Door gebruik te maken van tweedehands constructieve elementen wordt voldaan aan een van de hoogste stappen in de circulaire economie. Onderdelen van de hoofddraagconstructie worden op die manier immers weer gelijkwaardig ingezet en daarmee wordt de levensduur van deze elementen aanzienlijk verlengd. Dit vraagt wel een nieuwe kijk op constructief ontwerpen.
42
thema
Construeren met
tweedehands-
elementen
1
Grote milieuwinst te halen in hoofddraagconstructie,
onder andere met het donorskelet
Door gebruik te maken van tweedehands constructieve elementen wordt voldaan aan
een van de hoogste stappen in de circulaire economie. Onderdelen van de hoofddraag-
constructie worden op die manier immers weer gelijkwaardig ingezet en daarmee
wordt de levensduur van deze elementen aanzienlijk verlengd. Dit vraagt wel een
nieuwe kijk op constructief ontwerpen.
In september 2016 presenteerden de toenmalige staatssecretaris Sharon Dijksma van Infrastructuur en
Milieu en minister Henk Kamp van Economische Zaken het Rijksbrede programma 'Nederland Circulair
thema
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
43
in 2050'. "Voor hergebruik is veel minder energie nodig dan
bij het verwerken van nieuwe grondstoffen. Zo wordt het
milieu ook ontzien, omdat er minder broeikasgassen worden
uitgestoten", lieten de bewindslieden weten. Vanaf die tijd
gaat het in de discussie over duurzaamheid ook over circulair
bouwen. Een goede zaak, want door de primaire grondstof-
fen circulair in te zetten, gaan we de 'wegwerpmaatschappij'
in de bouw tegen. Het recyclen van deze grondstoffen zou
daarbij de minimale eis moeten zijn. De stip op de horizon is
het opnieuw inzetten van constructieve elementen om hoger
op de ladder van circulariteit te komen (fig. 2).
Het introduceren van het donorskelet in 2012 is een eerste
aanzet geweest om het bouwen met tweedehands construc-
tieve elementen leven in te blazen. De draagstructuur wordt
in dat geval zó uit elkaar gehaald dat de onderdelen in andere
gebouwen gebruikt kunnen worden. Met deze donorskelet-
ten is al de nodige ervaring opgedaan, onder andere met het
gebruik van tweedehands stalen liggers bij het project op de
Hoogstraat (foto 1 en 3). Belangrijke les is dat het gebruik
van een tweedehandsconstructie vraagt om een nieuwe kijk
op constructief ontwerpen.
Vandaag de dag wordt echter nog steeds meer dan 90% van
de grondstoffen die zijn gebruikt voor constructies, na het
vervullen van de functie gedowncycled tot opvulmateriaal,
in plaats van het te recyclen of te hergebruiken voor het
bouwen van nieuwe projecten. Bekend voorbeeld is het
toepassen van puingranulaat als fundering voor
wegenbouw.
Milieuwinst via MPG
Duurzaam bouwen was tot voor kort volledig gericht op
reductie van energieverbruik in gebouwen. In het rijksbe-
leid kwam daar verandering in onder meer dankzij de
Kamerbrief 'Groene Groei voor een sterke, duurzame
economie' (2013). Daarin werd de focus gericht op beper-
king van CO
2-emissies (energiebesparing) en uitputting
van grondstoffen. Sinds 2013 geldt een verplichting voor
het maken van een milieuprestatieberekening volgens
bepalingsmethode 'Milieuprestatie gebouwen en GWW-
werken'. Deze methode geeft regels voor het kwantificeren
van die milieueffecten in een zogenoemde Milieuprestatie
gebouw (MPG). Deze milieuprestatie wordt uitgedrukt in
schaduwkosten per m² brutovloeroppervlakte (?/m² BVO)
per jaar. Pas in januari 2018 is er een grenswaarde voor
deze MPG ingevoerd.
ir. Pim Peters RO
IMd Raadgevende Ingenieurs
1, 3
Project Hoogstraat waar
gebruik is gemaakt
van tweede hands stalen
liggers
2 De circulariteitsladder
2
3
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
444
Als tweedehands constructieve elementen worden ingezet, moet er worden
nagedacht over de verbindingen
(sloop)aannemer. Zodra alle betrokkenen het concept
omarmen, kan het bouwen met tweedehands constructieve
elementen pas echt van de grond komen. Dit wordt deels
veroorzaakt door de versnipperde verantwoordelijkheden die
er in het bouwproces zijn ingeslopen. Bij nieuwbouw zijn de
verantwoordelijkheden vastgelegd en omlijnd in de diverse
normen en richtlijnen. Constructeurs zijn gewend een (inte-
graal) constructief ontwerp te maken dat voldoet aan de
vraagstelling, vastgelegd in het programma van eisen. Daarbij
worden de constructieve randvoorwaarden bepaald zoals
vloeroverspanningen, kolomafstanden en verdiepingshoogte.
Als deze uitgangspunten vastliggen, is het een zeer grote
uitdaging hiervoor een geschikte donor te vinden.
Voor het toepassen van een donorskelet, moet het ontwerp-
proces worden aangepast. De constructieve randvoorwaarden
worden bepaald door het donorskelet dat ingezet gaat worden
en in mindere mate door het programma van eisen. Het
analyseren van de aanwezige constructieve elementen levert
de bouwstenen voor het nieuwe ontwerp. Creativiteit van de
constructief ontwerper is hierbij onontbeerlijk. Niet alleen
om te kunnen bepalen welke elementen uit een bestaande
constructie kunnen worden gehaald, maar vooral hoe deze in
het nieuwe ontwerp weer kunnen worden ingezet. Daarbij
kan ook worden gedacht aan gewijzigde functies van elemen-
ten. Zo kunnen betonvloeren bijvoorbeeld worden ingezet als
dragende wanden. Er is een scala aan mogelijkheden door
gebruik te maken van de constructieve kennis en de mecha-
nica, zonder uitgebreide berekeningen te hoeven maken.
Voor de inzet van tweedehands constructieve elementen moet
er in het ontwerp ook meteen worden nagedacht over de
verbindingen (fig. 4). Om de bouwkosten door arbeid te
beperken en doordat het instorten van verbindingsmiddelen
geen optie is, moeten met name droge verbindingen met op
maat gemaakte koppelstukken worden toegepast. Daarmee
past het concept in de traditie van Industrieel, Flexibel en
Constructeurs hebben nog weinig tot geen fingerspitzengevoel
als het gaat over milieulast. Daarom is het een goede reden om
bij de afweging van constructieve bouwsystemen de MPG-
berekening in de keuzematrix op te nemen. De berekening is
een belangrijke maatstaf voor duurzaamheid van een gebouw;
hoe lager de MPG, des te duurzamer het materiaalgebruik.
Uiteraard moeten naast de MPG-berekening ook de gebruike-
lijke bouwkosten, bouwhoogte en bouwtijd in de overwegingen
worden meegenomen.
In de MPG is veel winst te behalen in de hoofddraagconstruc-
tie. Die bepaalt immers circa 60% van de MPG-belasting van
het gebouw. Vooral de invloed van de constructieve vloeren is
substantieel, waarbij ook rekening moet worden gehouden met
de benodigde vloerbalken en kolommen.
De invloed van de vloer op de draagconstructie en vice versa
maakt het complex om op voorhand iets over de invloed van
het bouwsysteem op de MPG te zeggen. Duidelijk is wel dat het
donorskelet hier een belangrijke rol in kan spelen. Hiermee kan
de milieulast tot maar liefst 75% worden gereduceerd [1].
Ontwerpproces vraagt andere mindset
Het gebruik van tweedehandsconstructies vraagt een ander
ontwerp- en bouwproces. Toepassing ervan raakt niet alleen
de constructeur, maar ook de opdrachtgever, architect en
Donorproces
In het donorproces zijn in principe zes stappen te onderscheiden
(fig. 5):
1
inventarisatie van het te slopen gebouw
2 kwaliteitscontrole van de onderdelen
3 demontage
4 (minimale) aanpassing voor nieuw gebruik
5 transport
6 uiteindelijke toepassing
verdikte vloer onder kolommen
schuimbeton
maaiveld
aangelaste
plaat + deuvel
2 ankers
Fischer FIS M A
M16 x 175 (8.8)
2 ankers
Fischer FIS M A
M16 x 175 (8.8) P +0
P -100 P +2800
70
200
100
500
200
P +0 rail NP46
4
thema
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
45
5 Demonteren en monteren van het donorskelet
Naast een creatief ontwerp is een goede onderbouwing nodig
om de constructieve veiligheid te kunnen aantonen. Dit
vraagt bij het donorskelet om meer dan alleen het uitvoeren
van complexe berekeningen. Misschien is het juist de kunst
en noodzaak de berekeningen zo eenvoudig mogelijk te
houden. Zo kan met duidelijke mechanische schema's de
benodigde draagkracht van de in te zetten elementen worden
aangetoond. En zo kunnen eenvoudige verbindingen tussen
de elementen worden ontworpen. De berekeningen aange -
vuld met een robuustheidsanalyse, ofwel een tweede draag-
weg, helpen de constructieve veiligheid te onderbouwen. Zo
kunnen de tweedehands constructieve elementen ook worden
ingezet op basis van de risicoklasse die in NEN 6700 is opge-
nomen. Hoe lager het risico in de draagconstructie, hoe
groter de kans van slagen.
Demontabel bouwen. Sterker nog: het transformeert elemen-
ten die er aanvankelijk niet voor bedoeld waren, zoals in het
werk gestort beton, tot te (de)monteren elementen. Deze
worden op zo'n manier losgezaagd en vervolgens in een nieuw
project weer aan elkaar verbonden, dat ze vervolgens daarna
weer eenvoudig te demonteren zijn en dus daarna nógmaals
gebruikt kunnen worden.
De kracht van eenvoud
Door het ontbreken van eenduidige rekenregels voor de inzet
van tweedehands constructieve elementen, is het vooral
noodzaak vertrouwen te creëren. De opdrachtgever moet het
vertrouwen krijgen dat hij een degelijke constructie krijgt, die
de functie voor het gebouw gedurende de gebruiksfase kan
blijven waarborgen. Als constructief ontwerper moet je het
vertrouwen hebben dat de elementen die je inzet, aan de eisen
voldoen die daarvoor benodigd zijn. En voor het verkrijgen
van een bouwvergunning is het van groot belang om het
vertrouwen van de vergunningverlenende instanties te
verkrijgen.
5
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
46
thema
tieve elementen uit een op de locatie aanwezige loods (foto 6).
Het sprekende ontwerp (fig. 7) heeft geleid tot een redelijk
complexe oplossing voor de constructie (fig. 8). Dit onder
meer vanwege de samenwerking van de houten balken en
stalen spanten door inklemmingen bij de verbindingen. Voorbeeld: Paviljoen Buitenplaats Brienenoord
Het belang van een eenvoudige constructie-opzet en rekenon -
derbouwing is recent duidelijk geworden bij het nieuwe pavil -
joen op Buitenplaats Brienenoord. Het nieuwe paviljoen is
door Superuse Studios vormgegeven met behulp van construc
-
6
7
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
47
6 Bestaande loods is gbruikt voor Paviljoen
Buitenplaats Brienenoord
7 Artist impression Paviljoen Buitenplaats
Brienenoord
8 Constructieve opzet Paviljoen Buitenplaats
Brienenoord
om eenduidigheid te verschaffen. Samen met NEN zijn kwar -
tiermakers hiervoor bezig een aanzet te geven. Juist betonnen
tweedehandselementen zullen nog de nodige onderzoeken
vergen. Want wat is de geschikte manier van demonteren,
transporteren en daarna weer monteren? Afhankelijk van de
elementen moet hiervoor een eenvoudige systematiek worden
gevonden. Anders kunnen de kosten voor het inzetten van een
betonnen donorskelet niet in de buurt komen van die van
nieuwbouw en kunnen we de hoge stap van circulair bouwen
bij beton onmogelijk bereiken.
?
? LITERATUUR
1 Alexandros Glias, The "Donor Skelet"- Designing with reused
structural concrete elements (Masterscriptie), TU Delft (2013)
Door deze oplossing was het moeilijk de constructieve veilig-
heid te onderbouwen met eenvoudige berekeningen. Aanpas-
singen in het constructief ontwerp in overleg met Superuse
Studios heeft ertoe geleid dat dit wel mogelijk was. Door het
herpositioneren van de spanten en de kolommen is de
afdracht van de krachten op de constructie aanzienlijk vereen-
voudigd. Dit, in combinatie met de eenvoudige rekentechni-
sche onderbouwing, heeft ertoe geleid dat er uiteindelijk een
vergunning is verkregen voor het paviljoen.
Donorskelet ruggengraat duurzame nieuwbouw
De kansen voor constructeurs om een bijdrage aan een duur -
zame samenleving te leveren, liggen in eerste instantie bij het
ontwerpen van constructies met minimale milieulast en een
lange levensduur. Door bij de hoofddraagconstructie in het
ontwerp van gebouwen rekening te houden met flexibiliteit
en aanpasbaarheid in functies, kan de levensduur aanzienlijk
worden verlengd. Daarmee ontstaat een betonskelet inzetbaar
voor de toekomst, wat exact voldoet aan de definitie van
duurzaamheid volgens de World Commission on Environ-
ment and Development van de Verenigde Naties in het
rapport 'Our Common Future': "Duurzame ontwikkeling is
de ontwikkeling die aansluit op de behoeften van het heden
zonder het vermogen van de toekomstige generaties om in
hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen"
(WCED, 1987).
Een nog grotere uitdaging ligt er op korte termijn om het
sloopafval in 2050 terug te brengen tot nul. Daarvoor moeten
we met elkaar ervaring opdoen in het donorproces. Om dit te
faciliteren, moeten hiervoor eerst rekenregels worden opgesteld
Voorbeelden
Op de website van IMd staan voorbeelden van het gebruik van
tweedehandselementen, namelijk over het Hof van Cartesius in
Utrecht en over hergebruik van het betonskelet van het KPN-
gebouw voor SSH Studentenhuisvesting Utrecht.
8
Construeren met tweedehandselementen 4 2018
Reacties