646 – EEN STALEN TENT VOOR EEN MULTIFUNCTIONELE RUIMTE

Lugar Piqueros de Abajo, Avilés, Asturië, Spanje
43°32’42“N, 5°55’20‘‘O, 616 m

Uitgevoerde diensten:

Architectuur
Bouwtechniek

Beschrijving:

Het project van een stalen tent voor een multifunctionele openbare ruimte kwam ter sprake op 22 september 2017 tijdens een bijeenkomst met Nicolas De Abajo in het Arcelor Mittal onderzoekscentrum in Avilés, dat naast de staalfabriek en de hoogovens is gelegen.

Het gemeentebestuur wil deze neerzetten aan de zuidelijke grens van de stad op een oppervlak in de vorm van een gelijkzijdige driehoek van 130 m. De noordelijke zijde grenst aan het “Pabellón de Exposiciones de La Magdalena”, zodat dit gebouw onder meer kan gebruikt worden als uitbreiding van het tentoonstellingsgebouw en als openbare markt.

De tent heeft een ronde bouwvorm. Ze bestaat uit zeer dunne geperforeerde staalplaten, die tussen een 15 m hoge centrale mast en een buitenring met een diameter van 73,322 m worden gespannen, en ze beslaat een oppervlakte van 4.222,4 m². Ze reikt tot 10 m boven de ring, die zich op 5 m boven de grond bevindt, om de toegang van vrachtwagens mogelijk te maken.

Het regenbestendige dekzeil moet overdag voldoende doorzichtig zijn om het natuurlijke licht door te laten, en ‘s nachts voldoende ondoorzichtig voor de kunstmatige verlichting die op het binnenwelfvlak weerkaatst.

De overdekte ruimte moet ook thermisch en akoestisch comfort bieden, goed geventileerd zijn en tegen indringers beveiligd kunnen worden.

Hiervoor zijn grote zeilen in lichte en soepele stoffen met fijne mazen in roestvrij staal voorzien, die een periferische afgeknotte kegel van 5 m vormen aan de basis van de tent. Deze kunnen naar wens worden geopend, voor de beveiliging van de locatie en de controle van de luchtstroom en de temperatuur, samen met de centrale lichtkoepel bovenop de mast.

Als de zeilen gesloten zijn, zijn ze net als de tent nu eens doorzichtig en dan weer ondoorzichtig, afhankelijk van het lichtspel. Er kunnen ook geluidabsorptiepanelen op geïnstalleerd worden.

Aan de grote tent worden kleine witte zonneschermen met een diameter van 3 à 10 m opgehangen, in 0,3 mm dikke microgeperforeerde staalplaat. Deze worden in de grond verankerd. De schermen overdekken bijvoorbeeld de expositiestands of de marktkraampjes waarmee de ruimte naar wens innemen.

De grote tent

De bijzonderheid van de tent is dat ze zeer licht is. Het eigen gewicht van de tent is 6 kg/m². Ze moet worden vastgemaakt aan de grond om niet weg te waaien, tenzij ze uitzonderlijk bedekt is met sneeuw.

Het basisoppervlak bestaat uit zes afgeknotte piramides.

De eerste, aan de top van de centrale mast, wordt gevormd door drie rechthoeken en drie schuine gelijkbenige driehoeken tussen een hoge gelijkzijdige driehoek en een lage regelmatige zeshoek, die horizontaal zijn.

De vijf andere bevatten achtereenvolgens 6, 12, 24, 48 en 96 rechthoeken en evenveel gelijkbenige driehoeken tussen horizontale regelmatige veelhoeken met evenveel zijden aan de bovenkant en dubbel zoveel zijden aan de onderkant (ofwel 12, 24, 48, 96 en 192). Ze meten allemaal 1,2 m.

Het opzetten en de voordimensionering

Een breedband zorgt voor de spiegelgladde 1,5 mm dikke en (netto) 1,2 m brede stroken roestvrije S960-staalplaat om een membraan met een diameter van 73,322 m te verkrijgen.

De staalplaat is geperforeerd met ronde gaten met een diameter van 70 mm, op een vierkanten maaswijdte van 80 mm aan de zijkant, en met ronde gaten met een diameter van 19 mm die gecentreerd zijn op de kruisingen van de lijnen van de maas, en heeft dus een doorzichtigheid van 66,69% [1].

Voor het opzetten wordt begonnen met de 15,07 m hoge centrale mast en de cirkelvormige buitenring met een straal van 36,661 m die zich op 5 m boven de grond bevindt. Dit geheel is ook in spiegelglad en roestvrij S960-staal.

De mast, die bestaat uit een ronde 15 mm dikke buis met een diameter van 150 mm, wordt tijdens de montage van de structuur gestabiliseerd met een steiger.

Een gelijkzijdige driehoek in vierkanten buizen van 160/160/10 mm en met zijden van 1,2 m wordt op een hoogte van 13,85 m opgehangen met drie kabels met een diameter van 30 mm, die zijn bevestigd aan de top van de mast, op een hoogte van 15,07 m. Deze ondersteunt een glazen dak in piramidevorm met een driehoekige basis die kan worden geopend.

De basisring, in staalplaat met een dikte van 30 mm en in een asymmetrische U-vorm (van 250 mm in het vlak van het membraan, met twee hoekijzers, van tweemaal 150 mm), vormt een gleuf en draagt de tractiekracht van het membraan over naar de 32 steunen die zich om de 7,2 m over de lengte van de ring bevinden (6 stroken van (netto) 1,2 m).

Iedere steun bestaat uit een gecomprimeerde buis met een diameter van 120 mm en een dikte van 40 mm, die eveneens een afvoerleiding voor regenwater vormt, die radiaal en naar het midden van de ring overhelt, om met een gespannen kabel met een diameter van 40 mm een verticale gelijkzijdige driehoek te vormen. Een secundaire stut met een diameter van 80 mm en een dikte van 10 mm in het vlak van de driehoek en twee kabels met een diameter van 12 mm die schuin zijn bevestigd op de ring, houden elke hoofdstut op halve hoogte tegen knik.

Zakken uit stalen gespannen draden met samengedrukte slakken (afkomstig uit de hoogovens in de buurt) vormen de verankering, de fundering of beide van deze structurele elementen.

De voortbrengende kromme van het omwentelingsvlak verzekert dat de zakken in spanningstoestand blijven onder iedere belasting.

Zo neemt deze onder de centrale mast de vorm aan van een zeer afgeplatte dubbelbolle lens met een diameter van 6 m en van 60 m³, nu eens samengedrukt en dan weer uitgestrekt.

“Tomaten” met een diameter van 5 m dragen de drukkracht van elk van de 32 omtrekstutten op de grond over, en 32 “druppels”, elk van 35 m³ voorzien de verankeringskabels van ballast, om de funderingen van de secundaire stutten te beschermen.

De staalplaatbanen worden aangebracht zodra de centrale mast met de bijbehorende driehoek en de buitenring geïnstalleerd zijn.

De drie eerste banen met een omwikkelafstand van 38,182 m worden zo opgehangen aan de zijden van de gelijkzijdige driehoek van de top en aan de basisring bevestigd.

Vijf kabelparen met een diameter van 12 mm, die verbonden zijn met de centrale mast, spannen de drie stroken aan, om ze de vorm te geven van de zes rechthoeken van elk van de afgeknotte piramides, en om ze stabiel te maken bij wind. De kleine zijden van de rechthoeken worden tijdens de montage voorlopig gevormd door kleine dwarsstangen van 1,2 m.

De drie volgende banen van 37,984 m worden vervolgens bevestigd aan de top en in de bissectrice van de lege hoeken tussen de eerste banen (horizontale projectie), om de eerste afgeknotte piramide te vormen op een regelmatige zeshoek. Ze worden zoals de vorige (en de volgende) ondersteund door de kabelparen.

Op de bissectrices en op de top van de lege hoeken tussen de zes stroken worden vervolgens zes nieuwe stroken van 37,049 m bevestigd die deze hoeken vullen en die in een verticale hoek van 8° liggen ten opzichte van de vorige om de tweede afgeknotte piramide te vormen op de basis van regelmatige veelhoeken met 12 zijden, en de zes driedimensionele hoeken van de zeshoekige top te sluiten.

De kleine dwarse montagestangen, die de zes stroken op hun plaats hielden, kunnen nu worden verwijderd en vervangen door de definitieve verankeringen van de zes eerste kabels naar de mast. Onder de vorm van kleine onregelmatige vijfhoekige piramides (maar met een symmetrieas) in staalplaat met een dikte van 1,5 m worden deze verankeringen op het buitenwelfvlak van het omhulsel geplaatst om de plaatselijke belasting van de kabel te verdelen.

Daarna worden twaalf stroken en definitieve bevestigingsankers van 35,565 m op dezelfde wijze op zes stroken bevestigd, en vervolgens 24, 48 en 96 definitieve stroken en bevestigingsankers met een omwikkelafstand van respectievelijk 32,899 m, 27,932 m en 18,465 m, die altijd met het vorige geheel een hoek van 8° maken en zo de vier volgende afgeknotte piramides vormen.

De totale lengte van de stroken is 4.780,524 m. Vermenigvuldigd met de breedte van 1,2 m geeft dit een oppervlakte van 5.736,6288 m².

Twee diagonale en symmetrische plooien, die in elke nieuwe strook vanaf het midden van de bovenrand gevormd worden vormen hier de twee laterale rechthoekige driehoeken, die passen op de twee aangrenzende stroken van de vorige reeks en op de centrale gelijkbenige driehoek tussen deze stroken.

De staalplaten worden zo op elkaar geplaatst over een oppervlakte van 1.433,979 m², ofwel 33,328% van het ontwikkelde omhulseloppervlak dat 4.302,6498 m² groot is (1,93% groter dan het overdekte oppervlak).

De aan elkaar vastgemaakte stroken op het oppervlak van de rechthoekige driehoeken kunnen bijgevolg niet op een uniform gelijke manier de omtrekbelastingen overnemen die de radiale belastingen in evenwicht brengen waaraan ze in de lengte onderworpen worden onder een last van sneeuw.

De grootste belastingen worden echter ondergaan bij het opwaaien door de wind. Deze worden overgenomen door de banen (naar de basisbuitenring) en de radiale kabels (naar de mast) via verankeringen in kleine vijfhoekige piramides. Deze piramides zorgen ook voor de omtrekbalancering van de belastingen.

De vorm van de voortbrengende kromme van het omhulsel, in afgeknotte piramides, is afhankelijk van de hoek tussen de drie eerste rechthoeken van de afgeknotte piramide met zeshoekige basis met de loodlijn, en de hoek van de plooi in het geheel van n stroken waaraan de volgende 2n stroken toegevoegd worden. Deze hoeken zijn hier willekeurig en voorlopig vastgelegd op 35,264° en 8°.

De optimalisatie ervan, met het oog op een zo uniform mogelijke verdeling van de spanningen in het membraan onder iedere belasting, is afhankelijk van de overname van de omtrekbelastingen in de opeenvolgende driehoeken en in de kleine vijfhoekige piramides.

Bij afwezigheid hiervan, en onder een uniform verdeelde sneeuwbelasting, neemt de voortbrengende kromme duidelijk de vorm aan van een kettinglijn onder driehoeksbelasting.

Het omhulsel, dat in facetten wordt geconstrueerd, wordt tenslotte onder spanning elastisch omgevormd tot een doorlopend oppervlak met een negatieve gausscurve en de kleine vijfhoekige piramides worden omgevormd tot kegels.

Deze in de vorm van een spinnenweb opgezette structuur en de 5 sets van fijne kabels met een diameter van 12 mm (respectievelijk 92 (daarna 42, 24, 12 en 6), 42 (daarna 24, 12 en 6), 24 (daarna 12 en 6), 12 (daarna 6) en 6, met dwarse verbindingskabels in paren), die de staalplaat verbinden (loodrecht op de onderbrekingen) met de mast op een hoogte van 5 m, 7,16 m, 9,58 m, 11,50 m en 12,88 m, zorgen ook voor de stabiliteit bij knik. De tijdelijke steiger wordt vervolgens verwijderd. Drie extra in de grond verankerde kabels stabiliseren de mast op een hoogte van 2,5 m.

Vervolgens worden stroken ETFE-folie met een dikte van 0,5 mm en een breedte van 1,3 m op de structuur gekleefd om te zorgen voor de waterdichtheid van het omhulsel. 192 stroken met een lengte van 18,565 m die elkaar 10 cm overlappen, worden eerst radiaal aangebracht vanaf de gleuf van de basisring.

Deze stroken worden vervolgens 10 cm overlapt aan de top, zoals grote dakpannen, door 96, 48, 24, 12 en 6 stroken met een lengte van respectievelijk 28,032 m, 32,999 m, 35,665 m, 37,149 m en 38,084 m, en de laatste stroken worden bevestigd aan de gelijkzijdige driehoek aan de top van de mast (onder het glazen dak van de driehoekige piramides).

De met ETFE-folie bedekte staalplaat met perforaties van 66,69%, die 85% licht doorlaat, heeft een doorzichtigheid van 56,69%. De resulterende doorzichtigheid van het omhulsel is, rekening houdend met de overlapping van de geperforeerde staalplaten, 45%, en is vergelijkbaar met de doorzichtigheid van 60% in een traditioneel glazen dak op een metalen structuur.

De ondoorzichtigheid van 55% (die veel hoger is dan die van een klassiek glazen dak van slechts 15%) en de spiegelgladde afwerking van de staalplaat worden echter wel benut door de nachtverlichting. De verlichting van de onderkant van het omhulsel wordt zo op eenvoudige wijze voorzien door 32 schijnwerpers, geplaatst op halve hoogte van de stutten die de buitenring ondersteunen.

De lichtkoepel die geopend kan worden en zich in piramidevorm op de gelijkzijdige driehoek aan de top van de tent bevindt, kan het overdekte volume ventileren met een natuurlijke tocht.

De kleine zonneschermen

Het omwentelingsvlak van ieder klein zonnescherm wordt gedragen door een cirkelvormige horizontale ring (die de richtkromme vormt) en een verticale centrale kabel die aan de tent en aan de grond bevestigd is. Deze twee kabels zijn in roestvrij staal. De voortbrengende kromme van het oppervlak kan vrij gekozen worden op voorwaarde dat ze het oppervlak een negatieve gausscurve geeft. Zo kan ze de vorm aannemen van een kettinglijn, een halve parabool, een hyperbool, een cissoïde van Diocles of een hoorn van Gabriel.

De ring wordt gedragen en gestabiliseerd door een structuur van roestvrij stalen kabels, bijna in straalvorm, zoals de spaken van een fietswiel. Onder symmetrische belastingen, waaronder ook de opwaaibelasting, wordt het zonnescherm zo in evenwicht gehouden.

[1] Ph. Samyn: ‘Tôle perforée à trous ronds : une résistance transparente’, april 2018. Overdruk nr. 1324, Samyn et Associés (dossier 03/340).

Credits:

CLIENT

CITY of AVILES / ARCELOR-MITTAL

ARCHITECTS AND ENGINEERS

Philippe SAMYN and PARTNERS sprl, architects & engineers Ph. Samyn

Chaussée de Waterloo, 1537 B-1180 BRUXELLES Exclusive owner of the copyrights.

Tel.: + 32 2 374 90 60 Fax: + 32 2 374 75 50

E-mail: sai@samynandpartners.com

TEAM

Architecture

Design and management : Dr Ir Ph. Samyn