Met een hoogte van meer dan 1000 m moet de Jeddah Tower (voorheen bekend als Kingdom Tower) niet alleen het hoogste gebouw in Saoedi-Arabië worden, maar in de hele wereld. Het project maakt deel uit van de hypermoderne ontwikkeling van het noordelijke deel 'Kingdom City' van Jeddah, aan de westkust in Saoedi-Arabië. De hoogte wordt bereikt dankzij een betonnen mast van circa 250 m hoogte boven op de Y-vormige basisdraagstructuur.
themaEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld5 201610themaEenvoudigeconstructie voorhoogste gebouwter wereld1De Jeddah Tower in Saoedi-Arabi? wordt 1000 m hoogEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 11Met een hoogte van meer dan 1000 m moet deJeddah Tower (voorheen bekend als KingdomTower) niet alleen het hoogste gebouw in Saoedi-Arabi? worden, maar in de hele wereld. Het projectmaakt deel uit van de hypermoderne ontwikkelingvan het noordelijke deel `Kingdom City' van Jeddah,aan de westkust in Saoedi-Arabi?. De hoogte wordtbereikt dankzij een betonnen mast van circa 250 mhoogte boven op de Y-vormige basisdraagstructuur.De Jeddah Tower wordt een multifunctioneel gebouw metcommerci?le ruimten, kantoorruimten, hotelfaciliteiten(200 kamers) en ruim 400 appartementen, verdeeld over 167verdiepingen. Inclusief de onbruikbare verdiepingen in de mastbedraagt het aantal zelfs 252. Om de 25 tot 30 etages zijntechnische verdiepingen in het ontwerp opgenomen. Aan devoet van het gebouw is een tweelaagse, ondergrondse kelderaanwezig waarin plaats is voor 2200 auto's. Het totalevloeroppervlak bedraagt circa 530 000 m2en de investeringcirca 1,2 miljard Amerikaanse dollars.OntwerpDe toren heeft een driehoekige, slanke vorm, die naar boventoe steeds smaller wordt. Het ontwerp is ge?nspireerd op degroei van jonge plantjes in de woestijn. Volgens de architectdoet het denken aan het ontspruiten van nieuwe bladeren, watde ontwikkeling rond de toren zou moeten symboliseren. Alsbasis is gekozen voor een karakteristieke Y-vormige plattegrond(fig. 2). Dit is ingegeven door een aantal belangrijke voordelen:- de hoek van 120?tussen de vleugels zorgt voor een relatiefgroot geveloppervlak met een vrij uitzicht, waarmee deverhuurbaarheid toeneemt;- de hoek van 120?tussen de vleugels waarborgt privacy: inkijktussen appartementen die aan dezelfde gevel grenzen isminimaal;- het grote geveloppervlak zorgt voor veel daglichttoetreding;- de voet van de toren is eenvoudig te verbreden waardoor degewenste slankheid van de toren (ca. 1:10) kan wordengerealiseerd met het oog op stabiliteit, zonder dat veelinpandige ruimten ontstaan.De afmetingen van de plattegronden nemen naar boven toe afin een vloeiende lijn. Naast het architectonische effect, heeft hetook constructieve voordelen. Door de wijzigende afmetingenwordt het optreden van wind vortices tegengegaan.Men heeft er uit symboliek voor gekozen de toren zo te ori?nterendat ??n van de vleugels naar het nabijgelegen Mekka wijst,terwijl een andere vleugel op het noorden is geori?nteerd.Hierdoor wordt de windhinder op maaiveld gereduceerd, dezonbelasting op de gevels beperkt, het uitzicht verbeterd, maarde resulterende windbelasting op het gebouw iets vergroot.BalkonsBij de Jeddah Tower zijn balkons ge?ntroduceerd, hoewel dat bijhoogbouw eigenlijk niet gebruikelijk is. In een substantieel deelvan het jaar kan het aangenaam weer zijn in Jeddah. Op dehogere verdiepingen maken de lagere luchttemperatuur en deaanwezige wind het nog aangenamer om buiten te verblijven,waardoor de balkons zorgen voor extra wooncomfort.Bovendien geven de balkons schaduw op het ondergelegengevelvlak, waardoor de warmtelast wordt gereduceerd.Sky terraceBijzonder onderdeel van het ontwerp is het sky terrace op circa644 m aan de buitenzijde van de toren (fig. 3 en 5). In eersteinstantie wilde men deze uitstulping gebruiken als helikopter-platform: het windklimaat bleek uiteindelijk echter te gevaarlijk1 Impressie van de Jeddah Tower in Saoedi-Arabi?2 Constructief systeemBronDit artikel is een vertaalde bewerking van de bijdrage van RobertSinn (Thornton Tomasetti) en Peter Weismantle (Adrian Smith +Gordon Gill Architecture) aan het boek`Tall and Supertall Buil-dings: Planning and Design'(McGraw-Hill, 2014). De bewerking isgedaan door ir. Paul Lagendijk.2gangwandeneindwandendwarswandenthemaEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld5 201612verticale wapeningvloerwapeningstek-ankers3 Sky terrace op 644 m hoogte4 Detail aansluiting vloer - wandenDe dwarsstabiliteit wordt ontleend aan de gangwanden. Debetonwanden aan de kopse uiteinden van de vleugels werkenhierbij als flenzen. Aan de voet van de toren zijn de vleugelsaan de Y-vorm langer en staan deze wanden dus verder uitelkaar waardoor een grotere stijfheid ontstaat.De helling van de drie eindwanden is niet identiek voor de drieverschillende vleugels (vari?rend van 3,0 tot 3,6?) waardoorasymmetrie in de gebouwvorm ontstaat. Alle overigebetonwanden staan wel verticaal.Om de constructieve afmetingen van de wanden te beperken,wordt hogesterktebeton toegepast. De sterkte is beperkt tot eenniveau dat in het Midden-Oosten regelmatig is toegepast: in deonderste helft van de toren is beton met een cilinderdruksterktevan 85 N/mm2(na 90 dagen) toegepast. Op hogere niveauswordt de sterkte gereduceerd tot 75 N/mm2, respectievelijk65 N/mm2(in de mast). De dikte van de wanden varieert van1200 mm aan de voet van de toren tot 600 mm in de mast.Doordat de wanden worden voorgetrokken in de uitvoering,worden de vloeren tussen de wanden gestort. De koppeling vande vloeren aan de wanden gebeurt door middel van stekankers(fig. 4). Door deze uitvoeringswijze is de betonsterkteklasse vande vloer niet van invloed op de sterkte van de kruising tussenwand en vloer.De betonmengsels bevatten onder andere portlandcement,vliegas, silica fume, nieuwe generatie superplastificeerders enijs om de warmteontwikkeling in de massieve betonelementente beheersen. De verwachting is dat men tot 700 m hoogte hetbetonmengsel kan verpompen. Vanaf dit niveau wordtgebruikgemaakt van een tweede pomp.Ook de mast wordt uitgevoerd als in het werk gestorte beton-constructie: de buitenwanden zijn gesloten en vormen eensiloachtige constructie. De voet van de mast rust op een 4 mdikke, massieve plaat (skyraft) die de overgang vormt naar debasisdraagstructuur.voor het landen en vertrekken van helikopters. Nu is ervoorgekozen er een buitenterras van te maken met een diametervan circa 25 m.Constructieve opzetDe constructie van de Jeddah Tower bestaat uit een volledig inhet werk gestort gewapend-betonskelet van vloeren en wanden(fig. 2). De vlakke plaatvloeren zijn driezijdig opgelegd endragen hun belasting af op de wanden. In de gevelzone zijngeen constructieve elementen aanwezig. Hierdoor is hetuitzicht gemaximaliseerd. De hart-op-hart-afstand van demeeste ondersteunende wanden is circa 9 m, die zijn gerealiseerdmet een projectspecifieke bekisting. De toegepaste vloerdikte is250 mm. Lokaal, waar de overspanningen groter zijn, isgekozen voor een dikkere vloer.34Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 135 Sky terrace van de Jeddah Tower6 Isometrie van de palenen veranderlijke verticale belasting van 8800 MN ondersteunt.De belasting wordt voor een deel direct door de funderings-plaat afgedragen op de ondergrond en voor een deel door depalen. Het draagvermogen van de palen wordt primairontleend aan schachtwrijving. In totaal zijn er 270 in de grondgevormde, gewapende betonpalen toegepast (diameter 1500 en1800 mm; h.o.h.-afstand 2,5 x paaldiameter) onder een circa 5m dikke funderingsplaat (fig. 6). Onder het midden van detoren reiken de palen tot 105 m onder maaiveld (dus tot 5 mboven de laag met hard zandsteen); onder de drie vleugels tot45 m. De langere palen in het centrale gedeelte van het gebouwzorgen in dat gebied voor een stijver gedrag van het grondmas-sief, waardoor niet alleen de absolute waarde van de zettingenafneemt maar vooral de zettingsverschillen tussen de verschil-lende delen van het gebouw: de absolute zetting is beperkt totcirca 110 mm en de zettingsverschillen met de uiteinden van deplattegrond blijven beperkt tot circa 20 mm (fig. 7a en 7b).De standaardverdiepingshoogte van 4 m geeft de mogelijkheidlateien te cre?ren met een hoogte van circa 1,50 m. De torsiesta-biliteit wordt ontleend aan de driehoekige centrale kern.Slechts lokaal zijn in het ontwerp stalen elementen opgenomen:voor de enorme luifel aan de voet van de toren die hinderlijkewindstromingen moet voorkomen (fig. 11) en voor het skyterrace (fig. 5).FunderingDe grondslag onder de toren bestaat voor de bovenste 50 m uitporeuze kalksteen die is ontstaan uit oude koraalriffen.Hieronder zijn dunne lagen van siltsteen en gravel met een laagvergruisd zandsteen aanwezig. Pas op een diepte van 110 monder maaiveld begint een laag met hard zandsteen. Hetgrondonderzoek is uitgevoerd tot een diepte van 200 m.Er is gekozen voor een paal-plaatfundering die de permanente5 6funderingsplaatpalen tot -45 mpalen tot -65 mpalen tot -85 mpalen tot -105 mthemaEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld5 201614hoogte[m]windsnelheid [m/s] met herhalingstijd 10 jaar12001000800600400200012001000800600400200020 30 40 50 6010 15 20 25 30 35 40hoogte[m]windsnelheid [m/s] met herhalingstijd 50 jaar50and extended to a depth of 200meters. The boundary conditionsused did not influence the resultsunder the raft.the pile geometry, deformationmodulus, and Poisson's ratio.The pile/rock interface springsemployed an ultimate shear stressthe triaxial test stress-strain curvesindicated a Mohr-Coulomb modelwas more appropriate.7. Total gravity loads (dead plus live)were about 8,800 MN (880,000metric tones), including the weightof the raft. The loads were appliedin the finite element model aspressure strips at the top of the raft.The pressures were calculated usingthe actual wall loads divided by theshear wall footprint area.8. A simplified construction stageprocess consisting of three stageswas followed for the modeling. InStage 1, the model (soil/rock layers)was allowed to settle due to its owngravity weight, and then settlementswere reset to zero. In Stage 2, thepiles and raft foundation wereinstalled. In Stage 3, the wall gravityservice loading was applied.Iterative Procedure between the Geotechnicaland Structural ModelsAn iterative procedure was employed incoordination with Structural EngineerThornton Tomasetti (TT) to achieveconvergence between the results of the MidasGTS model and the ETABS structural modelregarding the raft settlement magnitudes,the overall shape of the settlement contours,the pile loads, and the wall loads. The iteprocedure consisted of the following steStep 1: Based on a first set of wall loadsprovided by TT, we ran Midas GTS andestimated raft and pile settlements. Thsoftware allows for calculations of indivpile head springs and area springs (modof subgrade reaction) for the raft bearinFor the Kingdom Tower, we had 270 pilsprings and ten zones of area springs, tfor each leg and one for the center corewere established.Step 2: TT imported the pile and area spin their model, and provided to Langannew set of wall loads.Step 3: With the revised wall loads were-ran our model and provided TT nesets of individual pile springs and zonaverage springs.Steps 2 and 3 were repeated until thesettlement contours between thegeotechnical and the structural modelsdiffered by less than 5 mm, and the pilediffered by less than 2 MN. This is less t10 percent difference for each parametOpposite Left: Initial settlement prediction.Source: Langan Engineering & Environmental ServicesOpposite Right: Starting settlement estimate.Source: Langan Engineering & Environmental ServicesLeft: Converged settlement estimate.Source: Langan Engineering & Environmental ServicesRight: Best estimate pile head axial loads (MN).Source: Langan Engineering & Environmental Services108 mm173 mm7a Voorspelde initi?le zettingbron: Langan Enineering&Enviromental Services7b Uiteindelijke zettingbron: Langan Enineering&Enviromental Servicesweerballonnen op grote hoogte bij dezelfde luchthaven en hettoepassen van een geavanceerd analytisch model. Conclusievan deze studie was dat het toepassen van de grenslaagtheoriein dit specifieke geval een veilige bovengrensbenadering vormtvoor de te verwachten windsnelheden. Hoewel uit deze studieseen referentiewindsnelheid (op 10 m hoogte met een herha-lingstijd van 50 jaar) werd vastgesteld van 34,8 m/s, is in hetontwerp op sterkte rekening gehouden met de windsnelheidvan 42,2 m/s die in de Saoedi-Arabische normen is vastgelegd.Om de optredende windbelastingen bij het vastgestelde wind-snelheidsprofiel op het gebouw vast te stellen, zijn diversewindtunnelproeven uitgevoerd: op het totale gebouw maar ookop de mastconstructie. Uit deze proeven bleek dat het dynamischgedrag van het gebouw gunstig is en geen aanvullende voorzie-ningen vraagt voor de verblijfsgebieden. Hoewel in de mastgeen verblijfsgebieden zijn opgenomen, zijn hier wel tweeDoor de langere palen op 5 m boven de zandsteenlaag testoppen, wordt voorkomen dat het stijfheidsgedrag van dezepalen wezenlijk anders wordt dan het stijfheidsgedrag van de`korte' palen.Om een realistisch beeld van het paaldraagvermogen te krijgen,is op zes palen een proefbelasting uitgevoerd.WindengineeringVanzelfsprekend is uitgebreid onderzoek gedaan naar hetwindprofiel waaraan het gebouw wordt blootgesteld; met nameover de windsnelheden op grotere hoogten(boven 300 tot 600 m) bestonden onzekerheden (fig. 8).Het onderzoek bestond uit het analyseren van windmetingengedaan op maaiveldniveau op het nabijgelegen King AbdullahInternational Airport, het analyseren van meetgegevens van7a87bEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 15120010008006004002000120010008006004002000hoogte[m]dwarskracht [kN]hoogte[m]moment [kNm]t.g.v. windbelasting x- richtingt.g.v. windbelasting y ?richtingt.g.v. aardbevingsbelastingt.g.v. windbelastingt.g.v. aardbevingsbelasting8 Windmethoden9 Dwarskrachten en momenten als gevolg van wind- enaardbevingbelastingintroduceren. Deze zijn in de dimensionering meegenomen.De vervormingen treden natuurlijk niet alleen tijdens de bouwop, maar zullen zich ook na de bouw nog manifesteren. Deprognose is dat tien jaar na gereedkomen de verticale verkortingvan de betonconstructie ongeveer 200 mm zal bedragen.Omdat de toren niet symmetrisch is, zal ook een horizontaleverplaatsing optreden die over de hoogte ook nog van ori?ntatieverandert. De verplaatsing kan oplopen tot circa 100 mm.Tijdens de uitvoering worden de geprognosticeerde vervormin-gen nauwkeurig gemonitord, waardoor een deel van devervormingen tijdens de uitvoering kan worden gecorrigeerden waardoor kan worden gereageerd op eventuele significanteafwijkingen in het vervormingsgedrag.RobuustheidEr is een studie naar `disproportionele weerstand tegen bezwij-ken' uitgevoerd. Hieruit blijkt dat deze specifieke constructie eengrote mate van robuustheid en incasseringsvermogen heeft,doordat alle dragende wandelementen onderling zijn gekoppeld:het wegvallen van een key-element leidt niet tot voortschrij-dende instorting. Ook het gedrag na de oplevering is van belangom de robuustheid te waarborgen. Voor dit project is een uitge-breid monitoringsprogramma opgesteld om vast te stellen of hetontwerp zich gedraagt zoals wordt verwacht. Het constructievegedrag wordt gemonitord door bijvoorbeeld het meten van:- de zettingen van de fundering;- de verticale verkortingen van en de spanningen in dewanden;- de optredende windsnelheden verdeeld over de hoogte vanhet gebouw;dempers opgenomen (??n van 260 ton en ??n van 870 ton) omde vervormingen te beperken.Door de zware betonconstructies en het constructieve gedragvastgesteld bij de windtunnelproeven treden er geen resulterendetrekspanningen op in de betonconstructie of defunderingselementen.AardbevingenJeddah is een gebied met lage tot gemiddelde seismische activi-teit. De mate waarin met seismische activiteit rekening moetworden gehouden, is vastgelegd in de lokale regelgeving. Dezeinput, maar ook de resultaten van een projectspecifiek onder-zoek, zijn meegenomen in de toetsing van de constructie opaardbevingen. De resulterende dwarskracht en het optredendemoment aan de voet van de toren door windbelasting zijnaanzienlijk hoger dan die ten gevolge van aardbevingsbelastingen(fig. 9). Alleen in het lokale ontwerp van de mastconstructiewaren aardbevingsbelastingen maatgevend.Tijdsafhankelijk gedragDe analyse van de elastische vervorming en het tijdsafhankelijkegedrag door kruip en krimp van de betonconstructie heeftveel aandacht gekregen, zoals ook bij veel minder hoge gebou-wen al gebruikelijk is. Op basis van de materiaalgegevens en debouwvolgorde zijn prognoses gedaan over de vervormingendie optreden door alleen al de verticale belastingen op deconstructie. Ongelijke spanningsniveaus en verschillen intijdsafhankelijke karakteristieken van de diverse wanddelenzullen leiden tot een herverdeling van spanningen en vervormin-gen en dus ook extra krachten in de verbindende elementen9themaEenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld5 201616gevelelementen zijn aan de bovenzijde aan de constructieopgehangen. Alleen de gevelelementen bij de hoeken van hetgebouw hebben een afwijkende maatvoering. Bij de dubbel-hoge ruimten (zoals de duplex appartementen, sky lobby'senzovoort) zijn zwaardere gevelstijlen toegepast.Om het onderhoud aan de gevel te beperken (het voorkomenvan mogelijke ophoping van zand) en het reinigen en onderhou-den van de gevel zo eenvoudig mogelijk uitvoerbaar te houden, isde gevel zo vlak mogelijk ontworpen. Er zijn meerdere gevelon-derhoudsinstallaties voorzien die het mogelijk maken ieder jaarde complete gevel (circa 166 000 m2) viermaal te reinigen en diein voorkomende gevallen ook de beglazing kunnen vervangen.DuurzaamheidOp diverse manieren is duurzaamheid (in de betekenis vansustainability) bij het ontwerp van dit project een issue geweest.Enkele voorbeelden ter illustratie:- de luifelconstructie aan de voet van het gebouw kan effici?ntworden gebruikt om met behulp van PV-cellen energie teproduceren;- de horizontale vervormingen en versnellingen doorwindbelastingen;- de paalbelastingen;- de verdeling van de belastingen over de palen en hetplaatgedeelte van de fundering;- de aanwezige demping in de constructie.GevelDe kosten van de gevel bepalen bij projecten als deze voor eenaanzienlijk deel de investeringskosten. Al in het begin van hetontwerp is ervoor gekozen om maar ??n geveltype toe tepassen. Het feit dat de gevel zowel wordt blootgesteld aan woes-tijncondities als aan een maritiem milieu heeft het ontwerp enmateriaalkeuze be?nvloed. De vliesgevel is ontworpen op eenomgevingstemperatuur die kan vari?ren tussen 2 ?C en 54 ?C eneen oppervlaktetemperatuur die kan oplopen tot82 ?C. Hoewel de gevel van de toren volledig uit transparantebeglazing lijkt te bestaan, bestaat circa 50% van het gevelopper-vlak uit dichte delen. Het raster dat voor de gevelelementen isgehanteerd, is verdiepingshoog en 1,50 m breed; de1011Eenvoudige constructie voor hoogste gebouw ter wereld 5 2016 1710 De Jeddah Tower vanuit de lucht11 De voet van de Jeddah Tower12 Oplevering staat gepland voor 2019 bron: Jeddah Economic Company LITERATUURWeismantle , P., Stochetti, A., Smith, A., Gordon GillArchitecture, Council on Tall Buildings and UrbanHabitat journal, 2013. PROJECTGEGEVENSproject Jeddah Toweropdrachtgever Jeddah Economic Company(Jeddah, Saoedi-Arabi?)architectonisch ontwerp Adrian Smith + GordonGill Architecture (Chicago, Illinois, Verenigde Staten)constructief ontwerp Thornton Tomasetti(Chicago, Illinois, Verenigde Staten)aannemer Saudi Binladin Group (Jeddah, Saoedi-Arabi?)- de warmtelast van het gebouw is gereduceerd door met de vormvan het gebouw op diverse plaatsen schaduwvlakken te cre?ren,door hoogwaardig isolerend glas toe te passen en door de niet-transparante delen van de gevel extreem goed te isoleren;- op het gebied van materiaalgebruik is gekozen voor hettoepassen van wapening, die voor een belangrijk deel issamengesteld uit gerecycled materiaal, en voor het gedeelte-lijk vervangen van het cement door hoogovenslak en vliegas;- voor het transport van bouwmaterialen wordt zoveel mogelijkgebruikgemaakt van transport over water om de carbonfootprint te reduceren.Stand van zakenDe Jeddah Tower is nog in aanbouw: de bouw is gestart in2013, de oplevering staat, na enige vertraging, op z'n vroegstgepland voor eind 2019. Tijdens het moment van schrijven(juni 2016) is de bouw gevorderd tot de 42e verdieping (foto12). Dus het is nog even wachten tot de Jeddah Tower de 828 mhoge Burj Khalifa in Dubai naar de kroon stoot als hoogstegebouw in de wereld. 12
Reacties
Martin Heerink - Leliefeld staalbouw Borne 21 september 2023 21:31
Is leuk mooi weg in staalbouw lekker hoog en je zit wat van wereld . Ik ben monteur in staalbouw