Article (dutch) about a office building with a chainline shape in shotcrete. Spuitbeton kantoor in dubbel gekromde kettinglijn vorm met een betonballon bekisting.

1. 1
Kantoorgebouw voor firma Mettler in Schijndel
gebouwd met BetonBallon-Concept
Hoogtepunt in
schalenbouw
2 2012 Hoogtepunt in schalenbouw

2. prof.ir. Frans van Herwijnen, 1 De toepassing van het BetonBallon-Concept voor een kantoor in Schijndel is
ing. Ab van den Bos het hoogtepunt in de schalenbouw
2 Centrale troonzaal in Ctesiphon (Irak)
ABT bv 3 Hangmodel Antoni Gaudì
De constructieve voordelen van schaalconstructies
worden al eeuwenlang onderkend. Maar in de
uitvoering kennen dergelijke constructies de nodige
uitdagingen. Het is zaak een optimum te vinden in de
drie-eenheid architectuur – constructie – uitvoering.
Dit optimum komt goed tot zijn recht in het
kantoorgebouw van Mettler in Schijndel, een
voorlopig hoogtepunt in de geschiedenis van de
schalenbouw. Het project is uitgevoerd volgens
het BetonBallon-Concept (BB-Con), waarbij de
schaalconstructie is gerealiseerd door het spuiten
van beton op een voorgevormde ballon.
2
Geschiedenis schalen
Op druk belaste constructies als bogen, gewelven en schalen
behoren tot de meest stabiele in de geschiedenis van het
construeren. Bij ruïnes uit de klassieke oudheid zien we dat de
bogen en gewelven vaak nog overeind staan, terwijl de rest van
de constructie is bezweken door natuur- of oorlogsgeweld. Het
mooiste voorbeeld is ongetwijfeld de bolkoepel van het
Pantheon in Rome (diameter 43,4 m), daterend uit 125 na Chr.,
die nog steeds in haar oorspronkelijke vorm is te bewonderen.
Ook het gewelf van de centrale troonzaal van het Sassanidische
paleis in Ctesiphon (Irak), daterend uit de derde eeuw na Chr.,
staat nog steeds overeind (foto 2). Het bijzondere van dit gewelf
(overspanning 24 m) is dat de vorm van de doorsnede de
kettinglijn benadert. Een ander opvallend aspect van dit gewelf
is dat de dikte van het gewelf sterk afneemt van de geboorte
(voet) naar de top. Dit heeft te maken met de wijze van
bouwen, waarbij zoveel mogelijk gebruik is gemaakt van de
vrije uitbouwwijze. Dat wil zeggen: zonder gebruik van hulp-
constructies zoals houten formelen (boogvormige schoorcon-
structies), net als overigens bij de bouw van het Pantheon [1].
Druklijn
Bij gekromde, op druk belaste steenconstructies is het zaak de
druklijn (dit is de lijn die de naar beneden lopende druk­
krachten ten gevolge van de permanente belasting volgt) zoveel
mogelijk te laten samenvallen met de hartlijn (dit is de verbin-
dingslijn van de zwaartepunten van de doorsneden van de
constructie). Hierdoor wordt buiging (combinatie van trek en
druk) vermeden en treden er alleen drukkrachten op ten
gevolge van de permanente belasting. Dit is gunstig voor
s
­ teenachtige materialen, die een beperkte treksterkte hebben
(ca. 10% van hun druksterkte). 3
Hoogtepunt in schalenbouw 2012 3

3. 4
5 6
Kettinglijn trekkrachten in drukkrachten. Galileo Galileï was van
Bij een constante belasting over de lengte van de boog hoort mening dat de kettinglijn een parabool was. Pas honderd jaar
een bijzondere vorm van de druklijn: de kettinglijn. Deze later (medio zeventiende eeuw) werd door wiskundigen de
naam is ontleend aan de vorm die een ketting aanneemt werkelijke formule van de kettinglijn afgeleid: een zoge-
wanneer deze aan de uiteinden wordt opgehangen. Door de noemde cosinus hyperbolicus.
zwaartekracht ontstaan in een ketting trekkrachten tussen de
schakels. Wordt de hangende ketting in gedachte omgekeerd
tot een staande boog met dezelfde vorm, dan wijzigen de
4 2012 Hoogtepunt in schalenbouw

4. 4 Crematorium Kakamigahara 6 Houten bekisting voor de ingang van de 7 De schalen rusten op een vierkant
5 Houten bekisting voor de Zementhalle te fietsenkelder op het 18 septemberplein te grondvlak (11 x 11 m2)
Zürich, ontworpen door Robert Maillart, uit Eindhoven, ontworpen door Massimiliano 8 Door de steile kettinglijn is veel
1940 Fuksas, uit 2009 oppervlak bruikbaar
Gaudì ontstond. Door omkering na opstijven van het gips verkreeg
Tot het begin van de twintigste eeuw werden gewelven en schalen hij een op druk belast schaalmodel.
vooral van steen gemaakt. Eén van de pioniers van de gewelven- Bij al deze voorbeelden zien we een sterke relatie tussen vorm
bouw, de Spaanse architect Antoni Gaudì, bepaalde de vorm en en krachtswerking. Echter, de uitvoering blijft traditioneel.
krachtswerking van zijn gewelven door te werken met hangmo-
dellen van kettingen en gewichten. De gewichten representeerden
het eigen gewicht van de gewelfdelen. Door de hangmodellen om Moderne schalen
te keren vond hij de optimale vorm: ­ emetselde gewelven waarin
g Moderne schalen laten een steeds vrijere vorm zien. Met
door permanente belasting alleen maar drukkrachten optreden behulp van de computer wordt de schaalvorm bepaald, waarna
(foto 3). In al zijn gewelven zijn de kettinglijnen duidelijk te de krachtswerking met de eindige-elementenmethode kan
herkennen. De architectonische vormen in de werken van Gaudì worden berekend. Het dak van het crematorium in Kakami­
zijn dus experimenteel bepaald. De krachtswerking wordt gedo- gahara (architect Toyo Ito) is daar een sprekend voorbeeld van
mineerd door drukkrachten en de uitvoeringswijze was traditio- (foto 4). De maakbaarheid van deze schalen wordt steeds
neel: metselen op bekistingen. gecompliceerder.
Wat we aan deze voorbeelden zien is dat de drie-eenheid
Voorbeelden a
­ rchitectuur – constructie – uitvoering niet in onderlinge
Bij het ontwerpen van betonnen schalen gaat het steeds over samenhang wordt beschouwd. Met name de uitvoering blijft
de relatie tussen architectuur (vorm, schaaldikte), constructie achter op de ontwikkelingen op het gebied van vormgeving en
(krachtswerking) en uitvoering (bekisting, wapening). Op berekening van schalen met de computer.
verschillende wijzen is daar sinds 1940 mee omgegaan. Vergelijken we de uitvoeringswijze van de Zementhalle uit
Robert Maillart koos als doorsnedevorm van de schaal van de 1940 (foto 5) met de recente, qua vorm vergelijkbare betonnen
Zementhalle in Zürich een parabool, omdat hij daardoor op schaal van de fietskelder in het centrum van Eindhoven door
analytische wijze de krachtswerking in de schaal kon bereke- architect Maximiliano Fuksas (foto 6), dan zien we in de
nen. tussenliggende periode van 70 jaar geen enkele ontwikkeling in
Felix Candela koos voor diverse projecten voor hyperbolische de bekistingstechniek.
paraboloïden als schaalvorm om dezelfde reden.
Heinz Isler bepaalde de vorm van zijn betonschalen met
hangmodellen. Hierbij maakte hij gebruik van in vloeibaar
gips gedrenkte doeken. Deze hing hij vervolgens op de hoek-
punten op, waarna door de zwaartekracht de schaalvorm
K1 K2
winkel 11 000
750 500
13 900+
K1
3794
9900+
11 000
12 000
9500
ontvangst
2700
en balie
winkel
6800+
2700
500 750
K2 3700+
500 750 3515 2470 3515 750 500
12 000
3300
11 000
4835 peil
KA KB 7 8
Hoogtepunt in schalenbouw 2012 5

5. 9 Kettinglijn
10 Bekisting van de dakschaal
11 puiten van het prototype van de BetonBallon
S
foto: Rob van Hove
BetonBallon-Concept
Een recent voorbeeld van een schaalconstructie is de nieuwbouw
van het kantoor van het autodemontage- en bergingsbedrijf
Mettler in Schijndel. Hier is gekozen de constructie uit te voeren
met het zogenoemde BetonBallon-Concept (of BB-Con). Een
BetonBallon wordt gebruikt als tijdelijke bekisting waarop groten-
deels ongewapend spuitbeton is aangebracht. Met dit systeem
wordt tegemoet gekomen aan de wensen van een vrije vorm, het
terugdringen van het gebruik van primaire grondstoffen en het
verlagen van de bouwkosten. Met het concept wordt de drie-
eenheid architectuur – constructie – uitvoering eindelijk bereikt.
Het project is om deze reden een hoogtepunt in de ontwikkeling
van de schalenbouw.
Meer dan vier jaar geleden werd een prototype neergezet op de
campus van de TU Eindhoven. Voor een ongewapende betonnen
schil houdt het prototype zich tot op heden zeer goed. Afgezien
van enkele zettings- en krimpscheuren, die al tijdens de bouw en
vlak daarna zijn opgetreden, is er daarna geen nieuwe scheurvor-
ming bijgekomen. Ook worden de bestaande scheuren niet wijder.
Na de geslaagde proef lag de weg open voor een eerste
commerciële toepassing, in Schijndel.
Voor het project is gekozen voor een vierkant grondvlak
(fig. 7), dat inwendig circa 11 x 11 m bedraagt. Het dakvlak
9
vormt een schaal, gebaseerd op de kettinglijn. Op het begane-
grondniveau is de ontvangstbalie en de winkelruimte gelegen.
10
6 2012 Hoogtepunt in schalenbouw

6. ● projectgegevens
project kantoor Mettler bv, Schijndel
architect Rob van Hove i.s.m. Lex Kuin
concept BetonBallon-concept (of BB-Con)
constructeur ABT bv
aannemer BB-Con bv
● Literatuur
1 erwijnen, F. van, Constructief ontwerpen: Van
H
Pantheon tot Millenniumdome. Intreerede,
Technische Universiteit Eindhoven, januari 1999.
2 erwijnen, F. van, Bos, A. van den Hove, R. van,
H
Gewelven met BetonBallon. Cement 2009/4.
11
Via het trappenhuis worden de verdiepingen ontsloten en door Uitvoering
een opengewerkte zijgevel wordt een aansluiting gecreëerd met De steile vorm van de schaal heeft niet alleen voor de indeling
de achterliggende bedrijfshal. van het gebouw voordelen, ook de uitvoering is hierdoor
In totaal zijn er vier verdiepingen gemaakt. Deze verdiepingen eenvoudiger. Zo kunnen de onderste verdiepingen in min of
houden in de basis hetzelfde grondvlak. Door de gewelven op meer traditionele bekisting worden uitgevoerd. De onderste
de hoeken wordt de effectieve ruimte per verdieping kleiner. twee wanden zijn nagenoeg vlak. Alleen voor het bovenste deel
Doordat een heel steile kettinglijn is gehanteerd, ontstaan (de dakschaal) is de BetonBallon als bekisting ingezet. Deze
echter zo weinig mogelijk onbruikbare ruimten (fig. 8 en 9). BetonBallon is een pneumatisch en mechanisch gespannen
membraan. Hij kan opnieuw worden ingezet voor schalen met
dezelfde vorm.
Constructie
Door de vorm van de schalen te baseren op een kettinglijn, Op foto 10 is de bekisting van de dakschaal zichtbaar. De dikte
ontstaan door eigen gewicht zuivere drukkrachten. Alleen door van de betonschaal wordt aangegeven door een op dikte
wind- en temperatuurbelastingen kunnen er lokaal buigende geschaafde koplat. De wapening die zichtbaar is, is bedoeld
momenten en trekspanningen optreden in de schaal. Dit bete- voor de koppeling met de verdiepingsvloer. Deze verbinding is
kent dat kan worden volstaan met een relatief dunne construc- vooraf in het laboratorium van de TU Eindhoven beproefd [2].
tie en beperkte wapening, namelijk alleen daar waar nood­
zakelijk. Het werken met dubbelgekromde wapeningsnetten Doordat het beton door spuiten wordt aangebracht, wordt sterk
wordt voorkomen; een belangrijk voordeel bij de uitvoering. bespaard op arbeid op de bouwplaats. Om een zo goed moge-
lijke uitvoering van de dakschaal mogelijk te maken, is ervoor
De eerste twee betonnen verdiepingsvloeren hebben een gekozen de onderste verdiepingen ook met spuitbeton uit te
o
­ verspanning van circa 10 m, respectievelijk 8 m, en zijn punt­ voeren. Op die manier kan na optimalisatie van het mengsel de
vormig ondersteund op de hoeken door een verbinding met de uitvoering beginnen met deze relatief eenvoudige, rechte
gespoten schaal. Door middel van gewichtsbesparende elemen- vlakken.
ten kon de vloerdikte worden beperkt tot 290 mm met relatief
lichte wapening. De derde verdiepingsvloer met een overspan- In de uitvoering is gekozen voor een droge mortelmix op de
ning van 6 m kon in 200 mm dik beton worden uitgevoerd. bouwplaats die ter plekke met de vezels en het aanmaakwater
wordt gespoten. Het was zoeken naar de juiste samenstelling
Vezelgewapend beton is ingezet. Hiermee kunnen kleine trek- die voldoende colloïdaal beton oplevert en ook voldoende aan
spanningen ten gevolge van verhinderde krimp, temperatuur- de bekisting blijft hangen. Uiteindelijk is de dikte van de schaal
vervormingen en eventuele asymmetrische belasting worden in meer lagen nat in nat opgezet tot de uiteindelijke dikte. Door
opgenomen. op de bekistingsballon een zeer dunne laag voor te spuiten met
polypropyleenvezels is voorkomen dat de staalvezels met hun
De stabiliteitsvoorziening wordt volledig uit de boogconstruc- impact de ballon zouden penetreren (foto 11). ☒
tie gehaald. Het trappenhuis levert geen stabiliteit en is
aan­ endelend geplaatst.
p
Hoogtepunt in schalenbouw 2012 7

7. ABT
Ab van den Bos
www.vloerenadvies.eu
www.abt.eu
http://nl.linkedin.com/in/abvandenbos
Copyright use only permitted with indication of the source – “Abvandenbos ABT” Datum