Zigzaggend rond de glas-en-stalen omtrek van de UC Berkeley Grimes Engineering Center36 dunne metalen staven kunnen nodig zijn om de totale vernietiging van het gebouw te voorkomen.
De staven vormen het centrale element van een nieuw seismisch responsief structureel systeem dat is ontworpen om het gebouw te helpen terugveren naar zijn oorspronkelijke vorm in het geval van een grote aardbeving. Hun truc is een ingebed cluster van strakke kabels gemaakt van een zeer flexibele verbinding genaamd a legering met vormgeheugen dat in staat is te buigen onder spanning – zoals het zijdelingse schudden bij een aardbeving in Californië – en vervolgens weer recht te trekken.
Ontwikkeld door architectenbureau Skidmore, Owings en Merrill (SOM), dat ook het gebouw ontwierp trekstangsysteem van vormgeheugenlegering maakt het voor architecten en ingenieurs mogelijk om echt te creëren aardbevingsbestendige gebouwen.
David Shook, een senior associate principal gevestigd in het kantoor van SOM in San Francisco, hielp bij de ontwikkeling van het legeringssysteem met vormgeheugen voor het gebouw. Hij zegt dat uit tests is gebleken dat het meer dan 25 keer zoveel kan buigen als typisch constructiestaal, wat hij vergelijkt met een kleerhanger. “Als je het buigt, blijft het zitten”, zegt Shook, terwijl het trekstangsysteem van een vormgeheugenlegering “zich meer als een elastiekje kan gedragen.”
Een gebouw dat na een aardbeving weer op zijn plaats kan klikken, is niet alleen belangrijk voor de levensveiligheid, maar ook voor het voortdurende gebruik van een gebouw in een scenario na een ramp, zegt bouwkundig ingenieur Mark Sarkisian, een partner bij SOM die ook in San Francisco is gevestigd. De huidige bouwverordening “staat toe dat uw gebouw structureel wordt beschadigd op een manier die nog steeds het leven beschermt en stabiel blijft tijdens een aardbeving. Maar na de aardbeving zijn er grote vragen of dat gebouw weer in gebruik kan worden genomen of niet”, zegt Sarkisian. “Waar SOM al jaren hard aan werkt, is: kunnen we seismische systemen bedenken die in essentie elastisch zijn?”
Wat is een vormgeheugenlegering?
Legeringen met vormgeheugen maken dat mogelijk. Algemeen gebruikt door NASA en de lucht- en ruimtevaartindustrie en ook hartstents te makenzijn legeringen met vormgeheugen nieuw in de architectuur. Dit systeem wordt volgens SOM voor de eerste keer gebruikt in het Grimes Engineering Center, een studentencentrum en onderwijsruimte te midden van verschillende op techniek gerichte gebouwen op de campus van UC Berkeley. “De medische industrie gebruikt veel superelastische legeringen met vormgeheugen. Dus naarmate de productie van dat materiaal is gestegen, is de prijs gedaald en hebben we hier een punt bereikt waarop het zinvol werd om het in een gebouw te gaan gebruiken”, zegt Shook.
Dit specifieke gebouw was een ideale gelegenheid. Het ligt ongeveer een kwart mijl van de Hayward-foutbeschouwd als een van de gevaarlijkste breuklijnen in de seismisch actieve San Francisco Bay Area. Het maakt ook deel uit van de befaamde technische school van UC Berkeley, bekend om zijn werk aan aardbevingsbestendige gebouwen en bouwtechniek.
“Dit is een plek waar ze jaar na jaar na jaar nieuwe technologieën testen, begrijpen en inzetten in seismische zones”, zegt Sarkisian. “Het is opmerkelijk wat de professoren hier hebben gedaan. En het is erg leuk om met hen samen te werken om dit op een heel visuele manier naar voren te brengen.”
Net als een techniekstudent die een opdracht uitvoert in een van zijn klaslokalen, biedt het gebouw niet alleen een oplossing voor het probleem, het laat ook zijn werk zien. Het trekstangsysteem met vormgeheugen, gemaakt van een nikkel-titaniumlegering, is opzettelijk in de open lucht aan de rand van het gebouw weggelaten, wat de functionaliteit ervan demonstreert als onderdeel van de minimale architectonische expressie van glas en staal van het gebouw.
Een leermiddel
Technisch gezien is dit ook een project voor adaptief hergebruik, met een nieuw paviljoen van drie verdiepingen en 32.000 vierkante meter bovenop de basis van het voormalige Bechtel Engineering Center, gebouwd in 1980. Het oorspronkelijke gebouw was een grotendeels ondergrondse brutalistische structuur gemaakt van gewapend beton, met een bibliotheek en een auditorium onder een aangelegd dakterras. Het nieuwe ontwerp verving het landschap door het paviljoen, waarbij het gewicht van de grond en de beplanting werd ingeruild voor de massa van het nieuwe paviljoen.
Omdat zoveel van de fundering en structuur van het oorspronkelijke gebouw wordt gebruikt, werd gemeten dat de opgenomen koolstof van het project 42% lager was dan de industriële basislijnen. In veel opzichten is het gebouw bedoeld als leermiddel en als voorbeeld voor andere projecten.
De echte test van zijn waarde zal komen met de volgende grote aardbeving die de regio zal treffen. Shook zegt dat SOM uitgebreide fysieke tests en computersimulaties heeft uitgevoerd waaruit blijkt dat het trekstangsysteem met vormgeheugen presteert zoals gepland, zelfs tijdens de grootst mogelijke aardbeving die naar verwachting zal toeslaan. In tegenstelling tot gebouwen die na een grote aardbeving misschien een gebarsten muur hebben of scheef staan, zal het Grimes Engineering Center waarschijnlijk geen enkele aanwijzing geven dat het zelfs maar een aardbeving heeft meegemaakt. ‘Het gebouw zal weer loodrecht worden’, zegt Shook.
