fofo 7Geprefabriceerde shedschalen voor de bouwvan een opslagplaats in Wangen (Zwitserland)doorH. H o s s d o r f , Ing. SIAU.D.C. 69.024.25.012.3/.46uitv. geprefab. voorgesp. shedschalenHet ontwerpBij de nieuwbouw van de centrale opslagplaats van het 'VerbandSchweizerischer Konsumvereine' in Wangen b?? Olten (Zwitserland) zagmen zich voor de opgave gesteld om een oppervlakte van 13 500 m2inde kortstmogeli?ke ti?d met een economisch verantwoordesheddakconstructie te overdekken (foto 1).In het ontwerp was aangegeven dat men gebruik diende te maken van 64gelijke shedschalen met de afmetingen 25,20 X 8,40 m2. Gezien deomvang van het project, het veelvuldig repeteren van gelijke constructie-elementen en bovendien gezien de zeer korte bouwtijd die beschikbaarwas, lag het voor de hand om de sheddakconstructie uit te voeren metbehulp van geprefabriceerde elementen.Speciale bijzonderheden die bij dit bouwwerk opvallen zijn, dat men hetenigszins onbeholpen aandoende bouwdooskarakter heeft vermeden, envoorts dat voor het eerst cilindrische shedschalen toegepast zijn, die intransportabele elementen onderverdeeld, op het werk door toepassingvan voorspanning tot een monolytisch geheel verbonden zijn.Bij de realisering van het ontwerp kwam een reeks van problemen naarvoren, die in het hiernavolgende besproken zal worden.Elke prefabricage is gebaseerd op het principe het gewicht van debouwelementen tot een minimum te reduceren. Deze eis ?n devoorwaarde dat de naast elkaar gemonteerde schaal-elementen door uitwendige, nagerekte kabels tot ??n geheel verbondenzouden worden, vormen de grondslagen van het ontwerp.De schaaldakelementen bezitten een dikte van 4,5 cm, en zijn aan debovenzijde door ribben verstijft voor het verkrijgen van een extra sterktetegen buiging en knik resp. tijdens het transport en na de montage.De 25,20 m lange overspanningen zijn opgebouwd uit 18 shedschalenvan 1,40 m breed. De uitwendige voorspankabels die lopen doorsparingen in de verstijvingsribben op de schalen, bleven tot het tijdstip vanvoorspanning geheel onder controle.Prefabricage biedt de mogelijkheid om steeds opnieuw van dezelfdebekisting gebruik te maken, zodat zonder veel extra kosten bepaaldeverfraaiingen aangebracht kunnen worden, die bij ter plaatsegebetonneerde constructies wellicht te kostbaar zouden zijn.Mits het kabelverloop juist gekozen is, kan voorspanning een drieledigetaak vervullen: rtl. het opnemen van momenten in de richting van dehoofdoverspanning, evenzo de momenten in dwarsrichting en 60-70%van de dwarskracht. Het was wenselijk dat in het onderhavige geval dewapening deze drieledige taak vervulde aangezien, in verband met deongewapende voegen, gestreefd moest worden naar een zo gestre':tmogelijk verloop van de spanningstrajectori?n. In fig. 2 (blz. 555) is dedriedimensionale werking van de krachten voorgesteld.554Cement XV (1963) Nr. 9In verband met de excentriciteit van de voorspankabels ten opzichte vande schaalas, werd de overdracht van de voorspanning van derandelementen naar de tussenliggende zorgvuldig bestudeerd. Ten eindeeen goede verankering van de voorspankabels te bewerkstelligen zijn derandelementen verzwaard uitgevoerd.De vele en theoretisch ni?t volledig te controleren veronderstellingenwerden geverifieerd aan de hand van een model, schaal 1 : 20 (foto 3),dat overeenkomstig de werkelijkheid werd voorgespannen en belast.Deze proefneming bevestigde in elk opzicht de theoretischeveronderstellingen. Voorts werd een proefmodel op ware grootte gemaaktom het gedrag van de voorspanning waar te nemen bij een belasting vanalleen het eigen gewicht.Het grootste probleem tijdens het ontwerp was ongetwijfeld de constructievan de voeg tussen de schaalelementen zonder welke een succesvolletoepassing van geprefabriceerde shed-schalen niet mogelijk is.De volgende voegconstructies zijn in beschouwing genomen:a. Contactvoeg zonder voegvulling. Deze constructie is ideaalvoor de verbinding van geprefabriceerde elementen, indien deraakvlakken in de voeg volkomen vlak te maken zouden zijn.(De overdracht van de drukkracht en het verder geleiden van detrekspanningen is dan immers op een zuiver wrijvingsprobleemterug te brengen). Een dergelijke nauwkeurige maatvoering isechter praktisch niet uitvoerbaar zodat in de raakvlakken vanop deze wijze geconstrueerde voegen gevaarlijke spanningsconcentraties kunnen ontstaan. Een ander bezwaar is voorts datkleine afwijkingen in breedterichting van de schaalelementenniet meer gecorrigeerd kunnen worden.b. Gelijmde voegen. Het wordt algemeen mogelijk geacht,speciaal voor de overdracht van de trekspanningen, om verbindingen tussen geprefabriceerde elementen met een kunst-harslijm (bijv. met fijn zand gemengde epoxyharsen of polyester) te bewerkstelligen. Hiermee kunnen voegwijdten van ca.3 mm verkregen worden, die in staat zijn om alle optredendespanningen over te brengen. Een groot nadeel is echter dat bijkoud-verhardende kunststoffen op het bouwwerk temperaturenbeneden 15 ?C de polymerisatie dusdanig vertragen dat devoortgang van de werkzaamheden gevaarlijk geremd worden.Bovendien zijn kunststoffen tijdens verharding zeer gevoeligvoor vochtinvloeden. Wanneer voor deze 'kinderziekten' een'geneeswijze' gevonden wordt, zullen de kunststoffen ongetwijfeld een voortreffelijke verbinding tussen geprefabriceerde elementen gaan vormen.foto 3. model shedschaalconstructie schaal 7 : 20foto 5. fabriekshal waarin de schaalelementen vervaardigd zijnfig. 2. aanduiding van de drie-dimensionalekrachtswerkingfoto 4a. proefopstelling van betonpris-ma'sdi? door een hellende voeg doorsneden zijn;de inleiding tot breuk is kenbaar aanafschilfering van het oppervlakfoto 4b. afschuiving langs het gladdevoegoppervlak bij een hellingshoek van 37?Cement XV (1963) Nr. 9 555fofo 6. mallen voor het betonneren van de schaalelementenfoto 7. de elementen zijn staande opgeslagen ten einde de kruip van hetbeton te beperkenfoto 8. montage van de shedschalenc Dikwijls wordt verondersteld dat de voeg tussen twee ge-prefabriceerdebouwelementen zo wijd dient te zijn {op zijn minst 8-10 cm) dat deze doormiddel van een kwalitatief met de bouwelementen overeenkomendegetrilde betonlaag gesloten kan worden. De sterkte van een voegvulling isechter zowel een functie van haar afmetingen als van de kubussterkte.Een brede betonvulling gedraagt zich als een onafhankelijk bouwelement,dat bezwijkt wanneef de kubussterkte overschreden wordt. Daarom dientde voegvulling derhalve, evenals de aanliggende geprefabriceerdeelementen, gewapend te zijn en de vereiste verhardingstijd te doorlopenalvorens belastingen mogen worden toegelaten. Bij vele objecten --evenals in het onderhavige geval-- zou men met een dergelijke werkwijzehet doel van de prefabricage, nl. een uitvoering binnen een korttijdsbestek, Ondermijnen', afgezien van het feit dat brede voegen moeilijkop esthetisch verantwoorde wijze afgewerkt kunnen worden.d. Nog een mogelijkheid is het maken van een voeg die zo nauw is datdeze, ofschoon niet gewapend en met een kubussterkte lager dan die vande elementen, niet scheuren zal aangezien de wrijving in decontactvlakken het optreden van vervormingen in dwarsrichting verhindert.Ten einde deze werking experimenteel te onderzoeken werden proevenverricht in het laboratorium van het 'Forschungsstelle E.G. Portland' (foto4a-b, blz. 555). Daarbij is gebruik gemaakt van betonpris-ma's 60 cm X 40cm X 8 cm, vervaardigd in een stalen bekisting, die onder gevarieerdehellingshoeken werden doorgesneden. De aldus verkregen voegenwerden, nadat de proefstukken (met 300 kg portlandcement per m3) 7dagen oud waren, tot een dikte van 10 mm met een betonmortel (50gew.% portlandcement en 50 gew.Vo zand van 0-3 mm, water-cementfactor 0,6) gevuld. De proefstukken werden 24 uur hierna aan eendrukproef onderworpen; daarvoor werden de prisma's ter bepaling van dewrijvingshoek in het glijdvlak aan ??n zijde op een rolopleg-ging geplaatst.Met de proeven werd het volgende geconstateerd :De met betrekkelijk jonge betonmortel gevulde voeg bleek bijbreukbelasting nog geheel intact te zijn. De inleiding tot breukdemonstreerde zich door afschilfering van het betonopper-vlak enafschuiving in het glijdvlak had eerst plaats nadat de betonprisma's eenzekere verplaatsing ondergaan hadden. De hellingshoek waarbij dezeafschuiving langs het gladde oppervlak ontstond bedroeg 37?.Deze grenshoek is belangrijk voor het vaststellen van de veilig-heidsco?ffici?nt tegen afschuiving. In de onderhavige sheddak-constructieis de hoek tussen de drukspanningsresultante en het glijdvlak ten hoogste17?. De veiligheid tegen afschuiving is hier dus tg 37?/ tg 17? = 2,44.De vraag rijst op welke wijze de trekspanningen via de voeg in de naastliggende schaalelementen gevoerd worden. Deze trekspanningen blijkenechter zeer gering te zijn (10 kg/cm2) en als gevolg daarvan is deoptredende vervorming kleiner dan de door drukspanning veroorzaaktevervorming in dwarsrichting. De voeg zal daarom eerst scheuren nadathet beton van de aanliggende elementen gescheurd is.Uit deze overwegingen blijkt, dat het voldoende is (maar ooknoodzakelijk) om langs de voeg de geprefabriceerde elemen-en tevoorzien van een wapening die de trekspanningen opneemt en die incombinatie met de wrijving het openen van de voeg voorkomt. Overigenszij vermeld dat aangaande dit probleem nog andere onderzoekingengepubliceerd zijn (onder meer door e I g e r en H. R ? s h inBulletin i.A.S.S. Nr. 10).Prefabricage, transport en montageDe vervaardiging van de in totaal 1152 schaalelementen vond plaats ineen fabriek die ca. 100 km van het bouwterrein verwijderd lag. Met defabricage werd drie maanden v??r het vastgestelde tijdstip van montagebegonnen. Onderwijl vorderden de werkzaamheden aan debeganegrondverdieping van het opslaggebouw.Bij de vervaardiging van de elementen was een buitengewonenauwkeurigheid de eerste eis omdat de langs theoretische weg verkregenvoegwijdte van 10 mm geen ruime speling voor getolereerde afwijkingentoestond. Een tolerantie van 2X3 mm werd toegestaan. Ten einde meteen dergelijke nauwkeurigheid te kunnen werken bleek het noodzakelijkom de mallen van beton te maken. Door een doelmatigeoppervlaktebehandeling van de mallen verkregen de schaalelementeneen goed uiterlijk.Het opslaan van de nog niet voldoende verharde elementen tot het tijdstipvan montage, dat varieerde van ??n tot tien556 Cement XV (1963) Nr. 9weken, diende mef veel zorg te geschieden aangezien door kruip van hetbeton, die vooral in geval van onjuist opslaan van de elementen demaatvastheid ongunstig be?nvloedt, in de pijlhoogte van de shedsverschillen van enige centimeters kunnen ontstaan. Derhalve werden alleelementen staande opgeslagen en staande vervoerd. Foto 5 (blz. 555)toont een overzicht van de fabrieksruimte tijdens de vervaardiging van dege-prefabriceerde elementen; foto 6 geeft voorts enkele details van debekistingVoor het monteren van de schalen stonden drie steigers ter beschikkingdie ?lk uit zes verrijdbare gedeelten opgebouwd waren. Volgens schemawerd er iedere dag een gehele beuk, bestaande uit 18 schaalelementen,gemonteerd. Men ging daarbij als volgt tewerk:Op de eerste steiger werden de 18 elementen gehesen en gemonteerd(foto 7, 8 en 9) en tegelijkertijd de voegen tussen de elementen gevuld.Op de tweede steiger daarnaast werden aan de elementen die de dagtevoren aangebracht waren de voor-spankabels bevestigd (foto 10), dekabelsparingen in de verstijvingsribben met cementmortel gevuld en deraamstijlen voor de volgende shedbeuk gesteld. Op de derde steigerwerden 's morgens de kabels voorgespannen; 's middags werd desteiger naar een nieuwe plaats verrold en in gereedheid gebracht voorde montage van de volgende shedbeuk.De grotendeels boven de dakconstructie zichtbare kabels (foto 11) zijndrievoudig tegen corrosie beschermd: de kabelkokers, die metinjectiemortel gevuld zijn, werden met een koude en warmebitumenlaag bestreken en ten slotte in glaswol verpakt.foto 9. na montage van een beuk worden de raamstijlen gesteld voor deondersteuning van een volgende beukfoto 70de uitwendige,nagerekte kabel:worden doorsparingen in d?verstijvingengeschovenfoto 77 na montageworden de kabel-kokers van eenkoude en warmebitumenlaagvoorzienLITTERATUUR BETREFFENDE CEMENT EN BETON'Luchtbelvormers' (P Boudens, J van Tiel en ir van de Fliert) f 2,- (f 1,25)'Calciumchloride ?n beton' (ir van de Fliert en ir de Kuijper) f 2,50 (1,75)'Bescherming van betonconstructies tegen thermische invloeden'(ir A J van Walraven en ir W Semeins) f 3,50 ( 2,50)'Bescherming van betonconstructies tegen chemische invloeden'(ir A J van Walraven) 0,75 (0,50)'Cementbetonwegen' (ir J N Ringeling) f 1,25 ( 1,--)'Compendium van het Voorgespannen Beton'(J van Zutphen) f 10,-- (9,--)'Berekening van balken op buiging met de breukmethode volgens de G B.V. 1962' (I en II)(P J van Tussenbroek, mg ) f 1,_ (f1,_)Auteurscatalogus Bibliotheek ENCI-CEMIJ (ca 1000 boeken) gratisDe tussen haakjes geplaatste prijzen gelden voor abonnees op het ti?dschrift CEMENT en voor studerenden aan een technische dagschoolof avond-HTSBestelling door overschrijving van het te betalen bedrag op postgiro Nr 17 9642 t Verkoopassociatie ENCI CEMIJ N V , Herengracht507, Amsterdam-C , met vermelding van naam adres en gewenste publikatie(s)VERKOOPASSOCIATIE ENCI-CEMIJ N.V., AFDELING VOORLICHTING, AMSTERDAMCement XV (1963) Nr. 9 557