Vrije vormen - Intro

7 januari 2009, 14:06

Complexe constructies in beton

Bij complexe draagconstructies zoals die van O-14 in Dubai, Seebad Kaltern of het Transferium in Haren kiezen architecten voor uitvoering in beton. Gevouwen vlakken en vloeiende lijnen kunnen in beton zonder naden of facettering gerealiseerd worden.
Met de huidige software zijn steeds complexere constructies te ontwerpen en driedimensionaal voor te stellen. In tegenstelling tot complexe vormen in staal, die altijd worden geconstrueerd als een netwerk waar een bekleding overheen wordt geplaatst, kan bij beton het draagconstructieve vlak ook het zichtbare vlak zijn.

Vrije vormen en andere complexe constructies in beton zijn geen nieuw fenomeen. Volgens Joop Paul, directeur van Arup Nederland en sinds november 2007 hoogleraar Ontwerpen van Draagconstructies aan de TU Delft, heeft de speciale software voor het ontwerpen, tekenen en verifiëren van draagconstructies het realiseren van gebouwen met een complexe geometrie wel vereenvoudigd. De ontwikkeling van de ‘eindige-elementenmethode’ is het belangrijkst. Deze methode maakt het mogelijk voor elke vorm en belasting de spanningen en vervormingen snel en nauwkeurig te berekenen, bij uiteenlopende (combinaties van) materialen. Er zijn twee typen complexe geometrie: dubbelgekromde vormen en gefacetteerde vormen. Beide zijn in de meeste gevallen te realiseren met een zwaardere wapening. Dat geldt ook voor draagconstructies als sterk uitkragende volumes. Wapeningstaal wordt over het algemeen in het werk met de hand gevlochten. Bijzondere constructies vergen meer materiaal, meer tijd en meer mankracht, en zijn dus duur. Bij complexe vormen is ook de bekisting niet standaard. Die moet eveneens ter plaatse worden gemaakt. De vormvastheid en het afsteunen van de bekisting kunnen daarbij voor extra hoofdbrekens zorgen. Daarom zien we volgens Paul niet-traditionele en vrije vormconstructies in beton vooral in landen gerealiseerd worden waar de opdrachtgever veel geld heeft en arbeid goedkoop is. Op het moment zijn dat onder meer India, China en Dubai.

Bouwwerken waarbij de gevel, de draagconstructie en de vorm samenvallen, zorgen voor een extra complexe situatie. Het ontwerp van UNStudio voor de OV Terminal in Arnhem is hiervan een voorbeeld. Het dak heeft variabele krommingen in verschillende richtingen. De Swiss Re-toren in Londen van Foster + Partners heeft ook een complexe constructie, maar was eenvoudiger te realiseren, omdat zowel de constructie als de gevel is opgebouwd uit repeterende delen. De constructie bestaat uit rechte stalen balken die zijn samengebracht in knooppunten. In de knopen treedt de vormverandering op. Daar overheen is een gevel uit vlakke delen aangebracht. Paul: “Wil men bij beton de kosten eruit halen, dan moet het productiemiddel, de mal, vele malen worden gebruikt. Daarom fabriceert men vaak alleen de standaardelementen als een vloer, een kolom en de rechte wanden.” In staal zijn er meer mogelijkheden om met standaardelementen complexe constructies te vormen.

Gevlochten staal of vezels
Ontwikkelingen op het gebied van beton verwacht Paul met name in het zoeken naar kostenvermindering. Zo wordt getracht het beton als materiaal te verbeteren. Zelfverdichtend beton bestaat al langer, maar wordt pas sinds een jaar of vijf echt veel toegepast. Het heeft zonder twijfel de mogelijkheden van in het werk gestorte vormen vergroot.

Een ander punt van ontwikkeling is de wapening. Kostenvermindering is bereikbaar met ‘prefab wapening’. De gebogen vormen zouden ook in de fabriek kunnen worden gemaakt om vervolgens in het werk te worden samengebracht. Zulke opdrachten krijgen de fabrikanten echter te weinig om erin te investeren. Het wapeningswerk blijft zo voornamelijk handwerk.

Wel zijn er experimenten om onder meer glas- en staalfibers in het beton te mengen. Dit kan twee voordelen hebben. Hoe meer wapening in de vorm van gevlochten staal nodig is, hoe dikker de betonlaag moet worden. Vezelversterkt beton maakt slankere constructies mogelijk. Verder maken (stalen) fibers het arbeidsintensieve staalvlechten overbodig. Het in beton mengen van fibers blijkt in de praktijk echter nog bijzonder moeilijk. Om er zeker van te zijn dat er overal voldoende staalfibers in het beton zitten moet men er een grote hoeveelheid doorheen roeren. “Voor een bouwwerk als de toekomstige OV Terminal in Arnhem, meerlaags en met sterk krommende wanden, is moeilijk aan te tonen dat beton met staalfibers sterkte- en doorbuigtechnisch voldoet”, meent Paul. “Dit beton maakt het bouwen misschien makkelijker, maar wij denken dat de hoeveelheid staalfibers die nodig is, hoger is dan wanneer je met gevlochten staal werkt.” Een ander, voorlopig nadeel is dat er in de afwerking roestend staal te zien is als zwarte puntjes in het beton.

Vooralsnog lijkt beton, versterkt met staal of andersoortige fibers, geschikt enkel voor kleine bouwwerken: eenlaagse gebouwen, huisjes en paviljoens. Een toepassing van vezelversterkt beton is het [C]space paviljoen in Londen, een ontwerp van Alan Dempsey en Alvin Huang. Zij pasten dunne profielen toe, gesneden uit standaard platen Fibre-C, voor een lage constructie met een continue vorm. Bij hogere gebouwen of een brug zijn de lasten die het beton moet dragen vele malen groter en lijkt een gevlochten staalwapening goedkoper. Verder kan men, waar de veiligheid van de gebruiker in beeld komt, niet experimenteren, maar moeten de EU-regels gevolgd worden. Die zijn voor vezelversterkt beton nog niet vastgesteld.

Mallen en ballonnen
Bij bijzondere constructies zijn prefab betonelementen zelden mogelijk, omdat de bekisting een unieke vorm heeft en geen onderdeel herhaald wordt. Daarom wordt aan de TU Delft nagedacht over een flexibele mal. De flexibele bekisting bestaat uit een raamwerk met individueel instelbare dempers. Daarop wordt een flexibele plaat gelegd. Zo zouden relatief snel en goedkoop vrije vormen in beton gemaakt kunnen worden. Bij de betonelementen uit de flexibele mal zijn de randen vooralsnog problematisch. Juist daar leidt een kleine maatafwijking al snel tot onnauwkeurige aansluiting van de delen. De leveranciers van prefab beton zijn weinig geïnteresseerd, zolang de risico’s groter zijn dan bij de standaardelementen van beton.

Een tweede recente ontwikkeling is het Betonballon-concept. Met deze bouwmethode zijn gewelven op industriële wijze in situ te produceren. Over een voorgevormde, luchtgevulde ballon wordt snelhardend beton van onder naar boven in dunne lagen aangebracht. Als het beton is uitgehard kan de ballon worden verwijderd en opnieuw worden gebruikt. Vloeren worden met ankers aan de betonnen schil gehangen. De druk van de bevestigde vloer op de wand zou wapening tegen het ‘spreiden’ van de koepel overbodig maken. De onderneming BB-Con heeft begin oktober 2008 in een proefopstelling aan de TU Eindhoven op deze wijze een gebouw van twee etages gerealiseerd. De voordelen van deze bouwmethode zijn besparingen in arbeidskracht, tijd en materiaal (50% minder beton, tot 90% minder staal). Ook de betonballon-methode lijkt vooral geschikt voor laagbouw.

Hoe ingewikkeld de vormen ook zijn, technisch zijn ze volgens Paul niet moeilijk te realiseren. Veel vormen zijn bovendien variaties op of te herleiden tot traditionele constructies met bogen of kolommen. Bij andere projecten gaat achter de complexe gevel een traditionele betonconstructie schuil. “Vormen die continu zijn, houdt men veelal laag en klein vanwege de problemen met krachten,” legt Paul uit. “Als de gebouwen hoger worden, herken je vaak nog rechte lijnen, zoals bij O-14, of zijn het losse kolomstructuren die als een bouwpakket in elkaar worden gezet, zoals bij de SMA CGM Head Office Tower.” Vanwege de kosten verwacht hij dat de realisatie van complexe constructies in beton niet zullen toenemen. Al is er wel een uitdaging: “Het is boeiend dat je een vorm kan inzetten om de prestatie van een gebouw te verbeteren. Denk aan isolatie of comfort. Bij O-14 zorgt de betonconstructie met gaten rondom voor een tempering van het felle zonlicht. Ik denk dat vorm en functie meer op elkaar worden afgestemd.”

Overzicht projecten

Architectenbureau Onix koos ervoor om het Transferium in Haren voornamelijk in beton uit te voeren. Zo kon men grote, continue vlakken realiseren. Daarnaast moest het transferium een robuust en vandaalbestendig zijn. Het hoogteverschil van anderhalve meter tussen de parkeerplaats en het busstation is opgelost met een slingerende hellingbaan. Het gevouwen dak volgt de hellingbaan en wordt gedragen door dunne, stalen kolommen. Om de horizontale krachten op te vangen zijn zes kolommen in twee richtingen schuin geplaatst. Meer...

Productenlijst:
Transferium
[C]Space Paviljoen
Labels II
O-14
Neue Apostolische Kirche
Seebad Kaltern
CMA CGM Tower

1	Vijf nominaties voor de prijs voor Architect van het Jaar 2025 maandag, 1 september
2	Woontoren De Vrijheid door Atelier Kempe Thill in Bajeskwartier opgeleverd maandag, 1 september
3	Nominaties Woongebouw van het Jaar 2025 bekend woensdag, 3 september
4	CO2-gestuurd ontwerpen is oog hebben voor kosten. Betaalbaar is duurzamer! donderdag, 28 augustus
5	Houten groepsaccommodatie voor scouting in de bossen van Baarn vrijdag, 29 augustus

Gerelateerde nieuwsberichten

Floriade presenteert ontwerp Wereldpaviljoen

17 december 2009

Tentoonstelling UNStudio in KunstFort

25 juni 2009

Symposium over bouwen met prefab beton

25 mei 2010

Chinees project met ‘twist’ voor UNStudio

17 juli 2009

Toon alles

Andere nieuwsberichten

D66 wil stad bouwen in nieuwe polder tussen Amsterdam en Almere

2 uur geleden

IJstad, zoals D66 de nieuwe stad voorlopig heeft genoemd, moet ruimte bieden aan 60.000 woningen.

's-Hertogenbosch selecteert acht ontwerpteams voor volgende ronde Citadelpoort

3 uur geleden

In het gebied ten noorden van de Citadel wil de gemeente 185 tot 200 woningen bouwen, een nieuw onderkomen voor Design Museum Den Bosch realiseren en een ‘oeverpark’ aanleggen. Ook moet er een nieuwe Lage Diezebrug komen.

Tweede prijs voor ontwerp Caruso St John, Ard de Vries & Donna van Milligen Bielke en SteenhuisMeurs bij tender Tilburgse spoorzone

Vandaag, 10:00

Caruso St John, Ard de Vries & Donna van Milligen Bielke (ADVMB), SteenhuisMeurs eindigden onlangs op de tweede plaats bij een tender voor de Tilburgse Spoorzone.

Nominaties Woongebouw van het Jaar 2025 bekend

Vandaag, 09:00

Als onderdeel van de Architectenweb Awards 2025 wordt begin november de prijs voor Woongebouw van het Jaar 2025 uitgereikt. Uit de veertig inzendingen voor deze prijs heeft de jury vijf projecten genomineerd.

Energiekosten huishoudens Randstad lager dan in rest van het land

4 uur geleden

In Groningen betaalt een gezin gemiddeld 105 euro meer per maand aan energie dan een vergelijkbaar huishouden in Utrecht.

ING en Rabobank stoppen 200 miljoen euro in Nationaal Warmtefonds

Gisteren, 11:58

Het fonds verwacht dat de bijdrage 12.500 huishoudens helpt bij het energiezuiniger maken van hun woning. Met een lening kunnen ze bijvoorbeeld een warmtepomp aanschaffen of hun vloeren isoleren.