C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gB eves t ig i n g encement 2004 6Een koudebrug ontstaat daarwaar constructieve elementen(vloeren, balken, kolommen)door de afscheiding binnen-/bui-tenklimaat lopen. Bij een koude-brugonderbreking wordt de con-structie grotendeels door een iso-latielaag onderbroken en zeerplaatselijk door een hoogwaardigelement gekoppeld. Het is duide-lijk dat die onderbreking in dewarmtegeleider een discontinu?-teit in de constructie oplevert.Extra complicerend is het dat dekoppeling binnen/buiten ookvaak een koppeling is tussenvloer en balkonelement, in hetwerk gestort en prefab, vloercon-structeur en prefab constructeur.Om een betrouwbare constructiete verkrijgen is het belangrijk omde koppeling in al zijn facettenonder controle te hebben. In ditartikel komen de schematiseringvan de constructie, de gangbarekoudebrug-onderbrekingssyste-men en aandachtspunten voor dedetaillering van de koppeling envoor de constructie als geheel aande orde.S c h e m a t i s e r i n g v a nd e c o n s t r u c t i eOm een goede keuze te kunnenmaken voor de koppeling tussenconstructie binnen en buiten ishet belangrijk een duidelijk sys-teem vast te leggen voor de belas-tingafdracht. Per koppeling moetworden bepaald of dwarskrachten(eventueel in twee richtingen),momenten (positief/negatief) ennormaalkrachten wel of nietmoeten kunnen worden overge-bracht. Een enkelvoudig-uitkra-gend balkon heeft veelal een een-voudig schema (fig. 1) met tweekoppelingen voor dwarskracht,momenten en enige normaal-kracht. Toch kan de achtercon-structie ook in dit eenvoudigeschema zorgen voor complicatiesdie invloed hebben op de dimen-sionering van de koppelingen. Erzijn echter ook tal van situatieswaar het vastleggen van het sys-teem uitermate belangrijk is (fig.2); het aantal variaties in sche-ma's is groot.Het vastleggen van het construc-tieschema is een proces waarbijde gewenste krachtsafdrachtwordt vertaald in een potentieelschema. Het startschema ismeestal een afspiegeling van demeest eenvoudige oplossing: deafdracht zonder koudebrugonder-breking. Met andere woorden, alsde constructie wordt `doorgestort'ontstaat een bepaalde krachtsaf-dracht. De koudebrugonderbre-kingen moeten daar wordengeplaatst waar in deze afdrachtde grootste spanningen optredenop de overgang binnen-/buiten-klimaat. Dit heeft als voordeel dater geen energie verloren gaatdoor spanningen die rondom eenonderbreking moeten wordengeleid, en dat er geen vreemdespanningen ontstaan in de vloerbinnen of het element buiten(dwarsbuiging e.d.).Na opstellen van dit startschemazijn er enkele toetsingscriteriawaarmee het schema kan wordenbeoordeeld. Indien niet aan allevoorwaarden wordt voldaan, moethet schema worden aangepast (ofwellicht de dimensies). Die toet-singscriteria zijn:De constructie moet stabiel zijn.Verticale en horizontale belastin-gen moeten kunnen wordenopgenomen, ook met de voorge-schreven belast/onbelast-combi-naties.De vervormingen moeten dusda-nig beperkt blijven dat wordt vol-Constructieve aspecten vankoudebrugonderbrekingenHet balkonincident in Maastricht vorig jaar, waarbij twee doden vielen tebetreuren, is de nachtmerrie van iedere constructeur. In eerste instantie werdin de media de koudebrug-onderbrekingsconstructie als `hoofdverdachte'afgeschilderd. Later bleek uit onderzoek dat het instorten was veroorzaaktdoor het bezwijken van de constructie onder de dragende kolom aan de bui-tenzijde van de balkonelementen. De koudebrugonderbrekers zijn vervolgensbezweken als gevolg van het omlaag storten van de balkonelementen.Duidelijk werd wel dat een constructeur voor het verkrijgen van een betrouw-bare constructie de koppeling in al zijn facetten onder controle moet hebben.ir. G.J. van Tol, Aveco de Bondt, Rijssen2 |Complex schema, waarbijhet vastleggen van debelastingafdracht nood-zakelijk is voor consis-tente engineeringM-V M-V1 |Eenvoudig schema, maarpas op: door de vervor-ming van de binnencon-structie hangt het buiten-element sterk op dehoek!39C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gB eves t ig i n g encement 2004 640daan aan de (privaat) gesteldeeisen, aan eisen ten aanzien vanafwatering en esthetiek (geen gol-ven in aanzicht) en aan eisen tenaanzien van trillingen (indienbeloopbaar). Dit laatste aspectheeft als gevolg dat met name bijuitkragende constructies deslankheid begrensd is(luitkraging/helementmaximaal ca. 11)en ook de toename van de vervor-ming door momentane verander-lijke belasting (max. 2,5 mm).De krachten moeten in een rede-lijke lengte van een koudebrugon-derbreking kunnen worden opge-nomen. Standaard wordt gewerktmet elementen van maximaal1 m breed. Bij grotere breedteontstaat grote kans dat doordwarsvervormingen de onderbre-king niet gelijkmatig wordt aan-gesproken (fig. 3).Het mogelijk bezwijken van ??nelement mag niet tot onevenrediggrote schade leiden. Een koude-brugonderbreker moet dus zoveelelementen bevatten dat bij hetbezwijken van een van de ele-menten (bijv. een dwarskracht-staaf) de overige elementen, meteen veiligheid die is ge?ist vooraccidentele situaties, de krachtenkunnen overnemen. Hierbij moetook het bezwijken van een anderelement dan een koudebrugon-derbreker worden beschouwd(bijv. een L-staal of ondersteunen-de kolom). Bij het overnemenvan belastingen in geval van cala-miteiten hoeft uiteraard nietmeer op vervormingen te wordengetoetst.De afstand tussen een `vast punt'en een element van een koude-brugonderbreker is gebonden aaneen maximum. Een `vast punt' iseen denkbeeldig punt op het ele-ment dat wordt blootgesteld aanhet klimaat en dat bij tempera-tuurschommelingen nietbeweegt. Door opwarmen enafkoelen wordt een betonelementresp. langer en korter. Deze ver-andering in afmeting geeft eenspanning in de koudebrugonder-breker die groter wordt als deafstand tot het vaste punt toe-neemt.Omdat deze spanning eencyclisch karakter heeft spelen ervermoeiingsaspecten mee.Gecertificeerde koudebrugonder-brekingen zijn onderzocht opduurzaamheid onder invloed vanvermoeiingsbelastingen. Voorplaatsing van een element op eentoelaatbare afstand van 5000 mm(= 0,5 ? L1, zie fig. 3) tot een vastpunt worden bijvoorbeeld stavenbeproefd na te zijn belast met20 000 wisselingen van +/-1,0 mm, 2000 van 1,5 mm en 100van 1,8 mm (fig. 4). Met dezewisselingen wordt een levens-duur van vijftig jaar nagebootst.Na deze test moet de sterkte vande staven nog voldoende zijn omde belastingen te kunnen dragen.Het is ongewenst dat een ele-ment dat wordt blootgesteld aanhet klimaat is opgesloten tussenandere constructiedelen (fig. 5).Als het uitzetten van een beton-element leidt tot grote spannin-gen in de lengterichting van sta-ven (normaalkracht) kan dit sneltot schade leiden. Oplossing iseen koppeling waarbij aan ??nvan beide zijden geen normaal-kracht kan worden opgenomen.Anders moet de kracht door ther-mische uitzetting/krimp alsbelasting worden meegenomenin de dimensionering van de kou-debrugonderbreker.Als het mogelijk is een koude-brugonderbreker toe te passendie alleen dwarskracht moet kun-nen opnemen, dan is dit vaak hetmeest economisch. Een aanzien-lijk deel van de kosten van koude-brugonderbrekingen betreft hetroestvaststaal van de buigingssta-ven. Dwarskrachtstaven zijn vaakveel lichter. Een korf voor alleendwarskracht is daarom aanmer-kelijk goedkoper dan een korfvoor buigende momenten ?ndwarskracht.3 |De maximale afstand vande koudebrugelementenis begrensd vanwegevermoeiing door thermi-sche belastingbalkonL1/4vloerLdragende wandL1/4 Ldragende wandooLo1bbalkonvloerdikte van isolatieVV,geenN4 |Vervormingen door ther-mische invloed wordennagebootst in een proef-opstelling; referentiepe-riode 50 jaar5 |Een opgesloten elementmoet aan ??n zijde hori-zontaal kunnen vervor-men om grote spannin-gen te voorkomenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gB eves t ig i n g encement 2004 6 41Aan de hand van deze criteriakan het schema van afdrachtenworden vastgesteld. Bij ingewik-kelde situaties is het verstandig??n van de leveranciers advies tevragen. Hierdoor kan de aanwezi-ge ervaring worden gebruikt omeen goed schema vast te stellen.Als het schema is vastgesteld ishet belangrijk dat dit ondubbel-zinnig wordt vastgelegd: welkesoort verbinding wordt waar toe-gepast, wat zijn de optredendebelastingen en welke combinatiesmoeten worden beschouwd (ookt.a.v. brand en calamiteiten). Alsdeze zaken duidelijk worden vast-gesteld kunnen deelconstructeurshun taken goed uitvoeren enleveranciers hun offertes op eengoed vergelijkbare basis uitbren-gen.V e r s c h i l l e n d e s y s t e m e nVoor koppeling van constructie-delen binnen/buiten zijn ver-schillende systemen mogelijk.1. Het zeer lokaal doorzetten vande betonconstructie (betonnok-ken)Hierbij wordt in bijvoorbeeld devloerconstructie een isolatie-strook aangebracht over circa90% van de breedte (fig. 6). Daarwaar koppeling is gewenst(dwarskracht, normaalkracht enbuigende momenten) worden deconstructiedelen aan elkaar vastgestort. Deze verbinding wordtgewapend. Het risico van dezeverbinding is dat door de thermi-sche vervormingen van de bui-tenconstructie kans op scheurvor-ming ontstaat, wat tot corrosiekan leiden. Momenteel wordt eensysteem ontwikkeld waarbij debetonnokken worden voorgespan-nen. Voordeel hiervan is dat descheurvorming wordt tegenge-gaan en dat de dwarskrachtcapa-citeit door een verhoogde 1wordt vergroot. Aan certificeringwordt gewerkt.2. De constructies worden volledigdoor een isolatielaag gescheiden;toepassen van corrosiebestendigeelementenDaar waar koppelingen gewenstzijn worden corrosiebestendigeelementen door de isolatie gesto-ken. (foto 7). Afhankelijk van degeometrie kunnen hiermeemomenten, dwarskrachten ennormaalkrachten worden opgeno-men (zie fig. 5 t.m. 10 bij vorigeartikel). De dwars- en buigtrek-krachten worden meestal opgeno-men door trekstaven. De buig-drukkracht wordt opgenomendoor drukstaven met of zonderverdeelplaten, of door specialedrukelementen die korter kun-nen zijn. De toegepaste elemen-ten zijn gecertificeerd, zodat vooreen groot aantal situaties deeigenschappen zijn vastgelegd.3. De constructies worden volledigdoor een isolatielaag gescheiden;toepassen van ankers en hoeklijnDaar waar koppelingen gewenstzijn, wordt met ankers en eenhoeklijn een dwarskrachtkoppe-ling gemaakt. De hoeklijn wordtbevestigd aan de buiten- of debinnenconstructie en brengt alseen `handje' de belasting over.Door een tussenlaag toe te pas-sen (eventueel een glijvilt) kan dethermische brug worden beperkt(fig. 8).In het algemeen kan wordengezegd dat het toepassen van eenniet-gecertificeerd systeem extraaandacht vraagt ten aanzien vanbouwfysica (voldoet de construc-tie aan de eisen?), sterkte (geentabellen beschikbaar), uitvoering(bij certificering is veel aandachtbesteed aan het voork?men vanfouten door verkeerd inbouwenenz.) en verduurzaming en ver-moeiing.6 |Koppeling met plaatselij-ke betonnokken metbuigtrekwapening eneventueel dwarskracht-wapening7 |Voorbeeld van een koude-brug-onderbrekingscon-structie8 |Koppeling door hoeksta-len (alleen voor dwars-kracht)M-V M-VA a n d a c h t s p u n t e nd e t a i l l e r i n gEen aantal punten vereist aan-dacht.Doordat ter plaatse van de koppe-ling de belastingen wordengeconcentreerd, is er kans opsplijtspanningen. Deze spannin-gen treden meestal op ter plaatsevan druknokken (fig. 9). Bijgecertificeerde systemen is aan-gegeven welke wapening moetworden toegepast om deze span-ningen op te nemen. Deze wape-ning wordt normaal niet meegele-verd met de koudebrugonderbre-ker.Ter plaatse van de buigdrukele-menten ontstaan splijtspanningenin de aansluitende constructiede-len. Als een drukelement aansluitop een breedplaatvloer moet ervoldoende ruimte bestaan tussendrukelement en breedplaatschil,om te voorkomen dat de splijt-spanningen ter plaatse van hetstortvlak tussen breedplaatschil enin het werk gestort beton schadekunnen veroorzaken.Sterkte en stijfheid van de koppe-ling hangen nauw samen met dehoogte van de koudebrugonder-breker. De hoogte van dit ele-ment wordt bepaald door dekleinste gezamenlijke doorsnedevan de constructie binnen en bui-ten (vergeet niet de invloed vangoten in balkonelementen). Alsde drukelementen van de koude-brugonderbreker ?nder vloer ofbalkonelement uitkomen, is dekans op schade door splijtengroot! (fig. 10)Er zijn verschillen tussen de uit-voeringen van de standaard kou-debrugonderbrekingen. Sommigetypes zijn moeilijk in te bouwen(fig. 5 op blz 34); andere kunnenin een laat stadium compleetworden gemonteerd (fig. 6 opblz 35). Dit zijn aspecten diebehoorlijke financi?le invloedkunnen hebben.Meestal treedt bij buigendemomenten aan de bovenzijdetrek op. Indien dit omgekeerd is,moet goed worden gecontroleerdof het element niet op zijn kopwordt ingebouwd. Dit geldt ookvoor dwarskrachtelementen die`opwippen' moeten voorkomen.A a n d a c h t s p u n t e nt o t a a l o n t w e r pNaast de toetsingscriteria zijnnog enkele zaken voor het totaal-ontwerp van belang.Als de krommingen van binnen-en buitenconstructie erg verschil-len is het belangrijk dat de kop-peling smal is en dicht bij deoplegpunten ligt. Anders is hetgevaar groot dat ??n zijde van dekoppeling alle belasting opneemten de andere zijde niets (fig. 11).Vervormingen in de binnencon-structie kunnen grote invloedhebben op de buitenconstructie.Als de koppeling tussen binnen-en buitenconstructie niet in dedirecte omgeving van een opleg-punt geschiedt, moeten de vervor-mingen van de gehele constructieworden berekend (fig. 12). Alleenhet berekenen van een prefab ele-ment met koudebrugonderbre-king is dan niet voldoende.T e n s l o t t eHet draagsysteem moet ondub-belzinnig worden vastgelegdinclusief aandacht voor calamitei-ten en principedetails. De`Hoofdconstructeur' draagt zorgvoor consistente uitwerking doorde verschillende deelconstruc-teurs. Als constructies ingewik-keld zijn is het verstandig advieste vragen aan specialisten van deleveranciers. -1,01,02,0[m]2,04,06,08,010,012,014,016,0[mm]9 |Respectievelijk hoofd-druk- en hoofdtrekspan-ningen bij druknokken10 |Als druknokken te dichtaan de onderzijde wor-den gemonteerd ontstaatrisico op afboeren. Letook op afstand naarbekistingsplaatvloer11 |Bij verschillende door-buigingen van binnen- enbuitenconstructie ont-staat zeer lokale dwars-krachtafdracht: hier isvloer doorgaand en bal-kon enkelvelds12 |Verdraaiing van de vloerkan grote invloed hebbenop de vervorming vaneen balkonelement!42 cement 2004C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gB eves t ig i n g en6