themaRobuust Rotterdam4201534themaRobuustRotterdam1Robuustheidsbeschouwingbelangrijk onderdeel vanontwerp en toetsingRobuust Rotterdam 42015 35De door de gemeente Rotterdam gewenste robuustheid vanconstructies stuit bij constructief ontwerpers vaak op weer-stand. Toch zijn ontwerper en toetser het er meestal wel overeens dat een bouwwerk incasseringsvermogen moet hebben endat het niet functioneren van een enkel onderdeel van deconstructie niet mag leiden tot een disproportionele schade.Begrijpelijkerwijs wordt vanuit klant- en concurrentieoverwe-gingen echter terughoudend gereageerd om te veel te doen.Ook normen bieden helaas nog weinig houvast. De technischeontwerpnormen stellen dat constructies robuust moeten zijn,maar geven niet aan wanneer aan deze eis is voldaan. Bekendebijzondere belastingen zijn weliswaar aangestuurd via hetBouwbesluit, maar in het kader van robuustheid gaat het juistom belastingen met onbekende oorzaak. Dit kan bijvoorbeeldeen menselijke fout zijn.Mechanicasommen en certificaten sluiten niet uit dat er foutenworden gemaakt gedurende ontwerp en uitvoering, op alleniveaus. Aannames in de berekening kloppen in die gevallenniet meer. Er kunnen natuurlijk ook omstandigheden optredendie bij het ontwerp niet bekend waren en waarmee dus geenrekening is gehouden. Het is een misverstand dat het risico vandeze oorzaken wordt ondervangen door de parti?le veiligheids-factoren. Een gebouw waarvan alle onderdelen in de bereke-ning een unity check hebben lager dan 1,0, kan nog steedsbezwijken. Dit zegt namelijk nog niets over het systeemgedragvan de constructie.Versnippering ontwerp- en uitvoeringprocesEen ander probleem ten aanzien van robuustheid is de versnip-pering van het ontwerp- en het uitvoeringsproces. Deconstructeur van het hoofdontwerp heeft daardoor vaak onvol-doende zicht op de samenhang van de deelconstructies. Erworden deelconstructies toegepast zonder deze voldoende tecontroleren op de uitgangspunten die horen bij het hoofdont-werp. Bovendien vindt verschuiving van engineering en uitwer-king plaats naar een later moment in het proces, vaak ook nogdoor andere partijen.Verder wordt het ontwerp tijdens de uitvoering vaak gewijzigd,bijvoorbeeld van in het werk gestort beton naar prefab ofandersom. Ook is er te weinig aandacht voor interne controleop het ontwerp en is er minder kennis op het werk aanwezigtijdens de uitvoering om in te spelen op afwijkingen en speci-fieke situaties. Communicatie, kennis en overdracht zijn vanwezenlijk belang.Bovendien worden bij toetsingen op detailniveau problemengesignaleerd, zoals het gebruik van een verkeerde betonsoort,een niet-correctie uitvoering van de ondersabelingen of ankersdie niet volgens certificaat worden toegepast.Het schadegeval van een kolom onder een winkelcentrum inHeerlen is een goed voorbeeld van robuustheid in de praktijk(foto 2). Er was geen buitenproportionele schade, er warengrote vervormingen en daarmee waarschuwend gedrag.IncasseringsvermogenGemeente Rotterdam vindt dat er voldoende aandacht moetzijn voor incasseringsvermogen en dat robuustheid een vastonderdeel moet zijn van het ontwerp, in toenemende matevoor gebouwen vanaf CC2a tot en met CC3. Een mogelijkheiddaartoe is de beschouwing van de tweede draagweg (zie verderoponder `Stappenplan'). Hierbij wordt gekeken naar wat erHet onderwerp Robuustheid van bouwcon-structies is voor velen nogal abstract. Meestalgaat het om het realiseren van voldoendeincasseringsvermogen van een constructie.Belangrijk hiervoor zijn een goede samenhangtussen de elementen en een goed opgezetontwerp. Bij de toetsing staat Rotterdambekend om de tweede draagweg. Vaak lijkt ditvoor ontwerpers een onneembare vesting,maar is dat wel terecht?ir. Patrick Willemen,ing. Dick BezemerGemeente Rotterdam, COBc1 Scheepvaart en Transport College in Rotterdamfoto: Frans Schouwenburg2 Robuustheid in de praktijk: ingestorte kolom onder winkelcentrum 't Loon inHeerlen2themaRobuust Rotterdam4201536Beoordelen op robuustheidRobuustheid is bij de toetsing van een constructie een belang-rijk onderwerp. Hiervoor is het noodzakelijk dat er tijdens hetontwerp kritisch wordt teruggekeken op hetgeen er tot dan toeis gedimensioneerd. De ervaring bij toetsing leert dat overlegmet bouwtoezicht vaak te laat in het ontwerpproces plaats-vindt.De beoordeling op robuustheid kan globaal worden ingedeeldin vier delen:A. Algemeen - basisvoorwaardenB. Robuuste beschouwing - inventariseren kwetsbaarheid engevolgenC. Controleren- C1. Controleren robuustheid- C2. Bepalen effectieve robuustheidsmaatregelen- C3. Controleer benodigde elementen en verbindingenD. Definitief maken - afronding beoordeling robuustheidDeze stappen worden hierna verder toegelicht. De beschou-wing die op basis van dit stappenplan wordt gedaan, zoutezamen met de gewichts- en stabiliteitsberekening moetenworden ingediend. Dit ten behoeve van de toetsing van dehoofdopzet van de constructie. Het hoeft bij de meeste gebou-wen met weinig tot geen bijzonderheden in de opbouw, slechtsuit een paar A4'tjes te bestaan.A. AlgemeenIn de eerste, algemene stap moeten de basisvoorwaardenworden bekeken. De basisvoorwaarden waaraan ieder bouw-werk in een bepaalde gevolgklasse moet voldoen, zijn waar-schijnlijk voor iedereen vertrouwd. Het borgen van de correcteengineering en uitvoering van het bouwwerk wordt veelal gere-geld door het toepassen van kwaliteitssystemen. Aandachtspuntvormen documentbeheer en versiebeheer; die moeten voor elkproject goed worden bijgehouden. Een ander aandachtspunt ishet aanwezig zijn van voldoende samenhang in de constructie,alsmede het aanbrengen van trekbanden voor CC2 en CC3.Deze maatregelen zijn inmiddels breed geaccepteerd. Depositie van die trekbanden moet echter wel zodanig zijn datdeze kunnen functioneren als bedoeld. Vaak worden ze onderde stekwapening uit de randligger aangebracht, in de voegtussen de ligger en de vloerdelen. Verder geldt dat de trekbandengoed moeten zijn doorgekoppeld en aan het einde verankerd.gebeurt als een van de losse onderdelen, die op zichzelf correctzijn gedimensioneerd, ertussen uitvalt. Deze tweede draagweg isniet de enige methode om de robuustheid van een bouwwerk tebeoordelen. Ook toepassing van risicoanalyses biedt mogelijk-heden. Het nadeel van deze methode is dat dit specialistenwerkbetreft. Het ontbreekt nog aan praktische handvatten en voor-beelden uit de praktijk.Er zijn meerdere oplossingen om een bouwwerk incasseringsver-mogen te geven. De een is effectiever dan de ander. Ontwerper enarchitect hebben in het voortraject de uitgelezen kans om opsysteemniveau keuzen te maken. Honderd procent voorkomen isonmogelijk, maar het verkleinen van de kans op bezwijken, kanwel. De uitdaging zit erin een balans te vinden tussen de risico's,de maatregelen en de kosten. Hoe eerder in het ontwerp rekeningwordt gehouden met robuustheid, des te effici?nter zijn maatrege-len te treffen, zowel ontwerptechnisch als economisch. Dit zijnvervolgens randvoorwaarden voor de verdere (detail)uitwerking.Centraal Overleg BouwconstructiesHet Centraal Overleg Bouwconstructies (COBc), de verenigingvan toetsende constructeurs bij gemeenten, zet zich al jaren invoor:? aandacht voor het onderwerp robuustheid en bewustwordingvan de noodzaak hiervan in de ontwerpprocedure;? uniform beleid met betrekking tot robuustheid;? gebaseerd op kennis, kunde en ervaring;? passend bij het vereiste veiligheidsniveau;? toepasbaar voor het hele bouwproces;? gedifferentieerde aanpak, passend bij het bouwwerk;? afgestemd met ingenieurs en ontwerpers.InitiatievenTen aanzien van robuustheid zijn enkele initiatieven waarbijCOBc is betrokken:? Het COBc werkt aan een handreiking voor toetsers met betrek-king tot robuustheid. Hierbij worden kennis en ervaring tussengemeenten gedeeld. Dit delen met ontwerpers is daarvoorechter ook belangrijk.? In samenspraak tussen COBc, andere belanghebbenden en hetministerie van BZK is een workshop gehouden. Er is eenprenormatief vervolgtraject gestart bij het NEN.? In 2013 zijn door COBc en VNconstructeurs enkele rondetafel-gesprekken gehouden met als thema robuustheid. Doel wasbewustwording over het onderwerp. Deze avonden leverdenveel inzichten op voor het genoemde NEN-traject.? Een vertegenwoordiging vanuit het COBc neemt deel aan deStufib-studiecel over dit onderwerp met betrekking tot prefab.Robuust Rotterdam 42015 373 Woontoren aan het binnenhof te RotterdamTevens moeten ze de krachten verder in de constructie kunnenafdragen. Een laatste aandachtspunt dat wordt genoemd, is datde strookbreedte bij tussenkolommen niet te breed moetworden aangehouden. Met deze maatregelen kan, mits hetbouwwerk daar verder geen aanleiding voor heeft (regelmatigeopbouw), de robuustheid voldoende zijn geborgd.B. Robuuste beschouwingIn de tweede stap, de robuuste beschouwing, moeten de kwets-baarheid van een constructie en de gevolgen daarvan wordenge?nventariseerd. De ontwerper moet in deze stap met een heli-copterview naar de totale constructie kijken. Hierbij dient teworden bekeken of er onderdelen zijn die belangrijker zijn danandere en wat de consequentie is van het bezwijken van datonderdeel. Bij deze onderdelen kun je denken aan:? overgangen in draagsysteem en materialen;? uitkragingen;? bijzondere toepassingen of uitvoeringsomstandigheden;? hoge belastinggraad of hoge slankheid;? cruciale of bijzondere verbindingen.Indien het geen gelijkmatig opgebouwde constructie is, zijn ermeer elementen te benoemen die lastiger virtueel zijn te verwij-deren. Hier zal een grotere schade aan het bouwwerk gaanoptreden. Tot een bepaalde grens is dat geaccepteerd, bovendeze grens moeten aanvullende maatregelen worden genomen.Voortschrijdend bezwijken moet te allen tijde worden voorko-men. Een methode hiertoe is de zogenoemde tweede draag-wegbeschouwing, waarmee de robuustheid van het bouwwerkkan worden beoordeeld. Deze praktische methode gaat op zoeknaar de risicovolle onderdelen van de constructie. Dit gebeurtnog zonder rekenen.C. ControlerenIn de derde stap gaat het om het concreet controleren van derobuustheid. Deze stap is opgedeeld in drie substappen.C1. Controleren robuustheidIn de eerste substap gaat het om het doorrekenen van deconstructie. De door te rekenen situaties kunnen in de praktijkworden gereduceerd tot enkele standaardgevallen, waarbij degevonden oplossing wordt doorgezet op de gelijkwaardige situ-aties. Zo hoeft natuurlijk niet iedere kritische kolom apart teworden berekend als deze op meerdere plekken in een gelijk-soortige situatie voorkomt. Voor de controle mag voor belas-ting- en materiaalfactoren 1,0 worden aangehouden. Hierinwijkt de controle niet af van die voor de bekende buitengewonebelastingen. Wat wel afwijkt, is het toegestane vervormings-gedrag. Er mogen relatief grote vervormingen ontstaan. Omtrekbanden te kunnen laten functioneren, is trouwens ook aleen grote verplaatsing nodig. De doorbuiging van een knoop3themaRobuust Rotterdam4201538lijkheden en meerdere kunnen worden gecombineerd. Doel isdat de belasting op het weggenomen element is op te nemendoor de constructie. Als de maatregelen zijn gekozen, moetweer worden teruggegaan naar C1 en moet de aangepaste situ-atie worden gecontroleerd.C3. Controleer benodigde elementen en verbindingenAls de maatregelen ook daadwerkelijk blijken te voldoen, moetworden gecontroleerd of het systeem de belasting kan afdragentot het eerstvolgende onderdeel van gelijke orde van het wegge-laten onderdeel (bijvoorbeeld de naastgelegen kolommen). Ookmoet worden gekeken of de gekozen alternatieve belastingaf-dracht vervolgens kan worden opgenomen door de constructie.Na het controleren van liggers en kolommen op de gewijzigdewerking, moeten ook de verbindingen hierop worden gecon-troleerd. Een stalen ligger bijvoorbeeld die als trekband gaatfungeren, is over het algemeen doorgekoppeld met een prakti-sche verbinding ter plaatse van het momentennulpunt. De trek-kracht vraagt echter een andere detaillering. Door op eenslimme manier te ontwerpen, is het aantal extra mm2vaakbeperkt.D. Afronding beoordeling robuustheidNa de derde substap kan het ontwerp definitief wordengemaakt. Dit kan door middel van een rapportage. De opbouwvan een dergelijke rapportage is vaak:? Inventarisatie:- overzicht bouwwerk- basismaatregelen- kwetsbare onderdelen- gekozen algemene strategie? Indien van toepassing:- nader te beschouwen onderdelen- berekening diverse scenario's- controle van de constructie? En ten behoeve van verdere uitwerking:- principedetaillering en overzicht eventuele voorzieningen- beschrijving van de genomen maatregelen en de bijbeho-rende randvoorwaarden- principedetailskan centimeters bedragen. Hierdoor is de hoeveelheid trek-bandwapening nog binnen geaccepteerde waarden en is deimpact van de horizontale component van de trekband nog afte leiden naar de rest van de constructie.Deze controles werken vaak ook op basis van trekbandwerking.De gevonden waarden zijn anders dan die uit de basisformulesuit NEN ?EN 1991-1-7. Andere methoden, zoals schijfwerkingen vakwerken, zijn ook mogelijk. Het is aan te bevelen hiervoorduidelijke berekeningsmethoden te hanteren. Daarmee wordenook de gevolgen duidelijk voor de constructie. Het met EEMdoorrekenen van deze situaties is niet altijd even duidelijk.C2. Bepalen effectieve robuustheidsmaatregelenIn de tweede substap van de controlestap gaat het om het daad-werkelijk bepalen van effectieve robuustheidsmaatregelen. Erzijn veel maatregelen mogelijk waarmee in de praktijk inmid-dels ervaring is opgedaan. De ontwerper heeft de keuze ??n ofmeer maatregelen toe te passen. Per situatie, ontwerp of locatievan een onderdeel kan de optimale keuze anders zijn. Dit kanworden gezien als een toolbox waaruit een ontwerper steeds dejuiste tool toepast.In tabel 1 staat een aantal voorbeelden van methoden om eenconstructie(onderdeel) robuuster te maken. Er zijn meer moge-Tabel 1 Methoden om een constructie(onderdeel) robuuster te makenimpliciete redundantieordening/onderling verband nokken aan/in wandelementenvertanding tussen wandelementenlasplatenhalfsteensverband tussen elementenmeervoudig uitvoeren dubbele elementenkruizen i.p.v. enkele schorenvakwerk over meerdere lagenstatisch onbepaald meerdere ondersteuningenniet meegerekende capaciteit gebruikenmeerdere elementen koppelenandere krachtswerking in elemententrekbanden wapening in vloerstrokendoorkoppelen liggersknopen/verbindingen momentvaste verbindingvierendeelliggersafdrachtssysteem 3D-werkingoverstek over interne, versterkte strokentrek en druk in vloerschijven opnemenwanddeel of borstwering als uitkragingbelastingverlagen belastinggraad verlagenslankheid verlagenvoorkomen fysiek onmogelijk makenaanvullende maatregelenkwaliteitssysteem uitvoeringscontrole door onafhankelijke derdetoetsing op ontwerp door onafhankelijke derdeintensivering in toetsing volgens DSL3 en ISL3Robuust Rotterdam 42015 394 (a) Penant in een woontoren, (b) verbeterde detaillering en(c) maatafwijkingen in de praktijkHet element is duidelijk een kwetsbaar onderdeel dat bijcontrole extra aandacht verdient. Daarbij moet wordengekeken hoe de belastingafdracht is, wat de aannamen waren,wat de ongewenste effecten zijn en of het realiseerbaar is. Deuitvoering verdient ook extra aandacht. Goede inspectie opmaatvoering en kwaliteit van de lassen is hier van groot belang.Handvatten voor robuustheidHet kijken naar robuustheid is veel meer dan een tweededraag-wegbeschouwing. De nadruk ligt op het kritisch kijken naarhetgeen je hebt ontworpen, gedurende het hele bouwproces. Indit artikel staan handvatten om de beoordeling op robuustheidvorm te geven. Hiermee wordt ook duidelijk welke onderdelenextra aandacht moeten krijgen bij uitvoering en verdere uitwer-king. Dit komt de kwaliteit van het bouwproces ten goede.In de VO- of DO-fase is nog de mogelijkheid de meest effec-tieve en geschikte maatregelen te kiezen voor dat ontwerp. Inlatere fases gaan andere zaken, zoals contracten en termijnen,ook een grote rol spelen. Het is aan te bevelen vroeg in hetontwerpproces de robuustheid te beoordelen. Een constructiefvooroverleg, liefst nog voor de vergunningaanvraag, is wenselijkom onnodige kosten en tijdverlies te voorkomen. In degemeente Rotterdam wordt hier actief op aangestuurd. Robuustheid op elementniveauHiervoor ging het om een robuustheidsbeschouwing opsysteemniveau. Ook op elementniveau moet aandacht zijn voorrobuustheid en samenhang. Om controle van de robuustheidvan een element toe te lichten, wordt een voorbeeld behandeld.Voorbeeld elementniveauNeem een penant in een woontoren. Het element bevindt zichop een hoek, is 1500 ? 200 mm en wordt ten gevolge van destabiliteit zodanig op trek en druk belast dat er een wapenings-percentage van circa 7% nodig is. Staven ?32 staan 100 mmh.o.h. (fig. 4). Het penant kon niet groter worden vanwege debouwmethode en de benodigde raamopeningen. Het elementvoldoet rekentechnisch.? Qua robuustheid zijn er meerdere risico's aan te wijzen:? doorkoppeling van staven in een beperkte ruimte;? onvoldoende horizontale koppeling van de penanten terplaatse van vloeren;? uitknikken gedrukte staven uit de wand.Tijdens de uitvoering zijn afwijkingen in dekking geconsta-teerd. Deze penant is daar rekentechnisch erg gevoelig voor.Ook het doorlassen van de wapening op volle capaciteit bleekzeer lastig uitvoerbaar. Zonder een goed doordacht en uitge-werkte oplossing, wordt de vereiste capaciteit niet gehaald.Daarnaast was er aandacht voor de horizontale koppeling vande wapening aan de vloeren. Standaard wordt aan wandwape-ning ter plaatse van een vloerrand weinig aandacht besteed. Indit geval is de drukwapening door middel van horizontalehaarspelden goed aan de vloer verbonden. Zonder deze haar-spelden zouden de drukstaven van de penant in het werk nietdoor wapening zijn omsloten.4a 4b4c