C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailleringcement 2005 328ir. S.N.M. Wijte, Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V.ir. A.M. de Roo, Arcadis Bouw en Vastgoedprof.Dipl.-Ing. J.N.J.A. Vambersky, TU Delft, faculteitCiTG/Corsmit Raadgevend Ingenieursbureau BVIn het vorige artikel is al opgemerkt dat het onderwerpvoortschrijdende instorting door verschillende controle-rende instanties zeer uiteenlopend wordt benaderd.Ontwerpende partijen kunnen daardoor slecht anticipe-ren op eisen die gesteld gaan worden. Om de eisen aan deconstructieve samenhang van bouwconstructies te con-cretiseren en zodoende de kans op het optreden vanvoortschrijdende instortingen verder te beperken, is doorde Stufib een studiecel ingesteld. De leden van deze stu-diecel hebben een diverse achtergrond, van de prefab-betonindustrie en ingenieursbureaus tot controlerendeinstanties en onderzoeksinstituten. Op deze wijze wordtgetracht tot een oplossing te komen die breed wordtgedragen. Dit artikel is een tussentijds verslag van debevindingen en voorlopige conclusies van de studiecel.Een voortschrijdende instorting is een zeer ingrijpen-de gebeurtenis, met een grote kans op slachtoffers.Ontwerpers van constructies kennen de meeste voor-beelden van een voortschrijdende instorting tot indetail. Foto 1 toont een appartementengebouw inRonan Point, Londen (1968) waarvan een deel isbezweken. De oorzaak van deze voortschrijdendeinstorting was het optreden van een gasexplosie in ??nvan de appartementen. De beelden van de resten vanvijf balkons in het project Patio Sevilla te Maastricht(2003) zijn nog op ieders netvlies te vinden. Hier lagde oorzaak bij het bezwijken van een enkel construc-tie-onderdeel op een lager gelegen bouwlaag.In de praktijk stuit het ontwerpen ten aanzien vanhet voorkomen van voortschrijdende instorting op denodige problemen. Er is geen eenduidige regelgevingin de normen, zodat er ruimte is voor interpretatie-verschillen tussen de verschillende partijen ten aan-zien van normteksten en de daarin gehanteerdedefinities. Ook zijn er geen algemeen aanvaarderekenregels om aan te tonen dat een gebouw vol-doende incasseringsvermogen heeft.H u i d i g e n o r m e nDe kans op het optreden van voortschrijdende instor-ting kan worden beperkt door het aanbrengen vanvoldoende constructieve samenhang in een bouwcon-structie. Ten gevolge van deze samenhang kan, bijhet bezwijken van een essentieel onderdeel van deconstructie, een tweede draagweg worden gevonden.Dit aspect wordt ook wel aangeduid met het begrip`het incasseringsvermogen van bouwconstructies'. Inverschillende Nederlandse normen zijn passagesopgenomen die tot doel hebben om het incasserings-vermogen van een bouwconstructie te verbeteren danwel het optreden van een voortschrijdende instortingte voorkomen. Hieronder wordt een korte samenvat-ting gegeven.NEN 6700NEN 6700 ? een norm die op dit moment direct doorhet Bouwbesluit is aangewezen ? gaat in artikel 5.3.3in op het incasseringsvermogen van een bouwcon-structie. De normtekst van dit artikel luidt:"Bouwconstructies moeten zo zijn ontworpen dat hetbezwijken van een onderdeel niet tot onevenredig groteschade leidt."De toelichtende tekst op het artikel luidt als volgt:"Dit houdt in dat de bouwconstructie een zeker incasse-ringsvermogen moet hebben.In dit verband is het noodzakelijk het constructieve sys-teem te beschouwen, alsmede de mate van statische onbe-paaldheid en de daarmee samenhangende mogelijke her-verdeling van krachten. Voor vele bouwconstructies kandit worden bereikt door:a) de bouwconstructie zo te ontwerpen dat zij nietgeheel of voor een belangrijk gedeelte zal bezwijkenals gevolg van het verlies van het draagvermogen vaneen enkel constructieonderdeel; ofb) waar nodig, ervoor te zorgen (in het ontwerp of doorpreventieve maatregelen) dat essenti?le onderdelenvan de draagconstructie niet als gevolg van een onge-val kunnen worden uitgeschakeld."Werkwijze a) vraagt om een constructie waarin teallen tijde een tweede draagweg mogelijk is. Bij werk-wijze b) wordt gekeken naar de oorzaak van hetbezwijken en wordt vervolgens de kans dat hetbeschouwde constructieonderdeel ten gevolge vandeze oorzaak kan bezwijken, voldoende verkleind.NEN 6702Een nadere uitwerking van werkwijze b) is opgeno-men in art. 9 van NEN 6702 in de vorm van bijzonde-re belastingen. Het in rekening brengen van bijzon-Tussentijds verslag van Stufib studiecelConstructieve samenhang vanbouwconstructies1 |Appartementgebouw teRonan Point, Londen, naeen gasexplosie (1968)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailler ingcement 2005 3 29dere belastingen heeft tot doel het voork?men vaneen evenement dat tot voortschrijdende instortingenleidt. Een bouwwerk moet weerstand kunnen biedenaan de gevolgen van bijzondere belastingen door ??nvan de volgende werkwijzen aan te houden:? de constructie zo te maken dat het bezwijken vaneen onderdeel ten gevolge van de bijzondere belas-ting geen voortschrijdende instorting tot gevolgheeft;? de onderdelen van de constructie zo sterk te makendat de te verwachten bijzondere belastingen kun-nen worden opgenomen;? preventieve maatregelen te treffen opdat het effectvan een bijzondere belasting op de constructiewordt beperkt.Binnen dit kader is ook de definitie die in NEN 6702voor de hoofddraagconstructie wordt gegeven vanbelang:"Een deel van de bouwconstructie waarvan het bezwijkenleidt tot het bezwijken van constructie-onderdelen die nietin de directe nabijheid van het bezweken onderdeel zijngelegen".Dit is echter evenwel een definitie die door verschil-lende partijen anders kan worden ge?nterpreteerd.NEN 6720In NEN 6720 ? VBC 1995 ? is aangegeven hoe deeffecten van de in NEN 6702 voorgeschreven bijzon-dere belastingscombinaties kunnen worden getoetst.Volgens deze norm moeten betonconstructies eenzodanige samenhang bezitten, dat onder meer tengevolge van bijzondere belastingen geen voortschrij-dende instorting kan optreden. De hiertoe benodigdevoorzieningen moeten door berekening worden be-paald. Volgens art. 9.12 mag bij woningen en woon-gebouwen van berekening worden afgezien als aannadere detailleringseisen wordt voldaan.Samenvattend kan worden gesteld dat er in de nor-men drie verschillende aspecten aan de orde komendie het incasseringsvermogen van een bouwconstruc-tie verbeteren en/of de oorzaak van een schade metonevenredig grote gevolgen beperken. Deze drieaspecten zijn:1. Het uitvoeren van een analyse van de bouwcon-structie met tot doel het voorkomen van grote scha-de (een voortschrijdende instorting) bij het bezwij-ken van ??n belangrijk onderdeel van de construc-tie.2. Het brengen van samenhang in een constructiedoor toepassing van bijvoorbeeld koppelwapening,een en ander gebaseerd op vuistregels zonder hetuitvoeren van een specifieke analyse.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailleringcement 2005 3303. Het wegnemen van oorzaken van bijzondere belas-tingen of de constructie ontwerpen op de effectenvan een bijzondere belasting.I n t e r p r e t a t i e v e r s c h i l l e nDe in de inleiding bedoelde onduidelijkheden komenvoornamelijk voort uit een verschillende interpretatievan NEN 6700 en het begrip `hoofddraagconstructie'.De normtekst van NEN 6700 stelt dat moet wordenuitgegaan van het bezwijken van een onderdeel vande constructie en dat het incasseringsvermogen ver-volgens zodanig moet zijn dat geen voortschrijdendeinstorting zal optreden. In de toelichting op het arti-kel wordt bij werkwijze b) aangegeven dat het bezwij-ken van een onderdeel ook kan worden voorkomen.Bij enkele controlerende instanties wordt de norm-tekst van NEN 6700 strikt toegepast. Dit wil zeggendat een constructie-onderdeel waarop volgens NEN6702 geen bijzondere belasting werkzaam is, tochmoet kunnen bezwijken zonder dat dit tot een voort-schrijdende instorting leidt. Het verschil in interpre-tatie vindt zijn oorsprong in het wel of nietbenoemen van belastingen. Het optreden van eenvoortschrijdende instorting ten gevolge van een mate-riaalgebrek, een onjuiste schematisering of een ande-re onbenoemde oorzaak wordt in NEN 6702 nietgedekt. Om rekening te houden met deze mogelijk-heden wordt gesteld dat het aanbrengen van vol-doende samenhang of het cre?ren van een tweededraagweg noodzakelijk is. Dit standpunt heeft vooralbij prefab-betonconstructies forse consequenties enheeft geleid tot het instellen van de Stufib-studiecel.Het is niet gebruikelijk en niet praktisch om overeen-komstig de normtekst van NEN 6700 elke constructiezo te ontwerpen dat het bezwijken van een onderdeelvan de constructie ? ook onderdelen waarop geen bij-zondere belasting werkzaam is ? niet tot onevenrediggrote schade leidt. Een bijkomend probleem is dat ergeen eenduidige rekenregels zijn om dit soort bere-keningen uit te voeren.N i e u w e E u r o p e s e n o r mTijdens de werkzaamheden van de studiecel is er eenEuropese norm beschikbaar gekomen waarin veelaandacht wordt geschonken aan het voork?men vanvoortschrijdende instortingen of wel het verbeterenvan de samenhang van bouwconstructies. Het betreftprEN 1991-1-7 "Actions on structures, Generalactions ? Accidental actions due to impact and explo-sions".In deze norm worden enkele zaken beschreven engeregeld die gebruikt kunnen worden om de discus-sie ten aanzien van voortschrijdende instortingen toteen eenduidig einde te brengen. In de norm wordtonderscheid gemaakt tussen bekende en onbekendeoorzaken van bijzondere ontwerpsituaties.Voorbeelden van bekende oorzaken zijn zaken alsgasexplosies en aanrijdingen. De norm geeft hiervoordezelfde oplossingen die reeds in de Nederlandsenormen beschreven zijn. Een voorbeeld van eenonbekende oorzaak is het lokaal bezwijken van eenonderdeel van de constructie. Om de gevolgen van ditbezwijken te beperken zijn drie mogelijke ontwerp-methoden gegeven (fig. 2):1) toepassen van detailleringsvoorschriften die totdoel hebben de ductiliteit (incasseringsvermogenvan de constructie) te verbeteren;2) ontwerpen van kritische elementen voor eendenkbeeldige bijzondere belasting;3) cre?ren van een verhoogde weerstand door bij-voorbeeld een tweede krachtsweg mogelijk temaken.Bij het toepassen van methode 1 wordt onderscheidgemaakt tussen verschillende klassen van gebouwenwaarin de consequentie van het optreden van eenvoortschrijdende instorting wordt uitgedrukt.Gebruikt worden de klassen 1, 2a, 2b en 3.Vrijstaande woningen worden ingedeeld in klasse 1;woon- en kantoorgebouwen van maximaal vier bouw-lagen worden ingedeeld in klasse 2a.De Stufib-studiecel heeft haar werk ingericht uitgaan-de van deze Europese norm. De uitgangspunten vande Europese norm zijn hierin nader verfijnd. Tevensworden er diverse aanbevelingen gedaan.De genoemde klassering van gebouwen die wordtaangehouden is in grote lijnen als volgt:Klasse 1:? eengezinswoningen van maximaal vier bouwlagen;? agrarische gebouwen;? gebouwen die vaak onbemand zijn.Klasse 2a (Lage Risico Groep):? eengezinswoningen van vijf of meer bouwlagen;? woongebouwen van maximaal vier bouwlagen;? hotels van maximaal vier bouwlagen;2 |Beschouwing bijzondereontwerpsituaties volgensprEN 1991-1-7bijzondere ontwerpsituatiesom onevenredig grote schadeten gevolge van een bijzonderebelasting te voorkomenonbekende oorzakenlokaal bezwijkenontwerpstrategie?n:? detailleringsvoorschriften die tot doel hebbende ductiliteit, incasseringsvermogen van deconstructie te verbeteren;? het ontwerpen van kritische elementen? tweede krachtsweg mogelijk te makenontwerpstrategie?n:? voorkomen of reduceren van het belastings-effect? ontwerp van constructie op het belastings-effectbekende oorzakenbijzondere belastingen:? explosies? aanrijdingenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailler ingcement 2005 3 31? flats van maximaal vier bouwlagen;? kantoorgebouwen van maximaal vier bouwlagen;? industri?le gebouwen van maximaal vier bouwla-gen;? winkelgebouwen van maximaal drie bouwlagen;? onderwijsgebouwen van ??n bouwlaag.Klasse 2b (Hoge Risico Groep):? hotels, flats en andere woongebouwen van mini-maal vijf en maximaal vijftien bouwlagen;? onderwijsgebouwen van meer dan ??n en maxi-maal vijftien bouwlagen;? winkelgebouwen van meer dan vier en maximaalvijftien bouwlagen;? ziekenhuizen van maximaal drie bouwlagen;? kantoren van meer dan vier en maximaal vijftienbouwlagen;? alle voor publiek toegankelijke gebouwen waarinzich veel mensen bevinden met een maximaalvloeroppervlak van 1000 m2per bouwlaag;? niet-automatische parkeergarages van maximaalzes lagen;? automatische parkeergarages van maximaal vijftienlagen;? uitgaanscentra van maximaal 2000 m2.Klasse 3:? alle gebouwen die vallen onder de klasse 2, maardie de limieten voor bouwlagen en/of vloeropper-vlaktes overschrijden;? alle publieke gebouwen waarin zich grote hoeveel-heden mensen bevinden;? stadions met meer dan 5000 toeschouwers.Met het nemen van de volgende maatregelen wordtgeacht dat de constructieve samenhang en/of eenacceptabele mate van robuustheid voldoende isgewaarborgd:Klasse 1:? geen specifieke eisen.Klasse 2a:? het aanbrengen van nader te defini?ren horizontaletrekbanden of verankeringen.Klasse 2b:? het aanbrengen van nader te defini?ren horizontaleen verticale trekbanden of verankeringenof:? het cre?ren van een tweede draagweg bij het weg-vallen van nader te bepalen constructieve elemen-ten.Klasse 3:? het uitvoeren van een systematische risicoanalyse,waarmee aangetoond wordt dat de constructie vol-doet aan de gebruikelijke eisen ten aanzien van deveiligheid3 |Plattegrond en doorsne-den van beschouwdeconstructiewand d=250 wand d=250vooraanzichtbalk400*600balk 400*600balk 400*600balk400*600kernwandend=250wand d=250kolom 400*400d=250plattegrondzijaanzicht6*72005*36003*60003*6000C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailleringcement 2005 332of:? het cre?ren van een tweede draagweg bij het weg-vallen van nader te bepalen constructieve elemen-ten.In het eindrapport van de Stufib-studiecel zal de tevolgen werkwijze nader worden toegelicht.Een voorbeeld van een benadering volgens prEN1991-1-7 is hierna beschreven.V o o r b e e l d b e r e k e n i n g v o l g e n s d eE u r o p e s e N o r mDe voorbeeldberekening betreft een kantoorgebouwvan vijf bouwlagen (fig. 3). Het stramienplan isopgebouwd uit langsstramienen van 7,2 m endwarsstramienen van 6,0 m. De constructie bestaatuit een balken/kolommenstructuur met stabiliteits-kern en kopwand. De verdiepingshoogte is 3,6 m.De eigengewichtsbelasting en de veranderlijkebelasting bedragen respectievelijk 5,0 en 4,0 kN/m2.De berekening wordt uitgevoerd voor klasse 2, voorzowel de Lage Risico Groep (2a) als de Hoge RisicoGroep (2b).Klasse 2a: Lage Risico GroepVoor klasse 2a kan worden volstaan met het aanbren-gen van effectieve horizontale trekbanden rond deomtrek van elke vloer en dak, en inwendig in tweeorthogonale richtingen om de kolommen en wand-elementen zo deugdelijk mogelijk aan de structuurvan het gebouw te koppelen. De trekbanden moetendoorlopend zijn en zo dicht als praktisch mogelijkgeplaatst bij de randen van de vloeren en de systeem-lijnen van kolommen en wanden.Elke trekband, inclusief de eindbevestigingen, moetin staat zijn om, in geval van een bijzondere belas-ting, een ontwerptrekkracht Tite kunnen opnemengelijk aan:voor inwendige trekbanden:Ti= 0,8 (gk+ ?qk)?s?L 75 kNvoor trekbanden aan de omtrek:Tp= 0,4 (gk+ ?qk)?s?L 75 kNhierin is:s is de afstand tussen de trekbanden;L is de overspanning van de trekband; is een combinatiefactor voor bijzondere belas-tingscombinatie;gkis de permanente belasting in kN/m2;qkis de veranderlijke belasting in kN/m2.Hieruit volgt voor onderhavig voorbeeld:Ti= 0,8 (5,0 + 1,0?4,0)?6,0?7,2 = 311,0 kN Aben= 715 mm2Tp= 0,4 (5,0 + 1,0?4,0)?6,0?7,2 = 155,5 kN Aben= 357 mm2Klasse 2b: Hoge Risico GroepVoor klasse 2b geldt dat er naast de horizontale trek-banden ook effectieve verticale trekbanden moetenworden aangebracht in alle dragende kolommen enwanden.In geval van raamwerkconstructies moeten de dragen-de kolommen in staat zijn om een bijzondere ont-werptrekkracht te kunnen opnemen gelijk aan degrootste verticale belastingsbijdrage (ten gevolge vanpermanente en veranderlijke belasting) aan die kolomvanuit enige verdieping. Deze belasting wordt nietgeacht simultaan op te treden met normale belastin-gen. Voor de verticale trekkracht geldt derhalve:Tv= (gk+ ?qk)?s?LHieruit volgt: Tv= (5,0 + 1,0?4,0)?6?7,2 = 388,8 kN Aben= 893 mm2.Als alternatief voor de verticale trekbanden mag ookworden aangetoond dat de denkbeeldige verwijderingvan een dragend constructie-element niet leidt totinstabiliteit van het gebouw en dat de lokale schadeeen zekere limiet niet overschrijdt. De uitwerkinghiervan valt buiten de scope van dit artikel.W i j z i g i n g v a n N E N 6 7 0 0Mede naar aanleiding van de discussie in de Stufib-studiecel is door de betreffende NEN-commissie`TGB Basiseisen en belastingen' art. 5.3.3 nogmaalsbeschouwd. Omdat NEN 6700 binnenkort opnieuwzal worden uitgebracht, bestond de mogelijkheid omart. 5.3.3 te wijzigen. Deze wijziging is reeds uitge-bracht in de vorm van ontwerp NEN 6700. De strek-king van de wijziging die in 5.3.3 is aangebracht, isdat de toelichtende tekst op 5.3.3 als normtekst wordtgepresenteerd. Op deze wijze wordt de hiervoor aan-geduide discrepantie tussen de normtekst en de toe-lichting in de eerdere versie van NEN 6700 opgehe-ven.V e i l i g h e i d e n k w a l i t e i tMen moet zich wel realiseren, dat de constructievesamenhang en het incasseringsvermogen van gebou-wen met betrekking tot voortschrijdende instortingslechts ??n onderdeel zijn van de totale keten van vei-ligheid en kwaliteit van gebouwen. Om het niveauhiervan voldoende hoog te houden, is er continueaandacht en bijsturing nodig. Er zijn veel factoren,zoals kennis, controle, organisatie van het ontwerp-en bouwproces, regelgeving, nieuwe ontwikkelingenop het gebied van materialen, technieken, technolo-gie?n en meer, die de veiligheid en kwaliteit van heteindproduct sterk kunnen be?nvloeden. Het bijsturenis een doorgaand proces, met diverse actoren enbelanghebbenden die van verschillende invalshoekenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gDet ailler ingcement 2005 3 33en met verschillende belangen tegen een dergelijkeketen aankijken en op het bijsturingsproces invloedhebben. Het kan dan ook niet anders dan dat heteindresultaat hooguit een zo goed mogelijke compro-mis is, dat bovendien voortdurend evolueert. Eengroot draagvlak is essentieel, evenals het besef datniet iedereen op alle aspecten die voor hem of haarvan belang zijn, op zijn wenken kan worden bediend.De hedendaagse ontwerppraktijk leert dat de bouw-opgaven steeds complexer worden en het ontwerphiervan steeds meer gefragmenteerd wordt uitge-voerd. Het detailontwerp van verschillende toegele-verde elementen wordt veelal door of in opdracht vande leverancier van deze elementen uitgevoerd. Ditmaakt het overzien van het geheel en het cre?ren vanen de controle op de noodzakelijke samenhang ineen constructie moeilijker. Het spreekt voor zich datde organisatie van het ontwerpproces hierin veel kanbetekenen. Hierin speelt met name het wel of nietaanstellen van een hoofdconstructeur. Alleen dehoofdconstructeur kan het totaalontwerp als geenander overzien en kan voor voldoende samenhang ineen bouwconstructie zorgen. Een niet onbelangrijkprobleem hierbij is dat er niet altijd eenduidig eenhoofdconstructeur in het ontwerpproces aanwezig is.In de eindrapportage van de studiecel zal uitgebreidaandacht worden geschonken aan de wijze waarop ditkan worden verzekerd.Maar er is meer. De interne controle bij de verschil-lende partijen en toeleveranciers die bij het ontwerp-proces betrokken zijn, is vaak niet toereikend of zelfsniet aanwezig. Ook de aandacht voor het belang vanhet gebruikelijke dagelijks toezicht op de bouwplaatslijkt in de afgelopen jaren te zijn afgenomen.Kritische aandacht voor dergelijke veiligheids- enkwaliteitsaspecten en het continue streven naar ver-betering hiervan zijn minstens zo belangrijk als deaandacht die, mede door de spectaculaire instortin-gen van de afgelopen jaren, nu wordt gegeven aan devoortschrijdende instorting.V o o r l o p i g e c o n c l u s i eDe Studiecel `Constructieve samenhang van bouw-constructies' verwacht zijn conclusies dit najaar opeen Stufib-bijeenkomst te kunnen presenteren. Hetdoel van de studiecel was te komen met een beschou-wing over voortschrijdende instorting, samenhang enincasseringsvermogen van bouwconstructies die dooralle betrokkenen zo breed mogelijk gedragen kanworden. De benaderingswijze die beschreven is in deontwerpnorm prEN 1991-1-7, waarin zowel bekendeals onbekende oorzaken van bezwijken van een con-structie worden beschouwd, geeft de studiecel, samenmet het voorstel voor de aangepaste normtekst, vol-doende mogelijkheden en aanknopingspunten om toteen gemeenschappelijke conclusie te kunnen komen.Het resultaat vormt een goede en goed hanteerbarebijdrage aan de verbetering van de veiligheid en kwa-liteit van de bouwconstructies. L i t e r a t u u r1. NEN 6700 Technische grondslagen voor bouw-constructies - TGB 1990 - Algemene basiseisen.NEN, 1997.2. NEN 6702 Technische grondslagen voor bouw-constructies - TGB 1990 ? Belastingen en vervor-mingen. NEN, 2001.3. NEN 6720 Voorschriften Beton - TGB 1990 -Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC1995). NEN, 2004.4. prEN 1991-1-7 ? Eurocode 1 ? Actions on structu-res ? Part 1-7: General Actions ? Accidentalactions due to impact and explosions. CEN, 2002.