Een constructie is robuust als de gevolgen van een schade aan een constructie in verhouding staan tot de oorzaak van die schade. De eisen aan de robuustheid van een constructie zijn echter niet eenduidig. Dat levert de nodige discussie bij het ontwerpen en beoordelen op robuustheid. Er zijn enkele initiatieven om hier verandering in te brengen. Auteur:prof.ir. Simon Wijte (Adviesbureau Hageman / TU Eindhoven)
themaEisen aan robuustheid4201516themaEisen aanrobuustheidRegelgeving ten aanzien van robuustheid niet eenduidig; verandering op komstEisen aan robuustheid 42015 171 Het kantoorgebouw TransPort op Schiphol heefteen constructie met kolommenHuidige eisenAl langere tijd worden er eisen aan de robuustheid van bouw-constructies gesteld. In het navolgende worden de eisen in deTGB 1990, de huidige Eurocodes en het Bouwbesluit samengevat.TGB 1990In NEN 6700 [1] was gesteld dat bouwconstructies zo moetenzijn ontworpen dat het bezwijken van een onderdeel van eenconstructie niet tot onevenredig grote schade leidt. In deontwerppraktijk leidde dit ertoe dat constructies werdengetoetst op de effecten van de in NEN 6702 [2] beschrevenbijzondere belastingen zoals aanrijd- en explosiebelastingen.Het gedrag van de constructie moest hierbij zo zijn dat deschade beperkt bleef tot het primair belaste constructiedeel zelfen die delen die daar direct op aansluiten.Discussie o.a. in StufibOver deze benaderingswijze is aan het begin van het vorigedecennium, onder andere binnen Stufib studiecel 2, uitgebreidgediscussieerd tussen ontwerpende en toetsende constructeurs.De centrale vraag hierbij was of de schade aan een constructieook beperkt moest blijven indien aangenomen werd dat eenconstructieonderdeel dat niet direct werd belast door een voor-geschreven bijzondere belasting, toch zou bezwijken. In dezediscussie werd een gemeenschappelijk standpunt gevonden na hetbeschikbaar komen van een ontwerpversie van EN 1991-1-7 [3],een deel van de Eurocode 1-serie. In die norm wordt voor hetbeschouwen van het gedrag van de constructie in een bijzon-dere ofwel buitengewone situatie onderscheid gemaakt tussenconstructies waarbij de gevolgen van het bezwijken van eenelement groot zijn en die waarbij deze gevolgen minder grootzijn. De bevindingen van de Stufib-studiecel zijn beschreven inStufib rapport 8 [4].Huidige EurocodesSinds 2012 worden de Eurocodes voorgeschreven in het Bouwbe-sluit [5]. In NEN-EN 1990 [6], ook wel aangeduid als Eurocode 0,is gesteld dat een constructie zodanig moet zijn ontworpen enuitgevoerd, dat in een buitengewone situatie zoals bij een explosie,1prof.ir. Simon WijteAdviesbureau Hageman / TU EindhovenInventarisatieAdviesbureau Hageman heeft in opdracht van NEN een inven-tarisatie uitgevoerd van de huidige eisen aan robuustheid inbinnen- en buitenland. Deze inventarisatie wordt gebruikt bijverdere initiatieven om robuustheid beter verankerd te krijgenin de Nederlandse regelgeving.Een constructie is robuust als de gevolgen van eenschade aan een constructie in verhouding staan tot deoorzaak van die schade. De eisen aan de robuustheidvan een constructie zijn echter niet eenduidig. Dat levertde nodige discussie bij het ontwerpen en beoordelen oprobuustheid. Er zijn enkele initiatieven om hier verande-ring in te brengen.themaEisen aan robuustheid42015182 Bijzondere ontwerpsituaties volgens NEN-EN 1991-1-7 (afgeleidvan figuur 3.1 uit [3])3 Schematisch overzicht van de instorting van Ronan Point [7]4 Plattegronden van constructies met, van boven naar onder gezien,een toename van de robuustheidontwerp en/of detailleringsregels. Bij gevolgklasse CC3 moeteen onderzoek naar de specifieke situatie worden uitgevoerdom het vereiste betrouwbaarheidsniveau en de benodigde diep-gang van het constructief ontwerp te bepalen. Hiervoor kan hetnoodzakelijk zijn dat een risicoanalyse wordt uitgevoerd.Een beperking van de schade bij constructies in CC2 kanworden bereikt door ??n of een combinatie van de volgendemethoden toe te passen:? het toepassen van detailleringsregels door het aanbrengenvan trekbanden in vloeren en eventueel in wanden en/ofkolommen;? de constructie zo te ontwerpen dat in het geval van lokaalbezwijken ? bijvoorbeeld het bezwijken van een enkelelement ? de stabiliteit van de gehele constructie of van eensignificant deel van de constructie niet in gevaar komt doorhet mogelijk maken van een alternatieve belastingsafdracht;? het beschouwen van elementen die van wezenlijk belang zijnvoor de stabiliteit van de gehele constructie als een zoge-noemd `key-element'.In de informatieve bijlage A van NEN-EN 1991-1-7 zijn dedetailleringsregels, het beschouwen van een alternatieve belas-tingsafdracht en de beoordeling van key-elementen verderuitgewerkt. Een overzicht van de benadering van de verschil-lende buitengewone belastingssituaties is gegeven in figuur 2.BouwbesluitTot zover de huidige Eurocodes. Het Bouwbesluit 2012 heeftvoor het beoordelen van de buitengewone situatie echter eenandere keuze gemaakt. Volgens het Bouwbesluit 2012 artikel 2.3een aanrijding of een situatie die ontstaat als gevolg van eenmenselijke fout, de constructie niet zal worden beschadigd in eenmate die niet in verhouding staat tot de aanvankelijke oorzaak.Met de komst van de Eurocodes wordt het beschouwen van degevolgen van een menselijke fout dus als een oorzaak vanschade aan een constructie ge?ntroduceerd. Tot dan toe is ditaspect niet direct beschouwd geweest in de Nederlandsenormen. Anderzijds wordt de beperking van de omvang van deschade in de Eurocodes minder strikt omschreven dan dat inde TGB 1990-serie het geval was. Immers, de omvang van detoelaatbare schade moet volgens de Eurocode in verhoudingstaan tot de aanvankelijke oorzaak en hoeft niet per definitiebeperkt te blijven tot de directe aansluitende delen van de hetonderdeel dat is bezweken.In NEN-EN 1991-1-7 zijn de buitengewone belastingen naderbeschouwd. Het beoordelen van de gevolgen van een mense-lijke fout heeft hierbij, naast de bekende belastingen zoalsexplosies en aanrijdingen, een plaats gekregen door de eis datde gevolgen van het bezwijken van een enkel constructie-onderdeel ten gevolge van een niet nader gedefinieerdeoorzaak, voldoende moeten zijn beperkt. Naast de bekendeoorzaken van buitengewone belastingen, wordt deze eis ookwel aangeduid als `het beschouwen van de onbekende oorzaak'.GevolgklasseDe toegestane schade aan de constructie bij het optreden vaneen buitengewone situatie, ofwel de prestatie die de constructiemoet kunnen leveren, is volgens NEN-EN 1991-1-7 afhankelijkvan de gevolgklasse waarbij de constructie wordt beschouwd.Bij constructies in CC1 hoeven de effecten van de buitenge-wone belastingssituatie niet te zijn beschouwd. Bij gevolgklasseCC2 mag zijn volstaan met het toepassen van voorgeschrevenbuitengewone ontwerpsituatievolgens bouwbesluit 2012ontwerpstrategie?n? het ontwerpen van kritische elementen op denkbeeldige bijzondere belasting? het ontwerpen van een constructie waarbij lokaal bezwijken niet tot onevenrediggrote schade leidt? toepassen van detailleringsregels ten behoeve een betere robuustheidonbekende oorzakenbekende oorzakenbeperken van gevolgen vanlokaal bezwijkenbeschouw buitengewone belastingen:? explosies? aanrijdingenontwerpstrategie?n:? voorkomen of reduceren van hetbelastingeffect? ontwerp van constructie op hetbelastingeffectbuitengewone ontwerpsituatie(om onevenredig grote schade ten gevolge van een buitengewonebelasting te voorkomen)2Eisen aan robuustheid 42015 1922e verdieping17e verdieping1e verdiepingpodiumbezwijken door verliesvan steunbezwijken doorvallend puinprefab betonter plekke gestort betonop de 17e verdieping blootgesteld aan een gasexplosie. Doordeze ontploffing werd een van de dragende buitengevels wegge-drukt. De bovenliggende wanden en vloeren konden hierdoorhun belasting niet meer afdragen en vielen als gevolg op devloer van de 17e verdieping. Wat volgde was een kettingreactievan bezwijken van de hieronder gelegen wanden en vloeren,waarbij uiteindelijk de constructie van een gehele hoek van hetgebouw bezweek (fig. 3) [7].Diverse Britse onderzoeken hebben onder andere geresulteerd inhet verschijnen van vermeldingen in de British Standard 8110 [8].In deze norm zijn regels opgenomen voor de detaillering vantrekbanden die in grote mate overeenkomen met de regels inbijlage A van NEN-EN 1991-1-7. In part 2 van de norm wordtin paragraaf 2.6 ingegaan op de robuustheid van een construc-tie. Daarbij wordt ook de beoordeling van key-elementenbesproken, waarbij de belasting van 34 kN/m? wordt vermelddie ook in bijlage A van NEN-EN 1991-1-7 is beschreven. Degrootte van deze belasting is volgens [9] ontleend aan hetonderzoek naar de oorzaak van de instorting bij Ronan Point.mag een onderdeel van een gebouw gedurende de ontwerp-levensduur bij de effecten van de buitengewone belastingscom-binatie niet bezwijken, als dit bezwijken leidt tot het bezwijkenvan andere onderdelen van het gebouw die niet in de directenabijheid liggen van het bezweken onderdeel. Bij het beschrij-ven van de te beschouwen buitengewone belastingscombinatiemoet daarbij worden uitgegaan van de bekende buitengewonebelastingen.Geconcludeerd moet worden dat op het gebied van de buiten-gewone belastingssituatie het Bouwbesluit en de Eurocodes inhet geheel niet op elkaar aansluiten:? het Bouwbesluit grijpt terug naar de beschrijving van detoelaatbare schade die in de TGB 1990-serie werd gebruikt;? het Bouwbesluit maakt bij het bepalen van de eisen aan hetgedrag van de constructie geen onderscheid tussen deverschillende gevolgklassen;? het Bouwbesluit stelt, door te stellen dat moet worden uitge-gaan van de bekende buitengewone belastingen, het beoorde-len van de effecten van de onbekende oorzaken zoals demenselijke fout, buiten de geldende regels (fig. 2).Achtergronden regels EurocodeNaast de discrepantie tussen de Eurocodes en het Bouwbesluitbestaat er enige twijfel over de effectiviteit van de regels in deEurocodes. Omdat de regels in de Eurocodes voor een deel zijngebaseerd op al bestaande Britse regels, wordt eerst een toelich-ting gegeven op de situatie in Groot-Brittanni?. Daar is na hetinstorten van een deel van het Ronan Point flatgebouw in 1968een onderzoek gestart naar de noodzaak van robuusteconstructies. Dit flatgebouw van 23 verdiepingen bestaande uitgeprefabriceerde betonnen elementen werd in een appartementtoenemende robuustheid34themaEisen aan robuustheid4201520Geconcludeerd moet worden dat de constructieve plattegron-den van constructies van bijvoorbeeld woongebouwen, inNederland significant anders zijn. De plattegrond van deconstructies met de minste robuustheid, de bovenste platte-gronden in figuur 4, wordt in Nederland gebruikt voor woon-gebouwen met meerdere bouwlagen. Een voorbeeld van eendergelijke constructie is getoond in figuur 5.Deze wijze van opbouw van constructies is wezenlijk andersdan bijvoorbeeld in Groot-Brittanni? tegenwoordig het geval is,zie hiervoor bijvoorbeeld de opbouw in figuur 4. Dit heeft eensignificante invloed op de effectiviteit van de trekbanden die isbeschreven in bijlage A, als een voorbeeld van een toe te passendetailleringsregel. De trekbanden in vloeren kunnen effectiefworden indien er door het wegvallen van een dragend onder-deel grote verplaatsingen optreden en de trekbanden op span-ning komen. Als de vloerconstructie voldoende vervormings-capaciteit heeft zodat de trekbanden hun sterkte bij de optre-dende vervormingen kunnen behouden, kan zich een nieuweevenwichtstoestand instellen (fig. 6).Bij de in Nederland gebruikelijke raamwerken ontbreekt echtervaak ? vanwege het beperkt aantal dwarswanden ? de capaciteitom de horizontale kracht nodig voor een effectieve trekbandop te kunnen nemen en af te voeren naar andere vloeren. Hetkan dus worden betwijfeld of het aanbrengen van trekbandende robuustheid wel altijd verbetert.Een tweede regel waarvan de effectiviteit om de robuustheidvan de constructie te verbeteren niet altijd even duidelijk is, isde wijze waarop volgens NEN-EN 1991-1-7 key-elementenmoeten worden beschouwd. Gesteld is dat een key-element deeffecten van een ? op het element en de daarop aansluitendedelen ? in ??n richting werkende druk van 34 kN/m? moetenkunnen weerstaan. De achtergrond van de grootte van dezedruk is gebaseerd op een gasexplosie. Een explosie wordtechter, als hiervan sprake kan zijn, reeds beschouwd alsbekende oorzaak. Het verbeteren van de robuustheid door hetcre?ren van een capaciteit in het key-element tegen deze drukis dus een oneigenlijke methode. Daarnaast zullen vooralkolommen vaak zonder verdere aanpassingen al tegen de effec-ten van deze druk bestand zijn. Ofwel de beschouwing van eenkolom als key-element voegt dan niets toe aan de robuustheid.In fib bulletin 63 [13] wordt vanwege het beperkte effect van dein NEN-EN 1991-1-7 beschreven beschouwing van key-elementen gesteld, dat het beter is het aantal kritische elemen-ten zo beperkt mogelijk te houden.Geconcludeerd moet worden dat de verschillende methoden,die vooral bij constructies in CC2 volgens NEN-EN 1991-1-7zijn toegelaten, leiden tot een verschillende prestatie van deUit het onderzoek is naar voren gekomen dat de explosiedrukcirca 5 psi (pounds per square inch) bedroeg [10]. Dit komtovereen met 34 kN/m?.In 2004 is in Engeland Approved Document A [11] uitgebracht.In hoofdstuk 5 van dit document zijn eisen verwoord om demate van schade bij lokaal bezwijken te beperken. Het uitgangs-punt voor de eis die wordt gesteld, is gelijk aan dat van anderenormen, namelijk: `The building shall be constructed so that inthe event of an accident the building will not suffer collapse toan extent disproportionate to the cause'. In hoofdstuk 5 van ditdocument worden de 4 klassen, 1, 2a, 2b en 3 ge?ntroduceerddie in bijlage A van NEN-EN 1991-1-7 zijn beschreven als CC1,CC2a, CC2b en CC3. Deze indeling is gemaakt omdat deeconomische en maatschappelijke gevolgen van het bezwijkenvan bouwconstructies sterk kunnen verschillen.Effectiviteit regels EurocodeOm de effectiviteit van de regels uit bijlage A van NEN-EN1991-1-7 te kunnen beoordelen, moeten eerst de Nederlandseen Britse bouwmethoden met elkaar worden vergeleken. DeBritse gewoonten voor het ontwerpen van constructies metrobuustheidseigenschappen zijn bijvoorbeeld beschreven in[12]. Hierin wordt onder andere gesteld dat een constructievoldoende robuust moet zijn. Uit [12] zijn plattegronden meteen constructie waarvan de robuustheid toeneemt in figuur 4overgenomen.Aanzicht constructie woongebouwPlattegrond constructie woongebouw5Eisen aan robuustheid 42015 215 Karakteristieke constructie voor een meerlaags woongebouw in Nederland6 Alternatieve belastingafdracht na wegvallen ondersteuning met behulp vantrekbanden in de vloerrobuuste constructies kunnen worden ontworpen; dit zijnzowel prestatie-eisen als detailleringseisen;? Prestatie-eisen voor constructies moeten onafhankelijk zijnvan het materiaal waarvan de constructie is vervaardigd.Voorstel nieuwe regelsGeconcludeerd moet worden dat zowel de huidige eisen in deEurocode als de eisen in het Bouwbesluit niet volledig geschiktzijn om een voldoende robuuste constructie te ontwerpenbinnen de Nederlandse bouwwijze. In de Eurocode ontbreekteen duidelijke prestatie-eis en is het niet mogelijk de effectenvan de maatregelen te toetsen die in het ontwerp worden voor-gesteld. Daarvoor moeten prestatie-eisen worden opgesteld. Ditkan bijvoorbeeld worden gedaan door een beschrijving tegeven van de omvang van de schade die mag ontstaan tengevolge van het bezwijken van een element door een onbe-kende oorzaak. Deze is afhankelijk van de gevolgklasse waar-voor de constructie wordt beschouwd. In het geval van eenCC1-constructie zou bijvoorbeeld kunnen worden gestelddat de gehele constructie mag bezwijken, terwijl bij eenCC3-constructie het bezwijken bijvoorbeeld beperkt zoumoeten blijven tot het betreffende element en de directaangrenzende constructieve elementen. Evident ligt de toege-stane omvang van de schade bij constructies in CC2 dan tussendeze twee uitersten in.Als de prestatie-eisen bekend zijn, zouden vervolgens detail-leringseisen kunnen worden uitgewerkt, die indien zij wordentoegepast in een constructie tot de gewenste prestatie van deconstructie leiden. Deze detailleringseisen kunnen verschillendzijn voor verschillende typen constructies en constructiemate-rialen.Tot slot moet worden bedacht dat het risico op een dispropor-tionele schade ook kan worden be?nvloed door de kans op eengebeurtenis, zoals een menselijke fout, te verkleinen. Dit kanbijvoorbeeld door key-elementen op een andere wijze tebeschouwen, namelijk door het toepassen van een aanvullendeparti?le factor en/of door op basis van het toepassen van eenrisicobeoordeling het ontwerp en de uitvoering zo te organise-ren dat de kans op fouten significant wordt verkleind. Ditlaatste kan bijvoorbeeld door het toevoegen van een controleop ontwerp en uitvoering met een daaraan gekoppeldegedeelde verantwoordelijkheid.Het is evident dat dergelijke nieuwe eisen vanuit een herzienBouwbesluit moeten gaan worden aangewezen. De komendejaren wordt gewerkt aan een revisie van de huidige generatievan Eurocode-normen. Dit zou rond 2020 onder anderemoeten leiden tot een gereviseerde versie van NEN-EN 1991-1-7.Om in deze gereviseerde norm iets van het voorgaande geeffec-constructie. Ofwel de omvang van de schade die ontstaat bij hetbezwijken van een constructieonderdeel door een niet nadergedefinieerde oorzaak, zal bij de verschillende methoden forsverschillend kunnen zijn. Dit maakt het zeer lastig de manierwaarop een constructie robuust is gemaakt, te toetsen. Er isdaarvoor eerst een duidelijke prestatie-eis noodzakelijk.Gevolgen huidige regels en hoe verderBouwtoezicht dient nieuwbouwplannen te toetsen aan hetBouwbesluit. Het bouwtoezicht kan echter het beschouwen vande effecten van het bezwijken van een constructieonderdeeldoor een niet nader gedefinieerde oorzaak niet eisen. Dit wordtveroorzaakt door het ontbreken van consistentie tussen deEurocodes en het Bouwbesluit en het feit dat de onbekendeoorzaak volgens het Bouwbesluit niet hoeft te wordenbeschouwd. Anderzijds dient bouwtoezicht te eisen datconstructies die mogen worden getoetst voor CC1 in staat zijnde effecten van buitengewone belastingen te weerstaan. Ditleidt tot verwarring.Om na te gaan in welke richting een oplossing voor ditprobleem moet worden gezocht, zijn door VNconstructeurs,tezamen met het COBc en NEN vier rondetafelgesprekkengeorganiseerd. Hierbij is door ontwerpende en toetsendeconstructeurs van gedachten gewisseld over het onderwerprobuustheid. Uit deze gesprekken zijn de volgende conclusiesgetrokken:? Constructies moeten voldoende robuust zijn;? De mate waarin een constructie robuust moet zijn, moetafhankelijk zijn van de gevolgklasse waarvoor de constructiewordt beschouwd;? Er is behoefte aan regels op basis waarvan voldoendeF TTF /2F /2HH6themaEisen aan robuustheid42015227 Politietoren in Charleroitueerd te krijgen, is het nodig dat in Nederland de komendejaren deze voorstellen worden verwerkt in conceptvoorstellen.Vervolgens dienen deze bij de relevante CEN-commissie teworden aangeleverd. Hieraan moet op korte termijn binnen debetreffende TGB-commissies gaan worden gewerkt. LITERATUUR1 NEN 6700:2005 Technische grondslagen voor bouwconstructies? TGB 1990 ? Algemene basiseisen, NEN, 2005.2 NEN 6702:2001 Technische grondslagen voor bouwconstructies? TGB 1990 ? Belastingen en vervormingen, NEN, 2001.3 NEN-EN 1991-1-7:2006 Eurocode 1: Belastingen op constructies ?Deel 1-7: Algemene belastingen ? Buitengewone belastingen:Stootbelastingen en ontploffingen, NEN, 2006.4 Sagel, R., Boer, S. de, Bruin, G., Huyben, R., Roo, A. de, Vollebregt, V.,Vrouwenvelder, A., Wijte, S., Windt, J. van der, Vambersky, J.,Constructieve samenhang van bouwconstructies. Stufib-rapport 8,2006.5 Bouwbesluit 2012, Nederlandse Overheid.6 NEN-EN 1990:2002 Eurocode ? Grondslagen van het constructiefontwerp, NEN, 2002.7 Leyendecker, E.V., Ellingwood, B.R., Design Methods for Reducingthe Risk of Progressive Collapse in Buildings. National Bureau ofStandards (NBS), april 1977.8 BS 8110-1:1985 Structural use of concrete. Code of practice fordesign and construction, BSI, 1985.9 Dijk, M. van., Voortschrijdende instorting bij Prefab Betonconstruc-ties. Afstudeerverslag TU Eindhoven, maart 2011.10 Burnet, E.F.P., The avoidance of progressive collapse: Regulatoryapproaches to the problem. Center for building technology institutefor applied technology National Bureau of Standards Washington,1975.11 The Building Regulations 2000: Structure, Approved Document A,2004 Edition. Office of the Deputy Prime Minister, 2004.12 The Institution of Structural Engineers, Manual for the design ofplain masonry in building structures to Eurocode 6, February 2008.13 Design of precast concrete structures against accidental actions. fibbulletin 63, 2012.7
Reacties