Bijzondere constructies voor de Cooltoren Draagconstructie met outrigger, overdrachtsconstructie en uitkragende vleugels 1 Bouw van de Cooltoren, foto: Jan van Helleman/www.nieuws.top010.nl 1 24? CEMENT 2 2021 De Cooltoren wordt momenteel gebouwd in de wijk Cool in het centrum van Rotterdam. De toren bevindt zich direct achter de Schiedamse- dijk in het Baankwartier, een van de meest karakteristieke wederopbouwwijken van Rotterdam. De toren is onderdeel van het bestemmingsplan Cool, dat als doel heeft om het Baankwartier van een introverte stadswijk naar een levendig stedelijk gebied te transformeren. De toren telt 52 bouwla - gen met 280 woningen. Het vloeroppervlak bedraagt circa 37.620 m² en de totale hoogte is 154,4 m. Het silhouet is opvallend: het zwaarte- punt ligt in het midden. Door de plaatsing en variatie van de grootte van de balkons, verloopt het beeld van luchtig op straat naar zwaar in het midden naar wederom luchtig in de wolken (fig. 2). Het gebouw is in twee delen gesplitst: de plint en de toren. De bredere plint be- staat uit zeven bouwlagen en heeft op de onderste verdiepingen naast woningen ook commerciële functies en bergingen. De toren bestaat uit 45 woonlagen met drie verschil - lende soorten appartementen: city- chic, mid crown en penthouses (fig. 3). Aan de achterzijde loopt de Hoornbre- kerstraat onder de toren door. Naast het ge- bouw komt een parkeergarage die bestemd is voor de bewoners van de toren. In deze garage zijn diverse installaties van de toren ondergebracht, zoals het sprinklerbassin. Fundering Het hele gebouw, de toren én de plint, is ge- fundeerd op een 2,0 m dikke betonnen poer van 31,0 m x 31,0 m (foto 4), die wordt on - dersteund door 167 palen (fig. 5). Aan de achterzijde, waar de poer onder de Hoorn - brekerstraat doorloopt, ligt de constructie 2,5 m verdiept onder het maaiveld, zodat het aanwezige riool boven de constructie kan doorlopen (fig. 6). De palen zijn Tubex-groutinjectiepa - len Ø720/950, een in de grond gevormde grondverdringende trillingsvrije paal met een permanente stalen casing en gietstalen boorpunt. Voor dit systeem is gekozen om trillingen aan de naastliggende belendingen te voorkomen en het benodigde draagver- mogen te halen (foto 7). Het paaldraagver- mogen bedraagt 7880 kN per paal. Het aan - brengen van de palen is uitgevoerd vanaf het maaiveld tot een diepte van NAP -56,50 m. In verband met de grote lengte van de palen zijn ze in twee segmenten aangebracht. In dit geval is bij deze palen eerst het eerste buissegment (met daaronder de schroef - punt) tot NAP -26 m in de grond geschroefd, waarbij vanaf de bovenkant van de Pleis- tocene zandlaag bentonietinjectie is toege- past. Vervolgens is het tweede buissegment (dat in het werk eerst uit twee delen tot één deel is samengesteld) op het eerste buisseg - ment gemonteerd, waarna het geheel naar het beoogde paalpuntniveau is geschroefd met toepassing van groutinjectie. Hierbij De skyline van Rotterdam krijgt er weer een nieuwe woontoren bij: de ruim 150 m hoge CoolTower of, op z'n Rotterdams gezegd: Cooltoren. Deze toren trekt de aandacht met grote uitkragende balkons en open gevels. Weggewerkt in het gebouw bevinden zich een aantal bijzondere constructies. IR. ALEXANDROS GLIAS Projectleider / constructeur Van Rossum Raadgevende Ingenieurs IR. MAURICE PRUMPELER Technisch adviseur Van Rossum Raadgevende Ingenieursauteurs CEMENT 2 2021 ?25 is de eerder toegepaste bentoniet door het zwaardere grout verdrongen. Bij het instal - leren van de palen zijn twee heistellingen gebruikt. Eerst een lichtere stelling die de palen tot 26,0 m heeft geschroefd en daarna een tweede, zwaardere stelling die de palen tot het uiteindelijke inheiniveau van 56,5 m heeft geschroefd. De palen zijn zo gepositioneerd onder de funderingsplaat, dat ze niet op trek wor- den belast. Toren Zoals eerder aangegeven is de Cooltoren verdeeld in twee hoofdstructuren: de plint en de toren. De toren bestaat uit een in het werk gestorte kern en vloeren, en prefab- betonnen kolommen nabij de gevel. De in het werk gestorte vloeren hebben een dikte van 250 mm. De buitenste kernwanden wor- den uitgevoerd met een dikte van 500 mm. De betonsterkteklasse van de in het werk ge- storte elementen is C55/67 (voor sommige elementen wordt ook C70/85 gebruikt) en C70/85 voor het prefab beton. Open gevels? De wens van de architect was om 'open' gevels te creëren en de constructie de plattegronden zo min mogelijk te laten belemmeren ten behoeve van een maximale flexibiliteit. De open gevel is gerealiseerd door in de gevel alleen kolommen als draag - constructie toe te passen en de vloer langs de gevel puntvormig ondersteund uit te voeren. Stabiliteit? Vanwege de hoogte van het ge- bouw was de betonnen kern alléén niet stijf genoeg om de horizontale windbelasting op te nemen. Om het gebouw voldoende stijf te maken, is een stabiliteitssysteem met op twee niveaus outriggers (16e tot 20e en 32e tot 36e verdieping) gekozen. Per outrigger- niveau zijn acht wanden toegepast die de kern met de gevelkolommen koppelt. Op ieder niveau zijn deze outriggerwanden vier verdiepingen hoog (fig. 8). De eerste optie was de kernwanden met in het werk gestort beton en de outrig - gers en gevelkolommen in staal uit te voe- ren. In overleg met de aannemer is besloten 2 Impressie van de Cooltoren, bron: V8 Architects PROJECTGEGEVENS project Cooltoren ontwikkelaar De Vijf Heeren bv architect V8 Architects constructeur Van Rossum Raadgevende Ingenieurs second opinion constructies Zonneveld Ingenieurs geotechnisch adviseur MOS Grondmechanica second opinion geotechniek Crux Engineering installatieadviseur Wolf Dikken Adviseurs installateur Spindler Installatietechniek hoofdaannemer Ballast Nedam heiwerk Funderingstechnieken Verstraeten prefab beton Hoco Betonoplevering medio 2022 2 26? CEMENT 2 2021 de wanden van de outriggers uit te voeren in beton en in het werk te storten en de gevel - kolommen in prefab beton uit te voeren. In vier van de acht outriggerwanden zijn boven elkaar gelegen deursparingen aanwezig. Vanwege de beperkte verdiepings- hoogte (2,95 m) en de benodigde deurhoogte is de lateihoogte slechts 465 mm. Om de op- tredende dwarskrachten te kunnen opnemen is de betonsterkteklasse van deze lateien C70/85 en C80/95. Balkons? Elke appartement van de toren heeft zijn eigen uitwendige balkon (fig. 9). De uitkragingen van de balkons variëren over de hoogte van de toren. De grootste balkons bevinden zich in het midden van de toren. Op de middelste verdiepingen lopen de bal - kons zelfs helemaal rondom het gebouw. In verband met de grotere uitkragingen zijn deze balkons in staal uitgevoerd, omdat een lichte constructie nodig was. De overige bal - kons zijn in prefab beton uitgevoerd. Omdat een straat onder de toren doorloopt, is een overdrachtscon - structie van vier bouwlagen gerealiseerd 3 3 Doorsnede met indeling CEMENT 2 2021 ?27 5 4 De vleugels van de plint kragen uit vanuit de funderingsplaat om invloed op de belendingen te beperken Plint De hoofddraagconstructie van de plint be- staat voornamelijk uit in het werk gestorte betonconstructies en deels uit prefab elemen- ten en een staalconstructie. De stabiliteit van de plint wordt verzorgd door de betonkern en overige 500 mm dikke wanden (fig. 10). De plint kan verder worden verdeeld in de volgende hoofdconstructies: de 'vleugels' en de overdrachtsconstructie boven de Hoorn - brekerstraat. Overdrachtsconstructie boven de Hoorn- brekerstraat? Zoals gezegd loopt aan de ach - terzijde een straat onder de toren door. Hier ontstaat een overspanning van circa 10 m. Om deze mogelijk te maken, is een over- drachtsconstructie van drie bouwlagen 4 Realisatie van de poer, foto: Fred Meijer 5 Palenplan 28? CEMENT 2 2021 Betonnen outrigger 32e t/m 36 e Betonnen kern Betonnen outrigger 16e t/m 20 e Gevelkolom men in prefab beton Gevelkolom men in prefab beton 6 Aanzicht overdrachtsconstructie 7 Heien van de palen 8 Doorsnede met constructieprincipe 6 7 8 gerealiseerd, die de bovenliggende kolom - men en deels de kern opvangen tussen as H en I (fig. 6, 11, foto 12). De constructie bestaat uit vijf stalen vakwerken en twee betonnen wandliggers. In de overdrachtsconstructie is een tweede draagweg voorzien, waardoor een diagonaal van de vakwerken kan bezwijken zonder voortschrijdende instorting (fig. 13, 14). Om de krachten naar de stabiliteitswan - den van het gebouw te brengen zijn er trek - banden (Ø40) in de vloeren van de 3e, 4e, 6e en 7e verdieping toegepast (fig. 10). Vleugels? De plint heeft een groter grondvalk dan de toren. In verband met mogelijke zet - tingsverschillen tussen de toren en de plint, en om afstand naar de funderingen van de naastliggende gebouwen te creëren, is beslo - ten om een uitkragende constructie te maken, zogenoemde 'vleugels', die op de poer van de toren zijn gefundeerd (fig. 15). Op deze manier worden de toren en de plint door dezelfde constructie ondersteund waardoor geen zet - tingsverschillen ontstaan. CEMENT 2 2021 ?29 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 64506450 6450 64506450645064506450 ? ? ? ? ? ? ? ? 6450 3000 3450 3225 3225 3225 3225 3450 A.18 A.06 A.04 A.07 A.08 A.09 A.10 A.11 A.12 A.18 +29.415 ? ?????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????????? ??????????????? ???????????????????? ??????????????? ?????????????????????????? ?????????????????? ?????????????? archit\fct p roj\fct \batum or\b\frnr.bouw\b\f\fl fas\f op\brachtg\fv\fr niv\fau volgnr. status fas\f Van Rossum Raa\bg\fv\fn\b\f Ing\fni\furs bv Amsterdam ir. D.J. Kluft ci ir. A.G. van \b\fr Sluis ci Postbus 37290 1030 AG Amst\fr\bam t\fl. 020 - 615 37 11 amst\fr\bam@vanrossumbv.nl www.vanrossumbv.nl A1 proj\fctl\fi\b\fr g\ft\fk\fn\b schaal formaat akkoor\b r\fvisi\f 1 : 100 A \b\f Vijf H\f\fr\fn b.v. Rott\fr\bam Cooltor\fn Rott\fr\bam \b\ffiniti\ff 11-10-2017 ???? T\fchnisch Ontw\frp M. Prump\fl\fr V8 Archit\fcts Rott\fr\bam ???????? J. St\frr\fnburg 10\f, 12\f \fn 14\f v\fr\bi\fping A 20-04-2018 h\frzi\fning T\fchnisch Ontw\frp JS alg\fm\fn\f opm\frking\fn: G\fbruikt\f bouwkun\big\f on\b\frl\fgg\frs:p \fil = 0,000 = 0,750m. + NAP; all\f mat\fn in mm; V8088 20180115 platt\fgron\b\fn.\bwg = \bikt\f / p\filmaat, in h\ft w\frk g\fstort\f vlo\fr= p\filmaat, pr\ffabvlo\fr = b\fton, pr\ffab= b\fton, in h\ft w\frk g\fstort= m\fts\flw\frk, kalkzan\bst\f\fn = ov\frspanningsrichting pr\ffab vlo\fr ??? ?????P=000 r\fnvooi: ?????????????????? ???????????????????????? ??????????????????? ??????????????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????????? 9 10 9 Constructieve plattegrond standaard verdiepingsvloer toren 10 Constructieve onderdelen plint Legenda figuur 10: uitkragende wanden plint (hoofdconstructie) dwarswanden (secundaire constructie) trekbanden overdrachtsconstructie 30? CEMENT 2 2021 De constructie van deze vleugels bestaat uit vier hoofdwanden (twee per zijde) (fig. 10), die fungeren als 21 m hoge wandliggers met een uitkraging van 6,4 m. Deze wanden dra - gen de vloeren en de dwarswanden van de vleugels. Omdat de krachten in de uitkra - ging te groot waren en de palen op de rand van de poer deze krachten niet konden heb- ben, zijn aan beiden kanten van de poer drie palen aangebracht (fig. 5). Staalconstructie in de gevel? Om een zo flexibel mogelijk gebruik van de begane grond te realiseren en deze ruimte kolom - vrij te houden, zijn er slanke stalen kolom - men toegepast in de gevel. De beganegrond - vloer en de funderingsbalken hangen in de eindsituatie aan deze stalen kolommen, die weer zijn opgehangen aan de uitkragende wanden. In de bouwfase fungeerde de ko- lommen als tijdelijk ondersteuning van de uitkragende wanden. Berekeningswijze / modellering project Voor de engineering van het project is ge- bruik gemaakt van vier EEM-rekenmodel - len, vanwege de complexiteit van het project in relatie tot de ondergrond. Een model zonder de invloed van de grond. Hierbij staan de palen als verende onder- steuning onder de fundering (fig. 16). De pa - len hebben een gelijke paalstijfheid voor de palen voor kortdurende en langdurende belastingen. Een model met de invloed van de grond. Hiermee is de invloed van de zettingen op de lange termijn bepaald. Dit rekenmodel is in samenwerking met MOS Grondmechanica ontwikkeld om het zettingsgedrag nauwkeu - rig te kunnen bepalen. Naast de grondplaat zijn in dit model de palen als staafelementen gemodelleerd om ook de paalkopzakking en lineaire axiale paalverkorting in rekening te brengen (fig. 17). Op basis van het model zonder de invloed van de grond, zijn drie variaties gemaakt om de krachten in de lateien van de outriggers te toetsen. 1e model: De E-modulus van de kolommen is gelijk aan de E-modulus van de kernwan - den. Dit is ongunstiger voor de krachten in de lateien, omdat verticale belastingen vanuit de kolom naar de kern worden afgedragen via de outriggers. 2e model: De E-modulus van de kolommen is 20% minder dan de E-modulus van de 11 12 11 Model van de overdrachtsconstructie 12 Overdrachtsconstructie in aanbouw CEMENT 2 2021 ?31 kernwanden. Omdat de kolommen prefab zijn, hebben deze bij montage al een deel van hun krimp gehad. Hierdoor zijn de ko- lommen stijver dan de kernwanden, waar- door de lateikrachten minder hoog zullen worden, maar de kolomkrachten hoger. 3e model: De E-modulus van de kolommen is gelijk aan de E-modulus van de kernwan - den (net als het eerste 1e model), maar de E-modulus van de vloer is veel lager. Dit is gedaan om de om de bijdrage van de vloer te onderzoeken. Voor de beschouwing van de uiterste grens- toestand is per onderdeel het maatgevende model aangehouden. Uitvoering De 2 m dikke poer, die deels ook nog eens ver- diept ligt, is uitgevoerd in een bouwput met gestempelde damwanden (foto 18). Voor de realisatie van de bouwput moest de bestaan - de bebouwing worden gesloopt. Een uitdaging was de aanwezigheid van plaatselijke kelders onder deze bebouwing. Als eerst zijn de be- staande kelders lokaal gecrusht, zodat de dam - wanden konden worden geïnstalleerd. Daar- na kon de rest van de kelders binnen de ge- sloten damwandkuip verder worden gesloopt. Door het verschil in opzet van de platte- grond en verschil in complexiteit van de ver- diepingen, is er door de aannemer voor geko- zen twee verschillende uitvoeringsmethoden 14 15 13 13 Schema spant eindsituatie 14 Schema spant 2e draagweg 15 Uitkragende plint Om de invloed van de onder- grond en de stijfheden van de elementen mee te nemen is gebruikgemaakt van vier ver- schillende EEM-reken - modellen 32? CEMENT 2 2021 toe te passen. Voor uitvoering van de plint is een traditionele wand- en vloerbekisting ge- bruikt. Na de 7e verdieping, waar de standaard plattegrond van de toren start, zijn de wanden van de kern met een klimbekisting uitgevoerd, zodat een maximale bouwsnelheid kon wor- den bereikt. De klimbekisting van de kern loopt drie verdiepingen vooruit op de uitvoe- ring van de gevelkolommen en de vloeren. Om de verdiepingscyclus zo kort mogelijk te houden, worden de gevelkolommen uitgevoerd in prefab beton en wordt de vloer uitgevoerd met een paneelbekisting. De verdiepingscy - clus van de vloeren bedraagt zes werkdagen. Vleugels? Het gedeelte van de plint dat zich onder de toren bevindt is vooruit getrokken op de bouw van de vleugels. Met de vleugels is gestart, nadat de 7e verdieping gereed was. De vleugels rustten tijdens de bouwfase op de oude palen van de oorspronkelijke be- bouwing. In verband met het beperkte draag - vermogen van deze palen en om grote zak - kingen van de vleugels te voorkomen, zijn eerst twee verdiepingen gerealiseerd. Nadat de uitkragende wanden over de eerste twee verdiepingen van de 'vleugels' waren gestort, werden ze tijdelijk ondersteund totdat ze als uitkragingen konden fungeren. Daarna zijn de ondersteuningen verwijderd en is de rest van de vloeren en wanden gestort, waarna die wanden zich als uitkragende wandliggers gedroegen. Zodoende kon het ontwerp wor- den geoptimaliseerd en is overmatige belas- tingen op de ondergrond voorkomen. Tijdens gebruiksfase is het belangrijk om het niveau van de grond te controleren zodat er geen contact is tussen de grond en de vleugels. Om deze reden zijn plaatselijk kruipluiken geïn - stalleerd. Om en om is steeds een plintverdieping aan de ene zijde van de toren gebouwd en vervolgens aan de andere zijde, zodat de uit- kragende vleugels elkaar in evenwicht bleven houden. Efficiënte samenwerking De Cooltoren is een uniek hoogbouwproject waarbij hoogte, buitenruimte, comfort en spectaculaire uitzichten zijn gecombineerd. Dankzij een efficiënte samenwerking tussen constructeur, opdrachtgever, architect, aan - nemer en overige adviseurs is een flexibele plattegrond ontwikkeld met rondom open ge- vels van vloer tot plafond. Het project is mo- menteel in uitvoering en de ruwbouw is tot de 20e verdieping gevorderd. Verwacht wordt dat het gebouw medio 2022 wordt opgeleverd. 16 17 18 16 Model met palen als verende ondersteuningen 17 Model met palen als staafelementen (de middelste elementen) 18 De 2 m dikke poer, die deels verdiept ligt, is uitgevoerd in een bouwput met gestempelde damwanden CEMENT 2 2021 ?33