Flexibiliteit in beeldvorming Constructief ontwerp UMC Imaging Center 1 Het Amsterdam UMC Imaging Center (links tijdelijke ingang), foto: William Moore 1 6? CEMENT 4 2020 Het Imaging Center is een vijf verdiepingen hoog gebouw en beslaat ongeveer 17.000 m². Het is het eerste project rondom de zogenoemde 'zorgtuin' van Amsterdam UMC, locatie VUmc. Het gebouw sluit aan de ene zijde aan op het bestaande ziekenhuis, aan de andere zijde op het nieuw te bouwen Research en Diagnostiek Centrum, ook wel ADORE ge- noemd (fig. 2). Tussen het Imaging Center en het Research en Diagnostiek Centrum wordt op een later moment een verbindend atrium gerealiseerd. Op de plek van dit toe- komstige atrium bevindt zich nu een tijdelij- ke ingang (foto 1). Voor sommige medische behandelin - gen en onderzoeken is radioactief materiaal nodig. Het materiaal dat hier wordt ge- bruikt, heeft een korte halfwaardetijd. Dit geeft een logistieke uitdaging, omdat het binnen een aantal uren na productie moet worden toegepast. De productie van het radioactieve materiaal moet daarom in de nabijheid van de onderzoekslocatie plaats- vinden. In het geval van het Imaging Center gebeurt dit op een milieuvriendelijke en veilige manier in de kelder onder het toe- komstige atrium, waar vier cyclotrons (deeltjesversnellers) in betonnen bunkers zijn ondergebracht (fig. 3). Die kelder is goed bereikbaar voor speciale busjes die het radioactieve materiaal komen ophalen om vervolgens naar andere ziekenhuizen in Nederland te vervoeren. Ontwerpuitgangspunten: flexibiliteit staat centraal In het Imaging Center worden een groot aantal verschillende beeldtechnieken toege- past, waarvoor verschillende apparaten en onderzoeksfaciliteiten worden gebruikt (zie kader 'Beeldtechnieken'). De verschillende apparaten variëren in gewicht van 3.000 tot 12.000 kg en vereisen vaak ook afschermende wanden rondom. Bij CT-scanners bijvoorbeeld zijn rondom de onderzoeksruimte wanden geplaatst waarin lood wordt opgenomen om de rönt- genstraling tegen te houden. De ontwikkelingen in de apparatuur gaan snel, regelmatig worden nieuwe versies uitgebracht met betere specificaties en ver- beteringen in de geproduceerde beelden. Omdat het Amsterdam UMC koploper wil blijven op dit gebied, worden regelmatig nieuwe generatie apparaten gebruikt en getest. Dit kan betekenen dat belastingen toenemen en tevens dat kanalen, leidingen en scheidingswanden moeten worden aan - gepast. De grote aantallen beeldvormende apparatuur en daarnaast de grote verschei - denheid aan gebruikers, stelden hoge eisen aan de flexibiliteit van het gebouw. PROJECTGEGEVENS project Imaging Center opdrachtgever Amsterdam UMC architect Wiegerinck Architecten constructeur Royal HaskoningDHV installatieadviseur Royal HaskoningDHV aannemer Combinatie Ballast Nedam / ULC oplevering april 2019 Amsterdam UMC wil leidend blijven op het gebied van medische beeldtechnieken. Op de locatie aan de Zuidas van Amsterdam worden alle activiteiten die hiermee te maken hebben samengebracht binnen één nieuwe locatie, het Amsterdam UMC Imaging Center. In het gebouw worden medische beeldvorming voor zorg en bijbehorend onderzoek in een modern en vooral flexibel gebouw samengevoegd. CEMENT 4 2020 ?7 Onderzoeksruimtes en laboratoria moeten eenvoudig uitwisselbaar zijn. Het gebouw moet tevens snel kunnen worden aangepast aan een nieuw type toestel. Het inbrengen of vervangen van apparatuur moet mogelijk zijn zonder overlast voor patiënt en perso- neel. Kantoren hebben een minder hoog- waardige omgeving nodig en worden daar- om vooral in het aanpalende ziekenhuis gerealiseerd. Naast de flexibiliteit, wilde Amsterdam UMC ook de mogelijkheid hebben het ge- bouw in de toekomst te vergroten. Het ge- bouw moest daarom geschikt zijn om te worden verhoogd met vijf extra verdiepin - gen, waarmee de totale bouwhoogte op tien 2 Plattegrond IR. EDDY HOLLA Senior Raadgevend Ingenieur Royal HaskoningDHV IR. WALTER VAN ADRICHEM Raadgevend Ingenieur Royal HaskoningDHV auteurs We kregen de stabiliteit er als het ware gratis bij 2 Bouwdelen Imaging Center: 1. Hoofdgebouw 2. Atrium 3. Logistieke gang 4. Colonnade Aansluitende bouwdelen: A. ADORE-gebouw. B. Bestaand Verpleeghuis Oost (F-vleugel) C. Bestaand Verpleeghuis Midden D. Bestaand Beddenhuis en logistieke tunnel 8? CEMENT 4 2020 verdiepingen komt. Allemaal overwegingen om tot een flexibel, functioneel en duur- zaam gebouw te komen. Constructief ontwerp Flexibiliteit stond centraal in de constructie- ve opgave. Bij ieder onderwerp werd de vraag gesteld hoe de flexibiliteit kon worden gemaximaliseerd om het Imaging Center de benodigde toekomstbestendigheid te geven zonder alle constructies over te dimensioneren. Belastinganalyse? De belastingen van de ver- schillende medische apparaten verschillen sterk. Bovendien zijn deze bij een specifieke toepassing ook sterk leveranciersafhankelijk. Om tot een vloercapaciteit te komen die ener- zijds de gewenste flexibiliteit biedt en ander- zijds ook betaalbaar blijft, zijn er vroegtijdig in het ontwerp gezamenlijk met de technische dienst van Amsterdam UMC, locatie VUmc, analyses gemaakt van de belastingen uit me- dische apparatuur. Op basis hiervan is beslo- ten om de vloeroppervlaktes die door zware apparatuur worden belast een capaciteit te geven van 900 kg/m². De overige vloeren heb- ben een capaciteit van 500 kg/m². Skelet? Het Imaging Center heeft een stra - mien van 7,2 m x 7,2 m, met uitzondering van velden aan de gevel waar een stramien van 7,2 m x 7,8 m is toegepast. Enerzijds is deze stramienmaat groot genoeg voor de diverse gebruiksfuncties, anderzijds vol - doende klein om vloerdiktes (en daarmee ook kosten) acceptabel te houden. Het casco bestaat uit een in het werk gestorte vloer met in het werk gestorte kolommen (foto 5). Vanwege de gewenste indelingsflexibiliteit was het toepassen van dragende wanden ongewenst. Er zijn daar- om alleen wanden rondom de liftschachten toegepast. Schachten voor installaties worden slechts afgeschermd door lichte scheidings- wanden, waardoor wijzigingen in leidingver- loop eenvoudig mogelijk zijn. De vloer is als vlakke vloer uitgevoerd, zonder kolomkoppen en/of verzwaarde stro- ken, om zo maximale flexibiliteit te bereiken. Leidingen en scheidingswanden kunnen hierdoor worden aangepast zonder dat dit gevolgen heeft voor de constructie. Gezien de hoge belastingen zijn de kolommen uitgevoerd in C55/67, zodat een acceptabele afmeting van 600 x 600 mm² mogelijk was. De vloeren zijn uitgevoerd in sterkteklasse C35/45. Hierdoor bleef de hoe- veelheid ponswapening acceptabel en hoef - de de hoeveelheid kolomwapening niet te worden verhoogd in verband met de door- voer van de kolombelasting door de vloer. BEELDTECHNIEKEN Er zijn diverse technieken waarmee het lichaam kan worden bekeken. Iedereen is bekend met röntgen- foto's waarbij door röntgenstraling een beeld wordt verkregen van de botten. Een CT-scanner maakt ook gebruik van röntgenstraling, maar maakt meerdere beelden achter elkaar waardoor een driedimensio- naal beeld wordt verkregen. Een MRI-scanner werkt met een sterk magnetisch veld, gecombineerd met radiogolven waarmee de orga- nen in het lichaam zichtbaar kun- nen worden gemaakt. Bij gebruik van een PET-scanner wordt gebruikgemaakt van radioactieve straling. Er wordt een kleine hoe- veelheid radioactief suiker in het bloed gespoten. Deze radioactieve suiker concentreert zich op plekken waar veel energie wordt gebruikt, bijvoorbeeld daar waar kankercel- len zitten. De PET-scanner regis- treert de radioactieve gebieden. In de speciale GMP (Good Manufactu- ring Practice) laboratoria op de derde verdieping van het Imaging Center, Tracer Center Amsterdam genoemd, worden ook medicijnen met radioactiviteit gelabeld, waar- door de medicijnen in het lichaam met een PET-scanner kunnen wor- den gevolgd. Dit maakt dat de grootste internationale farmaceuti- sche bedrijven naar het Imaging Center komen om daar hun nieuw- ste medicijnen te laten testen. De nieuwste ontwikkelingen geven een samenvoeging van apparatuur te zien, de zogenoemde hybride scanners. Zo is er nu de PET-CT- scanner: een PET gecombineerd met CT-scanner (foto 4). De CT-scanner geeft een beeld van de anatomie, terwijl de PET-scanner het biologisch functioneren laat zien. Daarnaast is er ook de PET- MRI-scanner. 3 Draagconstructie met links de kelder met de cyclotronbunkers 3 cyclotronbunkers CEMENT 4 2020 ?9 Het gebouw heeft een glazen gevel voorzien van betonnen kaders (foto 6). De kaders hebben een breedte van 3,6 m, en zijn als sandwichelement in één keer gemonteerd met het glas erin. Om de gevelelementen goed te kunnen bevestigen en om de door- buiging van de achterconstructie te verklei- nen, is de hart-op-hart-afstand van de kolommen in de gevel gehalveerd tot 3,6 m. Stabiliteit? Diverse stabiliteitssystemen zijn onderzocht alvorens tot de uiteindelijke op- lossing te komen. Allereerst is een casco met een dragende gevel beschouwd. Deze viel af, omdat hiermee niet de gewenste transpa - rantie in de gevel kon worden gerealiseerd. Vervolgens is een oplossing met stabiliteits- elementen (wanden, kernen, windverban - den) onderzocht. Ook deze haalde het niet, omdat dit de indeelbaarheid en flexibiliteit van de plattegronden sterk verminderde. Vervolgens is besloten de mogelijkheden van een raamwerksysteem te onderzoeken. Met een gebouwhoogte van 10 verdiepingen (in het geval dat de uitbreiding zou worden gerealiseerd) is een raamwerk normaal gesproken niet het eerste waaraan wordt gedacht. Constructie-elementen worden te groot, waardoor de constructieve bouwkos- ten hoger worden. Echter uit studies bleek dat in dit specifieke geval geen grotere af - metingen nodig waren voor vloeren en ko- lommen en dat het raamwerk niet duurder was dan andere stabiliteitssystemen. De relatief zware constructie, als gevolg van de hoge vloerbelastingen, bleek zonder veel extra's tevens in staat om de stabiliteit te verzorgen. We kregen de stabiliteit er als het ware gratis bij. Uiteindelijk is er wel één stabiliteits- wand in het gebouw ondergebracht, name- lijk de achterwand van de liften. Door de tweelaagse colonnade (zuilengang), die de verschillende gebouwen rondom de hele zorgtuin onderling verbindt, is het raam - werksysteem aan de achterzijde zwakker. De wand verzorgt hier lokaal het gemis. Bunkerontwerp? De cyclotrons zijn onderge- bracht in bunkers onder het atrium tussen 4 PET-CT-scanner, foto: Hanne van der Woude 5 Imaging Center in aanbouw 6 Glasgevel voorzien van betonnen omkadering De tussen­ wanden tussen de bunkers zijn niet constructief uitgevoerd, zodat ze in de toekomst eenvoudig kunnen worden gesloopt 4 6 5 10? CEMENT 4 2020 het Imaging Center en het Research en Diagnostiek Centrum. De bunkers zijn voor- zien van uitneembare betonplaten in het dak (totale dikte 2,2 m), zodat cyclotrons in- en uitgehuisd kunnen worden. De mogelijkheid tot in- en uithuizen was de voornaamste reden om de bunkers op deze locatie te positioneren. Indien de bunkers zich in een kelder zouden bevinden met verdiepingen erboven, dan zou het veel complexer zijn om cyclotrons in en uit de bunkers te krijgen.In de kelder is ruimte voor vier cyclot- rons, elk in een eigen bunker opgesteld. Drie van de vier bunkers liggen op een rij (fig. 7). Om in de toekomst cyclotrons te kunnen plaatsen die om een grotere bunker vragen, zijn de tussenwanden niet constructief uit- gevoerd, zodat deze eenvoudig kunnen wor- den gesloopt. Voor de toegangen tot de cyclotrons zijn er twee verschillende oplossingen toege- past. De grootste bunker is voorzien van een labyrintvormige entree, waardoor voorko- men wordt dat radioactieve straling (met name neutronen) de bunker verlaat. Bij de drie bunkers op rij was er onvoldoende ruimte voor een dergelijke oplossing. Hier zijn zogenoemde plugdeuren toegepast met een dikte van 2 m (foto 8). Dit zijn stalen frames, zowel de deur zelf als het kozijn, die in het werk worden volgestort met beton, zodat de deuren eenzelfde stralingswering hebben als de aansluitende wanden. Constructieve uitwerking Omdat het vervormingsgedrag van het Ima - ging Center en het Research en Diagnostiek Centrum heel anders is dan het gedrag van het tussengelegen atrium (beide gebouwen zullen door de hogere belasting veel meer zakken), is het atrium met de onderliggende kelder gedilateerd van beide gebouwen. Ge- zien de kostbare apparatuur die er in de kelder staat opgesteld, is er veel aandacht besteed aan deze dilataties, zowel tijdens ontwerp als uitvoering. De dilataties zijn ontworpen met een dubbel dilatatieprofiel, die elk van beide de vervorming en water- druk aan kunnen. Mocht één van beide falen, dan is altijd de andere nog in tact. Om er zeker van te zijn dat de aansluitingen correct werden uitgevoerd, heeft Royal 7 Kelder cyclotronbunkers 8 Stalen bunkerdeuren gemonteerd op het werk 9 Veld met RVS bovenwapening 7 8 9 CEMENT 4 2020 ?11 HaskoningDHV samen met het dagelijks toezicht voorafgaand aan de stort alle dila - tatieprofielen en wapening in het werk gecontroleerd. RVS wapening? In de nabijheid van MRI's moeten staalhoeveelheden worden beperkt, omdat deze een negatieve invloed hebben op het verkregen beeld. Dit betekent dat er eisen zijn gesteld aan de maximale wape- ningshoeveelheden in de vloer. Bovendien verschilden deze eisen sterk per leverancier. Om er zeker van te zijn dat het Imaging Cen - ter geschikt is voor apparatuur van verschil - lende fabrikanten, zijn in het ontwerptraject gesprekken gevoerd met diverse leveran - ciers. Op basis hiervan is besloten om op en - kele locaties de bovenwapening uit te voeren in niet-magnetische RVS wapening (foto 9). Op deze manier waren de staalhoeveelheden voor alle leveranciers voldoende laag om geen verstoringen van de MRI's te krijgen. Ponswapening? Gezien de hoge vloerbelas- tingen en het niet toepassen van kolomkop- pen, moest de vloer ter plaatse van de kolom worden voorzien van ponswapening. Met het oog op een eenvoudige uitvoering is er- voor gekozen om deuvelstrips toe te passen in plaats van beugelwapening. Uitvoering bunkers? Om uitstraling aan de omgeving tijdens producties te voorkomen, zijn de cyclotrons geplaatst in betonnen bunkers met een wanddikte tot maximaal 1,6 m. In relatie tot de straling was het van belang de scheurvorming te minimaliseren. Door middel van het beheersen van het bindmiddelgehalte en type van bindmidde- len is de maximaal te bereiken temperatuur als gevolg van hydratatie zoveel mogelijk be- perkt. Het gekozen mengsel bezit een zo laag mogelijk bindmiddelgehalte (280 kg/m³), zo- danig dat het beton nog verwerkbaar is bij relatief lage watercement-factor, nodig voor de hoge sterkte. Voor het betonmengsel is gekozen voor een optimale dosering van cement, hoogovenslak en vliegas. Als gevolg van hydratatie zal een dik - wandig element in de kern meer opwarmen dan aan de buitenschil. In het geval van dik - wandige elementen is het mogelijk dat door een inwendig temperatuurverschil het ele- ment ongecontroleerd scheurt. Dit is voor- komen door de bekisting pas te verwijderen nadat het verschil tussen de maximale tem - peratuur in de kern van de constructie en buitentemperatuur niet groter was dan 20 0C. Daarnaast is er door de aannemer voor gekozen 'stortkokers' in het beton in te storten die als stortonderbrekingen funge- ren (fig. 10). Hiermee wordt, op deze locatie, een scheurinleider gecreëerd. Tijdens het afkoelen van de wandsectie kan de wand vrij vervormen bij de koker (zwakste doorsne- de). Hier ontstaat dan mogelijk een scheur in de schil van de wand. De stortonderbre- king bestaat uit ruitvormige koker(s), groot 400 x 400 mm² of 200 x 200 mm², opge- bouwd uit een wapeningskorf omhuld met stremgaas die, nadat het beton is afgekoeld en de grootste verharding heeft plaatsgevon - den, worden afgevuld met beton. Eventuele scheurvorming kon vervolgens worden ge- injecteerd. Top van de wereld Met de realisatie van het Amsterdam UMC Imaging Center is er handen en voeten gege- ven aan de ambitie om tot de top van de we- reld te behoren op het gebied van medische beeldvormende technieken. Aan deze mijl - paal is een lange en intensieve samenwer- king voorafgegaan tussen opdrachtgever, ge- bruikers, ontwerpers en bouwers. Dit alles met het doel om patiënten in de toekomst sneller en gerichter te kunnen behandelen. Het Imaging Center is april 2019 opgeleverd en is op 31 oktober 2019 officieel geopend. In de 1,6 m dikke wanden van de kokers zijn stort­ kokers ingestort, waarmee een scheurinleider is gecreëerd koker 400x400 koker 200x200 (boven deursparing) 10 Doorsnede een van de bunkers met stortkokers zichtbaar 10 12? CEMENT 4 2020