auteur ir. Patrik Peynsaert BESIX-VanhoutIMEC-toren in Leuven metnagespannen uitkragendevloeren en uitkragende kernUitkraging opuitkragingDe toren van het nieuwe complex van hetInteruniversitair Micro-Elektronica Centrum inLeuven, kortweg IMEC Leuven, is een opvallendeverschijning. Wat er aan de oplevering van deze75 m hoge toren voorafging, was misschien nogwel indrukwekkender. Met een bijzonder strakkeuitvoeringsplanning werden ter plaatse gestorte,nagespannen vloeren gerealiseerd met in tweerichtingen uitkragingen tot wel 7,5 m. Net alshet overstek van de kern, vroegen deze vloerenom een uitgekiende ondersteuningsconstructie.Constructief conceptHet concept van de ruwbouw van detoren is een direct resultaat van de wensvan de architect om te voorzien in hori-zontale doorzichtstroken over de geheleomtrek, zonder belemmering van eenstalen draagstructuur in de gevel.Daarom is gekozen voor een centralebetonnen kern (feitelijk twee afzonder-lijke kernen) met vrij uitkragende beton-vloeren. Hiermee zijn de verdiepingenbuiten de kern geheel vrij van obstakels.De vloeren kragen 6,25 m in de ene rich-ting uit en 7,5 m in de richting loodrechtdaarop (fig. 3). In de hoeken ontstaat zoeen uitkraging in twee richtingen. Omdeze relatief grote uitkragingen mogelijkte maken, is in het ontwerp gekozenvoor 500 mm dikke vloeren met naspan-ning zonder aanhechting en gewichts-besparende EPS-blokken.1Uitkragende vloerenIMEC-toren mettijdelijke ondersteuning4 VAKBLAD I 1 2016Ten behoeve van het overstek van hetgebouw vanaf de zesde verdieping is dekern vanaf dit niveau verbreed (fig. 2).Keuze vloertypeVoor de uitvoeringsmethode van devloeren zijn verschillende mogelijkhedenoverwogen. Vanwege de grote hoeveel-heid verschillende in te storten onder-delen ? gewichtsbesparende elementen,naspanning, installaties en thermischebetonactivering ? is uiteindelijk gekozenvoor ter plaatse gestort beton in sterkte-klasse C35/45.Vanuit planningsoogpunt is zeer langeen uitvoering met breedplaatvloerenoverwogen. Daarin zouden de installa-ties, de onderwapening en een deelvan de splijtwapening kunnen wordeningestort. Dit bleek uiteindelijk om denavolgende redenen niet haalbaar.OntwerpNa de oprichting in 1984 op de campus van de KU Leuven,groeide het bedrijf IMEC snel uit tot de grootste onafhanke-lijke Europese specialist in industri?le toepassingen voormicro- en nanotechnologie. Vanwege de aanhoudende groeizocht IMEC rond 2007 naar extra ruimte voor 450 werkplek-ken. In 2010 werd daarom begonnen met de bouw van eennieuw complex. Het meest in het oog springt de 75 m hogetoren met 15 kantoorverdiepingen. De toren wordt geken-merkt door een opvallende 13 m lange uitkraging vanaf dezesde verdieping (fig. 2). Daarnaast zijn er een laagbouwzoneen een ondergrondse parkeergarage van vier lagen.2Doorsnede van hetgebouw3Plattegrond metafmetingenuitkragingen? Om te garanderen dat de drukspan-ningen ter plaatse van de veranke-ringen van de naspanstrengen overde gehele dikte van de betonplaatzouden worden verdeeld, moest elkeverankering van bijkomende enhoog uit de breedplaten stekendewapening worden voorzien. Dezewapening maakte de productie vande breedplaatvloeren ingewikkelden had een negatief effect op detransportcapaciteit. Een echt bevredi-gende oplossing werd trouwens nietgevonden voor deze wapening,voornamelijk vanwege de grotehoeveelheid naspanstrengen in debalkzones.? Voegen loodrecht op de draagrich-ting waren niet uit te sluiten doordatde vloeren bij de hoeken in tweerichtingen uitkragen. Doordat een100% volle voegvulling niet kanworden gegarandeerd bij te dunnevoegen, zou de effectieve diktevan de vloer worden gereduceerdmet enkele tientallen millimeters.Hierdoor zouden weer meerstrengen moeten worden toegepast.? Om de spanningen afkomstig vande voorspankrachten goed over devoegen heen te leiden, zou teveelbijlegwapening moeten wordengeplaatst die in conflict zou komenmet de gewichtsbesparendeEPS-blokken.? Er werden problemen verwacht inde afwerkfase met de uitlijning vande elektrische componenten aanhet plafond. Het strakke ontwerpliet minder marge toe dan nodigvoor de plaatsing van debreedplaatvloeren.? De opdrachtgever en architect warenniet akkoord met zichtbare voegentussen de breedplaatvloeren ofrisico's op scheuren bij opvullingvan de voegen.5VAKBLAD I 1 2016Twee betonsoorten in vloerOm het eigen gewicht van de vloerente beperken, zijn gewichtsbesparendeEPS-blokken (950 x 950 x 340 mm3) inde vloer ingestort (foto 4). Dit vroegextra aandacht bij het storten van devloer. Uiteindelijk is ervoor gekozen devloer in ??n stort te realiseren.Een oplossing waarbij eerst de onderstelaag werd gestort en vervolgens deEPS-blokken werden aangebracht, zouleiden tot een tragere uitvoeringscyclus.Deze oplossing was bovendien technischniet haalbaar omdat het onmogelijkbleek de grote EPS-blokken tussen enonder de reeds ingestorte wapening eninstortvoorzieningen aan te brengen.Een belangrijke reden waarom werdoverwogen de vloer in twee storts uit tevoeren, was het risico dat de ingestorteEPS-blokken zouden gaan opdrijventijdens de betonstort. Wanneer hetbeton uiterst vloeibaar zou zijn, zou deopwaartse kracht op een volledig in hetbeton ondergedompeld EPS-blok gelijkzijn aan 750 kg. Het beton mocht dusniet te vloeibaar zijn. Anderzijds is voorde zone onder de EPS-blokken juistbeton met wel een hoge vloeibaarheidnodig om deze dunne laag goed aan tekunnen brengen en zo te kunnen ver-zekeren dat overal beton aanwezig zouzijn tussen de instortvoorzieningenover de volledige oppervlakte van deEPS-blokken.Om tegemoet te komen aan deze tweetegengestelde eisen werd samen metde betontechnologen besloten de stortuit te voeren in twee fasen: een eerstefase met een voldoende vloeibaarmengsel (C 35/45, consistentieklasseS5, o.b.v. 22 mm kalksteen en CEMIII/A 42,5 N LA), en een tweede fasemet een steviger mengsel (C 35/45consistentieklasse S3, o.b.v. 22 mmkalksteen en CEM III/A 42,5 N LA).Vooral het laatste mengsel moestuiterst voorzichtig worden aan-gebracht.De mengsels werden uiteraard opelkaar afgestemd om zo de hechtingtussen de twee lagen te kunnen garan-deren. Deze werkwijze leverde eengoed resultaat op.Naspanning en wapeningDe benodigde naspanning in de vloerenis aangebracht in de balkenstructuur diedoor aanwezigheid van de EPS-blokkenin de vloer is gevormd. Het ging omnaspanstrengen van 150 mm2 (diameter15,7 mm; type 1860 MPa) met eenvoorspankracht van 220 kN. Dit bete-kent dat op elke streng 1470 N/mm2is aangebracht. Door deze spanningwerden de 36 m lange strengen metcirca 250 mm verlengd.4Vloer met gewichts-besparende EPS-blok-ken, naspanstrengenen bijlegwapening5Plattegrond met naspanstrengen met aanduidinghoogteposities; grote hoeveelheden strengen overde kernwanden sloten een uitvoeringsmethodemet klimbekisting uit6 VAKBLAD I 1 2016De hoogtepositie van de strengenbepaalde in grote mate de draagcapa-citeit van de vloeren en luisterde zeernauw (fig. 5, 6). Nabij de verankerings-punten zijn de strengen in verschil-lende lagen aangebracht om zo dekrachten op het beton beter ondercontrole te kunnen houden.De plaatsing van de strengen moestuiterst zorgvuldig gebeuren. De uit-voeringstolerantie bedroeg slechts +/-5 mm. Dit is veel nauwkeuriger dan devlechters zijn gewend voor wapenings-staal. Om deze beperkte tolerantie tekunnen realiseren, werd bij de uitvoe-ring gekozen voor op maat gemaaktebeugels van wapeningsstaal metgelaste tussensteunen die boven ophet ondernet werden geplaatst (foto 7).Na enige lokale bijsturing leverde diteen prima resultaat op in termen vankosten, planning en kwaliteit.Bij de vloerranden werden voor dekabels van de actieve ankers in de rand-bekisting houten platen opgenomenmet voorgeboorde gaten waar deankerschoenen op konden wordenvoorgemonteerd. Hierdoor kon eenzeer nauwkeurige positie wordengegarandeerd. Op foto 8 is te zien datdeze platen in combinatie met tempexzijn aangebracht. Hierdoor ontstondruimte die met cementmortel is opge-vuld nadat de strengen waren nage-spannen en afgeslepen.Geen klimbekistingTer plaatse van de opleggingen van devloeren op de wanden van de kern6Ligging voorspanning (hoogteprofielen)7Uitvoering van strengen volgensopgegeven hoogteprofiel op beugelsvan wapeningsstaalmoesten de strengen over de wandenheen worden gelegd (fig. 5). Wanneerde strengen om de kern zouden wordengeleid, zou dit tot te grote spanningenhebben geleid met scheurvorming bijde oplegging van de vloeren tot gevolg.Door de eis van de grote hoeveelheiddoorlopende strengen werd het on-mogelijk om de kernwanden met eenklimbekistingssysteem uit te voeren enin de planning vooruit te laten lopen.Traditionele wapeningNaast de EPS-blokken en de naspan-strengen (10 ton per verdieping) is ookeen grote hoeveelheid traditionelewapening aangebracht: een boven- eneen ondernet (14 ton per verdieping)en daarnaast nog veel bijlegwapening(21 ton per verdieping) (foto 9). Dezewapening was nodig om de scheurvor-ming ter plaatse van de stijve puntenvan de oplegging onder controle tehouden, alsook voor de verbindingtussen de twee kernen.Uiteindelijk werd de dikte van devloeren verhoogd met 30 mm (devloerdikte werd dus 530 mm) om allewapening te kunnen aanbrengen. Hier-bij is ook rekening gehouden met detoleranties op de na-spanstrengen ende vereiste betondekking.InstallatiesBij het concept voor de technischeinstallaties is uitgegaan van thermischebetonactivering (foto 10). Hierbij wordtde betonnen massa ? door er leidingenin op te nemen ? geactiveerd bij hetkoelen of verwarmen van de ruimte.8Voorspanstrengen aan de vloerrandmet een bekistingsplaat met voorge-boorde sparingen en met geprefabri-ceerde splijtwapeningskorf7VAKBLAD I 1 2016Aangezien er in dit geval geen verlaagdplafond meer kan worden aangebracht,moeten alle elektrische installaties inhet plafond (verlichting, branddetectie)perfect op maat worden ingestort tijdensde ruwbouwfase.De andere installaties, zoals de lucht-aanvoerleidingen, konden in eenverhoogde vloer worden aangebracht.Om een aantal kruisingen tussen deverschillende installaties op te kunnenlossen in de beperkte ruimte van dezeverhoogde vloer (150 mm), moest eendeel van die luchtaanvoerleidingen ookworden ingestort.OndersteuningenZoals bekend bezit een nagespannenvloer zijn volledige capaciteit pas nadatde naspanning is aangebracht. Voordatdie naspanning kan worden aange-bracht, moet de vloer een minimalesterkte bezitten. Bij de IMEC-torenbedroeg dat 28 MPa, of circa 80% vande sterkte op 28 dagen (beton C35/45),zo bleek uit constructieberekeningen.Tot dat moment kon de ondersteunings-constructie onder de vloeren niet wor-den verwijderd. Om dat moment tebepalen, is de sterkteontwikkelinggemonitord met behulp van het Con-cremote-concept dat werkt volgenshet principe van rijpheidsmetingen. Inpraktijk bleek het beton de benodigdesterkte sneller te halen dan de voorop-gestelde zeven dagen.Bij de IMEC-toren is de (stort)belastingnaar minimaal drie onderliggende uit-kragende vloeren doorgestempeld. Hetstorten van een volgende vloer kon pasgebeuren nadat de voorgaande laagvolledig zelfdragend was, anders zouook de belasting uit die vloer moetenworden afgedragen naar onderliggendelagen (fig. 11).KruipvervormingenEen belangrijk aspect van een nage-spannen vloer zijn de vervormingen tengevolge van kruip in het beton. Doordeze kruip zal de initi?le vervormingmet een factor 3 tot 4 toenemen. Alsgevolg van de enorme spanningen bijhet aanbrengen van de naspanning ? ophet moment dat de uiteindelijke belastingvan gevel, installaties en binnenafwerkingnog niet volledig aanwezig is en de vloernog is ondersteund ? komen vooral dehoeken van de vloer omhoog. Zonderbijkomende maatregelen zou deze ver-vorming n?g eens toenemen met eenfactor 3. Dit zou hebben geleid tot eenbeperking van de uitvoeringstolerantiesin de al zeer krappe ruimte onder deverhoogde vloeren. Bovendien zou dithebben geleid tot schade aan de vlies-gevel die aan de vloerranden zou wor-den bevestigd.Met betrekking tot deze vliesgevel zijngedurende het ontwerpproces duidelijkelimieten afgesproken: na aanbrengenvan de gevel mocht de vervorming nietleiden tot een bijkomende vervorminglangs de vloerrand die groter zou zijndan 2 mm per strekkende meter of tot9Traditionele wapeningbij de hoeken van dekernen10Leidingen voorthermische beton-activering in de vloerens + 14ds + 28ds + 42dstort ss + 56dstrengen over de wandenBouwmethode vloeren ? stort vloer + ns + 14d + 3 ? 7s + 28d + 3 ? 7s + 42d + 3 ? 7s + 3 ? 7dwandenvloer eerst uithardens + 56d + 3 ? 7Bouwmethode vloeren ? stort wanden + ns + 14d + 7 ? 10s + 7 ? 10dvloer eerst uithardenBouwmethode vloeren ? bekisting vloer + n + 1s + 14d + 7 ? 10s + 7 ? 10dnaspannen (1 ? 2 dagen)vereiste: beton = 28 MPa (C35/45)hoeken ca 1cmBouwmethode vloeren ? naspannenvloer + nstort + (n + 1)s + 14ds + 28dstort sBouwmethode vloeren ? stort vloer + n + 111Doorstempeling vande vloeren8 VAKBLAD I 1 2016een verticaal verplaatsingsverschil van+/-15 mm, gemeten over de gehelevloerrand. Bovendien werd door deconstructeur besloten de vloerplatenna de initi?le kruipfase van circa viermaanden, onderling te verbinden metstalen T-profielen om zo de eventuelebewegingsverschillen tussen bovenelkaar liggende vloerplaten ondercontrole te houden. Aan de bovenzijdevan deze T-profielen zijn samendruk-bare neopreen opleggingen voorzienom eventuele temperatuureffecten tekunnen opvangen.TegenbelastingOm de vervormingen van de vloerenten gevolge van kruip onder controle tekunnen houden, was een tegenbelas-ting nodig. In eerste instantie, ondermeer vanwege praktische redenen, isgebruikgemaakt van het gewicht vande bovenliggende, doorgestempeldevloeren. Voor andere praktische oplos-singen stonden de doorstempelingenimmers in de weg. Vanaf het momentdat die belasting werd verwijderd, wer-den tijdelijke belastingen aangebrachtmet vijftien watervaten van 1 m3 opelke hoek van de vloerplaat, om zo deelastische vervorming en de kruip tereduceren (foto 12). Deze watertonnenwerden gevuld met bemalingswater enmoesten aanwezig blijven totdat degevelbelasting aanwezig was.Monitoring optredende vervormingenDe werkelijk optredende vervormingenwerden op de bouwplaats gemonitord.Zo werd bij de hoeken van de vloeren,na aanbrengen van de naspanning, eenopwaartse vervorming van 15 mmgemeten. Ook bewogen de meetpun-ten door samendrukking en kruip naarelkaar toe. Dit werd echter opgevan-gen binnen de uitvoeringstoleranties.Aangezien alle gemeten vervormingenlager zijn uitgevallen dan de voorspeldewaarden, kan ervan worden uitgegaandat er ook op lange termijn geen pro-blemen zijn te verwachten.Realisatie uitkraging kernTer plaatse van de uitkraging van dekern vanaf de zesde verdieping is in dekernwand op elke verdieping een grotedeursparing aanwezig. Om de uitkra-ging van totaal 13 m (kern en vloer) ?die vastzit ter plaatse van deze verzwak-kingen ? te kunnen realiseren, was eenzeer speciale uitvoeringsmethode nodig.In het oorspronkelijk rekenmodel iservan uitgegaan dat het gewicht vanalle tien verdiepingen ophangt aan detien lateien boven de deuren. Hierbijzou een ondersteuningsconstructienodig zijn die de gehele bovenliggendeconstructie kon dragen (fig. 13a).Dat was niet realiseerbaar.Wanneer een klassieke ondersteunings-constructie zou worden voorzien diena elke verdieping wordt `geschrokken',draagt deze constructie weliswaarmaximaal ??n verdieping, maar wordtmet name de onderste latei overbelast(fig. 13b). Immers bij elke nieuweverdieping zal de belasting uit dezeverdieping evenredig worden verdeeldover alle aanwezige lateien.Bij de IMEC-toren is ervoor gekozeneen drie verdiepingen hoge, stijveconsole te realiseren die vasthangt aande kernen. Deze console is berekendom het gewicht van de gehele boven-liggende constructie tot de bovensteverdieping te kunnen dragen. Om vol-doende stijfheid en dwarskrachtcapaci-teit te kunnen realiseren, zijn de wandenin eerste instantie uitgevoerd zonder dedeursparingen. Deze werden achterafingezaagd nadat de gehele ruwbouw-constructie tot de bovenste verdiepings + 14ds + 28ds + 42dstort ss + 56dstrengen over de wandenBouwmethode vloeren ? stort vloer + ns + 14d + 3 ? 7s + 28d + 3 ? 7s + 42d + 3 ? 7s + 3 ? 7dwandenvloer eerst uithardens + 56d + 3 ? 7Bouwmethode vloeren ? stort wanden + ns + 14d + 7 ? 10s + 28d + 7 ? 10s + 42d + 7 ? 10s + 7 ? 10ds + 56d + 7 ? 10vloer eerst uithardenBouwmethode vloeren ? bekisting vloer + n + 1s + 14d + 7 ? 10s + 28d + 7 ? 10s + 42d + 7 ? 10s + 7 ? 10dnaspannen (1 ? 2 dagen)vereiste: beton = 28 MPa (C35/45)s + 56d + 7 ? 10hoeken ca 1cmBouwmethode vloeren ? naspannenvloer + nstort + (n + 1)s + 14ds + 28ds + 42dstort ss + 56dBouwmethode vloeren ? stort vloer + n + 112Om de opwaartsevervormingen te beper-ken, zijn watervatenaangebracht9VAKBLAD I 1 2016Projectgegevensproject IMEC-torenopdrachtgever IMEC vzwhoofdaannemer THV BESIX-Vanhoutleverancier betonmortel Inter-Betonmonitoren beton BAS Research & Technologynaspanning DSI Dywidag SystemsInternational Belgi? NVondersteuningen envloerbekisting Safe Belgium bvbabekisting Erbud International Sp?lka z o.o.wapening Staalbeton NVarchitect THV Osar Architects? BE Baumschlager Eberleconstructief ontwerp Ingenieursbureau Jan Van Aelstbvba in samenwerking metGamaco Ing?nieurs-Conseilswas afgewerkt. Bij deze oplossing is eenondersteuningsconstructie ingezet diehet gewicht van al die consoleverdie-pingen kon dragen (fig. 13c).PlanningZoals eerder gezegd konden de kern-wanden niet vooruitlopen op de vloeren.De uitvoering van zowel vloeren als wan-den bleef daardoor op het kritische padliggen van de ruwbouwplanning. Mededoor de grote hoeveelheid in te stortenonderdelen en de aanwezigheid van nas-panning lag er een enorme druk op metname de vloeren. Door een uitgekiendefasering en door een uitbreiding van dewerktijden, kon de uitvoeringstijd vaneen cyclus van wanden en vloeren wor-den teruggebracht naar twee weken.Door de niet-aflatende inzet van hetgehele uitvoeringsteam kon het hoogstepunt van de toren naar ieders tevreden-heid worden bereikt binnen negentienmaanden na ontvangst van de opdracht,inclusief de uitvoering van de onder-grondse parkeergarage van vier lagen enhet dikke funderingsmassief van detoren. Het meest indrukwekkend wasechter de uitdagende ruwbouwcon-structie met uitkragende vloeren en kern? die ver vanuit de omgeving kon wor-den aanschouwd ? voordat deze werdverborgen achter de vliesgevel.14IMEC-toren in Leuvenis een strak architec-turaal baken aan dezuidelijke rand vande stad Leuvena Benaderingvan rekenmodel+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15Per latei belasting uit ??nverdieping (G). Capaciteitondersteuning (weggehaaldna afwerken laatsteverdieping): 10 x GGGGGGGGGGG10 x G+6+7G1 x G+6+7+8G + G/2G/21 x G+6+7+8+9G/3G + G/2 + G/3G/2 + G/31 x G+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15< G< G< G< G< G< G< G3 x Gb Uitvoering zonder maatregelenNa elke verdieping per latei eenoplopende belasting (>> G).Capaciteit ondersteuning (schrikkenna afwerken elke verdieping): 1 x Gc Keuze IMEC-toren:tijdelijke massieve consolevan drie verdiepingenconsole3G+7G13Oplossing voor deondersteuning vande uitkragende kern10 VAKBLAD I 1 2016