Drukvereffening beter begrepen (1)5201346Drukvereffeningbeter begrepen (1)Wind is een belangrijke parameter in hetontwerp van gebouwgevels. In veelgevallen bepaalt de windbelasting dedimensies van de gevelbeplating en deophanging. Die belasting wordt voor eenbelangrijk deel bepaald door de matewaarin kan worden gerekend met druk-vereffening. Een goede kennis van dewindbelastingen leidt ertoe dat gevel-systemen optimaal kunnen wordenbenut. In een vier jaar durend onderzoek,onder meer uitgevoerd bij de woontorenNew Orleans in Rotterdam, wordt nieuwekennis opgedaan op dit gebied. Dezekennis zal worden vertaald naar reken-regels die passen in de Europese normvoor windbelastingen.1Opbouw van een volleschaalexperimentDrukvereffening beter begrepen (1) 52013 472DoelOm de nettowindbelasting over een gevelplaat te kunnenbepalen, is het nodig om naast de externe belasting op de gevel-plaat ook de winddruk in de spouw te weten. In de huidigenorm voor het bepalen van windbelasting, EN 1991-1-4, zijnhier summiere vuistregels voor opgenomen. De effecten die dedetaillering van de spouw, de grootte van de spouw, de positievan de openingen enzovoort hebben op deze drukken, zijn inde norm niet uitgewerkt. Er is nog weinig onderzoek beschik-baar naar de effecten van deze parameters op de lokale windbe-lasting.Een van de redenen is dat deze effecten lastig zijn te meten.Onderzoek naar windbelastingen wordt in het algemeen uitge-voerd aan schaalmodellen in een atmosferische grenslaagwind-tunnel. Dit is niet mogelijk voor winddrukken in de spouw. Ditkomt doordat de gebruikte schaal van de windtunnelmodellende spouw dusdanig verkleint, dat de fysische fenomenen dieoptreden in het model niet representatief zijn voor de ware-groottesituatie. Ook numerieke technieken voor stromings-berekeningen (CFD) zijn nog niet inzetbaar, omdat deze depiekdrukken in de wind en de lokale stroming rondomgebouwhoeken niet betrouwbaar voorspellen.De enige manier om toch betrouwbare informatie te krijgenover de spouwdrukken, is het uitvoeren van volleschaalmetin-gen. Dit soort metingen is echter erg kostbaar. In het verledenzijn in Nederland onderzoeken uitgevoerd voor dakbedekkin-gen en metselwerk, maar nog niet eerder voor gevelplaten aanhoge gebouwen. Ook wereldwijd is dergelijk onderzoekschaars. Het onderzoek dat nu wordt uitgevoerd aan de NewOrleans-toren, door TNO in samenwerking met Royal Hasko-ningDHV, Blitta, Centrum Natuursteen, Kenniscentrum Gevel-bouw en Vesteda, is daarom bijzonder. Deze meting is mogelijkgeworden doordat Royal HaskoningDHV betrokken is geweestbij het constructief ontwerp van de toren en er in dat stadiumal in overleg met de opdrachtgever voorzieningen zijn inge-bouwd om de hier beschreven volleschaalmeting uit te voeren.Generieke rekenmodellen zijn echter niet af te leiden op basisvan ??n onderzoek en de situatie laat niet toe dat allerlei para-meters worden gevarieerd. Daarom wordt in het onderzoeknaast volleschaalmetingen gebruikgemaakt van zowel windtun-nelmetingen als numerieke simulaties om inzicht te krijgen inde spouwstroming en de effecten hiervan op de belastingen. Desterke punten van deze drie technieken worden in dit onder-zoek gecombineerd. Naar aanleiding van de resultaten zal eenrekenmodel worden opgesteld. Dit model wordt met de volle-schaalmetingen gevalideerd. Doel van de meting is dus zowelinzicht krijgen in de in de praktijk optredende drukverschillenals ook het valideren van een rekenmodel dat zal worden opge-steld.SituatieHet gebouw New Orleans is gelegen op de landtong van de Kopvan Zuid in het centrum van de stad Rotterdam. Vanwege devorm, hoogte en ligging is New Orleans een ideaal object omdrukmetingen op volle schaal uit te voeren. Het gebouw bestaatuit een toren en een plint. De rechthoekige plint van hetgebouw is geori?nteerd op het zuidwesten en bestaat uit vierverdiepingen. Aan de noordoostzijde bestaat het gebouw uiteen toren van 45 verdiepingen (foto 1). Deze toren heeft eenvrijwel vierkante doorsnede (fig. 2). Met zijn totale hoogtevan 158 m is New Orleans het tweede hoogste gebouw inNederland. Aan de zijden die overeenkomen met de meestvoorkomende windrichtingen (zuidelijke, zuidwestelijke enwestelijke), is de landtong omgeven door het water van deMaas. Het gebouw grenst aan de zuidoostkant aan een havenir.ing. silvester de graafRoyal HaskoningDHVprof.dr.ir. chris geurtsTNO / TU Eindhoven, fac. Bouwkundedr. Ivo Kalkman,ir. carine van BentumTNO1 Woontoren New Orleans,Rotterdamfoto: Tom Kroeze2 Plattegrond van de 35e verdie-ping met de meetpuntenArtikelenserieDit artikel maakt deel uit van een serie. In diteerste artikel wordt ingegaan op het doel en opzetvan de volleschaalmeting aan de New Orleans-toren in Rotterdam. In een aantal vervolgartikelenzullen resultaten van het onderzoek en de toepas-sing aan de orde komen.Drukvereffening beter begrepen (1)5201348LucHtspouWbeide zijden van het gevelvlak voorzien. Vanaf de meetpuntenlopen slangen naar de behuizingen waarin de druksensorenzijn aangebracht. Deze behuizingen bevinden zich in eenruimte achter de bekleding aan de zijkant van de balustradevan de loggia's (fig. 2). De hele inrichting van de meting isgedaan in overleg met de eigenaar van het gebouw om overlastvoor de bewoners te beperken.ReferentiedrukDe winddrukken worden gemeten met verschildrukopnemers.Deze registreren het verschil tussen de totale druk op de gevelen aan de andere zijden aan laagbouw. Aan de zuidwestkantvan het gebouw staan twee torens van ongeveer 150 m hoog(Montevideo en World Port Center) en aan de noordkantbevindt zich een even hoog gebouw (De Rotterdam).DrukmeetpuntenDe gevel van het gebouw is bekleed met natuurstenen platen enontworpen met een open luchtspouw van ongeveer 20 mm(foto 3). Er is gekozen om drukken te meten op ??n hoogte,rondom het gebouw. Meetpunten zijn aangebracht op de 35everdieping op ongeveer 120 m hoogte. Naast de externe drukworden de drukverschillen over de gevelplaten bepaald.Daartoe zijn de meetpunten zowel extern als aan de binnen-zijde van de plaat, in de spouw aangebracht. Hierbij is eenmeetpunt achter de gevelbeplating aangebracht en een tweedemeetpunt in de dichtstbijzijnde open voeg tussen de gevelpla-ten. Aan de noordoostelijke en zuidwestelijke zijde van hetgebouw zijn zes dubbele meetpunten aangebracht, aan denoordwestelijke en zuidoostelijke gevel vier dubbele meetpun-ten. Op deze manier kan de drukverdeling over de breedte vande gevel in beeld worden gebracht. Aan de randen, waar hogerewindbelastingen worden verwacht, zijn twee meetpunten aanMetingen windstromingenEr is onderzocht wat de meest optimale locatie en hoogte voorde referentiesnelheidsmeter is. Het onderzoek wijst uit dat eenmeetmast midden op het dak van het gebouw moet staan meteen hoogte van 10 m, om met een generieke compensatiefactorte kunnen werken die hetzelfde is voor alle windrichtingen enwindsnelheden. Helaas stuit dit op praktische bezwaren inverband met de bliksembeveiliging. In plaats van de 10 m hogemeetmast midden op het gebouw, is besloten een meetmast van2,5 m te gebruiken en deze aan de zuidkant te plaatsen. Demeest voorkomende windrichtingen in Nederland zijn tussenzuid en west. Door de meetmast aan de zuidelijke punt van hetgebouw te plaatsen, steekt de windmeter zo veel mogelijk bovenhet zog van het gebouw uit voor de meest voorkomende wind-richtingen. Tegelijk is niet te voorkomen dat de lokale wind voorde andere windrichtingen wordt be?nvloed door het gebouwzelf.De windstromingen om het gebouw zijn onderzocht met behulpvan CFD-simulaties (Computational Fluid Dynamics), met als doelde gemeten snelheden te kunnen corrigeren voor het gebouwef-fect. In de simulatie is een 3D-model van New Orleans ingevoerden zijn berekeningen uitgevoerd voor verschillende windsnelhe-den en -richtingen.Uit het CFD-onderzoek van Royal HaskoningDHV is gebleken, datde windsnelheden direct boven het gebouw sterk worden be?n-vloed door de onregelmatige vorm van de kroon van hetgebouw en de snelheid en richting van de aankomende wind(fig. 5). Het bleek dat het moeilijk is een eenduidige en betrouw-bare relatie af te leiden tussen de gestoorde en ongestoordewind. Desondanks lijken voorlopige meetresultaten erop tewijzen, dat de op deze manier bepaalde referentiesnelheidnauwkeuriger is dan wanneer deze wordt berekend uit metingenvan het nabije vliegveld Rotterdam The Hague Airport of hetmeteostation Hoek van Holland.3Drukvereffening beter begrepen (1) 52013 493 Spouwgevel met natuur-stenen platen4 Windmast op het dak vande New Orleans-toren5 Stroomlijnen en snelheids-contour van windgedragom het gebouw (de rodelijn is de beoogde meet-mast midden op hetgebouw)(zie kader). Vanwege praktische bezwaren is echter besloten dehoogte van de meetmast te beperken tot 2,5 m en is deze beves-tigd aan het zuidelijke punt van de toren (foto 4). Een hogeremeetmast is niet mogelijk, omdat deze niet hoger mag zijn dande bliksemafleider. Het verhogen van de bliksemafleider zoutot onaanvaardbaar hoge kosten leiden.De snelheidsmeter staat daardoor relatief dicht op het gebouw.Hierdoor wordt de meting van de snelheid be?nvloed door dewindstroom om het gebouw. Uit berekeningen is gebleken dathet moeilijk is hier een goede compensatiemethode voor tevinden (zie kader).Eerste resultatenDe metingen op volle schaal in de New Orleans-toren zijnbegin 2012 gestart. In de volgende artikelen zal nader wordeningegaan op de onderzoeksresultaten. en de atmosferische (statische) druk. De totale druk op de gevelis de som van de statische druk en de dynamische druk (alsgevolg van de wind). Omdat de druk als gevolg van de windeen orde duizend of meer lager kan zijn dan de atmosferischedruk, is dit de eenvoudigste wijze om winddrukken nauwkeu-rig genoeg te kunnen bepalen.Het meten van absolute drukken kan leiden tot onbetrouwbareresultaten, indien men in de foutenmarge van de sensorenmeet. De atmosferische druk wordt voor alle drukmeters opdezelfde plaats gemeten. In de centrale kolom van het gebouwis hiervoor een drukvat aangebracht waarin deze referentiedrukheerst. Alle drukmeters zijn via slangen op dit vat aangesloten.WindmastSimultaan met de druk wordt de windsnelheid gemeten. Hetmeten van een ongestoord windsnelheidsprofiel heeft de voor-keur. Dit zou betekenen dat een hoge mast tussen de bebou-wing in Rotterdam zou moeten worden geplaatst, wat eenonrealistische situatie is. Daarom is gekozen voor een positieop het dak van het gebouw.Er is een numerieke simulatie uitgevoerd naar het windveld terplaatse van het dak, om de ideale plaats te bepalen waar dewindmast zou moeten staan alsmede de gewenste hoogte ervan45