Kuggen på Chalmers Lindholmen i Göteborg har många sidor. Huset ökar i omfång med varje våningsplan och sätter konstruktören på hårda prov samtidigt som kugghjulet länkar samman näringslivet med högskolan. Internationellt prisat är det redan, ett halvår före invigning. /text: roger andersson bild: Boel Ferm Kuggen mellan Konstruktör & Arkitekt 12 Betong 6/10 Betong 6/10 13
D et är inte så svårt att identifiera Bengt Johansson på håll trots att jag aldrig sett honom. En man som varit konstruktör i 35 år sticker ut i myllret bland unga studenter som strömmar ner från busshållplatsen mot älven och Chalmers Lindholmen. 16 000 studenter och ingenjörer kommer till området varje dag. Där växer Kuggen fram. En cylindrisk, fem våningar hög byggnad som expanderar med 150 centimeter för varje våningsplan. Som en tratt. Wingårdhs står för idén och konstruktionen kräver nog sina 35 år av erfarenhet. Från början var det tänkt att byggnaden skulle konstrueras med en betongkärna och stålbalkar med hängstag, men det skulle ge en längre byggtid, säger Bengt Johansson. Samlingsrummet i Peabs byggbod är ledigt på förmiddagen och på det stora bordet flyttas kaffekopparna undan och fylls av Bengt Johanssons ritningar. Jag var ute i skogen på Kolmården och plockade svamp. När jag såg träden och hur lasterna fördelas ner i stammen tänkte jag att det skulle vara ett sätt att lösa konstruktionen till Kuggen, säger Bengt Johansson. Han pekar på hur pelare i ytterväggarna fördelar lasterna neråt och inåt i den utkragade byggnaden. Fast pelare ser det inte ut som. Det är snarare bärande delar av väggen det handlar om. Kuggen ligger på en yta där en äldre byggnad av tegel och rödfärgade betongelement möter en nyare med stål och glas. Det äldre huset heter Jupiter och huserar akademien medan det nyare huset, Navet, är värd för olika företag, det vill säga näringslivet. Kuggen ska bokstavligen sammanlänka de båda husen, och gör det också via gångar som skjuter ut från den andra våningen. Tanken är att de nedersta våningarna även ska bli en länk mellan de båda världarna i form av utställningar om aktuella forskningsprojekt på Chalmers och man har till och med tänkt sig en speakers corner. Därför kan man ju tro att den kuggliknande byggnaden var byggherrens, Chalmers Fastigheters, idé, men frasen rita en byggnad som ser ut som ett kugghjul mellan näringsliv och akademi finns inte i något underlag. Mer om Bengt Johansson Ålder: 60 år Familj: gift, tre vuxna döttrar. Karriär: Civilingenjörsexamen vid Chalmers år 1974, J&W (WSP), Piab, Bengt Johansson & Co (egen verksamhet) i 19 år som förvärvades av Tyréns 2007. Favoritkonstruktion: Pantheon i Rom och Eiffeltornet. Favoritkonstruktör: Cecil Balmond, Aarup. Bästa yrkesminne: Tillbyggnaden av Volvos fabrik i Kalmar var ett stort projekt, men Kuggen är unikt. Här har vi tänjt på gränserna, spänt bågen och tagit det hela till en ny nivå med ickelinjära beräkningar. 14 Betong 6/10 Betong 6/10 15
Via ett hål i taket monterades den prefabricerade trappan som löper nästa 360 grader. För att få ner energiförbrukningen löper en solskärm runt byggnaden som följer solens rörelse. Men lacken fick Wingårdhs bekosta själva. Nej, så var det inte. Den har haft många olika former under ritstadiet. Men det är en himla tråkig plats och vi ville gärna göra något roligt, så att byggnaden skulle bli rund bestämde vi tidigt. Det passar mot det fyrkantiga runtom, säger Jonas Edblad ansvarig arkitekt på Wingårdhs. Namnet kuggen har också vuxit fram, det var inte något som Wingårdhs myntat. Men ser man byggnaden är det rätt logiskt, den ser ut som ett stort kugghjul helt enkelt. Att Kuggen blir bredare med på höjden är i linje med Chalmers vision för en hållbar framtid. Byggnaden självskuggar och spar på så sätt energi för kylning. Den kragar ut mer åt söder och mindre mot norr, säger Jonas Edblad.»Runda byggnader brukar vara väldigt kostnadsdrivande, men vi lägger helt enkelt till två kuggar per våningsplan och på så sätt blir produktionen rätt kostnadseffektiv. «Det låter som en väldigt komplicerad och dyr byggnad? Runda byggnader brukar vara väldigt kostnadsdrivande, men vi lägger helt enkelt till två kuggar per våningsplan och på så sätt blir produktionen rätt kostnadseffektiv, säger Jonas Edblad. Några stora glaspartier blir det inte. Fönstren är triangulära med spetsen neråt, vilket ger ett ljusinsläpp långt in i byggnaden i förhållande till glasytan. Det fanns också planer på att trapphuset skulle få dagsljus via fiberoptik för att slippa energiläckande takfönster, men fiberoptiken fungerade inte tillräckligt bra. Tillsammans med närvarostyrd värme och ventilation och solpaneler på taket som kommer bidra till 50 procent av varmvattnet blir energiåtgången ändå låg. Beräkningen ligger på 59,2 kilowattimmar per kvadratmeter och år med en säkerhetsmarginal på 68,1. Men hur som helst är det betydligt lägre än Boverkets maxkrav på 100, vilket till skillnad från kuggformen var ett ordagrant beställarkrav. Det gör att Kuggen har möjlighet att bli en certifierad Green Building. Den har också blivit prisad med ett hedersomnämnande vid fastighetsmässan MIPIM i 16 Betong 6/10 Betong 6/10 17
Mer om Kuggen Beställare: Chalmers Fastigheter Arkitekt: Wingårdhs Konstruktör: Tyréns Entreprenör: Peab Byggtid: hösten 2009-våren 2011 Kostnad: 90 miljoner kr Betongleverantör: Swerock Betongmängd: 1950 m 3. kategorin Future awards och även fått ett hedersomnämnande på World Architecture Festival i Barcelona i kategorin Future Projects Commercial. Bengt Johansson bläddrar framåt i ritningarna. Marken är bara lera ner till ungefär 90 meter så hur grundförstärkningen skulle gå till var inte självklart. Dessutom består älvstrandens översta lager av fyra meter fyllning sen mitten av 1800-talet. Med kohesionspålar skulle byggnaden sjunka med cirka 70 centimeter på 100 år, säger Bengt Johansson. Lösningen blev nu en kombination av 28 spetsbärande pålar som är 90 meter långa och slås ner till berget och som sen kapas en meter under bottenplattan samt 56 kohesionspålar som är 52 meter långa. Det blir 700-800 000 kronor dyrare, men enligt beräkningarna sätter sig Kuggen nu bara 20-25 centimeter på 100 år, säger Bengt Johansson. Och vad gör några hundra tusen kronor extra om hundra år? Vi lämnar byggboden med gula hjälmar. Solen skiner på oss bortifrån älven. Men framförallt skiner den på lyftkranen över våra huvuden, och det är bra. Den drivs nämligen av solceller och är extra miljövänlig just idag. Vi tittar bort mot en prototyp av den solskärm som ska följa med solen runt huset och skugga de två övre våningarna. Två moduler är en kontorsplats. De lätta utfackningsväggarna kommer som färdiga moduler från Litauen. Nio ton väger varje del av trappan och bjälklagen fick förstärkas med några spännlinor för att klara belastningen. Men vackert blir det. 18 Betong 6/10 Betong 6/10 19
elementannons betong 1011_starka annons tidningen betong 2010-11-08 10:05 Sida 1 SKAPAR I BETONG FÖR HUS OCH MARK En byggnad som kragar ut några meter för varje våning kräver en hel del ickelinjära beräkningar. Och en kreativ konstruktör. Starka Betongelement AB Tel. 044-20 25 00 Fax. 044-20 26 40 www.starka.se info@starka.se Det är bara de två översta våningarna som är solutsatta så solkonsolen täcker bara dem och går på en släde efter solens rörelser, säger Jonas Edblad. Idén kommer från en idrottsanläggning i Tyskland som någon student på Chalmers sett. Men den konsolen var i glas. Den här är ett stålraster med fyrkanter på tio gånger tio centimeter som även är tio centimeter djupa. Det gör att den skuggar så länge solen inte sjunker lägre än 45 grader vilket räcker här, samtidigt är den transparent och man ser ut, säger Jonas Edblad. Mulna dagar parkeras solskärmen framför ett trapphus för utrymning som inte har något fönster. Och hur den drivs? Av solceller förstås. Solskärmen sprudlar av färger i en massa kulörer. Man ska bli glad när man ser huset, säger Jonas Edblad. Fast det finns en tanke bakom färgerna. De är hämtade från varvsmiljöerna runtomkring med många tegelbyggnader. Det är mycket starka höstkulörer, terrakotta och mycket orange och rött, 51 procent faktiskt, med stick av rosa och grönt, säger Jonas Edblad. Någon lackning av solkonsolen rymdes inte i budgeten, men då sköt Wingårdhs till 150 000 kronor. Något som Jonas Edblad tvekar något att erkänna. Det ska man väl inte berätta, men för oss är bra arkitektur viktig. Vårt fokus är inte att vara maximalt lönsamma. Kuggen är en platsgjuten byggnad med filigranbjälklag, skalväggar och lätta stålreglade utfackningsväggar som kommer i färdiga moduler från Litauen. Exakt är det 384 kuggar där två kuggar är en kontorsmodul. Hyresgästerna kan förstås välja om de vill sitta i landskap eller i egna kontor och om de vill sitta en person i en modul eller tre personer i två moduler. Installationer är i varje fall förberedda för att dela upp byggnaden i rum, säger Jonas Edblad. En skakig bygghiss tar oss upp till femte våningen där gjutningarna ännu inte gjorts. Håkan Cullbergs pirbyggnad tävlar om uppmärksamheten med en Stena Line-båt som vrider och vänder sig för att komma in till kajen. För att få ner byggtiden valdes en snabbtorkande betong med vct 0,38, säger Bengt Johansson. Trappan som sitter centralt i huset är prefabricerad och hänger fritt mellan våningsplanen och löper nästan runt ett helt varv. Den fick monteras ovanifrån. Varje del väger nio ton och vi fick förstärka bjälklagen med några spännlinor för att klara belastningen, säger Bengt Johansson. I höstsolen på Kuggens femte våning kan inte 35 års konstruktionserfarenhet hålla tillbaka riktigt. Bengt Johansson kommer in på att konstruktörens roll inte värderas tillräckligt. En huvudkonstruktör gör ofta en förprojektering som sen blir cementerad. Man vill inte betala för en ordentlig projektering och många byggnader byggs därför med för stor mängd byggmaterial. Om konstruktören skulle få mer tid skulle snålare konstruktioner kunna göras och det skulle löna sig, säger Bengt Johansson. Därför är han glad att han fick vara med tidigt i tävlingen om Kuggen. Det är en totalentreprenad och det var åtta eller nio konstellationer som räknade på jobbet. Här var det inte bara lägsta pris som gällde utan även andra krav. Det gör att konstruktören tar sig i kragen och kommer med kreativa lösningar, säger han.. Betong 3/10 21
teknik av bengt johansson, tyréns mikael hallgren, tyréns Kuggen en tävling för konstruktörer På hösten 2008 lämnade Chalmersfastigheter ut projektet Kuggen på förfrågan som totalentreprenad, där ett flertal entreprenörer och konstruktörer medverkade och anbud lämnades in i oktober 2008. Undertecknad fick i uppdrag av Peab att ta fram en kostnadseffektiv stomlösning som också skulle vara rationell att bygga för att möjliggöra den korta byggtiden. För att förverkliga arkitektens visioner med den ovanliga planformen, ett kugghjul, och de alltmer utkragande våningsplanen krävdes okonventionella konstruktionslösningar och i anbuden presenterades ett flertal mer eller mindre olika system och metoder av de olika konstruktörerna. Kuggen uppförs i princip som en konventionell platsgjuten stomme med pelardäck, där bjälklag och väggar utförs som plattbärlag respektive skalväggar. Det som däremot är unikt för Kuggen är det okonventionella sättet att föra ner lasterna till grunden genom betongpelare/väggar inbyggda i ytterväggarna, där pelare placerats i varje eller varannan kugge, varierande i varje våningsplan och mellan våningsplanen. Genom byggnadens form blir pelarlägena förskjutna såväl radiellt som tangentiellt mellan våningsplanen, vilket innebär att bjälklagen måste dimensioneras för att kunna föra över pelarlasterna mellan pelare i respektive våning. För stommen har gjorts strukturmekaniska 3D-analyser med hjälp av FEMprogrammet 3D-Structure, baserade på elasticitetsteori, där styvheter i pelare och bjälklag har beaktats liksom den successiva pålastningen som produktionsordningen innebär. De bärande byggnadsdelarna har dimensionerats för snittkrafter från dessa globala analyser. Den globala modellen för analysen visas i Figur 1. Den oregelbundna placeringen av fasadpelare innebär att randzonerna måste dimensioneras för stora tvärkrafter, vilket har inneburit en stor utmaning för såväl konstruktör som byggare. Dimensioneringen har utförts enligt alternativ metod i BBK 04 med fackverksmodell och för att kontrollera såväl uppsprickning som deformationer i pelare och bjälklag har beräkningarna verifierats med hjälp av FEM-programmet Atena 3D, som möjliggör analyser med icke-linjär teori. Atena 3D är ett generellt FEM-program för såväl geometriskt som materialmässigt icke-linjära analyser. Programmet har välutvecklade modeller för betong och armering som medger simulering av betongens uppsprickning och eventuell krossning samt simulering av armeringens elastoplastiska beteende. Med programmet kan man alltså simulera den armerade betongkonstruktionens verkliga beteende. Figurerna 2 och 3 visar exempel på resultat från lokala analyser från en kugge avseende deformationer och sprickbild respektive armeringsspänningar. Byggnaden uppförs i centrala Göteborg utmed älven där grundläggningsförhållandena är komplicerade, dels på grund av stora lerlager (60 70 m) och djup till berg (70-90m). Dels på grund av tidigare uppfyllningar i området (ca3,5 4,0m). De pågående marksättningarna är upp emot 1cm/år och gör att såväl grundläggning med konventionell stödpålning som kohesionspålning varken är tekniskt eller ekonomiskt genomförbart, trots att byggnaden i sig är totalkompenserad genom den 4,5 meter djupa urschaktningen för källaren. I anbudsskedet utarbetades därför med hjälp av avancerade 3D-analyser av undergrunden, en alternativ grundläggning för Kuggen, som innebär en kombination av spetsbärande samt sättningsbegränsande pålar, som slås till fast botten, och 52 meter långa kohesionspålar. På detta sätt kunde byggnadens sättningar begränsas och möjliggöra anslutning av förbindelsegångar till intilliggande byggnader, vilka är grundlagda på helt olika sätt. Begreppet konceptuell design innebär att man i tidigt skede, i nära samarbete med arkitekten och övriga aktörer, prövar möjliga lösningar ofta med hjälp av avancerade beräkningsverktyg, till exempel 3D-analyser för stomme och grundläggning, innan slutlig utformning bestäms. I projektet Kuggen utvecklades det okonventionella konceptet för stomme och grundläggning i anbudsskedet varefter de tekniska lösningarna sedan verifierades i bygghandlingsskedet genom alternativa beräkningar såväl för hand som med avancerade beräkningsverktyg. Vi menar att upphandlingsformen innebar en stor utmaning i att hitta den optimala konstruktionen för denna spektakulära byggnad och ett spännande tävlingsmoment som vi konstruktörer, till skillnad från våra arkitektkollegor, sällan har möjlighet till. Det inspirerade oss att använda avancerade verktyg i tidigt skede för att kunna förverkliga inte bara arkitektens, utan också byggarens och våra egna visioner om hur byggnaden skulle uppföras. Visionen om ett större tävlingsmoment för konstruktörer i samband med upphandling, såsom i projektet Kuggen, skulle synliggöra och på sikt kunna förändra och utveckla konstruktörens roll i byggnadsprojekt.. Figur 1. 3D-modell för den globala strukturmekaniska analysen. Figur 2. Nedböjningskontur och sprickbild från icke-linjär analys i brottgränstillstånd. Figur 3. Armeringsspänningar från icke-linjär analys i brottgränstillstånd. 22 Betong 6/10