Volledig artikel in vakblad Cement - Abt

thema
Stadspodium op het Grote Kerkplein in Rotterdam
Een 30 m lang
cultureel dak
Het Stadspodium Rotterdam is een nieuw buitentheater
midden in de havenstad. Het is een echte blikvanger,
gelegen op het Grote Kerkplein voor de Laurenskerk. De
constructie oogt eenvoudig. Maar vanwege de eisen aan
slankheid en de hoge belastingen moest het 30 m lange
betonnen dak worden voorgespannen. De strenge eisen
aan het uiterlijk van het witte beton maakten het er niet
eenvoudiger op.
24
3 2 0 12
Een 30 m lang cultureel dak

1
prof.ir. Rob Nijsse,
ir. Marcel Leeggangers
ABT bv
1 De constructie van het Stadspodium oogt
eenvoudig, maar het 30 m lange betonnen
dak moest vanwege de eisen aan slankheid
en de hoge belastingen worden voorgespannen
foto: Ulrich Schwarz
Een 30 m lang cultureel dak 3 2 0 12 25

thema
2 Doorsnede van de dakplaat van het besteksontwerp: een
combinatie van gewichtbesparing en voorspannen om
zoveel mogelijk weerstand te mobiliseren tegen doorbuiging
3 Uit het beton komende wapeningsnet van het Educatorium
500
var.
358 242
1900
1900 242 358
80 570 750 1000
750 570 80
polystyreen
120
750
120
ingestorte
rail
voorspanstaven vlgs. berekening/
tekening aannemer
ingestorte
rail
150
575 300 372 2506
372 300
150
575
2
135
135
500 var.
Ontwerp
De architect heeft een sober maar mooi gebouw ontworpen,
passend in de huidige tijdgeest. Functioneel en minimalistisch,
constructief spectaculair met een sterke materialisatie voor een
publiek gebouw: in de massa gekleurd wit beton. Het gebouw
bestaat uit links en rechts twee volumes van 5 x 5 m², met daartussen
een circa 30 m lange en 5 m brede plaat beton als dak. In
het ene volume zijn kleedruimten en sanitair voor de artiesten
ondergebracht, in het andere kunnen toneel- en decorstukken
worden opgeslagen en zitten de elektriciteits- en geluidsvoorzieningen.
Het podium is ongeveer 1 m opgetild en kan met een roestvast
stalen gordijn worden afgesloten. Zo ontstaat recht tegenover
de Laurenskerk, langs het water van de gracht, een 30 x 5 m²
groot podium dat vanaf het dak kan worden verlicht.
3
Vroeger, toen er nog geen televisie was, stonden er overal in
Nederland muziektenten. Op de Dorpswei of het Stadsplein
trad de plaatselijke fanfare of zangvereniging op. Een
verhoogde vloer met een dak erboven, meer was het vaak niet.
Menige muziektent heeft inmiddels moeten plaatsmaken voor
een demontabele tent plus podium met alle elektronische faciliteiten
die tegenwoordig nodig zijn als artiesten in het openbaar
optreden. Maar vanwege een verlevendiging van de nieuw in te
richten publieke ruimte rond de gotische Laurenskerk in hartje
Rotterdam, werd de wens geuit een moderne variant van de
aloude muziektent op het Grote Kerkplein te realiseren. De
Rotterdamse Rotaryclubs hebben dit initiatief omarmd om
hiermee in het kader van het 100-jarig bestaan van Rotary
Nederland een bijdrage aan de stad aan te bieden. Er werd een
ontwerpcompetitie voor jonge architecten uitgeschreven. Die
werd gewonnen door het architectenbureau Atelier Kempe
Thill uit Rotterdam.
Constructief ontwerp
Op het eerste gezicht is het Stadspodium geen constructief
moeilijk gebouw: twee kleine betonnen gebouwtjes met daartussen
een betonnen dak. Maar juist in dat laatste zit de kneep.
Ruim 31 m is niet gering voor een – naar de uitdrukkelijke
wens van de architect – zo dun mogelijke plaat beton. Bovendien
staat deze grote overspanning op een plein in hartje
Rotterdam waar Feyenoord ooit weer zou kunnen worden
gehuldigd. De gewetensvol opererende constructeur weet dan
dat niet met de maximale sneeuwbelasting volgens de Eurocode
als dakbelasting moet worden gerekend, maar met een
hossende menigte supporters. Aangehouden is een dynamische
variabele belasting van 3 kN/m² in een frequentie van
1,5 à 3 Hz. Met de dimensioneringsformules voor een gewone
vloer in een gebouw zou de vloerdikte bij deze overspanning op
1 à 1,5 m uitkomen; niet bepaald slank.
Een 1,5 m dikke plaat die 30 m overspant is bovendien
constructief geen goede keuze. Vrijwel al het draagvermogen
zal worden opgesoupeerd door het enorme eigen gewicht:
3600 kgf/m² dak! Omdat een groot deel van de plaat bovendien
zal scheuren, zou het een onbetrouwbare constructie zijn.
Immers, in de trekzones die bij plaatbuiging ontstaan, kan
weinig tot geen trekspanning worden opgenomen. Het
gescheurde beton hangt dus als het ware nutteloos zwaar aan
de overspanning van 30 m! Een logische oplossing zou zijn om
geen beton te maken in de zones waar het beton toch moet
scheuren. Dat is bijvoorbeeld gebeurd bij de bouw van het
Educatorium in Utrecht (architect OMA) waar een 200 mm
dikke betonplaat 20 m overspant. Daarbij moet wel worden
aangetekend dat daar de wapening uit het beton komt en
halverwege de overspanning circa 1 m onder de betonplaat
loopt (foto 3). Hier is het gescheurde beton dus ‘weggelaten’.
26
3 2 0 12
Een 30 m lang cultureel dak

4 Kanteleffect: de bouwvolumes kunnen spanningsloos
verdraaien, zodat de palen alleen op druk worden belast
Stijfheid
Het probleem bij een grote overspanning is niet de sterkte (je
kunt altijd veel wapening in het beton stoppen), maar de stijfheid.
Een dergelijke overspanning zal heel veel doorbuiging te
zien geven. Doorbuiging is afhankelijk van hoogte (het traagheidsmoment
I = 1/12 · b · h 3 ), maar die moet juist klein blijven.
In nauw overleg met de architect is gekozen voor een 500 mm
effectieve betonhoogte. De doorbuiging wordt echter ook in
belangrijke mate bepaald door de elasticiteitsmodulus (E). Voor
beton is de grootte van deze E niet eenduidig te geven, zoals
bijvoorbeeld wel bij staal het geval is. Beton vertoont namelijk
kruip. Dat wil zeggen dat bij gelijkblijvende belasting een betonnen
ligger in de tijd toch steeds meer gaat doorbuigen. Ook kan
beton gaan scheuren en een gescheurde doorsnede geeft minder
weerstand tegen doorbuiging. Je kunt met de Eurocode in de
hand hier wel een benadering voor berekenen en specialistische
computerprogramma’s kunnen met (delen) gescheurde betondoorsneden
werken, maar het blijft complex. In de praktijk
wordt voor dimensioneringsberekeningen van beton uitgegaan
van E = 10 000 N/mm², waarbij alle invloed van kruip, scheuren
van beton enz. is verwerkt. Vergelijken we dit met de ongescheurde
E voor C28/35 (de gebruikte betonkwaliteit), op t = 0
van 30 000 N/mm², dan betekent dit dus drie keer zoveel doorbuiging!
Dat klinkt niet als economisch construeren. Vandaar
dat er bij het Stadspodium alles aan is gedaan deze negatieve
werking van het zware beton te compenseren.
Maatregelen
De eerste maatregel was het instorten van lichte delen in de
betonmassa. Dit zouden bijvoorbeeld styropoor blokken (piepschuim)
kunnen zijn of holle pvc-buizen. Op de plekken waar
dit materiaal zit, zit geen beton maar lucht of piepschuim en
dat scheelt gewicht. De tweede maatregel is technischer van
aard: de introductie van een permanente drukspanning in het
beton door voorspannen. Hierdoor zal een groot deel van het
beton niet kunnen scheuren en kan dus van een hogere E
worden uitgaan dan bij gescheurd beton.
Voorspannen is echter gecompliceerd en relatief kostbaar.
Vandaar dat men terughoudend is om dit voor te schrijven;
wapenen moet je toch en meer wapening bijleggen is altijd
economischer. Hier werden echter de grenzen bereikt van het
economisch construeren zonder voorspanning. De ongescheurde
E was hard nodig om de doorbuiging te reduceren en,
nog veel belangrijker, de optredende eigen frequenties zo hoog
mogelijk te houden. Het mag immers niet gebeuren dat een
hossende menigte supporters het betonnen dak van het Stadspodium
in beweging, of erger nog, kapot kan krijgen. Daarom
is in het bestek een oplossing van een volledig gewapende
betonplaat gecombineerd met een (lichte) voorspanning voorgeschreven.
Alternatief
Wel mochten de inschrijvende aannemers met een ‘voorspanalternatief’
komen. Na overleg met gespecialiseerde voorspanbedrijven
deden ze dat dan ook. Het bleek niet alleen goedkoper,
maar ook de uitvoeringsrisico’s (vooral de schoonbetoneisen van
het witte beton) waren bij voorgespannen beton beduidend
minder dan bij een volledig gewapende betondoorsnede. Een
belangrijke rol speelde ook dat bij voorspannen de gewichtbesparende
elementen konden vervallen. Deze elementen (blokken
temperatuursverandering
doorbuiging
4
enkele
palenrij
enkele
palenrij
Een 30 m lang cultureel dak 3 2 0 12 27

thema
5 Overzicht van het volledig gewapende dak met de hulzen
voor de voorspankabels
piepschuim, holle pvc-buizen) zijn tijdens het storten van het
beton moeilijk op hun plaats te houden met alle risico’s van dien
voor het gewenste mooie uiterlijk van het beton.
Kanteleffect
Nog een belangrijk onderdeel van het constructief ontwerp
moet worden toegelicht. Tijdens de uitvoering van het voorspannen
worden grote horizontale krachten uitgeoefend. Hierdoor
worden de twee bouwvolumes naar elkaar toegetrokken.
Zouden we palen onder het hele ‘bouwblokje’ zetten, dan
kunnen er grote trekkrachten in de palen komen (kanteleffect).
Dat is niet acceptabel. Ook zal bij temperatuursverandering
(zomer-winter) de lange dakplaat moeten kunnen krimpen of
juist uitzetten. Vanwege de grote lengte is dit een substantiële
opgelegde vervorming, waardoor de bouwvolumes ook moeten
kantelen. Vandaar dat er bewust voor gekozen is de palen
alleen onder de muur, direct onder de dakoplegging, te plaatsen.
Hierdoor kunnen de bouwvolumes spanningsloos
verdraaien en worden de palen alleen op druk belast (fig. 4).
Resultaat
Bij het Stadspodium bleek voorspannen dus een economische
oplossing. Het aanbrengen van de voorspanning is vakwerk en
moet door een ervaren, gespecialiseerd bedrijf worden aangebracht.
Theoretisch is voorspannen alleen al afdoende voor een
goed functionerende dakplaat. De voorspanning zorgt immers
voor een drukspanning overal in het beton. Het beton zal dus niet
scheuren en wapening is daardoor eigenlijk overbodig. De
praktijk wijst echter uit dat er toch altijd wel delen beton onder
trek kunnen komen te staan. Ook moet je rekening houden
met het eventueel uitvallen, door welke oorzaak dan ook, van
een voorspankabel (in de geest van de in de Eurocode vereiste
tweede draagweg), waardoor er ook trek in het beton kan
ontstaan. Vandaar dat de dakplaat toch zodanig wordt gewapend
dat wegvallen van een voorspankabel goed kan worden
opgevangen.
Breijn koos voor voorspanning met zeven voorspankabels
Ø15,7 mm met ieder vijftien gevlochten strengen, in combinatie
met een VSL-spananker ER 6-15. Aan één zijde van het
dak zitten de aanspanvoorzieningen. Aan de andere zijde
worden de voorspankabels in het beton verankerd. Officieel
moeten de voorspankabels bij de oplegging (= inklemming)
bovenin het beton en in het veld onderin het beton zitten.
Vanwege de geringe hoogte van de dakplaat kan dit krommingseffect
niet optimaal worden ingezet en lopen de kabels
min of meer horizontaal door het beton.
5
28
3 2 0 12
Een 30 m lang cultureel dak

6 Na afdoende verharding van de betonplaat trekken de
hydraulische vijzels de voorspankabels onder spanning
● projectgegevens
opdrachtgever Rotary Club Rotterdam Noord /
Gemeente Rotterdam
architect Atelier Kempe Thill
constructeur ABT bv
hoofdaannemer Aanneming Maatschappij J. P. van
Eesteren bv
engineering voorspanning Breijn (Heijmans)
voorspanwerkzaamheden Heijmans Span &
Verplaatsingstechnieken bv
voorspansysteem 7 kabels VSL ER6-15
Ingebruikname
In eerste instantie worden de voorspankabels los in een holle
buis gelegd. Nadat het gestorte beton voldoende is verhard,
worden de voorspankabels met een grote mechanische vijzel
onder spanning gezet. Nadat in een voorspanprocedure de
uiteindelijk gewenste voorspankracht in de kabels zit, wordt er
onder hoge druk mortel in de holle kanalen geperst. Hierdoor
zijn de voorspankabels goed beschermd tegen corrosie en
vormen ze een geheel met de betonplaat. Na verharden van de
ingespoten mortel kunnen de uitstekende kabels worden afgeslepen.
Bij het Stadspodium is er voor gekozen de uitstekende spankoppen
en verankering na de voorspanprocedure te omstorten
met beton, zodat de hele verankeringsconstructie aan de rand
van de dakplaat niet meer zichtbaar is.
Na voltooiing van de voorspanprocedure kon de tijdelijke
onderstempeling worden weggehaald: het moment van de
waarheid. Reeds genoemd is al dat het berekenen van de
werkelijke E van beton bijzonder moeilijk is; de spreiding is
groot. Omdat het dak gaat doorhangen, is de bekisting iets
omhoog gezet: een zeeg van 250 mm in het midden. Na verwijderen
van de stempeling bleek het dak nog steeds iets omhoog
te krommen. De architect vond dit storend. Na lange vergaderingen
met vele deskundigen werd besloten eerst een jaar lang
niets te doen en te kijken of de kruip van het beton zijn, in dit
geval, positieve werk zou doen. Zo niet, dan zou door het
aanbrengen van extra belasting op het dak geprobeerd worden
de doorbuiging te verkleinen. Gelukkig was het visuele uiterlijk
na een jaar al dusdanig verbeterd dat de architect er op
vertrouwde dat alles visueel goed zou komen voor wat de
opbolling betreft.
6
Zoals al eerder vermeld, werden er ook hoge eisen gesteld aan
het uiterlijk van het witte beton. Dit werd versterkt door de
ranke betonmaten, het voorspannen en het feit dat er alleen
beton te zien is, zodat goten, gordijnrails, verlichting enz.
moesten worden ingestort. Hierdoor zijn eisen aan de bekisting,
het beton storten en de nabewerking bijzonder hoog en
kritisch. Aan het nu te bewonderen Stadspodium is te zien dat
dit alles vakkundig en zorgvuldig is uitgevoerd. Een compliment
aan alle bij de bouw betrokken partijen is dus zeer op zijn
plaats. Teleurstellend is daarom dat bij de toekenning van de
Betonprijs 2009 het Stadspodium totaal niet in beeld is geweest,
hoewel het wel was ingediend. Het resultaat, een mooi, robuust
wit betonnen Stadspodium dat enthousiast gebruikt wordt,
vergoedt veel. ☒
Een 30 m lang cultureel dak 3 2 0 12 29