Algemene projectomschrijving
De watertoren aan de Amsterdamsestraatweg in Utrecht is getransformeerd naar een spectaculair woongebouw met op de begane grond een commerciële ruimte, in het lijf 3 studio’s en in het stalen waterreservoir een luxe appartement met vijf verdiepingen. Een lift, die ook de drie studio’s onder het reservoir ontsluit, brengt de bewoners van de vatwoning boven in naar hun eigen entree op de betonnen lekvloer onder het reservoir. Vervolgens kan worden overgestapt op een privé-lift en -trappenhuis. Hier begint de verdere reis naar boven, waarbij de meer gesloten functies zoals bijvoorbeeld slaapvertrekken lager in het reservoir gepositioneerd zijn. Verder naar boven toe wordt de woning steeds opener, met als eindpunt op de bovenste vloer de woonkamer op 34m hoogte met een prachtig 360 graden panorama uitzicht over de stad. Overal in de woning zijn de stalen vatwanden in het zicht gehouden. Het creëren van de relatie met de stad, samen met het benodigde daglicht, zorgde voor een aanzienlijke verzwakking van dit voorheen waterdichte reservoir en gaf, samen met de noodzaak om vloeren te maken, de aanleiding tot een constructieve zoektocht.
Dankzij de grondige analyse van de bestaande constructie en de integrale benadering van ontwerp en maakbaarheid, zijn er prachtige woningen gerealiseerd.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het stalen reservoir van de watertoren bevindt zich tussen 22 en 36m hoogte en heeft een diameter van ongeveer 10m. Het reservoir rust op een betonnen ring, die wordt ondersteund door het dragende gevelmetselwerk met een dikte verlopend van 55 tot 100cm. Het betreft een hangbodemreservoir, waarvan er maar enkele in Nederland zijn. De watertoren is gebouwd in 1917 en is in de jaren 80 buiten bedrijf gesteld.
Het reservoir is bekleed met metselwerk dat via stalen stijlen en zogenaamde windringen afsteunt tegen het reservoir. De ruimte tussen het reservoir en de metselwerk bekleding is maar liefst 60cm breed en is bereikbaar via een trappenstelsel. In het metselwerk zijn smalle, verticale raamsparingen opgenomen, die deels zijn dicht gemaakt. Boven op het reservoir rust een cirkelvormig vakwerk ter ondersteuning van de houten dakkap, die is bekleed met leisteen.
Het reservoir bestaat uit stalen platen met verlopende diktes die onderling zijn verbonden met klinknagels. De dikte van de bovenste platen, waar de waterdruk het laagst is, bedraagt slechts 4mm. Deze dikte neemt naar beneden toe tot 15mm. Uit het staal zijn enkele monsters genomen die in een trekbank zijn beproefd op een vloeisterkte van 300N/mm2.
Onder het reservoir, op ongeveer 20m hoogte, bevindt zich de betonnen “lekvloer”, gedragen door betonbalken. Tussen lekvloer en begane grond zijn drie houten tussenvloeren gemaakt, die door een combinatie van metselwerk binnenwanden en stalen liggers werden ondersteund. De toren is op staal gefundeerd.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het verbouwen van het oude waterreservoir naar een woning was een complexe ontwerp opgave; Een zoektocht naar de balans tussen de constructieve mogelijkheden van een oude geklonken dunne plaatconstructie en de wens van de opdrachtgever en architect om een bruikbare woning te creëren met voldoende daglicht en een veilige ontsluiting.
Anders dan bij sommige andere watertorens verzorgt het reservoir de stabiliteit van de toren. Het metselwerk is ter hoogte van het reservoir niet meer dan “bekleding”. Het eerste architectonische ontwerp toonde dermate veel openingen dat de constructieve veiligheid niet kon worden gegarandeerd zonder grote aanpassingen aan de omvang en afmetingen van deze openingen in het reservoir. Met een eerste constructief model van het waterreservoir is de invloed van verschillende sparingsconfiguraties onderzocht, zowel ten gevolge van het eigen gewicht, de vloerbelastingen en de wind. De loggia op de zevende verdieping, een belangrijke onderdeel van het bouwkundig ontwerp, had hierbij een grote invloed. De opening is verdieping-hoog en biedt met een breedte van zes meter een prachtig uitzicht naar het centrum van Utrecht en de Domtoren.
Bij deze verkenning is de invloed van de gatverzwakkingen telkens vergeleken met het oorspronkelijke gesloten waterreservoir. Hierbij is gekeken naar de invloed op de verticale en de horizontale stijfheid. Verticaal om de gevolgen voor de bestaande dakconstructie die op het reservoir rust te analyseren. En horizontaal om geen problemen te veroorzaken in het bestaande metsel werk door een afname in horizontale stijfheid van het reservoir.
Ook is rekening gehouden met een zo gelijkmatig mogelijke verdeling van de reactiekrachten op de onderliggende constructie. Gevelopeningen onder in de reservoir-wand verstoren deze verdeling enorm. Daarom is er in de wand onder de zesde verdieping geen opening gemaakt.
In het interieur van de vatwoning zijn de wanden van het stalen waterreservoir overal direct in het zicht gehouden. Daarmee is de staalconstructie niet alleen functioneel, maar ook esthetisch. Zo is het een integraal onderdeel van de woonbeleving geworden. De vatwand is ter plaatse van de kleinere ramen open gevouwen om op deze wijze zo veel mogelijk van het bestaande te behouden en toch genoeg lichtinval te krijgen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
In het reservoir zijn vijf vloervelden aangebracht, waarvan drie vloeren over de volledige doorsnede van het reservoir. Eén vloer ligt op de bodem van het reservoir en één vloerveld is een entresol-vloer boven op het reservoir, met een fraai zicht tegen de onderzijde van het dak.
De volledige vloervelden zijn opgebouwd uit vier HEA300 balken die elkaar kruisen en daardoor de vloerbelasting op acht posities invoeren op de reservoir wand. De profielen steken door de wand heen. Om de vloerlasten zo gelijkmatig mogelijk in de reservoir wand in te voeren is een “exoskelet”, bestaande uit T profielen, tegen de buitenzijde van de wand gelast. De T-profielen zijn verdieping-hoog aangebracht en vormen met de HEA balken een moment-vast raamwerk. De belastingen worden op deze wijze gelijkmatig op schuif in de wand gebracht. Momenten door excentriciteiten van de inleiding van de oplegkrachten blijven in het raamwerk.
De entresol vloer bestaat uit twee HEA360 liggers die boven op de reservoir wand zijn gelegd. Ook hier zijn de krachten ingeleid met behulp van het exoskelet.
Rondom alle ramen zijn verstijvers aangebracht om het verwijderde materiaal te compenseren en de wand uit het vlak in vorm te houden.
Met de aangebrachte verstijvingen en het exoskelet ontstond een verstijfde schaal constructie waarbij de geconcentreerde vloerbelastingen via lange schuifverbindingen in de reservoir wand zijn ingeleid.
Met behulp van het FEM-programma “Simulia Abaqus” is een gedetailleerd model gemaakt van de verstijfde reservoirwand en de vloerliggers.
Bijzondere aspecten uitvoering
De aard van de constructie, een dunwandige schaalconstructie met gelaste verstijvingen en een exoskelet, heeft een typische scheepsbouw signatuur. Om deze reden scheepsbouwer Neveships bij het plan betrokken. Samen met hen is in een vroeg stadium de verbouwing ontworpen en gedetailleerd, met veel aandacht voor de maakbaarheid en bouwtoleranties.
Tijdens het ontwerp was het reservoir slecht toegankelijkheid, waardoor de exacte vorm niet kon worden behaald met bijvoorbeeld een 3D-scan. Een beperkt aantal metingen van het reservoir vormde de basis voor het produceren van de 1200 gesneden onderdelen en de 500 profielen.
Gezien de binnenstedelijke locatie van de watertoren is er voor gekozen om alle materialen door het noodtrappenhuis naar boven te takelen. Om het hijsen door de trapschacht mogelijk te maken zijn eerst de twee HEA360 liggers van de entresol vloer via een raamopening vlak onder het dak naar binnen gebracht en op de reservoir wand gelegd, op een tijdelijke positie voor de uitvoering. Aan elke ligger hingen 2 loopkatten met een elektrische kettingtakel, één van de vier kettingtakels had een hijshoogte van 40 meter om zo vanaf de begane grond te kunnen hijsen.
Om in het reservoir voldoende hijshoogte te houden en geen belemmering te hebben van steigers is er van beneden naar boven gewerkt. De basis van elke verdieping waren de vier kruisende HEA300 balken, die gezamenlijk als “leonardosticks” werden opgelegd. Zodra de staalconstructie van een verdieping gereed was, werd de houten balklaag en een dekvloer gelegd om weer als werkvloer voor de volgende verdieping te dienen. De nieuwe “windringen” die voorheen in de 600mm brede spouw zaten, zijn vanwege de toegankelijkheid verplaatst naar de binnenzijde van het reservoir, als onderdeel van de vloer. Een bijkomend voordeel van de ringen aan de binnenzijde is dat de bestaande windringen zolang mogelijk intact konden blijven om de stabiliteit tijdens de bouw te garanderen.
De verstijvers en het exoskelet aan de buitenzijde van het reservoir, zijn via een aantal initiële raamopeningen en de spouw tussen het metselwerk en de reservoirwand naar alle posities gebracht. Pas toen alle vloeren en het exoskelet waren aangebracht zijn de openingen gemaakt.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
De watertoren aan de Amsterdamsestraatweg in Utrecht is getransformeerd naar een spectaculair woongebouw. In het stalen waterreservoir is een luxe appartement gemaakt met vijf verdiepingen. Een lift, die ook de drie studio’s onder het reservoir ontsluit, brengt de bewoners naar de entree op de betonnen lekvloer onder het reservoir. Vervolgens kan worden overgestapt op een privé-lift die tot het hoogste woonvertrek op 34m hoogte leidt, met een prachtig uitzicht over de stad. De ontsluiting is zo compact mogelijk gehouden om optimaal gebruik te kunnen maken van de beschikbare ruimte. In de studio’s, die een beperkt oppervlak hebben en geen buitenruimte vanwege het monumentale karakter van het gebouw, is één grote ingreep gedaan in de vorm van een met Cortenstaal omkaderde stalen vouwpui. Dit zorgt tegelijkertijd voor veel extra daglicht en kan op mooie dagen geheel open gezet worden om toch een buiten ervaring te hebben.
Duurzaamheid
De watertoren aan de Amsterdamsestraatweg in Utrecht is getransformeerd naar een spectaculair woongebouw. Het hergebruik, maar zeker de bijzondere vorm, maken de toren een toonbeeld van circulariteit. De toren is waar mogelijk met behoud van de monumentale onderdelen en detailleringen na-geïsoleerd en voorzien van lage temperatuur vloerverwarming en koeling in de hogere plafondvlakken. De warmte wordt opgewekt door een warmtepomp met wtw.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
Het constructief ontwerp van de studio’s onder het reservoir is eenvoudig. De bestaande houten vloeren zijn hergebruikt, maar de ondersteuning ervan is vernieuwd met stalen liggers. Daarmee konden de dragende metselwerk wanden worden gesloopt. De stalen liggers zijn tussen de houten balken gelegd en de dragende houten moerbalk is vervolgens aan deze stalen liggers opgehangen. Hiermee is de totale constructiehoogte beperkt en kwam alleen de houten moerbalk in het zicht onder het gestucte plafond.
Voor het daglicht is gebruik gemaakt van de bestaande smalle raamsparingen. Hier is per studio één grote raamsparing aan toegevoegd, waarbij een dubbele stalen balk is ingebracht als latei.
Bij de keuze voor de nieuwe vloeren in het reservoir was maakbaarheid op deze bijzondere locatie de belangrijkste randvoorwaarde. Staalbetonvloeren zijn licht en makkelijk transporteerbaar. Ook kan er eenvoudig vloerverwarming in worden opgenomen. Deze vloeren worden gedragen door een houten balklaag met stalen liggers in twee richtingen, om zo te zorgen voor een evenwichtige verdeling van het gewicht over de vatwand.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
De toren is waar mogelijk met behoud van de monumentale onderdelen en detailleringen na-geïsoleerd. Hierdoor wordt het energieverbruik zoveel mogelijk beperkt. Verder is ze voorzien van lagetemperatuur vloerverwarming en koeling in de hogere plafondvlakken. De warmte wordt opgewekt door een warmtepomp met wtw.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
Bij het slijpen van de gaten in het metselwerk en het staal komt behoorlijk wat geluid vrij. Met de directe omwonenden is zoveel mogelijk afgestemd wanneer die werkzaamheden zouden worden uitgevoerd.
Op het achterterrein van de watertoren worden momenteel door dezelfde eigenaar nog woningen ontwikkeld die het straatprofiel aan de achterliggende Hyacinthstraat afmaken. Daar worden vleermuiskasten in voorzien en wordt met een landschapsarchitect afgestemd welke planten daar de biodiversiteit kunnen versterken.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
Voor zover wij weten is er in geen enkele watertoren gebruik gemaakt van het stalen vat als onderdeel van de hoofddraagconstructie van de toegevoegde vloeren. Hierdoor was het noodzakelijk om gebruik te maken van digitale modellen om de belastingen en vervormingen door te rekenen en expertise uit de scheepsbouw toe te passen.
Er is gerekend aan de temperatuursontwikkeling in het stalen vat bij brand. In plaats van een volledige brandwerende coating zijn op een paar strategische plaatsen verstijvingen aangebracht in de staalconstructie waardoor het totale materiaalverbruik is geoptimaliseerd.
