themaConstructieve interactie2201436themaConstructieveinteractieDe bouw van de OV-Terminal in Arnhem is op dit moment in volle gang. Het project wordt geken-merkt door de complexe vorm, innovatieve uitvoeringstechnieken en een beperkt aantal schevesteunpunten. Bovendien sluiten diverse constructies (bestaand, beton, staal) op elkaar aan. Ditalles heeft een ingewikkelde krachtswerking tot gevolg.1Complexe vormen OV-Terminal Arnhem zorgenvoor gecompliceerde krachtswerkingConstructieve interactie 22014 37aansluitingmet gebouw K5(stabiliteit)balkonwegbrugbacktwistbalkonbalkonrandaansluiting metgebouw K5 (stabiliteit)flipDe OV-Terminal is het sluitstuk van de vernieuwing van stationArnhem en bestaat onder meer uit de stationshal, een verhoogdmaaiveld met een kiss- en ride-zone en een fietsenstalling. Hetgebouw, ontworpen als ??n ongedeelde constructie, wordt intwee fasen gebouwd. Fase 1 is inmiddels gerealiseerd en omvatonder meer de fietsenkelder, een gedeelte van het verhoogdemaaiveld (wegbrug) en de vloer van de centrale hal. Fase 2 omvateen kantoorgebouw (gebouw K5) en de stationshal van deOV-Terminal. Belangrijke onderdelen hierin zijn het balkon endaaraan verbonden het resterende deel van de wegbrug, beideuitgevoerd in beton. Het complex gevormde dak van de halwordt uitgevoerd in staal, gebruikmakend van scheepsbouwtech-nieken. Verder omvat het project diverse in het oog springendeconstructieonderdelen met de typische namen als twist, backt-wist, flip en trompet (fig. 2 en 3). Aangevuld met een aantalscheefstaande wanden vormen deze elementen de ondersteuningvan het balkon, wegbrug en het dak.Door de complexiteit kende het project een lang voortraject eneen bijzondere tenderfase. Deze zijn in Cement 2013/2 beschre-ven (zie kader `Meer over OV-Terminal Arnhem'). In dit artikelzal nader worden ingegaan op de betonconstructie van fase 2.De verschillende onderdelen zijn op punten fysiek aan elkaargekoppeld. Het stalen dak staat bijvoorbeeld voor het grootstegedeelte op de betonconstructie van het balkon en de wegbrug,maar sluit ook aan op de in fase 1 gebouwde onderdelen. Zo isin fase 1 de basis van de twist al gerealiseerd en wordt een deelir. Mark spanenburg,ir. Mischa FalgerBAM Advies & Engineering1 OV-Terminal Arnhem in aanbouw; de betonconstructies van het balkon en dewegbrug vormen samen een soort hoefijzerfoto's: Maarten Meuleman, Bouwcombinatie OV-Terminal Arnhem VOF2, 3 Dak van de OV-Terminal (ca. 90? gedraaid) en met de onderliggende beton-constructie; de bestaande opleggingen van het balkon aan de linkerzijde zijnniet getoondMeer over OV-Terminal ArnhemOver zowel het besteks- als het uitvoeringsont-werp is in 2013 al een Cementartikel verschenen:`Ontwerp van een complex schaaldak'en`Scheepsbouwtechniek in OV-Terminal Arnhem'. Beide artikelenzijn beschikbaar op www.cementonline.nl.van het nieuwe dak aangesloten op het bestaande deel van dewegbrug. Door deze koppeling bestaat er een complexe inter-actie tussen de verschillende onderdelen en materialen. Ditmaakte een zorgvuldige afstemming noodzakelijk tussenhoofdconstructeur, de constructeur van het stalen dak en deconstructeur van de bestaande constructie.23themaConstructieve interactie22014384 54 Aansluiting wand F, balkon en stalen dak; volledig in 3D geco?rdineerd enafgestemd5 Impressie K-framesbron: UNStudioplaat heeft de wegbrug ook een onderplaat, waardoor deconstructie in feite een gewichtsbesparende plaatvloer is.De vloeren van het balkon en de wegbrug zijn uitgevoerd metbreedplaten. Alleen de onderplaat van de wegbrug is in hetwerk gestort (onderzijde is schoonbeton). De vloerschijvenmoeten naast buiging ook trek-, druk- en schuifkrachten over-dragen. In veel gevallen treedt hierdoor resulterende trek in devloer op en is beugelwapening in de vloer noodzakelijk omvoldoende dwarskrachtcapaciteit te garanderen. De breedplatenzijn daarom geheel of gedeeltelijk van beugels voorzien.Ter plaatse van de oplegpunten is de constructie massief uitge-voerd om een geleidelijke krachtsinleiding van hoge reactiesmogelijk te maken en om de diverse balken met verschillendeori?ntaties samen te brengen.H-krachten en opleggingenDe betonconstructies van het balkon en de wegbrug (tezamenhoefijzer) verzorgen de stabiliteit van de OV-Terminal. HetBalkon als betonnen hoefijzerDe betonconstructies van het balkon en de wegbrug vormensamen een soort hoefijzer (foto 1). Het hoefijzer overbrugt eenhoogte van circa 6 m, waardoor een soort wenteltrap met eenflauwe helling ontstaat (fig. 2 en 3). Er is een soort landschapontworpen dat gebruikmaakt van aaneengesloten hellendevlakken met verschillende lengten en hellingen. In het onderstegedeelte van het balkon zijn deze vlakken in twee richtingenhellend, in het hoger gelegen deel slechts in ??n richting. Ditdeel is ook deels getrapt. Van de rest van het balkon en van dewegbrug is de bovenzijde vlak. De dragende betonconstructieonder dit landschap volgt de vorm nauwkeurig.Het balkon is ontworpen als plaatvormige constructie,ondersteund door primaire en secundaire balken. Deprimaire balken hebben een vrije overspanning van circa26 m bij een hoogte vari?rend van 1,2 tot 2,0 m. Als gevolgvan de bijzondere vorm en krachtswerking worden hiermeede grenzen bereikt van wat haalbaar is in gewapend beton.Constructief gezien vormen de balken en de vloer eenT-vormige doorsnede. De secundaire balken zijn toegepastuit gewichtsoverwegingen. Hiermee kan de vloer zo dunmogelijk worden uitgevoerd. De positie van de secundairebalken ter plaatse van knikken van het vloervlak is bewustgekozen. Dit is gedaan om zo de spatkrachten loodrecht ophet vloervlak, ten gevolge van normaalkrachten in de vloer-schijf, op te kunnen nemen.De constructie van de wegbrug bestaat evenals het balkon uitprimaire balken en secundaire balken. Behalve een boven-Tabel 1 Verticale en horizontale krachten in opleggingenoplegging scheefstand RV[kN] RH[kN]flip 3:5 14 000 8400trompet 2:5 6250 2500backtwist -- 18 000 2000wand E 1:12 13 000 1100Constructieve interactie 22014 3966 3D-view van de flip: de twee penanten zijn in beton uitgevoerd, het gekromdestalen wanddeel in staal met scheepsbouwtechniekenZowel het beginpunt als het eindpunt van het hoefijzer sluit aanop de bestaande constructie van fase 1. Deze punten fungeren alsoplegpunt voor alle zes de richtingen. De overige oplegpuntenvan het balkon worden gevormd door de twist, de backtwist, deflip en drie andere wanden (fig. 2 en 3). Slechts ??n van dezewanden kan als een zuiver `recht' steunpunt worden opgevat. Deoverige steunpunten staan scheef of zijn gekromd.Juist deze scheefstand veroorzaakt de grootste horizontaal-krachten in de constructie. Door deze horizontale componen-ten ontstaat er een complex, meervoudig statisch onbepaaldkrachtenspel dat per belastingsgeval/ en -situatie verschillendis. Om dit gedrag inzichtelijk te maken, is gebruikgemaakt vandiverse rekenmodellen. Hiermee is bepaald hoe de belastingennaar de steunpunten worden afgedragen. Daarnaast zijn ookzogenoemde belastingspaden gedefinieerd. Dit zijn arbitrairgekozen paden waarlangs de diverse horizontaalkrachten in hetbalkon evenwicht maken met de krachten in de onderbouw. Opdeze manier wordt gegarandeerd dat altijd krachtenevenwichtmogelijk is en de constructie dus stabiel is.Om een indruk te geven van de krachten die op het balkon ende wegbrug werken, is in tabel 1 een overzicht gegeven van degrootste H-krachten uit scheefstand.In een aantal gevallen komen diverse constructies bij elkaar,die allemaal grote H-krachten overdragen. Een goed voor-beeld hiervan is de knoop ter plaatse van het massief in hetbalkon. In deze knoop komen de betonconstructie, eenbelangrijk oplegpunt van het stalen dak en van een spant uitgebouw K5 samen. Gezien de complexe betonvorm en desamenkomst van een dicht wapeningsnet, met zowel ankersin horizontale als verticale richting, is deze volledig in 3Duitgewerkt en afgestemd met de betrokken partijen omclashes in de uitvoering te voorkomen (fig. 4).Aan de westzijde van de OVT bevindt zich het al gereali-seerde gebouw K4 wat tevens deel uitmaakt van het master-plan voor het stationsgebied. De constructie van het hoefijzeris opgelegd op vier wandschijven uit dit gebouw K4. Omdatook deze wandschijven scheef staan, veroorzaakt de verticalebelasting uit de OVT ook hier aanzienlijke horizontalekrachten. Aangezien ter plaatse van deze aansluiting eendilatatie is voorzien waarbij de constructie van OVT glijdendis opgelegd, kunnen geen H-krachten aan de OVT wordenafgedragen. De horizontale stabiliteit van de wanden wordtdaarom verzorgd door twee K-frames die tussen de kolom-men zijn aangebracht (fig. 5).FlipDe flip is naast de twist ??n van de meest kenmerkende onder-delen van het gebouw en dient als steunpunt voor het balkon.balkon waarborgt tevens de stabiliteit van het gebouw K5 datnaast de OV-Terminal is gelegen. Zowel dit gebouw als het dakis in horizontale richting gekoppeld aan het hoefijzer en draagthieraan dus horizontale belastingen af. Het hoefijzer draagt opzijn beurt de horizontale belasting als een horizontale (deelsgeknikte) schijf af naar de opleggingen. Tot slot neemt hetbalkon alle horizontale belasting op die ontstaat doordat desteunpunten onder het balkon scheef staan.themaConstructieve interactie220144078a8b7 3D-view van de wapening in wand Bbron: Maarten Meuleman, Bouwcombinatie OV-Terminal Arnhem VOF8 Uitvoering van de wapening in wand Bde wanden. Hiervoor zijn veel details bedacht, zoals een tand-vormige aansluiting, stalen doken en aangelaste wapening. Omongewenste spanningsconcentraties in het beton te voorkomen,is ervoor gekozen de aansluiting te realiseren met aangelastewapening. Deze verbinding is relatief flexibel waardoor enigeherverdeling in de constructie kan optreden wanneer de werke-lijke, moeilijk te voorspellen krachtswerking afwijkt van deberekende. Hiermee kan scheurvorming in de wanden wordenbeperkt. In figuur 7, foto 8a en 8b zijn de wapeningsdetailsgegeven.Een direct gevolg van de keuze voor een verbinding via aangelastewapening is dat de wanden onder de secties van de flip in hetwerk moesten worden gestort. Alleen zo kon een natte knoopworden gemaakt. De secties dienden hierbij als kopkisten van deHet is een sterk gekromde constructie die begint als vloer enovergaat in een wand onder een hoek van 70? (fig. 6). Onderdeze gekromde wandschijf bevinden zich twee penanten die deflip extra stijfheid geven en tevens de afdracht van de verticalebelasting uit het balkon verzorgen.Vanwege de complexe vorm, is ervoor gekozen de wandschijf,net als de dakconstructie, in staal uit te voeren met behulp vanscheepsbouwtechnieken. De flip wordt in stalen secties op debouw aangeleverd.De ondersteunende wanden zijn wel uitgevoerd in beton(schoonbeton volgens CUR100). Deze wanden werkenconstructief samen met de gekromde wandschijf. Grote schuif-krachten moeten vanuit de stalen flip worden afgedragen aanMeer over uitvoeringOver de bekisting van het balkonen de wegbrug en over de onder-steuningsconstructies verschijnt een artikel inBetoniek Vakblad. Dit artikel zal zodra het isverschenen (april) tijdelijk gratis zijn te raadplegenvoor abonnees van Cementonline opwww.cementonline.nl.Constructieve interactie 22014 4199 Verticale verplaatsingen uit het rekenmodel van het balkon, de wegbrug eneen relevant deel van fase 1hoofdconstructeur wordt uitgewerkt. In dit afstemmingsprocesgaf de hoofdconstructeur belastingen en randvoorwaarden opaan de constructeur van het dak, waarna hij de respons van hetdak bepaalde. Echter, bij het vaststellen van de randvoorwaar-den ontstonden de nodige uitdagingen. Het bleek voor eenaantal oplegpunten van het stalen dak niet mogelijk deze alseen normale veer te karakteriseren. Er waren namelijk opleg-punten die een tegenstelde verplaatsing vertoonden tenopzichte van de richting van de kracht in de aansluiting. Ditmerkwaardige gedrag ontstaat doordat de scheve steunpuntenonder het balkon een horizontale verplaatsing veroorzaken diewanden. Deze secties zijn eerst zeer nauwkeurig in positie opge-hangen aan een hulpconstructie waarna de wanden eronder zijngevlochten. De nauwkeurige positionering van de secties (binnenenkele millimeters) was nodig om later de resterende secties tekunnen plaatsen en lassen. Scheepsbouw kent doorgaans een veelhogere nauwkeurigheid dan betonwerk.Voor het storten van de betonwanden is zelfverdichtend betongebruikt. De reden hiervoor was dat door de vorm van dewanden trillen erg moeilijk en niet controleerbaar is. Daarnaastbevindt zich veel wapening in de wanden en is de kans opluchtbellen door toepassing van zelfverdichtend beton aanmer-kelijk kleiner. De flip is ruim 9 m hoog. Om ontmenging doorde grote valhoogte te voorkomen, is een stortkoker in dewanden aangebracht. Om clashes te voorkomen, is de wape-ning vooraf volledig 3D uitgetekend inclusief de stortkoker.Modellering constructieVoor de modellering van een dergelijk complexe constructiezijn diverse rekenmodellen gebruikt. Het primaire doel van hetrekenmodel is inzicht te krijgen in de belastingsafdracht en dekrachtswerking in de constructie (fig. 9). Om dit te bereiken,zijn de volgende aspecten in het model meegenomen:? invloed van de horizontaal- en verticaalkrachten;? invloed van de belangrijkste vormaspecten (knikken, scheef-standen, enz.);? interactie met de overige constructies (bestaande constructieen stalen schaaldak).De eerste twee punten zijn voornamelijk geometrische effectenen kunnen worden meegenomen door de scheve steunpunten,knikken en externe H-krachten in het model te betrekken.Om de interactie met de bestaande constructie te beschrijven,is het relevante deel van de constructie van fase 1 mee gemo-delleerd. De randvoorwaarden (stijfheden en capaciteiten) vande bestaande constructie zijn door de constructeur van dezeconstructie opgegeven. Deze heeft tevens getoetst of de belas-tingen vanuit OVT op de al bestaande constructie opneembaarzijn.Doordat de betonconstructie volledig monoliet is verbondenmet de stalen constructie van het dak (als gevolg van eenvormeis van de architect) ondervinden deze onderdelen eensterke constructieve interactie. Zo veroorzaken belastingen ophet balkon spanningen in de staalconstructie van het dak enomgekeerd. Deze interactie is op een bijzondere wijze afge-stemd. Het was niet mogelijk beide delen in ??n model tebeschouwen. Contractueel is namelijk vastgelegd dat het dakdoor de scheepsbouwer wordt geleverd en ge?ngineerd terwijlde betonconstructie van het balkon en de wegbrug door deBouwfaseringDe grote H-krachten in de constructie geven de nodige rand-voorwaarden voor de bouwfase. Het systeem is pas volledig inevenwicht als de gehele constructie gereed is. Er is echter eenaantal oorzaken te noemen waardoor de constructie niet in ??nkeer kan worden belast:? de grootte van de constructie;? reizigersstromen die zich tijdens de bouw onder en rondomde bouwplaats bevinden;? de snelle ontkisting om verkleuring te voorkomen (schoonbe-ton).Er is voortdurend overleg tussen de uitvoering en de hoofdcon-structeur over de uitvoeringsvolgorde in relatie tot het horizon-tale evenwicht van de constructie. In een aantal gevallen bleekhet noodzakelijk aanvullende hulpconstructies te plaatsen, ofbepaalde ondersteuningen langer te laten staan om het even-wicht in de bouwfase te garanderen (zie ook kader`Meer overuitvoering').themaConstructieve interactie2201442modelschaaldakreacties/krachtenverplaatsingenmodelbalkon/wegbrug5,59 = 2,25 N/mm2-4,090,000000 tijd [uur]spanning[N/mm2]672,000000111= ontwikkeling van de treksterktevan het beton= 50% van ontwikkeldetreksterkte van het beton= ontwikkeling van druk- entrekspanningen in het hart vande balkonrand10 Afstemming krachtswerking rekenmodel schaaldak met balkon/wegbrug11 Spanningsontwikkeling (druk- en treksterkte) in de doorsnede van de balkon-rand ten gevolge van hydratatiewarmte; de kans op scheurvorming is grooten er zijn maatregelen getroffenbron fig. 11 en 12: Ballast Nedam Engineering, M.R. van der Wolf, M. Nowak12 Dwarsdoorsnede van de balkonrand met spanningsgradi?ntenDaarnaast moet volgens de eisen van CUR100 scheurvormingworden beperkt. Voor OVT is de oorzaak van de te verwachtenscheurvorming uitwendige belasting, verhinderde opgelegdevervorming of een combinatie van beide.In geval van uitwendige belasting wordt scheurvorming beheerstdoor voldoende wapening aan te brengen. Voorbeelden hiervanzijn de onderkant van de wegbrug en de balkonrand.Scheurvorming als gevolg van opgelegde vervormingen kanook op andere manieren worden voorkomen (fig. 11). Zokunnen trekspanningen ten gevolge van verhinderde krimpworden voorkomen door de onderdelen in schoonbeton eerstuit te voeren en hier vervolgens andere constructieonderdelentegenaan te storten.Deze truc gaat bij trekspanningen ten gevolge van hydratatie-warmte helaas niet op. Bij de massieve onderdelen (zoals debalkonrand) is een temperatuur- en spanningsberekeninggemaakt om te beoordelen of maatregelen ter voorkoming vanscheurvorming noodzakelijk waren (fig. 11). Hoewel een mengselmet een lage temperatuurontwikkeling wordt toegepast (veelsoms tegengesteld is aan de richting van de kracht tussen hetdak en het balkon. Het dak `voelt' dus een belasting in een rich-ting die tegengesteld is aan de richting waarin het verplaatst.Aangezien een negatieve veerwaarde geen enkele fysische bete-kenis heeft, is ervoor gekozen de belastingen en verplaatsingentussen het schaaldak en de betonconstructie, per belastingsge-val, iteratief vast te stellen (fig. 10).Om het draagvermogen van een betonconstructie te toetsen, iser behoefte aan momenten, normaal- en dwarskrachten in dedoorsnede. Zowel de balken als de vloerschijven en de wandenzijn gemodelleerd met plaatelementen. Door de balken ook alsplaten te modelleren, is het eigen gewicht van de constructie in??n keer goed meegenomen (het eigen gewicht is het grootstebelastingsaandeel). Over de plaatelementen konden vervolgensintegratiestroken worden aangebracht, waarmee snedekrachtenkonden worden bepaald. Door middel van vergelijkende balk-berekeningen en controles van momentensommen(M = 1/8 q L2) zijn deze geverifieerd.SchoonbetonGrote gedeelten van de betonconstructie worden in schoonbe-ton op basis van CUR100 uitgevoerd. Dit heeft duidelijkegevolgen voor de betonconstructie. Bijvoorbeeld voor detoelaatbare scheurwijdte, de mengselsamenstelling en deuitvoering. Alle drie de onderdelen hebben ook weer invloedop elkaar en moeten vooraf goed worden afgestemd.Bij dit project is door een eigen betontechnoloog een mengselop maat bepaald. In verband met de kleurstelling en het beper-ken van hydratatiewarmte is gekozen voor een mengsel waarbijhoogovencement overheerst.101112Constructieve interactie 22014 4313 Vlechten wapening balkonrand14 Vlechten wapening balken balkon15 Eerste stort beton van balkon gereeddie lang in de kist hebben gezeten bij oplevering (het ijkmo-ment) een andere kleur hebben dan oppervlakken die kort inde kist hebben gezeten. Hiermee is in de bouwfase met deondersteuningen rekening gehouden (zie ook kader `Bouwfa-sering').Tot slotDe uitvoering van het betonwerk van OV-Terminal Arnhemverloopt voorspoedig mede door de goede voorbereiding oppapier en computer. De verwachting is dat het laatste deelbegin mei van 2014 kan worden ontkist. Vooralsnog staat ereen betonconstructie van formaat die qua vormgeving encomplexiteit niet snel zal worden ge?venaard. Na opleveringvan het betonwerk is OVT alles behalve gereed. De op zichzelfzeer interessante en complexe betonnen schijf wordt vanaf datmoment letterlijk en figuurlijk het podium voor de opbouwvan het dubbelgekromde stalen dak. hoogovencement), is dit alleen niet voldoende. Daarom zijn devolgende (aanvullende) maatregelen overwogen:? koelen;? verlagen specietemperatuur;? isoleren;? wapenen.Uiteindelijk is om uitvoeringstechnische redenen gekozen ookbij scheurvorming als gevolg van hydratatiewarmte deze tebeheersen door middel van wapening.Wanneer het beton uiteindelijk is gestort, mag het niet telang in de kist blijven zitten om verkleuring te voorkomen.Beton dat lang in aanraking geweest is met de bekisting heeftde neiging blauw-grijs te verkleuren. Wanneer de bekistingwordt verwijderd en het oppervlak aan zuurstof wordt bloot-gesteld, verdwijnt deze verkleuring weer. Hier gaat echter eenlange tijd overheen. Als gevolg hiervan kunnen oppervlakken proJectgegevensproject OV-Terminal Arnhemopdrachtgever ProRail namens ministerie van I&M,gemeente Arnhem en NSarchitect en masterplan UNStudioconstructeur BAM Advies & Engineeringconstructeur (toetsend) ABTconstructeur fase 1 Arupaannemer Bouwcombinatie OV-Terminal Arnhem VOF(Ballast Nedam en BAM)141315