Constructief toegepast glas maakt serre nog transparanter

Bij ‘De Boerderij’ in Park Sonsbeek in Arnhem is een serre (of glazen paviljoen) als aanbouw gerealiseerd. Serres zijn meestal grotendeels van glas, maar de aanbouw in Arnhem is nog transparanter doordat de windverbanden achter het glas ontbreken. Dit was mogelijk doordat constructeur ABT een bijzondere methode ontwikkelde, waarbij gebruik is gemaakt van de schijfwerking in glas.

Tekst: Carla Debets Bouwtekst

Beeld: ABT, Kars Haarhuis (schetsen), Carla Debets

Het nieuwe glazen paviljoen vervangt een verouderde aanbouw bij de monumentale boerderij die in gebruik is als brasserie. De nieuwe serre is een ontwerp van NEXIT Architecten. Die ontwierp de aanbouw als een soort wagenschuur: zo open mogelijk met een maximaal slanke constructie. 

Hout paste weliswaar goed in de groene omgeving, maar zou ook leiden tot een relatief zwaar ogende constructie. Om een maximale slankheid te bereiken is een staalconstructie toegepast met kolommen van 80 x 80 x 8 mm, omkleed met 10 mm hout. Alle gevels van de serre – met een oppervlak van 66 m2 – zijn uitgevoerd in glas en de schuine dakvlakken zijn gesloten.

Transparantie

Niet alleen de slanke kolommen én het vele glas rondom zorgen voor zoveel mogelijk transparantie en doorzicht, maar ook het ontbreken van de gebruikelijke windverbanden in de gevels. Deze worden toegepast om de horizontale (wind)belastingen af te dragen naar de fundering. 

Kars Haarhuis, constructeur bij ABT: ‘Door de schijfwerking van glas te benutten, kunnen de windverbanden weggelaten worden. Dit levert een klein economisch voordeel op (minder staal en het ontbreken van allerlei verbindingen), maar vooral een zo transparant mogelijk beeld dat voldoet aan de wens van de architect. Er zijn nu geen hinderlijke diagonale staalprofielen meer in het zicht.’

Schijfwerking glas

ABT houdt zich al langer bezig met ontwikkelingen in glas. NEXIT Architecten wist dat en schakelde de constructeur in bij dit project. Pas toen werden de mogelijkheden van schijfwerking in glas onderzocht én toegepast. 

Haarhuis: ‘Het glas is allereerst gedimensioneerd op sterkte en stijfheid bij reguliere windbelasting op de grootste ruiten, zoals bij een normale ruit in het kozijn. In dit project meten de ruiten maar liefst 3 bij 3 meter.’

‘Vervolgens is gekeken of deze ruiten ook de krachten vanuit de stabiliteit konden opnemen. Dit bleek mogelijk met half gehard glas. De ruiten zijn samengesteld als 88.4 (2 x 8 mm), 15 mm spouw en 8 mm buitenruit. De gelaagdheid van de ruit heeft vooral te maken met de constructieve veiligheid. Breekt één laag, dan blijft altijd een tweede laag intact.’

Geavanceerd rekenmodel

Vervolgens is gekeken hoe het glas zou kunnen meewerken in de constructie. Dat was allereerst een rekentechnische uitdaging, die leidde tot een geavanceerd rekenmodel. Daarna werd gezocht naar een methode die zo dicht mogelijk blijft bij wat in de uitvoering gebruikelijk is, ofwel: wat bouwers gewend zijn. En uiteraard moest de methode ook nog betaalbaar blijven. 

De gebruikelijke methode is dat glazen ruiten op stelblokjes worden geplaatst. De schijfwerking van glas wordt hier benut door de glaspanelen op te sluiten in de constructie, waardoor deze niet (te veel) kan vervormen. Hiervoor bedacht ABT het toepassen van stelblokjes aan de onderzijde van het glas én vulblokjes aan de zijkanten en bovenop het glas, oftewel: op alle hoeken.

Druksterkte 

Om glas als stabiliteitselement toe te passen, wordt gebruikgemaakt van het gegeven dat de druksterkte van glas groot is, zelfs hoger dan van beton. Om die druksterkte optimaal te kunnen benutten, moest zorgvuldig worden bepaald van welk materiaal de vulblokjes moesten zijn én waar die blokjes exact moesten worden geplaatst.

‘Allereerst hebben we samen met Eriks Kunststoffen en glasleverancier Si-X gezocht naar een geschikt materiaal, waarbij ABT ook testen heeft uitgevoerd’, vertelt Haarhuis. ‘Zo hebben we onder meer gekeken naar de mogelijkheden van EPDM, neopreen, nylon, staal en polyurethaan.’

‘Het materiaal moest enerzijds sterk en hard genoeg zijn om voldoende stijfheid te hebben, maar ook zacht genoeg om oneffenheden in glas en staal te weerstaan. Oneffenheden kunnen immers leiden tot piekspanningen en glasbreuk.’

Stel- én vulblokjes

Uiteindelijk leidde dit tot de keuze voor polyester-polyurethaan, zowel voor de stelblokjes als de vulblokjes. De blokjes (100 x 20 x 8 mm) zijn alleen ter plaatse van het binnenblad aangebracht, omdat de temperatuurswisselingen in het binnenblad relatief gering zijn. Daarnaast moest ook de plaats in of bij de hoeken worden bepaald. 

Haarhuis: ‘Het is belangrijk om de blokjes minimaal enkele centimeters uit de hoeken te monteren, omdat glas gevoelig is voor krachten op de hoeken. In het geval van (half)gehard glas komt daar nog bij dat de voorspanning op de hoeken afneemt, waardoor de glassterkte op de hoeken lager ligt. Door de vulblokjes uit de hoek te plaatsen, kunnen de krachten gelijkmatiger worden ingeleid op de rand. De vulblokjes zijn niet verlijmd om het glas zoveel mogelijk op druk te belasten.’ 

Toepassing en toekomst

In deze aanbouw is ook gebruikgemaakt van de schijfwerking in de dakvlakken, zoals dat gebruikelijk is bij dakbeschot, met multiplex platen. Deze schijfwerking is van belang om de krachten vanuit alle (wind)richtingen gelijkmatig over te dragen op de ruiten waarin de schijfwerking moet optreden.

Bij de toepassing in de serre blijkt dat schijfwerking in enkele ruiten al voldoende is om de stabiliteit van de constructie te waarborgen. Dit heeft ook te maken met het principe dat men bij stabiliteit van een constructie kiest voor ten minste drie vlakken, waarvan er ten minste twee loodrecht op elkaar staan. Het derde vlak zorgt daarbij voor torsiestijfheid. 

Hoe meer wanden meewerken, hoe lager de krachten. Bij de ruiten die niet meewerken, zijn de vulblokjes weggelaten om te voorkomen dat in deze ruiten ongewenste spanningen optreden.

Andere constructies

Het ontbreken van windverbanden in de uitvoeringsfase is ondervangen door het gebruik van tijdelijke spanbanden. ABT meent dat het benutten van de schijfwerking van glas zeker ook toepasbaar is in andere constructies, zoals houten constructies. Bovendien worden de mogelijkheden in hoogbouw onderzocht. 

Haarhuis: ‘Technisch gezien is glas sterk genoeg voor omvangrijke constructies. In het geval van hoogbouw speelt echter de brandveiligheid een belangrijke rol bij het ontwerp van de constructie. Dit vraagt om extra maatregelen, aangezien glas van zichzelf niet brandwerend is. Er zijn brandwerende coatings voor glas, die opzwellen bij brand, maar hiermee behoudt het glas niet zijn sterkte. Dit vraagstuk krijgt zeker een vervolg.’
 

Projectgegevens

Opdrachtgever

Gemeente Arnhem

Architect

Nexit Architecten, Arnhem

Adviseur constructies

ABT, Velp

Aannemer

Bouwbedrijf Van Middendorp, Wekerom

Glasleverancier

Si-X, Benthuizen

Fabrikant stel- en vulblokjes

Eriks Kunststoffen, Hengelo

Leverancier stel- en vulblokjes

C.C. van Hulsteijn BV, Moordrecht

Bruto vloeroppervlak

66 m2

Start bouw

medio maart 2015

Oplevering

mei 2015

Bouwsom

175.000 euro (incl. installaties, excl. btw)

De gevels van de serre bij ‘De Boerderij’ in Park Sonsbeek bestaan geheel uit glas en de gebruikelijke windverbanden achter het glas zijn vervangen door extra vulblokjes.

Doordat windverbanden ontbreken en slanke kolommen zijn toegepast, is het uitzicht van binnen naar buiten maximaal.

Plattegrond en schematische weergave van de serre; rekenmodel voor de schijfwerking.

De schijfwerking van glas wordt benut in de stabiliteit van het glazen paviljoen.

Schema portalen.

Het aanbrengen van de glaspanelen. Er wordt ook gebruikgemaakt van de schijfwerking in de dakvlakken.

De stabiliteit in de uitvoeringsfase wordt gewaarborgd door tijdelijke spanbanden.

Op de hoeken zorgen stalen pinnen voor de afdracht van de krachten.

De vulblokjes van polyester-polyurethaan zijn sterk en hard genoeg voor voldoende stijfheid, en zacht genoeg om oneffenheden in glas en staal op te vangen.

Het ontbreken van de windverbanden levert een klein economisch voordeel op, maar vooral een zo transparant mogelijk beeld dat voldoet aan de wens van de architect.