Luifel treinstation Hengelo
In Hengelo wordt gewerkt aan de ontwikkeling van de zuidkant van het station. Het project draagt de naam Hart van Zuid. De vernieuwing van het Hengelose NS Station valt hier ook onder. Eind 2010 is er aan de zuidkant van het station een imposante luifel geplaatst.
Het bijzondere ontwerp is verzorgd door Harry Abels van IAA Architecten uit Enschede. De zestig meter lange luifel bestaat uit tien betonnen luifelplaten (elk zo’n 25.000 kilo zwaar), gedragen door bijzondere pijlers die bestaan uit betonnen kolommen met daar bovenop nodulair gietijzeren draagarmen. Het ritme van de kolommen, platen en draagarmen vormt als het ware een "stoa", waaronder je prettig wandelt naar de entree van het station. Abels: “Wij hebben het spoorlichaam voorzien van een schuine wand van basaltlavakeien en daarvoor de grote brede luifel ontworpen, wat de zuidzijde een monumentale uitstraling geeft.” Door deze maat en vormgeving eist het station zijn belangrijke positie in de openbare ruimte op.
Met dit ontwerp van gietijzer verwijst architect Abels naar het industriële erfgoed van Hengelo. Het station is gedeeltelijk ontworpen door spoorwegarchitect Van Heukelom (de kap) en gedeeltelijk door Schelling. Deze laatste was een architect die graag het ambacht liet spreken in zijn architectuur en die visie is door IAA doorgetrokken. Zowel de draagarmen van gietijzer als de kolommen en dakplaten van beton zijn gegoten in mallen. Gieten geeft een grote vrijheid in vormgeving, die bij dit project dan ook ten volle benut is. In een antropomorfe stijl zijn de kolommen en draagarmen vorm gegeven. Nadat ze met de hand in klei gemodelleerd waren, zijn ze in een 3d systeem getekend en met een 3d plotter geprint.
De keuze voor dit materiaal en het ambitieniveau van de luifel maakte de ontwikkeling en de bouw van de luifel een ware uitdaging.
Constructief ontwerp
Het architectonische ontwerp is identiek aan het constructieve ontwerp, dat verzorgd is door Bartels Ingenieursbureau B.V. Zoals hiervoor genoemd bestaat het ontwerp uit tien prefab betonnen dakelementen van 6 meter breed en 9,20 meter lang. Ieder dakelement wordt gedragen door vier gietijzeren armen en ondersteund door een van rond naar klaverbladvormig verlopende prefabkolom. De fundering van de kolommen bestaat uit een doorgaande betonbalk en mortelschroefpalen.
Het statisch systeem is een in de fundering ingeklemde betonkolom die een centrisch geplaatste betonnen dakplaat draagt. De aansluiting tussen prefabkolom en gietijzeren broekstuk is vanzelfsprekend momentvast uitgevoerd. De dakplaten zijn onderling niet gekoppeld.
Bijzonder zijn de gietijzeren armen die overgaan in een gietijzeren broekstuk. De (holle) armen en het broekstuk zijn afzonderlijk gegoten in nodulair gietijzer EN-GJS-400-18U-LT. Vervolgens zijn de armen afgedraaid en is het broekstuk uitgeboord, dusdanig dat een plus tolerantie van maximaal 0,2 mm ontstaat. Om spanningsconcentraties zoveel mogelijk te voorkomen is de speling tussen broekstuk en armen geïnjecteerd met injectiehars.
De armen schuiven vervolgens in het broekstuk en dragen de optredende belastingen door contactdruk over. Een constructieve verbinding tussen de armen en het broekstuk is derhalve niet aanwezig, enkel een borging tegen het verdraaien tijdens de montagefase.
Het broekstuk is met behulp van vier draadeinden M39, na het aangieten en uitharden van de stelruimte, momentvast en voorgespannen verbonden aan de betonkolom. Ter plaatse van de dakplaat is aan de armen een dook meegegoten. In de dakplaat is een stalen buis met aangelaste staalplaat gestort waarin de doken zijn opgenomen. De ruimte tussen de doken en stalen buizen is na montage aangegoten met epoxy gietmortel.
Engineering
De complete luifel is gemodelleerd en geconstrueerd in het 3D CAD programma Solid Edge. Deze werkzaamheden zijn uitgevoerd door het specialistische bedrijf Bosch Engineering. De geometrie is ten behoeve van de berekeningen geïmporteerd in het Eindige Elementen pakket Femap1, de exacte geometrie is dus berekend. De geometrie van het model is tevens één op één door de Soester Gieterij, die de gietijzeren draagarmen heeft gemaakt, als input voor de mallen gebruikt. Van grof naar fijn zijn achtereenvolgens de volgende berekeningen uitgevoerd:
- De complete luifel (beammodel met globale dimensies)
- De gietstukken met de dakplaat (beammodel)
- 1 arm met 1/4 deel van het broekstuk (detailmodel)
- Uiteinden arm met aangegoten dook (detailmodel)
- Broekstuk met draadeinden (detailmodel)
De ingevoerde minimale dikte van de armen is 25 mm, voor het broekstuk is dit 30 mm.
In het model is er geen sprake van een verbinding tussen het broekstuk en de ingeschoven armen. Dit correspondeert namelijk met de werkelijke situatie. Aan de hand van de beammodellen ontstaat een goed beeld van de optredende vervormingen en globale krachtswerking. Deze krachtswerking is mede input voor de uitgevoerde detailberekeningen.
Uit de analyse van de gietstukken blijkt dat de globale spanningen in de armen vrij laag blijven en
knik pas optreedt bij een factor 68 maal de optredende belastingen. Uit de detailmodellen volgen de verschillende spanningsconcentraties uit de aansluiting tussen arm en broekstuk en op de overgang van de armen naar de dook. De afrondingsstraal tussen arm en dook is cruciaal ter vermijding van te hoge piekspanningen.
Uit het detailmodel met de draadeinden zijn de optredende krachten in de draadeinden te herleiden en is tevens de aangebrachte voorspanning meegenomen. De aangebrachte voorspanning is dusdanig dat in de gebruiksfase net géén gaping optreedt tussen kolom en broekstuk.
Fabricage
Het gietwerk is onder Lloydskeur uitgevoerd. Naast de analyse van de chemische en mechanische eigenschappen is ultrasoon en liquid penetrant onderzoek uitgevoerd. Het juiste gietmengsel maken van de mallen en daadwerkelijk gieten vereist vakmanschap, waarbij rekening gehouden wordt met een optredende krimp, zowel in de vloeibare als de vaste fase. Dit vereist tevens navulopeningen, voeders genaamd, waardoor extra gietmengsel kan toestromen.
De vloeibare krimp, slink, bedraagt tussen de overgang van de vloeibare naar de vaste fase 4 tot 8%. De krimp in de vaste fase tot aan de omgevingstemperatuur bedraagt circa 1%. In de mallen wordt met deze krimp rekening gehouden.
De holle ruimtes in de armen worden gevormd door gietkernen in de mal op te nemen. Door deze armen lopen de elektraleidingen voor de verlichting in de dakplaten. Na het gieten is de aansluiting tussen de armen en broekstukken nabewerkt met een tolerantie van maximaal 0,2 mm. Hiermee zijn direct correcties op de lengtematen uitgevoerd, zodat de stalen buizen op dezelfde posities in de bekisting voor de dakplaten kunnen worden opgenomen.
De betonkolommen zijn geprefabriceerd in de fabriek. Voor de dakplaten is dit, gezien de afmetingen van 6 x 9,20 meter, niet mogelijk, deze zijn op de bouwplaats gestort en tijdelijk opgeslagen. Iedere dakplaat weegt zo’n 25 ton. In de bekisting zijn conische verzwaringen opgenomen ter plaatse van de aansluiting met de armen. Daarnaast zijn diverse cirkels variërend in grootte en 20 mm dik in de bekisting uitgespaard. De dakplaten variëren in constructieve dikte van 180 mm in het midden tot 130 mm aan de uiteinden.
Na het storten van de fundering zijn de prefabkolommen gesteld. Omdat de kolommen als schoon beton zijn uitgevoerd bevinden de gains zich in de funderingsbalk. Op de kolommen zijn vervolgens de broekstukken bevestigd en de armen ingeschoven. Zowel de armen als de broekstukken zijn fabrieksmatig reeds van een coating voorzien.
Montage
Rondom de kolommen is ten behoeve van de dakplaten een tijdelijke ondersteuningsconstructie opgebouwd. Hierop zijn bij iedere draagarm vijzels geplaatst die voorzien zijn van schegvormige houten delen corresponderend met de hellingshoek van de luifel. De vijzels zijn geplaatst op teflon platen en met behulp van bouten geborgd, daardoor zijn ze in het horizontale vlak te verplaatsen.
De slaglengte van de vijzels is dusdanig dat de bovenzijde van de houten scheggen circa 20 mm boven de doken van de armen uitsteken en vervolgens circa 120 mm kunnen zakken.
Op de vijzels zijn de dakplaten, nadat deze in de juiste hoek zijn opgehesen, geplaatst. De vier vijzels zijn per dakplaat daarna tegelijk circa 100 mm afgelaten. Vervolgens zijn eventuele correcties ten aanzien van de precieze uitlijning en stelruimte tussen de dakplaten en armen uitgevoerd.
Na dit proces zijn de kolomvoeten geïnjecteerd en de broekstukken aangegoten. Tevens is de eventuele ruimte tussen armen en broekstuk geïnjecteerd. Eventuele onvoorziene krachtswerking is daarmee voorkomen. Na uitharding van de epoxy gietmortel zijn de draadeinden voorgespannen en de doken van de armen aangegoten. Aansluitend is de voorzijde van de dakplaten links en rechts ingemeten, zijn de vijzels verder afgelaten en is wederom een controlemeting uitgevoerd. De optredende vervormingen bleven beperkt tot maximaal 1 á 2 mm.
De bovenzijde van de dakplaten is van een esthetische coating voorzien. Tevens is de ruimte tussen de dakplaten elastisch gedicht. De laatste laag coating (afwerking) is in het werk op de gietijzeren delen aangebracht. De kolommen zijn van een transparante anti-grafity coating voorzien. Inmiddels is de nieuwe luifel helemaal gereed.