thema165 m prefab beton5 201618thema165 mprefab beton1The Breaker: hoogste vollediggeprefabriceerde gebouw ter wereld165 m prefab beton 5 2016 19In de Perzische Golf voor de kust van Saoedi-Arabi? ligt heteiland Bahrein. Het oliestaatje is een koninkrijk en was tot1971 een kolonie van het Verenigd Koninkrijk. Bahreinheeft door zijn ligging, centraal in de oliewereld, eenbelangrijke economische en financi?le positie kunneninnemen. De hoofdstad van Bahrein is Manama en in dewijk Seef werd in 2012 begonnen aan de bouw van de165 m hoge Breaker Tower.OntwerpThe Breaker bestaat uit twee volumes: de bovenbouw (hoog-bouw) en de onderbouw. De hoogbouw heeft de vorm van eencilinderslot (fig. 4a). De appartementen zijn in het rondegedeelte van de hoogbouw ondergebracht. De ronde vorm isgekozen om de appartementen in alle richtingen zo veel mogelijkzicht op de omgeving te geven. Vanuit de appartementen heeftmen dan ook een fenomenaal uitzicht op de hoofdstad en dePerzische Golf. Het rechthoekige gedeelte aan de achterzijde isop te vatten als de `ruggegraat' van het gebouw. Hierin zijnnamelijk de liften en de trappenhuizen en een gesloten draag-structuur aanwezig om de `weke delen' aan de voorzijde teondersteunen.De onderbouw is een rechthoekig volume waarvan ??n hoek-punt is afgesnoten (foto 3). De entree van het gebouw zit indeze afgeschuinde gevel welke aansluit op de ervoor gelegensecundaire weg. Een ontsluiting aan de voorzijde van hetgebouw op de hoofdweg (foto 2) was niet mogelijk vanwegeir. Dick van Keulen RCTU Delft, fac. CiTG / IngenieursstudioDCK1 The Breaker Tower in Manama, Bahrein2 Voorgevelaan de hoofdweg3 Achtergevel aan de secundaire wegThe Breaker in Bahrein is het hoogste gebouw terwereld dat is uitgevoerd met een volledig geprefabriceer-de betonconstructie. De woontoren dateert uit 2014, is165 m hoog en telt 35 verdiepingen. Wat was er nodigom dit record te vestigen? En zien wij kans een dergelijkkunststukje in Nederland uit te voeren?BronnenHet ontwerp van de geprefabriceerde betonconstructie van TheBreaker is gemaakt door de constructeurs van Bahrain PrecastConcrete Co. W.L.L. (BPC). BPC heeft de prefab-betonconstructiegeproduceerd en gemonteerd op de bouwplaats. Dit artikel wasniet mogelijk geweest zonder de door BPC verstrekte informatie,tekeningen en foto's. De auteur is BPC zeer erkentelijk voor debereidwilligheid deze gegevens ter beschikking te stellen.23thema165 m prefab beton5 2016204a en 4b Constructieve plattegrond en torsie als gevolg van excentriciteitenvan het ronde gedeelte waren niet wenselijk om zo veel moge-lijk vrijheid te houden bij het indelen van de appartementenmet verplaatsbare scheidingswanden. Dit is mogelijk gemaaktdoor kolommen met balken in de gevelzone te plaatsen.De betonwanden aan de achterzijde van het gebouw vormengezamenlijk de dragende stabiliteitsconstructie. Deze wandenzijn in de hoeken aan elkaar gekoppeld en dus feitelijk kern-constructies of wanden met flenzen. De 3D-samenwerkingtussen deze elementen zijn in de rekenmodellen echterverwaarloosd: de wandschijven zijn geschematiseerd als lossestabiliteitswanden die verticaal uitkragend in de paalfunderingzijn ingeklemd.Omdat de betonwanden zich aan de achterzijde van hetgebouw bevinden, ligt het zwaartepunt van de horizontalebelastingen behoorlijk excentrisch (ey) ten opzichte van hetzwaartepunt van de stabiliteitsconstructie (fig. 4a). Ook in deandere richting is er een excentriciteit (ex) aanwezig omdat inde westgevel geen stabiliteitswanden zijn geplaatst. Ook hetzwaartepunt van de verticale belastingen ligt excentrisch tenopzichte van de zwaartepunten van de stabiliteitsconstructie.In de berekening zijn deze excentriciteiten met 10% verhoogdvanwege de aanwezigheid van `toevallige excentriciteiten'. Hetgevolg is dat het gebouw niet alleen transleert ten gevolge vande horizontale en verticale belastingen, maar ook zal roterenzoals schematisch weergegeven in figuur 4b. De stabiliteits-constructie wordt dus belast op buiging en torsie. De krachtenin de betonconstructie ten gevolge van torsie bleken een stukwestgeveleyexFwind;yFwind;xoostgevel33,2 m16,6m23,8mMtorsieF1F2F2KPV 265balkbodemKPV 500in-situ betonvloerKPV200detail adetail bKPV200KPV2004a4bhet doorgaande karakter ervan. Het gebouw is echter welontworpen alsof de voorgevel aan de hoofdweg is gelegen. Devoor- en zijgevels van de onderbouw zijn licht gebogen (foto2). Deze gevels sluiten aan op de ronde vorm van de boven-bouw. Het architectonisch ontwerp wordt door de projectont-wikkelaar gezien als `moderne architectuur met extravagantversierde afwerkingen' [2].De woontoren heeft een vloeroppervlakte van in totaal 29 800m2. De bouwkavel is 1980 m2groot. Op de begane grond is eenshowroom gevestigd. In de erboven gelegen vijflaagse parkeer-garage kunnen meer dan tweehonderd auto's parkeren. Deontsluiting van de parkeergarage is eveneens aan de secundaireweg. De 6e verdieping markeert de overgang van de onderbouwnaar de bovenbouw. Op deze verdieping bevinden zichgemeenschappelijke voorzieningen zoals een zwembad,fitnessruimten en een recreatieve buitenruimte. De bovenbouwbestaat uit 28 verdiepingen met appartementen. Op de 6e tot30e verdieping zijn steeds vier standaardappartementen onder-gebracht. Daarboven volgen drie verdiepingen met penthousesdie een hele verdieping groot zijn. De vrije hoogte tussen devloeren in de appartementen is 4,2 m.Constructief ontwerpDe draagconstructie van de hoogbouw bestaat uit een balken-kolommenstructuur aan de voorzijde en dragende schijfwandenaan de achterzijde van het gebouw. Kolommen in het midden165 m prefab beton 5 2016 215 Kanaalplaten 500 mm dik, 18,0 m lang6 Kolommen en balkbodems in gevelzone7 Wapening ten behoeve van aanstortstrook8 Overzicht van een verdiepingsvloergroter dan de krachten als gevolg van buiging.Figuur 4b is een principeweergave van hoe de krachten uit devloerschijven op de wanden worden verdeeld. Door hetontbreken van meerdere schijfwanden met voldoende onder-linge afstand in de korte richting van de rechthoek moet dewindligger als een in de achterzijde ingeklemde ligger wordengeschematiseerd. De dwarskracht (F1) wordt afgegeven aan dewand evenwijdig aan de richting van de belasting. De krachten5 67 8165 m prefab beton5 201622buigtrekwapeningbuigtrekwapeningopgeruwd aansluitvlakin-situ betonhaarspeldengeprofileerd aansluitvlak(shear key)buigtrekwapeningbuigtrekwapeningopgeruwd aansluitvlakin-situ betonhaarspeldengeprofileerd aansluitvlak(shear key)trekbanden inin-situ stortstrookschenkel in zijsleuf-sparing KPV 200opgeruwd stortvlakgeprofileerd aansluitvlak(shear key)themaPrefab-betonconstructieTer plaatse van de appartementen moest vanwege de vrijeindeelbaarheid een relatief grote overspanning van 18,0 mworden overbrugd. Hier zijn 500 mm dikke kanaalplatenmet afgeschuinde kopse zijden toegepast (foto 5). Dezekanaalplaten liggen op balkbodems (foto 6) die tussen dekolommen zijn aangebracht. Met een strook in-situ betontussen de balkbodems en de gevel is de ronde vorm aan(F2) uit het torsiemoment (Mtorsie) worden afgegeven aan dewanden in de andere richting.De stabiliteitsconstructie is gemodelleerd in een eindige-elementenprogramma. De resultaten uit deze berekening zijnvergeleken met de resultaten van een handberekening. Dehele constructie is geverifieerd aan de Eurocode / BritishStandard.910 11165 m prefab beton 5 2016 239 Haarspelden in inkassing10 Verticaal aansluitdetail11 Horizontaal aansluitdetail12 prefab elementen achtergevel13 Onderbouw in aanbouwde vloer gerealiseerd (fig. 4 en foto 7). De kanaalplaten zijnvia koppelankers in de kopsleuven aan de balken gekoppeld.De balkbodems liggen op consols aan de ronde kolommen. Dekolommen hebben een diameter van 1,5 m. De kolommen zijnin het eindige-elementenmodel als pendelstaven geschematiseerd.De leverancier van de prefab-betonelementen heeft beton metverschillende sterkteklassen gebruikt. De gebruikte sterkteklas-sen waren echter niet hoger dan C55/67. Hogeresterkteklassen worden in het Midden-Oosten nog maar weiniggebruikt. Foto 9 geeft een overzicht van een verdiepingsvloer.Hierin is zichtbaar dat de meeste vloeren zijn uitgevoerd metkanaalplaten. De trappen en vloerplaten rondom de trappenzijn gemaakt van massief prefab beton. Er zijn ook prefab beto-nenvloerplaten gebruikt voor de inpandige balkons op dehoeken aan de achterzijde van het gebouw. Deze balkons zijngebruikt voor het inpandig opstellen van de airco units die inverbinding met de buitenlucht moeten staan. Alle prefabwanden liggen op een doorgaande console aan de wanden(foto 9). Op die manier kon men in het rekenmodel aannemendat de vloeren scharnierend aan de wanden zijn verbonden.SchijfwerkingVoor de schijfwerking van de vloeren zijn rondom trekbandentoegepast. In de ronde in-situ randstroken aan de vloeren is13buigtrekwapeningV-vormige verdiepte sleufV-vormige incassing metmet opgeruwd aansluitvlakkent.b.v.`bekiste'binnenruimtew-01 w-02 w-02sp w-01sp12automatisch trekbandwapening aanwezig. De trekbanden lopendoor over de prefab-betonwanden. Daar is ruimte tussen dekopse zijde van de kanaalplaat en een opstaande rand aan hetgevelpaneel aanwezig zoals weergegeven in het detail vanfiguur 10.Deze vormen de bekisting van de stortstrook die na hetaanbrengen van de wapening is aangestort. Bij wanden waaropaan twee zijden een vloerplaten op liggen (op consoles aan debovenzijde) ontstaat hier automatisch ruimte voor een gewa-pende stortstrook. Deze stortstroken versterken de vloerschijf.Ter plaatse van de achtergevel zijn vanwege het open trappenhuisgeen vloeren aanwezig, terwijl een trekband voor krachtsinleidingen een horizontale steun voor de prefab-betonwanden welgewenst is. Dit is opgelost door in elke prefab-betonwand aan debovenzijde een V-vormige verdiepte sleuf te maken. Deze wordendoorgaand gewapend en afgestort zodat ook in de achtergevel detrekband en een horizontaal steungevende balk aanwezig is.Koppeling tussen wandelementenDe wandelementen zijn ter plaatse van de verticale voeg, viaeen gewapende in het werk gestorte stortstroken aan elkaargekoppeld (fig. 12). In het wandelement is aan de kopse zijdeeen V-vormige inkassing gemaakt. Bij twee tegenover elkaargeplaatste wanden onstaat een `bekiste' binnenruimte. Uit dethema165 m prefab beton5 20162414 Montage van de prefab elemententief samen zoals dat het geval is bij monoliet beton. Eenaansluitvlak met een opgeruwd oppervlak in de inkassing(fig. 12)kan in staat zijn zelfstandig de schuifkrachten metvoldoende afschuifstijfheid over te brengen. De afschuifcapaci-teit moet dan uiteraard wel aantoonbaar en reproduceerbaaraanwezig zijn. Bij een geprofileerd aansluitvlak (shear key) isgeen volledige samenwerking aanwezig omdat het vlakke enhet gladde aansluitvlak vrijwel direct onthecht. Een shear keyheeft een relatief hoge schuifsterkte. De afschuifstijfheid is weleen stuk lager waardoor van volledige samenwerking geensprake is. In figuur 12 is te zien dat de prefab-betonelementenvia verticale stortstroken aan elkaar zijn gekoppeld. De tweeelementen hebben beide een inkassing met opgeruwdeaansluitvlakken. Dit betekent dat als het opgeruwde aansluit-vlak zelfstandig in staat de afschuifkrachten over te brengen ertevens volledige samenwerking tussen de prefab-betonelemen-ten aanwezig is. Het gevolg is dat de verticale buigtrekspannin-gen zich zo concentreren aan de uiteinden van de samenstellingwandconstructie. Figuur 12 laat zien dat daar cencentratiesstekwapening aanwezig zijn. In figuur is steeds aan ??n zijdeeen aansluitvlak met shear key gemaakt. Dit is slechts een prak-tische afschuifverbinding omdat bij de modellering van destabiliteitsconstructie is aangenomen dat er geen constructievesamenwerking in de hoeken aanwezig is. Het aansluitvlaktussen de stortstrook en de wand met inkassing (fig. 12) is welvoorzien van een opgeruwd vlak. Er is dus een volledigesamenwerking tussen de stortstrook en het prefab-betonele-ment aanwezig waardoor ook de verticale wapening in de sort-strook als buigtrekwapening benut kan worden. Immers, ookgeld dat zonder samenwerking in het stortvlak de wapeningniet wordt aangesproken.ParkeergarageDe onderbouw bestaat uit een structuur van prefab-betonbalkenen -kolommen waartussen kanaalplaatvloeren zijn aangebracht(foto 13). De stabiliteit van de laagbouw wordt deels geleverddoor in de fundering ingeklemde betonkolommen.RealisatieDe bouwsnelheid was bepalend bij de keuze van de bouwme-thode. Door de relatief lage hoeveelheid in-situ beton kon devooraf gewenste bouwsnelheid worden gerealiseerd. Deprefab bouwer monteerde gemiddeld 2,5 verdieping permaand. Dat is voor bouwwerken in het Midden-Oosten eenstuk sneller dan wanneer het met de gebruikelijke in-situbekistingsmethoden zou zijn uitgevoerd. Bij The BreakerTower monteerde men gemiddeld ??n verdieping in dertiendagen. Er waren zeven dagen nodig voor de montage van debalken, kanaalplaten en trappen. De prefab kolommen enprefab-betonelementen steken ingestorte haarspelden (foto 9,fig. 12) die zodanig zijn gepositioneerd dat ze tijdens demontage langs elkaar schuiven. Van bovenaf kan men hierwapening in de inkassing laten zakken en het geheel vullen metbeton zonder dat een traditionele bekisting nodig is. Wandele-menten in elkaars verlengde die gezamenlijk een wandschijfvormen, zullen via de verticale stortstroken constructiefmoeten samenwerken. Dit betekent dat via de aansluitvlakkentussen de verticale stortstrook en de prefab-betonelementenafschuifkrachten moet worden overgedragen. Voor volledigesamenwerking moet deze krachtsoverdracht plaatsvinden meteen afschuifstijfheid die gelijk is aan die het ernaast gelegenprefab-betonelement. Alleen dan werken de wandelementen construc-14165 m prefab beton 5 2016 2515 en 16 The Breaker Tower tijdens de bouw PROJECTGEGEVENSproject The Bahrein Towerontwikkelaar Bin Faqeeh Real Estate Investmentarchitect & Constructeur Arab Architectshoofdaannemer Al Taitoon Contracting Co. S.P.C.prefabbeton (ontwerp, productie en montage) Bahrain PrecastConcrete Co. W.L.L.wanden werden in de resterende zes dagen gemonteerd. Dein-situ werkzaamheden vonden plaats binnen deze dertiendagen. De hele prefab montage was uiteindelijk een weekeerder afgerond dan vooraf gepland.De productie van de prefab-betonelementen in de betonfabriekliep steeds minstens twee maanden voor op de montage op debouwplaats. Op die manier werd voorkomen dat eventuelevertragingen in de productie tot vertragingen op de bouwplaatszouden leiden. Tijdens de uitvoering werd de hoogste prioriteitgegeven aan de montage van de prefab elementen in het rondegedeelte van het gebouw. De bouwkundig aannemer kon dansnel aan de slag met de afbouw in de appartementen.Het verticale en horizontale transport van de prefab-betonele-menten op de bouwplaats was een enorme uitdaging. Voor hetgewicht van de prefab elementen, de hoogte van het gebouw ende benodigde vlucht van de kraan was een standaard torenkraanniet toereikend. Deze kraan moest 100 m boven zijn laatstebevestigingspunt kunnen opereren. Bij de start van de montagekon het gebouw de kraan immers nog niet steunen. Daarnaastmoest de kraan prefab elementen van 24 ton in combinatie meteen horizontale vlucht van 43 m kunnen hijsen en verplaatsen.Uiteindelijk is de grootste kraan uit de regio gehuurd. De enormekraan had een haakhoogte van 168 m en kon 12 ton hijsen enverplaatsen op een horizontale vlucht van 60 m.Een Nederlands hoogterecord?Nederland doet niet echt mee in de hoogbouwcompetitie diewereldwijd wordt gespeeld. Hoge gebouwen zijn elders in abso-lute zin veel hoger. Nederland loopt echter voorop met kennisen ervaring op het gebied van de toepassing van prefab beton.Er is in de afgelopen decennia een aantal relatief slankegeprefabriceerde betonconstructies voor hoge gebouwengerealiseerd. Daarnaast kijkt men in het buitenland nog steedsverbaasd naar de effici?nte wijze waarop deprefab-betonconstructies van het Erasmus MC en de DelftsePoort met hijsloodsen zijn gebouwd. Het is te verwachten dat inde komende jaren in Nederland rond de 200 m hoog gebouwdgaat worden. Wanneer een van deze gebouwen volledig inprefab beton wordt uitgevoerd, is een hoogbouwhoogterecordvoor Nederland binnen handbereik. Wie gaat deze uitdagingaan? 1615