(Staal)constructie

Stationshal.
De hal moest een royale en overzichtelijke ontvangsthal voor de reizigers worden. Dit resulteerde in de wens zo groot mogelijke overspanningen te maken met een kolomvrije ruimte. Inmiddels waren de voorbereidingen voor de bouw van RandstadRail echter al zo ver gevorderd dat grote belastingen op het dak van het ondergrondse metrostation CS niet meer konden worden afgedragen. De twee opvallende hoofdsteunpunten van de hal zijn daarom geplaatst op de diepwanden van de bouwkuip van het metrostation. Van hieruit maken de stalen spantconstructies een enorme 'sprong' naar het geringe aantal ondersteuningen aan de noordzijde. De Stationshal heeft een maximale lengte van 165 m, een maximale breedte van 70 m (zonder de luifels) en een maximale hoogte van 30 m.
De transparante hal heeft een gevouwen dakconstructie bestaande uit driehoekige gevormde daken en luifels die als origami uit het gesloten gedeelte van de Sporenkap lijken te ontstaan. Het dak en de luifels liggen onder verschillende hellingen en zijn aan de buitenzijde afgewerkt met een roestvast stalen, gefelste beplating en aan de binnenzijde voorzien van een houten plafondbekleding. De gevels hebben een maximale transparantie en zijn voorzien van veiligheidsglas.
De hoofddraagconstructie van het gebouw is uitgevoerd in staal en is in zijn geheel uit het zicht geplaatst achter de dak- en plafondafwerking. Naast de twee hoofdsteunpunten aan de zuidzijde lijkt de hal niet zichtbaar ondersteund te worden. Dit is enerzijds bereikt door de noordelijke steunpunten te integreren in de constructie van de kantoren aan de west- en oostzijde in de Stationshal en anderzijds door de ligger van de Sporenkap boven perron 2 te gebruiken als onzichtbare oplegging voor de Stationshal.
In de oostgevel van het gebouw staan kolommen die uit platen zijn samengesteld. Door in het vlak van deze gevel stabiliteitsverbanden toe te voegen werkt de gevel als geheel als een vakwerk. Dit is noodzakelijk gezien de overspanningen van de gevel van respectievelijk 90 en 50 m.

Sporenkap.
In samenspraak met de architect is een efficiënte constructie ontworpen, bestaande uit stalen hoofdliggers evenwijdig aan de sporen en houten dwarsliggers haaks op het spoor.
De Sporenkap is 250 m lang, 150 m breed en boven de perrons 12 m hoog. De hoofddraagconstructie van de Sporenkap bestaat uit een stelsel van ongeschoorde stalen langsspanten in het midden van de zes perrons en onder de twee langsgevels.
De kolommen van de langsspanten op de perrons staan op afstanden van 32,4 m. Deze maat is afgestemd op de wens van de architect om zo min mogelijk kolommen op de perrons te hebben. Bovendien is met deze hart-op-hart-afstand de in de grond achtergebleven palen van de oude constructies ontweken.
De spantkolommen hebben de vorm van de hoofdletter Y, verwijzend naar de vorm van de oude perronoverkapping. Door de vertakking aan de bovenzijde van de kolom kon de overspanningslengte van de spantliggers worden gereduceerd. Het gehele spant is uitgevoerd als een gelaste koker. De doorsnede van de koker is verlopend in hoogte en breedte. Haaks op de langsspanten zijn gelamineerde houten liggers als gording toegepast. Een bijzonder detail wordt gevormd door de beëindiging van de spantkolommen ter plaatse van de trappartijen naar de passage. Hier hebben de spantkolommen eveneens een Y-vorm gekregen, echter 90 graden gedraaid.

Creativiteit

Windbelasting.
Vanwege de markante vorm van de Stationshal en de omringende hoogbouw heeft TNO een windtunnelonderzoek uitgevoerd. Dit om te verifiëren of de windbelastingen uit de NEN-norm toepasbaar waren op deze specifieke constructie. Het resultaat uit dit onderzoek was dat een 1,5 tot 6 maal hogere windbelasting diende te worden aangehouden dan vermeld in de norm. Bij de overgang van de westelijke luifel naar het aangrenzende dakvlak is de windbelasting het meest extreem.

Dynamisch gedrag.
Bij analyse van de eigen frequentie van de Stationshal bleek dat de eerste vier eigen trillingen van de staalconstructie met permanente belasting zich tussen de 1 en 3 Hz bevonden. Vanuit de NEN-norm dient dan een extra veiligheid op de windbelasting in de berekening te worden aangebracht; de dynamische vergrotingsfactor. Vanwege de ingewikkelde constructievorm van de Stationshal kon de vergrotingsfactor niet ontleend worden aan de norm. TNO is dan ook gevraagd aanvullend onderzoek uit te voeren naar het dynamische gedrag van de constructie. Vastgesteld is dat het windtrillingsgedrag van de Stationshal zodanig is dat de windbelasting vergroot moest worden met een dynamische vergrotingsfactor van 1,06.

Detaillering

Scharnier zuidelijke opleggingen.
De krachten op de zuidelijke hoofdsteunpunten van de Stationshal zijn door het gewicht en de vervormingen van de staalconstructie groot. De resulterende horizontale en verticale krachten konden worden opgenomen door de betonnen steunpunten. Dit gold echter niet voor de steunpuntsmomenten welke zouden optreden als de oplegging als een inklemming zou worden beschouwd. Beide opleggingen dienden dan ook als scharnierende oplegging te worden uitgevoerd. Dit is gerealiseerd met een tweetal exact op elkaar afgestemde glijlagers; één lager voor de verticale en één voor de horizontale krachten, waarvan de draaipunten samenvallen in één punt en dus als stelsel kunnen roteren.

Glijdende oplegging.
Wind en temperatuursinvloeden kunnen grote bewegingen in de staalconstructie veroorzaken. Vanwege de grote optredende horizontale vervormingen en rotaties is het noodzakelijk de constructie op een aantal plaatsen glijdend te monteren op de onderliggende constructie. Dit is gerealiseerd met Trelleborg-glijblokken, bestaande uit een samenstel van afwisselend rubber en roestvast stalen platen.
De speciaal op maat gemaakte oplegblokken zijn in staat aanzienlijke rotaties en verplaatsingen op te nemen zonder dat de onderliggende constructie 'meegesleurd' wordt door de opgelegde verplaatsing(en).
Om de bewegingen op te vangen zijn tussen de bouwdelen en tussen de gevels en het dak tevens dilataties of schuifconstructies ontworpen. Zo kan geen schade aan constructie en bouwkundige afwerking ontstaan.

Tweede draagweg.
Om te voorkomen dat bij het bezwijken van één onderdeel dit zal leiden tot voortschrijdende instorting van het totale gebouw zijn voorzieningen getroffen in de constructies van de Stationshal, de Sporenkap en de kantoren. Ofwel door een tweede draagweg ofwel door het – op strategische plaatsen – verzwaren van profielen van Stationshal en Sporenkap. Anderzijds zijn de verbindingen op de raakvlakken zodanig ontworpen dat deze in staat zijn de krachten onder 'normale' omstandigheden op te nemen maar in het geval van een calamiteit zullen deze verbindingen als eerste bezwijken. Bij de oplegging van de Stationshal op de Sporenkap bij perron 2 zijn bijvoorbeeld de randafstanden van de boutgaten daartoe geminimaliseerd.

Brandwerendheid.
In de Bouwvergunning was voor het gehele station bij aanvang een brandwerendheid tegen bezwijken geëist van 120 minuten volgens de standaardbrandkromme. Op basis van uitgevoerd onderzoek door Efectis en intensief overleg met Bouwtoezicht en de Brandpreventiecommissie is de oorspronkelijke eis, gegeven onder meer de werkelijk aanwezige brandlast binnen de onderscheiden bouwdelen. Genuanceerd:
– Sporenkap: 120 minuten volgens een natuurlijke brand;
– Stationshal: 60 minuten volgens de standaardbrandkromme daar dit gebouwdeel, in tegenstelling tot de Sporenkap, als vluchtweg wordt aangemerkt;
– Kantoren Stationshal: afhankelijk van het peil van de bovenste vloer van het gebouw; 60 dan wel 90 minuten volgens de standaardbrandkromme.

Resultaat is dat globaal 92% van de staalconstructie van de Sporenkap niet van een brandvertragende bescherming behoefde te worden voorzien. De laagdikte van de brandvertragende voorzieningen in de andere gebouwdelen is aanzienlijk verminderd.

Windhinder.
Als de geplande hoogbouw ten oosten en westen van de Stationshal wordt gerealiseerd, zal dat op delen van de perrons tot een onacceptabele windhinder voor de reizigers leiden. Dit kan worden verholpen door aan de kopzijden van de Sporenkap, tegen de onderzijde van het dak, 4 m hoge schermen te bevestigen. Bij de dimensionering van de Sporenkap is al rekening gehouden met de extra belasting uit deze schermen. Aan de constructie zijn reeds alle benodigde voorzieningen in het dak tijdens de bouw al aangebracht. De schermen worden echter pas aangebracht indien de hoogbouw daadwerkelijk zal worden gerealiseerd.

Duurzaamheid

Stationshal.
Er moest een staalconstructie worden gerealiseerd van 3.500 ton staal. In de ondergrond bevindt zich echter het metrostation CS dat slechts een beperkte belasting kan dragen. Bovendien waren overige bouwdelen ook in uitvoering. Het trein- en metroverkeer moest te allen tijde blijven functioneren en er was een zeer krappe bouwlocatie beschikbaar. Last but not least moesten 110.000 mensen per dag zonder al te veel ongemak het station kunnen passeren.
Gegeven al deze randvoorwaarden waren er slechts beperkt locaties beschikbaar om een kraan te positioneren. Om de zwaarste constructiedelen op hun plaats te kunnen monteren was een van de grootste kranen van Europa nodig. Voor de fundatie van deze kraan is in de Conradstraat, ver buiten de bouwlocatie, een betonnen platform gerealiseerd, onderheid met tachtig funderingspalen.
Het casco is op de bouwlocatie gefaseerd gebouwd, gebruik makend van constructiedelen die via nachtelijke transporten over de weg zijn aangevoerd. Vanwege de maximaal over de weg te transporteren afmetingen, zijn de grotere constructiedelen op de bouwlocatie samengesteld alvorens te monteren. Hierdoor waren tijdelijke ondersteuningsconstructies nodig om het casco in opbouw in elke fase stabiel te houden. In relatie tot het ondergronds gelegen metrostation CS bestond er slechts op een beperkt aantal plaatsen de mogelijkheid om deze tijdelijke ondersteuningen te funderen. Dit vergde een grote inventiviteit en flexibiliteit van alle partijen om de gefaseerde bouw van het casco van de Stationshal mogelijk te maken.
In zes maanden tijd is het casco in acht bouwfasen gerealiseerd. De afzonderlijke onderdelen zijn daarbij met lasverbindingen of met boutverbindingen aan elkaar gemonteerd.

Sporenkap.
Er was geen ruimte buiten de Sporenkap aanwezig om met grote kranen de stalen en houten elementen op zijn plaats te hijsen. Alles diende vanaf het spoor of vanaf het perron te geschieden.
In verband met de beschikbare buitendienst- en spanningsloosstellingen van de sporen en de perrons diende de Sporenkap gefaseerd gemonteerd te worden. Dit betekende dat de hout- en staalconstructie in elke fase in zichzelf stabiel moest zijn, zonder hinderlijke tijdelijke voorzieningen voor reizigers en treinexploitatie. Daar vrijwel alles per spoor moest worden aangevoerd en het hijsen over in dienst zijnde sporen niet is toegestaan, waren er grote beperkingen aan de afmetingen en gewichten van materiaal en materieel. Mede daarom zijn in de Sporenkap houten gordingen toegepast, gestabiliseerd door een stelsel van stalen kipsteunen.

Uitvoering

Om na de sloop van het station van Van Ravesteyn toch de connectie met het verleden te behouden, kreeg een aantal kenmerkende elementen uit het voormalige station een plek in het nieuwe Rotterdam Centraal. De ‘Speculaasjes’, twee typerende granieten beeldhouwwerken, zijn teruggeplaatst boven de toegang tot de fietstunnel. Ook de twee vlaggenstokken, de letters CENTRAAL STATION en de stationsklok zijn terug te vinden in het nieuwe station.
In de Stationshal is in de houten bekleding van de oostelijke wand een LED-scherm geïntegreerd. Op dit scherm van 40 bij 4,5 m worden de passanten beelden van Europa’s grootste haven getoond. De prachtige havenbeelden zijn in verband met de afmetingen van het scherm speciaal gemaakt.
De royale Stationshal wordt naast transferruimte ook regelmatig gebruikt als openbare 'expositieruimte'.