Complex prefab beton (2)20132Complex prefabbeton (2)Door te kiezen voor prefab beton kan worden ingespeeld opde vraag naar een snelle uitvoering. Hiermee wordt in deuitvoeringsfase tijd en dus geld bespaard. Dit stelt de prefab-betonleveranciers regelmatig voor een uitdagendeengineeringsopgave. Om het ontwerp uitvoerbaar te krijgen,is een goed en slim ontwerp immers onontbeerlijk. Daarbijmoet verder worden gedacht dan de eindfase. Ookvervaardigingsmethoden, transportmogelijkheden enrestricties ten aanzien van de montage spelen een rol. Mettwee voorbeelden in twee artikelen wordt toegelicht hoehieraan in de praktijk invulling kan worden gegeven. In dittweede artikel: Orion Wageningen.1Uitdagingen van een prefab-betonontwerp (2): Orion WageningenComplex prefab beton (2) 2013 32Vanwege een forse toename van het aantal studenten komt ereen tweede onderwijsgebouw op de campus van WageningenUniversity, Orion genaamd. Momenteel studeren ruim 5000studenten aan Wageningen University, maar bij voortzettingvan de groei zal dit aantal 7500 bedragen in 2017.De planning is dat Orion in mei 2013 in gebruik wordtgenomen. Het wordt een opmerkelijk gebouw, 45 m hoog eneen monolithisch uiterlijk: hoog, strak en symmetrisch. Hoewelhet gebouw aan de buitenkant de vorm van een regelmatigevijfhoek heeft, is de structuur daarbinnen gevarieerd.Constructief ontwerpDe hoofdconstructeur heeft voor dit gebouw een draagstruc-tuur ontworpen van prefabbetonnen gevelwanden, in het werkgestorte verdiepingsvloeren en kanaalplaatvloeren (met vloer-overspanningen van 9,2 m resp. 10,8 m), prefab-betonkolom-men en in het werk gestorte binnenwanden en kernen. Eenstaalconstructie verzorgt de grote overspanning van het audito-rium en van het dak van het atrium (zie ook kader `Artikelconstructief ontwerp').In de gevels in stramien I en VI bevindt zich op bouwlaag 1, 4en 5 een gevelopening met een breedte van 16,2 m. Op bouw-laag 4 en 5 zijn in de gevelopeningen stalen kokerkolommenmet een h.o.h.-afstand van 1800 mm aangebracht. Op bouw-laag 1 zijn er geen kolommen opgenomen, waardoor de gevel-constructie de gehele breedte van de onderste gevelopeningmoet overspannen (foto 2). Naast het afdragen van de negenverdiepingsvloeren en het dak moet deze gevel ook de stabili-teit van het gebouw verzorgen voor de aangegeven windrich-ting in figuur 3.DetailengineeringDe detailengineering van de prefabbetonnen gevelwanden instramien I en VI vormden de grootste uitdaging. Daarbij is ineen gedegen vooronderzoek rekening gehouden met een aantalbelangrijke uitgangspunten bij het ontwerp en de uitvoering:a.De gevel moet worden gedeeld in zo weinig mogelijk, maarwel vervoerbare en hijsbare elementen.b.Door de beperkte stijfheid en sterkte van de tijdelijke stempel-constructie zal op een bepaald moment, door de steeds groterwordende stijfheid van de gevelconstructie tijdens de bouwfase,de stempelconstructie geen belasting meer afdragen. Naarmatede bouw vordert, zal er daardoor een `stapsgewijze ontwikkeling'in de krachtsverdeling ontstaan die sterk afwijkt van de krachts-verdeling die in de gevelconstructie op zou treden als in de eind-fase van de bouw de belasting in ??n keer op de constructie zouworden geplaatst (dit zou het geval zijn als tijdens het gehelebouwproces de gevelconstructie zou worden onderstempelddoor oneindig stijve ondersteuningen).c.De zeer hoge trekkrachten in de trekbanden moeten zo veelmogelijk worden opgenomen in de (voegloze) in het werk teir. Eugene GlorieBartels Ingenieursbureau Utrechting. Roel Strijbos PMSEBartels Ingenieursbureau Eindhoven1 Orion-gebouw op de campus van Wageningen University2 Gevelconstructie op stramien VI in aanbouwMet twee voorbeelden in twee artikelen licht Bartels Ingenieurs-bureau toe hoe invulling kan worden gegeven aan de uitda-gende eisen aan een prefab-betonontwerp. In het eerste artikelwerd het Meander Medisch Centrum belicht (Cement 2012/8). Dittweede artikel gaat over het Orion-gebouw op de campus vande Universiteit Wageningen.Artikel constructief ontwerpOver het constructief ontwerp van Orion is eenartikel geschreven door Aronsohn Constructiesraadgevende ingenieurs, genaamd`Duurzaamheid dankzijslimme vloer'. Dit artikel staat in Cement 2013/3 en is te raad-plegen op www.cementonline.nl.Complex prefab beton (2)2013434 5wandligger Bwandligger A3 Plattegrond Orion4 Samengestelde wandliggers in gevelwand op stramien I en VI5 Kritische elementen in de gevelconstructieg.Er moet rekening worden gehouden met tijdelijke situatiesvoor geprefabriceerde betonconstructies: productie, trans-port, montage (hijsen) en uitvoering (assemblage).Het vooronderzoek van de ontwerpopgave heeft geleid tot eenmaakbare oplossing binnen de door de hoofdconstructeurontworpen dimensies, met een minimum aan arbeidsintensievelasplaten en handelbare elementafmetingen.In de wand in stramien I en VI zijn twee hogewandliggers teonderscheiden: A (bouwlaag 2 en 3) en B (bouwlaag 6 t.m. 8).Het in acht nemen van bovenstaande uitgangspunten heeftvoor de onderste twee elementen in wandligger A geleid tot eenlengte van 11,2 m (ruim 19 ton). De overige elementlengten inde wandliggers vari?ren van 5,2 m (9 ton) tot 8,6 m (15 ton).Een concessie tijdens de uitvoering is geweest dat de elementenin de wandliggers niet met de aanwezige torenkranen kondenworden gehesen. Extra inzet van een mobiele kraan tijdens demontage van deze elementen was een vereiste. Alle overigeelementen in de gevel zijn dusdanig gedimensioneerd, dat zemet de vaste torenkranen konden worden gemonteerd.Ontwikkeling krachtsverdeling tijdens bouwfaseVoor de bepaling van de exacte krachtsverdeling in de gevel-constructie is een analyse gemaakt van de ontwikkeling van dekrachten tijdens de bouwfase. Hierbij is stapsgewijs voor elkebouwfase de krachtsverdeling bepaald door middel van eenlineair-elastische berekening.storten verdiepingsvloeren. Zo worden zwaarbelaste arbeids-intensieve lasplaatverbindingen zo veel mogelijk voorkomen.d.De hoge dwarskrachten moeten volledig worden opgenomendoor de wandelementen en niet door lasplaten in de verticalevoegen (stijfheid wandelement is vele malen groter danlasplaat).e.Verticale wanddelingen mogen omwille van dwarskracht-overdracht niet boven elkaar worden aangebracht.f. Door de plaatselijk hoge betonspanningen is het belangrijkom de oplegvlakken voor de wandliggers zo groot mogelijk temaken en ervoor te zorgen dat de hoge, geconcentreerdebelastingen centrisch worden ingeleid.Complex prefab beton (2) 2013 522520022540020bovenaanzichtvooraanzicht doorsnedelas a = 5 mmlas a = 8 mmlas a = 8 mmplaat 300 x 20 lg= 400 mmplaat 400 x 20 lg= 250 mmplaat 300 x 20 lg= 420 mmvolledig rondom aflassenlas a = 8 mmi.h.w.g. vloer d = 400 mmi.h.w.g. vloerankerstaaf 4?32lg= 750 mm4x1?32 4x1?324x1?324x2 ?32prefab wand d = 200 mm4x2 ?32ankerstaaf 4?32aflassen aan plaatover 200 mm las a = 5 mm66 Een lasplaatverbinding tussen de elementenzorgt voor de doorkoppeling van de trek-bandwapeningbepaald door de hoofdconstructeur en dit is als uitgangspuntgenomen voor de detailengineering. De resterende vier stavenzijn onder in de elementen boven de eerste- en vijfdeverdie-pingsvloer aangebracht. Een lasplaatverbinding in de verticalevoeg tussen de elementen zorgt voor de doorkoppeling van detrekbandwapening (fig. 6).De grootste afschuifspanningen (Tmax= 5,10 N/mm2) tengevolge van de dwarskracht treden op ter hoogte van detweedeverdiepingsvloer. Plaatselijk is hier in de voeg tussenelement en vloer een zeer hoge concentratie aan stekken nodig:?40 ? 200 mm. Dit is aangegeven met groene lijnen infiguur 4.Voor de afdracht van de windbelasting (steunpuntmoment inwandliggers) zijn in de derdeverdiepingsvloer acht staven ?32aangebracht en in de zevendeverdiepingsvloer acht staven ?25.Dit is aangegeven met blauwe lijnen in figuur 4.Voorkomen van voortschrijdende instortingDe prefab elementen van de hogewandliggers moeten volledigmet elkaar samenwerken (geelgekleurde elementen in fig. 4).De elementen naast de sparingen (groengekleurde elementenin fig. 5) dragen de hoge geconcentreerde belastingen uit dewandliggers.De elementen op de tweede bouwlaag boven de gevelope-ning zijn tijdens de montage onderstempeld. Aangetoond isdat, op het moment dat de elementen in wandligger A (fig.4) volledig samenwerkten, de stijfheid dusdanig groot wasdat de stempelconstructie (verende ondersteuning) nauwe-lijks nog belasting afdroeg. Doordat de wandligger geenondersteuning meer `voelde', zou in het verloop van de bouwde steeds veranderende stijfheidverhouding tussen wandlig-ger A en B de werkelijke krachtsverdeling in de gevelcon-structie bepalen.Belangrijke conclusie uit deze analyse was dat, ondanks het feitdat wandligger A minder stijf is (twee bouwlagen) dan wand-ligger B (drie bouwlagen), in wandligger A verreweg de groot-ste momenten en dwarskrachten optraden.Uit de detailberekening bleek dat voor de afdracht van de verti-cale belasting (veldmoment in wandliggers) in de eerste-verdiepingsvloer 12 staven ?32 en in de vijfdeverdiepingsvloer12 staven ?25 als trekband nodig waren. Dit is aangegeven metrode lijnen in figuur 4.Gezien de redelijke gedrongenheid van de wandliggers is detrekbandwapening gespreid over een hoogte van 800 mm.Daarbij zijn acht staven in twee rijen geconcentreerd in de400 mm dikke in het werk gestorte vloer. De vloerdikte isComplex prefab beton (2)2013676 Orion na vier bouwlagenfoto: Gaby van CaulilBij het wegvallen van een van deze ingekleurde elementen iseen tweede draagweg niet mogelijk. Door de afwezigheid vanenige ductiliteit in de gevelconstructie zijn alle gekleurde gevel-elementen volgens de Eurocode EN 1991-1-7 ontworpen alssleutelelementen.Een sleutelelement moet worden gedimensioneerd en berekendvoor een bijzondere belasting die kan optreden in alle richtin-gen. De belasting moet echter slechts in ??n richting tegelijker-tijd worden toegepast en grijpt aan op het sleutelelement en alledaaraan verbonden constructie-elementen. Voor de grootte vande bijzondere belasting beveelt EN 1991-1-7 een waarde van34 kN/m2aan. Deze kracht is als een verdeelde belasting op desleutelelementen geplaatst.Tot slotHet project Orion is een mooi voorbeeld van de rol van verbin-dende schakel tussen ontwerp en uitvoering voor de prefabengineer. Doordat de exacte ontwikkeling van de krachtsverde-ling tijdens de bouwfase is geanalyseerd, komen er andereresultaten uit dan in de ontwerpfase bedacht. Met de randvoor-waarden is het mogelijk gebleken een maakbare oplossing aante dragen die past in de strakke uitvoeringsplanning van deaannemer. PRojEctGEGEvEnSproject Orionopdrachtgever Wageningen University & Researcharchitect Ector Hoogstad Architectenhoofdconstructeur Arsonsohn Constructies raadgevende ingenieurs bvaannemer Heijmans Utiliteitsbouw bvprefab engineering Bartels Ingenieurs voor Bouw & Infraleverancier prefab beton Heijmans Bestcon