1 Vancouver House vanuit noordelijke en zuidelijke richting kort voor oplevering 1 6? CEMENT 2 20 22 Het Vancouver House in de gelijknamige stad in Canada is een bijzondere verschijning. Met name de aanblik vanaf één zijde spreekt tot de verbeelding: een 156 m hoog gebouw dat onderin even breed is als jezelf lang bent. Naar boven toe wordt de toren naar één kant toe geleidelijk aan breder, zonder zichtbare kolommen die de toren ondersteunen. Aan één zijde van de plattegrond neemt de breedte maar liefst met een factor zestien toe, waardoor de vloeroppervlakte bijna verdubbelt. Vanzelfsprekend stelde dit alles ook de nodige eisen aan het constructief ontwerp. Vancouver House prikkelt de verbeelding Bijzonder ontwerp vereist creativiteit en innovaties CEMENT 2 2022 ?7 Het Vancouver House bestaat uit een zestig verdiepingen hoge woon- toren, direct naast de Granville Street Bridge. Op maaiveldniveau wordt de toren omzoomd door een plint van meer- dere bouwlagen met een hellend dakvlak. Onder het complex is een zevenlaagse kelder aanwezig (foto 2). De onderste vloer van de kelder vormt ook direct de fundering. Het idee voor het ontwerp van de toren is ontstaan vanuit het vereiste profiel van vrije ruimte ten opzichte van de Granville Street Bridge. De architecten van Bjarke Ingels Group moesten rekening houden met een minimale afstand van 30 m ten opzichte van de brug. De vorm die is ontstaan wordt door de architect omschreven als een opzij geschoven gordijn. Aan de top heeft het gebouw een rechthoekige plattegrond van circa 30,5 m bij circa 40,2 m en een vloeroppervlak van 1226 m² (fig. 3) Naar beneden toe worden de vloeren kleiner en transformeren ze naar een driehoekige plattegrond van 725 m² die aan de noordzijde nog maar 1,80 m breed is. Het ontwerpteam van Vancouver House stond voor de uitdaging dit te realise- ren. Nu het gebouw gereed is, trekt de speelse curve van het gebouw de aandacht van iedereen die er langs komt. 2 Stort van onderste keldervloer PROJECTGEGEVENS project Vancouver House ontwikkelaar Westbank ontwerpend architect BIG (Bjarke Ingels Group) uitwerkend architect DIALOG adviseur constructies Glotman Simpson Consulting Engineers landschapsarchitect PFS Studio adviseur W-installaties Integral Group adviseur E-installaties Nemetz (S/A) & Associates Ltd. geveladviseur Morrison Hershfield hoofdaannemer ICON West Construction BRON Dit artikel is een vertaalde bewerking van een artikel van Geoff Poh P.Eng van Glotman Simpson Consulting Engineers, dat in januari 2020 verscheen in het Amerikaanse vakblad STRUCTURE Magazine. STRUCTURE Magazine heeft ingestemd met een herduk van het artikel, maar geeft geen garantie met betrekking tot de juistheid van de vertaling ervan. Projectingenieur Geoff Poh is project- manager en een van de constructief ontwerpers van het Vancouver House. De Nederlandse bewerking is gedaan door ir. Paul Lagendijk (Aronsohn Constructies / redactie Cement). 2 8? CEMENT 2 20 22 Constructieve eisen veroorzaakt door de geometrie Alle 60 verdiepingen zijn uitgevoerd als vlak- ke betonnen vloeren met een combinatie van traditionele wapening en voorspanning met nagerekt staal. De vloeren worden on- dersteund door verticale kolommen en in afmeting variërende, rechthoekige kolom- schijven in de oostgevel. Deze laatsten vol- gen het gebogen silhouet van de gevel. Daar waar de verticale kolommen van bovenaf de curve van het gebouw raken, vloeien deze samen met de gevelkolom (fig. 4).De over de hoogte van het gebouw wij- zigende kolomposities in de oostgevel en de verticale belastingen die door deze kolommen worden gedragen, leiden tot horizontale krachten op de vloerschijven: over het bo- venste gedeelte van het gebouw trekken deze krachten het gebouw naar de brug toe (in oostelijke richting), terwijl in het lagere gedeelte juist krachten in de andere (weste- lijke) richting ontstaan (fig. 5). Doordat alle zeven oostgevelkolommen een ander ver- loop over de hoogte hebben, is de verdeling van de horizontale krachten op ieder stra- mien en op iedere verdieping anders. Als de rechthoekige plattegrond van de bovenste verdieping over de min of meer driehoekige plattegrond van de onderste verdieping wordt gelegd, wordt duidelijk waarom de kern met liften en trappenhuis excentrisch in de plattegrond ligt in de zuid- westelijke hoek van het gebouw (fig. 3). Door de 'wandelende kolommen' en de excentrisch geplaatste kern, wordt de toren door de zwaartekracht niet alleen aan horizontale krachten maar ook aan torsiemomenten blootgesteld, en ontstaan horizontale ver- plaatsingen over de hoogte van het gebouw. Seismische belasting Om de constructieve uitdaging nog groter te maken, moest ook rekening worden gehou- den met de hoge seismiciteit die langs de westkust van Noord-Amerika voorkomt. De combinatie van zwaartekracht en seismi- sche krachten op de constructie vereist een verticale ruggengraat die zowel buigstijfheid als wringstijfheid verzorgt. Vancouver House heeft een kern van in het werk ge- stort, gewapend beton die is uitgevoerd met innovatieve systemen die niet eerder zijn toegepast in hoogbouw voor woningen in die omgeving. Door de aanwezige deursparingen in de rechthoekige kern ontstaan twee C-vor- mige kerndelen. In de betonnen lateien die de delen onderling verbinden, zijn zware stalen breedflensbalken ingestort, tot 1,5 m in de aangrenzende wanden. Hierdoor wor- den de twee delen van de kern verbonden tot een wringstijve, kokervormige doorsnede (foto 6). Anders dan de gebruikelijke tot De combinatie van zwaarte- kracht en seismische krachten vereist een verticale ruggengraat die zowel buig- stijfheid als wringstijfheid verzorgt 3 Plattegrond west outriggerwand kern (twee c-vormige delen outriggerwand oost 3 CEMENT 2 2022 ?9 LEVEL 9 FLOOR PLATE ROOF FLOOR PLATE 4a 4b 4 3D-modellen: complete constructie (a), constructie opgesplitst in doorsnedes (b) 10? CEMENT 2 20 22 vloeien belaste lateien, is er hier bewust voor gekozen het gedrag van deze staalprofielen elastisch te houden bij de combinatie van zwaartekracht en cyclische, seismische belasting. In de noordwestelijke en zuidwestelijke hoek is de kern voorzien van outriggerwan- den. Per vloerniveau is in één van de twee wanden om en om een deuropening aanwe- zig. Aan de uiteinden van deze outrigger- wanden zijn 11 hoge sterkte voorspanstaven (Dywidag) opgenomen, waarmee een tegen- belasting wordt gecreëerd die de toren weer bijna volledig verticaal trekt (foto 7). Beperken scheurvorming Scheurvorming is inherent aan het materiaal beton als het verhardt en op spanning komt. Hoewel krimp- en buigscheuren normaal zijn voor gewapend beton, is het heel belang - rijk om het gedrag van een toren met deze comple xiteit op detailniveau te begrijpen. De expertise van Glotman Simpson op het gebied van niet-lineair performace based ontwerpen van betonnen hoogbouwconstruc- ties aan de westkust van Noord-Amerika, kwam van pas bij het bepalen van de vereis- te voorzieningen in de constructie. Er zijn constructiemodellen gemaakt met het niet- lineaire rekenpakket PERFORM3D, die reke- ning houden met de materiaaleigenschappen na vloeien. Hierbij is gerekend met grondbe- wegingen die gelden voor deze bouwlocatie (éénmaal de maximale te verwachten aard- beving: 1,0 MCE (MCE = Maximum Credible Earthquake)). Bij de bijbehorende belastingen zijn rekken en spanningen van de kritieke elementen gecontroleerd. Vervolgens is ge- keken naar een tweemaal zo zware aardbe- ving (2,0 MCE). Het is essentieel om een totaalbeeld te hebben van de resulterende scheurwijdtes in de kernwanden en de voorgespannen vloerschijven omdat de som daarvan mede de horizontale verplaatsing van het gebouw bepaalt. Het ontwerp was erop gericht om de scheuren in de kritieke elementen zoveel mogelijk te beperken. Uiteindelijk is het ont- werp zo uitgewerkt dat bij 1,0 MCE het ge- drag elastisch blijft en dat bij 2,0 MCE de verticale stabiliteit en veiligheid zijn gewaar- borgd. Zowel bij zwaartekrachtbelastingen als bij seismische belastingen is de bruik- baarheidsgrenstoestand beoordeeld. Flexibiliteit installaties 'Elk onderdeel is uniek.' Deze uitspraak was voor dit project geen marketing, naar 5 6 5 Voorbeeld van optredende horizontale belastingen 6 Lateien met ingestorte staalprofielen tijdens de uitvoering CEMENT 2 2022 ?11 gold letterlijk. Minstens zo complex als de constructieve uitdagingen waren de coördi- natie van het gevelontwerp en alle installa- ties in een tijdens de bouw vervormende constructie. Van de E- en W-installaties werd een enorme flexibiliteit verwacht. Vanuit één centraal punt op de begane grond aan de noordzijde, net buiten de kern, versprei- den alle installaties zich als takken van een boom over de verschillende plattegronden.De optredende spanningen in de voor- gespannen en zwaar gewapende betonvloe- ren resulteerden in flinke beperkingen voor de in het beton in te storten leidingen. De leidingen en kanalen voor verwarming, ven -tilatie, airconditioning en elektra zijn niet ingestort in de vloeren maar boven verlaagde plafonds aangebracht; alleen een beperkt aantal verlichtingselementen en installaties konden na uitvoerige coördinatie in de ver- diepingsvloeren worden ingestort. In de bouwwereld die gewend is te werken met constructies die zich statisch gedragen bij verticale belastingen, vroeg Vancouver House om een andere benadering. Alle se- cundaire elementen, die zorgen voor de architectonisch uitstraling van het gebouw, zijn ontworpen rekening houdend met extra vervormingstoleranties en aanpasbaarheid In de betonnen lateien van de kern zijn zware stalen breedflensbalken ingestort waardoor een kokervormige, wringstijve doorsnede ontstaat ONDERSCHEIDINGEN Vancouver House is in 2021 door The Council of Tall Buil- dings and Urban Habitat (CTBUH) verkozen tot 'Best Tall Building Worldwide' in 2021 en beloond met de 'Structural engineering award of excellence'. 7 7 Voorspanning met verticale voorspanstaven tijdens de uitvoering 12? CEMENT 2 20 22 op de te verwachten horizontale en rotatie- beweging in loop van de tijd. Monitoring van constructief gedrag Als dit gebouw op een traditionele manier was ontworpen en gebouwd, zou de con- structie, op het moment van op hoogte komen, een horizontale verplaatsing ten opzichte van de fundering naar het oosten laten zien van ongeveer 250 mm. Om de to- ren min of meer verticaal te krijgen en in te spelen op langetermijnkruipgedrag, is de draagconstructie met opzet uit het lood gebouwd, tegengesteld aan de verwachte vervorming. De bovenste vloeren zijn op af- schot gemaakt om de helling veroorzaakt door de rotatie van de kern en de verschillen in kolomverkorting te compenseren. De ingenieurs van Glotman Simpson werkten nauw samen met de hoofdaanne- mer, ICON West Construction, zowel tijdens de werkvoorbereiding als bij de daadwerke- lijke uitvoering. De vervormingen van het gebouw per gerealiseerde verdieping werden gemonitord. Om de verdieping werden controle- metingen verricht tijdens de bouw, tot een jaar na het bereiken van het hoogste punt. De meetresultaten volgden nauwkeurig de berekende vervormingen: geen betere ma- nier om de berekende prestaties van het ge- bouw te bevestigen voor de levensduur van dit bijzondere gebouw. Een icoon voor de westkust van Noord Amerika Creativiteit, innovaties, zeer gedetailleerd ont - werpen en coördinatie vormden het succes v an dit bijzondere project. Prestatiegericht ontwerp in combinatie met het gebruik van de nieuwste technologie met niet -lineaire analyses, maken het ontwerp van een gebouw als dit mogelijk. Samenwerking, met als doel onder meer een juiste fasering van uitvoering, zorgden ervoor dat het papieren ontwerp werkelijkheid is geworden. Alleen de veel meer dan gebruikelijke aandacht voor details zorgde voor een praktisch en uitvoerbaar ont - werp. Vancouver House is in 2020 in gebruik g enomen en zal altijd een inspiratie blijven voor creatieve architecten en ingenieurs. 8 9 8 Vancouver House tijdens de uitvoering 9 Overzicht van het project en de omgeving CEMENT 2 2022 ?13