Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2

Samenvatting project

De dynamische eigenschappen van hoge, slanke, gebouwen zijn belangrijke ontwerpparameters voor het constructief ontwerp. Onderschatting van het dynamisch gedrag leidt tot gevoelens van onbehagen of veiligheid bij gebruikers. Een overschatting betekent dat onnodig dure oplossingen nodig zijn voor reductie van trillingen. Gelukkig lijken tot op heden geen grote onderschattingen te zijn opgetreden.
Voor het voorspellen van het dynamisch gedrag worden aannames gedaan voor onder meer demping en eigenfrequenties. Uit een inventaris van praktijkmetingen blijkt dat de aangenomen waarden vaak afwijken van de gemeten waarden in werkelijkheid. Omdat bij hogere en slankere gebouwen het dynamisch gedrag steeds relevanter wordt, is een goede voorspelling van het dynamische gedrag steeds belangrijker. Uit recent afgerond onderzoek blijkt dat in geval van hoogbouw in slappe bodems (wat typisch is voor deltasteden) de bijdrage van de fundering significant is, maar onvoldoende bekend is, en daarom niet goed kan worden voorspeld.
In het voorgestelde project (HIVIBE) wordt onderzoek gedaan naar de invloed van de fundering en bodemeigenschappen op het dynamische gedrag. Gegevens uit een eerdere oriënterende studie alsmede aanvullende metingen en berekeningen zullen als input worden gebruikt. Belangrijk onderdeel is het meten van praktijkdata aan gerealiseerde hoogbouwconstructies. De rol van de fundering in het dynamisch gedrag van hoogbouw wordt hiermee beter begrepen en doel is om deze te kwantificeren. Het uiteindelijke doel is een voorspellingsmethode op te stellen voor de bepaling van de dynamische eigenschappen van slanke en hoge gebouwen voor de typisch Nederlandse situaties. Deze ontwikkelde kennis kan door Nederlandse ontwerpbureaus ook ingezet worden bij projecten wereldwijd in deltasteden.
Het Hivibe project wordt uitgevoerd door TNO, Geobest, Zonneveld Ingenieurs, Structure Portante Grimaud, Stichting Kennisoverdracht Windtechnologie, SCIA Netherlands, Peutz, IMD, Fugro, Besix, BAM Advies & Engineering en Aronsohn raadgevende ingenieurs.

Doel van het project

Het doel van dit onderzoeksproject HIVIBE is een nauwkeuriger voorspelling van trillingen in het ontwerpstadium van hoogbouw. Belangrijke onderzoeksdoelen hierin zijn (1) de bepaling van de invloed van de fundering en bodemcondities op de demping (2) de invloed van de grootte van de belasting en lange duur effecten op de dynamische eigenschappen (3) de ontwikkeling van nieuwe ontwerpgereedschappen (4) het opzetten van een monitoring platform voor hoogbouw waarbinnen een uitgebreide dataset wordt opgebouwd voor validatie van rekenmodellen (5) De evaluatie van de perceptie van waargenomen trillingsniveaus in relatie tot grenswaarden in bestaande richtlijnen. Dit project draagt bij aan het leefbaar houden van steden en stedelijk gebied door gereedschappen te ontwikkelen waarmee trillingshinder en -veiligheid van hoge en slanke gebouwen beter begrepen en voorspeld kunnen worden. De nadruk ligt bij deze ontwikkeling op slappe bodems en extreme wind.

Motivatie

Het ontwerp van hoogbouwconstructies wordt naarmate gebouwen slanker en hoger worden meer en meer bepaald door het dynamisch gedrag. De eisen die gesteld worden aan het comfort van gebruikers gerelateerd aan trillingen zijn maatgevend voor het ontwerp van de constructie van slanke en hoge gebouwen. Om slank te kunnen construeren is te conservatief ontwerpen daarentegen niet wenselijk. Maatregelen om trillingen achteraf na oplevering van het gebouw te reduceren zijn ingrijpend en kostbaar. Uit economische overwegingen is het daarom wenselijk het trillingsgedrag in de ontwerpfase nauwkeurig te kunnen voorspellen. Recent onderzoek toont aan dat deze dynamische eigenschappen in de (Nederlandse) praktijk afwijken van de modellen. Uit dit onderzoek uitgevoerd door TNO in een consortium met meerdere partners blijkt dat bestaande internationaal gebruikte gesimplificeerde ontwerpregels niet passen op de hoogbouwconstructies met funderingen in slappe bodems. Deze situatie komt met name voor in steden in deltagebieden zoals in de Nederlandse hoogbouwsteden maar ook in deltasteden elders in de wereld. De slappe bodem heeft een substantiële invloed op het dynamisch gedrag van slanke en hoge gebouwen. Dit kan enerzijds betekenen dat er na gereedkoming van het gebouw onverwacht toch problemen optreden met optredende trillingen of anderzijds dat de constructie overgedimensioneerd wordt dan wel ingrijpende dure maatregelen worden getroffen. In beide gevallen leidt dit tot onnodige kosten. Klimaatverandering en de effecten ervan hebben enerzijds impact op de windbelasting en anderzijds op de eigenschappen van de bodem (gerelateerd aan neerslag droogte en temperatuur). Zowel het veranderende windklimaat als de veranderende bodemeigenschappen hebben impact op het hoogbouwontwerp.

Locatie

Delft

Uitgevoerde acties

Activiteit1e jaar
selectie gebouwen voor monitoring
1e – 4e jaar Metingen en testen aan 5 á 6 gebouwen
1e - 4e jaar Analyseren data
1e – 4e jaar (FEM) berekeningen
1e- 4e jaar Ontwikkeling procedure (incl. model) voor berekening hoogbouwtrillingen
1e – 4e jaar Perceptiestudie onder gebruikers van 1 van de gemonitorde gebouwen

Verwachtte resultaten

1Overzicht van potentiele hoogbouwcasussen voor monitoring en selectie van gebouwen die gemonitord zullen worden2Meerdere rapportages van metingen en testen aan gebouwen (rapport per gebouw). 3Dynamische eigenschappen van 5 á 6 hoogbouwprojecten4Database met meetresultaten5(Gekalibreerde) berekeningen aan hoogbouwprojecten6Begrip van de (modellering van de) dynamische eigenschappen en invloed van de bodem 7Procedure (incl. model) voor berekeningen hoogbouwtrillingen ontwerppraktijk8Publicaties over de resultaten van de metingen en testen aan de gebouwen9Publicatie over de vergelijking van de metingen en berekeningen10Publicatie over de procedure (incl. model) voor berekeningen hoogbouwtrillingen ontwerppraktijk11Publicatie over vergelijking van criteria met resultaten perceptiestudie hoogbouwgebruikers12Hoofdstuk over dynamica van hoge gebouwen in boek over windbelastingen

Innovativiteit

Dit project is een opvolging van een eerder project fase 1. Het eerdere project was een oriënterend onderzoek naar de haalbaarheid. De haalbaarheid is voldoende gebleken om het verdergaan met fase 2 te rechtvaardigen.In de huidige praktijk wordt gebruik gemaakt van gesimplificeerde modellen gebaseerd op internationale databases van gemeten gebouweigenschappen. In dit project worden de modellen verbeterd en komen aanvullende metingen beschikbaar. De uit te voeren metingen bevatten meerdere aanvullingen op het huidige kennisniveau:
• Lange duur (ten minste een jaar)
• Meten tijdens en na de bouwfase
• Bepalen van meerdere constructie eigenschappen onder dynamische windbelasting
• Metingen op de fundering
• Verschillende trillingsvormen
• Excitatie van het gebouw
• Bepaling dynamische eigenschappen op basis van nieuwe visuele meettechniek (vibrometrie)

Valorisatie

Overzicht van potentiele hoogbouwcasussen voor monitoring en selectie van gebouwen die gemonitord zullen worden (Resultaat wordt gedeeld binnen het project)
Meerdere rapportages van metingen en testen aan gebouwen (rapport per gebouw). (Resultaat wordt gedeeld binnen het project)
Dynamische eigenschappen van 5 á 6 hoogbouwprojecten (Resultaat wordt gedeeld binnen het project)
Ruwe meetdata (Resultaat wordt gedeeld binnen het project)
Uitgewerkte meetdata (Uitgewerkte meetdata wordt gedeeld binnen het project en d.m.v. publiceren van een deel van de uitgewerkte meetdata).
Gekalibreerde berekeningen aan hoogbouwprojecten (Delen alle resultaten binnen het project).
Begrip van de (modellering van de) dynamische eigenschappen en invloed van de bodem (Publiceren van de uitkomsten).
Procedure (incl. model) voor berekeningen hoogbouwtrillingen ontwerppraktijk (d.m.v. delen alle resultaten binnen het project en d.m.v. publiceren van een deel van de resultaten).
Publicaties over de resultaten van de metingen en testen aan de gebouwen (Resultaten wordt gedeeld binnen het project)
Publicatie over de vergelijking van de metingen en berekeningen TNO en deelnemende partijen Publiceren van de uitkomsten.

Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?

Uitgewerkte meetdata wordt gedeeld binnen het project en d.m.v. publiceren van een deel van de uitgewerkte meetdata.

Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?

Samenvattende resultaten worden gepubliceerd op de TKI website. Voor overige publicatie zie lijst met valorisatie.

Projectvoorwaarden

Via de website van TKI Deltatechnologie:
http://www.tkideltatechnologie.nl/projecten/
Via de website van TNO over proecten:
https://www.tno.nl/nl/aandachtsgebieden/leefomgeving/buildings-infrastructures/infrastructuur-asset-management-veilig-en-duurzaam/
Via de website van Deltares over TKI proecten:
https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/TKI+Projects+Home

Projecteigenaar en projectleider(s)

Projecteigenaar:
Adri Vervuurt
Projectleider(s):
Joke Luyten

Partners

  • ABT B.V.
  • Aronsohn raadgevende ingenieurs B.V.
  • BAM Advies & Engineering
  • Besix Nederland B.V.
  • Fugro NL Land B.V.
  • Geobest B.V.
  • IMD
  • Peutz B.V.
  • SCIA Netherlands
  • Stichting Kennisoverdracht Windtechnologie
  • Structure Portante Grimaud B.V.
  • TKI Deltatechnologie
  • TNO
  • Zonneveld Ingenieurs B.V.

Resultaten

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2023-1

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Omschrijving

Simple soil-structure interaction model for wind-induced vibrations in high-rise buildings
A Carranza1,4, A J Bronkhorst2,4, S S Gomez3 and K N van Dalen3

The reliable design of high-rise buildings subject to wind-induced vibrations is
important for ensuring comfort and safety. However, the Eurocode recommendations and
common design practices used to estimate natural frequency and damping parameters in the
design stage have been found to be inaccurate, leading to unreliable predictions of building
accelerations. Previous studies have shown that soil-structure interaction (SSI) can have a
significant influence on these parameters, especially for high-rise buildings on soft soils. This
study presents a formulation of a simple model to include soil-structure interaction effects in
the natural frequency and damping parameters. It also demonstrates the compatibility of this
model with the current Eurocode procedures. The study compares the results of the simple SSI
model with those of a continuous model of the New Orleans tower under design wind loading.
In previous work, this continuous model was validated against in-situ measurements on the
New Orleans tower. The results demonstrate that the simple SSI model significantly improves
the accuracy of the predicted building accelerations under wind loading for the New Orleans
tower, compared to accelerations determined in the original design and accelerations computed
with the Eurocode guidelines.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2022-1

Resultaat type
Methodes
Aantal
1
Omschrijving

Eurocodeberekeningen
De berekeningen met de nieuwe draft Eurocode zijn door 7 partijen binnen het project uitgevoerd en op een lijn gebracht. Dit document beschrijft de hieruit volgende samenvatting voor de aanpak van de Eurocodeberekeningen.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2022-3

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Aantal
1
Omschrijving

ISMA2022 Identification of the structural properties of a high-rise building

Wind-induced vibrations are an important aspect in the design of high-rise buildings. The main structural propertiesthat have an influence on these vibrationsare the building mass, the building stiffness, and the stiffness of the foundation. These propertiesare difficult to predictaccuratelyin the design stage, generally resulting in inaccurate predictions of the dynamic response.As a first step towardsbetter predictions for the structural properties, this study aims to obtain accurate values of in-situ structural properties. Model updating is a technique that usesmeasured modal propertiesto identifymore accurate values forthe in-situstructural properties. In most in-situ measurements on high-rise buildings, only a subset of the modal properties(natural frequenciesand mode shapes)are obtained. This study investigatesthe sensitivity of model updating resultsdueto an incomplete set of modal properties, and applies thetechnique to estimate the structural properties of a 150 m high residentialtower in the Netherlands.The sensitivity study shows that a minimum of two bending modes in both 𝑥-and 𝑦-direction are needed to obtain accurate values for thestructural properties. The structural properties that were obtained for the residential tower differ significantly from the original design values. These values provide a good first basis to determine together with engineering practice what choices could be made in the design stage,with respect to the structural building properties,to arrive at more accurate predictionsof the dynamic response of high-rise buildings.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2022-3

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Aantal
1
Omschrijving

EACWE2022 Monitoring of wind-induced vibrations on a 215 meter tall residential building

Comparison between in-situ measurements and design values of high-rise dynamic characteristics shows that current way of predicting these values is inaccurate. The HiViBe project aims to develop models which provide for more reliable predictions of the dynamic characteristics and response of high-rise buildings. To that end, measurements are performed on several high-rise buildings in the Netherlands. One of these buildings is the Zalmhaven I, with 215 m currently the tallest residential tower in the Netherlands. A monitoring system was installed just before completion of the tower, with acceleration, inclination and strain sensors on different floors, and an anemometer on the mast at 210 m height. The measured natural frequencies and damping ratios are respectively significantly higher and lower than the values applied in the design of the building.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2022-3

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Aantal
1
Omschrijving

Cement 2 2022 - Kansen voor dempers in Nederlandse hoogbouw

De ontwikkeling van slanke hoogbouw is internationaal gezien een duidelijke trend. IMd Raadgevende Ingenieurs ziet ook voor de Nederlandse bouw veel potentie voor slankere en lichtere hoogbouw. De transitie naar een meer duurzame bouwsector in combinatie met de huidige woningnood kunnen hiervoor een katalysator zijn. Om tot haalbare ontwerpen te komen zijn oplossingen nodig om de effecten van dynamische windbelastingen te verminderen. Uit een afstudeeronderzoek aan de TU Delft blijkt dat het gebruik van dempers hierin een rol kan spelen.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2022-1

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Aantal
1
Omschrijving

Publicatie Cement 1 2022 HIVIBE – Monitoring van trillingen in hoogbouw
Het trillingsgedrag van hoogbouw wordt niet goed voorspeld met de huidige rekenmethoden. De invloed van de ondergrond in de Nederlandse Delta speelt hierbij een belangrijke rol. Een consortium genaamd HIVIBE bouwt daarom kennis op over het trillingsgedrag van hoogbouw in Nederland door metingen uit te voeren aan acht hoge gebouwen, waaronder De Zalmhaven. Het doel van deze kennisontwikkeling is een betrouwbare voorspelling van windtrillingen in de ontwerpfase van hoogbouw. Het is de ambitie van het consortium om te komen tot een Nationaal Programma Hoogbouwmonitoring.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2021-3

Resultaat type
Publicatie(s) niet peer reviewed
Aantal
1
Omschrijving

This paper describes the application of the Frequency Domain Decomposition (FDD) technique on measured acceleration data on the residential tower New Orleans in Rotterdam, the Netherlands. The goal of this study is to determine and analyse multiple natural frequencies and mode shapes of this tower. A measurement campaign was setup on the 158 m high New Orleans tower. Accelerations were measured at the 15th, 34th and 44th floor. Modal properties are obtained using the FDD method. A total of 11 modes are identified, of which 7 modes have a clear dominant direction. The first mode, with the lowest natural frequency, is observed in X-direction, which corresponds with the lower bending stiffness of the New Orleans tower in this direction compared to the Y-direction. The second mode in X-direction however has a higher natural frequency than the second mode in Y-direction. This suggests that the foundation stiffnesses in X-direction are larger than those in Y-direction. The obtained modal properties provide a good basis for further work, in which the properties of an Euler-Bernoulli beam with rotational and translational springs at the base can be determined by matching the measured modal properties.

Wetenschappelijke publicatie?

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden fase2-2021-3

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Omschrijving

Dit rapport beschrijft de selectie van de gebouwen waarop metingen zijn voorzien binnen het HIVIBE project. Met deze selectie van gebouwen wordt zo goed mogelijk voldaan aan de verschillende praktische en technische selectie aspecten en criteria die zijn gedefinieerd voor het HIVIBE project. Er zijn zeven gebouwen geselecteerd voor het uitvoeren van metingen met nog eens zeven gebouwen die als back-up dienen.

Wetenschappelijke publicatie?