1  HiLo is ontworpen volgens het adagium 'kracht door geometrie', foto: Roman Keller VORM VOLGT KRACHTENSPEL HiLo onderzoeks- en innovatieunit, Zürich, Zwitserland 56? CEMENT 4 2024 beton in beeld door ir. Kirsten Hannema KRACHT DOOR GEOMETRIE HiLo staat voor High performance, Low waste; de projecten in dit demonstratiegebouw richten zich op het reduceren van mate- riaalgebruik door slimmere, slanke constructies te ontwerpen. Doel van dit project was om tot 70% aan materiaal te besparen. In het geval van beton betekent dit dat wordt gewerkt met op druk belaste constructies, waardoor (bijna) geen wapening nodig is en alleen daar waar nodig materiaal wordt ingezet, vanuit het adagium 'kracht door geometrie'. Dit principe bouwt voort op de gotische bouwstijl met zijn boogconstructies en het werk van de Spaanse architect Gaudi, die 'omgekeerde' schaalmodellen maakte van hangende touwconstructies. Hier werken de onder- zoekers met evolutionary structural optimization (ESO) en thrust network analysis (TNA), een ontwerpmethode waarbij met behulp van computermodellen wordt bepaald waar materiaal nodig is om krachten op te vangen. CEMENT 4 2024 ?57 beton in beeld 2 HiLo met een dubbelgekromd betonnen schaaldak, foto: Roman Keller PROJECTGEGEVENSproject NEST HiLo, Zürich, Zwitserland uitvoering 2016-2021 ontwerpteam Block Research Group, ETH Zurich; Architecture and Buildings Systems Group, ETH Zurich; Digital Building Technologies, ETH Zurich; architectuur en planning ROK opdrachtgever Empa beton Holcim Schweiz promovendi Diederik Veenendaal was nauw betrokken bij het schaaldak van NEST HiLo, ook in relatie tot zijn promotieonderzoek aan de ETH Zurich. Hij schreef er eerder een artikel over voor Tektoniek: Optimalisatie van textielgevormde constructies. Francesco Ranaudo promoveerde op de vaulted floor, het gewelfde vloersysteen. Bovenop het platte dak van het federale onderzoeksinstituut Empa in Zürich staat een paviljoen met een opvallend, dubbelgekromd betonnen schaaldak en gewelfde betonnen vloeren met ingewikkelde patronen die het krachtenspel door het materiaal volgen. Dit is HiLo, een onder- zoeksunit waar in samenwerking met ETH Zurich innovaties op het gebied van constructie- en materiaaltechnieken worden getest. Het is er een in een reeks gebouwde onderzoeksunits, waarmee Empa de brug wil slaan tussen onderzoek naar duurzame technologieën en de markt. 2 58? CEMENT 4 2024 beton in beeld 3 Het dubbelgekromde schaaldak is zeer efficiënt door zijn structuur, foto: Roman Keller SCHAALDAK De innovatie van het dubbelgekromde schaaldak zit in de vorm, die zeer effici- ent is door zijn structuur, en de toepas- sing van herbruikbare mallen. De dakconstructie van 150 m², met over- spanningen tot 9 m en een gemiddelde betondikte van 8 cm, is een sandwich- constructie, bestaand uit twee dunne lagen gewapend beton. De binnenste schaal is als eerste gemaakt met behulp van een staalkabelnet dat aan een ? door steigers ondersteund ? houten frame is opgespannen, waarbij het net met behulp van computeralgoritmes in de juiste gekromde vorm is getrokken. Daaroverheen is textieldoek aange- bracht, en het wapeningsgaas waarop het beton wordt opgespoten. Vervolgens is op het beton een 10 cm dikke laag kunststof isolatieblokken aangebracht, waarop een tweede laag beton is gespoten. De twee lagen zijn onderling verbonden door dunne betonnen ribben en stalen stangen. Het staalkabelnet en het doek kunnen na verwijdering opnieuw worden gebruikt. 3 CEMENT 4 2024 ?59 beton in beeld 5 4 Het verloop van de ribben is met kunststof strips zichtbaar gemaakt aan de onderzijde van de vloer, foto: Roman Keller5 Krachtsafdracht in de vloerelementen GEWELFD VLOERSYSTEEM Het paviljoen omvat twee gewelfde vloersystemen: een simpele en een 'fancy' variant. Beide zijn opge- bouwd uit een op druk ontworpen gewelf met daarop een ribbenstructuur die plaatselijke belastingen opvangt. De verticale krachten in de vloer worden afgedragen naar de kolommen op de hoeken, de horizontale krachten naar de wapeningsstaaf (diameter 12 mm) die rond de vloer is 'geregen'. Je ziet het lijnenspel in de ribben in principe niet; dat is verborgen onder het (gladde) gewelf. Om voor de beschouwer inzichtelijk te maken dat de vloer op deze bijzondere manier is ontworpen, zijn de kracht - lijnen in de mal van de kunststof gewelfbekisting met kunststof strips gemarkeerd. Eerst werd de kunststof plaatbekisting voor het gewelf gemaakt. Vervol- gens is daarop de polyu- rethaan bekisting voor de ribben geplaatst en het beton gestort. Tot slot is de staalwapeningskabel rondom geplaatst. Het polyurethaan is behouden als isolatie. 4 60? CEMENT 4 2024 7 6 6 Productie van een vloerelement, foto: Francesco Ranaudo 7 De golvende vormen in de 'fancy' vloer, foto: Roman Keller FANCY VLOER Met de 'fancy' vloer wilden de onderzoekers tonen welke mogelijk - heden er zijn om een bijzonder architectonisch beeld te creëren. In plaats van een bekisting van kunst - stof platen is hier gewerkt met 3D-geprinte kunststof mallen. De golvende vormen in de vloer volgen de positie van de buizen die erin zijn opgenomen. Het onderzoeksteam heeft echter besloten om in het vervolg installaties niet in de vloeren te storten, maar deze ? al dan niet gecombineerd met akoestische isolatie ? in een verlaagd plafond of een opbouwvloer onder te brengen. Zo kan een gebouw beter aan veranderende eisen en wensen worden aangepast, en zijn materi- aalstromen eenvoudig te scheiden en recyclen. Inmiddels is het vloer- systeem doorontwikkeld tot een prefab systeem, dat wordt geprodu- ceerd door het bedrijf VAULTED AG. NEST HiLo in Zürich staat ook uitgebreid beschreven en geïllus- treerd op www.tektoniek.nl. Tektoniek is het kennisnetwerk voor architectuur in beton. Via lezingen, projectbezoeken, workshops, expert meetings en online commu- nicatie wordt informatie, inspiratie en ondersteuning geboden aan (toekomstige) architecten, con- structief ontwerpers, bouwkundig adviseurs en producenten. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vormgeving, constructie en maak - baarheid. CEMENT 4 2024 ?61 beton in beeld