Algemene projectomschrijving
Duurzaam construeren is vandaag de dag niet meer weg te denken in de bouw en maakt steeds meer een wezenlijk onderdeel uit van het constructief ontwerp. In de laatste jaren zijn er verschillende handvaten aangereikt aan de constructeur om dit in het vakgebied zo goed mogelijk toe te passen. Denk hierbij aan de R-ladder van Jacqueline Cramer (2015), de Bepalingsmethode Milieuprestaties Bouwwerken en de opkomst van de MPG-berekeningen. Het is aan de constructeur om een zo verantwoord mogelijk ontwerp te verwezenlijken. Zo ook bij het ontwerp van het Grondstoffenstation op het Afrikaanderplein in Rotterdam, waar wekelijks meer dan 30.000 bezoekers over de markt struinen en hun inkopen doen. Vanzelfsprekend brengt dit de nodige afvalstromen met zich mee. Met de bouw van het grondstoffenstation worden de diverse afvalstromen opgevangen en zoveel mogelijk gerecycled met drie perscontainers. Behalve dat het afvalstation afvalstromen scheidt, functioneert het deels als een regenwaterbufer (~ 10 m³ water) dat gebruikt kan worden voor de tuinen op het dak.
Het is dan ook niet vreemd dat voor de constructie een hoge duurzaamheidsambitie geldt, echter het beschikbare budget voor de realisatie van het project was ook scherp. Dit vraagt om een andere aanpak voor het constructief ontwerp, die zich heef vertaald in het toepassen van hergebruikt staal, een houten vloerconstructie, een hergebruikte fundering en een compleet demontabel skelet. De constructie haalt zijn stabiliteit uit windverbanden en schijfwerking van de houten vloerconstructie. De gehele constructie is gefundeerd op stelconplaten.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het staal dat is toegepast is volledig demontabel en afkomstig uit gesloopte projecten, een zogenaamd donorskelet. Met de berekening van de profielen is het hergebruik van het staal meegenomen door een maximum te stellen aan de Unity Check om zo een veilige ondergrens aan te houden. Tijdens de uitwerking van dit project was de NTA 8713 over Hergebruik van Constructiestaal nog in bewerking. Hierdoor is teruggegrepen op een onderzoek in opdracht van Bouwen met Staal uit 2018 in combinatie met ervaring uit voorgaande projecten. Volgens het rapport CE-markering en hergebruik van staal is een minimale staalkwaliteit beschreven in de staalnorm TGB 1972 van 200 MPa. Uitgegaan is van het gegeven dat het hergebruikte staal niet van voor 1972 afkomstig is. Met het bepalen van de staalprofielen is hierbij uitgegaan van een maximale unity check op basis van een maximaal toelaatbare spanning van 200 MPa. Dit resulteert voor S235 in een maximale unity check van: max. UC = 200/235 = 0,85. Bij het schrijven van dit artikel is NTA 8713 gepubliceerd. Dit geef de kans om de aanpak die is gehanteerd te reflecteren aan die NTA. De NTA refereert in bijlage D, tabel D.3, naar een ondergrensbenaderingen voor de trek-sterkte een vloeigrens. Volgen deze tabel is 200 MPa een veilig waarde voor staal vanaf 1955. Hiermee is de aangehouden staalspanning ook volgens de huidige NTA 8713 een veilige aanname.
Besparing op MKI en CO2 staalconstructie:
Sinds begin september 2022 is de NMD (Nationale Milieu Database) verrijkt met EPD-certificaten (Environmetal Product Declaration) voor nieuw en hergebruikt staal. Deze certificaten zijn gratis toegankelijk via de website van Bouwen met Staal. Deze EPD’s geven een actueel overzicht van de milieu-impact van de verschillende staaltoepassingen volgens het Bepalingsmethode Milieuprestatie Gebouwen.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Bij traditionele bouw is een signifcant deel van de CO2-uitstoot toe te schrijven aan de fundering en vloeren. Met het uitgangspunt dat de complete constructie – inclusief fundering – demontabel moet zijn, is de keus gevallen op hergebruikte stelconplaten. Vanwege de beschikbaarheid en economi-sche haalbaarheid genoot een plaatdikte van 140 mm sterke voorkeur. Dit heef er wel toegeleid dat draagkracht en zettingen nader bekeken moesten worden.
Optredende zettingsverschillen
Sonderingen zijn op locatie gemaakt door MOS Grondmechanica. Hieruit blijkt dat de toplaag uit een vrij slappe ondergrond bestaat, namelijk een laag klei en veen. Met belastingen uit een volle perscontainer (150 kN per container) in combinatie met gevulde IBC-vaten (Intermediate Bulk Container, max 5,5 kN/m²) diende er extra aandacht besteed te worden aan de zettingen van de ondergrond. Hiervoor is een tweedimensionale zettingsprognose opgesteld voor een levensduur van 30 jaar.
Initieel is gezocht naar een oppervlak van de funderingsplaat dat leidt tot een vergelijkbare funderingsdruk (N/mm2) voor alle funderingselementen, met als doel een zo gelijkmatige mogelijke zetting te verzorgen. Op basis van dit ontwerp zijn de zettingsberekeningen per punt gemaakt en vervolgens is gekeken welke verschilzettingen per punt optreden en tot welke hoekverdraaiingen dit in de constructie kan leiden. Complicerende factor hierbij was dat de stelconplaten centrisch onder een kolom geplaatst moeten worden om de belasting gelijkmatig te kunnen afdragen naar de ondergrond, terwijl de beschikbare ruimte niet altijd aanwezig was. Hierdoor heef het funderingsontwerp ook weer geleid tot (beperkte) aanpassingen in het ontwerp van het skelet. Tot slot is het legplan van de stelconplaten verder geoptimaliseerd door te kijken naar de ruimtelijke indeling en het beperken van de zaagwerkzaamheden (halve platen e.d.). De maximale belasting kan leiden zakking van 45 à 65 mm. Zonder aanvullende maatregelen kan een dergelijk grote zetting leiden tot ongewenste vervormingsverschillen die het gebruik kunnen hinderen. Om deze reden is ervoor gekozen om de aansluitingen van de staalkolommen op de stelconplaten te voorzien van extra lange draadeinden, waardoor nastellen van de kolom mogelijk is. Bij het optreden van dergelijk grote vervorming kan de mortel, gebruikt bij het ondersabelen, verwijderd worden. Vervolgens kan de kolom simpelweg gesteld worden door het omhoogdraaien van de stelmoeren. Tot slot kan de kolom opnieuw ondersabeld worden. Door deze vervormings-verschillen op te vangen in de detaillering zijn aanvullende (dure) grondwerkzaamheden overbodig. Dergelijke maatregelen zijn bedoeld om ongemakken in de gebruiksfase weg te nemen. Door te kiezen voor statisch bepaalde liggers bij de grote zettingen, zal er geen ongewenste herverdeling van krachten optreden.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Behalve de zettingen bleek de optredende horizontaalbelasting bij de windverbanden kritisch te zijn. Een extra horizontaalbelasting op de stelconplaat verlaagt het effectieve draagoppervlak en daarmee het maximale draagvermogen. Voor een plaatdikte van 200 mm zou dit geen probleem zijn geweest. Om het project echter economisch haalbaar te maken, is 140 mm gekozen. Voor deze stelconplaten bleek een maximaal draagvermogen van 284 kN mogelijk (rekenwaarde). De optredende belasting van Fd = 250 kN zou hier dus geen probleem zijn.
Met horizontaalbelasting vanuit wind bleek echter een grotere breedte benodigd dan de maximale maat van 2x2m. Door de horizontaalbelasting te spreiden over meerdere platen, is bovengenoemde probleem ondervangen. Hierdoor zijn aan de voet van de kolom een tweetal hoeklijnen toegepast. De horizontaalbelasting per stelconplaat wordt hierdoor met de helft verminderd. Hieruit bleek dat voor een stelconplaat van 140mm een breedte van 1,99m benodigd was, hetgeen voldoet met de toegepast 2x2m platen.
Bijzondere aspecten uitvoering
Zie bovenstaande punten m.b.t. stelconplaten en spreiding van horizontaalbelastingen.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Genomineerd voor de Rotterdamse Architectuurprijs 2024.
Duurzaamheid
Veel van de duurzaamheidsaspecten zijn benoemd in de projectinformatie. Hieronder zijn deze punten bondig gegeven:
- Volledig hergebruikte fundering toegepast.
- Volledig hergebruikt staal toegepast
- Het gebouw is volledig demontabel (inclusief fundering)
- Aantoonbare besparing in CO2 door EPD-certificaten.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
Met het toepassen van hergebruikte materialen voor zowel de fundering als de hoofddraagconstructieis voor het Grondstoffenstation op het Afrikaanderplein een totale besparing behaald van:
- 5.250 kg CO2-besparing door hergebruikte stelconplaten;
- 6.470 kg CO2-besparing door hergebruikt staal.
Ofwel:
- € 705,- op de MKI door hergebruikte stelconplaten.
- € 718,- op de MKI door hergebruik van staal.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
Volledig hergebruikte materialen in het ontwerp (zowel fundering als constructie en afwerkingen).
