Grote overstekken, hoge vloerbelastingen Joint Research Center Zeeland is Zeeuws state-of-the-art onderzoeksinstituut 1 Joint Research Center Zeeland in Middelburg, foto: Ruden Riemens 1 20? CEMENT 6 20 23 In het Joint Research Center Zeeland, kortweg JRCZ, werken studenten van Scalda, de HZ University of Applied Sciences, University College Roosevelt, onderzoekers en bedrijven samen aan de onderzoeksthema's water, energie, voedsel en de biobased economie. De ontwerpopgave voor het gebouw mag gerust complex worden ge- noemd. Het nieuwe vierlaagse en 19 m hoge onderzoeksinstituut staat op een prominente plek, op het kruispunt van Het Groene Woud en de Poelendaelsingel (foto 2). Die plek vraagt om een landmark en krachtig archi- tectonisch gebaar. Ook uitvoeringstechnisch is de plek uitdagend, vanwege de beperkte beschikbare ruimte. De kenmerkende uitstekende gebouw - delen volgden uit het gewenste programma. Alle onderwijsruimten, laboratoria, werk- plaatsen en overige functies vroegen samen om meer ruimte (4.500 m² bvo) dan mogelijk was binnen het toegestane bouwvolume. Een creatieve oplossing werd gevonden door letterlijk buiten de kaders te denken. Het bestemmingsplan werd in een vroeg stadium in overleg met de gemeente gewijzigd, waar- door uitkragingen buiten het bouwoppervlak mogelijk werden. De overstekken maken van het JRCZ een stoer, als monoliet vorm- gegeven gebouw (foto 3). Hybride hoofddraagstructuur Bij het ontwerp van de constructie is ingezet op een zo groot mogelijke flexibiliteit voor huidig en toekomstig gebruik, en daarmee een hoge mate van vrij indeelbare ruimten. Om dit te bereiken bleek een betonskelet, bestaande uit vlakke plaatvloeren en ge- steund door betonnen kolommen en wan- den, de beste keuze (fig. 4). Tijdens de ontwerpfase zijn verschil- lende varianten voor de constructie onder- zocht, zoals een prefab constructie van staal met kanaalplaatvloeren. Dat was echter niet de meest economische oplossing, gezien de afmetingen van de uitkragende delen in twee richtingen, de wens voor een vlakke vloer en de benodigde laboratoriumfunctie. Voor de uitstekende bouwdelen zouden in het geval van stalen liggers en kanaalplaat- vloeren teveel constructiehoogte benodigd zijn om de gewenste sterkte en stijfheid te behalen. In plaats daarvan is gekozen voor uitkragende betonvloeren (fig. 5). Alleen bij het grote, in twee richtingen uitkragende bouwdeel is gebruikgemaakt van stalen vak- werkliggers (fig. 6). Om de belasting op de uitkragende delen te beperken is de gevel uitgevoerd met houtenskeletbouw binnenbladen met lamel- len eraan gemonteerd. Voor het totale gevel- pakket is een gewicht van 120 kg/m² aange- houden. PROJECTGEGEVENS project Joint Research Center Zeeland opdrachtgever HZ University of Applied Sciences architect Rothuizen Architecten constructeur IMd Raadgevende Ingenieurs aannemer Rothuizen BouwMeesterPro leverancier gewichtsbesparende breedplaatvloeren Airdeck Het Joint Research Center Zeeland in Middelburg is een state-of-the-art onderzoeksinstituut met innovatieve laboratoria en practicumruimtes. Constructief is het gebouw bijzonder vanwege de combinatie van grote overstekken, flexibele indeelbaarheid en bijzonder hoge vloerbelastingen. CEMENT 6 2023 ?21 Op het gebouw bevindt zich een dak- opbouw, opgebouwd uit stalenliggers en dakplaten. Gewichtsbesparende breed- plaatvloeren Extra aandacht is besteed aan de bijzondere eisen voor de laboratoria en practicum- ruimtes, waaronder trillingsgevoeligheid en plaatselijk extreme belastingen, tot 20 kN/m². De hoogste belastingen zijn gepositioneerd op de begane grond, die is uitgevoerd met kanaalplaatvloeren. Dankzij de positie op de beganegrondvloer was het mogelijk extra balken en palen toe te voegen en de over- spanning van de kanaalplaat te reduceren. De hoge belastingen op de verdiepingen zijn opgevangen met extra wapening in de vloer.In overleg met de opdrachtgever is besloten voor de verdiepingen breedplaatvloeren met gewichtsbesparende elementen toe te passen. Dit type vloer heeft het voordeel van minder af te dragen eigen gewicht. Ten opzichte van kanaalplaatvloeren is het voordeel een gun- stige weerstand tegen trillingen. Het gewicht is immers hoger dan een kanaalplaatvloer en gewicht wordt bespaard in het midden van de vloer, wat minder gevolgen heeft voor de stijfheid. Ook uit duurzaamheidsoverwe- gingen is dit type vloer gezien het beperkte materiaalgebruik gunstig. De breedplaatvloeren in dit project overspannen in twee richtingen. Als gevolg hiervan kunnen positieve momenten bij de plaatnaden optreden. In de uitwerking van de vloer is hier op ingespeeld door onder andere: 2 Locatie JRCZ, bron: Google Maps 3 De overstekken maken van het JRCZ een stoer gebouw, foto: Ruden Riemens Omdat het gewenste programma niet mogelijk was binnen het toegestane bouw- volume, zijn uitkragingen buiten het bouwoppervlak voorzien ING. PAUL NOOMEN RC Projectleider IMd Raadgevende Ingenieurs ING. ROB STARK RO Directeur / Raadgevend Ingenieur IMd Raadgevende Ingenieursauteurs 2 3 22? CEMENT 6 20 23 A 1 2 3 4 5 6 7 8 B C D E F G H A' 8' 7' VPG3\f0 VPG450 P +7600 VPG3\f0 P +7\f00 3500 25007400635035505\f00 40002500 6000 6000 6000 6000 6000 7200 3000 1 7\b 0 0 ° 15 \b0 0 ° K350x350x16 ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm K250x250x10 ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm 300 ø323\b\fx16 H E A3 00 H EA3 00 H E A3 00 H E A3 00 H E A3 00 K150x150x10 K 25 0 x1 5 0 x1 0 300 K I 25 37 2 250 ø457x8 (b) ø457x8 (b) ø457x8 (b) ø450mm ø450mm ø450mm ø457x8 (b) ø450mm ø450mm ø457x8 (b) ø450mm ø450mm ø450mm ø450mm ø457x8 (b) ø450mm ø450mm ø457x8 (b) ø450mm ø450mm ø450mm K150x150x10 4 Plattegrond 2e verdieping; een betonskelet met vlakke plaatvloeren en betonnen kolommen en wanden bleek de beste keuze 4 CEMENT 6 2023 ?23 +4000 01 eerste verdieping +8000 02 tweede verdieping +0 00 begane grond +12000 03 derde verdieping +16000 04 vierde verdieping +19200 05 dak 1 2 3 4 5 6 7 8 ø457x8 (b) 245 HEA300 HEA300 HEB400 K250x250x10 K250x250x10 K250x250x10 K250x250x16 K250x250x10 K350x350x16K250x250x10 ø457x8 (b) +400001 eerste verdieping +800002 tweede verdieping +000 begane grond +1200003 derde verdieping +1600004 vierde verdieping +1920005 dak B C D E F G H 2.01 6 5 Doorsnede as 3 6 Doorsnede as F; bij het in twee richtingen uitkragende bouwdeel is gebruikgemaakt van stalen vakwerkliggers 5 24? CEMENT 6 20 23 de zee nabootst. Om dit mogelijk te maken is de machine zwaar en treden er dynamische belastingen op. Gezien het hoge gewicht was het advies deze machine te positioneren op de begane grond (uitgevoerd in kanaalplaat met kleinere overspanningen, zie eerder). Daarnaast zijn de dynamische belastingen van de getijdemachine geanalyseerd en is beoordeeld wat de invloed is op de construc- tie. Uit deze analyse is gebleken dat de bewe- ging zodanig traag is en het aantal belasting- wisselingen zo laag, dat dit geen nadelige invloed op de constructie zal uitoefenen. De gebruiker zal in dit gebouw mede onderzoek doen naar vraagstukken die rele - vant zijn in een deltagebied als Zeeland. Hierv oor zijn ten behoeve van onderzoek waterbakken gewenst die op het dak zijn ge - situeerd. Hiervoor zijn zones aangeduid die zo min mog elijk invloed op de constructie uitoefenen. Hier is een maximale belasting aangehouden van 10 kN/m². Deze zones bevonden zich in ieder geval niet op de uit- kragende vloeren. Stabiliteit De stabiliteit wordt in beide richtingen ver- zorgd door de aanwezige betonwanden. Op as 6 is op de begane grond een stalen K-ver- band toegepast, aangezien het niet mogelijk is om de erboven gelegen betonwand tot op de beganegrondvloer door te laten lopen in verband met de doorloop en gewenste zicht- lijn aldaar (fig. 8). Door de toepassing van in het werk gestorte vloeren is de schijfwerking ten behoeve van de afdracht van de horizon- tale krachten naar de verticale verbanden gegarandeerd. Vakwerk Het grote overstek aan de noordzijde wordt, zoals eerder aangegeven, opgevangen 7 Voor de verdiepingen zijn breedplaat- vloeren met gewichtsbespa - rende elementen toegepast 7 Detail D volgens NEN-EN 13747, met uitstekende wapening bij de plaatnaad een plaatindeling te kiezen waarbij positieve momenten bij plaatnaden worden voorkomen dan wel beperkt; het stortvlak volledig opgeruwd uit te voe- ren; detail D (fig. 7) volgens NEN-EN 13747 aan te houden, dus met uitstekende wapening bij de plaatnaad; in de berekening van het afschuifvlak re- kening te houden met het interne moment en de kromming van de vloer; te zorgen voor voldoende robuustheid in het detail ter plaatse van de plaatnaad. Een belangrijk aandachtspunt bij vlakke plaatvloeren betreft de pons ter plaatse van de kolommen. In het ontwerp is ervan uitge- gaan dat ter plaatse van de kolommen vol- doende bovenwapening is opgenomen om de begrenzing (k max VRd,c) van de ponsweer- stand van platen met ponswapening vol- doende op te hogen, zodat kolomkoppen grotendeels konden worden voorkomen. Robuustheid Er zijn verschillende maatregelen genomen voor samenhang tussen de onderdelen. Door de doorlopende wapening in de kolommen en wanden zijn verticale trekbanden voor- zien. Horizontale trekbanden zijn voorzien door doorgaande wapening in de vloeren. Deze verticale en horizontale trekbanden zijn eenvoudiger te realiseren in een in het werk gestort skelet. Hiermee ontstaat een gebouw met een hoge ductiliteit en is de tweede draagweg gewaarborgd. Dynamische belastingen In het constructief ontwerp moest rekening worden gehouden met de apparatuur in de laboratoria. Een voorbeeld hiervan betreft de getijdemachine, die de getijdebeweging van CEMENT 6 2023 ?25 +4000 01 eerste verdieping +8000 02 tweede verdieping +0 00 begane grond +12000 03 derde verdieping +16000 04 vierde verdieping A B C D E F G 1.01 door stalen vakwerkspanten. Deze lopen door over twee verdiepingen in verband met de stijfheid (fig. 9) en worden ondersteund door staalbetonkolommen. Belangrijke uitgangs- punten voor het ontwerp van de spanten waren de stijfheid, de esthetische uitstraling en de details.Tijdens de uitvoering van de vakwerk- spanten moesten de liggers onderstempeld blijven totdat de bovenliggende vloeren waren uitgehard. Dit om uitknikken van de boven- regel te voorkomen. Hiervoor zijn tijdelijke constructies aangebracht die door de aan- nemer in overleg met IMd zijn uitgewerkt en vastgelegd in een montageplan. Aangrenzend op bestaand Enkele bestaande gebouwen op de projectlo- catie moesten worden gesloopt. Op as A sluit de nieuwbouw aan op bestaande bebouwing die is behouden. Bij het ontwerp van de fundering en het palenplan moest rekening worden ge- houden met de bestaande palen. Na het ont- graven ten behoeve van de bouwwerkzaam- heden zijn de nog aanwezige palen van de gesloopte bebouwing ingemeten ten opzich- te van het nieuwe assenstelsel. Met de posi- tie van de nieuwe palen is met deze gegevens rekening gehouden om conflicten te voorko- men, wat heeft geleid tot kleine aanpassingen aan de constructie van de fundering. In verband met de trillingsgevoelige constructie van het aangrenzende pand, is gekozen voor een grondverdringend boor- systeem voor de palen. Daarop zijn in het werk gestorte betonbalken aangebracht waar de kanaalplaten (A320 met 70 mm druklaag) op afsteunen. Aangezien er tegen de oostgevel van het gebouw een grondpakket ligt, doet deze gevel dienst als grondkering. Hier is een betonwand opgenomen die uitkraagt uit de fundering. Tussen het JRCZ en het bestaande gebouw is een loopbrug aanwezig. Deze bestaat uit een staalconstructie, waartussen verticaal glazen panelen spannen (foto 10). Het dak bestaat uit een stalen dakplaat en de vloer uit een gevouwen staalplaat. Daklandschap De constructie van de dakopbouw wordt ge- vormd door drie draaglijnen, bestaande uit stalen liggers en stalen kolommen waar- 8 Doorsnede as 6, met stalen K-verband onder betonwand 8 26? CEMENT 6 20 23 9 10 9 Model met stalen vakwerkspanten die het grote overstek dragen 10 De loopbrug tussen het JRCZ en het bestaande gebouw bestaat uit een staalconstructie, waartussen verticaal glazen panelen spannen, foto: Ruden Riemens CEMENT 6 2023 ?27 tussen stalen dakplaten spannen. Het dak heeft een groene uitstraling. Hiertoe is er rondom een groenstrook van 1,5 m voorzien, bestaande uit 500 mm substraat waarin planten en struiken kunnen worden aange- bracht (fig. 11).Om het mogelijk te maken om proeven met windturbines te doen, is de constructie erop voorbereid dat er op het dak windmo- lens met een belasting van 2000 kg kunnen worden geplaatst. Hiertoe is op iedere kolom een extra belasting van 2000 kg gerekend. Uitgangspunt is dat de windturbine op de onderliggende kolom wordt geplaatst. In- dien gewenst kan er in plaats van een wind- turbine ook een boom op de kolom worden geplaatst, om het groene karakter van het dak te benadrukken. Opgeleverd Het project is inmiddels opgeleverd en volop in gebruik. Daarmee is Middelburg een op- vallend, bijzonder gebouw rijker. Een gebouw waarin alle ontwerpuitgangspunten met be- trekking tot flexibiliteit en duurzaamheid zijn gerealiseerd. 11 Op het dak is rondom een groenstrook van 1,5 m voorzien; de constructie is erop voorbereid dat er windmolens kunnen worden geplaatst Het grote overstek aan de noordzijde wordt opgevangen door stalen vakwerkspanten 11 28? CEMENT 6 20 23