„We wachten op de volgende zware aardbeving. Historische gegevens laten zien dat Tokio elke zestig, zeventig jaar een grote klap krijgt en in 1923 was de laatste.” Maar van rustig afwachten is bij Taisei, een van Japans grootste bouwers, geen sprake. Ze stampen de ene wolkenkrabber na de andere uit de grond. Wat staat er na een grote beving nog overeind?
Het is lastig zoeken in Sinjuku, de hoogbouwwijk van Tokio. Slechts kleine lettertjes laten zien dat aannemersbedrijf Taisei in een van de wolkenkrabbers kantoor houdt: op de zesde en zevende verdieping. Bij de receptie blijkt dat Japanse hoffelijkheid meer is dan een buiginkje. Voor elke bezoeker treden vier, vijf gastheren op, als het moet een dagdeel lang.
„Elk gebouw dat Taisei neerzet, kan tegen een zware aardbeving”, verzekert Roichi Sugisaki, die namens vier andere gesprekpartners van Taisei het woord voert. De Japanse bouwer is al 130 jaar actief in de bouw en 100 man van de 2000 in het hoofdkantoor in Tokio houden zich dagelijks bezig met onderzoek naar aardbevingbestendig bouwen.
Niets lijkt onmogelijk voor Taisei. „We bouwen flatgebouwen van zo’n 300 meter hoog met flexibele liftschachten, zodat de liften ook tijdens en na een beving gebruikt kunnen worden. Ook historische gebouwen kunnen we aardbevingsbestendig maken, door de complete fundering te vervangen.”
Mooi en sterk gaan in Tokio goed samen, blijkt uit een wandeling door de hoogbouwwijk Sinjuku. Wolkenkrabbers met prachtige entrees, veel marmer, glazen gevels en glimmende roltrappen en galerijen zijn eerder regel dan uitzondering. Dat daardoor soms gewaagde constructies ontstaan, is een uitdaging, „juist in een aardbevingsgevoelige stad als Tokio”, zegt Hideo Suitsu van aannemer Nikken Sekkei.
De aannemer is de hoofdontwerper van een nieuw kantoren- en hotelcomplex in de hoofdstad: ”Shiodome Sumitomo Building”. „Het bijzondere aan dit gebouw is het uiterlijk en daardoor ook de constructie”, zegt Suitsu. „Wij wilden een zo open mogelijk gebouw.
Concreet betekent dat een groot atrium met een hoogte van elf verdiepingen in de hoek van het gebouw, met daaromheen de hotelkamers. In de veertien etages daarboven wilden we zo min mogelijk pilaren, zodat de ruimten zo flexibel mogelijk kunnen worden ingezet als kantoorruimte.”
Dempers
Het ontwerp lijkt onmogelijk. „Een relatief zwaar bovendeel van veertien verdiepingen -met 49.100 ton ongeveer tweederde van het totale gewicht- op een basis waarvan een hoek door het atrium uiterst zwak is.” Het moet natuurlijk wel voldoen aan de strenge Japanse bouweisen: de draagconstructie mag bij een zware schokgolf niet bezwijken.
Nikken Sekkei bedacht een oplossing. Zorg ervoor dat bij een aardbeving het gewicht van het bovendeel zo min mogelijk invloed heeft op het onderdeel. Oftewel: isoleer het bovenste deel seismisch van het onderste deel.
Tijdens een wandeling van de elfde naar de dertiende verdieping blijkt wat seismisch isoleren betekent. De trapleuning stopt ineens; het hele trappenhuis heeft rondom op dit punt een kier waar net een wijsvinger in past. Het gebouw lijkt uit twee losse delen te bestaan. Het bovenste deel kan bewegen ten opzichte van het onderste.
Beide delen zijn met elkaar verbonden, blijkt uit het vervolg van de wandeling door het gebouw. Tussen de elfde en de twaalfde verdieping zit een soort kruipruimte met de seismische isolatie. Even bukken voor de zware stalen balken waar het bovendeel op rust en het wordt zichtbaar dat de 14 bovenste verdiepingen rusten op 41 rubberen kolommen, 14 stalen veren en 100 massief loden pijpen, die als het ware gefundeerd zijn op het plafond van de elfde verdieping.
„De rubberen kolommen dragen het bovendeel”, zegt Suitsu. „Bij een beving vervormen zij elastisch, alleen in horizontale richting.” Oftewel: na een aardbeving bewegen de kolommen terug naar de oorspronkelijke stand. Om de verticale draagkracht te kunnen leveren, bestaan de kolommen uit laagjes rubber afgewisseld door stalen schijven. „Hierdoor zijn de kolommen in verticale richting stijf, terwijl er in horizontale richting wel beweging mogelijk is.”
Omdat de rubberen kolommen tijdens een beving alleen elastisch vervormen, kunnen ze volgens Suitsu weinig energie opnemen. „Rubber dempt de beving heel weinig en vertraagt alleen de bewegingen. Maar we willen juist de bewegingsenergie opslaan in de isolatielaag, zodat de energie van de aardbeving op de rest van het gebouw minder invloed heeft.”
De Japanse bouwer plaatste daarom naast de rubberen dragers de stalen veren en loden pijpen. „Lood heeft een relatief lage vloeigrens, de waarde waarbij het materiaal blijvend -in vaktermen: plastisch- vervormt”, legt Suitsu uit. „Het slaat dus gemakkelijk bewegingsenergie op in de vorm van vervormingsenergie. De vloeigrens van de stalen veren ligt een stuk hoger. Deze zullen dus later plastisch vervormen dan lood, pas bij hoge energieontladingen tijdens een grote aardbeving.”
Shelter
Na een beving kan het bovenste deel van het gebouw ten opzichte van het onderste permanent zijn verschoven. „Deze verschuiving is maximaal 50 centimeter”, zegt Suitsu. „Om het gebouw netjes op z’n plaats terug te zetten, hebben we deze gele nokken aangebracht. Als de grond weer rustig is, zetten we hierop een krik die het bovenste deel verplaatst.”
Bij het ontwikkelen van de seismische isolatielaag speelde volgens Suitsu de windbelasting een grote rol. „De winddruk op een gebouw van 126 meter hoog en 100 meter lang kan hoog oplopen. Zowel de loden als de stalen dempers moeten bij sterke wind alleen elastisch vervormen.”
De toepassing van een isolatielaag in het midden van een gebouw is niet alledaags. „Dit is het grootste seismische isolatiesysteem ter wereld dat op zo’n grote hoogte is toegepast”, zegt Suitsu. Meestal wordt het gebouw veel lager geïsoleerd, bij de fundering of de eerste of tweede verdieping.
Speciaal voor hoge gebouwen ontwikkelde Taisei een hybride systeem. „Hogere gebouwen hebben een grotere slingertijd”, zegt Roichi Sugisaki. Denk aan de slinger van een klok: hoe langer de slinger, hoe groter de verplaatsing, hoe groter de slingertijd. „De grote verschuivingen vangen we op door een combinatie van rubberen kolommen en een schuifsysteem.”
Het schuifsysteem heeft veel weg van een kop en schotel: de rubberen kolom -het kopje- kan binnen bepaalde grenzen over de schotel heen en weer schuiven. Hoe dichter het kopje bij de rand komt, hoe moeilijker dat echter gaat, omdat het vlak van de schotel daar sterker oploopt.
Ondanks alle maatregelen kan geen enkele Japanse bouwer echter voorkomen dat het gebouw zelf een deel van de klappen moet incasseren. Het isolatiesysteem absorbeert nu eenmaal niet alle aardbevingsenergie. „De energie die toch in het gebouw terechtkomt, wordt geabsorbeerd door gecontroleerde ’zwakke plekken’ door de hele constructie. Wanneer deze bezwijken, kunnen ze eenvoudig vervangen worden”, zegt Sugisaki.
Taisei heeft in het hoofdkantoor in Tokio voor alle 2000 werknemers een overlevingspakketje klaarliggen voor een periode van drie dagen. Of ze dan toch niet zeker zijn van de sterkte van hun kantoor? „Daar zitten we niet over in, maar veel van onze mensen wonen waarschijnlijk niet in huizen met de sterkte van dit gebouw. De kans is dus groot dat ze na een zware beving dagenlang hun huis niet in kunnen of er breekt brand uit in de stad waardoor ze hun huis niet kunnen bereiken. Ons kantoor is dan een mooie ’shelter’.”
Dit is het tweede deel in een serie over aardbevingen. Vorige week dinsdag verscheen deel 1: ”Leven op gebroken aarde.”
