Inleiding
Aan de hogeschool Zuyd te Heerlen is aan een drijvende woonwijk gewerkt in een multidisciplinaire afstudeergroep van drie studenten Bouwkunde en drie studenten Civiele Techniek.
Haalbaarheidsonderzoeken naar mogelijkheden om polders in Nederland weer onder water te zetten vormen de basis voor dit afstudeerproject.
Huidige oplossingen richten zich voornamelijk op of waterberging of bebouwing. Een duurzame oplossing kan gevonden worden in meervoudig ruimtegebruik. De bebouwing wordt op het water gerealiseerd. Het inrichten van polders met permanent drijvende woningen is een vorm van meervoudig ruimtegebruik. Zo ontstaat een duurzame oplossing voor deze twee schijnbaar tegenstrijdige principes.
Drijfsysteem
Ontwerp drijflichaam
De basis van de drijvende woonwijk wordt gevormd door een drijflichaam. Deze drijflichamen vormen die als het ware de fundering van de drijvende infrastructuur en woningen. Na een analyse van bestaande drijfprincipes zoals de betonnen open caisson en de traditionele EPS-constructies is gebleken dat aan beide principes te veel nadelen kleven om als oplossingen te dienen. Hierop is besloten om een eigen drijflichaam te ontwikkelen dat de voordelen van beide bekende principes combineert. Zo is het ontwikkelde drijflichaam onzinkbaar en is er de mogelijkheid om in het drijflichaam voorzieningen ten aanzien van de koppeling en installaties aan te brengen. Het drijflichaam is opgebouwd rondom de EPS-kern die de onzinkbaarheid garandeerd, hierop is een betonnen tussenvloer (150 mm) voorzien, hierop worden tussenwanden van 100 mm dik geplaatst die 600 mm hoog zijn en daarmee de kruipruimte vormen. Op deze tussenwanden rust de betonnen dekvloer van 250 mm dik voor de drijflichamen van de infrastructuur De constructie is bijzonder stijf door de werking van de tussenwandjes in combinatie met de dek- en tussenvloer waardoor een soort van kokerprofiel ontstaat.
Afmetingen
De afmetingen zoals die zijn ontworpen zijn 15,8 meter breed en 108 meter lang. Deze maten zijn afgeleid van een vastgestelde stramienmaat van 3,60 meter die is gehanteerd voor zowel bebouwing als infrastructuur waardoor de drijflichamen multifunctioneel kunnen worden ingedeeld en belast. Daarnaast is natuurlijk gekeken naar de ruimte die benodigd is voor infrastructuur en bebouwing.
Belastingen
De drijflichamen voor de infrastructuur zijn berekend op belastingen van verkeersklasse 60, de zwaarste verkeersklasse zoals die in Nederland in de voorschriften wordt gehanteerd.Hiervoor is bewust gekozen om op deze manier de gelijkwaardigheid met de infrastructuur op het vasteland te kunnen bewijzen. Niet alleen is rekening gehouden met belastingen in de gebruiksfase maar ook in de uitvoeringsfase. Zo is bij het bouwen van de woningen een hijskraan benodigd waarbij grote gecentreerde belastingen op kunnen treden ter plaatse van de stempelpoten van de hijskranen ook hier is de constructie op berekend.
Koppeling
Eén drijflichaam maakt nog geen drijvende woonwijk! Het koppelen van de drijflichamen is dus noodzakelijk indien een groter geheel van drijflichamen, een zogenaamd drijfsysteem, dient te worden verkregen. Er bestaan twee principes voor het koppelen van constructies. Allereerst kunnen constructies scharnierend ten opzichte van elkaar worden gekoppeld waardoor ter plaatse van de koppeling rotaties en vervormingen op kunnen treden. Door het star koppelen worden deze vervormingen voorkomen echter met het nadeel dat grote krachten opgenomen moeten worden.
Berekening koppeling
Een starre koppeling verdient dus de voorkeur indien een comfortabele overgang tussen de drijflichamen gerealiseerd te worden. Niet alleen voor het rijcomfort voor de weggebruiker is dit noodzakelijk maar ook als bebouwing over meerdere drijflichamen heen gebouwd dient te worden zijn vervormingen niet acceptabel.Middels een gecompliceerde berekening gebaseerd op de Eindige Elementen Methode is aangetoond dat het star koppelen van drijflichamen mogelijk is. Middels dwarskrachtdeuvels kunnen de dwarskrachten worden opgevangen zodat ongelijke zakkingen worden verhinderd. Door het toepassen van voorspan(trek)staven ter plaatse van de dek- en tussenvloer worden rotaties tegengegaan. Door deze manier van koppelen worden belangrijke nadelen weggenomen die tot nog toe vaak als onoplosbaar werden aangenomen bij huidige drijvende constructies.
Plaatsvastheid
Een drijvende woonwijk dient plaatsvast te worden verankerd om niet weg te drijven bij een storm.Door de drijflichamen te verankeren aan grote zogenaamde meerpalen wordt dit voorkomen. Deze meerpalen worden aan de infrastructuur verankerd, de woningen worden vastgekoppeld aan de infrastructuur waardoor deze automatisch plaatsvast zijn. De infrastructuur functioneert hierdoor als het ware als een ruggengraat voor de drijvende woonwijk. De woonwijk blijft zelfs plaatsvast bij een storm van windkracht 12. Doordat de woningen plaatsvast zijn voldoen deze aan de randvoorwaarden voor de status als onroerend goed. Dit heeft als groot voordeel dat de woningen vallen onder de normale regelgeving voor woningen en niet als woonboot worden aangemerkt waardoor normale hypotheken en verzekeringen kunnen worden afgesloten. Mede ook door de aangetoonde onzinkbaarheid van de woningen door de toepassing van EPS.
Stabiliteit
Drijflichamen moeten aan een aantal voorwaarden voldoen om geschikt te zijn als drijvende fundering. Als belangrijkste eis geldt hierbij natuurlijk dat de drijflichamen voldoende opdrijvend vermogen moeten genereren om de bovenliggende constructie boven water te houden. Een drijflichaam dient echter ook bestand te zijn tegen omslaan en te grote scheefstanden. Deze zogenaamde stabiliteitseisen vormen een maatgevende factor bij het ontwerpen van drijflichamen. De afmetingen van een drijflichaam in samenhang met de belastingen die op dit lichaam aangrijpen bepalen de mate van stabiliteit. Het stabiliteitsgedrag van de drijvende constructie is gecontroleerd in extreme situaties middels een eigen gemaakt ontwerpprogramma waarin alle mogelijke constructies en belastingen kunnen worden ingevoerd waarna snel duidelijk wordt of de constructie voldoet aan de gestelde eisen.De drijflichamen zijn getoetst op een maatgevende situatie waarbij een drijflichaam van 108 meter lengte volledig is bebouwd tot een hoogte van 3 bouwlagen waarbij er wordt uitgegaan van een calamiteit waardoor zich bluswater bevindt in de kruipruimte. Ook bij deze extreme situatie blijkt dat de constructie niet omslaat of ontoelaatbaar scheef staat. Dit toont de volwaardigheid van de drijvende woonwijk aan ook tijdens extremen. Tevens is een studie verricht naar de mogelijkheden van de toepassing van hoogbouw op water. Hoogbouw op water blijkt mogelijk indien toegepast op grotere drijflichamen tot een hoogte van ongeveer 30 meter. Verder onderzoek blijkt echter noodzakelijk naar de effecten van voornamelijk beleving en het wooncomfort omdat kleine scheefstanden aan de basis in het drijflichaam al snel tot grote (wisselende) uitwijkingen kunnen leiden in de bovenste etages.
Kort samengevat kan worden gesteld dat door de ontwikkeling van zowel drijvende infrastructuur en woningen gefundeerd op stabiele en plaatsvaste en bovenal onzinkbare drijflichamen er een volwaardige drijvende woonwijk is ontworpen die gelijkwaardig is aan woonwijken op het vasteland met een extra dimensie: water.
Bovenbouw
Basiswoning en differentiatiemogelijkheden
Voor de bovenbouw van de waterwoningen is het bouwconcept FW³ ontwikkeld. Hiermee kunnen waterwoningen worden gebouwd, gelijkwaardig aan landwoningen met water als extra woonkwaliteit. Er kunnen zowel vrijstaande, geschakelde als gestapelde woonvormen mee worden gebouwd. Bovendien wordt volledig aan het Bouwbesluit voldaan en zijn de woningen onzinkbaar door het drijfsysteem. Hieronder de basiswoning met differentiatiemogelijkheden
Ontwikkeling
Het bouwconcept is gebaseerd op lichte, over de weg transporteerbare woonmodules die in de fabriek al bijna volledig worden afgewerkt. De modules hebben een vrije hoogte van 2600 mm. Bij transport is op snelwegen een begeleider benodigd (ontheffing categorie III). Het toegepaste bouwsysteem is staalframebouw. Staalframebouw is qua methodiek vergelijkbaar met houtskeletbouw.maar maatvaster en maakt grotere overspanningen mogelijk.
Samenstelling woonmodules
De woonmodule heeft een vrij vloeroppervlak van 6000 mm x 3600 mm en is opgebouwd uit twee dragende wanden, een vloerconstructie en een zelfdragend plafond om een maximale binnenafwerking te kunnen realiseren. Hiernaast is de opbouw te zien van de constructieonderdelen die ook woningscheidend kunnen worden toegepast. De gevelafwerking is variabel, op basis van een materiaalonderzoek naar de geschiktheid van materialen.
Koppeling woonmodules
Voor het schakelen en stapelen van de woonmodules is een stalen gekartelde "strip" ontworpen waar de volgende module aan komt te
"hangen" waarbij het principe wordt gebouwd dat de vloer tussen de wanden hangt (zie het detail hiernaast). De woningen worden met twee verschillende overspanningen uitgevoerd (a en b) zodat dubbele wandconstructies worden vermeden.
Dimensionering woonmodules
Het bouwconcept is verder gedetailleerd aan de hand van de basiswoning. Extremenstudies naar wandopeningen in dragende wanden tot maximaal 3 bouwlagen zijn uitgevoerd. Een standaard samengestelde lateiconstructie is ontwikkeld waarmee ook achteraf probleemloos openingen kunnen worden aangebracht. Dus ook wijzigingen en uitbreidingen zijn mogelijk.
De koppeling op het drijflichaam wordt gerealiseerd middels een stalen "richt" kim en busverbindingen.
Principedetails basiswoning
Installatieconcept
Met het bouwconcept kan dus locatieonafhankelijk worden gebouwd. Installatietechnisch is dan ook gestreefd naar volledige zelfvoorzienendheid voor de waterwijk. Water, zon en wind zijn de toegepaste bronnen voor de waterwijk. Flexibele koppelingen met het vaste land zijn dan niet nodig.Warmtelinten worden toegepast voor leidingen met bevriezingsgevaar zodat ten alle tijden aan- en afvoer gegarandeerd blijft.
Hemelwater wordt niet gebruikt vanwege de ruimteclaim en het gewicht voor de opslag ervan. Hemelwater wordt direct in het oppervlaktewater geloosd waardoor de materialen van de woning uitlogend dienen te zijn. Dus koper, lood, zink en andere materialen worden gemeden.De waterwijk heeft een gesloten watercircuit middels capillaire drinkwaterzuivering van oppervlaktewater en helofytenfilters die het afvalwater zuiveren voor lozing in het oppervlaktewater.
De waterwoningen worden voorzien van energie door gebruik te maken van zonnepanelen op woningniveau en windenergie op wijkniveau (ter aanvulling op de zonne-energie per woning). De gewonnen energie wordt in iedere woning gedeeltelijk opgeslagen om altijd aan de energievraag te kunnen beantwoorden en wordt omgezet van 24V naar 220V om alle huishoudelijke apparatuur aan te kunnen sluiten.
Ventilatie en verwarming
Het vochtgehalte bij waterwoningen is vele malen hoger dan bij landwoningen. Vandaar dat het ventilatie- en verwarmingsysteem is afgestemd op het voorkomen van vochtproblemen. Gebalanceerde mechanische ventilatie met extra capaciteit in combinatie met luchtverwarming zorgt ervoor dat vochtproblemen niet voorkomen. De luchtkanalen worden in de holle vloeren geplaatst en gekoppeld middels flexibele koppelstukken. Net als de flexibele waterleidingen in de waterwoningen.
Leefomgeving
Grootschalige toepassingen van wonen op water is met het door de Civiele Techniek ontworpen drijfsysteem en de door de Bouwkunde ontworpen bovenbouw heel goed mogelijk. Bestuurlijk draagvlak lijkt op dit moment het grootste knelpunt.Er dient echter rekening te worden gehouden met de nieuwe leefomgeving die ontstaat in zo'n waterwijk. Vooral de verkaveling, de privacy en het leefmilieu verdienen extra aandacht.
Aanbevelingen voor de toekomst
De samenwerking is van cruciaal belang bij de realisatie van een dergelijk project. De doelen moeten zorgvuldig op elkaar worden afgestemd en voortdurend contact is nodig tussen de verschillende disciplines (in praktijk ook de overheid en de waterbeheerders).
Info Civieletechniek