Algemene projectomschrijving
In het Nationaal Militair Museum zijn de collecties van het Militaire Luchtvaart Museum en het Legermuseum samengebracht. Het museum werd op 11 december 2014 geopend en ontving in zijn eerste jaar al meer dan 500.000 bezoekers. Het museum staat daarmee in de top tien van meest bezochte musea in Nederland.
Het Nationaal Militair Museum bevindt zich op de voormalige NAVO-vliegbasis Soesterberg en voegt zich vanzelfsprekend in de schaal en weidsheid van deze plek, precies waar het bestaande vliegtuigplatform overgaat in het glooiende landschap van de Utrechtse Heuvelrug. De grote kolomvrije ruimten onder het dak maken het mogelijk de grote collectiestukken – tanks en vliegtuigen – op verschillende hoogten en in wisselende samenstellingen tentoon te stellen. Het driedimensionale stalen vakwerk is geschikt voor het ophangen van vliegtuigen maar herbergt ook de complete technische installatie van het gebouw.
Onder het enorme dak zijn twee verschillende museale concepten gerealiseerd. Aan de binnenzijde van de stalen gevelkolommen bevindt zich een glazen vliesgevel die de gehele collectie van het ‘Arsenaal’ omringt; voertuigen, vliegtuigen en geschut in een chronologische opstelling, rijkelijk voorzien van daglicht en met rondom uitzicht op de vliegbasis en zijn bijzondere landschap en militairhistorische objecten. In het hart van het gebouw bevindt zich de stabiliteitskern; een ‘black-box’ waar met verschillende media spannende en persoonlijke verhalen worden verteld. Tussen beide werelden zijn visuele verbindingen gemaakt op punten waar collectie en verhaallijn elkaar raken.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het meest kenmerkende element van het nieuwe museum is de enorme stalen dakconstructie van 110x250 m; samen met de 33 m hoge uitkijktoren bepaalt het de karakteristieke vorm van het Nationaal Militair Museum. Het constructieve principe van het dak is een balkroostersysteem met stalen vakwerken van 4 m hoog in de twee orthogonale hoofdrichtingen. Het dak maakt vrije overspanningen van 40 tot 85 m en uitkragingen aan de gevel tot 15 m. Het heeft een grote capaciteit voor belastingen en is daarmee flexibel in gebruik. Inpandig zijn zones in het dak benoemd waaraan willekeurig vliegtuigen opgehangen kunnen worden. De vakwerken vormen een horizontaal grid van 5x5 m en zijn samengesteld uit verschillende HE-profielen in vooraf afgesproken profielseries voor een eenduidig en coherent beeld. De overspanningsrichting van de geprofileerde stalen dakplaten is evenwijdig aan deze spanten. Om de gewenste strakheid langs de buitenrand van het dak te realiseren verloopt de vakwerkhoogte van de 3,875 m hoge vakwerken in de eindvelden naar 4 m. De schijfwerking van het dak wordt verzorgd door horizontale windverbanden in het bovenvlak van de vakwerken. De totale hoeveelheid staal in de dakconstructie bedraagt 2.900 ton met een totale profiellengte van meer dan 40 km.
Het dak wordt ondersteund door doorgaande kokerkolommen, samengesteld uit stalen platen van 10, 20 en 30 mm dikte. De samengestelde gevelkolommen meten uitwendig 300x500 mm en bij de vrijstaande kolommen en op de hoeken 500x500 mm. Alle zichtkolommen zijn voorzien van een verjongd voet- en kopdetail.
De gehele staalconstructie is in de langsrichting opgedeeld in twee modulen. De hoofddilatatie is omwille van de 'ritme' van de gevel uitgevoerd zonder kolomverdubbeling. Elk deel wordt in de twee hoofdrichtingen gestabiliseerd door verticale windverbanden bestaande uit kolommen, liggers en diagonalen. De ‘black-box’ in het hart van het museum met de besloten multimediale tentoonstellingsruimten, is één van deze stabiliteitskernen. De verticale windverbanden zijn hier weggewerkt achter de akoestische geprofileerde wandbekleding.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het stalen dak is niet alleen figuurlijk maar ook letterlijk de ‘drager’ van het integrale ontwerp. Het creëert grote kolomvrije ruimten, faciliteert een tentoonstelling in meerdere lagen, fungeert als vaste zonwering voor de hoge glazen gevels, en herbergt de complete installatietechniek. Van luchtkanalen en wervelroosters tot (theater)verlichting en sprinkler; alles in een ontworpen patroon binnen het grid van de stalen dakspanten. Het museumdak lijkt te zweven door de verjongde voet- en kopdetails van de stalen kolommen. Tussen de kolommen is een vliesgevel aangebracht met gestapelde glasvlakken van circa 5x3 m. De vliesgevel is ‘binnenstebuiten’ toegepast; de stalen kolommen staan aan de buitenzijde. Door deze omkering krijgt de gevel aan de buitenzijde een sterkere profilering en schaduwwerking die de schaal van het gebouw nuanceert. De binnenzijde van de gevel is daarentegen vlak en abstract afgewerkt en vormt zo een ideale neutrale achtergrond voor de collectie. In verband met de hoogte van de glazen gevel van ruim 13 m mag de staalconstructie beperkt vervormen als gevolg van windbelasting en temperatuurverschillen. Om de ‘omkering’ van de constructie te compenseren zijn in de overstekken subdilataties gemaakt die de nadelige effecten tegen gaan.
Het gebruik van staal is naadloos in het interieur doorgezet; bruggen, trappen en balustraden zijn in staal geconstrueerd zodat ook hier grote overspanningen in een passende robuuste detaillering gerealiseerd konden worden. Alle staal is gecoat in een matte zwartbruine kleur; het geeft het museum een passende terughoudendheid in het unieke landschap en een perfect decor voor de bijzondere collectie.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Door een parametrische ontwerpoptimalisatie is een eigengewicht van de stalen dakconstructie van slechts 60 kg/m2 gerealiseerd. De vernuftigheid zit hem in een zelf ontwikkeld computerprogramma: ABT Optimalisatie Toolkit (ABT-OT). Dit programma is ontwikkeld in de programmeeromgeving Visual Studio en stuurt zowel Oasys GSA (FEM-software) als Microsoft Excel aan. GSA vormt het rekenhart en Excel dient ter ondersteuning om uitgangspunten in te voeren en resultaten te presenteren. Tekla Structures is ingezet om de staalleverancier efficiënt van de ontwerpgegevens te voorzien.
ABT-OT maakt het mogelijk om in vroeg stadium veel varianten door te rekenen en optimalisatievoorstellen te doen. De eigen toetsingsmodule werkt vijf keer zo snel als die in Oasys GSA. Met een model bestaande uit circa 8000 staven en 72 belastingcombinaties leverde dit tijdswinst op. Gebleken is dat er ongeveer 50 iteraties nodig waren om evenwicht te vinden in het statisch onbepaalde rekenmodel. Met 5 tot 10 toetsingen per staaf voor de minimale profielgrootte kwam dit neer op tussen de 150 en 300 miljoen toetsingen per optimalisatieronde.
Om het architectonisch beeld te krijgen, is in nauw overleg per onderdeel bepaald welke verschillen in profielafmetingen acceptabel waren op basis hiervan zijn voorkeurslijsten met zowel standaard walsprofielen als samengestelde plaatliggers gemaakt en als parameters ingevoerd. Met ABT-OT kon snel inzicht worden verkregen in de gevolgen van esthetische eisen en is uiteindelijk een perfect evenwicht gevonden tussen architectonisch beeld en hoeveelheid staal.
Bijzondere aspecten uitvoering
Essentieel bij de uitvoering van de bouwwerkzaamheden van het nieuwe museum was het direct ‘aanslaan’ van de constructie. De werking van de dakconstructie in twee richtingen kan alleen gerealiseerd worden als de verschillende verbindingen zonder enige speling uitgevoerd worden. Het bestaande betonplatform van de voormalige vliegbasis bleek een goede bouwplaats. Op het platform – waar voorheen vliegtuigen en helikopters stonden opgesteld – konden in wekelijkse transporten gelaste stalen spanten van 25 m lengte aangevoerd en in slagorde opgesteld worden. De spanten werden vervolgens op het platform twee-aan-twee tot ruimtelijk vakwerk samengesteld en door een mobiele kraan op hun plek gehangen. Tussen de gelaste spantdelen zijn in losse delen de vakwerken in de andere richting gebout. Omdat het aanbrengen van pasbouten niet goed uitvoerbaar bleek, is een combinatie van injectiebouten en bouten in ruime gaten toegepast.
Vanwege de afmetingen van de vakwerken is de montage op hoogte, met de inzet van tijdelijke stempeltorens, gerealiseerd. Om de spanningen in de montagefase te beperken tot aanvaardbare waarden, zijn montagevolgorde en stempelvoorzieningen zorgvuldig afgestemd en doorgerekend.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De belangrijkste functionaliteit van het nieuwe museum is de flexibiliteit om (grote) collectiestukken in wisselende samenstellingen te kunnen exposeren. Door de driedimensionale stalen dakconstructie zijn kolomvrije ruimten gerealiseerd tot 85 m waardoor ook de grootste stukken van het museum – met spanwijdten van bijna 30 m – probleemloos tentoongesteld kunnen worden en ruim voldoende bewegingsvrijheid overblijft om deze te herpositioneren. De gevelkolommen zijn nagenoeg allemaal dak-dragend uitgevoerd. In iedere kopgevel is echter een zone met een breedte van vier stramienen (20 m) aanwezig met kolommen die niet dak-dragend zijn. Deze kolommen zijn demontabel zodat aan beide uiteinden van het museum de mogelijkheid bestaat om grote nieuwe collectiestukken in de toekomst in te kunnen huizen.
De stalen dakconstructie bevindt zich op een hoogte van meer dan 13 m vanaf de museumvloer, gebaseerd op de staarthoogte van de grote vliegtuigen van de buitencollectie die aan de westzijde van het museum onder het grote overstek opgesteld staan. Doordat de dakconstructie berekend is op het ‘willekeurig’ ophangen van vliegtuigen biedt de hoogte van het museum de mogelijkheid om de collectie in meerdere lagen tentoon te stellen. Vliegtuigen en voertuigen kunnen zo in een ‘natuurlijke’ setting bij elkaar – in plaats van afzonderlijk – getoond worden en versterken daarmee het krijgsmachtbrede karakter van het nieuwe museum.
De gehele collectie wordt omgeven door een glazen vliesgevel aan de binnenzijde van de stalen kolommen. Daglicht en uitzicht zijn daardoor geen incidentele maar een generieke kwaliteit van het nieuwe museum geworden; niet alleen voor een optimale bezoekersbeleving en een verrijking van de museale verhaallijnen, maar ook om de collectie als het ware ‘tot leven te wekken’.
Duurzaamheid
De belangrijkste functionaliteit van het nieuwe museum is de ongekende flexibiliteit om (grote) collectiestukken in wisselende samenstellingen te kunnen exposeren. Dit betekent dat het museum tot in lengte van jaren nieuwe tentoonstellingen kan ontwikkelen of wisselingen in bestaande exposities kan aanbrengen.
Door de driedimensionale stalen dakconstructie zijn kolomvrije ruimten gerealiseerd tot 85 m waardoor ook de grootste stukken van het museum – met spanwijdten van bijna 30 m – probleemloos tentoongesteld kunnen worden en ruim voldoende bewegingsvrijheid overblijft om deze te herpositioneren. Daarnaast heeft het dak de capaciteit om vliegtuigen nagenoeg willekeurig op te hangen, en zijn delen van de gevel demontabel voor het inhuizen van collectiestukken. De installaties zijn uitgelegd op hetzelfde grid als de stalen dakspanten. Binnen de hoogte van deze staalconstructie is voldoende ruimte aanwezig voor eventuele toekomstige aanpassingen aan de museumtechniek.
Het museum is tot stand gekomen binnen een DBFMO-contract met een looptijd van 25 jaar. Omdat het (winnende) consortium in deze 25 jaar ook verantwoordelijk is voor schoonmaak en onderhoud van het museum, is al tijdens de ontwerpfase grondig nagedacht over materialisatie en detaillering. Alle keuzes die hierin zijn gemaakt zijn afgewogen op basis van Life-Cycle-Cost (LCC) berekeningen.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
Met voornamelijk staal en glas zijn materialen toegepast die in grote mate herbruikbaar zijn en een significant aandeel aan gerecyclede grondstoffen bevatten. Door parametrische ontwerpoptimalisaties is een eigengewicht van de stalen dakconstructie van slechts 60 kg/m2 gerealiseerd. Naast kostenbesparing betekent dit bijvoorbeeld ook veel minder CO2-uitstoot aan staalproductie, verwerking, transport en montage.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
Een lage energieprestatie is van begin af aan een uitgangspunt geweest in het ontwerp. Waar het programma van eisen een EPC van hooguit 0,75 voorschreef (E/E) is uiteindelijk een energieprestatie-coëfficiënt van 0,24 gerealiseerd. De CO2-emissiereductie gedurende exploitatie is van een vergelijkbare omvang. Een van de ontwerpoplossingen die heeft bijgedragen aan deze lage energieprestatie is de optimalisatie van de daglichttoetreding in het ontwerp. Dat geldt niet alleen voor de museale ruimten, maar ook voor de kantoren die ruimschoots voorzien zijn van daklichten. De warmte- en koude-opwekking vindt plaats met een WKO-installatie. De dakconstructie heeft door zijn opzet een hoge herverdelingscapaciteit en biedt daardoor een grote flexibiliteit. Op het 27.500 m2 grote dak zijn 3.240 zonnepanelen inclusief omvormers aangebracht. Deze zonnepanelen hebben een jaarlijkse energie-opbrengst van 753 MWh.
Buiten het feit dat zonnepanelen de nodige groene energie opleveren, heeft het economische constructie-ontwerp ook de nodige CO2-uitstoot bespaart. Uitgaande van een besparing van 40 kg per m2 dakoppervlak is er 27.500x40x0.473/1000 = 520 ton CO2-uitstoot voorkomen. Dit is berekend op basis van de Milieu Relevante Product Informatie-bladen van Bouwen met Staal. De bijbehorende schaduwkosten (of eigenlijk preventiekosten) bedragen 27.500x40x0,0412 = 45.320 euro. Aan hoeveelheid staal is met het parametrisch ontwerp van het dak met krachtsafdracht in twee richtingen voor ongeveer 2,5 miljoen euro bespaard.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
Het terrein van het Nationaal Militair Museum (45 ha.) ligt in de Ecologische Hoofdstructuur (EHS). Dit betekent dat elke ingreep uiteindelijk geen nadelige effecten voor de natuur mag hebben. In het geval van het NMM wordt gedurende de 25-jarige contractperiode een grote natuurwinst geboekt. Dit wordt gerealiseerd door herinrichting en gerichte doorontwikkeling maar ook door een slimme zonering. In het museumterrein is allereerst veel bebouwing en verharding geamoveerd. Dit heeft plaats gemaakt voor vele hectares nieuw bos en een mozaïek van zogenaamd heide-schraalgrasland. Bestaand bos wordt daarbij in de komende jaren gericht doorontwikkeld tot bos met hogere natuurwaarden. Reeds waardevol bestaand bos en heide-schraalgrasland is gehandhaafd. Waar dit niet kon is heide-schraalgrasland ‘getransplanteerd’.
De derde pijler betreft een slimme zonering van het terrein. De plek van het nieuwe museum is bewust gekozen, ook met het oog op de natuurwaarden. Daarnaast worden de bezoekers zo gestuurd dat de stromen geconcentreerd zijn en geen negatieve effecten hebben op de kwetsbare natuurdelen. De ontwikkeling van de natuur wordt jaarlijks gemonitord. Uit de eerste monitoringsresultaten blijkt dat de natuur zich goed hersteld heeft van de bouwwerkzaamheden en dat de herinrichting z’n vruchten afwerpt.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
Het Nationaal Militair Museum is gerealiseerd binnen een DBFMO-contract met een looptijd van 25 jaar. Onder de leiding van Heijmans is tijdens het ontwerpproces grote nadruk gelegd op de integraliteit van het ontwerp. Architectuur, landschap, museale inrichting en wayfinding zijn tegelijkertijd en geheel in samenhang ontwikkeld. Door deze gelijktijdigheid konden nieuwe wegen ingeslagen worden die meerwaarde bleken voor het ‘verhaal’ van het museum; collectie, tentoonstelling en militairhistorisch landschap zijn op verschillende plekken in het museum (visueel) aan elkaar gekoppeld. Daarnaast konden verschillende concepten samengevoegd worden tot een rijker en integraal geheel. Het architectonische concept van een museum ‘onder-één-dak’ bleek bijvoorbeeld van grote waarde om te kunnen voldoen aan de ecologische en landschappelijke kaders. Door concentratie van bebouwing en verharding is ruimte ontstaan voor de benodigde nieuwe natuurontwikkeling binnen de Ecologische Hoofdstructuur.
De input van adviseurs, bouwers en onderhoudspartners is eveneens vanaf de allereerste schetsen meegenomen in het ontwerp. Keuzes in materialisatie en detaillering zijn door life-cycle-cost-berekeningen afgewogen tot stand gekomen. Het gehele project is uitgewerkt in een BIM-model dat voldoet aan de eisen van het Rijksvastgoedbedrijf.
