themaOpgetopt met 16 lagen7201226themaTussen 1948 en 1951 is in het centrum van Rotterdam eenwinkelcomplex gerealiseerd met vestigingen van warenhuis TerMeulen, damesconfectiewinkel Wassen, schoenenwinkel VanVorst en tearoom-cafetaria Martin's. Het gebouw, naar eenOpgetopt met16lagenTer Meulen, een winkelcomplex in het centrum van Rotterdam,op de hoek van het Binnenwegplein bij de start van de Lijn-baan, is opgetopt met zestien lagen woningbouw. Dit werdmogelijk gemaakt door een combinatie van een extreem lichteoptopconstructie en door extra draagvermogen vrij te makenin het bestaande gebouw.Woon- en winkelcomplex De Karel Doormanontwerp van Van den Broek & Bakema, staat in de volksmondbekend als `Ter Meulen' (foto 2). Oorspronkelijk bevonden deverkoopruimten zich in de kelder, op de begane grond en op deeerste verdieping. De tweede verdieping was bestemd voorkantoren en kantine. Ook deze verdieping zou in de toekomstkunnen worden gebruikt als verkoopruimte. In dat gevalzouden kantoren en kantine verhuizen naar een nog te bouwenderde verdieping. In het constructief ontwerp van de funde-ring, de kolommen en de tweede verdiepingsvloer was reke-ning gehouden met deze uitbreiding.In 1977-1978 zijn twee extra verdiepingen op het gebouwgeplaatst (fig. 3). Door deze uitbreiding lichter te construerendan oorspronkelijk was bedoeld, bleven de krachten op defundering binnen het toelaatbare.Opgetopt met 16 lagen 72012 2719484 lagen (-1, 0, 1 en 2)+ optie uitbreiding van1 laag (beton)1977uitbreiding 2 lagenlichte constructie2 lagen licht = 1 laag beton2006uitbreiding slopenrenovatie toestand 194816 lagen woningbouw optoppenHoofdopzet bestaande constructieDe draagconstructie is geheel uitgevoerd in ter plaatse gestortbeton. De betonnen kolommen en balken zorgen als framevoor de stabiliteit van het gebouw (portaalwerking). Hetkolomstramien is ruim gekozen: 8 x 10 m. Die combinatie vanportaalwerking en het ruime stramien leverde optimale inde-lingsflexibiliteit, door het ontbreken van stabiliteitswanden.De kolomafmetingen zijn, als gevolg van de benodigde sterkteen stijfheid behorend bij de portaalwerking, nagenoeg constantover de hoogte: ?850 mm in de kelder tot ?800 mm op detweede verdieping. De beoogde druksterkte van de kolommenwas volgens tekening 250 kg/cm2(te vergelijken met eenhuidige theoretische C14/17). De hoofdbalken zijn600 x 850 mm en hadden net als alle overige betonconstructieseen beoogde druksterkte van 200 kg/cm2.ir. Maurice Hermens,ir. Michiel visscher,ir. John KrausRoyal HaskoningDHV1 Het bestaande Ter Meulen is met zestienlagen opgetoptfoto: Marc Ibelings2 Ter Meulen in 19493 Constructieve concepten van het complexin (vlnr) 1948, 1977 en 2006Omdat de retailmarkt veranderde, raakte de winkelformule vanhet concern, ??n van de belangrijkste `dragers' van het complex,in verval. Een oplossing werd gevonden in de shop-in-shop-formule. Die verzameling kleine winkels in het pand deed hetoorspronkelijke karakter van het gebouw echter geen goed.Deze formule leverde niet het gewenste resultaat. Vooral dehogere verdiepingen rendeerden slecht. Uiteindelijk kwamendeze zelfs leeg te staan.Nieuwe opgaveDe eigenaar vroeg Ibelings van Tilburg architecten de moge-lijkheden op deze locatie te bekijken: slopen en nieuw bouwen,of het bestaande pand handhaven. Voorstel was het oudegebouw te behouden en in zijn oude glorie te herstellen endaarboven nieuwbouw in de vorm van appartementen terealiseren. Op deze manier kon een belangrijk wederopbouw-gebouw worden gered ?n konden er woningen wordentoegevoegd in het centrum van de stad.Het plan was om de uitbreiding van de jaren zeventig te slopenen bovenop het oorspronkelijke Ter Meulen een woongebouwte realiseren van zestien verdiepingen met daarin ruim 100appartementen (foto 1 en 3). De uitdaging was een constructiefconcept te bedenken waarbij deze nieuwbouw werd gedragenzonder aantasting van het bestaande gebouw. Toevoegen vanvele constructieve elementen in het hele gebouw was nietwenselijk.De aanpak daarvoor was een combinatie van twee `ingangen'.Enerzijds het inventariseren van de bestaande aanwezige ?nverborgen draagvermogens. Anderzijds het analyseren van denieuwe belastingen vanuit de bovenbouw bij verschillendeconstructieve modellen. Door deze twee te combineren,ontstond het uiteindelijke constructief concept.Beoordeling bestaand gebouwBeschikbare gegevensOmdat Ter Meulen is gebouwd na 1945, was een uitgebreiddossier in het gemeentearchief aanwezig: een complete set vangewichts- en stabiliteitsberekeningen, betonberekeningen enwapeningstekeningen. Van de fundering was er een helderpalenplan, een funderingsadvies en een rapportage van hetmaken en beproeven van een testpaal. Bovendien was er een`kalendertekening' met daarop per paal aangegeven de zakkingin centimeters als gevolg van de laatste 25 slagen.23themaOpgetopt met 16 lagen72012284 5Om die tussenpoer te kunnen maken, is eerst een tijdelijkestaalconstructie d??r de bestaande kolom aangebracht, die dekolomlast kon overnemen. Dit is gebeurd op het moment datde twee verdiepingen uit de jaren zeventig waren verwijderd,dus met een zo laag mogelijke bovenbelasting. Vervolgens ishet onderste gedeelte van de kolom verwijderd, waarna detussenpoer kon worden uitgevoerd. Speciale aandacht is daarbijuitgegaan naar het aangieten van het contactvlak tussen poeren bestaande kolom: door de kolom in een licht conische vormaf te hakken, zijn luchtinsluitsels in het beton voorkomen. Omin het gebouw voldoende portaalwerking tijdens de uitvoeringte waarborgen, is dit gefaseerd uitgevoerd per drie kolommen.ControlemetingenOnze eerste inspecties (visueel en met Schmidthamer) gaven alveel vertrouwen in de kwaliteit van de uitvoering destijds endaardoor ook in de aanwezige betonsterkte. In combinatie metde ervaring met, en literatuur over, het toenemen van debetonsterkte door voortgaande hydratatie was het ontwerpuit-gangspunt voor de herberekeningen van de kolommen eenbetonsterkteklasse C28/35.In een later stadium (bij de uitvoering van de eerder genoemdetussenpoeren) zijn cilinders geboord uit achttien bestaandekolommen. Deze cilinders zijn beproefd in het laboratorium enFundering bestaande constructieDe fundering bestaat uit prefab vleugelpalen: traditioneelgewapende betonnen 70-tons palen met een schacht vierkant380 mm en kruisvormige punt van 760 mm. De `kalenders'gaven aan dat er sprake was van een grote mate van heiverdich-ting. Per 8-paals poer liep de laatste tocht (over 25 slagen) terugvan ruim 20 cm (bij de eerste paal in een groep) tot circa 4 cm(bij de laatste paal in de groep). Dit duidt op een veel groterdraagvermogen van de palen dan oorspronkelijk berekend.De poeren (grotendeels 8-paals) hebben een hoogte van1800 mm in combinatie met h.o.h.-afstanden van de palen van1700 mm. De poeren zijn destijds berekend zonder rekening tehouden met diens grote mate van gedrongenheid (volgens deGBV 1940 was dat niet nodig).Uit controleberekeningen bleek dat de poeren in de bestaandesituatie niet zouden voldoen aan de huidige normen. In combi-natie met de veel hogere belastingen in de nieuwe situatie wasdat aanleiding om voor de nieuwe situatie een voorziening teontwerpen die de belastingen vanuit de kolommen meerverspreidt over de poer: een platte tussenpoer tussen de kolom-men en de bestaande poeren.Opgetopt met 16 lagen 72012 296 74 3D-weergave van Ter Meulen met in rood de twee te slopen delen van hetbestaande gebouw5 Detail van ??n van de twee te realiseren stabiliteitskern: aanbrengen vannieuwe palen met een 3 m dikke poer6 Plaatsen van de nieuwe stabiliteitskern7 Aansluiten van de bestaande vloeren op de kernde stabiliteit onderzocht: raamwerken versus stabiliteitskruizenen lokale stabiliteit versus centrale stabiliteitsvoorzieningen.De essentie van deze modellen was een theoretische scheidingvan verticale en horizontale belastingen vanuit de bovenbouwop de onderbouw. Bij de 16-laagse variant was de extra belas-ting per betonkolom 5000 kN (druk, rekenwaarde) door verti-cale belasting en 5000 kN (trek of druk) door windbelasting.Deze 10 000 kN extra belasting op het bestaande gebouw wasv??l meer dan gevonden kon worden in de reserves in de draag-kracht van de bestaande kolommen en palen. Zonder rekening tehouden met momenten in de bestaande kolommen (maar welmet et= 0,1 h) was de ruimte in verticaal draagvermogen al5000 kN (per kolom). De oplossing is gevonden in het daadwer-kelijk scheiden van verticale en horizontale belastingen, door detwee stijgpunten voor ontsluiting van de woningen (met trap-penhuis, liften en schachten) als stabiliteitskern uit te voerenvoor z?wel de nieuwbouw als het bestaande gebouw. De stijg-punten bevinden zich ?n het bestaande gebouw. Om deze uit tevoeren, zijn twee rechthoekige happen uit het gebouw gehaald(fig. 4 en foto 11), waarna nieuwe palen met daarop de stabili-teitskern op een 3 m dikke poer zijn aangebracht (fig. 5). Nauitvoering van de nieuwe kernen zijn de bestaande vloeren weeraangesloten op de kernen (fig. 6 en 7).hieruit volgde een karakteristieke kubussterkte van 40,9 N/mm2(vgl. met de oorspronkelijke C14/17!).Om het draagvermogen van de bestaande palen zo goed moge-lijk te kunnen inschatten, zijn in eerste instantie rondom hetbestaande gebouw nieuwe sonderingen gemaakt. Met diesonderingen kon het draagvermogen van de palen wordengeschat op 1350 kN (rekenwaarde). In een later stadium is eenaantal sonderingen ?n het gebouw gemaakt, pal naast de 8-paalspoeren. Hieruit volgden paaldraagvermogens van 1600 kN totzelfs 2000 kN.Constructief ontwerp nieuwbouwdeelDe basis voor het constructief concept was het gebruiken vanhet bestaande gebouw als fundering voor de nieuwe woningen.Dus zonder constructieve elementen in het bestaande gebouwtoe te voegen. Om dat mogelijk te maken, is uitgegaan van eenzeer licht bouwsysteem voor de bovenbouw met een totalegebouwmassa van maximaal 250 kg/m2(exclusief de verander-lijke belasting).In de haalbaarheidsfase zijn diverse modellen onderzocht: 4-,8- en 16-laagse varianten. Daarbinnen zijn weer varianten voorthemaOpgetopt met 16 lagen72012308 98 Aanbrengen van de lichte optopconstructie9 Verder opbouwen van de in hoge mate gestandaardiseerde engeprefabriceerde optopconstructie10 De optopping van zestien lagen is met een bouwsnelheid van zes dagen perverdieping gerealiseerdliftsparingen en wanddelen. Op die plaatsen is steeds de aanwe-zige wapening vergeleken met de destijds getekende wapening.Daarbij werden nergens afwijkingen geconstateerd. Die contro-les gaven al een behoorlijk hoge mate van zekerheid voor hetgebruiken van de wapeningstekeningen uit 1948 als basis voorhet nieuwe ontwerp en de bijbehorende herberekeningen.What if?Om nog meer zekerheid te krijgen, zijn gevoeligheidsanalysesuitgevoerd, voor het geval dat in cruciale onderdelen (zoals dekolommen en de funderingspalen) toch nog wapening zouontbreken. Doordat de kolommen destijds slechts licht zijngewapend, kon zelfs bij onverhoopt geheel ontbreken vanaanwezige wapening worden aangetoond dat er sprake was vaneen voldoende hoog veiligheidsniveau. Datzelfde gold voor hetgeval een paal in een paalgroep onverhoopt gebroken zou zijn.Voor die palen was het heien immers maatgevend.UitvoeringDe woningen zijn gebouwd bovenop het gerenoveerde en ingebruik genomen winkelpand. Om de veiligheid van hetwinkelpubliek te waarborgen, zijn maatregelen getroffen zoalsdubbele hijsstroppen, gebruik van lichte elementen en duide-lijke afbakening van de hijszones.Door de zeer eenvoudige details en heel hoge mate van stan-daardisatie en prefabricage (bordessen werden bijv. inclusiefafwerking ?n randbeveiliging ingehesen en gemonteerd) konHet mechanicaschema van de onderbouw is veranderd van eenschorend naar een geschoord portaal. De windcomponent vande extra belastingen op de bestaande kolommen is ge?limi-neerd. Op die manier was het extra draagvermogen van5000 kN van de kolommen voldoende en konden de nieuwekolommen van de woningen letterlijk ?p het bestaande gebouwworden geplaatst.Aanvullende controles bestaande constructieOngelijke zettingenDe woningen bevinden zich op twee van de drie bestaandekolomrijen. Daardoor zijn er tijdens en na de bouw verschil-zettingen tussen de kolomrijen ontstaan. Door de lichteopbouw van de woningen zijn deze verschilzettingen beperktgebleven tot 20 ? 30 mm. Door deze opgelegde vervormingenwerden buiging en dus momenten in de balken, en daardoorook in de kolommen, veroorzaakt. Met realistische boven- enondergrenswaarden voor de stijfheid van kolommen, balken enfundering hebben we deze momenten in de kolommen nauw-keurig berekend. In combinatie met de bijbehorende verticalebelastingen bleven deze momenten binnen de randvoorwaar-den behorende bij de minimale et= 0,1 h.Controle aanwezige wapeningOp diverse plaatsen in het gebouw zijn delen van de bestaandebetonconstructie verwijderd: de onderkant van de kolommenin de kelder, vloeren en balken ten behoeve van nieuwe trap- ofOpgetopt met 16 lagen 72012 311011 pRoJecTgegevensopdrachtgever DW Nieuwbouw, Rotterdamarchitect Ibelings van Tilburg architecten, Rotterdamconstructief ontwerp Royal HaskoningDHV, Den Haagadviseur installaties Wichers & Dreef, Badhoevedorpadviseur bouwfysica Peutz, Zoetermeeradviseur trillingen TNO, Delftuitvoering Van Wijnen, DordrechtVoelbare trillingen bovenbouwBij de start van de uitvoering van de nieuwe woningvloeren,tijdens een specifieke toezichtronde, rees het vermoeden dat deoverdracht van voelbare trillingen tussen de woningen groterwas dan wenselijk. De afbouw zou nog een verbetering kunnenopleveren, maar desondanks werd geadviseerd de bouw op teschorten en TNO in te schakelen om de oorzaak te onder-zoeken en de oplossing te ontwikkelen. De oorzaak bleek teliggen in de combinatie van eigenfrequenties. De afzonderlijkeeigenfrequenties van de houten vloeren, oplegrubbers en staal-constructie waren ieder voor zich voldoende hoog, maar incombinatie zorgden ze voor opslingering van looptrillingen.Door een analogie te maken met appartementen uit de jarendertig met houten vloeren en metselwerkwanden, werd deoplossing gevonden: het toevoegen van lichte kolommetjesonder de stalen liggers, waarmee de metselwerkwand in staalwerd nagebootst. Bovendien was het beter de oplegrubbers teverwijderen bij de liggers b?nnen de woningen en dus alleen toete passen ter plaatse van de woningscheidende wanden.PlanningDe eerste haalbaarheidsstudies dateren uit 2001. Vervolgens ishet zeer innovatieve plan in kleine stappen en met ruimetussenpozen ontwikkeld tot besteksniveau in 2006, waarnabegin 2007 de bouw werd gestart. In de loop van 2008 werd hettrillingsonderzoek gestart, hetgeen een half jaar in beslag nam.In de tweede helft van 2008 waren de aanpassingen ten behoevevan de trillingsreductie bekend. Door de overdracht naar eennieuwe opdrachtgever, heeft de bovenbouw echter nog tweejaar stil gelegen. In de tussentijd ging de uitvoering van deonderbouw door; deze werd in 2009 afgerond. Eind 2010 werdook de bovenbouw weer hervat en de oplevering van de eerstewoningen is in september van dit jaar gestart. een hoge bouwsnelheid van zes dagen per verdieping wordengehaald. Aansluitend kon na iedere verdieping direct met deafbouw worden begonnen (fig. 8-10).Om het aantal kraanbewegingen zo klein mogelijk te houden,is een `hijsmand' ontwikkeld, precies groot genoeg voor destaalconstructie van een halve verdieping. Deze werd geplaatstop de reeds gerealiseerde onderliggende staalconstructie,omdat de lichte woningvloeren hier niet op berekend waren.De verschilzettingen tussen het bestaande gebouw en de nieuwekernen vormden een bijzonder aandachtspunt. Eerst zakte de kernals gevolg van de nieuwe grotere belastingen op de ondergrond.Bij het optoppen op het bestaande gebouw onderging hetbestaande gebouw zakkingen. Deze zakkingen traden voor eendeel direct op, maar ook voor een deel pas in de loop van de tijd(vooral in de diepere grondlagen). Door een grafiek te maken vande zettingen in de loop van de tijd van de kern ?n van hetbestaande gebouw, bleek dat de verschilzettingen tussen die tweenooit groter werden dan 10 mm. Tijdens de uitvoering is daaromeen dilatatie aangebracht, die na uitvoering is aangestort tot eenvolledige verbinding. In de loop van het project zijn meermaalsmetingen gedaan ter verificatie. Hieruit bleek dat de werkelijkezettingen de vooraf voorspelde goed volgden.11 Sloop ter voorbereidingvan de nieuwe verticalestijgpunten, de stabiliteits-kernen, bestemd voorzowel de nieuwbouw alshet bestaande gebouwfoto: Laura Nieuwenhuis