themaOntwerp van een complex schaaldak2201328themaOntwerp vaneen complexschaaldakHet stationsgebied in Arnhem wordt ingrijpendvernieuwd. Onlangs is gestart met de bouw vanhet meest in het oog springende deel: de stations-hal. Het complex gevormde schaaldak wasoorspronkelijk ontworpen in beton, maar is in deaanbestedingsfase gewijzigd in staal. Het projectwordt in twee Cementartikelen toegelicht. In diteerste artikel een inleiding en toelichting op hetoorspronkelijke, constructieve ontwerp.1Nieuwe OV-Terminal Arnhem een van grootste,naoorlogse ontwikkelingen in stadOntwerp van een complex schaaldak 22013 29Station Arnhem vormt een belangrijk knooppunt in het Neder-landse spoorwegennet. Verbindingen uit de richting vanUtrecht, Nijmegen/Roosendaal, Tiel, Winterswijk, Zutphen/Zwolle en Duitsland komen hier samen. Het wordt steedsdrukker op deze spoorwegen, het reizigersaantal per treingroeit flink en zal dat ook blijven doen. De afgelopen jaren isbinnen het project `Sporen in Arnhem' hard gewerkt om destationsinfrastructuur klaar te maken voor de toekomst.Het stationsgebied zelf is aangewezen als ??n van de NieuweSleutel Projecten (NSP's). Dit zijn integrale, stedelijke projectenop en rond de stations Amsterdam-Zuid/WTC, RotterdamCentraal, Utrecht Centraal, Den Haag Centraal, Breda Centraalen ook Arnhem Centraal. Deze stations krijgen met de aanlegvan de hogesnelheidslijn een bijzondere positie.Het masterplan voor het stationsgebied Arnhem Centraal isontworpen in 1996. Het project is ??n van de grootste, naoor-logse ontwikkelingen in de stad. Er wordt 160 000 m2gebouwdop 40 000 m2grondoppervlakte. Inmiddels is een groot aantaldeelprojecten binnen het masterplan gerealiseerd: een parkeer-garage, een overdekt busstation, twee hoogbouw kantoortorens,een laagbouw kantoor, een grote fietsenstalling en perrontun-nel.Het belangrijkste sluitstuk binnen het masterplan vormt denieuwe Openbaar Vervoer Terminal (OVT). Deze terminalgeeft samen met de in 2011 in gebruik genomen perrontunnelrechtstreeks toegang tot trein, taxi, bus, fiets, de geparkeerdeauto, kantoor en stad. Er ontstaat hiermee ??n volledige, ge?nte-greerde `transporthub'. De in het gebied aanwezige natuurlijkehoogteverschillen faciliteren daarbij de mogelijkheid tot hetsamensmelten van voetgangersstromen, vervoerssystemen,constructie en programma, in ??n vloeiend utilitair landschap.In dit artikel wordt vooral ingegaan op het terminalgebouw.OntwerpHoewel de basis van het ontwerp al ruim twaalf jaar geleden isgemaakt, is het project zonder twijfel ??n van de meest vooruit-strevende en uitdagende ontwerpen die op dit moment inNederland in uitvoering is. Het ontwerp wordt gekenmerktdoor grote dubbelgekromde, geometrische gebouwonderdelen(fig. 2) en verbindt de verschillende programmatische endr.ir. Jeroen Coenders,ir. Sander Hofman enprof.dr.ir. Joop Paul MBAAruping.ir. Arjan Dingst?dipl.-ing. etH NDSUNStudio1 Masterplan stationsgebied Arnhem Centraalbron: UNStudio / Moka2 Ontwerp terminal met grote dubbelge-kromde, geometrische gebouwonderdelenbron: UNStudio2themaOntwerp van een complex schaaldak2201330K5com. voorzieningenparkeergaragefietsenstalling3 Doorsnede OV-Terminal, parkeergarage en fietsenstalling metV-wandenstructuurbron: UNStudio4 Hoge schuine V-wanden dragen de vloeren, maar brengen ook licht en lucht inhet gebouwbron: UNStudio / Rendertaxivan de fietsenkelder. Deze fietsenkelder draagt een deel van hetstation waarop de Nieuwe Stationsstraat rust. De vloeren vande fietsenkelder dragen via een kabel- en leidingentunnel hunkrachten af op de vloeren en wanden van de parkeergarage. Diegarage draagt op haar beurt het andere deel van het station ende horizontale kantoren. De parkeergarage maakt vervolgensevenwicht met het grondlichaam onder de Utrechtsestraat.Het project wordt gekenmerkt door integraliteit van het totaleontwerp. Deze integraliteit is aanwezig op meer niveaus. Teneerste het al eerder genoemde paradigma van `de constructie is deconstructieve elementen tot ??n vloeiend geheel, waarbinnenconstructie, architectuur en bouwfysische aspecten zijn ge?nte-greerd.Dankzij de toepassing van innovatieve, ondergrondse oplossin-gen en een integrale constructie, is een grote bebouwingsdicht-heid mogelijk gemaakt zonder in te boeten op de kwaliteit vande openbare ruimte. De verwevenheid van functies geeft opti-male transferstromen, heldere zichtlijnen en lichttoetreding totdiep in de ondergrondse bouwlagen.Constructief ontwerpIn de terminal zijn hoge, schuine `V-wanden' (fig. 3 en 4)geplaatst van onder in de parkeerkelders tot aan het hoogstepunt op het dak. Deze V-wanden dragen de vloeren, maarbrengen ook licht en lucht in het gebouw. Hierdoor ontstaangrote vloeroverspanningen en veel ruimte. Op de keldercon-structies (een parkeerkelder en een tweelaagse fietsenstalling)rust de terminal en een verhoogde weg: de Nieuwe Stations-straat. De vloeren lopen vanuit de fietsenkelder spiraalvormigop naar de terminal en het busdek en hierna via het stadsbal-kon naar de kantoren en verhoogde weg. De terminal heeft eenschaalachtig dak, ontworpen in schoon beton.Het gebouw bestaat eigenlijk uit vele delen die elk een eigenkarakter hebben. De constructies zijn op en tegen elkaar aange-bouwd. Het spoor draagt zijn krachten via de grond af opdamwanden die gedeeltelijk worden gesteund door de vloeren35Ontwerp van een complex schaaldak 22013 31Er is gebruikgemaakt van geavanceerde eindige-elementensoft-ware waarmee deze analyses konden worden uitgevoerd.Echter, deze software vereist een `mesh' ? een drie- en vierhoe-kige opdeling van het oppervlak van het betonvolume ? die aanbepaalde randvoorwaarden als vlakheidseisen moet voldoen.Omdat dit ontwerp een grote en topologisch complexe meshbetrof, was het een grote uitdaging om hiermee te ontwerpen.Hiertoe heeft de constructeur software ontwikkeld die hetarchitectonische model van de betonoppervlakken kan omzet-ten in een correcte mesh voor constructieve analyse. Ook zijntools ontwikkeld voor de controle van de data in EEM-softwarein relatie tot de architectonische modellen.Er zijn ook methoden ontwikkeld om de invloed van krimp enkruip mee te nemen, gecombineerd met de andere belastings-gevallen. Omdat hier nog steeds een mate van onzekerheidblijft bestaan en de randvoorwaarden van een dergelijkeconstructie grote invloed kunnen hebben, is er ook een uitge-breide gevoeligheidsanalyse gemaakt. In deze gevoeligheids-analyse zijn vele aspecten van de constructie gevarieerd om eenbeeld te kunnen krijgen van het gedrag van de constructie.In de modellering is verdergegaan dan de eerdergenoemdegevoeligheidsanalyses. De constructieve werking is in sterkemate te rationaliseren tot schematisaties die boven- en onder-grensbenaderingen beschrijven, waardoor de onzekerheid inhet ontwerp wordt afgedekt. Vergelijk het met een balk waarbijvoor de steunpuntswapening het steunpunt als een inklemmingwordt beschouwd, maar voor de veldwapening als een schar-nier, zodat beide systemen de maximale veiligheid bevatten. Bijeen complexe constructie is dit natuurlijk minder eenvoudig.Omdat er weinig bekend is over de globale knik van betonnenschalen met veel buiging, is ook hiervoor een eigen methodiekontwikkeld.architectuur'. Dit vergde veel afstemming tussen constructeur enarchitect. Ten tweede is er de integrale samenwerking tussen deverschillende constructies. Het derde niveau is het detail. Aange-zien veel architectonische en installatietechnische elementen zijnverwerkt in de constructie, was het een complexe opgave om dewapening te co?rdineren met deze elementen.MateriaalkeuzeDe keuze voor schoon beton is gemaakt na zorgvuldige afwegingvan een aantal alternatieven in staal, staal-beton en prefab. Teneerste is deze keuze gedreven door het integrale karakter tussenconstructie en architectuur in beton. De tweede overweging wasde mogelijkheid gebruik te maken van de plastische eigenschap-pen van een te gieten materiaal in een vrije vorm: `een eerlijkeconstructie'. Hiervoor waren destijds weinig alternatieven. Aange-zien het laatste deel van de horizontale kantoren, het zogenaamde`K5-kantoor', zich wel voor een alternatieve constructie leende enhier veel transparantie vereist was, is deze oorspronkelijk al alseen combinatie van staal en beton ontworpen.RekentechniekHet berekenen van een vrijgevormde schaalconstructie metveel buiging is een relatief onbekend constructief veld. Om hetontwerp en het ontwerpproces mogelijk te maken, was hetnoodzakelijk software toe te passen om de geometrie te beheer-sen en de daarmee samenhangende constructie te kunnenmodelleren en analyseren. Het bleek echter al snel dat de op demarkt beschikbare software niet voor elke uitdaging een oplos-sing zou bieden. Er zijn lineaire en zowel geometrisch alsfysisch niet-lineaire betonmodellen gebruikt om te kunnenbestuderen hoe de constructie zich zou gedragen.45 Interieur van de stationshalbron: UNStudio / MokathemaOntwerp van een complex schaaldak2201332binaties de mogelijkheid idee?n voor te leggen. De bouwcombi-natie OVT Arnhem stelde onder andere voor de betoncon-structie te vervangen door een geometrisch gelijkblijvendeconstructie gebaseerd op scheepsbouwtechniek in staal. Detweede, biedende aannemer bleef tijdens de aanbesteding langvasthouden aan een betonconstructie en maakte pas op hetlaatste moment een keuze voor een gedeeltelijk stalen dak.Deze partij is voornamelijk daardoor lager beoordeeld op hetbelangrijkste beoordelingscriterium van `harmonieuzeontwerpkwaliteit'.Nadat de bouwcombinatie OVT Arnhem was geselecteerd alsde voorkeursbieder, is in nauw overleg tussen architect,opdrachtgevers en aannemer het aanbiedingsontwerp zo geop-timaliseerd dat overgangen tussen staal en beton naar architec-tonisch logische posities zijn verplaatst.In het voorjaar van 2012 is er voor de bouw van de terminalgetekend. Inmiddels zijn de voorbereidingen in volle gang en isde bouwkraan geplaatst, zodat met het verschijnen van ditartikel is gestart met de bouw van het terminalgebouw.In het artikel `Scheepsbouwtechniek OVT' wordt de keuze voorde uitvoering van de dakconstructie in staal en de uitwerkingdaarvan nader toegelicht. PROJeCtGeGeVeNSproject OV-Terminal Arnhemopdrachtgever ProRail namens ministerie van I&M, Gemeente Arnhemen NSarchitect en masterplanner UNStudioconstructeur OV-terminal, fietsenstalling en masterplan Arupconstructeur parkeergarage, busdek en K4-gebouw Van der Werf enLankhorstconstructeur tunnelconstructie Arcadisaannemer fase 1 Bouwcombinatie BAM-Ballast Nedam (BBB)aannemer fase 2 Bouwcombinatie OV Terminal Arnhem VOF (BallastNedam en BAM)Aandachtspunten uitvoeringVoor de bouw van de betonnen schaal is een heel scala aan tech-nieken bedacht voor de uitvoering en de controle tijdens de bouw.Er zijn innovatieve bekistings- en ondersteuningsconstructiesbedacht om op de bestaande constructie af te steunen en geleide-lijk een vloeiende bekisting te cre?ren. Hierbij werd gedacht aaneen combinatie van traditionele bekistingstechnieken vooreenvoudige delen, handmatig gebouwde bekistingen vooreenvoudig gekromde delen en bekistingen gemaakt door compu-tergestuurde vreestechnieken voor de complex geometrischedelen. Ook voor de wapening zijn strategie?n bedacht om zelfdra-gende wapeningsdelen te maken voor de verticale elementen.Er is ook een uitgebreide monitorings- en maatvoeringsstrate-gie bedacht aangezien er weinig ervaring is met dit typeconstructies in de praktijk.AanbestedingNa een mislukte eerste aanbesteding van dit complexe projectin tijden van hoogconjunctuur, is er door de opdrachtgeversvoor gekozen het bouwproject te faseren. Allereerst een meereenvoudig deel bestaande uit de perrontunnel, fietsenstallingen winkelruimten en parallel aan deze fase te komen tot eenaanbestedingsmethode voor het meest complexe deel van hetproject: de terminal.Tweede fase: terminalDe ervaring met de aanbesteding en uitvoering van de eerste faseleidde ertoe dat de opdrachtgevers besloten de tweede fase andersaan te pakken. Het werd een aanbesteding gebaseerd op eenUAV-GC-contractvorm1). Essentieel in deze aanbesteding was dater een maximaal budget was, namelijk 37,5 miljoen, waarvooralles zoveel mogelijk conform ontwerp moest worden gebouwd.De plannen van de aannemers zijn vervolgens beoordeeld op devolgende drie primaire factoren: esthetische kwaliteit, kwaliteitvanuit beheer en onderhoud, en daarnaast op planning.Tijdens de aanbesteding kregen de ge?nteresseerde bouwcom-61) UAVGC: Uniforme Administratieve Voorwaarden voor ge?ntegreerde contractvormen6 De terminal biedt toegangtot trein, fiets, taxi, bus, degeparkeerde auto, kantoor enstadbron: UNStudio / Rendertaxi