DEUVELSTRIPPEN ALSPONSWAPENINGir.J.Askes, ABT-Adviesbureau voor Bouwtechniek B'V, VelpBinnen afzienbare tijd zal de huisvesting voor de m.edische studenten in Utrechtgeconcentreerd zijn in de Universiteitswijk de Uithof, naast het Academ.ischZiekenhuis Utrecht. In het afgelopen jaar is het betonskelet gereed gekom.en. Inverband-met de vereiste vlakke onderzijde van de vloeren konden geen kolomplatenenm.iddenbalken worden toegepast, zodat het ponsprobleem binnen de vloerdiktem.oest worden opgelost. De ponskrachten worden opgenom.en doorDEHA-deuvelstrippen, ontwikkeld in Duitsland, waar zij al vele jaren m.et succesworden toegepast. Geleidelijk aan vindt het produkt in Nederland ook meer ingang,zodat een nadere beschouwing aan de hand van een praktijkvoorbe.eld op zijn plaatsis.De Medische Faculteitisin twee fasen gerealiseerd. Deeerste fase is een uitbreiding van vier bouwlagen opeen gedeelte van het aangrenzende Militair Hospi-taal, dat in een traditioneel betonskelet met kolomplaten isuitgevoerd. Uit oogpunt van uniformiteit en hergebruik vanbekistingenisvoortgeborduurd op de constructievan hetMi-litair Hospitaal en het eveneens aangrenzende AcademischZiekenhuis Utrecht.De tweede fase,veelgroter dan de eerste, heeft een driehoeki-ge hoofdopzet, bestaande uit zes bouwlagen en een totaalvloeroppervlak van circa 13 000 m2? Dit bouwdeel is quastructuur onafhankelijk van de eerste fase en zou bovendienafzonderlijk worden aanbesteed. Hierdoor ontstond de vrij-heid om een afwijkend vloersysteem te kiezen.Uit functionele overwegingen is gekozen voor een raster van6600 mm in twee onderling loodrechte richtingen. De ko-lommenzijn geplaatst op de snijpuntenvan de stramienlijnen.De uitgangspunten die bij de keuze van het vloersysteem eenrol hebben gespeeld, zijn als volgt per discipline onderver-deeld:- installatietechnischIn verband met de vereiste vrije hoogte in de laboratoria ende benodigde luchtkanalen onder de vloer, was een tradi-tionele balkenvloer niet wenselijk.- constructiefHet orthogonale raster met gelijke overspanningen in tweerichtingen vraagt in eerste instantie om een vloersysteemdat in beide richtingen de belastingen afdraagt naar de ko-lommen.- architectonischOmdater geenverlaagd plafond zou worden toegepast, hadde architect voorkeur voor een vloer met aan de onderzijdeminimale ofnog liever helemaal geen verdikkingen.- bouwkundigAansluitingen van binnenwanden tegen de bovengelegenvloer zijn eenvoudiger uit te voeren alsde onderzijde van devloer zoveel mogelijk vlak is.Aan de gestelde uitgangspunten voldoen een paddestoelvloeren een vlakke plaatvloer. Beide vloersystemen zijn qua kosten26met elkaar vergeleken, waarbij tevens een bekistingsplaat-vloer metbrede, verdikte kolomstroken alsvariant in de prijs-vergelijking is betrokken.In de kostenvergelijking is rekening gehouden met:- het afwerkingsniveau van de luchtkanalen, kabelgoten endergelijke;- deuvelstrippen, benodigd voor de opname van de ponsbe-lasting;- de hoeveelheid wapening, beton en bekisting ten behoevevan de vloer;- akoestisch absorptiemateriaal ter compensatie van het ont-breken van een verlaagd plafond;- de bovenaansluiting van de binnenwanden.Over de gehele linie bleken de paddestoelvloer en de vlakkeplaatvloer elkaar niet veel in prijs te ontlopen, waarmee depaddestoelvloer als optie verviel. Een bekistingsplaatvloermet brede verdikte kolomstroken bleek echter zoveel goed-koper dan een vlakke plaatvloer, dat hetvisuele nadeel van deverdikte stroken is geaccepteerd.VloerconstructieAls constructie voor de verdiepingsvloeren is gekozen vooreen 240 mm dikke bekistingsplaatvloer, opgelegd in de terplaatse gestorte gevel,respectievelijk op een verdikte kolom-strookvan 2400 x 350 mm'', De strookdikte was te gering omde ponsbelasting bij de aansluiting van de vloeren aan de ko-lommen (0500 mm of450 x 450 mm2)alleendoor het betonte laten opnemen.Er warenhulpmiddelen nodig, waarbij opgebogenwapening,traditionele beugels, deuvelstrippen of een stalen krans inaanmerking kwamen. De keuze isgevallen op deuvelstrippen,waarbij de volgende overwegingen een rol hebben gespeeld:- eenvoudige straalsgewijze montage rondom de kolom-vloeraansluiting (foto 1);- minderproblemenbij hetleggen van de vloerwapening danbijvoorbeeld bij toepassing van ponswapening;- geen grote hoeveelheid bovenwapening nabij de kolom-men, waardoor de verwerkbaarheid van de betonspeciemaximaal is. Hiermee is er een betere garantie dat op deCement 1993 nr. 41 Straalsgewijze rnonrage van deuvelstrippenrondomkolom-vloeraansluiting 2 Deuvelstripmeest kwetsbare plaats in de vloer, beton in dejuiste samen-stelling en metde gewenste verdichting en daarmee van eengoede kwaliteit wordt verkregen.Daarnaast mogen ook de voordelen niet worden vergeten diehet gevolg zijn van het niet toepassen vaneen kolomplaaneenvoudige bekisting;- meer ruimte voor leidingen;- eenvoudige wandaansluitingen;- direct naast de kolom zijn sparingen mogelijk in de vloer;- een 'taaiere' kolom-vloeraansluiting.Achterafbleekdateenvoor Nederland belangrijke breuklijnin de aardkorst onderde uithofdoorloopt. Mocht er ooit een zware aardbevingkomen, dan is een taaiere, met deuvelstrippen gewapendeconstructie beter dan een ongewapende en daardoor bros-sere kolomplaat. Het voordeel is hier interessant, maar eer-lijk gezegd niet meer dan dat, omdat de kans op aardbe-vingen van enig kaliber statistisch gezien in ons land vrijwelnihil is.Overigens had de aanwezige taaiheid wel van door-slaggevend belang kunnen zijn alser sprake was geweestvanstootbelastingen ten gevolge van explosies en dergelijke.Werking van de deuvelstrippenDe deuvelstrip. ontwikkeld door het Duitse ingenieursbu-reau Leenhardt & Andr?, is een stalen strip, waarop stalendeuvels met een schotelvormige kop zijn gelast(f?to 2). De3Werking van deuvelstrippen opbasis van de vakwerkanalogieCement 1993 nr. 4-strippen zijn voorzien van twee spijkergaten om ze v??r hetleggen van de onderwapening op de bekistingvloer aan tekunnen brengen. Aan de strippen bevestigde afstandhouderszorgen voor de gewenste dekking. De onderwapening wordtop de strippen gelegd.De werking van de deuvels is vergelijkbaar met die van beu-gels in een betonbalk. De deuvels fungeren op basis van devakwerkanalogie alsverticale trekstaven en brengen de belas-ting van de strip of'onderrand' naar de 'bovenrand'. Vanuit dehier aanwezige schotelvormige deuvelkoppen worden dekrachten via betondrukdiagonalen weer afgevoerd naar destrip in de richting van de kolom, totdat uiteindelijk de belas-ting uit de vloer aan de kolom wordt afgedragen. De horizon-tale ontbondene van de drukdiagonalen verdwijnt aan de on-derrand als drukkracht in het beton en aan de bovenrand alstrekkracht in de bovenwapening. Daartoe is het van belangdat de deuvelkoppen tussen ofjuistboven de bovenwapeningworden geplaatst (fig. 3).BerekeningsmethodenHetproduktisontwikkeld in Duitsland en heeft daar een cer-tificaat of'Zulassung' gekregen. Hierin is een rekenmethodevoorgeschreven die vanzelfsprekend gangbaarisin Duitsland.Een veilige toepassing vraagt minimaal om een toetsing vol-gens deze methode. Daarnaast moet zonder meer aan de Ne-o27oooo500oJJooooo150 150 20or.4 Standaardsituatie kolom-vloeraansluitingBerekening volgens deVB 1974/1984Zonder ponswapening bedraagt de toelaatbare ponsbelastingin de gebruikstoestand= 806500? 1,4/1,7 N == 664 kN.De ponsbelasting bedraagt:Fpons = + + a)] = F+ 2M/D 1met de invloed van de excentriciteit volgens artikel E-504.1.Belastingsgeval a:Fpons = 582 + 2 . 37,2/0,815 == 582 + 91 = 673 kN.Belastingsgeval b:Fpons = 484 +2 . 94,8/0,815 = 484 +233 = 717kN (maatge-vend).Er is dus ponswapening nodig: In de eerste periferie voldoende deuvelstrippen met Ftoe! = 744 kN, zoals is aangetoond inde berekening volgens DIN 1045.Naar de letter van het voorschrift geldt ook voor de tweedeperiferie de gunstigewaarde = ombij eenvolgendeperi-ferie plotseling te worden gehalveerd. Deze abrupte overgangisonlogischenroeptde vraagop ofbij een op ponsgewapendevloer de waarde in de tweede periferie mogelijk niet te gun-stig is.vermogen 16x 46,5== 744 kN bedraagt. Het ponsdraagver-mogen van de tweede periferie bedraagt:= 1 430 000 . 0,60 N = 858 kN.Dezewaarde isgroterdandievan de deuvels, zodatdeze bepa-lend zijn voor hetponsdraagvermogen.Dus: Ftoe! == 744 kN> F pons = 582 kN, zodat de constructievoldoet.Uitgangspunten berekeningstandaardsituatie (fig. 4)Ronde kolom, diameter a = 500 mmoVloerdikte 350 mm, nuttige hoogte d = 315 mmoBeton B 25, wapening FeB 500.Bovenwapening:basisnet ? 7-150 in beide richtingen;hoofdrichting ? 16-135 extra, WO,tot = 0,55%;dwarsrichting ? 12-150 extra, WO,tot = 0,32%;gemiddeld wapeningspercentage WO,gem = 0,44%.Ponswapening:8 DEHA-deuvelstrippen, opgebouwd uit een strip 40 x 12mm", lang 360 mm en 2 deuvels 020 mm, hoog 300 mmoEerst wordt de toelaatbare ponsbelasting in de gebruikstoe-stand(!) berekend en vervolgens wordt de maximaal optre-dende ponsbelasting vergeleken met de toelaatbare. Zonodigmoeten meer enlof langere strippen worden toegepast. Inslechts enkele gevallen kon ponswapening achterwegeven. In hetrekenvoorbeeldwordtde toelaatbarebelastingver-geleken met de maximaal optredende ponsbelasting in het la-boratoriumgedeelte, waar de grootste excentriciteiten voor-komen.Eerste periferie:diameter Dp1 = d+a = 315 + 500 = 815 mm;oppervlak = d = st : 815 . 315 = 806 500 mm?,Tweede periferie:Dp2 = 3d+ a = 3 . 315 + 500 == 1445 mm;= = x- 1445 . 315 = 1 430 000 mm/.Aangehouden ponsbelasting:belastingsgeval a: Fmax = 582 kN met M = 37,2 kNm ofbelastingsgeval b: F = 484 kN met Mmax = 94,8 kNm.Berekening volgens DIN 1045In Duitslandis de berekening op pons eenvoudiger danin Ne-derland, omdat daar niet wordt gerekend met belastingsfac-toren en de excentriciteiten mogen worden verwaarloosd.Zonder ponswapening bedraagt de toelaatbare ponsspanningbij toe assi van beton B 25 en wapening FeB 500:0,91 WO,gem = 0,91 ,J 0,44 = 0,60 Nz'mrn'',Deze spanning isvergelijkbaar met onze in de gebruikstoe-stand en bedraagt bijvoorbeeld volgens de VB 1974/1984:1,4/1,7 = 0,82 Nzrnm", In Nederland moet daarbij ook nogaan de spanningsverhoging ten gevolge van de excentriciteitworden voldaan.Deberekendewaarde geldtvoorelke periferie. De toelaatbareponskracht in de eerste periferie bedraagt:= 806 500 . 0,60 N== 483 kN.Aangezien de maximaal optredende ponsbelasting (582 kN)groter is dan de toelaatbare ponskracht, moet ponswapeningworden toegepast.Geheel overeenkomstig de Zulassung zijn in de standaardsi-tuatie in de eerste periferie 16deuvels ? 20 mm geplaatst. E?ndeuvel kan 46,5 kN opnemen, zodat het gezamenlijke draag-derlandse voorschriften worden voldaan. Vanzelfsprekendzijn de in de Medische Faculteit Utrecht toegepaste strippennog berekend volgens de VB 1974/1984, waarbij naar eigeninterpretatie zijdelings rekening is gehouden met de zulas-sung en de destijds reeds in concept beschikbare VBC 1990.Met destandaardsituatie in de Medische Faculteit als prak-tijkvoorbeeld, zullen beide berekeningsmethoden wordentoegelicht.Ter vergelijkingwordtooknog eencontroleuitge-voerd volgens de VBe 1990.28 Cement 1993 nr. 44= 0,722?315 + 5002 + 315Veiligheidshalve isdaarom in de berekeninggebruik gemaaktvan de reductiefactor uithetdestijds albeschikbare conceptvan de VBC 1990, waarin het probleem bhjkbaar onderkendis.Metdeze factor moet zoals berekend bij de eerste perife-rie, worden vermenigvuld?gd om voor de tweede periferiete verkrijgen:42 d+ a2+ dVeiligheidsanalyse door onderlinge vergelijkingZonder daar al te harde conclusies aan te verbinden, ishet in-teressant om de verschillende veiligheidsmarges volgens dedrie aangehouden berekeningsmerhoden naast elkaar te zet-ten.De veiligheidsmarge 'wordt bepaald door het berekendeponsdraagvermogen te delen door de maximaal optredendeponsbelasting. Deze marge wordt berekend voor de ongewa-pende eerste periferie, de met deuvelstrippen gewapende eer-ste periferie en de ongewapende tweede periferie.overzicht veiligheidsmarges volgens DIN VB VBC1045 1974/1984 1990Ten slotteIn plaats van een vergroting van de vloerdikte ter plaatse vande kolom-vloeraansluiting in de vorm van een kolomkop of-plaat ter vermijding van ponswapening, verdient toepassingvan deuvelstrippen zonder vloerverdikking een serieuze af-wegmg.NB. Ingenieursbureau Cornelis BV te Arnhem, de leverancier van deDEHA-deuvelstrippenin Nederland, isgraag bereid om in voorkomen-de gevallen met een computerprogramma de deuvelstrippen voor der-den te bepalen en!ofte controleren met de standaardberekening volgensde VB 1974/1984, waarbij rekening is gehouden met STUVO-rapport54. Dit geldt ook voor een controle volgens de Zulassung.Bij W+B Software is een programma in bewerking volgens de VBC1990.Ditprogramma iseen uitbreidingvan een vrijuitvoerig, in samen-werking met ABT ontwikkeld ponsprogramma volgens de VBC 1990.Voorz?chtige conclusies;- in Duitsland wordt nagenoeg even vaak op pons gewapendalsin Nederland. Over?gens is men daar bij lage excentrici-teiten van de ponsbelasting in het nadeel;- volgens deVBC 1990 kan de ponswapening in de eerste pe-riferie aanzienlijk lichter worden uitgevoerd. Dit geldtvooral als de ponsspanning relatieflaag is;- volgens de VEC 1990 moet in de tweede periferie vakerworden gewapend.0,93 0,801,04 1,491,34 1,160,831,281,47Bijzondere toepassingIn de medische Faculteit Utrecht heeft de ponsbelasting opeen aantal plaatsen een aanzienlijke excentriciteit aan steedsdezelfde zijde van de kolom. Aan die zijde isde ponsspanningdan ook hoger dan de gemiddelde spanning. Door de span-ningsverhog?ng ten gevolge van de excentriciteit voldeed destandaardwapening met deuvelstrippen niet meer, terwijl deponsbelastingzonderexcentriciteitweldoorde standaardwa-pening kon worden opgenomen.In deze situatie is u?tgegaan van de standaard-strippenwa-pening, waarbij aan de hoger belaste zijde extra deuvels en!ofstrippen zijn toegevoegd. Dedichtheid daar komtuiteindelijkovereen met een dichtheid die volgt uit de ponsbelasting,waarbij rekening is gehouden met de excentriciteit,De VBC 1990 stelt datde wapening gelijkmatig langs de peri-ferie moet worden verdeeld en sluit deze toepass?ng daarmeeuit, Daarbij moet ook gezegd worden, dat de hoeveelheid be-nodigde wapening sterk is verminderd ten opzichte van deoude situatie. De vraag blijft of in bijzondere gevallen dezetoepassing toch niet kan worden uitgebuit.eerste periferie, ongewapendeerste periferie met deuvelstrippentweede periferie, ongewapendBij de voorgaande rekenmethoden werd het ponsdraagver-mogen van een op pons gewapende vloer uitsluitend bepaalddoor de wapening. In de VBC 1990 wordt geheel van deze fi-losofie afgeweken. Daarwordthet totale ponsdraagvermogenberekend door 2/3 gedeelte van het wapeningsaandeel op tetellen bij dat van beton.Voor de standaardsituatie met de deuvelstrippen in de eersteperiferie geldt dan:Froe! = 575 + 2 . 744/3 = 1071 kN.Dezewaarde is groter dan Fpons = 717 kN (zie berekening vol-gens VB 1974/1984).Berekening volgens de VEe 1990De belastingsfactor voor de permanente belasting is 1,2 envoor de veranderlijke belasting is 1,5.In het aangehouden re-kenvoorbeeld is de veranderlijke belasting circa 30% van detotale belasting en de permanente belasting dus 70%.De gem?ddelde belastingsfactor wordt dan:Ygem = 1,2' 0,70 + 1,5 . 0,30 = 1,29.In de berekeningwordt de rekenwaardevan hetbetonaandeelin het ponsdraagvermogen gedeeld door deze factor, om degebru?kswaarde te verkrijgen ten behoeve van de vergelijkingmet de andere rekenvoorschriften.De excenrricireirsfactor voor ronde kolommen volgens deVBC 1990 is gelijk aan die volgens de VB 1974/1984. Dehier-voor berekende ponsbelastingen kunnen dus worden aange-houden.Deze waarde isgroterdan Fpons = 633 kN (zieberekeningvol-gens VB 1974/1984).Voorde tweede periferie wordthet betonaandeel in hetpons-draagvermogenvermenigvuld?gd met de reductiefactor =0,72, overeenkomstig de berekening volgens de VB 197411984. Dan geldt:= = 1430000' 0,72 . 0,92/1,29 N= 734 kN.Dan geldt voor de tweede periferie:= = 1 430000' 0,72 . 1,4/1,7 N = 848 kN.De ponsbelasting Fpons = F+ 2M1Dpz'Belastingsgeval a:Fpons = 582 +2 . 37,2/1,445 = 582 +51 = 633 kN (maatge-vend).Belastingsgeval b:Fpons = 484 + 2 . 94,8/1,445 484 + 131 = 615 kN.In de tweede periferie is geen ponswapening nodig.Voor de eerste periferie geldt:= 0,8= 1,15Nzrnm"kd = 1,5 - 0,6d = 1,5 - 0,6 . 0,315 = 1,31= 2,0Dan wordt tI = 0,8 . 1,15. 0,55 . 0,32 = 0,90 Nzmrrr',doch 0,8 . 1,15 = 0,92 Nzrnm'',Froe! = Ygem = 806,500 . 0,92/1,29 N = 575 kN.Cement 1993 nr. 4 29