Demonteerbaar bouwen inbeton - vandaag en morgenVoordracht van prof.Dr.-lng. H. W.Reinhardt,gehoudentijdensdeBetondag 1981,19 novemberjl. teUtrechtInleidingIn de CUR-VB Commissie D7 is een poging gedaan om het begrip demonteerbaar bouwen tedefini?ren [1]. De gekozen definitie luidt: 'Demonteerbaar bouwen is een bouwmethodewaarbij de constructieve verbindingen zodanig zijn uitgevoerd, dat de onderdelen van deconstructie zonder of met geringe destructie kunnen worden gedemonteerd en voor herge-bruik in aanmerking komen. Hiermee wordt nagestreefd grondstoffen en energie te besparenen geluidsoverlast bij het slopen van gebouwen te beperken'.Op zichzelf is demonteerbaar bouwen niet nieuw. Vele houten en stalen constructies bestaanuit elementen die door middel van stiften en bouten zijn verbonden en betrekkelijk gemakke-lijk kunnen worden gedemonteerd. Nieuw is dat dit idee wordt toegepast op constructies vangewapend en/of voorgespannen beton. Daarmee wordt de oorspronkelijke gedachte, dat hetbetonnen gebouw een monoliete constructie is, losgelaten. Monoliet betekent samenhan-gend, daardoor sterk en ook gewapend tegen onverwachte en buitengewone belastingen.Monoliet houdt natuurlijk ook in dat wijzigingen in de constructie tijdens en na de bouwmoeilijk uitvoerbaar zijn en gepaard gaan met grote inzet van energie, met lawaai, stof ensoms rook.Toch komen veranderingen in gebouwen regelmatig voor. Men denke aan gewijzigde vormenvan samenleving; zo is er bijvoorbeeld op dit moment een grotere behoefte aan kleineappartementen voor alleenstaanden en voor samenlevende jongeren dan vroeger. Ook is hetbekend dat de bevolkingsopbouw in een wijk zich wijzigt, als de mensen tenminste nietverhuizen. Scholen komen dan leeg te staan of krijgen een andere bestemming.Hetzelfde verschijnsel doet zich voor in kantoor- en fabrieksgebouwen, doordat de activitei-ten (huurders, eigenaren) zich wijzigen of de produktiemethoden veranderen. Een bepaaldesoelaas biedt een constructie, waarin de dragende elementen gescheiden zijn van deindelende elementen. Voorbeelden hiervan zijn vakwerkgebouwen, of algemener, skelet-constructies.De flexibiliteit beperkt zich echter meestal tot ??n bouwlaag. Een verandering tussen deverdiepingen vraagt veel inspanning; toch kan dat nodig zijn in verband met de plaatsing vannieuwe machines en van communicatie- of transportmiddelen.Naast de zuiver monoliete gebouwen kwamen er geprefabriceerde gebouwen van beton,meestal ook monoliete constructies, doordat de verbindingen aangestort of ge?njecteerdwerden. Wat het variabel gebruik betreft en het veranderen of slopen van zulke constructies,kunnen deze gebouwen dan ook als monoliete constructies worden beschouwd. Uiteraardbevat de tegenwoordige praktijk van pref abricage reeds de mogelijkheid tot demonteerbareconstructies, mits extra aandacht wordt besteed aan de verbindingen tussen de elementen.E?n aspect is in de definitie aan het begin niet uitdrukkelijk genoemd, namelijk hettrjdstip vandemonteren. Er zijn twee mogelijkheden, die verschillende technische problemen oproepenen ook verschillende eisen aan de constructie stellen. Demonteren kan plaatsvinden tijdensde levensduur van het gebouw; dat is dan een verbouwing meteen gedeeltelijke demontagevan elementen en eventueel montage van nieuwe elementen. De andere mogelijkheid is hetdemonteren aan het eind van de levensduur van het gebouw, dus volledige demontage met demogelijkheid tot hergebruik van elementen of van de materialen dan wel volledige hermonta-ge van het gebouw op een andere plaats.Voorbeelden van demonteerbare constructiesIn dit tijdschrift [2, 3, 4, 5] zijn al voorbeelden van demonteerbare constructies getoond die(gedeeltelijk) bewezen hebben demonteerbaar te zijn. Hierbij kunnen genoemd worden eengebouw in Wenen, bruggen voor verschillende doeleinden, ziekenhuizen en scholen. Hetgebouw in Wenen was bestemd voor een tijdelijk onderkomen (circa 10 jaar) van eengemeentelijke dienst. Al tijdens het ontwerp werd dus rekening gehouden met de mogelijk-heid van demontage en hergebruik, waarbij een gewijzigde plattegrond moest kunnenworden gerealiseerd. Zo is het drie verdiepingen hoge gebouw van 1968 in 1980 afgebrokenen op een plaats 40 km van Wenen weer opgebouwd als drie afzonderlijke gebouwen, een87kantoorgebouw en twee scholen.Voor uitvoerige informatie wordt verwezen naar Cement 1981 nr. 6.Het tweede voorbeeld is afkomstig uit Essen en betrefteen kantoorgebouw dat in 1971/1972werd gebouwd en in 1975/1976 werd verplaatst [6]. Het is een skeletconstructie met drieverdiepingen, circa 25 m lang en 11 m breed. De draagconstructie bestaat uit over drie lagendoorgaande kolommen met consoles, liggers en voorgespannen TT-platen met een vrijeoverspanning van gevel tot gevel. De horizontale stabiliteit wordt verzorgd door een kortemiddenwand in langsrichting en dwarswanden in de eindgevelsen langs de trappen. Figuur 1toont een knooppunt van kolom, bal en vloerplaat. De bal ken rusten via vi It op de console enworden met een pen gefixeerd, terwijl de platen (ook via vilt) op de balken liggen en onderlingmet stalen lassen zijn gekoppeld. Alle voegen worden nade montage meteen stoptouwen metmortel gevuld. Op de vloeren komt een isolatielaag en daarop een zwevende dekvloer.De gevelelementen worden opgehangen aan stalen profielen, die uit de kolom steken en aande onderkant door middel van een stelschroef zijn uitgelijnd en gefixeerd (fig. 2). De voegenworden met een elastisch-plastisch materiaal gevuld. De foto's (3a, b en c) geven een indrukvan het demonteren, de opslag van de vloerplaten, het opnieuw monteren op een afstand vanei rca 4 km van de oude plaats, en van het gebouw na de tweede montage.Interessant is de kostenvergelijking die op het prijspeil van 1976 werd berekend. Uit figuur 4 isaf te lezen dat de kosten voorde ruwbouw 16,2% en voor de afbouw (incl. nieuwe delen, zoalszwevende dekvloer, tegels, dakbedekking en verlaagd plafond) 41,4% van een vergelijkbarenieuwbouw bedroegen. De besparing bed roegdus42,4%. Dit resultaat was mogelijk doordatvanaf het begin vaststond dat het gebouw na een beperkte duur moest worden gedemonteerden bijnaalleelementen, incl. trappen, leuningen, kasten, verwarming en verlichting opnieuwgebruikt werden. De tijd voor demontage, transport en hermontage bedroeg 6V2 maand enviel in de tijd van oktober tot april.Het derde voorbeeld betreft een antennetoren nabij Frankfurt [7]. Deze is 50 m hoog en heefteen diameter van 2,40 m. De opdrachtgever eiste dat de toren demonteerbaar moest zijn enopnieuw te gebruiken. De constructie bestaat uit ringen van 2,40 diameter en 3 m hoog,wanddikte 26 cm, die op elkaar gestapeld werden en met spanstaven 0 36 mm werdenvoorgespannen en aan elkaar gekoppeld. Omloop, bordessen, deuren en installaties warenvooraf indeelementen aangebracht. Het gehele project werd in 1978 binnen 120 dagen na hetingaan van de opdracht gerealiseerd De foto's 5 en 6 geven een indruk van de montage en devoltooide constructie.Ook in Nederland zijn reeds systemen voorgebouwen op de markt, die demonteerbaarzijn [2,3]. Zij bestaan uit vloerplaten die op de vier hoekpunten op kolommen zijn opgelegd. Dehoekpunten zijn met staal versterkt en worden door pennen gefixeerd. Kolommen envloerplaten liggen koud op elkaar, wat een grote precisie van vervaardigen vereist. De kleinetoleranties in de fabricage worden gehaald door zeer stijve mallen te gebruiken en doorrekening te houden met krimp, kruip en elastische vervormingen. Door een geschiktevormgeving is het mogelijk dezelfde elementen te gebruiken voor binnenkoiommen, gevel-kolommen en hoekkolommen (foto's 7-10). De horizontale stabiliteit kan worden verkregendoor het toepassen van kernen of geprefabriceerde stabiliteitswanden.Deze voorbeelden tonen dat demonteerbaar bouwen in beton nu reeds tot de technische enblijkbaar ook economische mogelijkheden behoort. Desondanks moet nog behoorlijk watwerk worden verricht, wil demonteerbaar bouwen op de juiste manier begrepen en op ruimereschaal toegepast worden. In het volgende zullen enkeleaspecten hiervan worden behandeld.Ontwerp en berekeningZoals in de inleiding al vermeld, wordt ervan uitgegaan dat een demonteerbare constructiewordt geprefabriceerd. In een voorontwerp zullen vorm, totale afmetingen en nuttige belas-tingen worden vastgesteld. Tevens zal het project worden ingedeeld in repeterende eenhe-den, dat wil zeggen in een aantal beuken in twee richtingen. Ook moet een keuze wordengemaakt voor het statische systeem. Dragende gevels, kolommen, balken, vloeren, stabilise-rende kernen of wanden moeten worden vastgelegd. Een u ?tspraak moet worden gedaan overde krachtswerking van de voornaamste verbindingen tussen de elementen, dus de keuzetussen scharnierend, momentvast of verend. Daarna kan een ruwe berekening en dimensio-nering van de elementen worden gemaakt. Tot dusverre is de gang van zaken bij demonteer-bare constructies dezelfde als bij een conventioneel prefabgebouw.Maar op het ogenblik dat de detaillering van de elementen en verbindingen aan de orde komt,rijzen problemen door de eis, dat de verbindingen 'zonder of met geringe destructie gede-monteerd moeten kunnen worden'. Ingestorte lussen, ge?njecteerdestekeinden, opgestortegewapende dekvloeren zijn niet meer mogelijk, om een paar voorbeelden te noemen. Zelfsopleggingen op natte mortel zijn moeilijk te demonteren als de mortel een hoge kwaliteitbezit. Verbindingen met behulp van onderling gelaste of geschroefde stalen onderdelenbereiken eerder het doel, evenals droge opleggingen op vilt of rubber. Een g rote kans zu Hen?ook de verbindingen maken die op de toepassing van voorspanning berusten, hetzij in devorm van doorlopende strengen, danwei met behulp van spanbouten of -staven.Men kan opmerken, dat al deze technieken bekend zijn en reeds worden toegepast. Inderdaadis dit zo, weliswaar met het verschil dat tot dusverre nauwelijks aandacht is besteed aan een5Montagevan de ringvormige elementen voorde antennetoren nabij Frankfurt6Voltooide antennetorenCement XXXIV (1982) nr. 2 897-8Montage schoolgebouw in Hoensbroek(Wilma S BS)9-10Montage kantoorgebouw in Hoofddorp(systeem CD 20, Elementum)Cement XXXIV (1982) nr. 2mogelijke demontage. Demonteerbaarheid betekent immers dat een las of een verankeringzonder grote moeite toegankelijk moet blijven. Het betekent ookdat eenspanelement (streng,bout e.d.) niet ingestort of ge?njecteerd mag zijn, maar wel opeen betrouwbare manier tegencorrosie moet worden beschermd. Waar mortel ter bescherming van stalen onderdelen of teroverbrenging van krachten noodzakelijk is, mag deze slechts een lage sterkte hebben of deaanhechting tussen mortel en element moet op een andere manier worden belemmerd. Dehierdoor opgeroepen problemen wat betreft de stabiliteit en de vervorming van een gebouw,onder (vooral) horizontale belastingen en de duurzaamheid van de verbindingsmiddelen,zullen uiteraard onderkend en opgelost moeten worden.In het begin werd onderscheid gemaakttussen demonteren vooreen verbouwing enerzijdsenvoor af braak met mogelijk hergebruik van elementen anderzijds. Vooral bij het laatste zou eenmodulaire co?rdinatie van groot nut zijn, evenals een beperking tot voorkeursmaten voorkolommen, balken en vloerelementen, zodat deze onderling uitwisselbaar zijn. Om eenhergebruik van elementen nog te vergemakkelijken, valt het instorten van buizen te overwe-gen, waardoor een latere, andere voorspanning mogelijk wordt. Aan deze aspecten is in deafgelopen jaren het een en ander gedaan, zij het nog onvoldoende om hergebruik mogelijk temaken.OnderzoekUit het voorgaande volgt dat verder onderzoek noodzakelijk is. Dit houdt in constructiefonderzoek, waartoe het uitvinden, doordenken en analyseren van details, vooral van verbin-9011Gekozen voorbeeld voor onderzoek12Vloerveld uit het skeletgebouw,schaalmodel13Uitbuiging van de vloer14Vervorming van de eindgevelCement XXXIV (1982) nr. 2dingen, behoort. Voorts ook het naast elkaar leggen van alternatieven om tot optimaleoplossingen te komen. Daarna is experimenteel onderzoek nodig naarde deugdelijkheid vandeze details. Tevens moet experimenteel worden vastgesteld of demonteerbaregebouwen ofdelen ervan voldoende stabiliteit bezitten en bij horizontale belasting niet te grote uitbuigin-gen ondergaan.Een paar onderzoekvoorbeelden zullen dit illustreren [8]. Als voorbeeld dient een gewoonkantoorgebouw met kolommen, balken, vloeren en stabiliteitswanden (fig. 11).In een skeletconstructie vertegenwoordigen de vloeren de grootste massa aan beton entevens het gedeelte dat moeilijk te slopen is. Laten wij daarom beginnen de vloer samen testellen uit onderdelen en deze door middel van demonteerbare verbindingen te koppelen.Eenvoudige en voordeligeelementen hiervoor zijn holle voorgespannen vloerplaten (kanaal-platen) d?e op balken worden opgelegd. Een vulling van de langsvoegen met mortel zorgt voorlastspreiding en daardoor voor een gelijkmatig gedrag van de vloerplaat. Horizontale belas-tingen uit wind en scheefstand van kolommen worden via de plaat naar de stabiliteitswandenc.q. kernen afgedragen, waarbij in de voegen schuifkrachten optreden, die tot afschuiving,d.w.z. vervormingen misschien overbelasting kunnen leiden. Om na te gaan in hoeverre eenmortel met lage kwaliteit in staat is deze krachten op te nemen, zijn modelproeven op schaal1:5 uitgevoerd, met als variabele randvoorwaarden de stabiliteitswand en de onderlingekoppeling van de balken (fig. 12).Uit de vervormingsmetingen is de invloed van de doorkoppeling van de balken duidelijk teherkennen. Figuur 13, waarin de resultaten naar ware grootte zijn omgerekend, toont dat devloer sterk gaat uitbuigen, zodra de kracht in de koppeling groter wordt dan de voorspanning.Een doorkoppeling met behulp van een schroefhuls met draadeind geeft ook goede resulta-ten, zolang de balk niet gescheurd is. De vervorming van de eindgevel zal bij deze doorkoppe-ling echter groter zijn dan bij de toepassing van voorspanning (fig. 14). Hoe stijver de9115Last-uitbuigingsdiagram, totbreukbelastting van de vloer16Vergelijking tussen de experimenteelgevonden en de berekendelast-uitbuigingslijnenCement XXXIV (1982) nr. 2koppeling, des te minder de vervorming en des te hoger de opneembare belasting. Zoals devervorming aantoont, gedraagt de vloer zich in dit stadium in het geval van voorspanning nogals homogene schijf, terwijl bij de doorkoppeling met draadeind en schroefhuls al relatiefgrote verplaatsingen tussen de drie vloervelden zijn opgetreden. Uiteraard moet dit zo zijn,want de voegen gaan mindergauwopen, naarmate de voorspanning hoger en dedrukzone inde schijf groter is.Het verbluffende van de proeven was, dat de voegmortel met een zeer lage sterkte -kubusdruksterkte 2 N/mm2-desondanks qua sterkte voldeed. De bereikte bezwijkbelastinggaat ver boven de vereiste windbelasting volgens de TGB uit. Het gedrag van de vloer, vooralals de balken aan elkaar zijn gespannen, is taai (fig. 15) en bezit daardoor al een groteveiligheid. Dit is bij de andere detaillering minder het geval, hoewel er qua sterkte geenverschil is.Na de proef kon de vloer gemakkelijk worden gedemonteerd. Een soortgelijk resultaat werddoor een computerberekening op basis van eindige elementen (ZEFE) voorspeld. Eenvergelijking tussen berekening en experiment aan de hand van lastuitbuigingsdiagrammentoont dit voor de belasting tot 9 kN/m (fig. 16).Gezien de proefresultaten, lijkt uit het oogpunt van sterkte een demonteerbare vloer, opge-bouwd uit kanaalplaten zonder druklaag, mogelijk. Uit het oogpunt van demonteren is eendergelijke vloer eveneens aantrekkelijk; zelfs valt te denken aan hergebruik als de platen nietbeschadigd zijn. Voor hergebruik zouden zij zelfs op een nieuwe lengte kunnen wordengezaagd.Meer onderzoek is gaande [9,10] waarop echter hier niet verder wordt ingegaan.EisenDemonteerbaar bouwen ?seen nieuwe gedachte. De ervaring met deze wijze van bouwen isnog miniem. Men neigt gauw tot het stellen van hoge eisen aan stabiliteit, duurzaamheid enbrandwerendheid, doordat de risico's minder bekendzijn dan bij conventioneleconstructies.Zonder meer moet de veiligheid gewaarborgd zijn. In een stabiliteitsberekening, waarvoor deinvoergrootheden door experimenteel en theoretisch onderzoek worden verkregen, moethet gedrag van de constructie in gebruikstoestand, alsmede de belasting bij bezwijkenworden vastgesteld. Daarbij behoeven de veiligheidsco?ffici?nten niet groter te zijn, want deberekeningsmethode, noch de schematisering van de constructie zijn slechter of onduidelij-ker dan bij bouwmethodes waarmee meer ervaring is opgedaan. De veiligheid wordt nietnadelig be?nvloed door het feit dat veel aandacht moet worden besteed aan dedetaillering ende krachtswerking in de verbindingen. Maar ik wil herhalen, dat dit alleen geldt als voldoendetheoretisch en experimenteel onderzoek heeft plaatsgevonden en voldoende inzicht isverkregen in het incasseringsvermogen.Uit economisch oogpunt wordt de eis gesteld, dat een demonteerbare constructie nietduurder mag zijn dan een conventionele constructie. Want niemand zal nu meergeld willenuitgeven voor een voordeel, dat pas na een generatie zichtbaar wordt. Het is uiteraard andersin die gevallen, waarbij van te voren vaststaat dat het gebouwvan tijdelijke aard zal zijn of datbinnen afzienbare tijd voorzieningen moeten worden aangebracht die een gedeeltelijkedemontage (verbouwing) nodig maken. De genoemde voorbeelden uit Wenen en Essenwaren dankzij de goede planning, ook economisch gezien aantrekkelijke constructies.Gevolgen voor de bouwindustrieDemonteerbare constructies zijn geprefabriceerde constructies met eenvoudige verbindin-gen en met een beperking van de afmetingen van de elementen tot voorkeursmaten. Op denduur moet dit tot een economisch voordeel leiden. Hiervan zal tevens een opvoedkundigewerking uitgaan, ook voor gewone geprefabriceerde constructies. Droge systemen zullenworden aangemoedigd, het aantal alternatieve typen zal worden verkleind.92Ik wil daarmee niet zeggen, dat de gebouwde omgeving eentonig en saai moet worden. Ditheeft alleen betrekking op de constructie, terwijl het uiterlijk en de samenstelling van degebouwdelen daardoor niet wordt aangetast.Door demonteerbaar bouwen zal de keuze voor vooraf vervaardigde constructies wordenbevorderd met de bekende voordelen van kwaliteitscontroleen constante werkomstandighe-den. Ook in verband met het toepassen van alternatieve bouwmaterialen, men denke aanmetselwerk- en betonpuin, is het bevorderen van prefabricage zinvol. Een gecombineerdefabriek, bestaande uit een sloopafdeling, waar beton- en metselwerkpuin wordt verwerkt totverschillende fracties van toeslagmateriaal, alsmede een afdeling voor de produktie vangeprefabriceerde elementen is zeer goed denkbaar. Hier geldt het voordeel dat dit soorttoeslagmateriaal onder gecontroleerde omstandigheden kan worden verwerkt.Het zal nog een tijd duren, voordat gedemonteerde elementen opnieuw zullen wordengebruikt. Of dit in verband met benodigde opslagruimte voor tweedehands elementenhaalbaarzal z?jn, is voor critici nog steedsde vraag. Voor mij lijkt het niet uitgesloten datereensoort beurs komt waar dergelijkeelementen nog voorde demontage worden geregistreerd enverhandeld, een soort informatiecentrum dus waar alle gegevens over vrijkomende elemen-ten zijn opgeslagen. Ik weet dat een dergelijk instituut bestaat voor andere stoffen en metwinst functioneert.SlotTot slot zou ik u willen aanmoedigen om in uw eigen kring na te gaan, in hoeverre ermogelijkheden bestaan voordemonteerbaar bouwen [11]. Het behoort nu al tot de technischemogelijkheden. De toepassing vraagt nog wat fantasie en moed, maar zonder nieuweontwikkelingenen technieken zullen wij niet verder komen.Ik wil graag erkentelijkheid tot uitdrukking brengen aan allen die mij documentatiemateriaalter beschikking hebben gesteld, namelijk de heer Prohn (gebouw Wenen), de heer Gandler(antennetoren Frankf u rt) en de heren Langenekeen Schmid (gebouw in Essen).Tevens ben ikdank verschuldigd aan de leden en medewerkers van CUR-VB-commissie D 7, die bij ditonderzoek betrokken zijn.Literatuur1. Boogaard, W.J. van den, Demonteerbaar bouwen; Cement 33 (1981 ), nr. 6, p. 363-3672. Nelissen, M.G. P., Praktische toepassing van demonteerbaar bouwen; Cement 33(1981 ),nr. 1,p. 39-443. Bonink, J.A., Commentaar op het artikel [2]; Cement 33 (1981), nr. 3, p. 191-1924. Buijs, J., Demonteerbaardenkenendoen; Cement 33(1981), nr. 6, p. 368-3745. Peters, M.H. W., Praktijken mogelijkheden van demonteerbaar bouwen; Cement 33 (1981), nr.6, p. 375-3766. Rheinisch Westf?lisches Elektrizit?tswerk, Essen7. Dyckerhoff & Widmann, Niederlassung Wiesbaden8. Kolpa, J.J., Pat, M.G.M., Reinhardt, H.W., Stroband, J., Onderzoek naar een demontabelevloerschijf; Stevin-rapport in voorbereiding9. Hartjes, A.G., Reinhardt, H.W., Invloed van de voeglengte op de afschuifsterkte van voegentussen geprefabriceerde kanaalplaten; verschijnt in Cement10-Ottolini, P.G.M., Experimenteel onderzoek naar een demonteerbare kolombalkverbinding;afstudeerwerk, Civiele Techniek, TH Delft, maart 198111.Reinhardt, H.W., D?montable Betongeb?ude?; Cement28 (1976), nr.6, p. 266-273.Beeldjes van ferrocementVan de leer L.Cohen uit Jokneam (Isra?l)ontvi ngen wij een aantal foto's van door hemgemaakte beeldjes. Die beeldjes vari?ren inhoogte van 18 tot ca. 65 cm, de voetplatenzijn meestal 20 20 cm.Het materiaal is ferrocement, waarvoor fijngaas met maaswijdten van 2 tot 4 mm wordtgekozen, ofwel gaas dat met ribben is ver-sterkt. De specie heeft de volgende samen-stelling: 5 delen cement, 5 delen zand en 1deel lijm. Deze lijm wordt normaal toegepastbij het vastzetten van wandtegels.Het beeldje hiernaast is een touwspringendmeisje, daarnaast een visser. Ook op blz. 105staan nog enkele foto's.Cement XXXIV (1982) nr. 2 93