De ontwikkeling van slanke hoogbouw is internationaal gezien een duidelijke trend. IMd Raadgevende Ingenieurs ziet ook voor de Nederlandse bouw veel potentie voor slankere en lichtere hoogbouw. De transitie naar een meer duurzame bouwsector in combinatie met de huidige woningnood kunnen hiervoor een katalysator zijn. Om tot haalbare ontwerpen te komen zijn oplossingen nodig om de effecten van dynamische windbelastingen te verminderen. Uit een afstudeeronderzoek aan de TU Delft blijkt dat het gebruik van dempers hierin een rol kan spelen.
1 Hoogbouw New York, met in het midden de Steinway Tower, 's werelds slankste wolkenkrabber
1
54? CEMENT 4 20 22
De ontwikkeling van steeds hoge-
re en zwaardere torens is uit het
oogpunt van duurzaamheid, ma-
teriaalgebruik en bouwkosten
geen toekomstbestendige manier
van bouwen.
Lichte en slanke hoogbouw
is hiervoor een interessant alternatief. De
voordelen van slankere torens, met een
grotere hoogte-breedteratio (h/b > 6), zijn
meervoudig. Allereerst bieden gebouwen
met een kleinere plot kansen om efficiënter
met schaarse bouwgrond om te gaan. Daar-
naast zorgen gebouwen met een slanker
silhouet voor minder horizonvervuiling,
schaduwhinder en windoverlast in de omge- ving. Dit verbetert het stedelijk leefklimaat
rondom hoogbouw en resulteert in minder
weerstand vanuit omwonenden en overhe-
den. Ook hebben slanke torens een relatief
groter geveloppervlak ten opzichte van het
vloeroppervlak, waardoor eenvoudiger wordt
voldaan aan de eisen met betrekking tot
daglichtinval. Als deze slankere torens daar-
naast minder zwaar worden uitgevoerd dan
traditionele gebouwen, nemen de voordelen
verder toe. Lichtgewicht torens resulteren
in besparingen op bouwmaterialen en verei-
sen een minder zware fundering. Dit wordt
steeds belangrijker met de huidige schaarste
aan materialen en de wens om het RENS VAN LIEROP
Constructeur
IMd Raadgevende Ingenieursauteur
Kansen voor dempers
in Nederlandse hoogbouw
De ontwikkeling van slanke hoogbouw is internationaal gezien een duidelijke trend.
IMd Raadgevende Ingenieurs ziet ook voor de Nederlandse bouw veel potentie voor slankere en lichtere hoogbouw. De transitie naar een meer duurzame bouwsector in combinatie met
de huidige woningnood kunnen hiervoor een katalysator zijn. Om tot haalbare ontwerpen
te komen zijn oplossingen nodig om de effecten van dynamische windbelastingen te
verminderen. Uit een afstudeeronderzoek aan de TU Delft blijkt dat het gebruik van dempers hierin een rol kan spelen.
Mogelijkheden van tuned mass dampers onderzocht in afstudeerstudie TU Delft
CEMENT 4 2022 ?55
CO?-gebruik in de bouw te verminderen. Alle
reden dus om de ontwikkeling van slanke en
lichte hoogbouw te stimuleren.Het ontwerp van dit soort constructies
biedt voor een constructeur echter een be-
langrijke uitdaging: hoe slanker en lichter
een gebouw, hoe groter de gevoeligheid voor
dynamische windbelastingen. Hierdoor
kunnen windtrillingen en versnellingen het
maatgevende ontwerpcriterium worden.
Doelgerichte oplossingen zijn dan nodig om
hinder terug te brengen tot een acceptabel
niveau. Internationaal zijn er positieve erva-
ringen met het gebruik van dynamische
dempers in torens. Ook voor Nederlandse
hoogbouw biedt het gebruik van dempers
kansen. In het in dit artikel beschreven af-
studeeronderzoek is onderzocht hoe en
wanneer dempers ook in Nederland effectief
en efficiënt kunnen worden toegepast.
Versnellingen in gebouwen
Elke constructeur is bekend met de ontwerp-
criteria voor sterkte en vervormingen: een
g
ebouw moet voldoende sterk (UGT) en stijf
(BGT) zijn. Er bestaat daarnaast nog een derde
ontwerpcriterium: optredende versnellingen
en trillingen moeten worden beperkt (BGT).
Deze versnellingen zijn een gevolg van dyna -
mische windbelastingen waardoor een ge-
bouw in trilling kan raken. Deze versnellingen
zijn niet g
evaarlijk voor de draagconstructie,
maar ze kunnen wel leiden tot (ernstige) hin -
der voor de gebruikers.
Een gebouw is in principe altijd in be-
weging, lage versnellingen zijn voor mensen
echter niet voelbaar en leiden dus niet tot
problemen. Als de optredende versnellingen
echter te groot worden en een bepaalde
drempelwaarde overschrijden, kan dit wel
leiden tot problemen. Dit uit zich in discom-
fort, angst, concentratieproblemen, balans-
problemen en klachten lijkend op zeeziekte.
Het is de taak van de constructeur om te
zorgen dat de versnellingen binnen de limie-
ten van de norm blijven en dit soort proble-
men worden voorkomen. Voor de huidige
Nederlandse hoogbouw is het beperken van
versnellingen slechts zelden het maatgevende
ontwerpcriterium. Voor slankere en lichtere
torens verandert dit.
Ontwerpen met versnellingen
Om de versnellingen van een gebouw te be-
perken zijn er in essentie drie constructieve
knoppen om aan te draaien:
het verhogen van de massa;
het verhogen van de stijfheid;
het verhogen van de demping.
Verhogen van massa of stijfheid ? Door het
sterk verhogen van de massa of de stijfheid
worden de dynamische eigenschappen van
het gebouw zoals de eigenfrequentie beïn-
vloed, waardoor het gebouw minder gevoelig
wordt voor dynamische problemen en de
optredende versnellingen dus verminderen.
Dit zijn beide effectieve en simpele ontwerp-
oplossingen, echter zijn ze niet efficiënt wat
betreft materiaalgebruik en duurzaamheid.
Deze oplossingen staan daarmee haaks op
de voordelen van slanke en lichte hoogbouw.
Hier komt bij dat voor houten hoogbouw het
verhogen van de massa en stijfheid vaak
geen haalbare optie is.
Verhogen demping? De derde optie om ver-
snellingen te reduceren is het verhogen van
de hoeveelheid demping. Demping is een
dynamische eigenschap van een gebouw die
iets zegt over hoe snel bewegingsenergie
wordt omgezet in andere energievormen,
zoals warmte. Hoe hoger de demping, hoe
minder gevoelig een gebouw is voor dynami-
sche problemen. Elk gebouw bevat van nature een be-
paalde hoeveelheid demping, dit wordt de
initiële demping genoemd. Deze initiële dem -
pingratio ligt in de orde van 1%. Voor de meeste
gebouwen is dit genoeg om problemen met
dynamica te voorkomen. Bij slankere en lich -
tere gebouwen is de initiële demping echter
niet altijd meer voldoende om de versnellin -
gen tot een acceptabel niveau te reduceren.
In dergelijke gevallen kan de demping
kunstmatig worden verhoogd met behulp
van geïnstalleerde dempers. Dit kost minder
bouwmateriaal dan het verhogen van de
stijfheid en massa en heeft een zelfde effect
op de versnellingen. Daarnaast wordt door
de kunstmatige toevoeging van demping de
afhankelijkheid van de initiële demping
vermindert. Een juiste voorspelling van de
initiële hoe
veelheid demping in een gebouw
AFSTUDEERONDERZOEK
Dit artikel is gebaseerd op het afstu-
deeronderzoek 'The opportunities of
supplementary damping systems in
Dutch high-rise buildings', dat Rens
van Lierop uitvoerde op de TU Delft,
fac. CiTG, in samenwerking met IMd
Raadgevende Ingenieurs. Het bijbe-
horende rapport is beschikbaar op
repository.tudelft.nl. In de afstudeer-
commissie hadden zitting: dr.ir. Karel
Terwel (TU Delft), dr. Alice Cicirello
(TU Delft), ir. Roy Crielaard (TU Delft),
ir. Remko Wiltjer (IMd Raadgevende
Ingenieurs) en ir. Rob Treels (IMd
Raadgevende Ingenieurs).
56? CEMENT 4 20 22
is namelijk lastig [1]. TNO doet hier in het
HiViBE-consortium onderzoek naar (zie
Cement-artikel 'HIVIBE ? Monitoring van
trilling
en in hoogbouw'). Door dempers toe te
voegen bepaalt de constructeur zelf de hoe -
veelheid demping en kan deze veel preciezer
w
orden gestuurd. Dit vermindert risico's en
reduceert de noodzaak voor grote onzeker -
heidsmarges, waardoor er efficiënter kan
w
orden geconstrueerd. Het toepassen van
een demper is een efficiënte ontwerpoplos -
sing, maar vaagt wel om een ontwerpproces
w
aarin dynamica een prominentere rol krijgt.
Kansen voor dempers
Het afstudeeronderzoek bestond uit twee
fases. Tijdens de eerste fase is onderzocht
onder welke randvoorwaarden versnellin -gen het maatgevende ontwerpcriterium
zijn. Hiermee kon inzicht worden verkregen
in wat voor type gebouwen dempers effici
-
e
nt kunnen worden toegepast. Hiervoor is
met behulp van een parametrisch eindig-
elementenmodel een studie uitgevoerd
naar de dynamische eigenschappen van
een fictieve toren. Dit model is opgezet in
Grasshopper, een parametrische omgeving
in Rhinoceros 3D. Het model beschouwt een
slanke toren met een geschoorde stalen
kern en verschillende type vloeren (fig. 2).
Verschillende eigenschappen konden in dit
model worden gevarieerd, zoals de hoogte,
massa, stijfheid en demping. Deze parame-
ters zijn weergeven in tabel 1. Met dit model
konden ruim 6500 gebouwvarianten worden
gemodelleerd en onderzocht.
2 2D-model van de onderzochte toren in Grasshopper
Voor 6500
gebouwvarianten
is automatisch
een constructie
gegenereerd,
waarvan de
dynamische
eigenschappen
zoals massa,
eigenfrequentie
en stijfheid en
resulterende
versnellingen
zijn bepaald
2
Tabel 1?gehanteerde parameter voor de onderzochte toren
Eigenschap HoogteVloermassaHorizontale vervormings limiet
(stijfheid) Type constructie
Totale demping ratio
Onderzochte parameters 60 ? 130 m 300 ? 1000 kg/m² 1/200 ? 1/800 * hoogte Met en zonder outrigger 1,0 % ? 4,0 %
Variabele
hoogte Outriggerja / nee
3,3 m
7 m 7 m 7 m
CEMENT 4 2022 ?57
3
3 Voorbeeld van een ontwerpgrafiek voor een 100 m hoog gebouw
Gezien het grote aantal varianten was het
niet mogelijk om voor elke variant handma-
tig een constructie te construeren. Dit pro-
ces is daarom geautomatiseerd met behulp
van de cross-section optimisation tool uit
Karamba3D, een plug-in voor Grasshopper.
Deze tool is in staat om voor alle elementen
uit de constructie een passend profiel te
vinden dat voldoet aan de opgegeven sterkte
en vervormingseisen. Hiermee kon voor
elke set van parameters een realistische
constructie worden gegenereerd, waarvan
de dynamische eigenschappen, zoals massa
en de eigenfrequentie, vervolgens konden
worden bepaald. Voor elke variant zijn hier-
mee de windversnellingen bepaald met de
methodiek uit de Eurocode (NEN 1991-1-4).
Door de dempingratio te variëren konden
kansen en mogelijkheden voor het toepas-
sen van een demper worden geïdentifi -
ceerd.
Maatgevende ontwerpgrafieken
De data uit het onderzoek is geanalyseerd
en gevisualiseerd in een soort ontwerpgra-
fieken, waarmee voor de verschillende para -
meterconfiguraties kansen voor dempers
inzichtelijk zijn gemaakt. Deze grafieken
tonen voor verschillende gebouwen welk van de drie constructieve eisen maatgevend
is: sterkte, vervormingen of versnellingen.
Voor gebouwen waarbij de versnellingen
maatgevend zijn, liggen er kansen voor
dempers. Figuur 3 geeft een voorbeeld van
zo'n grafiek, toegelicht in het kader 'Toepas-
sing grafieken'.
Met behulp van de grafieken zijn in
het onderzoek conclusies getrokken over de
toepasbaarheid van dempers. Uit deze ana-
lyse bleek dat dempers in ieder geval kansen
bieden voor:
volledig houten hoogbouw;
torens met een relatief licht vloersysteem
rond de 500 kg/m² en een relatief lage stijf-
heid (horizontale vervormingslimiet rond
1/500 van de hoogte);
torens met een zeer licht vloersysteem
rond de 300 kg/m² en een standaard stijf-
heid (horizontale vervormingslimiet van
1/800 van de hoogte). Voor alle onderzochte parameters
blijkt een verhoging van de dempingratio tot
tussen de 1% en 4% genoeg om de versnellin-
gen voldoende te beperken. Een dergelijke
toename van de demping is goed te realise-
ren door het toepassen van een demper [2]. De ontwikkelde grafieken kunnen ook
worden gebruikt om de invloed van con-
VIDEO'S
Op Cementonline staan enkele
filmpjes met voorbeelden wat
het effect is van diverse maat-
regelen op het dynamische
gedrag.
58? CEMENT 4 20 22
structieve keuzes inzichtelijk te maken in
een vroeg ontwerpstadium. Met alleen al
een grove bepaling van de stijfheid en de
massa kan de gevoeligheid van een gebouw
voor de winddynamica worden afgetast. Met
behulp van de grafieken kunnen verschil-
lende ontwerpopties en eventuele besparin-
gen gemakkelijk worden onderzocht. Het gebruik van een tuned mass
damper
In de tweede fase van het onderzoek is on-
derzocht wat de praktische implicaties zijn
van het toepassen van een demper. Er be-
staan verschillende soorten dempers, zoals
tuned mass dampers, viskeuze dempers en
visco-elastische dempers. In dit onder-
4
Met tuned mass
dampers (TMD's)
wordt een massa-
veersysteem toe-
gevoegd waarmee
energie vanuit het
gebouw wordt
overgedragen
naar de massa
van de demper
en de beweging
van het gebouw
wordt gedempt
4 Tuned mass damper in de Tapei 101, foto: Wikimedia Commons / Armand du Plessis
TOEPASSING GRAFIEKEN
De grafiek uit figuur 3 geeft een overzicht van de maatgevende ontwerpcriteria voor een
toren van 100 m hoog. De x-as representeert de massa, inzichtelijk gemaakt aan de hand
van de vloermassa. De y-as representeert de stijfheid van een toren, aan de hand van het
horizontale vervormingslimiet. De markers in de figuur geven aan welk ontwerpcriterium
maatgevend is. Bij de groene markers is de sterkte of de stijfheid maatgevend. Voor de
geel/rode geldt dat de versnelling maatgevend is. De groene markers tonen bijvoorbeeld
dat bij een hoge vloermassa (bijvoorbeeld massieve betonvloer, 800 kg/m²) en een hoge
stijfheid (vervormingslimiet 1/800 · hoogte) de beperking van de horizontale vervormingen
het maatgevende criterium is. In dat geval hoeven dus geen extra maatregelen te worden
genomen om te voldoen aan de versnellingslimieten. Dit is in lijn met wat we verwachten
van een zware, stijve toren van 100 m hoog. Hier tegenover staan de varianten met oranje-
kleurige markers. Voor deze lichtere en minder stijve gebouwen wordt de dynamica het
maatgevende criterium. In dit soort situaties heeft de constructeur twee opties. Optie 1:
de stijfheid en massa van het gebouw verhogen, zodat tot het ontwerp alsnog eindigt in
de groene zone. Optie 2: de dempingratio verhogen door het toepassen van een demper.
In de legenda staat aangegeven tot welke waarde de dempingratio hiervoor moet wor-
den verhoogd. Deze laatste optie heeft wat betreft duurzaamheid de voorkeur.
CEMENT 4 2022 ?59
zoek lag de focus op het toepassen van een
tuned mass damper (TMD), internationaal
het meest gebruikte type demper voor wind-
dynamica.Bij het toepassen van een TMD wordt
een blok met een grote massa in het gebouw
geplaatst. Deze massa kan gedeeltelijk vrij
bewegen onder de invloed van wind. Hier-
mee wordt energie uit het gebouw geabsor-
beerd. De bekendste toepassing van een
TMD bevindt zich in de Tapei 101 (foto 4),
ooit het hoogste gebouw ter wereld. In de
Tapei 101 is de demper uitgevoerd als een
pendulum over meerdere verdiepingen.
Voor lagere gebouwen is het echter voldoen-
de om een TMD uit te voeren als een blok
massa op een enkele verdieping (foto 5).
De massa voor een TMD kan worden ge-
maakt uit staal of beton en moet liggen in de
orde van 1% van de totale gebouwmassa om
effectief te zijn. Deze massa is met veren of
met een pendulum verbonden aan de hoofd -
draagconstructie en moet horizontaal vrij
kunnen bewegen. Hiermee wordt een massa-
veersysteem met 1 vrijheidsgraad toegevoegd
aan het gebouw (foto 5, fig. 6). De massa en
veerstijfheid van dit systeem moeten zo
worden gekozen dat de eigenfrequentie
overeenkomt met de eerste eigenfrequentie
van het gebouw. De werking van een TMD is als volgt:
ten gevolge van dynamische windbelasting
zal een gebouw in trilling worden gebracht.
De grootste trillingsreactie in het gebouw
treedt op rondom de eigenfrequentie. Deze
beweging van het gebouw werkt op de dem-
per als een ritmische opgelegde verplaat- sing, in het ritme van de eigenfrequentie.
Doordat de eigenfrequentie van de demper
gelijk wordt gekozen aan de eigenfrequentie
van het gebouw, treedt er door deze ritmi-
sche aandrijving resonantie op in de demper.
De massa van de TMD wordt hierdoor in
beweging gebracht. Tijdens dit proces wordt
energie vanuit het gebouw overgedragen
naar de massa van de demper. De energie
wordt tijdelijk in de massa van de TMD ge-
concentreerd en vervolgens als warmte aan
de omgeving afgedragen, bijvoorbeeld via
wrijving. Hiermee verdwijnt de energie uit
de constructie en worden de trillingen en
daarmee gepaard gaande versnellingen
gedempt. Dit alles gebeurt mechanisch, er
komen geen elektrische systemen aan te pas.
Met behulp van een TMD is het moge-
lijk om de dempingratio van een gebouw te
verhogen tot een waarde van zeker 5% [2].
Voor alle gebouwen uit de hiervoor beschre-
ven parameterstudie bleek de versnelling
afdoende te kunnen worden verminderd. Belangrijk om op te merken is dat een
TMD geen rol speelt (en mag spelen) in de
veiligheidsstrategie van een gebouw in de
uiterste grenstoestand. Het enige doel van
de demper is om hinderlijke versnellingen
te minimaliseren, wat wordt beschouwd als
een criterium voor de bruikbaarheidsgrens-
toestand. Er worden door het gebruik van
een TMD dus geen extra risico's geïntrodu-
ceerd op het gebied van veiligheid.
Ontwerpen met een TMD
Het toepassen van een TMD voegt complexi-
teit toe aan het constructief ontwerp. Het is
aan te bevelen hiervoor samen te werken
5 6
5 Voorbeeld van een tuned mass damper in een gebouw, bron: Gerb
6 Schema van een gebouw met TMD: een massa-veersysteem met 1 vrijheidsgraad 60? CEMENT 4 20 22
met een gespecialiseerde partij of leveran-
cier. Wel is het als constructeur belangrijk
om inzicht te hebben in de praktische impli-
caties van het gebruik en ontwerp van een
demper. Hiervoor zijn verschillende bena-
deringen mogelijk.Een eerste inschatting van het gedrag
van een gebouw met demper kan worden
verkregen met de windformules uit de Euro-
code. De hoeveelheid demping die nodig is
om de versnellingen te beperken tot een
acceptabel niveau, kan worden gevonden
door de dempingsparameter uit de versnel-
lingsformule te variëren. Met behulp van
vuistregels en ontwerpformules, zoals bij-
voorbeeld beschreven in het boek 'Introduc- tion to Structural Motion Control' [3], kan
vervolgens een inschatting worden gemaakt
van de benodigde eigenschappen van een
TMD, zoals massa en stijfheden. Met deze
gegevens kan al in een vroeg stadium wor-
den afgewogen of het gebruik van een dem-
per kansen biedt. In een latere fase kan het
systeem samen met een demperspecialist
verder worden uitgewerkt.
Met de formules uit de Eurocode is het
niet mogelijk het dynamische gedrag van
een gebouw met een demper precies te mo-
delleren en onderzoeken. Tijdens het afstu-
deeronderzoek was daarom een diepgaan-
dere dynamische analyse noodzakelijk.
Hiervoor is de theorie van random vibra-
Met een TMD is
het mogelijk om
de dempingratio
van een gebouw
te verhogen tot
een waarde van
zeker 5%
7
8
7 Voorbeeld van een dynamisch wind respons spectrum van een gebouw met en zonder TMD
8 Effect van een TMD voor verschillende TMD-massa's (percentage t.o.v. de gebouwmassa) bij een referentie gebouw van 100 m
hoog, uitgezet tegen de versnellingslimieten uit de Eurocode CEMENT 4 2022 ?61
ties [4] toegepast. Dit is de theorie achter de
formules uit Eurocode. Hiermee was het
mogelijk om het dynamisch gedrag van een
gebouw met en zonder TMD inzichtelijk te
maken, met als resultaat een dynamisch
responsspectrum van een gebouw. Figuur 7
toont hiervan een voorbeeld. Voor de variant
zonder TMD is duidelijk een piek waar-
neembaar in het dynamische gedrag bij de
eerste eigenfrequentie van het gebouw. In de
variant met TMD is deze piek grotendeels
afgevlakt, wat resulteert in een flinke ver-
mindering van de optredende versnellingen.
Deze reductie van de versnellingen met een
TMD is inzichtelijk gemaakt in figuur 8.
Praktische aspecten
Bij het ontwerp van een TMD is een con-
structeur gebonden aan verschillende rand-
voorwaarden. De eigenfrequentie van de demper
moet gelijk zijn aan de eigenfrequentie van
het gebouw, de massa van de TMD kan niet
te zwaar worden gekozen en de maximale
toegestane verplaatsing van de demper is
afhankelijk van de fysiek beschikbare ruim-
te in de toren. Een andere belangrijke ont-
werpparameter is daarnaast de locatie van
de TMD. Een TMD is het meest effectief op
de hoogste verdiepingen van het gebouw.
Het is mogelijk om een TMD te plaatsen op
een lagere verdieping, bijvoorbeeld om het
penthouse te ontzien. In dat geval is er wel
meer massa en ruimte nodig om hetzelfde
dempende effect te genereren. Het is aan de
ontwerper om hierin een afweging te maken. De kosten voor een TMD in een gemiddelde
toren zullen liggen in de orde van grootte
van één tot enkele honderd duizenden euro's.
De kosten worden voornamelijk bepaald
door de materiaalkosten, het ruimtegebruik
en de ontwikkelkosten. In een case study
naar het oorspronkelijke ontwerp van de
150 m hoge Baantoren bleek het mogelijk
om met het toepassen van een demper bijna
? 300.000 aan materiaalkosten te besparen
ten opzichte van een ontwerp waarin de
stijfheid werd verhoogd. De implementatie
van een TMD resulteerde daarnaast in een
geschatte vermindering van de CO?-uitstoot
met ruim 80 ton. Voor gebouwen die gevoeli-
ger zijn voor dynamica zijn de voordelen
vermoedelijk nog groter.
Kansen in Nederland
Het afstudeeronderzoek heeft aangetoond
dat er ook in Nederland kansen liggen in de
ontwikkeling van slanke en lichte hoogbouw
door dempers toe te passen. Het overwegen
van dempers is een ontwerpoplossing die
bij dynamisch gevoelige hoogbouw min -
stens net zo veel aandacht behoeft als het
simpelweg verhogen van de stijfheid of de
gebouwmassa. Enerzijds kan er met dem -
pers worden bespaard op materialen, uit-
stoot en kosten. Anderzijds kunnen dem -
pers een noodzakelijke toevoeging zijn om
in de toekomst lichtere en slankere hoog -
bouw technisch haalbaar te maken. Dem -
pers zijn hiermee een mooie toevoeging
aan de ontwerptoolkit van de Nederlandse
constructeur.
LITERATUUR
1?Geurts, C., Bentum, C. van, Sanchez,
S., Dijk, S. van, Demping hoogbouw
voorspeld. Cement 2015/3.
2?Smith, R.J. & Willford, M.R. (2007), The
damped outrigger concept for tall
buildings.
3?Connor, J.J. (2003), Introduction to
Structural Motion Control.
4?Dyrbye, C. & Hansen, S.O. (1997),
Wind loads on structures.
9
9 Impressie van de Baantoren in Rotterdam, bron: Powerhouse Company 62? CEMENT 4 20 22
Afstudeeronderzoek
Dit artikel is gebaseerd op het afstudeeronderzoek ‘The opportunities of supplementary damping systems in Dutch high-rise buildings’, dat Rens van Lierop uitvoerde op de TU Delft, fac. CiTG, in samenwerking met IMd Raadgevende Ingenieurs. Het bijbehorende rapport is beschikbaar op repository.tudelft.nl. In de afstudeercommissie hadden zitting: dr.ir. Karel Terwel (TU Delft), dr. Alice Cicirello (TU Delft), ir. Roy Crielaard (TU Delft), ir. Remko Wiltjer (IMd Raadgevende Ingenieurs) en ir. Rob Treels (IMd Raadgevende Ingenieurs).
De ontwikkeling van steeds hogere en zwaardere torens is uit het oogpunt van duurzaamheid, materiaalgebruik en bouwkosten geen toekomstbestendige manier van bouwen. Lichte en slanke hoogbouw is hiervoor een interessant alternatief. De voordelen van slankere torens, met een grotere hoogte-breedteratio (h/b > 6), zijn meervoudig. Allereerst bieden gebouwen met een kleinere plot kansen om efficiënter met schaarse bouwgrond om te gaan. Daarnaast zorgen gebouwen met een slanker silhouet voor minder horizonvervuiling, schaduwhinder en windoverlast in de omgeving. Dit verbetert het stedelijk leefklimaat rondom hoogbouw en resulteert in minder weerstand vanuit omwonenden en overheden. Ook hebben slanke torens een relatief groter geveloppervlak ten opzichte van het vloeroppervlak, waardoor eenvoudiger wordt voldaan aan de eisen met betrekking tot daglichtinval. Als deze slankere torens daarnaast minder zwaar worden uitgevoerd dan traditionele gebouwen, nemen de voordelen verder toe. Lichtgewicht torens resulteren in besparingen op bouwmaterialen en vereisen een minder zware fundering. Dit wordt steeds belangrijker met de huidige schaarste aan materialen en de wens om het CO2-gebruik in de bouw te verminderen. Alle reden dus om de ontwikkeling van slanke en lichte hoogbouw te stimuleren.
Het ontwerp van dit soort constructies biedt voor een constructeur echter een belangrijke uitdaging: hoe slanker en lichter een gebouw, hoe groter de gevoeligheid voor dynamische windbelastingen. Hierdoor kunnen windtrillingen en versnellingen het maatgevende ontwerpcriterium worden. Doelgerichte oplossingen zijn dan nodig om hinder terug te brengen tot een acceptabel niveau.
Internationaal zijn er positieve ervaringen met het gebruik van dynamische dempers in torens. Ook voor Nederlandse hoogbouw biedt het gebruik van dempers kansen. In het in dit artikel beschreven afstudeeronderzoek is onderzocht hoe en wanneer dempers ook in Nederland effectief en efficiënt kunnen worden toegepast.
Reacties