Algemene projectomschrijving
Het centrum van Utrecht, de meest centraal gelegen stad van Nederland, ondergaat een ware transformatie. De volledige stationsomgeving is en wordt op allerlei manieren vernieuwd, onder meer door de realisatie van het nieuw terminalgebouw dat alle modaliteiten van openbaar vervoer (trein, tram en bus) in een eenduidig systeem onderbrengt. Daarmee ontstaat een sneller, veiliger en overzichtelijker knooppunt met een grotere capaciteit dat weer klaar is voor de toekomst.
Net zo belangrijk voor de beleving van de stad is echter de ontkoppeling van deze nieuwe terminal van het (in heel Nederland) beroemde winkelcentrum Hoog Catharijne. De afgelopen halve eeuw was het winkelcentrum een bijna verplichte tussenstop voor treinreizigers die het centrum wilden bezoeken. Ector Hoogstad Architecten ontwierp in samenwerking met Sant en Co en Royal HaskoningDHV het nieuwe Stationsplein. Vanaf dit plein, dat de nieuwe entree voor de binnenstad van Utrecht vormt, kunnen voetgangers nu kiezen voor een route door het winkelcentrum, maar ook eromheen richting het Vredenburgplein, of (via het Moreelsepark) richting de Dom. Randvoorwaarde in de opgave was het ontwerpen van een dak of luifel als droogloop tussen station en winkelcentrum, een gebaar naar de retailexploitant ter compensatie voor het vervallen van de fysieke verbinding.
In het ontwerp van Ector Hoogstad Architecten ontstijgt het dak zijn functionele aanleiding en groeit het uit tot hét beeldmerk van het totale stationsgebied: abstract, vriendelijk en licht. De grootste krant van Nederland, De Telegraaf, noemde het stationsplein daags na de opening 'een iconische selfie-plek'.
Niet alleen het beeld is bijzonder. Ook technisch is het dak een hoogstandje. Zeven hoge en ranke stalen kolommen dragen 49 ronde transparante ETFE-kussens, ieder ruim 7 meter in diameter, gevat in een bijzondere stalen constructie. Royal HaskoningDHV en Buiting Staalbouw waren verantwoordelijk voor deze staalconstructie.
Door het toepassen van een monocoque-systeem is het dak met zijn bijzondere vorm, grote overspanningen en spannende uitkragingen zeer licht geconstrueerd. Bij een dergelijk systeem komt de sterkte van de constructie direct voort uit de uitwendige vorm. Daardoor blijft het totale gewicht van de constructie relatief laag, gemiddeld slechts 118 kg/m2. Een waar kunststukje in staal.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het project betreft een stalen dak van 430 ton, op ca. 31 m boven maaiveld, gedragen door 7 ongeschoorde kolommen, die tevens zorgen voor de stabiliteit. Maximale afmetingen (LxB) zijn 68x72 m, de grootste overspanning meet 32 m en de grootste uitkraging van het dak is maar liefst 18 m. Het dak overkapt in totaal zo’n 3600m2 en weegt slechts 118 kg/m2 doordat een monocoque systeem toegepast is.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Ector Hoogstad Architecten ontwierp een iconische vorm met zo min mogelijk details, gebaseerd op een hexagonaal georiënteerd raster van ronde pneumatische ETFE-kussens met een lensvormige doorsnede, die gevat zijn in een slank stalen kader.
Ondanks de grote hoogte moet de kap wel comfort bieden. Naar aanleiding van computational fluid dynamics (CFD) simulaties waaruit bleek dat regen er ver onder kan slaan, is de vorm zodanig geoptimaliseerd dat altijd een droge route mogelijk is. Bovendien bleek dat windhinder positief beïnvloed wordt door het dak.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Voor het dak is een voor de utiliteitsbouw bijzondere monocoque constructietechniek toegepast. Monocoque, letterlijk vertaalt als 'enkele schaal', kenmerkt zich doordat de buitenhuid de dragende constructie vormt zonder inwendig skelet. In de natuur zijn hier ook veel voorbeelden van te vinden, zoals bij een ei of bij schaaldieren.
Bij grotere schaalelementen kan bij een beperkt gehouden plaatdikte lokaal bezwijkgedrag optreden, zoals plooi, en kunnen tevens krachten uit het vlak maatgevend worden. Daarom is gebruik gemaakt van verstijvingsribben die een optimale materiaalefficiëntie mogelijk maken.
Formeel is er door het toepassen van de ribben sprake van een semi-monocoque. Dit is een licht en torsiestijf systeem, en heeft normaliter als nadeel dat de productie bewerkelijk is. In dit geval was het echter een ideaal systeem om efficiënt te kunnen bouwen.
De dakconstructie omsluit 49 ronde pneumatische kussens met een doorsnede van 7 m. De kapconstructie zelf is 1,7 m hoog en wordt gedragen door slechts zeven kolommen, die momentvast in de fundering ingeklemd zijn. Het hexagonale raster van de kussens is volledig afgestemd op onderliggende functies van het stationsplein: de organisatie van de fietsenstalling met fiets- en voetpaden en de naastgelegen busbaan. De positie en het aantal kolommen is daarom mede door dwingende randvoorwaarden van onderliggende verkeersstromen bepaald.
Vanaf 3 m boven pleinniveau zijn de kolommen uitgevoerd in verzinkt en gecoat staal; daaronder is beton gebruikt. Van een aantal kolommen lopen de betonnen voeten in een trompetvorm tot in de kelder door, waardoor ze een totale lengte hebben van maar liefst 35,3 m.
De stalen buizen die het bovenste deel van de kolommen vormen zijn elk 23 m lang en hebben een diameter van 1,3 m. Bij de momentvaste aansluiting met het dak verjongt de buis tot een diameter van 0,8 m. Deze aansluiting is voor de stabiliteit cruciaal en daarom grijpen vanuit de kolom stevige verstijvingsplaten in drie richtingen inwendig in het stalen dak. Tevens is het dak nabij de kolomaansluiting relatief zwaar uitgevoerd.
Bijzondere aspecten uitvoering
Het project kon alleen maar gerealiseerd worden door gebruik te maken van een bijzondere torenkraan, de ECH-1000. Heel vroeg in de voorbereidingsfase was het team zich er al van bewust dat het iconische dak letterlijk om de torenkraan heen gebouwd zou worden. Deze kraan is midden in één van de ‘luchtkussensparingen’ van het dak geplaatst.
Er is daarom in een vroeg stadium veel aandacht gegeven aan de positie van de kraan. Raakvlakken t.a.v. palen/prefab vloeren/pleinonderdelen konden snel onderzocht worden door gebruik te maken van het BIM-model waarin de kraan verwerkt is. De positie moest aan een aantal randvoorwaarden voldoen:
- Constructieve haalbaarheid fietsenstalling
- Geen belemmering vormen voor tijdelijke ingebruikname fietsenstalling
- Geschikt om alle staalelementen voor het iconisch dak te tillen
- Geschikt voor verticaal transport ruwbouw fietsenstalling
- Naderhand te demonteren (lastige eis i.v.m. krappe omgeving/ bouwactiviteiten in omgeving)
Uiteindelijk bleek het aantal mogelijke posities zeer beperkt te zijn. In overleg met de betrokken partijen is de definitieve positie bepaald; precisiewerk in de voorbereiding in een nauwe omgeving.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De op spanning gehouden ETFE-kussens zijn vuilafstotend en voor een groot deel zelfreinigend bij elke regenbui. Het wit gecoate staal blijft mooi doordat vrijwel alle mogelijkheden voor vuilophoping of afwatering langs de buitenzijde van het staal zijn voorkomen. Geen randjes waar duiven kunnen zitten, geen hulpconstructie tussen staal en kussens, gewoon geen details.
Vanuit verschillende torens in de omgeving is het dak van bovenaf te zien. Er is daarom veel aandacht besteed aan de vormgeving van de bovenkant. De hwa-voorzieningen zijn opgenomen in de opperhuid van de luifel en vervolgens via de kolommen in de pleinvloer. De goten op het dak zijn beloopbaar uitgevoerd voor onderhoudsmonteurs. Ook de compressoren om de kussens op de gewenste druk te houden zijn netjes weggewerkt.
Duurzaamheid
Het dak verbruikt een minimum aan energie, enkel voor het op spanning houden van de kussens. Het materiaalgebruik van de constructie is natuurlijk uitermate efficiënt. Maar het belangrijkste duurzaamheidsaspect is de enorme kwaliteitsimpuls die de verbinding tussen binnenstad en station krijgt met het plein, het dak erboven en de fietsenstalling eronder. Gebruik van de auto wordt in de Utrechtse binnenstad minder aantrekkelijk gemaakt en de voetganger krijgt veel meer ruimte. Daarnaast wordt treinreizen, en het gebruik van de fiets, duurzaam bevorderd.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
In de dakconstructie zitten 49 ronde gaten die worden opgevuld met ETFE-luchtkussens. De luchtkussens hebben een diameter van 7,2 m en zijn in het midden 2,5 m hoog. De kussens bestaan uit een onder- en bovenfolie van respectievelijk 0.25 μm en 0.30 μm dik. Tussen de folies wordt een kunstmatige overdruk van 220Pa aangehouden. De kussens werken als een membraanconstructie.
Dankzij de toegepaste constructietechniek is het gelukt om het bijzondere architectonische ontwerp op een efficiënte manier te verwezenlijken. Het dak heeft daarmee een gewicht van slechts 118kg/m2.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
Het project staat bol van stakeholders en functies. Om het bollendak te realiseren zijn de volgende partijen betrokken geweest:
-Ector Hoogstad Architecten
-Royal HaskoningDHV
-BAM Bouw en techniek
-Buiting Staalbouw
-Buitink Technology
-Linthorst installatietechniek
-ZND Nedicom
- EDS steigerbouw
Gebruik.
Dagelijks lopen er ongeveer 87000 mensen onder het dak door. Waarvan de verwachting is dat dit er steeds meer zullen worden.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
Cu2030 verspreidt een maandelijkse nieuwsbrief naar omwonden en betrokkenen zodat zij goed op de hoogte zijn van de bouwwerkzaamheden en mogelijke overlast. BAM verstuurt wekelijks een digitale nieuwsbrief naar abonnees over de werkzaamheden.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
1. Beheersing maatvoering is vanaf het begin als kernpunt bestempeld binnen dit project. Hier is veel aandacht aan besteed en daartoe hebben we ingezet op meerdere mock-up opstellingen wat vooraf veel technische inzichten heeft gegeven waarop we succesvol hebben geanticipeerd.
2. Logistiek is eveneens als kernpunt erg belangrijk gemaakt vanwege de kwantiteit aan onderdelen, samenstellingen en bewegingen. Daarop is in vroeg stadium een legplan vastgesteld en is gedurende het gehele project leidraad geweest voor alle activiteiten.
3. Overkraging OVT behoefde, gezien het grote uitkragen, een aparte ondersteuning los van het 'pleinsteiger'. Hiertoe hebben we een zelfstandig stabiele stalen tafelconstructie ontworpen die niet anders dan door het dak van de OVT gemonteerd kon worden. Met name de wijze van demonteren was in deze een bijzondere uitdaging aangezien het luifeldak een grote belemmering vormde.
4. Thermisch verzinken kolommen is met de dimensies van 15 ton en 22 meter lang een bijzondere actie geworden. Zo zijn de kolommen apart buiten de reguliere verzinkstromen in vooraf geplande weekenden verzinkt in de zogenaamde 'dubbeldip'. Met name de overgang van de 'dubbeldip' hebben we belangrijk gemaakt om te komen tot een zo goed mogelijke basis voor het verdere natlakproces. Hoewel dit lastig is te sturen heeft dit het resultaat positief beïnvloed.
5. Aanvoer kolommen bleek door voortschrijdende inzichten niet vanzelfsprekend, het beschikbare 'hijsgat' bleek te krap (de kolom heeft een lengte van 17m en het hijsgat was 22m). Daartoe een plan van aanpak voorgesteld en geïntegreerd in 3D scan resultaten van de omgeving. Na positieve bevindingen ingezet op een bijzonder en succesvol samenspel tussen chauffeur en kraanmachinist.
6. Kritische elementen zijn gedurende uitvoering ontstaan t.p.v. overkragingen met voorzet- en paviljoengebouw. Daarop was bijsturing op het legplan noodzakelijk en ontstonden meerdere bijzondere 'aanhaak'-acties om te grote belastingen op de rand van de 'pleinsteiger' te voorkomen. Zo zijn er elementen gekoppeld en afgelast terwijl het element nog in de kraan werd gehouden.
7. Lassen vanuit binnenzijde van de montagedelingen is een bewuste keuze geweest m.b.t. lasposities en weersinvloeden van buiten af. Dit bleek een gelukkige keuze en heeft zowel de voortgang als technische uitvoering positief beïnvloed.
8. Werken in besloten ruimte is als bijzondere situatie meerdere malen voorgekomen met het plaatsen van randelementen waarmee compartimenten definitief werden afgesloten. Hiertoe is ingezet op diverse veiligheidsmaatregelen als inzet mangatwacht, zuurstofmeters, ventilatie, lasrookafzuiging en communicatiemiddelen.
