auteur Sjors Tullemans BAM Materieel Uitgekiende bekistingsoplossing voor Depot Boijmans Van Beuningen De cirkel is rond Een bijzonder gebouw vraagt om een bijzondere bekistingsoplossing. Dat geldt zeker voor Depot Boijmans Van Beuningen. Voor de dubbelge- kromde gevel, uitgevoerd in ter plaatse gestort beton, bedacht BAM Materieel een uitgekiend bekistingsconcept (foto 2). Met als bijkomstigheid een knap staaltje rekentechniek. N aast het museum Boijmans Van Beuningen, in het Museumpark in Rotterdam, verrijst het Depot Boijmans Van Beuningen. Het is het eerste open- baar toegankelijke depot ter wereld en herbergt een complete collectie kunst- objecten. Het gebouw heeft een opper- vlak van 40.000 m 2 en kent een ronde plattegrond die naar boven in omvang toeneemt. De diameter aan de onder- zijde is 40 m en aan de bovenzijde 60 m. Het gebouw telt zes verdiepin- gen en is 39 m hoog. De betonnen gevel wordt bekleed met spiegelglas, waardoor het gebouw minder opvalt en er van buitenaf een 1 Bekisting voor de ronde gevel van het Depot Boijmans Van Beuningen 24 VAKBLAD I 3 2018 PROJECTGEGEVENS Project Depot Boijmans Van Beuningen Opdrachtgever Gemeente Rotterdam, Museum Boijmans Van Beuningen, Stichting de Verre Bergen Aannemer BAM Bouw en Techniek Bekisting BAM Materieel Leverancier betonmortel Cementbouw Architect MVRDV Constructeur IMd Raadgevende Ingenieurs P24_Boijmans van Beuningen.indd 24 08-10-18 13:29 mooi beeld ontstaat van wat er zich allemaal afspeelt in het park (fig. 3). Op het dak bevindt zich een beelden- tuin en een dakopbouw met restaurant en technische ruimten. Gevel Door de variërende diameter ontstaat een dubbelgekromde gevel. De gevel van de onderste twee verdiepingen (2 × 6 m hoog) is in het werk gestort. Die van de vier lagen erboven is uitge- voerd in prefab beton (fig. 4). Er is overwogen ook de onderste verdiepin- gen in prefab beton uit te voeren om zo tijdwinst te kunnen boeken, maar constructief bleek dat niet haalbaar. De gevel rust op een zware ringvor- mige fundering op schroefpalen. De wanddikte van het in het werk gestorte deel van de gevel varieert van 450/500 mm op de begane grond tot 350 mm op de eerste verdieping. De gevel is in twee delen gestort; eerst de onderste en vervolgens de tweede bouwlaag. Ook hier is eerst een andere oplossing overwogen: voor de bouw- snelheid had het aanvankelijk de voor- keur de wand van 12 m hoog in één keer te storten. Maar dat bleek niet haalbaar. Het zou leiden tot een zeer complexe aansluiting met de eersteverdiepings- vloer. Die vloer heeft bovendien een functie in de stabiliteit van de gevel en moest dus aanwezig zijn nog voordat de gevel op de eerste verdieping zou wor- den gestort. Tot slot zou ook de stortbe- lasting op de hulpconstructie bij het in een keer storten wel erg groot worden. Bekisting Voor de bekisting hebben diverse vari- anten de revue gepasseerd. Twee oplossingen van externe bekistingsle- veranciers gingen uit van een rechte, gesegmenteerde achterconstructie voor de bekisting (fig. 5a en 5b). Uit- 2 Schaaldelen met vakwerkconstructie 3 Artist impression van Depot Boijmans Van Beuningen 4 De gevel van de onderste twee lagen is ter plaatste gestort en daarboven uitge- voerd in prefab beton 5b Oplossing met bekisting in meer- dere hoeken 5a Oplossing met rechte bekisting 25 VAKBLAD I 3 2018 P24_Boijmans van Beuningen.indd 25 08-10-18 13:29 eindelijk is door BAM Materieel een eigen variant ontwikkeld (fig. 6). De aangeboden oplossingen bleken namelijk te moeilijk uitvoerbaar. Bovendien zouden ze te veel ruimte in beslag nemen. De variant van BAM Materieel volgt de dubbelgekromde contouren volledig. Bijkomend voor- deel van deze oplossing was dat een regelmatig centerpenpatroon eenvou- diger was te realiseren, doordat de centerpennen overal haaks op de gevel stonden.De bekisting voor de eerste bouwlaag is opgedeeld in 64 segmenten (schaalde- len). Deze segmenten kwamen min of meer toevalligerwijs exact overeen met de stramienen in het ontwerp. Voor elk segment is voor de buitenkist (stelkist) een afzonderlijk bekistingselement toe- gepast. 64 elementen dus, die slechts eenmaal zijn ingezet. Ze moesten immers blijven staan, onder meer om de belasting uit de vloer en de schaal van de tweede verdieping op te kun- nen nemen. Voor de binnenkist (sluitkist) op de eer- ste verdieping zijn twee keer 16 ele- menten toegepast: 16 voor het deel van de wand van 500 mm dik en 16 voor het deel met wanddikte 450 mm. Deze elementen zijn dus elk tweemaal gebruikt. De wanden zijn in vier kwarten gestort. Voor de wanden op de tweede laag zijn ook 64 stelkisten toegepast. Voor de sluitkist zijn hier 16 elementen gebruikt, die allemaal dus vier keer zijn ingezet. Opbouw elementen De bekistingselementen zijn zoals gezegd dubbelgekromd en lopen naar boven toe iets taps uit. Er zijn speciale elementen voor ontwikkeld. Uitgangs- punten waren: de mogelijkheid tot assemblage op de bouwplaats, beper- king materiaal, beperking gewicht, hijs- baarheid, voldoende draagkracht, mogelijkheid tot bevestiging aan de fundering, mogelijkheid tot koppeling met de vloer en de bekisting erboven en tot slot zo min mogelijk ruimtebeslag.Alle elementen zijn op dezelfde manier opgebouwd. Belangrijkste onderdeel zijn twee verticale, stalen, gekromde spantbenen. Voor deze spantbenen is een speciaal samengesteld profiel ont- wikkeld. Dit profiel heeft twee lijven, waartussen de centering kon worden aangebracht. De bovenflens loopt iets breder uit dan de onderflens, waardoor er ruimte was de bekisting op de spant- benen te bevestigen (fig. 7). Dwars op de spantbenen bevinden zich schenkels die de gekromde vorm van de wand volgen (foto 8). Daartoe zijn ze exact op maat gefreesd. De schen- kels zijn in lengterichting verstevigd met baddinghout. Dwars op de schenkels zijn verzonken latjes (tengels) aangebracht om het betonplex op te kunnen bevestigen. Zo ontstond een constructie waarbij de spantbenen de verticale kromming volgde, de schenkels de horizontale en het betonplex de kromming in beide richtingen. Het betonplex had enige overmaat. Met behulp van een mal zijn ze exact op maat gezaagd. Dit luisterde bijzon- der nauw; zo speelde ook het type zaag een rol. De 64 elementen moesten goed op elkaar aansluiten. Dat was zeker bij de sluitkist belangrijk. Daar golden namelijk strenge eisen voor het betonoppervlak (schoonbeton CUR100, klasse B9). De naden moesten goed dicht zijn, temeer omdat een zelf- verdichtend betonmengsel is toege- past. Een dergelijk vloeibaar mengsel was nodig vanwege de vorm van de wand die mechanisch verdichten onmogelijk maakte. 6 Definitieve oplossing met gekromde bekisting F7 Opbouw sluitkist (binnenzijde) bekistingsplaat schenkel baddinghout spantbeen tengels 26 VAKBLAD I 3 2018 P24_Boijmans van Beuningen.indd 26 08-10-18 13:29 Om wisselingen tussen te platen tegen te gaan en om een dichting te creëren, is achter de elementnaden een latje bevestigd en zijn de naden afgekit. De passing was vooral bij het plaatsen van het laatste element spannend, maar het bleek precies te passen. De elementen zijn in de fabriek gemaakt en in zijn geheel naar de bouwplaats vervoerd. Belangrijk voor- deel was dat ze goed stapelbaar waren. De schaaldelen met de spantbenen zijn op de bouwplaats samengesteld tot een vakwerkconstructie, die deels uit standaard kokervormige profielen bestond, deels uit samengestelde u-profielen. Om de spantbenen aan de kokers te kunnen bevestigen, is er op de juiste posities in het spantbeen een sparing aangebracht, waarin de koker kon worden geschoven. Deze koker werd door middel van een pen beves- tigd. Dankzij deze oplossing bevond de knoop zich exact op de systeemlijn. Het staal dat voor de sparing in de flen- sen van de spantbenen moest worden weggelaten, is gecompenseerd door rond de sparing extra staal aan te bren- gen (fig. 9). Het snijden van de onder- delen voor het spantbeen gebeurde overigens volledig computergestuurd. Ondersteuning vakwerk Het vakwerk werd op drie posities ondersteund. De belangrijkste is de aansluiting aan de binnenzijde van de schaal, op de overgang van de funde- ring naar de vloer. Hier komen grote (spat)krachten vrij. Daarom moest die koppeling degelijk worden uitgevoerd. In het beton zijn ankers ingestort, waarop per element twee schoenen zijn bevestigd (een ter plaatse van elk spantbeen). Op die schoen is de bekis- ting vastgemaakt (fig. 10). Omdat op deze schoen ook het horizontale been van het vakwerk werd aangesloten, moest die heel nauwkeurig worden gemaatvoerd. Daarmee kon worden uitgegaan van 'gedwongen positione- ring'. De positie van het hele element hing ervan af. De constructie werd via Foto 8 Opbouw bekisting in fabriek met spantbeen schenkels en verstevi- gend baddinghout 9 Koppeling spantbeen met vakwerk pen spantbeen sparing spantbeen verbreding flens centering vakwerkstaaf 10 Aansluiting bekisting op fundering 27 VAKBLAD I 3 2018 P24_Boijmans van Beuningen.indd 27 08-10-18 13:29 stelbouten op de schoen bevestigd en de ruimte achter de schoen werd later aangegoten (foto 11). Ter plaatse van de twee andere steun- punten rustte het vakwerk door middel van een ontkistingsmechanisme (ont- kistingspot) op stelconplaten. De grond is op deze plaatsen verdicht. Om de krachten en de vervorming van de elementen te kunnen bepalen, is in de berekening uitgegaan van een aan- tal verschillende veerstijfheden van de ondergrond: van volledig star tot rede-lijk slap. Zo ontstond een beeld van de marges waarbinnen de vervorming van de ondersteuning zich zou bewegen. De constructie bleek uiteindelijk stijf genoeg en de vervorming bleef ruim binnen de marges. Vloer en tweede bouwlaag Toen de wand op de eerste bouwlaag voldoende was verhard en de binnen- kist was verwijderd, kon worden begonnen aan de vloer en de bekisting van de tweede laag. Omdat er enige vertraging in de planning van de vloer zat, is eerst de stelkist van de tweede bouwlaag aangebracht. Dit bleek con- structief haalbaar. De bekistingselementen voor de tweede laag zijn op een vergelijkbare manier opgebouwd als die voor de eerste laag. Alleen de ondersteuning was een stuk eenvoudiger. In plaats van een vakwerk- constructie bestond die uit een welis- waar zware maar wel enkele schoor. De koppeling van de bekisting en de schoor met de onderliggende bekis-tingsconstructie was wel weer een flinke puzzel. Er is een koppeling gemaakt waarmee het mogelijk was de bekisting onafhankelijk van de eerste schaal opnieuw te stellen, met juiste ronding en ongeacht de vervormingen van de eerste schaal (fig. 12). Vervolgens werd de vloer gestort. Deze is volledig uitgekist. De kromming van de schaal is dermate groot dat de vloer deels op die schaal moest worden afge- stempeld. Daarvoor zijn schoenen ter plaatse van de centeringen toegepast (fig. 13 en foto 14). Nadat de vloer was gestort, moest men de bekisting eerst laten schrikken om ervoor te zorgen dat de constructie zelfdragend werd en de belasting op de hulpconstructie werd gereduceerd. Dit is gerealiseerd met behulp van ont- kistingspotten onder aan het vakwerk. Berekening bekisting Belangrijk vertrekpunt in het bekistings- ontwerp was de positionering van de 11 Aansluiting bekisting op fundering via een schoen 12 Aansluiting wand- bekisting tweede bouwlaag op bekis- ting eerste bouw- laag 28 VAKBLAD I 3 2018 P24_Boijmans van Beuningen.indd 28 08-10-18 13:29 centerpennen. De exacte positie was niet voorgeschreven door de architect. Wel moest het een regelmatig patroon zijn. Op basis van ervaring is een patroon gekozen met in de hoogte om de 1,5 m een centering, verticaal gemeten. De bovenste centering bevond zich vlak boven de eerstever- diepingsvloer, de onderste helemaal onderin en drie ertussen. Overigens zorgde die posities af en toe wel voor de nodige clashes met de wapening, waardoor de positie op een aantal pun- ten moest worden gewijzigd. Gelukkig betrof dit geen cruciale punten in het zichtwerk. De bekistingsdruk was een belangrijk aspect in het ontwerp. Deze is zeer nauwkeurig berekend. Uitgangspunten daarbij vormden onder meer het con- sistentiegebied, het opstijfgedrag, de stortsnelheid en de beton- en omge- vingstemperatuur. Zolang het beton niet is verhard, oefent het een druk uit in alle richtingen, de zogenoemde hydrostatische druk. Bij een normale vloeistof neemt deze druk naar onder toe lineair toe. Dat geldt niet voor beton. Vanaf een bepaald punt blijft hij gelijk (fig. 15, zie ook artikel 'Bekis- tingsdruk berekend', Betoniek 2017/4). De bekisting is zeer gedetailleerd bere- kend met behulp van SCIA Engineer. Het vaststellen van de juiste belastin- gen was, vooral vanwege de dubbel- gekromde vorm van de bekisting, behoorlijk complex. De bekisting is in het model opgeknipt in delen van 0,5 m in de hoogte. Voor elk stuk is de hydrostatische druk lood- recht op de bekisting bepaald. Deze was afhankelijk van de helling van de bekisting, de diameter van de gevel en de effectieve lengte van het betref- fende deel. Daaruit volgde een q-last loodrecht op het vlak. Van beneden naar boven neemt die eerst toe vanwege de toenemende diameter, dan weer af omdat de druk afneemt (fig. 16). De druk is met een spread- sheet voor elk punt berekend. Naast de bekistingsdruk golden als 14 Ondersteunings- constructie vloer afgesteund op schoe- nen t.p.v. centeringen; afwijkende positie ter plaatse van kolommen 29 VAKBLAD I 3 2018 13 Ondersteunings- constructie vloer afge- steund op schoenen t.p.v. centeringen; reguliere positie P24_Boijmans van Beuningen.indd 29 08-10-18 13:29 belastingsgevallen ook het eigen gewicht van het beton (op de vakwerk- constructie), het gewicht van de bekis- ting (bekisting, spanten en vakwerk, vlonders) en de vloer, de windbelasting en de stortbelasting. Al met al waren er enorm veel belastingsgevallen, temeer omdat er ook rekening is gehouden met verschillende bouwfasen. Omdat er veel repetitie zat in de elementen was het aantal berekeningen alsnog te overzien. Voor de belasting door het beton is gerekend met een belastingsfactor � = 1,35, conform CC1. In het werk zijn de drukken gemeten, om zeker te weten dat er geen overschrijdingen plaatsvonden en om kennis te vergaren over het gedrag van dit specifieke mengsel bij deze vorm van bekisting. Uit deze metingen bleek dat de belas- ting op de centerpennen onder de toe- laatbare waarde van 150 kN bleef. Behalve het betonplex en de center- pennen zijn ook alle verbindingen bere- drukopbouw in de praktijk hydrostatische betondruk betonhoogte [m] Pmax bekistingsdruk P [kN/m 2] 15 Principe opbouw bekistingsdruk kend. Aan de vervormingen zijn extra zware eisen gesteld, in verband met de gewenste uitstraling van het schoon- beton (foto 17). Tot slot Samen vormen alle bekistingselemen- ten een prachtig symmetrisch geheel. Dan te bedenken dat het alleen maar om hulpconstructies gaat. Wel wordt het materiaal waar mogelijk herge- bruikt. Dat geldt bijvoorbeeld voor het staal uit de vakwerken. De spantbenen en het betonplex kunnen helaas niet opnieuw worden ingezet. BAM Bouw en Techniek is tot de tweede helft van 2019 bezig met de bouw van het Depot. Daarna moet het gebouw een halfjaar opdrogen zodat het klimaat in het gebouw optimaal is voor de kunst die erin komt. Als het eenmaal zover is, worden de kunstwer- ken naar het gebouw verhuisd. Depot Boijmans Van Beuningen opent naar verwachting in 2020. 16 Verloop bekistingsdruk 17 Binnenzijde van de gevel is schoonbeton 30 VAKBLAD I 3 2018 P24_Boijmans van Beuningen.indd 30 08-10-18 13:29