Algemene projectomschrijving
Het Reinier de Graaf gaf de constructeurs van Royal HaskoningDHV dit complexe puzzelstuk voor de realisatie van een nieuw OK-complex. Er gelden vanzelfsprekend strenge trillingseisen: een nauwkeurige oogoperatie moet zonder problemen kunnen plaatsvinden terwijl voertuigen in de onderliggende parkeergarage een constante bron van trillingen vormen. De parkeergarage bestaat uit een lichte staalconstructie, die gevoeliger is voor trillingen dan de over het algemeen toegepaste betonconstructies in ziekenhuizen.
De verscheidenheid aan eisen en randvoorwaarden in combinatie met de complexiteit maakt dit zo bijzonder. Het optimale ontwerp komt tot stand door slimme ontwerpprincipes en innovatieve technieken te combineren met complexe trillingsanalyses. Het resultaat is een OK-afdeling waar je niet merkt dat je boven een parkeergarage opereert.
Beschrijving staalconstructie
De bestaande parkeergarage heeft vijf bouwlagen en bestaat uit een staalconstructie met SFB liggers die circa 5,3 m overspannen met een kanaalplaatvloer (d=320) met druklaag met een overspanning van ongeveer 14,5 m. In lijn met de onderbouw is gekozen om de constructie voor de optopping als staalskelet uit te voeren. Vanwege de aansluiting met de kolommen van de onderbouw, vormt de stramienindeling van de onderbouw een belangrijk uitgangspunt voor de bovengelegen constructie. De optopping heeft twee bouwlagen, op de vijfde verdieping bevindt zich de OK-afdeling en op de zesde verdieping zit een technische ruimte. In de bovenbouw is de overspanningsrichting van de vloer gedraaid, de stalen liggers overspannen dus 14,5 m terwijl de vloer 5,3 m overspant. Afwijkingen van deze stramienindeling hadden een impact op de trillingsgevoeligheid van de constructie, welke we zorgvuldig moesten afwegen.
De vloer van het OK-complex bestaat ook uit kanaalplaten (d=200) met een druklaag. Dit vloertype is geschikt voor de meeste functies binnen het OK-complex en wenselijk om toe te passen uit het oogpunt van gewichtsreductie. Voor de vloer en het dak van de operatiekamers zelf is voor een breedplaatvloer gekozen. Allereerst geeft dit vloertype betere resultaten in de trillingsanalyse. Bovendien geeft dit vloertype meer flexibiliteit voor het bevestigen van zware medische apparatuur in vloeren en plafonds en voor het aanbrengen van sparingen.
Bijzondere aspecten bouwkundig ontwerp
In het ontwerp zijn in totaal zes fases doorlopen, waarbij trillingsmetingen en dynamica-berekeningen hand in hand gaan. In de eerste fase is een conventioneel constructief Schetsontwerp gemaakt en zijn de trillingseisen vastgesteld op basis van trillingsmetingen. In fase twee is een trillingspredictie-onderzoek uitgevoerd om de technische en financiële haalbaarheid met de gestelde eisen te toetsen, waarna in fase drie een uitgebreide trillingsanalyse is gecombineerd met een Voorontwerp en Definitief Ontwerp van de hoofddraagconstructie. Dit ontwerp is vastgesteld en nader gedetailleerd in een Technisch Ontwerp (fase 4). Verdere uitwerking van de constructie heeft plaatsgevonden in de uitvoering (fase 5). In de laatste fase – vlak voor oplevering – is het ontwerp gevalideerd met de trillingseisen.
Na de afronding van de trillingspredictie ligt de meest ideale oplossing voor de trillingsproblematiek niet direct voor de hand. Bij het onderzoeken van ontwerpoplossingen is allereerst onderscheid gemaakt tussen de verticale en horizontale trillingen.
Voor de verticale trillingen zijn achttien varianten doorgerekend, waardoor voor verschillende typen maatregelen het individuele effect vergeleken kon worden. Voorbeelden van maatregelen zijn aanbrengen van verstijvingen zoals vakwerken en schoren in de opbouw, verstijvingen in de onderbouw, extra massa, hogere stijfheid in vloeren of balken, puntdemping en afveren. Al snel werd het duidelijk dat het niet mogelijk was om de eigenfrequentie van de opbouw genoeg te verhogen of verlagen om buiten het frequentiebereik van de trillingsbron te komen. Daarnaast hadden een flink aantal maatregelen grote impact op het constructief en bouwkundig ontwerp, waaronder ook de functionele indeling van het gebouw.
Samen met de opdrachtgever en architect hebben wij daarom besloten om veerdempers (Stravibase Springbox type CDM-CHR-BOX) van Delta-L toe te passen op de stalen kolommen tussen de vierde en vijfde verdieping met een afveerfrequentie van 3,5 Hz. Door een frequentieovergang te creëren tussen de parkeergarage en de opbouw worden de bouwdelen ontkoppeld voor bepaalde trillingsfrequenties. Verticale trillingen met frequenties die afwijken van de afveerfrequentie worden sterk gereduceerd doorgegeven aan de opbouw. Er is gezorgd dat de veerdempers de enige verbinding tussen de parkeergarage en de opbouw zijn om kortsluiting van trillingen te voorkomen, met uitzondering van de uiterste hoeken van de opbouw.
Voor de horizontale trillingen zijn negen varianten doorgerekend. Op basis van deze studie is besloten om verstijvingen in de vorm van verzwaarde schoren op te nemen in de twee extra bouwlagen om het horizontale trillingsniveau te reduceren. In overleg met de architect zijn deze schoren zodanig in het gebouw en in de gevel gepositioneerd en vormgegeven, dat de gewenste functionele indeling en raamsparingen gehandhaafd konden worden.
Bijzondere constructieve slimmigheden
Een belangrijk aspect van de uiteindelijke oplossing om trillingen tegen te gaan is dat de bovenbouw kan bewegen ten opzichte van de onderbouw. De oplossing met de veerdozen vereist in basis een volledige ontkoppeling tussen onderbouw en bovenbouw. Vanuit het oogpunt van stabiliteit is het juist noodzakelijk om de constructie horizontaal te fixeren en dit geeft dus tegenstrijdigheden in het ontwerp. Om de stabiliteit van de bovenbouw te waarborgen is deze uiteindelijk gefixeerd op as 1B & 1D en as 13B & 13D. In deze uiterste hoeken van het gebouw dragen kleine schoren de horizontale belasting af van vloerniveau naar de stalen regel boven de veerdozen. Vervolgens wordt de belasting op buiging in de kolommen afgedragen naar de onderregel onder de veerdozen, waarna windverbanden de belasting doorgeven naar de onderliggende parkeerverdieping. Uit de trillingsanalyses volgt dat deze horizontale fixatie op een zo groot mogelijke afstand van de OK-vloer geen effect heeft op de trillingen binnen de OKs. Op deze manier voldoet de constructie aan zowel de eisen in de statische als in de dynamische situatie.
Bijzondere aspecten uitvoering
De gebruikseisen ten aanzien van trillingen zijn dus leidend voor het principeontwerp van de veerdozen. Van grof naar fijn ontwerpend, bepaalden de dynamica-analyses de afveerfrequenties van de veerdozen. Vanaf deze fase is leverancier Delta-L bij het ontwerpproces betrokken. De constructeurs geven de afveerfrequenties en optredende belastingen
per positie op, waarna Delta-L aan elk positie een aantal en type veerdozen toekend. Elk type veerdoos heeft zijn eigen veerstijfheid, maximale UGT-belasting en optimale gebruiksbelasting (zijnde permanente belasting + 30% van de karakteristieke veranderlijke belasting). Dit vormt het startpunt van een iteratief proces – omdat de stijfheid van de
ondersteuningen de krachtswerking in de constructie beïnvloeden –, dat resulteert in een optimaal ontwerp van de veerdozen.
Een voorbeeld van het toegepaste veertype in de bouw is weergegeven in de afbeeldingen, onderaan de pagina. Het aantal veren in de veerdoos kan variëren, maar deze kan maximaal twee keer negen veren bevatten. Dit betekent dat de belasting voor een veerdoos gelimiteerd is tot FRd = 1.395kN. Om deze reden zijn op meerdere locaties twee of drie dozen naast elkaar geplaatst, om de lokale hogere belastingen te kunnen dragen. In het ontwerp zijn uiteindelijk veerdozen toegepast met een capaciteit variërend van 248 kN tot de genoemde maximale waarde. De veerdozen worden geleverd en gemonteerd met bouten die zijn voorgespannen op ± 70% van de permanente belasting. Hiermee wordt gegarandeerd dat er geen vervormingen en dus montageproblemen optreden. Er zijn diverse validaties uitgevoerd tijdens de uitvoerings- en opleveringsfase van het project. Allereerst zijn de veerdozen na montage geïnspecteerd en is de toename van de belasting tijdens de bouw gemonitord. Als gevolg van deze toename kwamen uiteindelijk alle voorspanbouten los, wat impliceert dat de ontwerpbelasting in de veren aanwezig is.
De veerdozen zijn tussen een stalen onder- en bovenregel geplaatst, dit is enerzijds om de belasting over meerdere veerdozen naast elkaar te kunnen plaatsen maar anderzijds anticipeerden wij hiermee op een mogelijke vervanging van de veerdozen in de toekomst. De onder- en bovenregel bieden namelijk de mogelijkheid een hydraulische vijzels tussen de onder- en bovenregel te plaatsen.
Omdat de veerdozen de koppeling vormen tussen de onder- en bovenbouw, zijn deze ook onderdeel van de hoofddraagconstructie en dus gelden alle van toepassing zijnde eisen ook voor de veerdozen. De veerdozen voldoen daarom aan de brandwerendheidseis van 60 minuten. Daarnaast staan de veerdozen in een buitensituatie en daarom is al het staalwerk gecoat en zijn afwatergaatjes in de onderplaat aangebracht, zodat geen vocht kan ophopen.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
In juli 2020 en in januari 2021 – vlak voor oplevering – zijn trillingsmetingen uitgevoerd in de OK’s en de parkeergarage teneinde het eindresultaat te toetsen. In de trillingsmeting is het effect van de veerdempers duidelijk zichtbaar: trillingen uit de parkeergarage worden gereduceerd en met een frequentie van 3,5 Hz doorgegeven. De metingen tonen aan dat het werkelijke trillingsniveau in het algemeen iets lager ligt dan het berekende trillingsniveau. Daarnaast kwam de spreiding van de gemeten trillingen goed overeen met de spreiding van de berekende trillingen. Dit is het resultaat van uitvoerige metingen, wat waardevolle input heeft geleverd voor de modellering. Daarnaast is het trillingsniveau bij de nieuwe OK’s vergelijkbaar met de bestaande OK’s in Delft en Den Haag Voorburg. Daarmee is aan de ontwerpdoelstelling voldaan.
In april 2021 is de nieuwe Drive In OK in gebruik genomen. Patiënten en/of begeleiders parkeren hun auto op de 4e verdieping en stappen één verdieping hoger de receptie binnen voor hun geplande operatie die geheel – van intake tot ontslag – op de 5e verdieping plaatsvindt. Een uniek zorgconcept met een unieke constructie.
