nieuws

‘De natuur construeert veel efficiënter dan wij’

bouwbreed Premium

Moeten gebouwen zuiver worden beschouwd als starre en stijve constructies of kun je ze ook zien als machines die op hun omgeving kunnen reageren? De kersverse hoogleraar Draagconstructies Rob Nijsse kiest voor de tweede optie en ziet daardoor mogelijkheden om veel hoger en goedkoper te bouwen.

Wolkenkrabbers kunnen veel lichter,

Riet- en bamboestengels zijn heel lang en dun, maar kunnen toch zware windstoten opvangen, simpelweg door mee te buigen met de wind. Op het eerste oog is dat een onbruikbaar principe voor gebouwconstructies, want wonen en werken lijkt onmogelijk in een gebouw dat reageert op de wind. “De natuur construeert veel efficiënter dan wij. Een bamboe­stengel heeft een doorsnede van rond de 7 centimeter, maar hij kan wel 3 meter hoog worden. Het geheim zit ‘em in de knopen. Als je die doorsnijdt, ontdek je daarin een soort veren die de stengel zijn flexibiliteit geven”, legt Nijsse uit op zijn werkkamer in de faculteit Bouwkunde van de TU Delft.
“Datzelfde principe kunnen wij in gebouwen toepassen door gebruik te maken van schokbrekers, die we al kennen uit de auto-industrie. Een systeem van veer en schokbreker is in staat bij een plotselinge belasting de drukkracht op te vangen en langzaam weer terug vouwen. Daardoor verwerkt het grote stootkrachten zonder dat de inzittende van de auto het merkt. Als je dergelijke dempers, die actief worden aangestuurd, om de zoveel verdiepingen inbouwt krijg je een stabiele constructie.”
Een compleet nieuw concept hoeft de bouwwereld niet te bedenken voor de dempers. Adviesbureau ABT, waarvoor Nijsse al jaren werkt, ontwikkelde voor voetbalstadion Gelredome in Arnhem ooit een systeem met vier pneumatische zuigers. Die kunnen het speelveld het stadion ‘uitduwen’. Ingebouwd in een wolkenkrabber en aangestuurd door computergestuurde meetapparatuur, zou een soortgelijk systeem actief moeten terugduwen op het moment dat een stevige windvlaag het gebouw treft. Qua meet- en regeltechnieken wacht nog een uitdaging, want de schokbrekers moeten aan de ene kant terugduwen en aan de andere kant juist trekken om de windbelasting op te nemen zonder nieuwe beweging op te roepen. En ze moeten natuurlijk voorkomen dat de superslanke constructie doorknikt. Japanse ingenieurs bedachten vergelijkbare dempers voor het actief opvangen van de krachten die zich voordoen bij aardbevingen. Nijsse: “Als je de windbelasting op deze manier opvangt, kun je in theorie zo hoog bouwen als je wilt. En efficiënt, want je hebt minder bouwmaterialen nodig voor de stabiliteitsconstructies en je houdt meer bruikbaar vloeroppervlak over.”
Gebouwen van 200 meter en hoger kunnen met de innovatieve methode volgens berekeningen van Nijsse 10 tot 20 procent lichter worden geconstrueerd. De traditionele bouwtechniek construeert te conservatief en te zwaar, omdat daarbij sterk de nadruk ligt op het bereiken van een hoge stijfheid. Door de horizontale krachten met 3 tot 4 meter grote schokbrekers op te vangen in de knopen, is een enorme reductie mogelijk in staal voor windverbanden en beton voor zware stabiliteitskernen. Nijsse: “We bouwen nu enorm zware, stijve gebouwen die volledig berekend zijn op die ene zware storm. Heel inefficiënt natuurlijk.”
Een wiskundige formule die hij ontwikkelde moet constructeurs in staat stellen eenvoudig de verhouding tussen stabiliteit en beweeglijkheid vast te stellen. Deze geeft aan de hand van de trillingstijd en de effectieve slingerlengte op hoofdlijnen een idee van de vereiste constructie voor hoge gebouwen. Nijsse: “Bij de huidige methoden weet je pas na heel veel rekenen of je te zwaar hebt geconstrueerd of dat een gebouw juist last krijgt van trillingen. Dat is bijzonder tijdrovend. Deze formule maakt het mogelijk in een vroeg stadium een optimalisatie van de constructie te becijferen.” Aan de opbouw van liftkokers en gebouwconstructies hoeft in principe niets te veranderen. De diverse door dempers met elkaar verbonden moten waaruit het gebouw bestaat fungeren gewoon als standaard gebouwdelen.
Behalve goedkoop is Nijsses bouwmethode door alle mogelijke besparingen ook milieuvriendelijk. In combinatie met de wereldwijd steeds verder opklimmende gebouwhoogten – met de Burj Dubai (808 meter) als voorlopig hoogtepunt – zal de bouwwereld zeker wel veel interesse hebben voor zijn idee? “Jazeker, er zijn al gesprekken geweest met verschillende bedrijven”, reageert Nijsse. “Wanneer de eerste ‘bamboetoren’ klaar is? Ik hoop over een jaar of tien.”

Conservatief

Maar, moet hij toegeven, wat betreft regelgeving wacht nog een zware strijd. “De bouw is conservatief. De eerste ambtenaar die een plan voor een wolkenkrabber van dit type onder ogen krijgt, zegt natuurlijk dat het niet kan, omdat het niet eerder is gedaan. Dit type gebouw is geen statische constructie, maar reageert als een machine op zijn omgeving. Lang niet iedereen is het ermee eens dat dat mag.”
Hij pleit daarom voor mogelijkheden voor meer proefprojecten met experimentele bouwvormen. “Angst voor beren op de weg houdt innovatie tegen. De wetgever accepteert een nieuw concept pas nadat het vijftig jaar probleemloos heeft gefunctioneerd. Daarin zit een cirkelredenatie waaruit je nooit ontsnapt zonder een keer een – goed gewogen – risico te nemen. Risico is een vies woord geworden door alle regelgeving, maar zonder ooit risico’s te nemen bereik je nooit vernieuwing. En laten we wel zijn, zo heel groot zijn die nooit. Niemand steekt immers geld in een gebouw dat grote kans heeft om te waaien.” ■

Reageer op dit artikel