Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden

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. 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 wordt onderzoek gedaan naar de invloed van de fundering en bodemeigenschappen op het dynamische gedrag. 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.

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

In fase 1 is de haalbaarheid en waarde onderzocht van meet- en analysetechnieken voor hoogbouwtrillingen die de gegevens verzamelen die nodig zijn voor de ontwikkeling van het voorspellingsmodel. Onderdeel van deze fase was het opstellen van een projectplan voor de tweede fase. De tweede fase is in het eerste kwartaal van 2021 gestart.

Verwachtte resultaten

'-TNO rapport 2020 R11569 (concept) geeft een overzicht van de dynamische eigenschappen (gebouw en fundering) waarover informatie nodig is uit in-situ metingen. Voor elke eigenschap worden beschrijvingen van meettechnieken gegeven die de opstelling en het type en de hoeveelheid meetgegevens specificeren. Er worden financiële schattingen gegeven voor de implementatie van sommige van deze technieken.-Er is een globaal monitoringsplan gedefinieerd.-TNO-rapport 2020 R11570 (concept) geeft een samenvatting van interviews.-TNO Rapport 2020 R10572 is een inventarisatie van technische informatiebehoefte.-Een concept paper voor een nationaal technisch tijdschrift om de voordelen van een betere schatting van de dynamische eigenschappen van hoogbouw illustreren.-Het plan voor fase 2 is opgesteld.-Webinar Bouwen met Staal is op 4 juni 2020 gehouden. (https://www.bouwenmetstaal.nl/evenementen/webinars/webinar-demping-van-hoogbouw/and https://www.youtube.com/watch?v=-gHyFUlzoNo)-Afstudeerrapport door Michelle Sonneveld. Sensitivities and prerequisites of the application of the Energy Flux Analysis to high-rise structures excited by wind using in situ measurements. (https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A3f7d51a9-b65b-472f-b716-e4320b448ccf)-ISMA paper Long-term vibration and wind load monitoring on a high-rise building.-Presentatie op de voortgangsvergadering van juli 2020 over “Vergelijking van berekeningen van drie cases met de nieuwe Eurocode EN 1991-1-4”

Innovativiteit

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•Gelijktijdig bepalen van meerdere constructie eigenschappen onder dynamische windbelasting •Metingen op de fundering•Verschillende trillingsvormen

Valorisatie

Overzicht van te meten gebouw eigenschappen: Deelnemende partijen; Resultaat wordt gedeeld binnen het project
Overzicht van meettechnieken: Deelnemende partijen: Resultaat wordt gedeeld binnen het project.
Ruwe meetdata: TNO en deelnemende partijen TNO d.m.v. delen data binnen het project.
Uitgewerkte meetdata TNO en deelnemende partijen TNO, d.m.v. delen van uitgewerkte meetdata binnen het project en
d.m.v. publiceren van een deel van de uitgewerkte meetdata.
Begrip van de dynamische eigenschappen en invloed van de bodem TNO en deelnemende partijen TNO, d.m.v. publiceren van de uitkomsten.
Dynamische eigenschappen van verschillende hoogbouwprojecten TNO en deelnemende partijen TNO, d.m.v. delen alle
resultaten binnen het project en d.m.v. publiceren van een deel van de resultatenen.

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

1) IP van werkzaamheden uitgevoerd door een kennisinstelling moet naar de kennisinstelling. Dit is ongeacht of dit IP door de TKI middelen, of door de cash-bijdrage van derden is gegenereerd.
2) IP kan in het kader van de regeling alleen van nietkennisinstellingen zijn als het door deze partijen volledig, d.w.z.
zonder kennis van de kennisinstellingen, in het kader van in-kind bijdragen is gegenereerd. Consequentie is dat in projecten waar geen in-kind bijdrage van niet-kennisinstellingen is opgenomen, IP nooit bij bedrijven kan liggen.]
Welk ‘product’ (zie boven)? IP bij welke partner(s) Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt Producten:
• Overzicht van te meten gebouw eigenschappen
• Overzicht van meettechnieken
• Ruwe meetdata
• Uitgewerkte meetdata
• Begrip van de dynamische eigenschappen en invloed van de bodem
• Dynamische eigenschappen van verschillende hoogbouwprojecten

IP afspraken zijn vastgelegd in de samenwerkingsovereenkomst volgens TKI regeling. Werkzaamheden worden grotendeels door TNO uitgevoerd waarmee de IP grotendeels bij TNO komt te liggen.
Zie valorisatie-tabel voor overzicht toegankelijk maken producten

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

  • Aronsohn raadgevende ingenieurs B.V.
  • BAM Advies & Engineering
  • Fugro NL Land B.V.
  • IMD
  • Structure Portante Grimaud B.V.
  • TKI Deltatechnologie
  • TNO
  • Zonneveld Ingenieurs B.V.

Resultaten

Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden-2021-1

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Wetenschappelijke publicatie?