BETONCONSTRUCTIES VOORGEBOUWEN INAARDBEVINGSGEBIEDEN*Onder de titel 'Erdbebenbetnessung von Stahlbetonhochbauten' is in Zwitserlandeen Duitstalig boek verschenen dat zeker de aandacht verdient van Nederlandsebetonconstructeurs.In verband daartnee wordt een bespreking aan dit boek gewijd, gevolgd door hetaantippen van enkele aspecten die bij het ontwerpen, detailleren en berekenen vanbetonconstructies in aardbevingsgevoelige gebieden een belangrijke rol spelen.Regelmatig worden wij opge-? ?? schrikt door aardbevingen dievele gebieden op de aardboltreffen, het verlies van vaak vele men-senlevens betekenen en grote materi?leschade tot gevolg hebben.Omdatonsland niettotdeaardbevings-gevoelige gebieden behoort, voelen Ne-derlandse betonconstructeurs zich metbetrekking tot hun werk bij deze ram-pen en de gevolgen daarvan weinig be-trokken. Toch zullenvelen zich weleenshebben afgevraagd ofhet nu nietmoge-lijkis om, door eenjuistewijze van con~strueren, de schade aan bouwwerken ende gevolgen daarvan binnen aanvaard~bare grenzen te houden. Een oordeeldaarover kan men zich alleen dan vor-men, indienmenterzakeoverde nodigekennis beschikt.Ditis echter nietde enige redenwaarombetonconstructeurs zich meer voor ditonderwerp dienen te interesseren.In 1992 ontstaat een andere situatie inhetEuropavan deEG, omdatdan de ge-meenschappelijke markt een feit wordt.Nederland 'gaat op' in dit Europa. Datbetekent dat ons land van belang gaatworden voor meer mede-Europeanen,maar ookdatEuropavoor ons meer kangaan betekenen. En in dit Europa ko-men w?l aardbevingsgevoelige gebie-den voor. Niet voor niets wordt er inBrusselhard gewerktaanEurocode nr. 8'Structures in seismie regions', waarvanin 1988 het eerste deel 'General andBuilding' (ReportEur 12266 EN) is ver-schenen.Wanneer men deze? Eurocode bestu-? Erdbebenbemessungen von Stahlbeton-hochbauten, T.Paulay, H.Bachmann, K.Moser,Birkh?user Verlag, Postfach 133, CH-4010 Ba-se!; Sfr. 128.-, ISBN 3-7643-2352-352deert, beseft men al gauw dat hier eengebied wordt betreden dat voor onsvreemd is, waarvan wij de achtergron-den nauwelijks kennen en waarop wijons moeilijk ofniet kunnen begeven.NaastEuropa kunnen uiteraard ook an-dere delenvan de wereld van belangzijnvoor de Nederlandse betonconstruc-teur. Daar zal hij vaak worden gecon-fronteerd metaardbevingsproblemen.In dit kader kan Indonesi? worden ge-noemd, voor welk land door de. CURmetinstantieswordtmeegewerktaan deondersteuning van activiteiten op be-tongebied (CUR-commissie Fl). Ookdaarbij blijktdathetfeit datditland zeeraardbevingsgevoelige zones heeft eenrol speelt in de l;edoelde activiteiten.Omtrent de implicaties daarvan opvoorgesteldeenreeds ingang zijndestu-dies worden steeds vragen gesteld.Het boekUit het voorgaande moge duidelijk zijndateengoed boekoverdebedoelde pro-blematiek ook voor ons van groot be-lang is. Dat geldt vooral wanneer ditboek zodanig is geschreven dat het -vanuit onze denkwereld - ons inleidt inde bedoelde problematiek en ons leerthoe op grond van een bepaalde aanpak,tot het ontwerpen, detailleren en bere-kenen van betonconstructies vange~bouwen kan worden gekomen. Hetboek beperkt zich tot dit gebied.De eerste auteur, prof. Th.Paulay uitNieuw zeeland, is een wereldbekendedeskundige op het gebied van het con-strueren in beton in aardbevingsge-voelige gebieden. Met zijn collega prof.Park heeft hij gestalte gegeven aan eenbelangrijke nieuwe ontwikkeling op ditgebied, waarbij niet meer het 'rekenen'voorop staatmaarvooral het ontwerpenen het detailleren. Dit boek is duidelijkgestoeld op deze Nieuwzeelandse aan-pak.Prof. H.Bachmann (ETH Z?rich) heeftzich hetlaatste decennium zeerverdieptin de aardbevingsproblematiek, mededoor daaromtrent gerezen vragen inzijn land. Hij is daardoor in staat om tebegrijpen hoe de constructeurs die nau-welijks bekend zijn met aardbevings-problemen, in de materie dienen teworden ingeleid.K.Moser is wetenschappelijk medewer-ker van het Institut f?r Baustatik undKonstruktion van de ETH Z?rich, diezich lange tijd met problemen aangaan-de aardbevingen engebouwen heeftbe-ziggehouden.Schrijver dezes heeft het boek zorgvul-dig bestudeerd. Daarbij is hem duidelijkgeworden wat een belangrijk stuk werkhier is verricht!Delezerwordtinhetboekstapvoorstapingeleid in het 'vak' van het construerenin aardbevingsgevoelige gebieden. Ach-tereenvolgens worden ni?uwe, van be-lang zijnde onderwerpen aangesnedenen zo behandeld dat men er in de prak-tijk iets mee kan doen. Uiteraard is hetconstrueren van dit soort gebouwcon-structies niet in een handomdraai te le-ren. Maar met behulp van de kennisneergelegd inditboeken de uitgewerk-te voorbeelden kan men toch goedestappen op deze weg zetten!En dat dit een andere weg is dan tot nutoe betreden, wordt al gauw duidelijk!Omdat dit boek het gehele onderwerpbehandelt, vooral ook vanuit de Euro~pese maniervan denkenenconstrueren,is dit toegesneden op onze praktijk.Zonderoverdrijvingkanmenstellendathet daarom voor vele van onze beton-constructeurs beschikbaar dient te zijn.Cement 1990 nr. 12n spr?de ,Glieder +1duktiles GliedFRt,minspr?d: Rt,minFn?b.1+ b. 2duktile KetteOm een indruk te geven van enkeleaspecten die hierbij een rol spelen,wordthetvoorbeeld - uithetboek- toe-gelicht van een ketting (fig. 1). Een ket-ting is verondersteld te zijn opgebouwduit 'ductiele' en 'brosse' schakels. Dezekettingwordt onderworpen aan eendy-namische, in grootte vari?rende trek-kracht.Deze ketting dient aan de eisen te vol-doen die hiervoor als uitgangspuntenvan de dimensionering op capaciteitzijn gesteld.Het derde hoofdstuk behandelt degrondslagenvan de dimensionering vanbetonconstructies, zoals de definitie vanhet begrip ductiliteit, de eigenschappenvan de materialen, in het bijzonder hunre?le sterkte, alsmede het bepalen vanInhoudelijkIn het eerste hoofdstuk wordt men inhet onderwerp ingeleid via beschou-wingen zoals ten aanzien van op con-structies uitgeoefende 'belastingen', dewijze waarop de constructies daaropreageren, de wijze Van het bepalen vandevorm en afmetingenvande construc-tie, alsmede van het ontwerp van ge-bouwconstructies in aardbevingsgevoe-lige gebieden.In het tweede hoofdstuk wordt inge-gaan op het verschijnsel aardbeving, dekarakteristieke kenmerken daarvan ende vertaling van deze kenmerken naarde basisgegevens voor het ontwerp. Zowordt ingegaan op onderwerpen als degraden van aardbevingsbelasting waar-op men een gebouwconstructie kanontwerpen.Men kan onder meer onderscheiden deaardbevingsintensiteit waarbij juist noggeen schade - vooral aan niet-dragendeconstructiedelen - optreedt, die waarbijde eigenlijke constructie niet wordt be-schadigd maar wel de niet-dragendeconstructiedelenen ten slottedie schadewaarbij de constructie (op als aanvaard~baar geachte wijze) wordt beschadigd,maar niet bezwijkt.Voorelk geval kanook de kans op optre-den daarvan worden benaderd en medede economische consequenties voor hetontwerp.In dit hoofdstuk worden ook verschil-lende aanpakken die in normen zijnvastgelegd,besproken. Naastde normenvan Nieuw Zeeland en U.SA. wordtaandacht besteed aan normen in Duits-talige landen van Europa: Zwitserland,Duitsland en Oostenrijk.1 Ketting met brosse en ductieleschakelshet gedrag van constructiedelen onder-worpen aan buiging, excentrische nor-maalkracht en dwarskracht. Enige re-gels worden gegeven voor de dimensio-nering en de detaillering.In de volgende hoofdstukken van hetboek wordt uitvoerig ingegaan op ver-schillende constructievormen, zoalsductiele raamwerken, ductiele dragen-de wanden en gemengde draagcon-structies (raamwerken + wanden).Deaandachtvoor construerenendetail-leren staat in deze hoofdstukken voor-op. Zo wordt onder meer veel aandachtbesteed aan de detaillering van knoop"'"punten, bijvoorbeeld die tussen balkenen kolommen, van plastische scharnie-ren in liggers, aan overlappingslassen enhun plaats in de constructie enz.De behandeling betreft monoliete terplaatsegestorte constructies. Hetonder-werp voorspanbelasting wordt niet aan-gesneden.Aparte hoofdstukken zijn gewijd aanniet-ductiele draagconstructies en aanfunderingsconstructies.Het boek besluit met een voorbeeld vaneen zogenaamde dimensionering op devereistecapaciteit,zoals die metname inNieuw Zeeland is ontwikkeld.Dimensionering op capaciteitDeze methode is op de volgende uit~gangspunten gebaseerd:1. begrenzen van de belasting van con-structiedelen tot die waarden welkedeze delen zonder bezwijken kunnendragen;2. vastleggenvanzones inde constructiewaar energie gedissipeerd wordt;3. voorkomen dat constructiedelen meteen bros constructiegedrag tot be-zwijken kunnen worden belast;4. ductiel gedrag van constructies alsgeheel, ook al zijn deze mede opge~bouwd uit constructiedelen met eenbros gedrag.De volgende eigenschappen zijn voorelke schakel van belang:1. sterkte;2. vervormingsvermogen - de ductili-teit;3. mate van energie-dissipatie.ad. 1De brosseschakels zijn alleenvanbelangin verband met hun sterkte. In verbandmet uitgangspunt 3. zullen ze zo sterkmoetenzijn datzij, onderinvloedvan deopgelegde belasting, niet tot bezwijkenkunnen worden belast. Voor deze scha-kels is dus de sterkte die altijd aanwezigis, maatgevend.ad 2Het is bekend dat een ketting bezwijktals de zwakste schakel het begeeft. Wan-neer nu de sterkte van de 'ductiele' scha-kel altijd kleiner is dan de minimaalaanwezige sterkte van de 'brosse' scha-kels, zullen deze laatste nooit breken(uitgangspunt 1).ad. 3Dit betekent dat aan de 'ductiele' scha-kels eisen moeten worden gesteld tenaanzien van maximale sterkte en plas-tisch gedrag.Maximale sterkteMen moetzo construerendatdeductie-Ie schakel altijd maatgevend is. Deze be-grenzingvande sterkteis een aanpak dievoor construeren niet gebruikelijk is.Het betekent beheersen van de materi-aalkwaliteit en het constructiegedrag.Inditkader speeltde re?le sterkte,de zo-genaamde 'oversterkte', een zeer be-langrijke rol. Voor betonstaal is de over-sterkte vaak 1,3 ofmeer.plastischgedragWanneer een schakel bij een zekeretrekkracht zeer sterk plastisch kan ver-vormen,zal dektachtindie schakeldezetrekkracht niet te boven gaan. Daarbijzullen grote plastische vervormingenoptreden.Dit betekent dat daarom een grote duc-tiliteit, dat wil zeggen grote plastischeCement 1990 nr. 12 53A.S.G.BruggelingIn gebouwconstructies zijn kolommende. brosse elementen. De regels vanraamwerken kunnen als ductiele ele-menten worden uitgevoerd. Daarbijwordenmeestaldezones naastdekolomals plastische zones gedimensioneerd engedetailleerd. Deze zones beperken debelasting op de kolommen tot waardendie niet tot bezwijkenleiden. Deze zor-gen bovendien voor voldoende plastici-teit (vervormbaarheid van het systeemin horizontale zin) en dissiperen energie(fig. 2).grensd is. Onder die belasting vertoontde ketting als geheel een ductiel gedrag.Hier vindt men een belangrijk onder-vervorming zonder bezwijken, noodza- /-3--K--ra-c-h-t-en-s-p-e~l-in-d:-e-v-e-rb:-m-?-d:-i-ng-~-i werp dat in het hier besproken boek iskelijk is. De ductiliteit wordt wel uitge- tussen randkolom en balk uitgewerkt, namelijk de dimensione-drukt in de verhouding totale plastische ring en detaillering van plastische zonesvervormingen tot maximale elastische en van knooppunten.vervorming. Deze verhouding kan De ductiele schakel zal een trekkracht In figuur 3is het krachtenspel inde ver~waarden tot 20 en meer bereiken. waarbij plastisch vervormen optreedt, binding van een balk aan een randko-Hoewel dit hier niet geldt, kan worden moeten hebben die lager is dan de lom afgebeeld alsmede de wapening inopgemerktdat, mits goed gedetailleerd, breukkracht van de brosse schakels. deze verbinding. Daaruit moge reedsductiele zones onder aardbevings~ Wordt hieraan voldaan dan kan men duidelijk worden op welke wijze pro':"belasting ook een zeer grote hysteresis dus een ketting met brosse schakels zo blemen worden aangepakt.vertonen engoed energie kunnen dissi- samenstellen- via ductieleschakels-datperen. de maximale belasting op de ketting be-2 Gebouwconstructie met plastischescharnieren in de regels naast dekolomBOEKBESPREKING?Limitation of crack widths, Dia-grams for direct calculation,G.Meyer, Beton-Verlag, D?sseldorf,1990, 300x21O mm2, 352 blz; prijs DM150,00Injuli 1988iseen nieuweversievanDIN1045 (de Duitse gewapend-betonvoor-schriften) verschenen. Ten aanzien vande wijze waarop scheurwijdten moetenworden berekend zijn, ten opzichte vande voorgaande versie, nogal wat wijzi-gingen doorgevoerd. In eerdere uitga-ven vanjanuari 1972 en december 1978was deberekening nog gebaseerdop on-derzoek van Rehm. Bij lage wapenings-percentages was de theorie echter on-toereikend; een feit waarop door Leon-hardt meerdere malen is gewezen. Hetlag dan ookvoor de hand dat deze theo-rie zou worden vervangen. De nieuwetheorie is voornamelijk gebaseerd op deresultaten van onderzoeken uitgevoerddoor Schiessl en K?nig. Deze theoriesluitzeer nauw aanbij deEurocode II. Indiverse publikaties is nader ingegaan opde theoretische achtergronden van denieuwe theorie. In de eerste plaats moetdan Heft 400 van de Deutscher Aus-schuss f?r Stahlbetonworden genoemd.Om de theorie eenvoudig toepasbaar temakenheeftMeyereengrootaantal no-mogrammen opgesteld waaruit de voorscheurwijdte-beheersing vereiste hoe-veelheid wapening eenvoudig is af teleiden. Een groot aantal parameters is inbeschouwing genomen, zoals de sterk-teklasse, constructiedikte, kenrniddel~lijn wapening, dekking, ouderdom vanhet beton, belastingstype (buiging/trek)en toelaatbare scheurwijdte. Tevensmaakt de auteur gebruik van zowel deformules uit DIN 1045 als uitEurocodeII.Hetgehelewerkis te splitsenin twee de-len: scheurvorming veroorzaakt dooreen opgelegde vervorming (eventueelten gevolge van hydratatiewarmte) enscheurvorming door mechanische be-lasting. Omdat het aantal parameterszeer groot is,leidt eenen ander tot maarliefst 312 nomogrammen, waarmee opzich goed kan worden gewerkt. Het isechter spijtig op te moeten merken datde auteurer nietinis geslaagdde achter-liggende theorie?n duidelijk te behan-delen. Nu komt dit misschien omdathiervoor slechts 16 pagina's zijn ge-bruikt. Dit kan echter niet de enige re-denzijn, aangezienhetgeener staat nau-welijks is te volgen en een zeer chaoti-sche indruk maakt. Zelfs voor iemanddie op de hoogte is van de achtergron-denvan de theorie?n is Meyers inleidingnagenoeg onbegrijpelijk. Dit maakt infeite het gehele boek onbruikbaar, om-dat pas verantwoord gebruik kan wor~den gemaakt van de nomogrammen alsde achterliggende theorie duidelijk is.Niet alleen vanuit didactisch, maar ookvanuit wetenschappelijk oogpunt is hetwerk discutabel. Dit komt omdat demeeste nomogrammen geldig zijn vooreen onvoltooid scheurenpatroon (opge-legde vervorming). Nu is algemeen be-kend dat de meeste voorschriften (waar-onder DIN 1045 en de Eurocode 11) al-leen geschikt zijn vOor het berekenenvan scheurwijdten in een voltooidscheurenpatroon. Het is jammer datMeyer hieraan voorbijgaatende aanpakuit deze voorschriften gewoon volgt.Kortom, een boekwerk dat er qua lay-out en omvang indrukwekkend uitziet,maar qua inhoud op alle punten vol-strekt niet voldoet.C.R.Braam54 Cement 1990 nr. 12