIII (1976) nr. 11 4737Oplegging prefab-vloerplaten ter plaatsevan gevelWe zullen deze constructiewijzen kort bespreken en de voor- en nadelen memoreren.Traditionele betonconstructieHierbij zouden de kernen opgebouwd kunnen worden met behulp van een stapelkist, de balk-loze vlakke vloeren zijn in het werk te storten en de dragende gevelkolommen met afmetingen50 X 75 cm2hart-op-hart 360 cm zouden eveneens in het werk gestort dienen te worden.Voordelen:? vertrouwde bouwmethode;? goedkope constructie.Nadelen:? lange bouwtijd, vooral door de bewerkelijke kern;? relatief zware gevelkolommen waardoor vooral in de dienstruimten van de onderbouw gebruiks-technische bezwaren zullen ontstaan.Staa/construct/eBij deze constructiewijze zouden de kernen van gewapend beton door middel van een glijbekis-ting opgetrokken worden.De vloeren bestaan dan uit in het werk te stellen prefab-betonplaten en ter ondersteuning vandeze vloeren en de gevels zouden ter plaatse van de gevels met beton omstorte stalen kolom-men geplaatst dienen te worden, met een brandveiligheid van 2 uur, in de langsgevels hart-op-hart 540 cm en in de kopgevels op een afstand van 720 cm - 900 cm - 720 cm.Voordelen:? snelle bouwwijze, namelijk ca. ? jaar kortere bouwtijd dan volgens bovengenoemde traditionelebouwmethode;? minder werkterrein nodig;? lichtere constructie, zodoende ook een lichtere fundatie.Nadelen:? dure bouwwijze, namelijk ca. 20% duurder dan eerstgenoemde constructiewijze, voornamelijkals gevolg van de eisen met betrekking tot de brandpreventie.Prefab-betonconstructieEvenals bij het staalskelet zouden ook hier de kernen door middel van een glijbekisting in betonopgetrokken worden. De vloeren zullen bestaan uit prefab-betonplaten, terwijl de gevel-constructie nu bestaat uit prefab-betonkolommen, voorzien van stalen profielen, die op dezelfdestramienpunten staan als bij het staalskelet.De verdere opbouw van de gevel bestaat uit prefab-balken ter ondersteuning van de vloer ende later aan te brengen gevelelementen. Het gevelskelet wordt aan de stabiliserende kernenverankerd door middel van in het werk te storten stroken.Voordelen:? snelle bouwwijze, namelijk ook ca. ? jaar kortere bouwtijd;? minder werkterrein nodig.Nadelen:? duurdere bouwwijze, namelijk ca. 15% duurder dan eerstgenoemde constructiewijze.De calculatie van de 3 genoemde constructietypen liet het volgende zien:traditioneel? beton + bekisting + wapening (alleen 20 verdiepingsvloeren!) 1313 400? extra kosten van de fundering t.o.v. de beide andere systemen f 70 000? rentabiliteitsverlies als gevolg van een -J jaar langere bouwtijdt.o.v. beide andere systemen ( 400 000)f 1 383 400f (1 783 400)staalskelet? gehele staalconstructie 714 500? prefab-betonvloeren (12000 m2) 560000? voegen vullen, enz. 132 000? schilderen kolommen 17 500? sprinkler installatie 252 000 1 676 000prefab-beton?onstructie? skelet + vloeren 1 280 000? diverse staalconstructies 50 000? montage 156 000? voegen vullen, enz. 132 000f 1618 000Behalve dat voorstel 3 'prefab-betonconstructie' ten aanzien van 'traditioneel' duurder uitkwam,was het voor de opdrachtgever van doorslaggevend belang het gebouw een half jaar eerder ingebruik te kunnen nemen. Tellen we aldus het begrote rentabiliteitsverlies ? f 400000 bij dekostprijs van voorstel 1 op, dan zien we dat voorstel 3 goedkoper is en sneller bouwen toelaat.Uit dien hoofde is gekozen voor de prefab-betonconstructie met gegleden kernen voor de hoog-bouw.Cement XXVIII (1976) nr.11 4748SonderingFunderingIn de weergegeven sonderingsgrafiek (ftg. 8) ziet men hoe de weerstand van de diepere grond-lagen is. In eerste 'instantie werden verspreid over het terrein 16 diepsonderingen gemaakt,maar de resultaten hiervan gaven een wisselvalligheid van de vastheid van de funderingsgrond-slag te zien, zodat werd besloten het aantal sonderingen tot 40 uit te breiden. Het sonderenwerd op sommige plaatsen bemoeilijkt door de aanwezigheid van grote hoeveelheden puin inde ondergrond dat afkomstig was van bouwwerken die tijdens de laatste oorlog vernieldwerden en door resten van de fundering van de Schiebrug. Ten tijde van het uitvoeren van hetgrondonderzoek lag het maaiveld ongeveer op NAP. De maximale dikte van de puinlagen be-droeg ca. 5 ? 6 m waaronder vermoedelijk enige kleiafzettingen voorkomen.Op veel plaatsen vanaf 4 ? 5 m min NAP tot 7 ? 8 m min NAP bevindt zich een vrij zuivere veen-afzetting. Onder dit veen komen tot 15 ? 17 m min NAP slappe lagen voor, die grotendeelsopgebouwd zijn uit veen- of zandhoudende klei. In de hierop volgende zandlaag werden overhet algemeen hoge conusweerstanden gemeten, namelijk gemiddeld meer dan 10 N/mm2. Op-vallend hierbij waren de sterke teruggangen van de conusweerstand ter plaatse van een aantalsonderingen tussen ca. 17 en 21 tot 24 m min NAP, met de plaatselijke wrijvingsmetingen is hetwaarschijnlijk dat deze teruggangen veroorzaakt worden door zandhoudende kleiafzettingen.Bij vrijwel alle sonderingen die tot grotere diepte werden doorgezet, werden vanaf 20 ? 24 mmin NAP tot ca. 30 m min NAP vaste zandlagen aangetroffen (fig. 8).Ter plaatse van de kernen van de hoogbouw worden zeer hoge belastingen op de ondergrondovergedragen en om een nauwkeurig inzicht in de grondgesteldheid te verkrijgen, werden tweesonderingen tot 41 ? 45 m min NAP doorgezet. De verkregen resultaten gaven aan dat onder debeschreven zandlaag kleiafzettingen van verschillende dikte kunnen voorkomen, de zgn. 'laagvan Kedichem'. Ervaring leert dat deze lagen zeer weinig samendrukbaar zijn en dat zettingenhiervan zeer langzaam tot stand komen.Volgens een opgave van de Dienst Gemeentewerken Rotterdam zijn de meest extreme grond-waterstanden over de periode 1962-1972 als volgt:peilbuis pijler 40 van spoorbrug over het Pompenburg:? hoogste grondwaterstand 1,11 m min NAP;? laagste grondwaterstand 1,81 m min NAP.peilbuis Schiekade nr. 198:? hoogste grondwaterstand 1,42 m min NAP;? laagste grondwaterstand 1,87 m min NAP.Uit het voorgaande is duidelijk dat slechts ??n manier mogelijk was om het bouwwerk te funde-ren, namelijk door het toepassen van palen. In overleg met het Laboratorium voor Grondmecha-nica te Delft werd besloten de hoogbouw te funderen op gladde geprefabriceerde gewapend-betonpalen met een schachtafmeting van 45 X 45 cm2en een maximum belasting van 1300 kNper paal.De inheidiepte van deze palen varieert van 21 ? 22 m min NAP. Verdere informatie door deDienst Gemeentewerken gaf aan dat het te bebouwen terrein nog steeds enige zetting vertoon-de, het terrein was immers vroeger gedeeltelijk water dat later gedempt werd. In de meestegevallen dient men dan rekening te houden met het optreden van negatieve kleef langs defunderingspalen. Aangezien het maaiveld echter vrij lang niet meer opgehoogd is en vooralomdat er ten behoeve van de bouwput ca. 2 m grond afgegraven werd, was de verwachting datde grondslag onder en vlak om de hoogbouw niet meer zal zakken, zodat het niet nodig was omvoor de palen onder de hoogbouw op het optreden van negatieve kleef te rekenen.Het draagvermogen van de palen werd deels ontleend aan de toelaatbare puntspanning, deelsaan de positieve wrijving in de zandlagen van ca. 17 tot 21 ? 22 m min NAP ter grootte van 0,5%van de conusweerstand in de funderingslaag per oppervlakte-eenheid. Uitgaande van de maxi-maal toelaatbare betonspanning van 6,5 N/mm2, was niet het draagvermogen van de grond,maar de toelaatbare betonspanning maatgevend voor het draagvermogen van de palen.Voor de laagbouw viel de keuze op gladde prefab-palen en palen met een verzwaarde voet.Omdat hier, in tegenstelling tot de hoogbouw, geen grond afgegraven werd, diende men weldegelijk rekening te houden met het optreden van negatieve kleef. Aldus werd voor alleen-staande palen 150 kN en voor palen in groepen 100 kN aan negatieve kleef berekend, ervanuitgaande dat deze palen een omtrek van 150 cm hadden.Funderingsplaat (fig. 9)De funderingsplaat bestaat uit gewapend beton en heeft een totale dikte van 232 cm terwijl hetoppervlak gelijk is aan dat van de hoogbouw, namelijk 25 X 35 m2. De funderingsplaat dient omde verticale belasting van de hoogbouw en de horizontale belastingen door wind op de funde-ringspalen over te brengen. Deze grote afmetingen eisten bijzondere maatregelen evenalsspeciale eisen met betrekking tot de betonsamenstelling.? Voor zo'n dikke betonvloer met een gewicht van ca. 5,5 ton/m2was een stevige werkvloer nood-zakelijk, waarvoor een 10 cm dikke gewapend-betonvloer werd toegepast.? De bovenwapening moet eenvoudig op afstand gehouden kunnen worden, dit is opgelost metbehulp van tralieliggers.? Het is bekend dat de hydratatiewarmte van grote betonmassa's hoog kan oplopen, vaak totca.50?C.Dit vergroot sterk de kans op scheurvorming door krimp. Er is daarom veel zorg besteed aanhet betonmengsel om de kans op scheurvorming zo veel mogelijk te reduceren. Zo is hoogoven-cement klasse A toegepast, daar dit cement veel minder hydratatiewarmte ontwikkelt dan port-Cement XXVIII (1976) nr.11 4759Twee doorsneden over funderingsplaat(zie ook fig. 4)10a-bTemperatuurmeting: meetpunten en tempe-ratuurverloop in funderingsplaatlandcement, terwijl de toegepaste zetmaat 4 was. Dit zeer droge beton maakte het storten metkubels of pompen onmogelijk zodat men aangewezen was op transportbanden.? Eveneens om de verhardingskrimp zoveel mogelijk te beperken stortte men de vloer in drielagen van resp. 100, 100 en 32 cm in drie achtereenvolgende dagen. Ter voorkoming van stort-naden paste men een vertrager toe en wel 1000 cc Pozzolith 100-XR per m3. Deze hulpstof gafhet beton een vertraging van ca. 30 uur, waardoor het beton van de tweede dag zich goed methet beton van de vorige dag vermengde en dat van de derde dag weer goed met dat van detweede dag.Tijdens en na het betonneren van de funderingsplaat werden met behulp van een 12-puntsmeetrecordertemperatuurmetingen uitgevoerd om inzicht te krijgen omtrent:? de aanvang van de binding van de toegepaste betonmortel;? de maximum temperatuur van het beton;? de doelmatigheid van de aangebrachte isolatielaag ter plaatse van de bovenzijde van de funde-ringsplaat.De genoemde isolatielaag bestond uit bouwfolie + 19 mm plywoodplaten en werd 1 dag na hetafwerken van de bovenlaag op de vloer aangebracht met het doel de temperatuurgradi?nten inhet verhardende beton klein te houden. De temperatuurmetingen zijn gesplitst in hoogte- enlengtemetingen volgens de meetpunten van figuur 10a.Resultaten (fig. 10b):? de vertragingstijd bedroeg voorde betonspecie van de 1e laag ca. 40 uur; voor de 2e en 3e laagwas dit 34-36 uur;? de maximum betontemperatuur werd ca. 6? dag na het begin van het stort bereikt en bedroeg39 ?C;? de betonspecietemperatuur tijdens het storten was ongeveer 13 ?C;? het grootste temperatuurverschil tussen de meetpunten 4 en 8 bedroeg ca. 15 ?C;? de luchttemperatuur varieerde 's nachts van 4 -12 ? tot overdag 12 - 20 ? C;? de funderingsplaat vertoonde geen scheuren.Cement XXVIII (1976) nr. 11 47611-12De wapening van de funderingsplaat, methoekprofielen als Supporten voor de boven-wapening; rechts de funderingsplaat metdaarop het begin van de hoogbouwfoto's: Ary Groeneveld/Rotterdam13Kern in langsrichting14StabiliteitBetonsamenstelling per m3:? 280 kg hoogovencement klasse A,? zetmaat4,? normaal betonzand en -grind,? gehalte aan materiaal < 0,30 mm ca. 400 kg/m3,? 1000ccPozzolith 100-XR-vertrager.StabiliteitDe stabiliteit van de hoogbouw wordt verzekerd door twee gegleden gewapend-betonkernen,die tevens dienen om de neerkomende verticale belasting van de vloeren naar de funderings-plaat over te brengen. De vorm van de kernen is zodanig dat t.a.v. torsie geen problemen teverwachten zijn {fig. 13; zie ook fig. 6). De kernen zijn in de berekening geschematiseerd totverticale staven die in de oneindig stijve verend ondersteunde funderingsplaat zijn ingeklemd,met aan de staven een aanpendelend raamwerk (fig. 14). In eerste instantie is een globale hand-berekening gemaakt, waarbij een benaderingsmethode gebruikt werd om het 2e-orde effect tebepalen. Vervolgens is door Logisterion volgens het computerprogramma C54CD een bereke-ning gemaakt ten einde op elke verdiepingshoogte de optredende krachten en momenten teverkrijgen.Hiertoe werden de volgende gegevens verstrekt:? afmeting van de kern;? verticale belasting op de kern;? aanpendelende belasting op de kern;? windbelasting;? mate van inklemming in de fundering.In eerste instantie geschiedde de stabiliteitscontrole met de zgn. ec-methode, zoals omschre-ven in het concept Deel E van de VB 1974. De 'ec-methode' komt evenals de oude 'ec-methode'van de GBV1962 neer op een kolomberekening die met een handigheidje is teruggebracht toteen doorsnedeberekening.De doorsnede moet gedimensioneerd worden op een excentriciteitet = (e0 + ec). I, waarin een co?ffici?nt is om de invloed van de randvoorwaarden in reke-ning te brengen. De ec-methode is gebaseerd op de lineaire elasticiteitstheorie en geeft eengrotere marge dan een berekening volgens de niet-lineaire elasticiteitstheorie. Voor het bepalenvan de ec-methode zijn formules ontwikkeld waarin de betonkwaliteit, de staalsoort, alsmede deligging en de hoeveelheid wapening niet voorkomen. De formules zijn dan ook niet nauwkeurig,maar de resultaten zijn redelijk. De in de formules opgenomen variabelen voor het bepalen vande toeslagexcentriciteit zijn:? aard van de belasting;? kolomlengte;? randvoorwaarden van de kolom;? vorm van de betondoorsnede.Het belastingsch&ma (fig. 15)De kern is een aan de onderzijde gedeeltelijk ingeklemde en aan de bovenzijde vrij beweegbarekolom met een over de kolomlengte gelijkmatig verdeelde verticale en horizontale belasting.Voor dit geval bestaan twee formules voor de bepaling van ec waarbij de tweede formule eenbovengrens vormt van de eerste {fig. 16).Cement XXVIII (1976) nr. 11 477Figuur 15 en 16Hierin is: = vormfactor = . ( 13 - 36 I/bh - 12 y/ht) = 3 bij constante wapening over de lengte i = 4 bij parabolisch verlopende wapening over de lengte LMateriaalgegevensDe toegepaste betonkwaliteit was 300 volgens de GBV 1962, overeenkomend met 22,5 uitde VB 1974. Het volgende o'b-EVdiagram voor beton wordt aangehouden (fig. 17).Voor het staal is het 0a-6a-diagram van figuur 18 aangehouden.De berekening heeft plaats in de bezwijktoestand waarbij de volgende belastinggevallen be-schouwd worden.belasting-gevalYwind kern aanpendelende constructieYe.g. Yvert.bel. Ye.g. Yvert.bel.1 1,7 1,7 1,7 1,7 1,72 1,6 1,2 0 1,2 1,6Als gevolg van de winddruk + zuiging ontstaat in het gebruiksstadium in de langsrichting aande voet van elke kern een 1e orde moment groot M0 = 93,5 MNm.? eigen gewicht kern 58,4 MN? veranderlijke belasting kern 8,8 MN? eigen gewicht van het aanpendelend raamwerk 64,4 MN? veranderlijke belasting van het aanpendelend raamwerk 10,9 MN.BelastinggevalBreukmoment volgens computerberekening belastinggeval 1: 336,2 MNmOptredend moment belastinggeval 1: 407,84 MNm.Cement XXVIII (1976) nr. 11 47819In berekening aangenomen hoeveelheidwapening volgens NLE-theorieWe zien dat het breukmoment kleiner is dan het optredend moment; de hoeveelheid toegepastewapening in de kern is te klein en/?f de ec-methode geeft een te ongunstig beeld.In overleg met TNO-IBBC.is voor de aangenomen hoeveelheid wapening en met een bij TNOaanwezig computerprogramma volgens de niet-lineaire elasticiteitstheorie de evenwichtstoe-stand voor belastinggeval 1 van de kern in langsrichting bepaald (fig. 19).Resultaat:? 1e orde moment M0 = 159,1 MNm? 2e orde moment Mc = 83,3 MNmMtot = 242,4 MNmBreukmoment 336,2 MNm.Er blijkt nu een voldoende veiligheid aanwezig.Veiligheid tegen 'Progressive Collapse'Progressive collapse, of met een Nederlandse term 'voortgaande instorting' is de uitbreidingvan schade, buiten de onmiddellijke invloedssfeer van een plaatselijke verstoring door welkeoorzaak ook.Iedereen zal zich het beruchte geval herinneren van de instorting van het flatgebouw 'RonanPoint' in Londen. In mei 1968 deed zich op de 18e verdieping van dit flatgebouw een gas-explosie voor, wat tot gevolg had dat alle hoekwoningen van in totaal 23 verdiepingen vernieldwerden ten gevolge van het na elkaar bezwijken van de buitenwanden en de vloeren. Om pro-gressive collapse het hoofd te bieden zijn geen maatstaven of richtlijnen in de voorschriftenvastgelegd. Wel kan men nastreven dat de bouwkundige opzet van een gebouw zo is dat dekans op het optreden van exceptionele belastingen klein is, of de constructie zodanig makendat, als er'een belangrijk onderdeel uitvalt, zijn functie door de resterende constructie over-genomen kan worden.Om ernaarte rekenen kan mende 1,5%-regel en het rapport nr. 39 'Constructieve maatregelentegen aardgasexplosies in hoge woongebouwen' van de Stichting Bouwresearch hanteren.ExplosiebelastingAio aardgas In een gesloten ruimte explodeert kan de druk oplopen tot ca. 7 atmosfeer of700 kN/m2; hiertegen is praktisch geen constructie bestand. Is expansie naar buiten mogelijkdan zijn de explosiedrukken veel kleiner. De maximale druk is afhankelijk van:? de druk p0 waarbij de aflaatopening ontstaat;? de verhouding van de oppervlakte van de aflaatopening in m2tot de inhoud van de ruimte in m3.Voor het onderhavige kantoorgebouw gaan we uit van een explosiebelasting = 10 kN/m2.Volgens het genoemde rapport nr. 39 geldt:De beglazing all??n als breekwand levert per raam met afmetingen 1,3 X 1,3 m2en een unit-afmeting van hoogte 3,2 m, breedte 1,8 m en lengte 7,5 m:Men ziet dat een grotere breekwand noodzakelijk is.We nemen nu de beglazing plus de gevelelementen:De sterkte van de gevelelementen of de verbindingen van deze gevelelementen met de draag-constructie mag niet groter zijn dan:0,5 p0 = 10 - 3 - 2,25 = 4,75 p0 = 9,5 kN/m2maar ook p0 = -- 3 = 10 -- 3 = 7 kN/m2maatgevend.Op alle overige vloeren en wanden die onder deze belasting niet bezwijken en op alle vloerenmoet gerekend worden met een belasting van 10 kN/m2met een veiligheidsco?ffici?nt = 1,0.Progressive collapse van de vloerenEen vloer onderhevig aan een explosie wordt in ons geval belast door 10 kN/m2en vervolgensdoor de naar beneden vallende bovengelegen vloer.Normaal zouden deze vloeren berekend zijn op:eigen gewicht = 3,25 kN/m2veranderlijke belasting = 4,00 kN/m2afwerking = 1,00 kN/m28,25 kN/m2Dit geeft een bezwijkbelasting van 1,7 X 8,25 = 14 kN/m2.Het is niet onredelijk aan te nemen dat op de door een explosie getroffen vloer gemiddeldslechts de helft van de veranderlijke belasting aanwezig is, zodat met de explosiebelasting detotale belasting er als volgt uitziet:Cement XXVIII (1976) nr. 11 47920Schema schijfwerking geprefabriceerdevloereneigen gewicht = 3,25 kN/m2veranderlijke belasting = 2,00 kN/m2afwerking = 1,00 kN/m2explosiebelasting = 10,00 kN/m216,25 kN/m2Valt na de explosie de bovenliggende vloer op de onderliggende dan moeten we volgens dedynamica met een vergrotingsfactor van 2 rekenen, zodat de belasting op de onderliggendevloer wordt:2 X (eigen gewicht + veranderlijke belasting + afwerking) =2 X (3,25 + 2,00 + 1,00) = 12,5 < 16,25 kN/m2.Er treedt in de vloeren g??n progressive collapse op als we de vloeren berekenen op 16,25kN/m2.Progressive collapse van de gevelbalkenDe maximum trekkracht in de balkverbindingen vinden we ter hoogte van de vloer boven de4e verdieping. Uit de scheefstand van de kolommen Ai, A2, A3 (zie fig. 6) volgt een horizon-tale kracht volgens de 1,5%-regel, groot:H\ = 0,015 X (5850 + 5840 + 5840) = 257 kN meteen veiligheidsfactor = 1,7.Rekenen we met de explosiebelasting = 10 kN/m2op de scheidingswanden als deze nietbezwijken, dan is de kracht op de helft van de wandlengte en de helft van de wandhoogte dehorizontale trekkracht in de gevelbalk.H2 = i X 3,2 X 4 X 7,5 X 10 = 60 kN met een veiligheidsfactor = 1,0, of gerekend met een = 1,7 dan is H2 = 60/1,7 = 35 kN vergelijkbaar met Hi, maar kleiner !Aangehouden is een trekkracht van 250 kN op de verbindingen tussen alle gevelbalken van de5e verdieping af. Deze trekkracht neemt naar boven toe lineair af tot een minimum van 50 kN.Op overeenkomstige wijze redenerend werden de volgende constructie-onderdelen berekend:? in het werk te storten vloerstrokenTrekkrachten ter hoogte van de 5e verdieping 90 kN, naar boven toe lineair afnemend tot 25 kN? koppelbalkenTrekkracht ter hoogte van de 5e verdieping 140 kN, naar boven toe lineair afnemend tot 75 kN? kolommenTrekkracht tussen de kolommen B1, C1, B7 en D7 groot 75 kN, de overige kolommen 50 kN.De schuifweerstand van de voegen tussen de prefab-vloerplatenZoals al vermeld, wordt de stabiliteit van het gebouw aan de kern ontleend. De verankering vande gevelkolommen aan deze kern heeft plaats door in het werk gestorte vloerstroken loodrechtop de gevels en prefab-balken in de gevels, die samen met de vloerplaten de schijfwerkingmoeten verzorgen (fig. 20). Tussen deze gestorte vloerstroken bestaat de vloer uit holle prefab-betonplaten waarop g??n druklaag aangebracht wordt, en waarvan d? schijfwerking verzekerdwordt door de met specie gevulde gekartelde langsvoegen.Welke krachten zouden er nu in deze langsvoegen optreden?De in het vlak van de vloer optredende dwarskrachten kunnen o.m. een gevolg zijn van wind-belasting en scheefstand van het bouwwerk. Als maatstaf hiervoor is aangehouden:? de windbelasting volgens de TGB 1955;? de horizontale belasting gelijk aan 1,5% van de verticale belasting.? De windbelasting is maximaal aan de top van het gebouw en bedraagt:w = (0,9 + 0,4) X (0,7 + 20 X 0,015) X 0,85 = 1,10 kN/m2.De horizontale kracht over een breedte van 8 m (het deel van de toren naast de smalle zijde vande kern) en een verdiepingshoogte van 3,4 m is de dwarskracht D in de vloerdoorsnede langsde kern.D = 8 X 3 . 4 X 1,10 = 30kN over 25,20 mD = 30/25,2 = 1,19 kN/m'per meter vloerlengte.Bij een vloerdikte van 20 cm is de gemiddelde schuifspanning? De 14%-regel geeft een naar beneden toenemende horizontale belasting, de laagst gelegenprefab-vloer (de 5e verdieping) wordt zodoende het zwaarst belast.Zes kolommen, namelijk Ai, Bi, Ci, Di en A2 en D2 moeten we in rekening brengen om de krachtvolgens de 1 ^%-regel in de vloer te bepalen.Verticale belasting kolommen ter hoogte van de 5e verdieping is: 41 300 kN.Te rekenen dwarskracht: D = 41 300 X 0,015 = 620 kND = 620/25,2 = 24,5 kN/m'Uitgangspunt was nu om vloerelementen en voegconstructies toe te passen, die in staat warenschuifkrachten van 30 kN/m' te dragen onder inachtneming van de gebruikelijke veiligheid.Cement XXVIII (1976) nr. 11 48021Schuifweerstand van de voegen tussen SP-vloerplaten22Detail vloerplaten met gevelkolommenfoto: Ary Groeneveld/RotterdamDoor Spanbeton Ergon, de leverancier van de vloerplaten, is een onderzoek verricht naar deschuifweerstand tussen de platen ten opzichte van een belasting in langsrichting. De proef-opstelling bestond uit drie SPA 20-platen van 80 cm lengte, 120 cm breed en 20 cm dik, diezodanig naast elkaar geplaatst werden dat de middelste plaat ca. 5 cm boven de andere uitstak(f/g. 21).De voegmortel bestond uit 1 volumedeel cement P400 (1,425 kg), 2 delen rijnzand 0/5 (2,7 kg)en 0,7 I water.Na 2 dagen werden de voegen uiteengedrukt, waarbij een kracht nodig was van 22,5 kN of22500 ,,,,,..,, 2----------- = 0,15 N/mm2.200 X 750De scheur ontstond steeds in het scheidingsvlak tussen voeg en plaat. Met sergeanten werdende platen weer aaneengedrukt. Er bleef dan een voegopening van 0,366 mm voor voeg A en van0,218 mm voor voeg B.Onder de uiterste platen werd een randbalk van 5 cm dikte gegoten, waarvan alleen de wape-ning 2 0 12 onder de middelste plaat doorliep. Na de verharding van de randbalk zette men deplaten recht en werden ze verbonden door een metalen lat van 4 X 40 mm aan de voor- en achter-zijde. Deze latten werden licht aangespannen door wiggen tussen lat en plaat. Het geheel werdop 4 steunpunten geplaatst die met harsmortel aangepast werden en die zo dicht mogelijk naastde rand van de platen lagen.Aan de uiteinden van de platen werd nog een juk geplaatst om een eventueel moment in devoegen tegen te gaan. De belasting werd met een 500 kN vijzel aangebracht met tussenplaat-sing van een drukdoos van 200 kN meetbereik en een verdeelbalk die de lasten overbracht naarde rand van de voeg.De volgende metingen werden gedaan:? de aangebrachte belasting-,? de zakking van de middenplaat ten opzichte van de uiterste platen;? de vervorming in de voegen op 5 plaatsen;? de vervorming in de latten en in de wapening;? de zakking van de steunpunten.De belasting werd in stappen van 3 kN opgevoerd tot 12 kN, daarna tot nul teruggebracht en zowerd in totaal 5 maal van nul tot 12 kN gestegen. Vervolgens werd verder gestegen tot 45 kN,waarna werd ontlast om meetklokken bij te plaatsen. Van 45 kN ging men naar 65 kN, daarna tot85 kN, vervolgens drukte men door tot de last niet meer toenam en werd 151,25 kN bereikt.Resultaten: de voeg tussen de Spanbeton-Ergon SP-platen kan met een voldoende zekerheidde schuifspanningen opnemen, ontstaan door wind en excentriciteit in de kolommen en ditzonder speciale voorzieningen. Schuifspanningen tot 0,1 N/mm2kunnen met een breukveiligheidvan 5 opgenomen worden. Zelfs zuivere wrijving na breuk geeft nog een veiligheidsfactor vanmeer dan 2.GevelconstructieDe gevel van het gebouw bestaat uit prefabelementen van sierbeton met afmetingen van 3,40 mhoog en 5,40 m breed, terwijl het verticale deel 10 cm dik is. Het gewicht van dit gevelelementbedraagt ca. 70 kN.Een speciaal probleem gaf de excentriciteit van het element, namelijk het zwaartepunt lagbinnen de gevelbalken waarop het afgesteld moest worden. Bovendien is een gevelelementvan een dergelijke grootte tijdens het monteren op grote hoogte erg windgevoelig.De kraancapaciteit, de excentriciteit en de windgevoeligheid plaatsten de aannemer voor flinkeproblemen die hij echter zeer inventief oploste. Een interne studie van de aannemer resulteerdein een 'kantelapparaat', een frame met aan de gevelzijde 2 pennen die bij het monteren in 2bussen vallen van een op de bovenliggende vloer aangebrachte staalconstructie. Al zakkend enkantelend werd het element op zijn plaats gebracht.Cement XXVIII (1976) nr. 11 48123-24Gevelaanzicht met daarnaast een gevel-element hangend in het speciale frame25a-bGevelelement met frame en, het monteren vaneen elementGeluid- en warmtetechnisch stelde de opdrachtgever hoge eisen aan het gebouw. Dit leiddeertoe dat gekozen werd voor gekleurd dubbelglas dat met een neopreen kader gevat was in eensponning van het element. Deze toepassing op een dergelijke hoogte was een primeur voor onsland, zodat er geen ervaring beschikbaar was over beglazing direct in het beton. Wel was erervaring opgedaan met andere hoge bouwwerken betreffende windbelastingen op gevels. Dewinddruk en -zuiging op de gevels bij hoeken kunnen zeer groot worden onder bepaalde wind-richtingen, reden waarom de rubberprofielen aan hoge eisen moeten voldoen.Door TNO beproefde modellen toonden aan dat deze glasconstructie een windbelasting van40 N/mm2op kon nemen, wat groter is dan de te verwachten winddruk. Het grootste probleemwas het maken van de sponning, aan de maatvastheid daarvan werden hoge eisen gesteld ende tolerantie was ? 2 mm. De tolerantie van de sponningdelen onderling was slechts ? \ mm,terwijl er zelfs geen luchtbellen in de sponning mochten voorkomen; om kort te gaan, de spon-ning moest zo glad als 'glas' zijn ! De fabrikant van de gevelelementen kon aan de laatste eisnatuurlijk niet geheel voldoen, maar slaagde er wel in een uitstekend produkt te leveren.Om het gebouw een grotere bescherming te geven tegen calamiteiten, zijn de verbindingen vande gevelplaten met de gevelbalken en de verbindingen van de platen onderling z? gedimensio-neerd dat in het geval dat er door een of andere oorzaak op een bepaalde verdieping een pre-fab-kolom zou bezwijken, de balken met het gevelelement per laag een verdiepinghoge liggervormen die de belasting van de uitgeschakelde kolom naar de naastliggende kolommen over-brengt (fig. 26).Uitvoering van de torenDe aanbesteding van het werk had plaats in augustus 1973, maar de start van de echte bouwwerd vertraagd door de aanwezigheid in het werkterrein van de reeds genoemde funderings-resten van de vroegere Schiebrug.Begin september 1973 werd begonnen met het trekken van de in totaal 700 houten palen, waar-bij men al voortgaande met het werk steeds nieuwe obstakels blootlegde zoals kademuren,leidingkokers enz., die eveneens opgeruimd werden. In totaal had men 4 maanden nodig om de'Cement XXVIII (1976) nr. 11 48226Gedrag gevelconstructie bij calamiteit27Dwarsdoorsnede glijbekistingbouwplaats van alle obstakels te zuiveren, na 3 maanden begon men echter met het heiwerkvan de palen onder de toren. Dat het nauwgezet verwijderen van de resten van vroegere bebou-wing vrucht afwierp, werd bewezen door het feit dat geen enkele paal brak en de paalafwijkin-gen zeer gering waren. Begin januari 1974 kwam een tweede heistelling die de palen onder deparkeergarage en de rest onder de toren heide.Na het heiwerk en het snellen van de paalkoppen werd een gewapend-betonnen werkvloer overde palen aangebracht. Volgens het bestek moesten als afstandhouders tussen het onder- enbovennet van de dikke funderingsplaat, Supporten van rondstaal worden toegepast. Hiervan ?smen om twee redenen afgeweken.Ten eerste zouden er zeer veel Supporten toegepast moeten worden wat het storten van devloer niet gemakkelijk zou maken en ten tweede om economische redenen. De aannemer kwammet het alternatief om als afstandhouders vakwerkliggers van hoekstaal toe te passen met eenhart-op-hart afstand van 2 tot 2,5 m.Zoals reeds vermeld, was het betonmengsel voor de funderingsplaat speciaal samengesteld enhad een zetmaat 4. Het is begrijpelijk dat deze specie niet met een kubel of een betonpomp teverwerken is, zodat voor het storten van de drie opeenvolgende lagen een transportband toe-gepast werd.Na het storten van de fundering werd een aanvang gemaakt met het glijden van de twee kernen.Hiervoor werd een glijdende bekisting toegepast voorzien van drie niveaus, namelijk als onder-ste het hangsteigerniveau waarop men de onder de glijkist vrijkomende betonwand afwerkte,vervolgens het werkniveau waarop het beton en de wapening verwerkt werd en ten slotte alsbovenste het transportniveau waar de aanvoer van materialen plaatshad, aangezien de ruimtevoor het transport over de werkvloer zelf te klein was (fig. 27).Voor de onderste 30 m van de kern vond het materiaaltransport plaats met behulp van eenbouwkraan, n? deze eerste 30 m werd bevoorraad door middel van twee elektrische lieren diemet het oog op een eventuele storm vanaf het begin al in bedrijf waren en die op de kist op-gesteld, de betonspecie in een kubel naar boven hesen. Onder de kubel hing een kooi waarmeemen sparingen en wapeningsstaal naar boven bracht. Voor de aanvoer van het beton reden detrucmixers tussen de beide kernen en losten hun lading via een goot in de kubels.Het glijden van de 91,20 m hoge kernen geschiedde niet continu maar in drie ploegen, per ploeg27 man, in totaal 54 personen. De arbeidsinspectie eiste stops van de glijploegen in de week-Cement XXVIII (1976) nr. 11 48328-29Glijwerk aan het begin en op geruime hoogte30Montage stalen vier verdiepingen hogekolommenfoto: Ary Groeneveld/Rotterdamends, zodat er gegleden werd van maandagochtend tot vrijdagnacht met dien verstande dat hetstoppen steeds plaatshad op een niveau gelegen tussen het toekomstige plafond en de vloer.De reden hiervoor was dat de kernwand later gebouchardeerd zou worden en een stop van deglijkist in dat gebied zich later onherroepelijk zou aftekenen. De start van het glijden was vrijmoeizaam aangezien de onderste vloeren een afwijkende constructie hadden en men daardoorsteeds andere voorzieningen op verschillende plaatsen moest aanbrengen, bovendien moetelke ploeg arbeiders op elkaar inspelen.Na het passeren van het niveau van de 5e verdieping ging het steeds beter, niettegenstaandede moeilijkheid dat er ca. 5000 sparingen en in te storten voorzieningen binnengebracht moes-ten worden. De totale glijduur was 24 dagen met als maximum een produktie van 4,90 m peretmaal. De maatvoering in horizontale zin geschiedde met flessenwaterpassen die op de kistter plaatse van de bokken opgesteld waren, en in verticale zin met behulp van schietloden vande kist naar de begane grond. Tijdens het voortgaan van het glijwerk werd onder de glijbekistingeen 'Liebherr' kl?mkraan opgebouwd, die na het glijden naar de top van de toren klom en alseerste taak had de glijkist te verwijderen.Na het glijden werden de 18 stalen gevelkolommen lang 17,55 m (fofo 30) op de funderingsplaatgeplaatst. Deze kolommen overbruggen in ??n keer de vier benedenverdiepingen, waardoordirect na het aanbrengen met de repeterende bovenbouw gestart kon worden, onafhankelijkvan de bouw van de onderste verdiepingen. Om de kolommenstand in het werk tijdens de mon-tage te verzekeren is een vrij zware vakwerkconstructie op ca. 15 m hoogte aangebracht die deverbinding vormde van de kolommen met de kernen.Vervolgens werd een 'tweede fundering' op deze kolommen aangebracht, want in de praktijkbleek dat deze kolommen niet zo stonden als men verwachtte waardoor de geschaafde stalenkopplaat niet zuiver horizontaal was. Met dit doel werden de kopplaten 3 maal daags opgeme-ten om de invloed van de temperatuur zoveel mogelijk te elimineren, waarna men met behulpvan de meetresultaten geschaafde contraplaten fabriceerde en deze op de kopplaten monteer-de, zodoende een nauwkeurig op hoogte gestelde 'tweede fundering' verkrijgend.Hierna werd begonnen met het aanbrengen van de 5e verdieping namelijk de 1e verdiepingopgebouwd uit prefabelementen. Het stellen van de prefab-verdiepingen geschiedde volgenseen vast schema, namelijk op de zeer lange kolommen onder de 5e laag kon met het oog opuitknikken van deze kolommen slechts tot een bepaalde hoogte gebouwd worden, waarna alsknikverkorter de 1e verdieping aangebracht moest zijn. Vervolgens werd weer een aantal hoog-bouwverdiepingen aangebracht en de 2e knikverkorter gemonteerd, enz. (fig. 31,32 en 33).De prefab-kolommen voor de hoogbouw zijn in de kern voorzien van een staalprofiel van 2verdiepingen hoog, wat prettig werkte, aangezien ??n kraanhandeling per 2 verdiepingen vervalt.De kolommen pasten met hun geschaafde kop- en voetplaten zo nauwkeurig op elkaar, dat naaandraaien van de 4 bouten de kraan de kolom los kon laten staan, waarna later de schorenaangebracht werden om de kolom aan de constructie te fixeren.Na het stellen van de kolommen werden de prefab-randbalken en de prefab-vloerplaten aan-gebracht, waarna de in het werk te storten koppelstroken vervaardigd werden.Over het algemeen werkte de prefab-constructie snel en was weinig wintergevoelig, maar tochgaf het aanstorten van de prefab-gevelbalken en het storten van de koppelstroken enigestagnatie.Na voltooiing van het skelet werd de afbouw ter hand genomen, met als eerste het plaatsen vande gevelelementen (zie hiervoor). Daarna volgde de binnenafwerking en gebouwaankleding,waarop in mei 1976 het gebouw werd overgedragen aan de opdrachtgeefster.Cement XXVIII (1976) nr. 11 48431-32-33Aanbrengen van knikverkorters34a-bGevelkolom met kantelapparaatOpdrachtgeefster: Shell PensioenfondsOntwerp: Architectenbureau Zanstra, De Clerq Zubli, Lammertsma en Partners, Architecten bv,AmstelveenConstructie: Ingenieursbureau Ir. B. van Rossum bv, AmsterdamHoofdaannemer: Aannemingmaatschappij J.P. van Eesteren bv, RotterdamGevelelementen? Hibe, Hoogkerk; betonpalen: Beton Son; vloerplaten en parkeergarage:Spanbeton Ergon, Lier; glij-apparatuur: Civielco, Leiden; vlechtwerk: Diepstraten, DordrechtEnkele gegevens:bouwkosten excl. installaties ca. f 15 000 000bruto vloeroppervlak ca. 35 200 minhoud ca. 118 400 m3aantal palen ca. 482 stuksgestort beton ca. 9 300 m3geprefabriceerd beton ca. 1 900 mwapeningsstaal ca. 1 080 tonbekisting ca. 40 650 m2bouwtijd 120 wekenCement XXVIII (1976) nr.11 485