TNO04 Dynamisch gedrag van hoge gebouwen in Deltasteden

Aanleiding van het project

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.

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.

Omschrijving van de activiteiten

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.

Verwachte 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

Ruwe projectresultaten worden binnen het project gedeeld en uitgewerkte meetdata wordt gedeeld door middel van publicaties.

Link naar projectresultaten: https://365tno.sharepoint.com/teams/P060.45725/TeamDocuments/Forms/AllItems.aspx?RootFolder=%2fteams%2fP060%2e45725%2fTeamDocuments%2fExternal%20Audience&FolderCTID=0x012000FA96119AA14A4A4BB50BA1A9B39D1861

Link naar projectresultaten…