Afstudeerrapport BV/MSEng
-
Upload
hoangkhanh -
Category
Documents
-
view
268 -
download
3
Transcript of Afstudeerrapport BV/MSEng
Afstudeerrapport BV/MSEng Het Onderwijscentrum Noordwestcluster te Utrecht
“artist impression van Ector Hoogstad Architecten”
Project:
OWC Noordwestcluster Utrecht
Opdrachtgever:
Universiteit Utrecht
Afstudeerbegeleider:
Dhr. ir. E. Holla
opgesteld door
:
Youness Lyousoufi
Studienummer : 15298
Datum : 01-10-2013
Rapportnummer
:
R-01
Pagina’s
:
50 pagina’s
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 2
INHOUDSOPGAVE
1. Onderwerp ........................................................................................................................ 4 2. Probleemstelling ................................................................................................................ 5
3. Uitgangspunten ................................................................................................................. 6 3.1 Uitgangspunten architect gebouw afmetingen en materialisatie ............................................... 6 3.2 Uitgangspunten constructief ................................................................................................... 7
4. Overzicht ontwerpvarianten ............................................................................................ 9 4.1 Criteria optimaal ontwerp ....................................................................................................... 9 4.2 Overzicht variant 1 tot en met 3 ............................................................................................. 9 4.3 Globale stabiliteitsberekening ................................................................................................11
5. Variant 1: kern................................................................................................................ 12 5.1 Belastingen en snedekrachten ................................................................................................12 5.2 Berekening wringend moment ...............................................................................................13 5.3 Vervorming gebouw (BGT) ..................................................................................................14 5.4 Sterkte kern (UGT) ...............................................................................................................15 5.5 Windbelasting evenwijdig aan de letterassen .........................................................................16
6. Variant 2: kern met stabiliteitsverband ......................................................................... 17 6.1 Belastingen en snedekrachten ................................................................................................17 6.2 Vervorming gebouw (BGT) ..................................................................................................18
6.2.1 Vervorming stabiliteitselementen ................................................................................. 19 6.2.2 Koppeling stabiliteitselementen .................................................................................... 20
6.3 Sterkte kern (UGT) ...............................................................................................................21 6.4 Sterkte vakwerk (UGT) .........................................................................................................21
7. Variant 3: gevelbuis ........................................................................................................ 22 7.1 Belastingen en snedekrachten ................................................................................................22 7.2 Vervorming gevelbuis ...........................................................................................................23 7.3 Berekening volgens Ac2 methode .........................................................................................23 7.4 Berekening raamwerk model .................................................................................................25 7.5 Sterkte kolom (UGT) ............................................................................................................25
8. Vloerenvarianten ............................................................................................................ 26 9. Ontwerpvarianten ........................................................................................................... 29
9.1 Variant 1: kern ......................................................................................................................29 9.2 Variant 2: kern met stabiliteitsverband...................................................................................31 9.3 Variant 3: gevelbuis ..............................................................................................................33 9.4 Keuze ontwerpvariant ...........................................................................................................35
10. Definitief ontwerp. .......................................................................................................... 36 10.1 Uitgangspunten belastingen ...................................................................................................36 10.2 Gewichtsberekening: .............................................................................................................37 10.3 Uitgangspunten stabiliteitsberekening: ..................................................................................39 10.4 3D-berekening van het gebouwmodel ....................................................................................40 10.5 Wapeningsberekening van enkele constructie elementen. ......................................................44 10.6 Beschouwing 2e draagweg van het gebouw ...........................................................................45 10.7 Werkplan voor het stabiliteitsvakwerk. ..................................................................................47
11. Conclusie: ........................................................................................................................ 50 Literatuurlijst: ....................................................................................................................................50
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 3
Voorwoord:
Dit rapport moet gelezen worden als afstudeerwerk, ter afronding van de opleiding ‘Betonconstructeur
BV / MSEng’ gegeven door de betonvereniging. Positieve beoordeling van dit rapport in combinatie met
het behalen van de vereiste tentamens geeft recht op het voeren van de titel MSEng (Master of Structural Engineering) dat te vergelijken is met het niveau van ir of MSc (Master of Science). Deze titel wordt
verleend door de TU Delft. Dit rapport had niet tot stand kunnen komen zonder de onvoorwaardelijke steun van mijn vrouw Amal,
die de afgelopen jaren vele weekeinden en avonden heeft moeten doorbrengen met een in zijn boeken of laptop verstopte echtgenoot. Ook wil ik mijn dochter Lina bedanken voor het niet al te kort maken van de
nachten ten tijde van tentamens en inleverdata.
Verder wil ik mijn werkgever Pieters Bouwtechniek Haarlem bedanken voor de mogelijkheid die zij mij
hebben geboden om deze opleiding te kunnen volgen.
Ten slotte dank aan Eddy Holla voor zijn rol als afstudeerbegeleider. Leiden, 01 oktober 2013
Youness Lyousoufi
Samenvatting:
Dit rapport behandelt het constructief ontwerp van het nieuw te bouwen universiteitsgebouw OWC
Noordwestcluster te Utrecht. Dit constructief ontwerp is een uitwerking van de probleemstelling als
beschreven in het voorstel afstudeeropdracht:
Hoe kan een optimaal constructief ontwerp worden gemaakt voor de toren van het onderwijscentrum
(OWC). Hierbij dient aandacht te worden besteed aan de krachtswerking van het gebouw, duurzaamheid, economische haalbaarheid en uitvoerbaarheid.
Het rapport is als volgt opgebouwd: - In hoofdstuk 1 wordt het project omschreven.
- In hoofdstuk 2 komt de probleemstelling aan de orde.
- In hoofdstuk 3 worden het programma van eisen met daaruit de architectonische en constructieve
uitgangspunten behandeld. - Hoofdstuk 4 t/m 7 worden de ontwerpvarianten met betrekking tot de krachtswerking van het gebouw
bekeken.
- Het vloersysteem is een belangrijk onderdeel van de totale draagstructuur en daarmee van het gehele bouwsysteem. In hoofdstuk 8 is een vloerenstudie gedaan voor het toe te passen vloersysteem voor het
onderwijscentrum.
- Aan de hand van de ontwerpvarianten uit hoofdstuk 4 t/m 7, wordt er in hoofdstuk 9 een aantal
ontwerpberekeningen gemaakt. Met behulp van aantal ontwerptools wordt er naar de duurzaamheid en kosten gekeken. Ook de uitvoering van de diverse varianten komt aan bod. Een multicriteria analyse
wordt gebruikt om de ontwerpvarianten te wegen. Hieruit volgt het optimaal constructief ontwerp.
- In hoofdstuk 10 wordt het gekozen constructief ontwerp uitgewerkt. Er wordt hier nauwkeurig gekeken naar de krachtwerking van het gebouw, dit door middel van een
3D eindige elementen model. Dit model wordt tevens gebruikt om een aantal constructieve elementen te
wapenen. De detaillering van de constructie komt hierbij aan de orde. Tot slot wordt er gekeken naar de 2e draagweg en komt de uitvoering aan de orde door een op te zetten
werkplan.
- De conclusie van het afstudeerrapport volgt uit hoofdstuk 11
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 4
1. Onderwerp
De Universiteit Utrecht is bezig met de herontwikkeling van het Noordwestcluster van de campus. Eén
van de onderdelen van deze herontwikkeling is de bouw van het Onderwijscentrum. In dit centrum zal o.a. plaats zijn voor:
ca. 2.500 m² leer/project/computerruimten
ca. 6.500 m² laboratorium-onderwijs-faciliteiten
3 collegezalen
fietsenstalling voor ca. 1.650 fietsen
enkele studieverenigingen
Architectonisch ontwerp
Het architectonisch ontwerp is van Ector Hoogstad Architecten. De nieuwbouw bestaat uit een nieuw
achtlaagse "hoektoren" en een verbindend gebouwdeel, de "Loop", die de hoektoren, het Minnaertgebouw en het Buys Ballotgebouw aan elkaar koppelt door middel van een doorgaande verkeersroute rondom een
groene patio. Helderheid, lichtheid en eenvoud zijn de centrale thema's in het ontwerp, ook stelt het
ontwerp hoge standaarden op het gebied van duurzaam bouwen. Bouwsnelheid en flexibiliteit zijn twee belangrijke voorwaarden waaraan de constructie moet voldoen.
Figuur 1.1: Overzicht bouwdelen Figuur 1.2: Fragmenten atrium met trap
Nieuwbouw: “Toren”
In de toren worden de practicumzalen van het lab-onderwijs gehuisvest en een groot gedeelte van de
leer/project/computerruimten en studieverenigingen. Met behulp van de atriumtrappen worden begane grond tot en met de 2e verdieping onderling verbonden. Vanaf de 3e t/m 6e verdieping bevinden zich de
practicumverdiepingen. Vanwege de specifieke eisen zullen 'zware' installatietracés over deze lagen
lopen. Deels boven het verlaagd plafond, deels door de vloer van de practicumzalen zelf. De verdiepingen worden onderling verbonden door een atrium, welke vanuit het dak voor daglichttoetreding zorgt.
Nieuwbouw: “The Loop”
“The Loop” zorgt voor een fysieke verbinding tussen de nieuwbouw en bestaande gebouwen Minnaert en Buys Ballot. De meest duidelijke doorlopen vinden plaats op de 1e verdieping.
De nieuwbouw wordt naast de bestaande bebouwing constructief gedilateerd en zal volledig op zijn eigen
fundering staan.
Voor het uitwerken van de afstudeeropdracht wordt gefocust op de achtlaagse toren. Vooral de uitwerking van de stabiliteit is hier een constructief interessant aspect.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 5
2. Probleemstelling
In dit hoofdstuk wordt de hoofdvraag gesteld, welke de basis vormt voor dit rapport.
De hoofdvraag wordt opgedeeld in kernvragen waarvan de antwoorden leiden tot het antwoord op de hoofdvraag.
Hoofdvraag:
Hoe kan een optimaal constructief ontwerp worden gemaakt voor de toren van het onderwijscentrum (OWC). Hierbij dient aandacht te worden besteed aan de krachtswerking van het gebouw, duurzaamheid,
economische haalbaarheid en uitvoerbaarheid.
Kernvragen:
- Hoe kan het ontwerp geoptimaliseerd worden?
Het ontwerp kan men optimaliseren vanuit verschillende ontwerpdisciplines. Eén daarvan is vanuit het
constructief ontwerp. Het gebouw moet voldoen aan de sterkte, stijfheid en stabiliteit, dit is onder andere vastgelegd in de huidige geldende normen. Het optimaliseren zit in het bereiken van de gewenste sterkte,
stijfheid en stabiliteit met zo min mogelijk materiaal, dus op een zo efficiënt mogelijke manier.
In het ontwerp neemt de stabiliteit hierbij een belangrijk plaats in. De stabiliteit wordt geoptimaliseerd door verschillende ontwerpvarianten met elkaar te vergelijken en te toetsen. Dit wordt getoetst door
vuistregels en handberekeningen. De gekozen variant wordt getoetst door middel van een eindig
elementenmodel.
- Welke optimalisatie van de constructie is er op het gebied van duurzaamheid mogelijk?
De duurzaamheid wordt gemeten met behulp van een duurzaam construeren tool die door IMd is
opgesteld in opdracht van de Technische Commissie Duurzaamheid. Hierbij wordt met behulp van verschillende constructiegegevens de milieubelasting bepaald.
- Welke optimalisatie van de constructie is er op het gebied van kosten mogelijk?
De economische haalbaarheid wordt geoptimaliseerd door een raming van de kosten van de verschillende
varianten en deze met elkaar te vergelijken.
- Hoe kan het gebouw uitvoeringstechnisch worden geoptimaliseerd?
Uitvoeringstechnisch wordt gekeken hoe de verschillende varianten gerealiseerd kunnen worden. Hierbij
is het doel een constructie op te bouwen met een minimale bouwtijd.
Figuur 2.1: Optimaliseren van het ontwerp is de beste oplossing
voor het ontwerp zoeken met de beschikbare middelen die er zijn.
Zo kan duurzaamheid voor hoge kosten zorgen. Ook hogere eisen op
het gebied van krachtswerking kan de bouwsnelheid vertragen.
.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 6
3. Uitgangspunten
Het programma van eisen vormt de basis van het bouwkundig en constructief ontwerp.
Onderstaande uitgangspunten volgen uit het programma van eisen en uit de toelichting bij het schetsontwerp van de architect.
3.1 Uitgangspunten architect gebouw afmetingen en materialisatie
Vanuit het programma van eisen heeft de architect een aantal uitgangspunten gedefinieerd:
De architect streeft er naar om een duurzaam gebouw te ontwerpen, dit wordt bekeken in de
breedste zin van het woord. Men streeft een “eindeloze” levensduur, dus het gebouw moet
gemakkelijk aan te passen zijn aan veranderlijk gebruik. Flexibiliteit is een aspect van
duurzaamheid.
Door het gebouw “stripbaar” te maken kan de gevel in de toekomst worden vervangen wanneer
dit technisch noodzakelijk is, waardoor deze in de toekomst kan worden hergebruikt.
Er wordt gestreefd naar zo min mogelijk obstakels in het interieur die hinderlijk zijn voor
flexibiliteit en naar een minimum aan materiaal verbruik. Voor de hoektoren betekend dit
vloervelden met zo min mogelijk constructieve wanden en kolommen. Wanden worden alleen
daar gebruikt wanneer ze vaste onderdelen van het gebouw omhullen (liften, trappenhuizen).
In het kader van flexibiliteit is voor de begane grond t/m de 2e verdieping gekozen voor vloeren
die flexibele studieplekken toestaan. Dit resulteert in een vloer met een hogere veranderlijke
belasting.
De gevel is dragend in de vorm van een groot aantal (en dus) slanke kolommen.
Men wil een duurzaam verantwoord gebouw ontwerpen door verantwoord energiegebruik. Dit
door zo energiezuinig mogelijk functioneren of zelf energie te genereren. Belangrijkste aspecten
zijn hierbij betonkernactivering en energie-terugwinning op het gebied van verwarming en
koeling (zie bijlage 0.1).
Bij de materiaalkeuze moet er gestreefd worden in de eerste plaats naar het minimaliseren van de
hoeveelheid toe te passen materiaal. Door bijv. een slim en licht vloersysteem te gebruiken,
waarbij de installaties zijn geïntegreerd en ruimteakoestiek gewaarborgd is. Hierdoor zijn
systeemplafonds overbodig.
Het programma van eisen en de uitgangspunten van de architect, zoals hierboven beschreven resulteert in
de volgende stramienmaten en gebouwafmeting:
Gebouwafmetingen: lengte x breedte = 45m x 36m.
Stramien in de cijferassen: 1.8m + 6 x 7.2m.
Stramien in de letterassen: 10.8m -14.4m-10.8m.
Verdiepingshoogte begane grond tot 3e
verdieping 4.8m.
Hoogte 4e verdieping t/m dak: 4.0m afhankelijk
van de gekozen constructie.
Zie bijlage 0.2 voor bouwkundige plattegronden.
Figuur 3.1: Overzicht stramienmaten en gebouwafmeting
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 7
3.2 Uitgangspunten constructief
Vanuit het programma van eisen en het bouwkundig ontwerp worden de uitgangpunten van het constructief ontwerp opgesteld:
Een economische levensduur van 50 jaar doordat het gebouw flexibel en gemakkelijk aan te
passen is aan veranderlijk gebruik. Normaliter is dit bij utiliteitsbouw rond de 30 jaar.
Na 50 jaar moet de constructie opnieuw worden getoetst om de levensduur mogelijk verder te
verlengen.
Een dragende gevel met kolommen h.o.h.1.8 m wat moet resulteren in slanke kolommen.
Doordat de gevel in de toekomst stripbaar moet zijn, kunnen er geen constructieve borstweringen
worden geplaatst.
Een kolommenstructuur met een zo groot mogelijk overspanning van de vloer in verband met de
beoogde flexibiliteit, met alleen ter plaatse van het trappenhuis wanden voor de stabiliteit.
Het vloersysteem is een belangrijk onderdeel van de totale draagstructuur en moet aan een aantal
eisen voldoen:
- Constructief: opname belastingen, laag eigen gewicht, beperkte hoogte, schijfwerking.
- Duurzaamheid: instorten/opnemen installaties, later verslepen van installatie,
betonkernactivering, sparingen achteraf aanbrengen,
- Kostenefficiënt
- Uitvoering: hoge bouwsnelheid
- Overige: akoestisch dempend
Veiligheidsklasse: volgens NEN – EN 1990 geldt:
- Gevolgklasse: CC2b – onderwijsgebouw
- Ontwerplevensduur: klasse 3 (ontwerplevensduur = 50 jaar)
Gebouwcategorieën:
- Categorie B (kantoorruimtes)
- Categorie C (bijeenkomstruimtes)
- Categorie H (daken)
Belastingen:
- Opgelegde belastingen
1) De opgelegde belastingen worden verhoogd met de belastingen uit lichte scheidingswanden.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 8
- Blijvende belastingen
Dak staalplaten dak incl staalconstructie 0,50 kN/m² installatie en afwerking 0,30 kN/m² +
p.b. 0,80 kN/m²
Atriumdak
staalplaten dak incl staalconstructie 0,50 kN/m²
installatie en houten plafondbetimmering 0,50 kN/m² +
p.b. 1,00 kN/m²
Begane grond t/m 7e verdieping
Blijvende belastingen volgen uit het in het ontwerp gekozen constructiesysteem.
Puien toren:
vliesgevel 1.00 kN/m²
- Windbelastingen
Utrecht: Windgebied III, onbebouwd Maximale gebouwhoogte: 36m.
Stuwdruk: pw = 1,04 kN/m2.
Brandwerendheid
De hoogste verdiepingsvloer bevindt zich op 26,4 m. +Peil. Het maaiveld (bij de entree) bevindt zich op Peil. De hoogste vloer ligt hiermee op 26,4 m. boven maaiveld.
Voor de brandwerendheid voor de bouwconstructie geldt hierbij een eis van 90 minuten. Er wordt een
reductie van 30 minuten toegepast, vanwege de aanwezigheid van een sprinklerinstallatie (opgave bouwfysisch adviseur). Tot de bouwconstructie behoren alle vloeren kolommen, liggers en
(stabiliteits)wanden
Aanrijdbelasting en 2e draagweg
Voor de BG-kolommen van de toren op de assen A en 55 dient rekening te worden gehouden met
aanrijding: zowel vrachtwagens ten behoeve van de distributie als overig verkeer langs as A. Er wordt
vanuit gegaan dat er geen aanrijdbeveiliging wordt toegepast. De kolommen moeten op deze
aanrijdbelasting gedimensioneerd worden of het wegvallen van de kolom moet mogelijk zijn door middel een 2e draagweg. In het kader van de robuustheid eist de Eurocode een beschouwing van de
2e draagweg, dit zal in het definitief ontwerp worden uitgezocht.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 9
4. Overzicht ontwerpvarianten
4.1 Criteria optimaal ontwerp
Er wordt voor dit gebouw onderzocht wat het meest optimale constructief ontwerp is. Hierbij zijn de volgende criteria van belang:
1) Krachtswerking. 2) Duurzaamheid.
3) Kosten.
4) Uitvoerbaarheid.
Het optimaliseren van de constructie zit in het bereiken van de gewenste sterkte, stijfheid en stabiliteit
met zo min mogelijk materiaal, dus op een zo efficiënt mogelijke manier.
In dit hoofdstuk volgt een overzicht van een drietal varianten met het oog op het optimaliseren van de krachtswerking (stabiliteit) van het gebouw. Hierbij dient er rekening gehouden met de sterkte en stijfheid
van de constructie.
In hoofdstuk 5 tot en met 7 worden onderstaande ontwerpvarianten uitgewerkt.
Een sommatie van de resultaten uit hoofdstuk 5 t/m 7 wordt in bijlage 6 weergegeven.
4.2 Overzicht variant 1 tot en met 3
Variant 1: kern
De toren ontleent zijn stabiliteit in de cijfer-assen aan de kern die wordt gevormd door de liftschachten en
het trappenhuis. Aangezien de kern in de cijfer excentrisch staat t.o.v. het krachtencentrum ontstaat
hierdoor een wringend moment in de kern (zie figuur 4.1 en 4.2). Hierbij mag de opgetreden torsie en buiging van de kern geen ontoelaatbare vervorming van het gebouw
veroorzaken. Uit het oogpunt van sterkte moet de wringing door de kern worden opgenomen.
Figuur 4.1: Stabiliteit door excentrische liggende kern Figuur 4.2: Wringing in de kern door wind evenwijdig aan de cijferassen
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 10
Variant 2: kern met stabiliteitsverband
In het ontwerp geïntegreerde constructieve en esthetische ontwerp is ervoor gekozen om in het atrium over de volledige hoogte van het gebouw een stabiliteitsvakwerk te plaatsen.
Het stabiliteitsvakwerk welke in het atrium is gesitueerd wordt op enkele verdiepingen constructief
gekoppeld aan de vloeren. Dit zorgt bij wind evenwijdig aan de cijferassen voor een statisch bepaald
systeem. Op de overige verdiepingen moet de kern de windbelasting als wringing opnemen, omdat de vloer ter plaatse van het vakwerk niet ondersteund is. Dit zorgt in het gebouw voor een interessant
krachtenspel.
Figuur 4.3: Stabiliteit gebouw door kern en stabiliteitsverband. Figuur 4.4: De vloer wordt ter plaatse van de steunpunten (geel) ondersteund.
Variant 3: gevelbuis In deze variant neemt de dragende gevel als geheel de windbelasting op. Hierbij wordt de stabiliteit
verzorgd door middel van de gevel.
Figuur 4.5: De dragende gevel zorgt voor de stabiliteit van het gebouw.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 11
4.3 Globale stabiliteitsberekening
Voordat er wordt ingaan op de constructievarianten wordt er een ontwerpberekening gemaakt van de minimaal benodigde stijfheid van de constructie.
Bij deze ontwerpberekening wordt de constructie geschematiseerd als volledig ingeklemde staaf. Deze
schematisering is alleen geschikt om snel een dimensie toe te kennen aan een stabiliteitssysteem.
In eerste instantie geldt voor de doorbuiging in de top:
Figuur 4.6: “Vergeet me nietje” doorbuiging ingeklemde ligger.
Deze doorbuiging moet nog worden vermenigvuldigd worden met een 2e orde effect. .
Deze zal gezien de afmetingen van het gebouw niet groter zijn dan 10% (n = 11; 𝑛
(𝑛−1)= 1.1).
De invloed van de rotatiestijfheid van de fundering is afhankelijk het gekozen constructiesysteem maar is
niet groter dan 40%, zie figuur 4.7.
Figuur 4.7: Overzicht uit de Cement 1999-7 invloed rotatiestijfheid fundering op stabiliteitsconstructie
Voor de eis ten aanzien van de doorbuiging geldt: 𝛿𝑚𝑎𝑥 ≤ 1
500𝑥 𝐻𝑔𝑒𝑏𝑜𝑢𝑤 .
Hieruit volgt: 𝑞𝐻4
8𝐸𝐼≤
1
500𝑥 𝐻𝑔𝑒𝑏𝑜𝑢𝑤 .
Dit resulteert voor de buigstijfheid van het gebouw in:
𝐸𝐼 ≥500 𝑞𝐻3
8= 62.5 𝑞 𝑥 𝐻3.
Als we hier het 2e orde effect en de rotatiestijfheid van de fundering meenemen:
𝐸𝐼 ≥ 1.1 𝑥 1.40 𝑥 62.5 𝑞 𝑥 𝐻3 = 96.3 𝑥 𝑞 𝑥 𝐻3.
Voor de windbelasting wordt in de uitgangspunten een stuwdruk aangehouden van pw=1.04 x 1.1 = 1.14 kN/m2 (inclusief vormfactoren). Voor de maatgevende breedte van 45m
geeft dit een q = 51.3 kN/m1.
Voor de buigstijfheid (EI) geldt dan:
𝐸𝐼 ≥ 96.3 𝑥 51.3 𝑥 36.4 3 = 2.38 𝑥 10 8𝑘𝑁𝑚2.
Bovenstaande beschouwing geldt alleen voor de vervorming n.a.v. buiging. De vervorming door wringing
en dwarskrachtvervorming worden hierbij niet meegenomen. Deze volgen uit onderstaande berekeningen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 12
5. Variant 1: kern
Hieronder volgt de krachtswerking van variant 1, dit is de toren met alleen kern.
De toren ontleent zijn stabiliteit in de cijfer-richting aan de kern die excentrisch staat. Dit veroorzaakt wringing in de kern. Hieronder volgt of de vervormingen binnen de toelaatbare grenzen vallen.
Uit het oogpunt van sterkte moet de wringing door de kern worden opgenomen.
Figuur 5.1: Stabiliteit door excentrische liggende kern, bij windbelasting evenwijdig aan de cijferassen zorgt dit voor wringing in de kern.
5.1 Belastingen en snedekrachten
Windbelastingen Utrecht: Windgebied III, onbebouwd
Maximale gebouwhoogte: 36.4 m.
Stuwdruk: pw = 1,04 kN/m2.
Figuur 5.2: Gebouwafmetingen en windrichtingen
Met een Excel-sheet uit bijlage 1 wordt er per verdieping bekeken welke krachten worden uitgeoefend
door wind in de cijferassen en letterassen. De resulterende momenten en dwarskrachten worden per
verdieping aangegeven.
Voor de windbelasting evenwijdig aan de cijferassen volgt respectievelijk een resulterend buigend
moment en dwarskracht in de fundering van Med= 47626 kNm, Ved= 2573 kN (zie bijlage 1.1). De kern zal op deze snedekrachten gedimensioneerd moeten worden.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 13
5.2 Berekening wringend moment
Het wringend moment dat ten gevolge van het excentrisch aangrijpende windbelasting
ontstaat wordt per verdieping in Excel uitgerekend, zie bijlage 2.1.
Figuur 5.3: Resultante belastingen t.o.v. de kern.
Hieruit volgt een maximale wringing in ter plaatse van de begane grond van Wd = 35736 kNm.
Figuur 5.4: Wringing in de kern per verdieping.
Het wringend moment moet naast het buigend moment (Md) en de dwarskracht (Vd) door de kern worden
opgenomen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 14
5.3 Vervorming gebouw (BGT)
Het wringend moment (Mt) veroorzaakt een hoekverdraaiing van de kern. Deze hoekverdraaiing
(Wzorgt voor een verplaatsing (W van het gebouw. De verplaatsing (W moet worden gesommeerd
met de verplaatsing n.a.v. het buigend moment (M. De totale verplaatsing (tot=WM moet kleiner
zijn dan de maximale toegestane verplaatsing (max.
Figuur 5.5: Hoekverdraaiing van de kern en verplaatsing van de vloer n.a.v. het wringend moment..
De hoekverdraaiing kan worden berekent met: 𝜑𝑊 =𝑀𝑇×𝐿
𝐺×𝐼𝑡.
Met behulp van de hoekverdraaiing en de excentriciteit van de uiteinde van de vloer t.o.v. de kern
Le=37.3m kan de totale verplaatsing ten gevolge van de hoekverdraaiing bepaald worden ( x Le).
Hieruit volgt een verplaatsing in de top van w 37.2 mm, zie bijlage 2.2.
De verplaatsing ten gevolge van het buigend moment volgt uit bijlage 2.3.
Deze is in de top 23.0 mm. Hier wordt de verzwakking van de kern door sparingen meegenomen.
De verplaatsing van de kern naar aanleiding van de hoekverdraaiing van de fundering (F), wordt gelijk
gesteld aan de helft van de verplaatsing door buiging Fx
De totale verplaatsing in de top is hiermee tot 37.2 + 1.5 x 23.0 = 71.8 mm, zie figuur 5.6.
Figuur 5.6: Verplaatsing van de kern per verdieping gespecificeerd naar snedekracht..
De maximale toelaatbare verplaatsing in de top is max 1/500 x 36400 = 72.8 mm. De constructie voldoet hiermee aan de bruikbaarheidstoestand (BGT)
Uitgangspunt bij de berekening is dat we rekenen met gescheurd beton (C53/65), conform NEN 1992-1-1 NB “Tabel 15 berekening Efïctief”. De fictieve E-modulus volgt uit bijlage 2.4.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 15
5.4 Sterkte kern (UGT)
Er wordt gecontroleerd in hoeverre de kern de optredende krachten kan afdragen naar de fundering.
De wringing die ontstaat bij wind evenwijdig aan de cijferassen, moet worden opgenomen door de kern.
Deze wringing kan ontbonden worden in een dwarskracht ten gevolge van wringing (Vwr). Voor de
wanden evenwijdig aan de cijferassen komt daar de dwarskracht ten gevolge van het buigend moment
(Vb) bij. De totale dwarskracht moet door de wanden evenwijdig aan de cijferassen (Wand 3 en 4) worden opgenomen, ).
Figuur 5.7: Dwarskracht in wanden n.a.v. wringing en buiging
De wanden evenwijdig aan de cijferassen (wand 1 en 2) krijgen alleen een dwarskracht ten gevolge van
wringing. Voor de berekening van de spanningen ten gevolge van de dwarskracht moet rekening
gehouden met sparingen in de kernwanden.
In bijlage 2.5 wordt een globale wapeningsberekening gemaakt van de kernwanden, hieruit volgt:
- Naar aanleiding van de wringing wordt het scheurmoment overschreden, we hebben dus te maken
met een gescheurde doorsnede.
- Het breukmoment wordt niet overschreden, dus geen bezwijken van de betondruk-diagonaal.
- Voor wringing is er aan dwarskrachtwapening (horizontaal) rond 10-200 v/a benodigd.
- Voor wringing is er aan langswapening (verticaal) rond 12-300 v/a benodigd.
- Er is rond 12-100 v/a aan verticale wapening nodig voor opname van het buigend moment.
- Voor de dwarskracht n.a.v. het buigend moment is rond 8-200 v/a benodigd.
Hieruit kan geconcludeerd worden dat de kernwanden op sterkte voldoen.
Echter de wanden moeten uitgevoerd worden met een hoge betonkwaliteit (C53/65) en zijn ”zwaar”
gewapend. Uitgangspunt is dat we te maken hebben met een in het werk gestorte kern. De stijfheid van een prefab kern is door koppeling van de (prefab)elementen kleiner. Gezien de berekende
kritische doorbuiging van 71.8mm, zal dit een doorbuiging veroorzaken groter dan toelaatbaar is.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 16
5.5 Windbelasting evenwijdig aan de letterassen
De voorafgaande paragraven betreft de windbelasting in de cijfer-assen. Hier wordt de windbelasting in de letterassen beschouwd.
De belasting grijpt hier centrisch aan op de kern we hebben hier geen wringing, alleen buiging in de kern.
Figuur 5.8: Centrische windbelasting evenwijdig aan de letterassen
De Eurocode schrijft in 1991-1-4 (windbelasting) artikel 7.1.2 voor dat er gerekend moet worden met een verlopende winddruk van maximaal tot nul, de windzuiging blijft constant.
Hieruit volgt een minimale wringing en een lagere buigend moment op de kern.
Figuur 5.9: Verlopende winddruk conform EC 1991-1-4
De wind evenwijdig aan de cijfer-assen is bij deze driehoeksbelasting ook niet maatgevend.
Het buigend moment en de dwarskracht evenwijdig aan de letterassen is berekend in bijlage 1.2.
In bijlage 3 wordt de stijfheid en sterkte van de kern uitgerekend evenwijdig aan de letterassen.
Hier wordt de verzwakking door sparingen meegenomen.
Uit bijlage 3 kan men het volgende concluderen:
- De kern heeft een doorbuiging van 14.8 mm. De verplaatsing van de kern n.a.v. de
hoekverdraaiing F van de fundering, wordt gelijk gesteld aan de helft van verplaatsing n.a.v.
buiging F 0.5 x 7.4 mm. De totale verplaatsing in de top is tot 22.2 mm. Dit is lager als
max 1/500 x 36400 = 72.8 mm.
- Er is rond 12-200 v/a aan verticale wapening nodig voor buiging.
Uitgangspunt bij de berekening is dat we rekenen met gescheurd beton (C53/65) conform
NEN 1992-1-1 NB “Tabel 15 berekening Efïctief”.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 17
6. Variant 2: kern met stabiliteitsverband
De krachtswerking van variant 2 wordt gewaarborgd door de kern en het stabiliteitsvakwerk. Het
stabiliteitsvakwerk wordt op de 2e, 5e en dakverdieping constructief gekoppeld aan de vloeren. Dit zorgt bij wind evenwijdig aan de cijferassen voor een statisch bepaald systeem. Op de overige verdiepingen
moet de kern de windbelasting als wringing opnemen.
Figuur 6.1: Ter plaatse van het vakwerk statisch bepaald systeem, wringing van de kern waar de vloer niet ondersteund wordt..
Aangezien het vakwerk evenwijdig aan de letterassen nauwelijks stijfheid heeft, geeft
variant 2 bij wind evenwijdig aan de letterassen dezelfde resultaten als variant 1. Deze wordt daarom niet
beschouwd.
6.1 Belastingen en snedekrachten
Voor de belastingen op het gebouw wordt bijlage 1.1 aangehouden.
Ter plaatse van de koppeling van het stabiliteitsvakwerk met de vloeren wordt de belasting verdeeld over kern en vakwerk. In eerste instantie krijgt de kern en het vakwerk ieder 50% van de belasting (statisch
bepaald systeem). De krachten op de kern en stabiliteitsvakwerk worden weergegeven in figuur 6.2. In de
volgende paragraven beschouwen we de interactie tussen stabiliteitselementen onder invloed van de vloer.
Figuur 6.2: Belastingen op de kern en het stabiliteitsvakwerk.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 18
In bijlage 4.1 worden de snedekrachten van de kern uitgerekend. Hieruit volgt voor de kern een resulterend buigend moment in de fundering van Md= 38454 kNm. De dwarskracht die door de kern
moet worden opgenomen is Vd= 2149 kN. Het wringend moment wordt hiermee Wd= 22908 kNm.
Dit is een daling van de snedekrachten ten opzichte van variant 1, van ongeveer 20 tot 25%.
In bijlage 4.2 worden de snedekrachten in het stabiliteitsvakwerk uitgerekend. Hieruit volgt een resulterend buigend moment t.p.v. de fundering van Md= 9337 kNm, de totale
horizontale belasting die opgenomen wordt is Fd = 434 kN.
Bij afzonderlijke analyseren van de stabiliteitselementen, wordt 17% van de windbelasting naar het
vakwerk geleidt, de overige 83% wordt door de kern opgenomen.
6.2 Vervorming gebouw (BGT)
Naar aanleiding van de windbelasting vervormt zowel de kern als het vakwerk.
Deze vervorming kan verschillend zijn, aangezien de kern ten opzichte van het vakwerk een andere stijfheid en belastingafdracht heeft.
Op de verdiepingen waar de vloeren niet zijn verbonden met het vakwerk zorgen de vloeren voor
wringing in de kern. Deze wringing in de kern zorgt voor een hoekverdraaiing (wringing) en een
verplaatsing van de vloer ter plaatse van het vakwerk (wringing), zie figuur 6.3.
Het vakwerk mag hier de vervorming van de vloer niet verhinderen (vakwerk >wringing), anders ontstaan er
krachten in het vakwerk op posities waar het vakwerk niet gesteund is, zie figuur 6.4.
Figuur 6.3:Verplaatsing van de vloer (w) n.a.v.hoekverdraaiing (w) van de kern. Figuur 6.4: Ongewenst belasting op vakwerk
Op de verdiepingen waar de vloeren wel zijn verbonden met het vakwerk, wordt de verplaatsing van de
vloer ter plaatse van het vakwerk (wringing) verhinderd. Het wringend moment in de kern veroorzaakt hier een koppel (Mw = Fw x Le), welke opgenomen wordt door de kern en het stabiliteitsvakwerk.
Hier kunnen er 2 situatie ontstaan (zie bijlage 4.3):
1. De wringing van de kern veroorzaakt een grotere horizontale verplaatsing als het vakwerk
(wringing >vakwerk), hierdoor ontstaan er extra puntlasten op het vakwerk. 2. De wringing van de kern geeft een kleinere horizontale verplaatsing als het vakwerk
(wringing <vakwerk), hierdoor ontstaan er extra puntlasten op de kern.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 19
6.2.1 Vervorming stabiliteitselementen
Alvorens de stabiliteitselementen gezamenlijk te beschouwen, wordt er eerst bekeken hoe groot de
horizontale verplaatsing van de kern als het vakwerk afzonderlijk zijn. Dit is nodig om te bekijken hoe de
doorbuiging t.g.v. wringing (wringing) en de doorbuiging van het vakwerk (vakwerk) zich onderling verhouden, zoals in bijlage 4.3 is beschreven.
Het uitgangspunt bij deze berekening is:
- Waar het vakwerk aan de vloer is verbonden ontstaat een statisch bepaald systeem. - Voor de stijfheid van het vakwerk is gerekend met een equivalente stijfheid. Het vakwerk heeft
kolomafmetingen van 600x600.
- De invloed van de fundering op de vervorming van het vakwerk is minimaal en daarom niet meegenomen. Zie figuur invloed rotatiestijfheid op fundering raamwerk in paragraaf 4.3.
- Er is sprake van lineair elastisch gedrag.
In bijlage 4.4 is uitgerekend hoeveel de kern ter plaatse van het vakwerk n.a.v. wringend moment
(wringing) vervormt, resultaat hiervan in figuur 6.5.
Figuur 6.5: Vervorminglijn van de kern n.a.v. wringing, verlopend over de hoogte
In bijlage 4.5 wordt de vervorming van het vakwerk (vakwerk) berekend, zie figuur 6.6.
Figuur 6.6: Vervorminglijn van het vakwerk
In bijlage 4.6 is de E-modulus van de kern en vakwerk uitgerekend.
Hieruit volgt dat de horizontale verplaatsing van de kern ter plaatse van het vakwerk (tot) groter is dan de
verplaatsing van het vakwerk (B;v). Dit komt onder andere doordat er meer belasting op de kern komt dan op het vakwerk. De kern zorgt door het wringend moment voor extra belasting (Fextra) op het vakwerk
(situatie 1: wringing >vakwerk).
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 20
6.2.2 Koppeling stabiliteitselementen
De wringing ter plaatse van de verdiepingsvloeren wordt als koppel door de kern en het vakwerk
opgenomen (Mw = Fw x Le). Dit zorgt voor een extra belasting (Fw) op het vakwerk en een lagere
belasting op de kern (Fw). Dit volgt uit de conclusie van de vorige paragraaf, zie figuur 6.7.
Figuur 6.7: Waar de vloer gekoppeld is met het vakwerk, veroorzaakt het wringend moment extra belasting op het vakwerk.
De onderlinge krachtswerking is gecontroleerd door middel van een balkroostermodel.
Het model bestaat uit een aanzicht van de vloeren en stabiliteitselementen, zie figuur 6.8.
Figuur 6.8: Aanzicht en modellering balkroostermodel.
In bijlage 4.7 is het model uitgelegd en berekend, hieruit volgt:
- De windbelasting op het gebouw wordt verdeeld tussen de kern en het vakwerk. Deze verdeling
is 52% van de belasting op de kern en 48% op het stabiliteitsverband.
- Het buigend moment in de “ongesteunde vloeren” wordt het hierboven genoemde wringend moment door de kern opgenomen.
- Ter plaatse waar de vloer is verbonden met het vakwerk, wordt het wringend moment in de kern
als koppel opgenomen door de stabiliteitselementen. Dit veroorzaakt een extra puntlast op het vakwerk. De resulteert in een dwarskracht in de vloer.
- Het wringend moment in de kern ter plaatse van de “ongesteunde vloeren” verplaatst zich naar de
“vaste vloeren” onder invloed van de wringstijfheid van de steunpunten.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 21
- Er is bijna geen verschil in verplaatsing tussen de kern en het vakwerk. Dit komt doordat de vloer n.a.v. het koppel zorgt voor belastingverdeling tussen de stabiliteitselementen.
- De doorbuiging van de top van de constructie is 9.4 mm. Dit is exclusief de invloed van de
fundering, indien de fundering maximaal 50% van de doorbuiging zou veroorzaken, voldoet de constructie nog ruim aan de bruikbaarheidsgrenstoestand.
Bij de berekening van de vervorming door wringing is geen rekening gehouden met sparingen. De invloed van de sparingen op de wringing de vervorming n.a.v. wringing is minimaal, dit is toelaatbaar
zolang de optredende krachten opgenomen kunnen worden*1.
Indien men het model wil verfijnen zou deze in 3d elementenpakket geplaatst moeten worden.
Hierbij zou men rekening moeten houden met:
- imperfecties - eventuele 2e orde effecten
- de invloed van de fundering
- de materiaaleigenschappen van beton (fysisch niet lineair)
Voor de variantenstudie is deze exercitie te nauwkeurig.
6.3 Sterkte kern (UGT)
In bijlage 4.8 is globaal de wapening in de kern berekend.
Hiervoor zijn de snedekrachten aangehouden die in het balkroostermodel zijn berekend.
Hieruit volgen de volgende conclusies:
- Het beton in de kern is gescheurd.
- Het breukmoment wordt niet overschreden, dus geen bezwijken van de betondrukdiagonaal.
- De kern kan “praktisch” worden gewapend bij een C35/45 betonkwaliteit.
6.4 Sterkte vakwerk (UGT)
Gezien de snedekrachten uit het balkenroostermodel Md= 24120 kNm volgt hieruit een
Nd = 24120/25.2 = 934 kN ten gevolge van het windmoment, hier moeten nog krachten worden opgeteld vanuit de overige belastingen. Extra aandacht dient te worden geschonken aan de partiële stabiliteit (knik)
van het element. Indien deze afmetingen voldoen, kunnen de kolomafmetingen eventueel gereduceerd
worden.
+ Noot *1: Door dhr.dr.ir. Hoogenboom, docent wringing (BV/CiTG) bevestigd.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 22
7. Variant 3: gevelbuis
In deze variant neemt de dragende gevel als geheel de windbelasting op. Hierbij wordt de stabiliteit
verzorgd door middel van de gevel.
Figuur 7.1: Stabiliteit door gevelbuisconstructie.
Normaliter worden gevelbuisconstructie bij hoogbouw toegepast, hierbij wordt de horizontale belasting
volledig door de gevels met momentvaste knopen opgenomen. Gezien de architectonische eis de gevelkolommen van het OWC dicht op elkaar te plaatsen en tevens de
noodzaak om de vloer met een gevelbalk op te vangen, is er onderzocht wat de impact is, indien de
kolommen en gevelbalken ook voor de stabiliteit worden gebruikt.
Eerst wordt gekeken hoe de gevelbuisconstructie zicht gedraagt, hiervoor wordt een korte literatuurstudie gedaan [4] . Verder zal er een handberekening worden gemaakt worden, die inzicht moeten verschaffen in
de krachten in de constructie. Tot slot zal een raamwerkberekening worden gemaakt van de
gevelbuisconstructie.
7.1 Belastingen en snedekrachten
Voor de belastingen op het gebouw wordt paragraaf 3.2 aangehouden. De windbelasting
evenwijdig aan cijfer- en letterassen zijn in bijlage 1 beschreven.
Voor de belasting op een gevelbuisconstructie zal door interactie tussen de twee verschillende
windrichtingen de constructie zich stijver gedragen dan wanneer alleen de zijgevels worden beschouwd.
Aangezien de belasting evenwijdig aan de cijferassen het grootste is met de kleinste aantal kolommen in de zijgevel, is deze maatgevend. De stijve vloeren zorgen voor een verdeling van de windbelasting over
de kolommen
Figuur 7.2: Maatgevende windbelasting, evenwijdig aan de cijferassen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 23
7.2 Vervorming gevelbuis
De gevelbuis constructie werkt in principe als stijve koker waarbij de gevels loodrecht op de windrichting
als flenzen werken en de gevels evenwijdig aan de windrichting als lijven. De horizontale verplaatsing van de constructie bestaat uit 2 delen:
- Vervorming door het buigend moment (Md) wat ontstaat door verkorting en verlenging van de
kolommen
- Vervorming door dwarskracht (Vd). Door rotatie van de kolommen en liggers in de gevel ontstaat
een horizontale verplaatsing.
Figuur 7.3: Horizontale verplaatsing door het buigend moment en dwarskrachtvervorming.
7.3 Berekening volgens Ac2 methode
Er wordt een handberekening gemaakt van de doorbuiging gebaseerd op de methode van het dictaat High-
Rise Structures [3]. De vervormingen worden door Ac2 methode berekend. In bijlage 5.1 wordt
aangegeven welke stappen er worden doorlopen om tot de vervorming van de top te komen.
Figuur 7.4: Ac2 berekening, methode welke vervorming n.a.v. het buigend moment en dwarskrachtvervorming meeneemt. Hieronder zijn een 2 tal varianten berekend met verschillende kolom- balkafmetingen.
Variant A: een betonnen kolom met een C53/65 kwaliteit en een afmeting van 200x200 mm,
deze heeft een Efictief= 21500 N/mm2. Dit is een gemiddelde tussen een Efictief= 18500 - 24000 N/mm2
voor respectievelijk de zijgevels en voor/achtergevel (zie bijlage 5.2).
De kolommen staan hart op hart 1.8m. Er is gekozen voor een gevelbalk b x h = 600 x 300 met dezelfde
sterkte eigenschappen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 24
In bijlage 5.3 is een excel-sheet opgezet, waarin de stappen uit bijlage 5.1 zijn verwerkt. Hieruit volgt een horizontale verplaatsing van 502 mm.
Dit is ruim overschrijding als de maximale eis voor de doorbuiging van 1/500 x h = 72.8mm.
Vooral de verplaatsing ten gevolge van de dwarskrachtvervorming is groot. De horizontale verplaatsing naar aanleiding van normaalkracht vervorming is verwaarloosbaar.
Variant B uit bijlage 5.4 voldoet de doorbuiging aan de vervormingseis (w = 69.3mm< wmax). Dit resultaat geeft een kolom van met een afmeting van 350 x 350mm een betonkwaliteit van C53/65, met
een Efictief= 19150 N/mm2 (8 rond 25). De gevelbalk heeft van 800x400 dezelfde sterkte eigenschappen. *2
In de praktijk zullen de vervorming lager uitvallen omdat de gevelbalken de werkelijk lengte van de kolom verkleind. Hierdoor mag voor het kwadratisch oppervlaktemoment van de kolom een grotere waarde
genomen worden dan de aangehouden waarde, zie figuur 7.5.
Figuur 7.5: Kleinere kolom- en balklengtes door stijve knopen
Wel moet er rekening gehouden worden met het “shearlag” effect. Doordat de liggers niet oneindig stijf
zijn werken niet alle kolommen volledig mee.
Het “shearlag” effect kan op een aantal manieren geminimaliseerd worden:
- Kleine hart op hart afstand van de gevelkolommen;
- Toepassen van hoge stijve liggers in de gevel;
- Door het koppelen van meerdere gevelbuizen (zo ontstaat een gebundelde gevelbuis)
- Plaatsen van diagonalen in de gevel, die de kolommen met elkaar verbinden, waardoor de
dwarskracht niet door buiging in de kolommen en liggers wordt opgenomen, maar door
normaalkrachten in de diagonalen.
Doordat er gekozen is voor relatief hoge liggers en een kleine hart op hart afstand van de kolommen
(1,8 m) en lange slanke kolommen, is het shear-lag effect niet groot. Daarom wordt deze hier verder buiten beschouwing gelaten.
*2 Voor de berekening is gemakshalve dezelfde eigenschappen aangehouden, in de praktijk staat de gevelbalk nauwelijks onder druk. Hierdoor zal de E-Modules
lager uitvallen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 25
7.4 Berekening raamwerk model
In bijlage 5.5 is een raamwerk model gemaakt van de dragende gevel.
De vloeren zorgen voor een verdeling van de belasting over de kolommen. Daarnaast dient elke knoop
een zelfde verplaatsing omdat de vloeren in het vlak oneindig stijf zijn.
Schematisering 2d gevel:
- De zijgevel geschematiseerd als middendeel
- De kopgevel geschematiseerd als linker en rechter deel (helft op basis van symmetrie).
De liggers in de kopgevel werken niet mee voor de stabiliteit alleen de stijfheid van de
uitkragende liggers. Dit is gemodelleerd als scharnierende verbinding tussen ligger-kolom.
- De kopkolom wordt 2 maal beschouwd als een A=0.5bxh en W=2x 1/6 x (0.5b) x h2.
Figuur 7.5: Modellering raamwerk.
Belastingen 2d gevel:
- De belastingen zijn als F-last op de vloer geplaatst.
In bijlage 5.5 is een berekening gemaakt van het model met kolommen 350x350 en een gevelbalk
800x400. Hieruit volgt een horizontale verplaatsing van 64 mm (Efictief= 19158 N/mm2 ;8 rond 25).
De doorbuiging is iets kleiner als de handberekening uit bijlage 5.4 wat 69.3 mm als resultaat heeft.
Bij de berekening is geen rekening gehouden met:
- Imperfecties
- Eventuele 2e orde effecten - De invloed van de fundering
- De materiaaleigenschappen van beton (fysisch niet lineair).
Voor de variantenstudie is deze exercitie te nauwkeurig.
7.5 Sterkte kolom (UGT)
Hieronder volgt een kolomberekening van de kolom op sterkte onder invloed van 60 minuten brand. Er is een kniklengte genomen van Lk= 2.0xL (L=4.8m) dit in verband met het
toepassen van ongeschoorde constructie. Uit de berekening in bijlage 5.6 volgt een kolom van 350x350;
C53/65 kwaliteit en 8 rond 20 als wapening.
Conclusie: Afmetingen kolom is zowel voor sterkte als stijfheid benodigd.
Indien de kolom niet voor de stabiliteit wordt gebruikt wordt, is een afmeting van 250x250 voldoende voor de sterkte met praktische wapening, zie bijlage 5.7.
Hieruit volgt waarschijnlijk de voorkeur voor een slankere stalen kolom die brandwerend bekleedt wordt.
Voorgevel Achtergevel Zijgevel
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 26
8. Vloerenvarianten
Het vloersysteem is een belangrijk onderdeel van de totale draagstructuur en daarmee van het gehele
bouwsysteem. Gezien de grote overspanningen in één richting en gevelkolommen die dicht op elkaar staan geplaatst, gaat de voorkeur voor een vloersysteem die in één richting overspant. Hiermee vallen
vloeren die in twee richtingen overspannen af.
Een multicriteria-analyse is toegepast om de vloersystemen met elkaar te vergelijken. Hierbij wordt gekeken naar de constructie, duurzaamheid, kosten en uitvoering.
De volgende vloeren zijn onderling vergeleken:
1. Kanaalplaatvloer met druklaag
2. Polyplaatvloer met versterkte stroken
3. Prefab ribcassetteplaat
4. Wingvloer (Betonson)
5. Klimaatvloer (VBI)
Hieronder volgt een korte samenvatting van bovenstaande vloeren:
Kanaalplaatvloer met druklaag:
Kanaalplaten zijn geschikt voor grote overspanningen met relatief lage hoogtes. Voordeel van de kanaalplaat is ook dat er bij deze "bouwwijze" geen betonstempels als tijdelijke steun en
geen bekistingen nodig zijn. Met een kraan worden de kanaalplaten op hun plaats gelegd. Daarnaast
kunnen kanaalplaten relatief goedkoop geproduceerd worden. De kanaalplaat kan worden opgelegd op stalen/betonnen liggers, gezien het gewicht kunnen de liggers relatief slank gedimensioneerd worden.
Voor betonkernactivering kunnen de leidingen alleen in de druklaag worden opgenomen.
Polyplaatvloer met versterkte stroken:
De polyplaatvloer is een standaard breedplaatvloer, die fabrieksmatig is voorzien van ingestorte
polystyreenstroken voor gewichtsbesparing. Nadeel hiervan is de vloer tijdens de uitvoering onderstempeld dient te worden. Dit komt ten nadele van de bouwsnelheid. Voor betonkernactivering
kunnen de leiding alleen onder of boven de polystyreenstroken worden opgenomen. Het maken van
sparingen achteraf kan het beste ter plaatse van de polystyreenstroken.
Figuur 8.1: Polyplaat, bestaande uit een breedplaatvloer voorzien van polystyreenstroken.
Prefab ribcassetteplaat
De prefab ribcassetteplaat is ontwikkeld voor het OWC. Dit zijn prefab U-vormige voorgespannen elementen, waarin installaties zijn opgenomen. De installatie kunnen simpel geplaatst en verplaatst
worden. De vloeren worden aan de onderzijde uitgevoerd met stalen perforatieplaten t.b.v. de akoestiek
van het lab gebouw. De stalen platen zijn direct tegen het beton bevestigd wat de toepassing van
betonkernactivering niet hindert. Prefab elementen kunnen tijdens de uitvoering snel geplaatst worden wat bevorderlijk is voor de bouwsnelheid.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 27
De prefab ribcassetteplaten worden aan weerszijde van de plaat deels met een koof uitgevoerd en met beton in het werk (druklaag) dichtgestort. Dit zorgt ervoor de afwerkvloer bij belasting niet ter plaatse van
de naden gaat scheuren. De druklaag verzorgt de schijfwerking.
Figuur 8.2: Prefabcassetteplaat, prefab u-vormig element welk aan de onderzijde kan worden voorzien van installaties en akoestisch vermogen.
Wingvloer (Betonson)
De Wing-vloer is een systeemvloer van geprefabriceerde voorgespannen betonnen platen waardoor de
eigenschappen van de kanaalplaatvloer en de breedplaatvloer (bekistingsplaat) verenigd worden. Na aanbrengen van het leidingwerk op de vleugels kan er in het werk een druklaag op gestort worden.
Leidingen voor allerlei technische voorzieningen kunnen op deze manier een plaats krijgen en ook in een
latere bouwfase gemakkelijk benaderd worden. In de Wing-vloer kunnen leidingen liggen voor o.m. aan-
en afvoer van water, voor ventilatie en verlichting, voor het verwarmen en koelen met water (betonkernactivering). Bij de Wing-vloer geeft het deel met de kanaalplaat constructief de benodigde
sterkte en stijfheid, ook in de montagefase (montage zonder onderstempeling). De leidinggoot moet
vervolgens wel dichtstort worden, wat niet bevorderlijk is voor de bouwsnelheid. Het massieve gestorte gedeelte heeft voordelen op het gebied van schijfwerking.
Figuur 8.3: Wingvloer is een combinatie van een kanaalplaat en breedplaatvloer, welke kan worden voorzien van leidingen op de vleugels.
Klimaatvloer (VBI)
VBI integreert systemen van verwarmen en koelen in een kanaalplaatvloer. Grote ventilatieschachten
kunnen niet in deze vloer worden opgenomen. Van te voren kunnen gemakkelijk leidingen en sparingen voor water en ventilatieleidingen geïntegreerd
worden. Het systeem heeft geen verlaagd plafond waardoor betonkernactivering kan plaatsvinden. In
verband met akoestiek moeten er aanvullende voorzieningen worden getroffen. Uitvoeringstechnisch
heeft deze vloer de voordelen van een kanaalplaatvloer.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 28
Figuur 8.4: Klimaatvloer welke bestaat uit kanaalplaatvloer waar gemakkelijk leidingen en sparingen in opgenomen kan worden.
Een multicriteria-analyse is uitgevoerd op bovenstaande vloeren en verwerkt in onderstaande tabel.
Toegespitst op het onderwijscentrum kan uit de vloeranalyse het volgende geconcludeerd worden:
- Gezien de grote overspanningen in één richting en gevelkolommen die dicht op elkaar staan
geplaatst, gaat de voorkeur voor een vloersysteem die in één richting overspant. Hiermee vallen
vloeren die in twee richtingen overspannen af.
- De voorgespannen ribcassette vloer is ontwikkeld voor het OWC en geeft de hoogste score.
Dit komt omdat hij op het gebied van duurzaamheid hoog scoort. Er kunnen voorzieningen in de
u-vormige prefab elementen geplaatst en later makkelijk aangepast worden.
Tijdens de uitvoering zorgen prefab platen voor een hoge bouwsnelheid. Een goede akoestiek in
combinatie met betonkernactivering is bij de ribcassette vloer gewaarborgd.
- Voor de begane grond worden kanaalplaten met druklaag toegepast, hier zijn geen specifieke
eisen benodigd.
Kanaalplaat met Polyplaatvloer met Voorgespannen Wingvloer Klimaatvloer
druklaag met balk versterkte stroken ribcassettevloer met(Betonson) met (VBI) met
(prefab/THQ) balk (prefab/THQ) balk (prefab/THQ) balk (prefab/THQ)
Constructie
Maximale overspanning 16 m 14 m 14 m 14,4 m 16 m
Afmetingen vloer (mm) 320 + 60 druklaag 400 mm 370+60 (druklaag) 420 mm 320 + 60 (druklaag)
Gewicht 4,4 1,44 260 mm PS 5,6 1,44 5,3 9,6 5 1,44
5,8 kN/m2 6,7 kN/m2 7,0 kN/m2 7,8 kN/m2 6,4 kN/m2
Gewicht 5 4 3 3 4
Vloerhoogte 5 4 3 3 5
Balkafmetingen 4 2 3 3 3
Schijfwerking 3 5 3 4 3
Duurzaamheid
Instorten opnemen installaties 2 3 5 5 4
Later verslepen van installatie 1 1 5 3 2
Betonkernactivering 3 4 5 5 5
Sparingen achteraf aanbrengen 2 5 3 4 3
Kosten
Kosten vloer + liggers 5 3 3 4 4
Uitvoering
Bouwsnelheid 5 2 5 3 4
Overige
Akoestiek 2 3 5 3 2
Totaal gewogen 37 36 43 40 39
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 29
9. Ontwerpvarianten
Bovenstaande ribcassetteplaat wordt in combinatie met een balk- kolommensysteem toegepast voor de
eerder genoemde ontwerpvarianten.
Voor de drie ontwerpvarianten wordt in paragraaf 9.1 t/m 9.3 een aantal constructieve elementen
gedimensioneerd met behulp van vuistregels. Hierbij wordt ook teruggrepen op de resultaten van de ontwerpvarianten uit hoofdstuk 5 t/m 7. Met behulp van aantal ontwerptools wordt er een duurzaamheid
en kostenvergelijking gemaakt. Ook de uitvoering van de varianten komt aan bod.
In paragraaf 9.4 volgt de keuze voor het optimaal constructief ontwerp, deze wordt vervolgens in
hoofdstuk 10 uitgewerkt.
9.1 Variant 1: kern
Figuur 9.1:Variant 1,waarbij de stabiliteit gewaarborgd door
een excentrisch geplaatste kern.
Hieronder volgt de samenvatting van de ontwerpberekening uit bijlage 7.1:
Begane grondvloer: variant 1A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.1 Begane grondvloer: variant 1B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.1
Begane grond vloer: L = 11.0 -14.0 m
Kanaalplaatvloer 260 mm + druklaag. Begane grond vloer: L = 7.2 m
Kanaalplaatvloer 200mm + druklaag.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 30
Funderingsbalken: Afmetingen b x h: 0.5x 0.6m;
ltot=190m. Funderingsbalken: Afmetingen bxh: 0.6x0.8m;
of 0.5x0.6m met extra paal; ltot=310m.
Poeren: 8 stuks neem maximaal 4 paalspoer met bijbehorende paalafmetingen Afmetingen 2.5x2.5x1.3 m; betonkwaliteit: C35/45.
Kernpoer: Neem plaat LxBxH = 15 x 15 x 1.0 m; C28/35 kwaliteit.
Totaal: 22 palen onder de poer.
Verdiepingsvloeren: variant 1A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.1
Verdiepingsvloeren: variant 1B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.1
Vloer: leff= 14.4 m. Ribcassetteplaat h = 370 +60mm druklaag.
Vloer: leff= 7.2 m. Ribcassetteplaat h = 270 +60mm druklaag.
Balken:leff=7.2 m (maximaal) ltot = 90 m.
Afmetingen prefab bxh=0.6x0.5m. Stalen THQ-liggers zijn
hier i.v.m. de leiding tracés en vrije verdiepingshoogte wenselijk.
Balken: leff= 14.4 m (maximaal) ltot = 200 m.
Afmetingen prefab bxh=0.6x1.0m; neem voorgespannen
gevelbalken balken voor vermindering hoogte. Stalen THQ-liggers zijn hier i.v.m. de leiding tracés en
vrije verdiepingshoogte wenselijk.
Kolommen: betonnen kolommen C53/65 brand 60 minuten; bxh =500 x 500mm.
Hieronder volgt een beschouwing van de duurzaamheid, kosten en uitvoering voor ontwerpvariant 1, bovenstaande
gegevens worden hierbij als invoer gebruikt. Uitleg en uitvoer volgt uit bijlage 7.4 en 7.5.
Variant 1A Variant 1B
Duurzaamheid:
(zie bijlage 7.4)
Laagste milieubelasting. De zwaar
gewapende kernwanden, zorgen wel
voor een hogere schaduwprijs.
Als variant 1A, alleen door de grotere balkoverspanning
een hogere milieubelasting.
Kosten:
(zie bijlage 7.5)
Laagste kosten door het minst
toegepaste materiaal.
Als variant 1A, alleen door de grotere balkoverspanning
hogere kosten.
Uitvoering: Minder materiaal snellere
bouwtijd
Meer materiaal door grotere balklengte langzamere
bouwtijd.
Stalen THQ-liggers hebben gezien de bouwsnelheid en vrije hoogte de voorkeur. De kern moet
uitgevoerd worden in het werk gestort beton en niet in prefab. Dit gezien de geringe marges voor
de vervorming, zie hoofdstuk 5. Dit kan nadelen hebben op het gebied van de bouwsnelheid.
Conclusie: Variant 1A is door het toepassen van een kleinere balklengte en een grotere vloerlengte gunstiger
dan variant 1B. Daarom geeft deze de beste resultaten.
Voor de overige varianten wordt daarom alleen variant 2A en 3A beschouwd.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 31
9.2 Variant 2: kern met stabiliteitsverband
Figuur 9.2:Variant 2, de stabiliteit gewaarborgd door een kern en stabiliteitsverband.
Hieronder volgt de samenvatting van de ontwerpberekening uit bijlage 7.2:
Begane grondvloer: variant 2A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.2
Begane grondvloer: variant 2B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.2
Vloer: als variant 1.
Funderingsbalken: als variant 1.
Poeren: 4 stuks; afmetingen als variant 1.
2 tal poeren 2.5 x 16 x 1.3m deze zijn elkaar gekoppeld i.v.m. afdracht horizontaalkracht van vakwerk naar fundering.
Kernpoer: Neem plaat LxBxH = 15 x 15 x 0.8 m; C28/35 kwaliteit.
(grote plaat kleinere invloed fundering op uitbuiging top).
Totaal: 22 palen onder de poer.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 32
Verdiepingsvloeren: variant 2A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.2 Verdiepingsvloeren: variant 2B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.2
Vloer: als variant 1.
Balken: als variant 1.
Kolommen: als variant 1.
Kolommen vakwerk 600x600 i.v.m. stijfheid en sterkte, zie hoofdstuk 6.
Hieronder volgt een beschouwing van de duurzaamheid, kosten en uitvoering voor ontwerpvariant 2, bovenstaande
gegevens worden hierbij als invoer gebruikt. Uitleg en uitvoer volgt uit bijlage 7.4 en 7.5.
Variant 2A Variant 2B
Duurzaamheid:
(zie bijlage 7.4)
Hogere milieubelasting als variant 1, door toegepast vakwerk.
Kosten:
(zie bijlage 7.5)
Hoge kosten, door toegepast vakwerk.
Uitvoering: Vakwerk is in de uitvoering lastig te realiseren, dit in verband met de grote afmetingen.
Conclusie: Door het toepassen van het stabiliteitsvakwerk zijn voor variant 2 t.o.v. variant 1
extra voorzieningen nodig. De verschillen met variant 1 zijn echter minimaal.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 33
9.3 Variant 3: gevelbuis
Figuur 9.3:Variant 3, de stabiliteit gewaarborgd de gevel.
Hieronder volgt de samenvatting van de ontwerpberekening uit bijlage 7.3:
Begane grondvloer: variant 3A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.3 Begane grondvloer: variant 3B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.3
Vloer: als variant 1.
Funderingsbalken: als variant 1.
De funderingsbalken in de gevel worden rondom zwaarder uitgevoerd om een betere inklemming van de kolommen te
krijgen ten behoeve van de stabiliteit uit de gevel. Neem balken 600x800 rondom.
Poeren: 14 stuks; afmetingen als variant 1.
De totale horizontaal belasting vanuit de gevelkolommen moeten via de schijfwerking van de vloer naar de
funderingspalen worden geleidt.
Kernpoer: Kern heeft geen stabiliteitsfunctie. Neem ter plaatse van de kern funderingsbalken
naar de omliggende poeren. Totaal: 9 palen onder de poer.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 34
Verdiepingsvloeren: variant 3A
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.3 Verdiepingsvloeren: variant 3B
voor ontwerpberekening zie bijlage 7.3
Vloer: als variant 1. Vloer werkt als schijf, dwarskracht uit wind door de 60mm dikke druklaag.
Balken: gevelbalken worden zwaarder uitgevoerd in verband met de stabiliteitsfunctie
(bxh =800 x400; zie stabiliteit variant 3). Overige balken als variant 1.
Kolommen: De gevelkolommen moeten zwaar uitgevoerd worden in verband de stabiliteitsfunctie
(bxh =350 x350; zie stabiliteit variant 3). Overige balken als variant 1.
Hieronder volgt een beschouwing van de duurzaamheid, kosten en uitvoering voor ontwerpvariant 3, bovenstaande gegevens worden hierbij als invoer gebruikt. Uitleg en uitvoer volgt uit bijlage 7.4 en 7.5.
Variant 3A Variant 3B
Duurzaamheid:
(zie bijlage 7.5)
Geeft het hoogste milieueffect door de toegepaste gevelkolommen en balken die voor de
stabiliteit moeten zorgen.
Kosten: (zie bijlage 7.6)
Geeft de hoogste kosten door de toegepaste gevelkolommen en balken.
Uitvoering: De stabiliteitsknopen in de gevel zijn lastiger te realiseren.
Conclusie: Door het toepassen van volledig momentvaste knopen zijn voor variant 3 extra voorzieningen
nodig.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 35
9.4 Keuze ontwerpvariant
Naar aanleiding van bovenstaande ontwerpstudies op het gebied van krachtswerking, duurzaamheid,
kosten en uitvoering wordt een multi-criteria tabel opgesteld.
Variant 1A Variant 1B Variant 2A Variant 3A
Constructie
(meest efficiënt)
5
4
4
4
Duurzaamheid
Laagste milieubelasting
5
4
5
3
Kosten
4 4 4 3
Uitvoering
5 3 4 3
Totaal gewogen 19 15 17 13
Hieruit volgt de volgende conclusie:
Door het toepassen van een kleinere balklengte en grotere vloerlengte is ontwerpvariant 1A
gunstiger dan variant 1B.
Ontwerpvariant 1 met alleen een kern voldoet aan alle constructie-eisen in BGT en UGT en is op
het gebied van constructie het meest efficiënt (minste materiaal), zie hoofdstuk 5.
Op het gebied van duurzaamheid is ontwerpvariant 1A het minst milieubelastend,
variant 2A is hierin vrijwel gelijkwaardig (verschil 2.9%). Dit komt o.a. door de kleinere hoogte
van de funderingsplaat en het feit dat de kernwanden minder zwaar gewapend worden.
Op het gebied van bouwsnelheid lijkt variant 1A de voorkeur hebben, echter de kern moet
volledig in het werk worden gestort. Dit kan nadelen hebben voor de bouwsnelheid.
Variant 2A kan volledig worden uitgevoerd in prefab beton.
Ontwerpvariant 1A brengt de laagste materiaalkosten, variant 2A verschilt hierin minimaal
ongeveer 2.7%.
Totaal gewogen is variant 1A de meest optimale variant, dit is de variant met alleen de kern.
Variant 2A (kern en vakwerk) verschilt op het gebied van duurzaamheid, kosten en uitvoering minimaal van variant 1A. Het uitvoeren van variant 2A in prefab heeft grote voordelen op het gebied van de
bouwsnelheid.
Variant 1 is op het gebied van doorbuiging kritisch. In de ontwerpberekening is de doorbuiging 71.8 mm
waar 72.8 mm toelaatbaar is. Hierbij zijn de volgende effecten niet meegenomen:
- imperfecties - eventuele 2e orde effecten
- de nauwkeurige invloed van de fundering
- de materiaaleigenschappen van beton (fysisch niet lineair)
Er bestaat een reële kans bestaat dat de doorbuigingseis bij variant 1 overschreden wordt, daarom wordt
er afgezien van het uitwerken van variant 1.
Voor het uit te werken variant wordt gekozen voor variant 2a, met kern en vakwerk.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 36
10. Definitief ontwerp.
Voor het definitief ontwerp wordt de variant met kern en stabiliteitsvakwerk gekozen.
Figuur 10.1: Uit te werken ontwerp, variant 2 met kern en vakwerk.
Voor de uitwerking van het definitief ontwerp worden de volgende berekeningen gemaakt:
Gewichtsberekening van de kern en het vakwerk.
Stabiliteitsberekening: invloed van de fundering, imperfecties en 2e orde.
3D eindige elementen model van de toren.
Wapeningsberekening van enkele constructie elementen: kern, funderingsplaat,
stabiliteitsvakwerk.
Beschouwing 2e draagweg van het gebouw
Werkplan van het stabiliteitsvakwerk.
In bijlage 8.6 zijn constructieve tekeningen gemaakt van het definitief ontwerp.
10.1 Uitgangspunten belastingen
Naar aanleiding van de keuze voor het vloersysteem worden de volgende blijvende belastingen genomen:
Begane grond:
Kanaalplaat 200 3.20 kN/m²
Druklaag d = 60 mm 1,44 kN/m² Anhydriet afwerkvloer d = 30 mm 0,66 kN/m² +
5,30 kN/m²
Verdiepingen:
Prefab ribcassetteplaten 5.60 kN/m² Druklaag d = 60 mm 1,44 kN/m²
Anhydriet afwerkvloer d = 30 mm 0,66 kN/m² +
p.b. 7,70 kN/m²
De overige belastingen worden conform paragraaf 3.2 aangehouden.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 37
10.2 Gewichtsberekening:
Er wordt van de kern en het stabiliteitsvakwerk een gewichtsberekening gemaakt. Dit wordt gebruikt voor
de invoer van het 3d model. Zoals in de ontwerpberekening is aangegeven wordt er onder de kern een betonplaat met een dikte van 800mm toegepast. Onder de kolomlasten hebben de poeren een dikte van
1300mm. Het geheel moet er voor zorgen dat er een stijve fundering ontstaat.
Voor de gewichtsberekening zie bijlage 8.1, hieronder volgt een samenvatting:
Verticale belasting op de kern
Belasting 1.2G+1.5Q 1.35G+1.5Q
q1 230 259 kN/m
q2 184 207 kN/m
q3 117 120,5 kN/m
q4 79 79 kN/m
q5 92 94 kN/m
F1 360 377 kN
F/ G 56 3.958 3.929 kN
F / G 60 4.851 4.859 kN
F / G 64 9.243 9.230 kN
Totale belasting op kern tot begane grond
G Q 1.2G+1.5Q 1.35G+1.5Q
14605 1044 19092 20957 kN
Figuur 10.2: Overzicht van de belasting op de kern.
Draagvermogen en veerstijfheid:
In het funderingsadvies worden in de grondgevormde fundexpalen toegepast.
Deze hebben een inheiniveau tot ongeveer 10 m – NAP (Peil = 2.8 + NAP). Voor de veerstijfheid wordt als vuistregel toegepast :
Ep = EcAc/1.5 x Lp
Dit zorgt voor onderstaande waarden:
Fundexpaal Draagvermogen [kN] Veerstijfheid kp [kN/m] Paal rond 460
1800 180.000
Paal rond 540
2400 250.000
Aantallen palen: kern
Verticaal gewicht: n = 20957 / 1800= 12 palen.
Windbelasting (extra palen): n = 4 palen (zie ontwerpberekening bijlage 7.2) Palen onder tussenwanden n = 3 palen +
19 palen
Onder de poeren worden respectievelijk 3 en 4 paalspoeren toegepast n.a.v. bovenstaande reactiekrachten. hierbij wordt extra reserve aangehouden voor het eigengewicht van de funderingsplaat en windbelasting.
Hieruit volgt onderstaand palenplan:
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 38
Figuur 10.3: Palenplan onder de funderingsplaat.
De kern wordt gefundeerd op een betonnen plaat van 0.8m dik. Uit de wapeningsberekening van de plaat volgt in hoeverre de dikte van de plaat goed is aangehouden.
Verticale belasting en reactiekrachten op het stabiliteitsvakwerk
Hieronder volgt de reactiekrachten op de begane grond met bijbehorend palenplan:
Figuur 10.4 Overzicht van de belasting het vakwerk met bijbehorend palenplan.
Totale belasting op vakwerk tot begane grond
G Q 1.2G+1.5Q 1.35G+1.5Q
3096 1518 5992 5708 kN
Dit is de totale verticale belasting, deze wordt verdeeld over de verticaal en diagonaal van het vakwerk.
De poeren worden onderling gekoppeld om de horizontaalkracht over te dragen naar de overige palen.
Paal rond 460
Paal rond 540
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 39
10.3 Uitgangspunten stabiliteitsberekening:
In deze paragraaf wordt bekeken in hoeverre imperfecties van invloed zijn op de stabiliteitsberekening. Tevens wordt er gecontroleerd of er een 2e orde berekening benodigd is.
Windbelasting kern
In paragraaf 6.2 komt uit het balkenroostermodel een gelijke belastingverdeling van kern en
stabiliteitsvakwerk. De vloeren zorgen ter plaatse van de koppeling met het stabiliteitsvakwerk voor extra
belasting richting het vakwerk. Daarom wordt voor de windbelasting evenwijdig aan de cijferassen (zie paragaaf 1.1) voor het totale moment op de kern 50% van de totale windbelasting aangehouden.
In bijlage 8.2 is een excel-berekening gemaakt waarin de volgende punten verwerkt worden:
- Windbelasting op kern
- Fictieve E-modulus
- Invloed fundering (rotatiestijfheid)
- Invloed van de imperfecties
- Is er een 2e orde berekening benodigd?
- Doorbuiging van de kern
Uit de Excel berekening volgt:
De rotatiestijfheid van de fundering is: C = 2.68E + 08 kNm/rad.
Dit bij onderstaande paalconfiguratie:
Figuur 10.5: De rotatiestijfheid van de fundering wordt vanuit het hart van de funderingsplaat bepaald.
Imperfecties zorgen voor een verhoging van de windbelasting met 6 %.
Uit de berekening blijkt dat er geen 2e orde berekening nodig is.
Windbelasting stabiliteitsvakwerk:
Gezien de resultaten uit de kern, verwachten wie hier een zelfde verhoging van de windbelasting n.a.v. de
imperfecties. Gezien de stijfheid van het vakwerk is hier geen 2e orde berekening benodigd.
Bovenstaande resultaten zullen meegenomen worden in de 3D-berekening.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 40
10.4 3D-berekening van het gebouwmodel
Algemeen: Waarom een 3d berekening?
Een rekenmodel is een schematisatie van de werkelijkheid. Om de werkelijkheid beter te benaderen is de
constructie driedimensionaal in een eindige element pakket (Axis VM) geplaatst. Hierbij wordt de
invloed van de sparingen van de kern op de doorbuiging/wringing bekeken, ook de invloed van de fundering en onderlinge krachtswerking tussen de stabiliteitselementen kan hier beter inzichtelijk worden
gemaakt. Met dit model wordt tevens gecontroleerd of de toegepaste 2d modellen nauwkeurig genoeg
zijn.
Het 3d model wordt gebruikt om de krachten te bepalen in de kern, funderingsplaat en
stabiliteitsvakwerk. De krachten worden in de volgende paragraven gebruikt voor de wapeningsberekening en detaillering van de constructie.
Figuur 10.6: 3D model van het ontwerp.
Modellering 3D-ontwerp:
Voor de berekening zijn de volgende elementen gemodelleerd (zie ook bijlage 8.3.1):
De kern met sparingen en fundering.
Het stabiliteitsvakwerk met fundering
De vloeren met sparingen voor het atrium de vloeren zijn in de z-richting lijnvormig ondersteund.
Door de lage stijfheid van de vloeren loodrecht op het vlak nemen de lijnvormige ondersteuning
een verwaarloosbaar deel van de verticale belasting op.
Figuur 10.7: Modellering van de kern, stabiliteitsvakwerk en vloeren, zie bijlage 8.3.1.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 41
Uitgangspunten 3D-berekening:
Voor de uitgangspunten en belastingen op de constructie zie bijlage 8.3.2.
Deze zijn gelijk aangehouden als de 2D-berekening. Hierdoor kan men een goede vergelijking maken.
Resultaten 3D-berekening
Bovenstaande uitgangspunten zijn verwerkt in het 3D model. In eerste instantie worden hiermee 3 zaken bekeken:
- Belastingverdeling kern-vakwerk (bijlage 8.3.3).
- Doorbuiging van de constructie (bijlage 8.3.4).
- Paalreacties van de kern en het vakwerk (bijlage 8.3.5).
Belastingverdeling kern-vakwerk.
De berekening in bijlage 8.3.3 wordt de horizontale windreacties (Ry) vergeleken. Hieruit volgt welke deel van de windbelasting naar de kern en naar het vakwerk wordt geleidt.
Hieruit volgt dat de kern 55% van de totale windbelasting en het vakwerk 45% krijgt, zie bijlage 8.3.3.
Als conclusie kan getrokken worden dat deze overeenkomt met de 2D-berekening en dat de
belastingverdeling tussen kern en vakwerk redelijk in evenwicht is.
Doorbuiging van de constructie: (BGT)
De resultaten in bijlage 8.3.4 zijn hieronder tabellarisch weergegeven:
Wind Y+/Y- (cijfer-assen) Wind X+ (letterassen) Wind X- (letterassen)
Variant ukern [mm] uvakwerk [mm] ukern [mm] uvakwerk [mm] ukern [mm] uvakwerk [mm]
Uitgewerkt 19,8 18,7 51,8 51,8 27,7 27,7
Hieruit volgt dat de constructie voldoet aan de doorbuigingseis van wmax = 1/500 x 36.4 = 72.8 mm.
De doorbuiging in de Y-richting (evenwijdig aan de cijfer-assen) verschilt nauwelijks met de 2D-berekening.
Wat opvalt is dat de doorbuiging van de kern in de X-richting (u = 51.8 mm), veel groter is dan verwacht. Deze grote doorbuiging wordt veroorzaakt door de hoekverdraaiing van de fundering. De hoekverdraaiing
is het gevolg van hogere belasting en dus zakking van de rechterkant van de funderingsplaat
(zie bijlage 8.3.4 ). Tevens zorgt de buiging van de funderingsplaat voor een extra zakking, zie wapeningsberekening funderingsplaat paragraaf 10.5.
Figuur 10.8: Doorbuiging kern in x-richting
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 42
Reactiekrachten fundering
Uit bijlage 8.3.5 blijkt dat de reactiekrachten alleen ter plaatse van de zwaarbelaste 4 paalspoer een geringe overschrijding heeft. Deze overschrijding wordt herverdeelt door de andere palen.
Maximum: Reactiekrachten rond 460 Reactiekrachten rond 540
Kern [kN] Vakwerk [kN]Kern [kN]
Uitgewerkt 1763 1284 2520
Gevoeligheidsstudie:
Er is een gevoeligheidsstudie gedaan of een lage of hoge E-modulus van de kern en vakwerk en
verschillende stijfheden van de palen invloed heeft op de resultaten.
De volgende varianten zijn onderzocht:
Aangehouden waarden:
Kern Fundering Vakwerk Stijve palen Slappe palen
Laag: Ekern= 6500 kN/m2 Efundering= 5500 kN/m2 Evakwerk= 6500 kN/m2 kp; 460= 180000 kN/m kp; 460= 120000 kN/m
Hoog: Ekern= 13000 kN/m2 Efundering= 11000 kN/m2 Evakwerk= 13000 kN/m2 kp; 510= 250000 kN/m kp; 510= 165000 kN/m
Resultaten doorbuiging en reactiekrachten:
Wind Y+/Y- (cijfer-assen) Wind X+ (letterassen) Wind X- (letterassen)
Variant ukern [mm] uvakwerk [mm] ukern [mm] uvakwerk [mm] ukern [mm] uvakwerk [mm]
Variant 1: 22,2 27,9 52,7 52,7 31,7 31,8
Variant 2: 14,4 15,6 35,6 35,6 15,0 15,1
Variant 3: 25,2 29,6 62,2 62,2 31,1 31,3
Variant 4: 16,3 17,1 44,2 44,2 12,7 12,7
Maximum: Reactiekrachten rond 460 Reactiekrachten rond 540
Kern [kN] Vakwerk [kN]Kern [kN]
Variant 1: 1766 1248 2557
Variant 2: 1731 1263 2517
Variant 3: 1753 1257 2534
Variant 4: 1692 1269 2476
Conclusie gevoeligheidsstudie:
Een lage Elasticiteitsmodulus van het beton in combinatie met slappe palen (variant 3), zorgt voor
de grootste doorbuiging van de kern. Deze is lager als de maximale doorbuigingseis van 72.8mm.
Stijve funderingspalen met een lage E-modulus van het beton (variant 3), zorgt voor een slechte
belastingverdeling en dus voor hogere reactiekrachten. De reactiekrachten verschillende
nauwelijks met de onderzochte variant.
De snedekrachten in de funderingsplaat, kern en stabiliteitsvakwerk van varianten 1 t/m 4
verschillen minimaal ten opzichte van de onderzochte variant.
Hieruit volgt dat het 3D-model relatief ongevoelig zijn voor wisselende invoer.
Variant 1: Lage E-modulus; kern, fundering, vakwerk + “Stijve” palen
Variant 2: Hoge E-modulus; kern, fundering, vakwerk + “Stijve” palen
Variant 3: Lage E-modulus; kern, fundering, vakwerk + “Slappe” palen
Variant 4: Hoge E-modulus; kern, fundering, vakwerk + “Slappe” palen
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 43
Resultaten 3D model zonder stabiliteitsvakwerk (variant 1):
Er is een 3D model gemaakt van ontwerpvariant 1.
Dit om te onderzoeken of de resultaten uit de 2D-berekening overeenkomen met het 3D- model. Vooral de horizontale verplaatsing ten gevolge van de wringing is interessant om te onderzoeken.
Uit de resultaten van het 3D Axis model (zie bijlage 8.3.6) volgt dat wind evenwijdig aan de
cijferassen een horizontale verplaatsing van 153.1 mm geeft.
Dit is ruim groter dan de toelaatbare vervorming van 72.8 mm.
De hoekverdraaiing t.g.v. wringing zorgt voor een grotere horizontale verplaatsing (130 mm) dan in het
2D model is uitgegaan. Dit door de invloed van de sparingen op de vervorming.
Figuur 10.9: Doorbuiging van alleen zonder stabiliteitsverband in de x-richting
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 44
10.5 Wapeningsberekening van enkele constructie elementen.
Algemeen: van een aantal constructieve elementen wordt een wapeningsberekening gemaakt.
Wapening lateien kern (Axis).
In Axis VM is voor een maatgevend belastinggeval naar de snedekrachten gekeken die door de lateien
worden geleid. Dit is bij windbelasting evenwijdig aan de letter-assen.
De resultaten van de berekening zijn weergegeven in bijlage 8.4.1. Hieruit volgt een beugelwapening van rond 10-200, buigtrekwapening 2 rond 20 v/a en
rond 10-200 v/a aan verdeelwapening.
Wapening kernpoer
In bijlage 8.4.2 wordt uit het 3D model de momenten in de plaat uitgedraaid.
De minimumwapening wordt uitgerekend en de hoeveelheid wapening aan de hand van de resultaten.
Met de wapeningshoeveelheid wordt de opneembare capaciteit uitgerekend. Hiermee wordt de plaat
gewapend. Hieronder volgt de berekening van minimumwapening en opneembare capaciteit.
Minimumwapening:
Asmin = 0.26 x fctm b d /fyk = 0.26 x 2.77 x 1000 x 750 /500 = 1080 mm2/m
Neem minimumwapening rond 12-100 = 1130 mm2/m
Wapening rond 12-100 + rond 16-300 = 1800 mm2/m
Opneembaar moment in Axis
Md = 0.9 x 435 x 750 x 1130 = 332 kNm/m
Md = 0.9 x 435 x 750 x 1800 = 528 kNm/m
Uit bijlage 8.4.2. volgt de onder- en bovenwapening. De meeste gebieden worden met minimumwapening # rond 12-100 b/o worden gedekt. Ter plaatse van de wanden moet er rond 16-300 bijgelegd worden.
De dwarskracht en pons is bij een plaatdikte van 800 mm niet maatgevend.
Stabiliteitsvakwerk
Uit Axis model volgen onderstaande snedekrachten. In bijlage 8.4.3. is de uitkomst hiervan aangegeven.
Met behulp van Technosoft kolomwapening is de wapening hiervoor uitgerekend, zie bijlage 8.4.3.
Hieruit volgt dat voor alle staven met de afmeting 600x600; betonkwaliteit C35/45; minimumwapening
benodigd is (EC 1992-1, 9.5.2), dit is Asmin {0,10 Ned/fyd ; 0,002 Ac} = 906 mm2.
Vanuit de detailleringseis mag geen enkele staaf verder dan 150mm vanaf een opgesloten staaf liggen (EC 1992-1, 9.5.2; (6). Hieruit volgt dat de kolom wordt gewapend met 12 rond 16 Ast= 2412 mm2.
Voor de stekwapening wordt 4 rond 25 met een lengte van 715 mm aangehouden, (zie berekening verankeringslengte bijlage 8.4.3). Deze wapening blijkt voor de 2e draagweg benodigd te zijn.
Staaf Snedekracht Waarde Lengte Kniklengte As;buigtrekwap. As;stekken
[kN]; [kNm] [ m ] [ m ] mm2
mm2
12 Nd = 1415 15.5 lk = 0.7 x L 12 rond 16 4 rond 20
Md = 158/-80
6 Nd = 2256 14.5 lk = 0.5 x L 12 rond 16 4 rond 20
Md = 30/20
1 Nd = 4531 11.0 lk = 0.7 x L 12 rond 16 4 rond 20
Md = 73/70
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 45
10.6 Beschouwing 2e draagweg van het gebouw
Algemeen:
Op grond van NEN-EN 1990 in samenhang met NEN-EN 1991-1-7, geldt dat voor elke constructie, die is
ingedeeld in gevolgklasse 2b of 3, een nadere beschouwing voor de 2e draagweg nodig is.
Disproportionele schade in relatie tot de oorzaak door het bezwijken van een of meer vloervelden is niet toegestaan. Wat disproportionele schade is, is onderwerp van overleg met het bevoegd gezag.
Voor klasse 2b in bijlage A4 van NEN-EN 1991-1-7 zijn de volgende 2 aanbevolen strategieën gegeven,
1. Toepassen van en horizontale trekbanden in combinatie met verticale trekbanden, zie figuur
11.10.
Figuur 11.10: NEN 1991-1-7 voorbeeld verticale trekbanden
2. Daar waar de denkbeeldige verwijdering van dergelijke kolommen en delen van wanden zou
resulteren in een schade groter dan de afgesproken grens (15% van het vloeroppervlak
of 100 m2), behoren de elementen te zijn ontworpen als ‘kritisch element’, zie figuur 11.10.
Figuur 11.11: NEN 1991-1-7 figuur A.1 Aanbevolen grens van toelaatbare schade.
Strategie 2 is hier niet van toepassing, dus het gebouw dient op strategie 1 met behulp van horizontale en
verticale trekbanden worden ontworpen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 46
Horizontale trekbanden;
In NEN 1991-1-7 A.5.1. wordt er onder 3 aangegeven hoe horizontale trekbanden bij een constructie met
kolommen moeten worden toegepast. Elementen die zijn gebruikt voor de opname van belastingen anders dan de buitengewone belastingen mogen als trekband worden gebruikt. Voor de horizontale trekbanden
zijn hiervoor benodigd:
Buitengewone belastingcombinatie:
6.11a: pb + ψ1 x vb
pb= 7.7 kN/m2 vb = 3.0+ 0.8 = 3.8 kN/m2 ; ψ1 = 0.5
Voor interne trekbanden geldt:
Ti = 0.8(7.7 + 0.5 x 3.8) x 7.2x 10.8 + 14.4
2 = 697 kN > 75 kN (maximale oppervlakte van 7.2x
10.8 + 14.4
2 ).
Voor een stalen THQ ligger met een S355 kwaliteit volgt hiervoor een minimale Amin = 697 / 0.355 = 1963 mm2.
Een stalen THQ 320x10-190x40-400x25 As = 24000 mm2. Dus de eis voor trekbandwapening voldoet.
Voor trekbanden langs de omtrek geldt: (kolommen hart op hart 1.8m).
Ti = 0.4(7.7 + 0.5 x 3.8) x 1.8 x 10.8
2 = 31 kN < 75 kN
Voor een stalen koker in de gevel S275 volgt hiervoor een Amin = 75 / 0.275 = 273 mm2
Een stalen koker van vierkant 50/6 zou hier al voldoen As = 1200 mm2.
Eventueel kan hier wapening in de druklaag worden toegepast
As = 75/0.500 = 150 mm2 (neem 2 rond 12).
Verticale trekbanden;
Voor de verticale trekbanden zijn er kolommen nodig die doorlopen vanaf fundering tot aan het dakniveau. De kolommen moeten een trekkracht op kunnen nemen die gelijk is aan de grootste van de
oplegreacties die vanuit de vloeren op de kolommen per verdieping wordt uitgeoefend. Een dergelijke
buitengewone belasting behoort niet gelijktijdig met de permanente en veranderlijk belastingen te zijn aangenomen.
Voor de verticale trekband in de kolommen komt dit neer op:
Buitengewone belastingcombinatie:
6.11a: pb + ψ1 x vb pb= 7.7 kN/m2
vb = 3.0 + 0.8 = 3.8 kN/m2 ; ψ1 = 0.5
Middenkolom:
Ti =(7.7 + 0.5 x 3.8) x 7.2x 10.8 + 14.4
2 = 871 kN.
Voor een betonkolom 600x600 moet hier minimaal aan wapening Amin = 871 / 0.500 = 1742 mm2
Dit is een minimale kolomwapening van 10 rond 16 of stekken 4 rond 25.
Gevelkolom:
Ti =(7.7 + 0.5 x 3.8) x 1.5x 10.8
2 = 78 kN.
Dit heeft minimale consequenties voor de toegepaste kolomwapening/staalafmeting.
Conclusie:
Voor het OWC voldoen de horizontale trekbanden door het toepassen van THQ-liggers en kokers 50/6 in
de gevel. Voor de verticale trekbanden dient er ter plaatse van de kolommen minimaal 10 rond 16 kolom-
wapeningen stekken 4 rond 25 te zijn toegepast. Deze eisen zijn van invloed op de toegepaste wapening.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 47
10.7 Werkplan voor het stabiliteitsvakwerk.
Er is in paragraaf 10.5 is voor het stabiliteitsvakwerk de kolomwapening bepaald, tevens is er een detailberekening gemaakt van de benodigde stekken.
In deze paragraaf komt de uitvoering en detaillering van het stabiliteitsvakwerk aan de orde.
In verband met de bouwsnelheid wordt het vakwerk uitgewerkt in prefab elementen. Dit vergt een langere voorbereidingstijd, eenmaal op de bouw heeft prefab beton een relatief korte montageduur.
In het werk gestort beton moet de totale constructie per segment in de steigers worden gezet.
Dit gaat ten koste van de bouwsnelheid.
De prefab elementen worden op de bouw gemonteerd en met behulp van stekken en gains die in elkaar
moeten passen. Door middel van het injecteren van krimpvrije mortel wordt de verbinding momentvast aan elkaar verbonden.
De prefab elementen (schoren) worden allemaal van vrijwel dezelfde kopaansluiting voorzien. Hierdoor
kan in de fabriek met dezelfde mal, de kop gestort worden. De lengte van de schoor kan hierbij variëren.
De elementen hebben een maximale lengte van 14.0 m. De maximale afmetingen van gangbaar transport
is plat op de wagen 3.50 x 16.00m2. Het grootste element heeft een inhoud van 5.2 m3 en weegt 13 ton. In
een kraantabel worden standaardwaarden aangehouden van 16 tot 20 ton. Hieruit volgt dat de elementen te vervoeren en te monteren zijn. De elementen worden voorzien van 2 hijsogen op ongeveer een kwart
van de overspanning. Het eigengewicht zorgt voor een buigend moment tijdens de bouwfase, dit is echter
niet maatgevend.
Hieronder volgt een aantal schetsen hoe het stabiliteitskruis geassembleerd wordt zie figuur 11.12.
Assemblage elementen: 1 t/m 8
Figuur 11.12: Assembplage van het stabiliteitsvakwerk in volgorde 1 tot en met 8. (zie bijlage 8.5.1).
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 48
Werkvolgorde: (zie bijlage 8.5.1)
1. Kolom 1 wordt geplaatst met behulp van uitstekende stekken uit de fundering (detail A).Aan de
bovenzijde van kolom 1 zijn anker-hulzen (Demu 4010) ingestort. De ankers-hulzen worden voorzien van een indraaianker (Demu 2020).
2a. Schoor 2 wordt bovenop kolom 1 geplaatst en over de ankers geschoven. Deze worden
aangegoten met een krimpvrije mortel. Ter plaatste van de vloer wordt een stortstrook (natte knoop) vrijgehouden die ervoor zorgt dat de schoor geplaatst kan worden.
2b. De stalen THQ-liggers worden tussen de doorlopende kolommen geplaatst. Hierop worden de
(prefab) vloeren geplaatst.
2c. Element 2 en 3 wordt voorzien van een V-vormige inkeping, deze zorgt ervoor dat de horizontale component van schoor 3 geen afschuifkracht op de stekverbinding veroorzaakt (detail B).
De verbinding tussen elementen 2, 3 en 4 worden doorgestekt, waarbij één lange stek door
meerdere gains recht boven elkaar steekt.
3. Schoor 3 wordt op zijn plaats gehouden door een steigerconstructie. Aan de bovenzijde steunen
de 2 identieke elementen elkaar horizontaal (detail C). 4. Op de onderzijde van schoor 3 wordt kolom 4 geplaatst. Kolom 4 zorgt voor steun van balk 5.
Kolom 4 bestaat niet uit een deel wordt maar wordt per verdieping afgeschoord, de
verdiepingsvloeren worden hier per verdieping omheen opgebouwd.
5a. Balk 5 wordt geplaatst op kolom 4 en schoor 3, vervolgens wordt er met behulp van indraaiankers
die door balk 5 lopen, het geheel momentvast aan elkaar verbonden, zie detail C. De ankers snijden elkaar niet doordat deze voorzien worden van verschillende randafstanden.
5b. Balk 5 wordt voorzien van schuine vlakken zodat de er geen dwarskracht op de voeg wordt
uitgeoefend. 6. Kolom 6 wordt bovenop balk 5 geplaatst met ankers die vanuit kolom 4 doorlopen.
Kolom 6 is voorzien van ankerhulzen. Deze wordt net als kolom 4 in segmenten opgebouwd.
7. Schoor 7 wordt geplaatst bovenop kolom 6. Aansluitend daarop wordt van de bovenkant een
stekankers ingedraaid en vervolgens aangegoten (zie detail D). 8. Bovenop element 7 wordt ligger 8 geplaatst en gefixeerd voor horizontaal krachtsafdracht vanuit
het dakvlak.
Loodrecht op het valk dient het vakwerk per deel met schoren te worden gefixeerd.
Pas nadat het stabiliteitsvakwerk tot niveau +9570 resp. +22370 en +35000 volledig op sterkte is, kan worden gestart met de gevels vanaf P=0 resp. +9570 en +22370.
Hieronder volgt de detaillering van knoop A tot en met D (zie ook bijlage 8.5.2):
Figuur 11.13: Overzicht detaillering knoop A tot en met D
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 49
Figuur 11.14: Detaillering knoop A en B Figuur 11.15: Detaillering knoop C en D
Overige uitvoeringsonderdelen:
Kernconstructie
Deze wordt opgebouwd uit prefab onderdelen en worden met stekken en gaines aan elkaar gemonteerd.
De elementen kunnen vanaf de vrachtwagen gemonteerd worden (just in time) om een hoge bouwsnelheid te garanderen.
Kraan en montage Gezien de omvang van het gebouw zal er tijdens de uitvoering gebruik worden gemaakt van een vaste
kraan. De kraan wordt geplaatst op een kraanpoer net buiten het gebouw.
Dit wordt een kraan van het merk: Liebherr 550 EC-H 20 deze kraan is geselecteerd op basis van gewicht
van de elementen en reikwijdte, zie bijlage .8.5.3).
Bemaling en grondwaterstand.
De ontgraving voor de poeren en de balken liggen in het algemeen boven de grondwaterstand. Alleen in natte perioden moeten mogelijk maatregelen genomen worden. Voor dit soort situaties wordt geadviseerd
om klokpompen op de bouwplaats paraat te hebben.
Voor de kernpoer met liftputten dient te worden gerekend op een tijdelijke damwand. De ondiepe
waterremmende laag net boven N.A.P. wordt bij deze poer namelijk doorsneden. Bovendien dient er bemalen te worden ter voorkoming van opbarsten van de putbodem door overdruk onder deze
waterremmende laag.
Fundering
De keuze voor trillingsvrij aangebrachte grondverdringende Fundex-palen voor dit project is ingegeven
door de combinatie van de grondslag en de omliggende bebouwing. Een niet trillingsvrij systeem zou te veel overlast en mogelijk ook schade kunnen veroorzaken. Bij het opstellen van het funderingsadvies
moet de bestaande paalfunderingen van Minnaert en Buys Ballot in acht worden genomen.
De paalpuntniveaus van de nieuwbouw zullen in de nabijheid van de bestaande bebouwing worden
afgestemd op de bestaande palen, zodat ondermijning van de bestaande paalfundering wordt voorkomen.
Afstudeerraport BV/MSEng
Oktober 2013 50
11. Conclusie:
In dit rapport is het constructief ontwerp van het nieuw te bouwen onderwijscentrum Noordwestcluster
gemaakt. Dit constructief ontwerp is een uitwerking van de probleemstelling als beschreven in het voorstel afstudeeropdracht:
“Hoe kan een optimaal constructief ontwerp worden gemaakt voor de toren van het onderwijscentrum
(OWC). Hierbij dient aandacht te worden besteed aan de krachtswerking van het gebouw, duurzaamheid, economische haalbaarheid en uitvoerbaarheid”
Aan de hand van de eisen en wensen zoals in bovenstaande opdracht beschreven, is getracht het beste constructief ontwerp te zoeken voor dit nieuw te bouwen onderwijscentrum.
Het ontwerp bestaat uit een prefab kern en gebouwhoog stabiliteitsvakwerk. De stabiliteitselementen
worden gekoppeld door prefab ribcassette platen met gewapende druklaag. Deze platen worden ondersteund door een kolom-balken structuur bestaande uit stalen THQ-liggers met prefab kolommen.
Na toetsing aan de constructieve eisen zoals gesteld in de Eurocode normen [3] een duurzaamheids-onderzoek te hebben uitgevoerd en op het gebied van kosten en uitvoerbaarheid het nodige hebben
onderzocht, kan geconcludeerd worden dat bovenstaand constructief ontwerp geslaagd is.
Literatuurlijst:
[1] C.R. Braam en P. Lagendijk; “Cement en Betonreeks CB2 en CB4. [2] Dictaten Betonvereniging ; construeren in prefab beton, betonconstructies gewapend en ongewapend,
beton III, beton stabiliteit
[3] Eurocode normen; NEN-EN 1990; NEN-EN 1991; NEN-EN 1992 en NEN-EN 1997. [4] Hoenderkamp, J.C.D; “High-Rise Structures”. Technische Universiteit Eindhoven (2007).
[5] Liebherr bedrijf site: www.liebherr.com.