themaZwaar en toch lichtvoetig4201026themaZwaar en tochlichtvoetigDe bouw van de hoogste woontoren van Nederland nadert zijn voltooi-ing. Deze 158 m hoge toren verrijst samen met het ernaast gelegenArthouse aan de kade van de Rijnhaven op de Wilhelminapier in Rotter-dam. Dit `zware' gebouw is `gewoon' met prefab palen op de eerste zand-laag gefundeerd. Door de zettingen van de eronder gelegen laag vanKedichem waren bijzondere ontwerpoplossingen nodig om deze eenvou-dige fundering mogelijk te maken.Zettingsverschillen New Orleans vragen om bijzondere ontwerpoplossingenZwaar en toch lichtvoetig 42010 27Twee stabiliteitssystemenEen ontwerp voor de eeuwigheid was het uitgangspunt voor dewoontoren. Gevolg is een zeer lange technische levensduur vande draagconstructie. Omdat niet is te voorspellen of in detoekomst vraag is naar grotere of juist kleinere appartementen,is een grote mate aan flexibiliteit in de mogelijke woningplat-1ir. Jeroen van den Bovenkamp1) en ir. Hilbert-Jan KuijerDHV BVing. Theo de WitGeomet1) Jeroen van den Bovenkamp is tegenwoordig werkzaam bij Sophia Engineering.1 New Orleans wordt de hoogste woontoren van Nederlandfoto: Tom WolbrinkHet project bestaat uit een woontoren van 158 m hoog met 238appartementen en het Arthouse met daarin vijf bioscoopzalenen een theaterzaal. Zowel onder de toren als het Arthousebevindt zich een tweelaagse ondergrondse parkeergarage. Detoren staat op een 7 m hoge glazen voet die doorloopt in degevel van het Arthouse. Deze glazen voet, de zandkleurigenatuursteen en de kroon met de luxe penthouses geven NewOrleans een mediterrane en lichtvoetige uitstraling.Zwaar en toch lichtvoetig4201028Dit ontwerp maakt niet alleen flexibele plattegrondindelingenmogelijk, maar het is ook zeer geschikt om te tunnelen. Deaannemer heeft echter gekozen voor een uitvoering met eenklimbekisting (foto 4).Glazen voetZowel vanuit de architectuur als vanuit het functionele aspect,is het noodzakelijk dat de toren op beganegrondniveau een zeeropen karakter heeft. Vanaf niveau -2 tot 3 loopt alleen de kerndoor en staat de toren op 14 stalen kolommen (fig. 5). Hier-door kon de glazen voet worden gemaakt, ontstaat er eenruime entree op beganegrondniveau en kon in de parkeerkel-der het standaard parkeerstramien, bestaande uit drie parkeer-vakken van 2,4 m met een maximale kolomafmeting van 0,6 m(3 x 2,4 + 0,6 = 7,8m), worden doorgezet waardoor geenparkeerplaatsen verloren gingen.tegronden gewenst. Om dit te realiseren is ervoor gekozen omslechts in ??n richting betonwanden toe te passen. Hierdoorzijn plattegronden in de andere richting variabel. Nu zijn ertwee woningen per beuk ontworpen, maar dat kunnen er ookvier, drie of ??n worden, zonder constructieve ingrepen. Deconstructieve plattegronden zijn hiermee bovendien over nage-noeg de gehele hoogte van de toren gelijk geworden. Als gevolgvan deze ontwerpkeuze heeft de toren twee verschillende stabi-liteitssystemen.In de ene richting wordt de stabiliteit verzorgd door tweewanden die samen met de wanden rond de functionele kernmet daarin de trappenhuizen en de liften een zeer stijve Hvormen (fig. 3). In de richting haaks daarop wordt de stabiliteitverzorgd door dezelfde H, echter nu om zijn zwakke as, incombinatie met de raamwerking van de ermee verbondenvloeren en kopwanden.themaZwaar en toch lichtvoetig 42010 292 De glazen voet, de zandkleurige natuursteen en de kroon met de luxe pent-houses geven New Orleans een mediterrane en lichtvoetige uitstralingbron: Vesteda / DPI Animation House3 In de ene richting wordt de stabiliteit verzorgd door een zeer stijve H, in derichting haaks daarop door dezelfde H, in combinatie met de raamwerking vanvloeren en kopwandengeen storend effect hebben in de woningen.De overgangsconstructies zijn opgebouwd uit hogesterktestaalen vormen een soort gedrongen I-ligger. Ze concentreren despanningen in de betonwanden zodat ze in de kolommenkunnen worden geleid. Desondanks kan niet worden voorkomendat de betonspanningen boven de overgangsconstructies kunnenoplopen tot 56 N/mm2. De wanden rondom de overgangscon-structies zijn daarom uitgevoerd in hogesterktebeton C90/105.Aan de onderzijde zijn de staalkolommen met een dikke aange-laste voetplaat en vier ankers op de funderingspoer geplaatst.Tijdens de bouw van de funderingspoer zijn ter plaatse van dekolommen uitsparingen (1250 x 1500 mm, 750 mm) in de poergehouden. Deze uitsparingen zijn met hogesterktebeton(C90/105) gevuld waarmee de grote kolombelasting zodanigwordt gespreid dat de spanningen weer kunnen worden opge-nomen door het C35/45 beton van de funderingspoer.Zettingen en opgelegde vervormingenDe ondergrond bij New Orleans heeft een karakteristiekeRotterdamse opbouw die hier niet in detail wordt besproken.Belangrijk is wel dat onder de eerste draagkrachtige zandlaagzich de laag van Kedichem bevindt. Deze laag is een overwe-gend uit klei opgebouwd pakket, afgewisseld met enkele silt- enzandlagen en tevens een dunne veenlaag. De totale diktebedraagt circa 16 m. Bij New Orleans is gekozen te funderen opde zandlaag boven de laag van Kedichem (fig. 7).De relatief zware woontoren ? met zijn 300 mm dikke wandenen vloeren ? heeft een gemiddelde funderingsdruk van circa600 kN/m2. Er zijn 310 funderingspalen nodig om deze belas-ting naar de draagkrachtige ondergrond af te dragen. De keuzete funderen op de zandlaag boven de laag van Kedichem maaktehet mogelijk gebruik te maken van prefab funderingspalen 450x 450 mm. Dit maakte de paalfundering een stuk goedkoperdan een paalfundering met lange, in de grond gevormde boor-palen, die door de laag van Kedichem heen zouden steken.Voor de stalen kolommen zijn walsprofielen gekozen in eenhoge staalkwaliteit. Dit leidde tot toepassing van het grootstewalsprofiel dat in de handel te verkrijgen is (HD400x1086) instaalkwaliteit Histar 460. Een zeer slanke oplossing die tevensgoedkoper is dan stalen kolommen opgebouwd uit een samen-gesteld profiel of veel dikkere staal-betonkolommen.HogesterktebetonDe hoge belasting uit de betonwanden moet worden ingeleidin de stalen kolommen. Hiervoor zijn op niveau 2 en 3 stalenovergangsconstructies ontworpen van circa 3 m lang en2,3 m hoog (fig. 5). Deze constructies zijn slechts 300 mmdik zodat ze in de 300 mm dikke betonwanden vallen en23Zwaar en toch lichtvoetig4201030De twee ondergrondse parkeerlagen en een funderingspoer van2,5 m dik geven een ontgravingsdiepte tot circa 8 m ondermaaiveld. Bij deze ontgravingsdiepte is er nog net verticaalevenwicht van de bouwputbodem, waardoor een kostbare enrisicovolle spanningbemaling kon worden voorkomen. Voorhet bouwputevenwicht was het daarbij wel nodig dat tijdens hetontgraven grondbermen aan de binnenzijde van de damwandbleven staan. Als gevolg daarvan moest de funderingpoer intwee fasen worden uitgegraven en gemaakt.In verhouding tot de hoogte en de belastingen uit de toren iseen 2,5 m dikke betonplaat relatief slap. Hetzelfde geldt voor de14 HD-kolommen. Hierdoor ontstaan de genoemde zettings-verschillen van circa 45 mm tussen de kern en de randkolom-men van de toren. Deze zettingsverschillen geven een opge-legde vervorming aan de constructie van de toren. Door dezevervorming wordt er belasting vanuit de kern van de toren viade H-wanden overgedragen op de HD-kolommen en ontstaanin de funderingspoer zeer grote momenten. Deze momentenzijn dermate groot dat dit niet meer te wapenen is. Dit wasnaast de eerder genoemde uitvoeringstechnische reden eenextra argument de poer uit te voeren in twee delen: een recht-hoekig poerdeel en een ringvormig poerdeel eromheen. Hetrechthoekige deel ondersteunt de betonnen stabiliteitskern enhet ringvormige deel de veertien kolommen. Tussen de tweepoerdelen is een stortstrook opengehouden van 2,5 m breedKenmerkend voor de laag van Kedichem is het feit dat dezelaag, onder invloed van zware belasting van bovenaf, bedui-dend zal zetten. De zettingen van de hoogbouw zijn bepaaldmet behulp van Msettle. De zetting in de Kedichemlaag is bere-kend op maximaal 165 mm in het midden van de toren,uitgaande van een gemiddelde representatieve gebouwbelastingvan 613 kN/m2(fig. 6). De belasting is in verband met de stijf-heid van de constructie ingevoerd als licht parabolisch verdeeldmet een waarde = 0,75. Dit geeft een gelijkmatiger en realisti-scher zettingsgedrag van de toren. Desondanks werd eenzettingsverschil van circa 45 mm berekend tussen het middenen de rand van de hoogbouwtoren.Doordat de laag van Kedichem een zeer lage doorlatendheidheeft, duurt het vele jaren voordat de korrelspanningstoenameshun definitieve waarde hebben bereikt en het seculairezettingsproces werkelijk kan plaatsvinden. Voor die tijd nemenwateroverspanningen een belangrijk deel van de belasting opmet als gevolg dat het zettingsproces wordt uitgesteld. Daar-door treedt tijdens de ruwbouwfase niet meer dan 30 tot 60%van de eindzetting op.De dikte van de funderingspoer onder de toren is in grote matebepaald door de beperkingen die vanuit geotechnisch oogpuntwerden gesteld aan de maximale ontgravingsdiepte van debouwput.thema4Zwaar en toch lichtvoetig 42010 314 De toren is uitgevoerd met een klimbekistingfoto: Tom Wolbrink5 Vanaf niveau -2 tot 3 staat de toren op 14 stalen kolommen. Op niveau 2 en 3zijn stalen overgangsconstructies ontworpen6 Grafische voorstelling van de berekende zettingen, met daarin de meest recentgemeten zettingen (meting 31 maart 2010)met een dikte van 350 mm. De stortstrook is pas aangestortnadat de ruwbouw van de toren op hoogte was, zodat een deelvan de opgelegde vervorming al was opgetreden. De relatiefslappe 350 mm stortstrook hoeft vervolgens slechts te wordengewapend op de opgelegde vervorming die nog ontstaat tijdensde gebruiksfase.Overbelaste kolommenDoor de extra belasting op de HD-kolommen als gevolg van deopgelegde vervorming ? naast de permanente en veranderlijkebelasting uit de toren en een aanzienlijke belasting ten gevolgevan de wind ? is de totale belasting op deze kolommen dermategroot dat de draagkracht ervan met circa 8000 kN (15%) zouworden overschreden. Dit is voorkomen door de kolommenmet een slimme uitvoeringstechniek pas later `te activeren'.Tussen bovenzijde kolom en de overgangsconstructie is tijdenshet bouwen een ruimte van 60 mm opengelaten. De toren konzodoende zetten zonder daarbij belasting over te dragen op deHD-kolommen. Op het moment dat de ruwbouw was gevor-derd tot de negentiende verdieping en inmiddels 20 mm gezaktwas, is de overgebleven ruimte opgevuld. Hierdoor is perkolom eerst 8000 kN via de betonkern afgevoerd naar defundering zodat hun maximale draagvermogen van 50 000 kNniet wordt overschreden.De kolombelasting in de zwaarst belaste kolom bestaat doordeze uitvoeringsmethode in de uiterste grenstoestand, bij eenconservatieve benadering van de Kedichemzettingen, uit 44%permanente belasting en veranderlijke vloerbelasting, 38%windbelasting en 18% permanente belasting door het zettings-verschil.Ongedilateerd ArthouseOnder het eigen gewicht van het Arthouse zou de zetting vande laag van Kedichem verwaarloosbaar klein zijn. De invloedvan de zetting onder de toren strekt zich echter uit tot ongeveerhalverwege het Arthouse. Voor ontwerpers en bouwers is hetlastig om met zettingen om te gaan, nog lastiger is het om metongelijke zettingen om te gaan binnen ??n en hetzelfde gebouw.Vaak wordt er een dilatatie aangebracht. Wanneer de zettinghet gevolg is van elastische verkorting van de palen en deverplaatsing van de paalpunt om het draagvermogen te ontwik-kelen, kan dat een oplossing zijn. Bij de zetting van de laag vanKedichem vindt de zetting in de dieper gelegen grondlagenplaats en levert daarmee een opgelegde vervorming voor dezandlaag waarin de palen van het Arthouse zijn gefundeerd.Dilateren heeft daarom geen enkele zin. De gehele kelderbak ende bovenbouw van het Arthouse zijn dan ook ongedilateerduitgevoerd.Zoals gezegd vindt een deel van de zetting tijdens de bouwfaseplaats en een deel tijdens de gebruiksfase. Eerst de torenbouwen en pas daarna het Arthouse zou om die reden sterk devoorkeur hebben. Dit scheelt wat betreft het zettingsprobleemtoch al gauw de helft. Deze bouwfasering zou voor het geheleArthouse, dus inclusief de parkeerkelder, moeten gelden. Inverband met de opleverdatum van het Arthouse, die zelfs voorde opleverdatum van de toren ligt, was dit absoluut onmogelijk.Als gevolg daarvan moest rekening worden gehouden metgrote hoekverdraaiingen tussen de toren en het Arthouse. Uitoverwegingen van waterdichtheid is een in het werk gestortevloer met een dikte van 400 mm gekozen. De wapening vandeze vloer wordt mede bepaald door de opgelegde vervormin-gen. Hoe slapper de keldervloer is, des te beter. Door toepassenvan een betonsterkteklasse C20/25 is de stijfheid van de vloerzo laag mogelijk gehouden.Ter plaatse van de overgang tussen toren en Arthouse is dehoekverdraaiing dermate groot dat dit niet meer met wapening56themaZwaar en toch lichtvoetig4201032menten in langsrichting niet gewenst. Deze zouden immersonder invloed van zettingen worden `gekraakt'.Zoals gezegd strekt het gebied waarop de zetting van de toreninvloed heeft zich uit tot ongeveer halverwege het Arthouse. Indit gebied is daarom consequent in alle details rekening gehoudenmet de hoekverdraaiingen die door deze zetting ontstaan. Vooralter plaatse van de aansluiting aan de toren vinden dermate grotehoekverdraaiingen plaats dat daar `in zekere mate' scharnierendeverbindingen nodig zijn. In verband met de stabiliteit die aan detoren wordt ontleend moet elke vloer wel in langs- en dwarsrich-ting constructief gekoppeld zijn. Daarentegen maakten zwareakoestische eisen het noodzakelijk dat de eerste- en tweedeverdie-pingsvloeren akoestisch ontkoppeld moesten zijn van de toren.De eerste- en tweedeverdiepingsvloeren zijn uitgevoerd inkanaalplaten op ge?ntegreerde liggers (fig. 9). Door de liggersscharnierend te verbinden met de toren en op te leggen inschoenen met akoestische oplegrubbers kon aan alle eisenworden voldaan.De derde- en vierdeverdiepingsvloer zijn uitgevoerd in eenbreedplaatvloer 300 mm dik. Ter plaatse van de aansluiting metde toren zijn de vloeren op een hoeklijn opgelegd met dookwa-pening alleen in het midden van de vloer (fig. 10). Op dezemanier kon zowel de voor stabiliteit noodzakelijke koppeling alshet voor de zettingen nodige `scharnier' worden gerealiseerd.De beganegrondvloer en de vloer op niveau -1 zijn uitgevoerdin kanaalplaten op prefab T-balken. Door in de tand-consoleop-legging voldoende ruimte in de detaillering aan te houden enextra aandacht aan het oplegmateriaal te besteden, kon zonderextra maatregelen met een `standaarddetail' worden voldaan aande rotatiecapaciteit die nodig was voor de zettingen.is op te nemen. Om die reden is ook daar een stortstrookgemaakt die pas na gereedkomen van de ruwbouw van de torenis aangestort (fig. 8). De wapening van het betreffende vloer-deel wordt dan alleen be?nvloed door de hoekverdraaiing diehet gevolg is van de zetting gedurende de gebruiksfase.De verloren damwand, die tevens een dragende functie heeft,vormt samen met de in het werk gestorte keldervloer en debetonvloer op beganegrondniveau een grote stijve liggerwaarbij het lijf uit het damwandprofiel bestaat. Ook dezedamwand is niet gedilateerd. De wandligger is berekend op deopgelegde vervorming. De trek- en drukkrachten in de `flenzen'van de liggers, alsmede de schuifkrachten in het aanhechtvlaktussen damwand en beton gaven geen aanleiding tot extrawapening anders dan de wapening die al nodig was voor dedraagkracht van de vloeren en de waterdichtheid ervan.Detaillering ArthouseDe constructie van het Arthouse bestaat uit prefab-beton kolom-men van begane grond tot derde verdiepingsvloer om zo eenflexibele indeling mogelijk te maken. De stabiliteit in langsrich-ting wordt daarbij volledig door de toren verzorgd. In dwarsrich-ting wordt de stabiliteit verzorgd door de toren samen met tweewanden. In verband met de laag van Kedichem waren wandele-11251012008004004001504001550250025001256dit gedeelte aanstorten na voltooien hoogbouwoplegviltps-schuimpoer Arthousepoer hoogbouwSchrumpf dilatatievoegenband type D320 (o.s.g.)400 4005735-2080-5-10-15-20-25-30-35-40-457Zwaar en toch lichtvoetig 42010 337 Karakteristieke sondering met de laag van Kedichem, waarin aangegeven deonderkant van de fundering van de toren en het puntniveau van de palen8 Ter plaatse van de overgang tussen toren en Arthouse is een stortstrookgemaakt die pas na gereedkomen van de ruwbouw van de toren is aangestort9 De eerste- en tweedeverdiepingsvloeren zijn uitgevoerd in kanaalplaten opge?ntegreerde liggers10 Ter plaatse van de aansluiting met de toren zijn de vloeren op een hoeklijnopgelegd met dookwapening alleen in het midden van de vloermen op de randpoeren zijn geplaatst. Het is daardoor goeddenkbaar dat in de komende periode nog herverdeling vanbelasting naar de randen zal plaatsvinden, waarbij de maximalezetting nog toeneemt maar zettingsverschillen niet of veelminder dan in de afgelopen periode. Opzetten funderingOok al heb je als ontwerper in alle berekeningen en detaillerin-gen rekening gehouden met de opgelegde zettingen, je hebt dannog geen antwoord op de lastige vraag hoe om te gaan met hethoogteverschil dat door de verschilzetting wordt veroorzaakt.En in dit geval betreft het niet enkele millimeters, maar centi-meters! De fundering van de toren moet worden opgezet om tevoorkomen dat bij oplevering en in de toekomst het vloerpeil telaag ligt. Echter hoeveel zet men een fundering op waarvanwordt verwacht dat deze in de toekomst in totaal 16 cm zakt,waarvan circa 6 cm gedurende de bouwfase zal plaatsvinden?Daarover is lang en zorgvuldig nagedacht. De eerlijkheidgebied te zeggen dat het `constructeursgevoel' daarbij eenbelangrijke invloed heeft gehad. Uiteindelijk is ervoor gekozende fundering van de toren 90 mm op te zetten.MetingenIn de fundering van de hoogbouwtoren en aansluitende laag-bouwdelen zijn circa dertig hoogtebouten opgenomen voor hetvolgen van de optredende zettingen en zettingsverschillen.Daarnaast zijn nog circa vijftien hoogtebouten geplaatst in dekademuur waarvan de achterzijde op 1 m van de hoogbouwto-ren staat. De metingen zijn gestart in januari 2008. Vanaf maart2009 is de uitvoering van de hoogbouw goed op gang gekomen.Bij de laatste meting in maart 2010 was de ruwbouw nagenoeggereed en bedroeg de maximale zetting 68 mm (fig. 6). Dat isinclusief de elastische verkorting van de palen en deformatievan de paalpunt die nodig is voor het mobiliseren van zijndraagvermogen. Aangezien we niet kunnen afleiden of op ditmoment 30 of 60% of een ander percentage van de Kedichem-zetting is opgetreden, is het nog te vroeg om een voorspellingvan de eindzetting te doen. Het lijkt er wel op dat de eindzet-ting iets lager zal worden dan 165 mm.Nog belangrijker dan de maximale zetting zijn de optredendezettingsverschillen. Ter plaatse van de laagbouw zijn enkelebouten op de millimeter exact op hun beginwaarde uit 2008gebleven. Dit is mede een gevolg van de opwaartse waterdruktegen de keldervloer. Tussen rand en midden van de hoogbouwworden nu al naar verhouding grote verschillen gemeten vancirca 20 mm. Deze verschillen zijn nagenoeg volledig toe teschrijven aan een verschil in Kedichemzetting. Dit duidt eropdat de belastingspreiding iets minder parabolisch is dan in deMsettle-berekening werd aangenomen. Dat is weer verklaar-baar door de bouwfasering waarin in eerste instantie alle belas-ting op de kern is geplaatst en pas in een later stadium kolom- ProJecTgegevensproject Woontoren New Orleansopdrachtgever Vestedaprojectmanagement WilimasBouwadviseurs BVarchitect ?lvaro Siza Arquitecto, Ldaco-architect ADP Architectenadviseur constructies DHV BVadviseur geotechniek Geomet BVheitoezicht Geomet BVaannemer Besixleverancier klimbekisting Peristart bouw zomer 2007oplevering september 2010910druklaagbouwkundige wand400114730+1000740100030026070kanaalplaatakoestischoplegrubberschotten 20 mm vrij houden van liggerprincipeoplegschoenL 200x200x20DEMU 2020-?20/M24 h.o.h 500 mm11390+L 150x150x15 DEMU 3010-?16/M20 h.o.h 500 mmDEMU 2010-?20/M24 h.o.h 500 mm11300300