In het afstudeeronderzoek van Martijn van Winkelen is onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om hogere gebouwen te realiseren op een drijvende fundering. Dit onderzoek is geconcretiseerd in een ontwerpopgave voor een drijvend hotel, waarbij binnen de gegeven randvoorwaarden gestreefd is naar een zo groot mogelijk aantal bouwlagen. Lees verder voor een uitgebreide samenvatting van het onderzoek en het complete afstudeeronderzoek met verklarende filmpjes.

Water is een onderwerp dat Nederland door zijn geografische ligging altijd intensief bezig heeft gehouden. Vanzelfsprekend, want als onze voeten staan op een bodem die grotendeels onder de zeespiegel ligt, is het geen verbazingwekkende zaak dat wij onze hersens moeten gebruiken om het hoofd boven water te houden. Prognoses voor de waterhuishouding voorspellen dat Nederland in de toekomst meer water te verwerken krijgt. Drijvend bouwen is een vorm van ruimtelijke inrichting die dit niet alleen als een probleem ziet, maar ook als een uitdaging – de uitdaging om in een steeds natter Nederland de weinige ruimte die er is toch intensief te gebruiken.

floatel
Het drijvende hotel in de stadshavens van Rotterdam heeft een drijflichaam van ca. 64 x 60 m. Het telt elf bouwlagen en heeft een hoogte van een kleine 40 m. In het drijflichaam is een volautomatische parkeergarage opgenomen. Het drijflichaam bestaat uit een hoofdponton waaraan 4 zijpontons zijn gekoppeld. Het hoofdponton heeft een grote diepgang (6,2 m) en de zijpontons hebben een beperkte diepgang (1,8 m).

pontonvorm
Er is onderzoek gedaan naar de vraag wat de meest effectieve pontonvorm is voor een hoog drijvende gebouw, en welke invloed de grootte van het ponton heeft op de haalbare bouwhoogte. Veel verschillende varianten zijn doorgerekend waarvoor steeds de maximale bouwhoogte is bepaald. Het naar buiten brengen van het materiaal van het drijflichaam heeft een (zeer) gunstige invloed op de haalbare bouwhoogte en verminderd tevens sterk de rotatiegevoeligheid van het drijvende gebouw. Voor het floatel is gekozen voor een drijflichaam in de vorm van een I-profiel.

bouwvolgorde
In het ontwerp van het floatel spreekt de bouwvolgorde een belangrijke rol. Het hoofdponton met de hoogbouw erop wordt in een loods gebouwd. Daarna wordt het gebouw naar de locatie vervoerd, waar de zijpontons aan het hoofdponton gekoppeld worden (klik hier voor een verklarend filmpje). In ontkoppelde fase heeft het object een beperkte breedte (23,6 m), waardoor bruggen zonder probleem gepasseerd kunnen worden.

Het gebouw is zo ontworpen dat het in ontkoppelde fase voldoet aan de stabiteitseisen. Het gebouw biedt in deze fase wel minder weerstand tegen rotaties dan in gekoppelde fase. Om te voldoen aan stabiliteitseisen bleek het noodzakelijk dat het hoofdponton relatief zwaar was. Het feit dat het hotel grotendeels in een loods kan worden gebouwd, levert grote voordelen op voor het bouwproces en maakt bovendien een aanzienlijke bouwtijdverkorting mogelijk.

vorm- en gewichtstabiliteit
In het ontwerp is de vorm- en gewichtstabiliteit van het gebouw geoptimaliseerd. Het lage zwaartepunt voor het hoofdponton en de geringe bouwmassa van de hoogbouw zorgen voor gewichtstabiliteit in de bouwfase. Hoewel het gebouw nu wel stabiel is (de metacentrumhoogte is positief), is het behoorlijk rotatiegevoelig. Door het aankoppelen van de zijpontons ontstaat er een hoge vormstabiliteit en wordt het gebouw veel minder rotatiegevoelig. In de bouwfase is er dus sprake van gewichtstabiliteit, terwijl in de gebruiksfase de voordelen van vormstabiliteit worden benut.

gewichtsverdeling
om de vereiste waterverplaatsing zo beperkt mogelijk te houden, is zo licht mogelijk gebouwd. Voor de hoogbouw van het gebouw is gekozen voor een staalconstructie met staalframevloeren, wat resulteert in een extreem lage bouwmassa (0,9 kN/m3). De verschillende pontons bestaan uit een gesloten betonnen bak. Omdat de bebouwingsgraad van het drijflichaam per onderdeel varieert, was gewichtverdeling in het ontwerp een belangrijk aandachtspunt. Indien het drijflichaam overal een gelijke diepgang zou hebben, zouden er zeer grote momenten in het drijflichaam ontstaan. De gewichtsverdeling in het ontwerp is dusdanig dat de diepgang van een onderdeel steeds correspondeert met de aldaar aanwezige bouwmassa. Dit zorgt ervoor dat de krachten in het drijflichaam niet groter zijn dan strikt noodzakelijk.

beperkende factor
Welke factor bepaalt er nu hoe hoog je maximaal kunt drijven? Verschillende factoren kunnen van invloed zijn: de stabiteitseis, de maximaal toegestane rotatie, de maximale breedte van het drijflichaam in de gebruiksfase, de maximale breedte in de transportfase en de maximaal toegestane diepgang.
Bij een beperkte breedte van het ponton kan de maximaal toelaatbare rotatie de beperkende factor zijn voor de maximale bouwhoogte. De eisen voor de rotatiegevoeligheid zijn ten opzichte van de stabiliteiteis in de regel maatgevend. Als aan de eis voor rotatiegevoeligheid wordt voldaan is de stabiliteit dus ook in orde.
Bij een breder ponton is niet zozeer de rotatiegevoeligheid beperkend, maar is eerder de maximaal toegestane diepgang of de maximale breedte van onderdelen in de transportfase beperkend. Wat betreft de rotatiegevoeligheid had het floatel hoger kunnen zijn, de diepgang en de maximale breedte waren hier de beperkende factor voor het maximale aantal bouwlagen.

berekeningen
In het onderzoek is veel gerekend aan de drijftechnologische prestaties van het floatel (positie metacentrum, rotaties, diepgangfluctuaties e.d.). Daarnaast is er ook aandacht besteed aan de krachtswerking in het drijflichaam, bijvoorbeeld de krachten die de koppeling tussen de pontons moet kunnen opnemen en de mogelijke oplossingen die hierbij gekozen kunnen worden. Ook is er een verkennend onderzoek gedaan naar de bouwkosten van het drijvende object.

Het gehele afstudeeronderzoek van Martijn van Winkelen is hier te lezen.