Ontwerpen met bestaande betonelementen in nieuwbouw kenniscentrum

Auteur: Cindy Vissering

Bouwen met hergebruikte betonnen delen heeft nog wel wat voeten in de aarde. Het Kenniscentrum Circulair Bouwen in Heerde wordt zoveel mogelijk opgebouwd uit bestaande delen. Dat vraagt afstemming vanaf de eerste pennenstreken van het ontwerp, en kennis van bestaande onderdelen die vrijkomen om toe te passen. Het vraagt nieuwe kennis en vaardigheden van alle betrokken partijen. In het ontwerp staan vooral de architect Cepezed en ontwerpend constructeur Pim Peters van IMd Raadgevende Ingenieurs aan de lat.

Donorgebouw

Pim Peters is eerder betrokken geweest bij pilot projecten om bestaande constructieve elementen in een nieuw gebouw toe te passen. Maar nog nooit zo groot als de circulaire sloop van het Prinsenhof in Arnhem. Het gaat hierbij om bijna alle kanaalplaatvloeren en dragende betongevelelementen die uit het Prinsenhof zijn geoogst. “Het meest circulaire effect behaal je wanneer je de elementen zo ‘puur’ mogelijk toepast,” is Pim Peters van mening. Dit betekent dat de 13 meter lengte van de bestaande kanaalplaat volledig benut moet worden. Maar ook dat de constructeur de kanaalplaten toetst inclusief de samenwerking met de bestaande druklaag. Het verwijderen van de druklaag en een nieuwe aanbrengen zou zonde van de grondstoffen en energie zijn.

Het ontwikkelen van een nieuw gebouw met bestaande elementen, vraagt om een geheel andere manier van ontwerpen. De eigenschappen en mogelijkheden van de bestaande elementen worden in kaart gebracht en dit vormt het uitgangspunt voor de ontwerper.

Voldoen aan nieuwbouw eisen

Ook een bestaand gebouw dat volledig gestript en weer opgebouwd wordt, vraagt de nodige onderzoeken en tests om te bepalen wat de draagkracht is van de bestaande constructie. Bij het uitnemen van de constructiedelen en toepassen in een nieuw gebouw, gelden de nieuwbouwregels. Dit betekent dat een gebouweigenaar bij nieuwbouw ook graag gecertificeerde elementen toepast. Bij bestaande elementen vraagt het een heel protocol aan testen en herberekeningen om te bepalen of het element aan de nieuwbouweisen kan voldoen. Er wordt onder meer onderzocht wat de kwaliteit van het beton is en de aanwezige wapening. Het gaat daarbij niet alleen over de constructieve waarde, maar ook de esthetische, bouwfysische en energetische eisen.

Voor het onderbouwen van de constructieve waarde voor hergebruikte elementen bestaat nog geen regelgeving, daar wordt momenteel over gesproken bij NEN. Dit betekent dat alles nog proefondervindelijk getoetst moet worden en zelfs destructief onderzoek hoort erbij. Een kanaalplaatvloer zal dan bijvoorbeeld tot bezwijken belast worden.

Hergebruik bestaande gevelelementen

De her te gebruiken gevelelementen moeten dus ook aan de huidige energie-eisen voldoen. Het integrale ontwerpteam heeft onderzocht of de gevelelementen als geheel voorzien moeten worden van extra isolatie aan binnen- of buitenzijde, of dat het binnen- en buitenspouwblad losgehaald en apart geïsoleerd moet worden voor twee verschillende toe te passen elementen. In al de varianten is de energiewinst afgewogen tegen de extra werkzaamheden en materialen die in het product gaan om het weer te laten voldoen. Hiervoor heeft Lagemaat onderzocht of het verwijderen van buitenspouwblad mogelijk is en daarbij gescheiden bouwmaterialen kan opleveren die weer de bouwketen terug in kunnen.

De gevelelementen van Prinsenhof zijn redelijk standaard voor de jaren ‘60-‘80. Daarom is het zeer waardevol om aan deze elementen een grondig onderzoek te doen, want de uitkomsten kunnen toegepast worden op een groot volume aan bestaande gebouwen. Hiertoe wordt dit gebouw betrokken als pilotproject bij het Europese onderzoek ‘Recreate’ samen met de TU Eindhoven en andere partijen. In dit traject zijn meerdere landen actief om betonbouwdelen te oogsten en opnieuw in te zetten in nieuwe projecten. “Maar nergens is men zo ver als dat Lagemaat is met het ontmantelen van het Prinsenhof,” zegt Pim Peters, “En ze steken hun nek uit om het grootste deel van de elementen in hun eigen nieuwbouw op te nemen.”

Ontwerpen met bestaande elementen

In feite kan het ontwerpen pas beginnen wanneer de (constructieve) eigenschappen van de elementen bekend zijn. Het idee is om de elementen bij de dragende gevel in het laagbouwdeel als een harmonica uit elkaar te trekken en in een dambordverband te plaatsen. Hierdoor raken alleen de hoeken van het element de hoeken van het element eronder en erboven. De tussenruimte wordt bijvoorbeeld ingevuld met glas. Op deze manier kan een veel groter geveloppervlak met dezelfde elementen gevormd worden. Wat er voor nodig is om dit praktisch werkend te krijgen, wordt nog onderzocht.

Het ontwerpen gebeurt nu als het ware met een hele doos kant en klare legoblokjes, met speciale eigenschappen. Een constructeur is gewend om te berekenen wat de belasting is die een balk of kolom moet aankunnen en geeft daarmee de balk of kolom eigenschappen mee. Nu moet hij andersom denken: er is een balk of kolom die een bepaalde draagkracht aankan: wat kan er dan maximaal bovenop komen? Dat zijn de uitgangspunten waarmee de constructeur en architect samen het ontwerp moeten aanpakken.

Bijzondere aanpassingen

Bij het Prinsenhof is de stabiliteit gewaarborgd door een prefab betonnen kernconstructie. Terwijl bij het ontwerp van de hoogbouw in het Kenniscentrum Heerde juist de binnenspouwbladen ingezet worden om de stabiliteit te waarborgen. Al vroeg in het ontwerp is hiervoor de stabiliteitsberekening opgezet om de mogelijkheden te onderzoeken. Door te puzzelen met de elementen kan met minimale versterkingen en aanpassingen aan de binnenspouwbladen het nieuwe kantoor met 7 verdiepingen worden gerealiseerd.

Bij het verwijderen van de gevelelementen zijn de stekeinden die de elementen aan de vloer verbonden, doorgezaagd. Er wordt bekeken in hoeverre de oude voorziening, inclusief de hijsvoorziening, weer vrijgemaakt kan worden. Het koppelen van prefab dragende elementen middels stekken en gains is gebruikelijk. Onderzoek of deze bij hergebruik kunnen worden toegepast is evident voor het opschalen. Daarnaast zal er ook onderzocht worden of er een nieuwe manier van koppelen mogelijk is die later ook weer te demonteren is. Hierbij wordt gekeken naar het koppelen van de dragende binnenspouwbladen onderling, maar ook de koppeling van de kanaalplaten rekening houden met de schijfwerking van de vloer. Kortom: work in progress.

Effect op duurzaamheid

Het toepassen van een Donorskelet heeft naast de positieve effecten in de circulaire economie ook een grote impact op het vlak van duurzaamheid. Doordat bestaande elementen hergebruikt worden, is er nauwelijks CO₂-uitstoot om deze elementen in een nieuwbouw op te nemen. Dit heeft dus groot effect op de milieuprestatie van het gebouw (MPG). Uit eerder onderzoek is berekend dat dit voor de constructie tot 75% reductie heeft geresulteerd. Voor dit specifieke project is dit nog niet onderbouwd, maar ligt wel in de wens van betrokken partijen om die berekening te gaan maken.