Algemene projectomschrijving
Station Amsterdam Centraal ondergaat een metamorfose. Zowel in het gebouw als daarbuiten wordt alles gereed gemaakt voor de 21e eeuw. Aan de IJ-zijde van Amsterdam Centraal is deze metamorfose al vanaf april 2011 zichtbaar geworden door de realisatie van de overkapping van het busstation. Die overkapping maakt onderdeel uit van een groot verkeersknooppunt aan de IJ-zijde. In 2015 opende de Michiel de Ruijtertunnel, waardoor het autoverkeer onder maaiveldniveau kan rijden. Dit betekent ook minder auto’s aan de voorzijde en meer ruimte voor de voetgangers. Daarnaast is door het 360 m lange busstation aan de IJ-zijde de mogelijkheid gecreëerd om alle bussen van en naar Amsterdam Centraal bij elkaar te brengen. Niet meer versnipperd over diverse plekken, maar op een plek dicht bij de treinen. Een laatste verbetering is dat de voetgangers en fietsers straks makkelijk van het CS naar de ponten van en naar stadsdeel Noord kunnen. Het station heeft met de bouw van de overkapping een entree aan het IJ gekregen waarmee de verbinding is gezocht naar het stadsdeel Noord dat jarenlang niet echt bij de stad hoorde. Tevens vormt de overkapping, door het opnemen van de letters AMSTERDAM, een visitekaartje voor de stad dat zelfs vanuit de lucht zichtbaar is. De bouw van de overkapping is gefaseerd uitgevoerd. Het oostelijke en westelijke deel zijn gebouwd in 2011 en 2012. Het middendeel, dat boven de Noord-Zuidlijn ligt en pas afgebouwd kon worden na afronding van de werkzaamheden aan het metrostation, is gerealiseerd in 2014 en 2015.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Overkapping IJsei bestaat uit een uitgekiende combinatie van walsprofielen, samengestelde profielen en gegoten onderdelen. Elk onderdeel is geoptimaliseerd in zowel vorm als materiaalkeuze. De 360 m lange overkapping bestaat uit stalen boogspanten hart-op-hart 12,50 m – en daarmee corresponderend met de naastgelegen overkapping uit 1925 – die onderling zijn verbonden door gordingen. Over de gordingen loopt een grotendeels transparante dakhuid van koudgebogen glas. De stabiliteit van de overkapping in langsrichting wordt verzorgd door twee centraal geplaatste windverbanden. In dwarsrichting verzorgen de 63 m overspannende en ± 22 m hoge boogspanten hun eigen stabiliteit. Bij de uitwerking van de constructie is er gekozen voor een beperking van het aantal onderdelen en zeer grote repetitie van steeds dezelfde onderdelen. Daarnaast is er gekozen voor zoveel mogelijk open profielen om eenvoudige verbindingen op de bouw te creëren. Daarom is er gekozen voor IPE-profielen voor de glasdragers, UPE-profielen voor de gordingen.
De hoofddoorsnede van de boog is een samengesteld profiel. Enerzijds omdat de gewenste afmeting niet in standaard profielen te verkrijgen is, anderzijds omdat eigenschappen over de lengte van de boog aanpasbaar zijn en de boog verzwaard kon worden op plaatsen waar de interne krachten het grootst zijn. Om te voorkomen dat vogels op de onderflens gaan zitten en overlast geven, is de onderflens minimaal gehouden. Er is gekozen voor een constructiehoogte van 0,9 m, wat overeenkomt met 1/70 van de overspanning van 63 m. De onderflens en bovenflens van de boog hebben wel een gelijke doorsnede. Het verschil in breedte is gecompenseerd in materiaaldikte. De bovenflens is breder gehouden omdat dit meer vlees geeft in de aansluitingen van gordingen en diagonalen van windverbanden op de boog. Deze onderdelen sluiten aan de bovenkant van de boog aan. Een belangrijk voordeel van een samengestelde doorsnede is dat deze relatief makkelijk aangepast kan worden aan lokale krachtswerking bij een gelijkblijvende buitendoorsnede van de boog. Ook kan de functionaliteit van de boog makkelijk aangepast worden. Dit is gedaan door over de laatste 15 m naar het IJ toe de bovenflens deels tussen de flenzen van de bogen te laten zakken waardoor een goot ontstaat.
De bogen zijn voorzien van een gegoten oplegging. Elke oplegging bestaat uit twee gietstukken die door een pen-gatverbinding met elkaar verbonden zijn. De onderstoel is een T-stuk bevestigd op een passtuk dat dienst doet als intermediair tussen de onderstoel en de deksloof van de kistdam. De bovenstoel is een gaffel met een complexe vorm om goed aan te kunnen sluiten op de doorsnede van de boog. Aan de IJ-zijde is op de onderstoel tevens een spuwer gemonteerd zodat daar het hemelwater via de spanten direct op het IJ geloosd wordt. De gietstukken zijn voorzien van Amsterdamse Andreaskruisen en jaar van productie.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het ontwerp van het glazen dak, dat in sterke mate het uiterlijk van overkapping IJsei bepaalt, was complex. Bij de glasoplegging moest een balans worden gezocht in de soms tegenstrijdige eisen. Eisen gesteld vanuit brandveiligheid vragen om een zo klein mogelijke glasoplegging (om te voorkomen dat het glaspaneel bij brand ongelijkmatig opwarmt). Om te voorkomen dat het glas van zijn oplegging kan glijden, is juist een grote glasoplegging gewenst. Daarnaast zijn, vanwege de directe bevestiging van het glas op de staalconstructie, ook fabricage- en montagetoleranties en verschuivingen in verbindingen van invloed op de grootte van de glasoplegging. Een en ander heeft geresulteerd in strenge eisen voor de toelaatbare vervorming in de verbindingen van de glasondersteunende constructie. Om deze vervormingen te beperken zijn in de staalconstructie schuifvaste verbindingen gerealiseerd met injectiebouten. Om het aantal injectiebouten te optimaliseren is onderzoek gedaan naar de toelaatbare stuikdruk op de injectiehars bij de te verwachten belastingen op het dak.
Aan de overkapping zijn door de brandweer strenge eisen gesteld aan het gedrag bij brand. Het glas moest voldoen aan een eis van 30 minuten 'brandhangendheid'. Het begrip brandhangendheid is speciaal bij het ontwerp van deze overkapping ontstaan. Het betekent dat in dit geval gegarandeerd moest worden dat bij een zeer extreme brand (met tien meter hoge vlammen en temperaturen van 550 °C daarboven) het glas boven die vlammen gedurende 30 minuten niet zou breken en er geen glassplinters zouden vallen. Aan deze eis is kostenneutraal voldaan door een uitgebreide theoretische en rekenkundige analyse van het gedrag van een glasconstructie bij een dergelijke belasting. Het resulteerde in een glasbevestigingssysteem met zeer geringe glasopleggingen op warmtegeleidende rubbers en een bevestiging met nylonblokjes die bij die brand geleidelijk wegsmelten en zo de ruiten wat meer vervormingsmogelijkheden geven. Deze unieke constructie is op ware grootte aan de brandbelasting blootgesteld en bleek te voldoen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Om het aantal stabiliteitsverbanden te minimaliseren is gekozen de overkapping dilatatieloos uit te voeren. De verbanden (twee stuks) zijn centraal in de overkapping geplaatst en de overkapping kan naar de buitenzijden vrij uitzetten. Om het vrij uitzetten mogelijk te maken zijn aan weerzijde van de boog de laatste 15 m van de boogconstructie los gehouden van het stijve dakvlak. Aan de zijde van het IJ is de constructie vanaf de goot geheel open, aan de zijde van het station is wel een dak aanwezig. Dit dakvlak, dat in tegenstelling tot de kap niet transparant is en bestaat uit stal;en dakplaten, is aan slechts één zijde verbonden aan de bogen. De achterzijde wordt gesteund door pendelkolommen. De bogen lopen onder het dakvlak door maar zijn hieraan niet verbonden. Hierdoor kunnen de bogen en het dakvlak vrij van elkaar vervormen. De boogdoorsnede heeft over zijn zwakke as een geringe stijfheid. Deze geringe stijfheid in combinatie met de 15 m vrije lengte aan beide uiteinden zorgt ervoor dat de kap eenvoudig volledig kan uitzetten zonder daarbij hoge interne krachten op te bouwen. De uitzetting van het dakvlak, aan de uiteinden circa plus of min 10 cm per zijde, veroorzaakt buiging in het spant maar door de geringe stijfheid blijft het buigend moment binnen de marges.
Voor elk onderdeel is een zorgvuldige afweging gemaakt welk materiaal het meest geschikt is voor de toepassing. De overkapping is hoofdzakelijk opgebouwd uit staal, maar bevat ook gietijzer, gietstaal en grijs gietijzer. De stalen spanten lopen bij de opleggingen over in een gietstalen oplegging. Omdat het spant en gietstuk middels een lasverbinding zijn bevestigd is gekozen voor het goed lasbare gietstaal. Het gietstuk is scharnierend verbonden op een ander gietstuk, de zogenaamde onderstoel, dat op de kade is bevestigd. Omdat de onderstoel dicht op de waterlijn is gepositioneerd en bloot staat aan het zilte water van het IJ is gekozen voor een uitvoering in gietijzer vanwege de goede corrosievaste eigenschappen. Tot slot is aan het gietstuk, op de plek waar de geïntegreerde hwa uitloopt in het IJ, een spuwer bevestigd bestaande uit grijs gietijzer. Dit sierelement steekt uit en kan in bijzondere gevallen worden aangevaren door scheepsverkeer. Om te voorkomen dat de kracht van de aanvaring wordt doorgegeven aan de IJsei-constructie is gekozen voor een bros materiaal. Bij aanvaring breekt de spuwer gewoonweg af.
Bijzondere aspecten uitvoering
Bouwen op het stationseiland van Amsterdam is bouwen op de spreekwoordelijke postzegel waarbij de grens van de bouwplaats wordt bepaald door de omvang van de constructie. Direct grenzend aan de bouwplaats liepen drukke verkeersstromen van treinen, bussen, veerpontjes en reizigers, niet alleen rondom het bouwterrein maar ook daaronder. De ruimte onder het busplatform was deels in gebruik als werkterrein, maar bood ook ruimte voor de reizigersstromen vanuit het centraal station naar bijvoorbeeld de IJ-pontjes. Bovendien liep ook de De Ruijterkade als drukke verkeersader voor automobilisten door het te overkappen gebied. Al deze verkeersstromen moesten in stand blijven en konden slechts voor beperkte tijdsduur (gedurende de nachten) worden omgeleid.
Daarbij is het stationseiland niet alleen één van de drukste verkeersknooppunten van het land, maar wordt er ook volcontinu gewerkt aan de verschillende bouwprojecten op en rondom het station. Om de bouw mogelijk te maken zijn voorafgaand aan de montage vele afspraken gemaakt met alle betrokken omgevingspartijen. Met de busvervoermaatschappijen moesten afspraken gemaakt worden over het gebruik van het stationseiland. Voor de bouw van het oostelijke deel van de kap werd het busvervoer vier weken ondergebracht op een tijdelijk busstation. Tijdens de bouw van het westelijk kapdeel en middendeel werd het busvervoer ondergebracht onder het reeds gerealiseerde oostelijk kapdeel. Door deze werkwijze was het mogelijk om volcontinu door te werken tijdens de montage. Dit alles vroeg om een uiterst gedetailleerde coördinatie. Iedere stap in het werk werd vastgelegd in een draaiboek, met daarin aangegeven de positie van de kranen en wat er gehesen diende te worden. Op basis daarvan is per dag vastgelegd hoe de verschillende verkeersstromen met afzettingen en borden gestuurd moesten worden.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
In de boogspanten is een interne (open) goot geïntegreerd die middels een spuwer in de gietstalen oplegging uitloopt in het IJ.
Duurzaamheid
De levensduur van de constructie is middels slimme detaillering en materiaalkeuze geoptimaliseerd. Zo zijn de onderstoelen van de opleggingen, die het meest bloot staan aan het zilte water van het IJ, uitgevoerd in nodulair gietijzer vanwege een betere bestandheid tegen corrosie dan gietstaal. De stalen dakplaten in het dichte dakvlak zijn niet rechtstreeks bevestigd op de staalconstructie, maar via een intermediair van hout, waardoor de conservering niet door parkers beschadigd raakt en spleetcorrosie tussen dakplaat en gording voorkomen wordt. Tevens zijn de dakplaten, die een kortere levensduur hebben dan de hoofdconstructie, op deze wijze eenvoudig vervangbaar. De keuze voor U-vormige gordingen is gekomen, omdat deze met de asymmetrische doorsnede zo geplaatst kan worden dat er geen vocht en vuil kan verzamelen in het profiel. De boogspanten zijn uitgevoerd als luchtdichte kokers. Het oppervlak van de bogen is rondom, inclusief de inwendige goot, toegankelijk voor onderhoud.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
Het reduceren van materiaalgebruik en het slim gebruik maken van de gebouwde omgeving waren noodzakelijke uitgangspunten om de kap binnen het beschikbare budget te kunnen realiseren. Daarom is er integraal naar het totaalproject gekeken of er geen gebruik gemaakt zou kunnen worden van constructiedelen die toch al gebouwd zouden worden en door kleine aanpassingen tot grote besparingen zouden kunnen leiden. Zo is besloten om de kap – in afwijking van eerdere gedachten – vorm gegeven als boogconstructie, waarbij de boogspanten aanlanden op de nieuw aan te leggen kistdam die de kade vormt. Hiermee wordt enerzijds de fundering uitgespaard, anderzijds kan een boogconstructie worden gebruikt. Dat laatste leidt door de ogenschijnlijke 'halvering' van de overspanning voor de maatgevende buigende momenten tot zeer grote besparingen in de constructie. Normaal gesproken wordt die besparing duur betaald, doordat de fundering de grote spatkrachten van de boog moet kunnen opnemen. In dit geval was de kistdam bestand tegen de horizontaalkrachten van een veel grotere orde van het zandlichaam dat richting het IJ zou willen verschuiven en was daarmee 'gratis'. Aan de andere aanlanding van de boog deed deze mogelijkheid zich niet voor, maar kon de boog zijn spatkrachten via uitkragende kolommen afdragen op het busplatform en de schijven die het stabiliseerden. Daarmee was de horizontaalkracht tot maaiveldniveau verder gebracht, maar nog niet opgenomen. Aangezien er op maaiveldniveau een nieuwe betonvloer werd gestort die liep van de stabiliserende schijven tot aan de in de De Ruijtertunnel ondergronds gebrachte De Ruijterkade, was het eenvoudig om de horizontaalkrachten via die vloer aan de tunnel te verankeren waar ze via passieve gronddruk konden worden opgenomen.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
Vlakke ruiten zijn eenvoudiger en goedkoper naar de bouwplaats te transporteren. Er passen immers meer vlakke ruiten op een wagen dan gekromde. Door het koudgebogen glas was het aantal benodigde transportbewegingen daarmee kleiner dan bij conventioneel warmgebogen glas.
Bovendien is bij het ontwerp van de constructie gekozen voor veel repetitie van grote (of lange) onderdelen met weinig delingen. Het aantal hijsbewegingen is daarmee, ondanks de grote omvang van de kap, beperkt.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
Koudgebogen glas wordt gemaakt van materialen die in overvloed beschikbaar zijn (voornamelijk zand, kalk en soda). Het alternatief, kunststoffen platen, zijn een aardolieproduct. Bovendien laden kunststofplaten elektrostatisch op, waardoor ze sterk vervuilen en ze zijn krasgevoeliger dan glas en minder bestand tegen ultraviolet licht. De levensduur van een glaspaneel is daarmee hoger. Op zowel korte als lange termijn is de productie van glas minder belastend voor mens en dier.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
Toepassing van Freeformglass in overkappingen is niet nieuw, maar de grootschaligheid van toepassing op de IJsei-overkapping is wel uniek. Het toepassen van Freeformglass heeft vanuit duurzaamheidsoogpunt tal van voordelen boven klassiek warmgelopen glas.
• Besparing op grondstoffen.
Voor een in 1997 uitgevoerd project in Den Bosch waren in warmgebogen gelaagd glas twee ruiten van elk 8 mm glasdikte nodig met daar tussen 3 mm kunsthars. In koudbuigbaar glas bleek 2x4 mm glas plus 1,5 mm kunststof voldoende. De benodigde hoeveelheid materiaal kan bijna worden gehalveerd.
De belangrijkste besparing is echter in de draagconstructie te vinden. Door de grotere draagkracht van het glas en de geringere dikte die daardoor nodig is hoeft de draagconstructie namelijk minder belasting te dragen en kan deze minder fijnmazig worden uitgevoerd. Bovendien kan hij ook slapper ontworpen worden: het glas kan immers met de vervormingen van de draagconstructie meebuigen. Het aantal onderdelen neemt daarnaast af ten opzichte van een gefacetteerde kap doordat de glasdragers niet ter plaatse van elke knik een verbinding behoeven. Een reductie van het aantal verbindingen met een factor drie is het gevolg. Ook wordt de hele draagconstructie lichter en dat vertaalt zich weer in een lichtere fundering. Hierdoor neemt het materiaalgebruik in zijn totaliteit aanzienlijk af zodat de duurzaamheid van de constructie verder toeneemt.
• Besparen op productieproces.
Bij warmgebogen glas vindt het buigen plaats door het verhitten, bijna smelten, waarbij de ruiten over een mal worden gebogen. Bij koudbuigbaar glas zijn noch de productie van een mal, noch het verhitten nodig.
