Nieuwe wiskundige formule maakt hoge gebouwen goedkoper
Dankzij een nieuwe, eenvoudige wiskundige formule kunnen de stijfheid en stabiliteit van gebouwen al in een zeer vroeg stadium worden berekend. Vooral hoge gebouwen kunnen daardoor 10 tot 20 procent lichter en dus goedkoper worden geconstrueerd. Prof. ir. Rob Nijsse presenteert de formule op 1 februari tijdens zijn intreerede aan de TU Delft. Daarnaast presenteert hij nieuwe technieken om een gebouw actief tegen de wind in te laten duwen. Voor zijn onderzoek naar de relatie tussen voelbare beweging en veiligheid liet Nijsse zijn formule ook los op hoogbouw in de natuur. Rietstengels blijken 20 procent dunner te kunnen.
Ieder gebouw moet sterk genoeg zijn om het eigen gewicht en belastingen te kunnen dragen, en stijf genoeg om de gebruikers geen onveilig gevoel te geven. Ook moet een gebouw bij een horizontale belasting, bijvoorbeeld door de wind, vormvast, oftewel stabiel zijn. "Die drie aspecten zijn met elkaar verweven", zegt Nijsse. "Maak je een gebouw te slap, dan zullen gebruikers trillingen voelen en dat als onprettig of zelfs gevaarlijk ervaren. Maak je een gebouw te stijf, dan kost dat veel materiaal en dus geld."
Met name hoge gebouwen worden volgens de hoogleraar nu vaak te conservatief geconstrueerd onder het motto 'beter te veel materiaal dan te weinig'. Constructies zijn daardoor in veel gevallen te stijf, gebruiken te veel staal en beton en zijn dus duurder dan nodig. Dankzij de door Nijsse ontwikkelde formule kunnen constructeurs wereldwijd nu snel verschillende verhoudingen tussen stabiliteit en beweeglijkheid aftasten, zonder eerst gedetailleerd te hoeven rekenen.
De formule geeft vooral een orde van grootte aan. Juist in het begin van een ontwerp is dat cruciaal, zegt Nijsse, raadgevend ingenieur bij advies- en ingenieursbureau ABT. "Je wilt snel op hoofdlijnen kunnen zien welke kant je met een bepaald soort constructie uit gaat. Tot nu toe wist je dat pas echt goed aan het einde, na heel veel rekenen. Vaak blijkt dan dat je te zwaar hebt geconstrueerd. En opnieuw beginnen is dan zeer tijdrovend."
Voor de ontwikkeling van zijn formule onderzocht Nijsse ook de koppeling tussen beweeglijkheid en veiligheid bij bomen en rietstengels. Deze natuurlijke 'hoogbouw' gaat volgens de hoogleraar ver in het minimaliseren van de veiligheidsmarge. "De kampioen onder de natuurlijke constructies, de rietstengel, heeft een veiligheidsfactor 2. Oftewel de stengel zou met 20 procent minder materiaal nog altijd helemaal plat kunnen liggen in een storm, en toch weer volledig terugveren."
Rietstengels vormen ook de inspiratie voor een detail dat Nijsse heeft ontwikkeld om een gebouw actief tegen de wind in te laten duwen. "Riet is zo veerkrachtig door de knopen die er in zitten. Hetzelfde zie je bij bamboe. Op basis van deze veren heb ik een detail ontwikkeld dat bestaat uit een schokbreker en een veer. Door deze actief aan te sturen is het mogelijk om de stabiliteit van een gebouw te vergroten."
Nijsse's formule en detail zijn vooral ontwikkeld voor hoogbouw vanaf 200 meter. Ook in Nederland komt deze hoogte inmiddels binnen handbereik. Het hoogste gebouw ter wereld was tot voor kort Taipei 101 met 509 meter. Dat record is inmiddels verbroken door Burj Dubai. Deze toren is de 600 meter al gepasseerd en wordt uiteindelijk 808 meter hoog.
Prof. ir. Rob Nijsse is sinds vorig jaar hoogleraar Ontwerpen en Draagconstructies aan de faculteit Bouwkunde van de TU Delft. Hij houdt zijn intreerede 'Over sterkte, stijfheid en beweging: de latente koppeling tussen voelbare beweging en veiligheid' op vrijdag 1 februari 2008, om 15.00 uur in de aula van de TU Delft.
Technische Universiteit Delft
Technische Universiteit Delft