De therapietoren in de campus Pellenberg van het UZ Leuven (een ontwerp van WIT architecten en Gonçalo Byrne Arquitectos als adviseur tijdens het ontwerpproces) is daarvan een prima voorbeeld. Tijdens dat project hebben we samen met de architecten heel wat rondjes gedraaid om de best mogelijke structuur uit te werken. Het mooie aan een dergelijke samenwerking is dat je het ontwerp stap voor stap ziet groeien, en dat je op die manier samen met de architect keuzes maakt en beslissingen neemt om tot een logisch geheel van architectuur, structuur en technieken te komen. Zo vermijd je heel wat discussies tijdens de uitvoeringsfase en is het eindresultaat ook gewoon veel beter.
De therapietoren in Pellenberg
Logisch toch, hoe dat gebouw er staat?
“Diamonds werd zeer intensief gebruikt voor de constructieve berekening van de therapietoren in de campus Pellenberg van het UZ Leuven” vervolgt Hanne Van Beurden. “De therapietoren is een innovatief revalidatiecentrum waarin patiënten terechtkunnen voor hun revalidatiebehandeling. De therapieruimtes zijn opgevat als open ruimtes, niet onderbroken door kokers waarin liften, trappen of technische infrastructuur zijn ondergebracht. Om dat mogelijk te maken werden dergelijke kokers aan de zijkant van het gebouw gegroepeerd in een smalle stijve kern die voor de nodige windstabiliteit zorgt.
De therapieruimtes op de onderste verdiepingen sluiten rechtstreeks aan bij het ziekenhuis, zodat de oefen- en behandelzalen op deze verdiepingen makkelijk bereikbaar zijn voor de ziekenhuispatiënten. De verdiepingshoogte wordt er bepaald door de aansluiting bij het ziekenhuisgebouw, en betonwanden en -balken delen de ruimte op in vier eenheden van 15 bij 7,5 meter. Hierdoor blijven de overspanningen op deze niveaus relatief beperkt.
Het 3D Diamonds rekenmodel van de therapietoren werd hoofdzakelijk gebruikt om de globale stijfheid van dit gebouw te evalueren, inclusief de excentrische stijve kern en de stijve tussenverdieping op basis van betonnen Vierendeelliggers. (© Hanne Van Buerden)
Voor de verdiepingen die boven het bestaande ziekenhuisgebouw uitsteken kon de verdiepingshoogte vrij worden gekozen. Dat begint bij de vierde verdieping, een open kinesitherapie- en fitnesszaal met dubbele verdiepingshoogte. Helemaal bovenaan de toren, op de zevende verdieping, bevindt zich een grote polyvalente zaal die kan gebruikt worden voor groepstherapie en sportrevalidatie met onder andere volleybal, valtraining of rolstoelbasket. De ruimtes op beide verdiepingen zijn volledig open en bieden een oppervlakte van 15 bij 30 meter.
Om beide verdiepingen als open ruimtes te realiseren werd de zesde verdieping met behulp van grote Vierendeelliggers ontworpen als een stijve tussenverdieping. Die tussenverdieping vormt dus enerzijds de vloer van de polyvalente zaal bovenaan, en anderzijds het plafond van de kinesitherapie- en fitnesszaal. Op deze tussenverdieping zijn kleedruimtes ondergebracht, en is er een zwembad waarin patiënten hydrotherapie krijgen met zicht op de bosrijke omgeving van Pellenberg.
Voor de constructieve berekening van dit uitdagende bouwwerk hebben we in Diamonds diverse rekenmodellen gebouwd. In de eerste plaats een 3D model van de volledige betonstructuur, dat we hebben gebruikt om de globale stijfheid van dit gebouw met excentrische te kern te begroten, de vervormingen onder inwerking van de windbelasting te berekenen en de krachten in de funderingspalen te berekenen. Daarnaast hebben we ook een reeks modellen gemaakt van de vloerplaten en de betonnen Vierendeelliggers op de tussenverdieping.
Die manier van werken sluit perfect aan bij onze visie op constructief ontwerpen. Als constructief ingenieurs willen we vormgeven aan het concept van de architect, en samen met die architect naar oplossingen zoeken om tot een logisch geheel te komen. Zoiets doe je nu eenmaal het best met rekenmodellen die zijn toegespitst op de hoofdlijnen van het constructief ontwerp. Zo bewaren we tijdens het rekenen een duidelijke focus op wat écht belangrijk is, en kunnen we met de Diamonds rekensoftware snel evalueren hoe we dat allemaal best vertalen naar de praktijk.
Om de stijve tussenverdieping te ontwerpen werden in Diamonds 3D rekenmodellen gebouwd van de Vierendeelliggers, aangevuld met stroken van de onder- en bovengelegen verdiepingsvloeren. We spreken dus eigenlijk over 3D rekenmodellen van een betonnen I-ligger, met openingen in de lijfplaat en een flensbreedte die overeenstemt met de meewerkende breedte van de vloerplaten. Op basis van deze modellen werden de wapeningshoeveelheden berekend voor de lijfplaat en de flenzen, en werd ook de gescheurde doorbuiging berekend als maat voor de buigstijfheid van de tussenverdieping. De wapening in de flenzen werd aangevuld met de wapeningshoeveelheden die volgden uit plaatberekeningen voor de onder en boven gelegen vloerplaten. Op die manier konden we op een heel eenvoudige manier snel tot een goed ontwerp komen van deze verdieping die toch wel een sleutelrol speelt in dit gebouw.
Om de stijve tussenverdieping te ontwerpen werd gewerkt op basis van 3D rekenmodellen van een betonnen I-ligger. De Vierendeelliggers vormen de lijfplaat van die I-liggers, terwijl de meewerkende delen van de vloerplaten fungeren als flenzen.
Het Pellenbergziekenhuis is gebouwd bovenop een getuigenheuvel. Omwille van de aanwezigheid van zeer draagkrachtige zandsteenlagen werd er initieel van uitgegaan dat voor de therapietoren kon worden gewerkt met een fundering op staal. Omdat sonderingen echter afwijkende resultaten toonden op 10 meter diepte, bleek dit echter geen optie te zijn. Geologen bevestigden de aanwezigheid van een oude rivierbedding tussen twee zeer draagkrachtige lagen in, zodat uiteindelijk moest worden gekozen voor een paalfundering. Funderingspalen werden in het globale 3D rekenmodel van de toren ingevoerd als verende steunpunten, en het precieze aantal en de positie van die palen werden iteratief bepaald om een zo gelijkmatig mogelijke verdeling van de reactiekrachten te realiseren.
Om de nodige torsiestijfheid te realiserenvoor de therapietoren en de windkrachten in te leiden in de excentrische kern, was het noodzakelijk om de vloerplaten binnen het therapiegedeelte door te trekken tot in die kern. (© Actualcare)
Dat globale 3D rekenmodel werd eveneens gebruikt om de stijve kern uit te werken. In het oorspronkelijk ontwerp van de architecten sloten de verdiepingsniveaus binnen de kern niet aan op de verdiepingsniveaus binnen de eigenlijke therapietoren. Al snel bleek echter uit de Diamonds-berekeningen dat het met zo een ontwerp niet haalbaar was om de windbelasting in te leiden in de excentrische kern. Om de nodige torsiestijfheid te realiseren was het noodzakelijk om de vloerplaten binnen het therapiegedeelte door te trekken tot in de kern. Enkel ter hoogte van het dak was dit niet mogelijk, omdat de luchtgroepen bovenop de kern onzichtbaar dienden te blijven van buitenaf. Met het Diamonds rekenmodel hebben we dan onderzocht hoever de dakplaten boven de traphallen aan beide uiteinden van de kern moesten worden doorgetrokken, om ook op dit niveau de horizontale belasting op een goede manier in te leiden in de excentrische kern.
De therapietoren in Pellenberg is toch wel een mooi voorbeeld van hoe het totaalplaatje klopt. De oplossingen die we hebben uitgewerkt zijn er gekomen op basis van een nauwe interactie met de architecten, en voelen uiteindelijk heel erg logisch aan. Dat is zo omdat we tijdens het constructief rekenen heel erg focussen op de hoofdzaken, en we onze rekenmodellen bouwen in functie daarvan. Omdat de Diamonds rekensoftware bovendien heel intuïtief te gebruiken is, kunnen we bijzonder snel tot resultaten komen en die resultaten actief inzetten tijdens onze discussies met de architecten. En dat is toch wel cruciaal om onze ambitie waar te maken: samen constructief vormgeven aan het concept van de architecten.”
