Sinds enkele jaren is de imec-toren een echt landmark geworden voor wie Leuven vanuit het westen binnenrijdt. Zowel de bijzondere vorm van dit 70 meter hoge torengebouw als de glazen gevel springen in het oog. Als een uitroepteken in het landschap geplaatst, benadrukt deze indrukwekkende toren de bijzondere status van imec als wereldleider in Onderzoek, Ontwikkeling & Innovatie op het gebied van nano-elektronica en digitale technologie.
Structureel meedenken als handelsmerk
Ingenieursbureau Jan Van Aelst uit Antwerpen stond voor de uitdaging om het bijzondere architectonische ontwerp van het gerenommeerde bureau Baumschlager Eberle te vertalen naar een constructief ontwerp. Een kolfje naar hun hand, want volgens ir. Jan Van Aelst “hebben wij er als studiebureau ons handelsmerk van gemaakt constructief mee te denken met bouwheren en architecten, en zo actief bij te dragen tot de architecturale waarde van een gebouw. Architecten appreciëren dat heel erg. Gedurende de meer dan 30 jaar dat we actief zijn hebben we dan ook een nauwe samenwerking opgebouwd met heel wat befaamde architecten, waaronder Baumschlager Eberle, Crepain Binst en SVR-ARCHITECTS.
Maar daarnaast werken wij ook vaak samen met project- en conceptontwikkelaars zoals CORES Development en Immpact. Om een architecturaal hoogstaand gebouw te ontwikkelen, zoeken wij in overleg met hen naar het beste ontwerp voor de dragende structuur en evalueren we de impact op het kostenplaatje. Elk gebouw kan je immers op 10 verschillende manieren neerzetten. Maar als ingenieursbureau hebben we met 3D rekensoftware de middelen in handen om alternatieven te onderzoeken, en de beste keuze te maken tussen verschillende oplossingen. Zelf gebruiken we al vele jaren intensief de Diamonds rekensoftware van BuildSoft. Die is onmisbaar geworden om de steeds complexere structuren te dimensioneren die we tegenwoordig meer en meer terugvinden in heel wat architecturale ontwerpen.”
Een bouwwerk dat bulkt van de uitdagingen
Het imec torengebouw is daar alvast een prima voorbeeld van. Het gebouw omvat een ondergrondse parking over 4 bouwlagen, een laboratorium dat zich uitstrekt over 2 verdiepingen, en een 16 niveaus tellend kantoorgebouw dat ruimte biedt aan 450 personen. Van onder tot boven bulkt dit bouwwerk van de constructieve uitdagingen.
Het constructief ontwerp van de bovenbouw spring het meest in het oog. Die bovenbouw is opgevat als een naar boven toe breder wordende dubbele kern. Alle verdiepingsvloeren hangen in uitkraging over de kern, aangezien er in de gevels van het torengebouw geen enkele kolom aanwezig is die de vloerplaten constructief kan ondersteunen. "Het Diamonds 3D rekenmodel was uiteraard onontbeerlijk om de effecten van de wind op een dergelijke torenconstructie te begroten" vervolgt Jan Van Aelst.
Het imec torengebouw bulkt van de uitdagingen. Dankzij het Diamonds 3D rekenmodel van de dubbele kern en de uitkragende verdiepingsvloeren kon het constructief ontwerp efficiënt worden gedetailleerd – inclusief het proces om doorbuigingsverschillen tussen verdiepingsvloeren beperkt te houden.
"Maar wat dit project heel bijzonder maakt zijn de strenge eisen die werden gesteld aan de doorbuiging van de gevelelementen. Die glazen elementen zijn bevestigd aan stalen kolommetjes die fungeren als afstandshouders tussen de verdiepingsvloeren. Om er 100% zeker van te zijn dat de afstand tussen de vloerplaten vrijwel constant blijft (zodat de doorbuiging van de gevelelementen voldoende beperkt blijft) hebben we heel veel aandacht besteed aan het verschil in doorbuiging tussen boven- en ondergelegen vloerplaten."
Ook het bouwproces constructief modelleren
Zo werd Diamonds gebruikt om te begroten hoe de relatieve doorbuiging van de vloerplaten verandert met de tijd, rekening houdend met scheurvorming en kruip van beton. Het uiteindelijke doel van deze oefening was voldoende zekerheid te bieden dat doorbuigingsverschillen tussen verdiepingsvloeren te allen tijde binnen bepaalde grenzen blijven, in het bijzonder langsheen de randen waar de gevelelementen opgehangen worden.
Volgens Jan Van Aelst "zijn we er zo toe gekomen om met dit soort modellen doorbuigingsverschillen tussen verdiepingsvloeren te berekenen doorheen de opeenvolgende stadia van het bouwproces". Worden gevelelementen geplaatst ter hoogte van een bepaalde verdieping, dan zal de vloerplaat op dat niveau doorbuigen ten opzichte van de onder- en bovenliggende verdiepingsvloeren. Die doorbuiging hangt af van het tijdstip waarop de gevelelementen worden aangebracht, en kan slechts betrouwbaar worden ingeschat met behulp van een rekenmiddel dat tijdsafhankelijke vervormingseigenschappen van beton in rekening brengt.
"Zo hebben we met Diamonds niet alleen het bouwwerk gemodelleerd" vervolgt Jan Van Aelst, “maar ook de manier waarop het wordt gerealiseerd, inclusief het tijdelijk aanbrengen van compenserende hulpbelastingen om doorbuigingsverschillen onder controle te houden".
Invloed op omringende bouwwerken onderzoeken
Uiteraard was ook de fundering van dit gebouw best complex. De eerste zorg bestond erin de effecten te begroten van zettingen van de funderingszool op de omliggende structuren. Daarbij werd vertrokken van een geologische studie die een nauwkeurige inschatting gaf van de te verwachten funderingszettingen. In het Diamonds 3D rekenmodel werd vervolgens een verende ondergrond gedefinieerd waarmee de voorspelde zettingspatronen konden gereproduceerd worden.
“Zo een benadering liet ons toe om vervolgens de effecten en momenten te evalueren die optreden in omliggende structuren, en die te wijten zijn aan verschillen in zetting van de ondergrond” aldus Jan Van Aelst. "Dat is een benadering die we relatief frequent hanteren. Meer algemeen kunnen we met Diamonds zeer snel randvoorwaarden aanpassen, en heel snel de invloed van die randvoorwaarden op de structuur bepalen. In het bijzonder voor funderingen is dat van groot belang, omdat grondeigenschappen intrinsiek toch wel een bepaalde onzekerheid in zich dragen. Zo kunnen we er toch voor zorgen dat het eindresultaat de nodige garanties biedt, rekening houdend met onzekerheden op grondeigenschappen."
Inzicht en kennis dankzij 3D rekenen
Een ander project dat Ingenieursbureau Jan Van Aelst heeft uitgewerkt in samenwerking met Baumschlager Eberle is het Maison du Savoir van de Universiteit van Luxemburg. Gerealiseerd door het Fonds Belval (dat werd opgericht om de voormalige site van ARBED te herwaarderen) omvat dit Maison du Savoir naast kantoren en ondergrondse parkings ook diverse auditoria en seminariezalen. Constructief gezien is dit een gebouw met zeer grote uitdagingen, zoveel is duidelijk bij een eerste aanblik. Er is niet enkel het torengebouw met een hoogte van 65 meter, bovendien zijn er ook de tot 26 meter lange uitkragingen van 3 verdiepingen hoog.
Het Diamonds 3D rekenmodel was essentieel om te komen tot een optimaal constructief ontwerp van het Maison du Savoir, en om de momenten op te vangen die door de uitkragende delen werden geïntroduceerd tussen balken en kolommen van de gevel.
"Ook hier was het Diamonds 3D rekenmodel essentieel om te komen tot een aantal inzichten die een optimaal constructief ontwerp mogelijk maken" zegt Jan Van Aelst. “Het hoeft inderdaad niet te verwonderen dat door de doorbuigingen van de uitkragende delen dermate grote momenten werden geïntroduceerd in de verbinding tussen de kolommen en de balken van de gevel, dat die onmogelijk konden worden opgenomen. Op basis hiervan werden voor de ganse toren de verbindingen tussen kolommen en balken scharnierend gedetailleerd. Zo konden we ervoor zorgen dat de doorbuiging van de uitkragende delen kon optreden zonder dat momenten werden geïntroduceerd in de gevel.”