Voorkomen is beter dan genezen20132Voorkomenis beter dangenezen1Afstudeeronderzoek naar vervormingsgedragconstructie ten behoeve van tweede draagwegVoorkomen is beter dan genezen 2013 32.12calamiteitsituatie 2calamiteitsituatie 12.112.9K19 K11 K102.8K19K19K11variant 1: grote uitkraging variant 2: kleine uitkraging variant 3: grote overspanningK10K11K1023Het onderzoek gaat uit van een in het werk gestorte kolommen-wandenstructuur, omdat dit type constructie veel voorkomt bijwoon- en kantoorgebouwen. In het onderzoek wordt ingegaan opde hoofdvraag: Hoe kan, aan de hand van het daadwerkelijkevervormingsgedrag, de tweede draagweg van een constructie opeen eenduidige en realistische wijze worden ontworpen?VariantenHet onderzochte gebouw bestaat uit wanden die elk zijn onder-steund door drie kolommen. Voor het gebouw zijn twee cala-miteitsituaties onderzocht. Calamiteitsituatie 1 betreft hetwegvallen van een van de kolommen onder een tussenwand encalamiteitsituatie 2 het wegvallen van een van de kolommenonder een eindwand (fig. 2). In beide calamiteitsituatieskunnen dus drie varianten optreden.In alle situaties moet de belasting via een alternatieve routekunnen worden afgedragen naar de fundering. Het ontwerpvan de tweede draagweg is voor elke variant verschillend,omdat er meerdere mechanismen kunnen optreden.In figuur 3 zijn de varianten weergegeven. In variant 1 ontstaater een grote uitkraging en valt het zwaartepunt van de wandbuiten het gebied van de overgebleven kolommen: de wand wilnaar voren vallen. In variant 2 ontstaat een kleinere uitkraging,waarbij het zwaartepunt van de verticale kracht binnen heting. Bart Janssen1)Van Berlo Bedrijfsvloeren Vegheling. Tjerk Janssen1)PERI b.v. Schijndeling. Martijn Lamers1)TCA Vogels Helmond1 Alfred P. Murrah Federal Building Oklahoma, voorbeeld van een voortschrijdendeinstorting na een aanslag met een busje vol explosieven2 Calamiteitsituaties3 Varianten als gevolg van wegvallen kolommen1) Bart Janssen, Tjerk Janssen enMartijn Lamers zijn met hunafstudeeropdracht `Voorkomen isbeter dan genezen ? Tweededraagweg' afgestudeerd aan deHogeschool van Arnhem enNijmegen (HAN), aan defaculteit Bouwkunde,afstudeerrichting Constructie.De opdracht werd uitgevoerd bijIv-Industrie. Ze werden begeleiddoor Kees van der Zijden(HAN), Ellen Rutgers (HAN) enJohn Teunissen (Iv-Industrie).Om voortschrijdende instortingen van gebouwen tevoorkomen, is een tweede draagweg noodzakelijk.Op de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen is eenafstudeeronderzoek verricht naar de mogelijkheden vaneen dergelijke tweede draagweg. Hiertoe is een bestaandgebouw beschouwd met een in het werk gestortekolommen-wandenstructuur. Enkele calamiteiten zijnbeschouwd die betrekking hebben op het wegvallen vanverschillende kolommen. Aan de hand van het onderzoekis een tool ontwikkeld waarmee snel en eenvoudig eentweede draagweg kan worden ontworpen.ENCI Studieprijs 2012Dit is het vijfde artikel in een serie met bijdragenvan prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2012.De studie die in dit artikel wordt beschreven, ontving de tweedeprijs in de categorie Hogescholen.Zie ook www.cementonline.nl/encistudieprijs.Voorkomen is beter dan genezen20134balk balkslappere veer slappere veerF1/2F1/2F1/2FF FFF1/2F1/2F1/2F1/2F1/2F1/2F 1/2FFa aaanzicht wand 1 en 3aanzicht wand 2wand 1 wand 1wand 3 wand 3wand 2 wand 2plattergrond 1everdieping plattergrond dake4564 Oplossing A Wandligger5 Oplossing B Balk6 Oplossing C Doosmechanisme middenwandvormt de balk een uitkragende ligger. Deze oplossing werktaltijd in combinatie met de wandligger.Oplossing C betreft het `doosmechanisme'. Dit mechanismegaat uit van schijfwerking van de vloeren die de belastingafdragen naar de overige wanden. Voor deze afdracht zijn trek-banden in de vloer nodig. Het mechanisme treedt alleen inwerking voor variant 1 en 2, omdat het uitgaat van een uitkra-gende wand. Voor calamiteitsituatie 1 (wegvallen van eenkolom onder een tussenwand) worden de wanden aan beidezijden van de weggevallen wand geactiveerd (fig. 6). Voor cala-miteitsituatie 2 (wegvallen van een kolom onder een eindwand)worden de wanden naast de weggevallen wand geactiveerd.Hierdoor ontstaat een rotatie in de vloeren. Deze rotatie zorgtervoor dat elke wand een specifiek moment moet gaanopnemen (fig. 7).ResultatenDe mate waarin een mechanisme optreedt, varieert per geval.Hoe stijver het mechanisme, hoe meer het in verhouding meegaat werken. Het mechanisme dat bij volledige momentopnamehet minst verplaatst, zal dus voor het grootste deel meewerken.In een 3D-rekenprogramma is voor elke calamiteit het realisti-sche gedrag van het gebouw beschouwd. Deze resultaten zijnmet handberekeningen benaderd en aan de hand hiervan zijnde verhoudingen van de bijdrage van elke mechanismebepaald.Oplossing B, het vervangen van het steunpunt met een balk,heeft zeer weinig invloed in vergelijking met de andere model-len. Dit model blijkt te slap, er kan relatief weinig belastingnaar de kolommen onder de andere wanden worden herver-deeld.gebied van de overgebleven kolommen blijft. De wand heefthier veel minder de neiging voorover te vallen. In variant 3vormt zich een grote overspanning. De wand moet in dit gevaleen groter veldmoment kunnen opvangen.MechanismenVoor de verschillende varianten is een aantal mechanismenonderzocht ten aanzien van de tweede draagweg. Bekeken is deverhouding waarin elk mechanisme bijdraagt aan het even-wicht.Oplossing A betreft het wandliggermechanisme. Deze oplos-sing gaat uit van de schijfwerking van een wand (fig. 4). Eenwand is door zijn hoogte namelijk zeer stijf en vervormt daar-door nauwelijks. De kolommen zijn in verhouding veel slapperen worden daarom als veren geschematiseerd.Oplossing B betreft het toevoegen van een extra balk die eensteunpunt vormt ter plaatse van de weggevallen kolom (fig. 5).In calamiteitsituatie 1 wordt de balk opgelegd op de kolommenaan weerszijden van de tussenwand. In calamiteitsituatie 2Voorkomen is beter dan genezen 2013 5dakebaaanzicht kopwandM = F . eFe door M door F door F door M 3ev.v.2ev.v.1ev.v.= combi. opl. A & C= oplossing C= oplossing A= combi. opl. A & C= oplossing C= oplossing Atrek in kolom100a=9%a=30%a=30%b=70%a=9%b=91%10050M[%]M[%]dv [mm]dv [mm]50 100 10 2050787 Oplossing C Doosmechanisme eindwand8 Grafieken toolwapening dan al is bezweken. Ook is het op die manier moei-lijk te bepalen hoe de constructie precies gaat vervormen, hoede verschillende constructieonderdelen gaan reageren en welkeextra maatregelen moeten worden genomen.ToolOp basis van de resultaten zijn twee tools ontwikkeld. Dit zijndocumenten die een methode aanreiken om een tweede draag-weg te ontwerpen aan de hand van het daadwerkelijke vervor-mingsgedrag van de constructie. De eerste tool is bedoeld vooreen tussenwand en de tweede tool voor een eindwand. In detools wordt eerst ingegaan op de werking van de mechanismenafzonderlijk en vervolgens wordt, aan de hand van de verplaat-singen die ontstaan door de calamiteit, omschreven welkeinvloed de mechanismen hebben op het gehele model.Als voorbeeld zijn de resultaten uit de tool voor de grote enkleine uitkraging weergegeven in figuur 8. Het belangrijksteverschil tussen deze varianten is dat de wand in verhoudingstijver reageert bij een kleine uitkraging. Bij de grote uitkragingneemt de wand 9% van het moment op en bij de kleine uitkra-ging 30%. De wapening voor elk mechanisme moet op dezepercentages worden gebaseerd. In de tool is precies aangegevenwaar deze extra wapening moet komen te liggen.Tot slotBij het bezwijken van een deel van de hoofddraagconstructieontstaan nieuwe mechanismen. Het stijfste mechanisme neemthet grootste moment op. Welk mechanisme dat is, is afhankelijkvan de situatie. De ontwikkelde tool geeft een goed inzicht in deontstane mechanismen en bepaalt tevens de benodigde extrawapening. Op die manier kan met de tool op een snelle eneenvoudige manier een tweede draagweg worden ontworpen. Bij het onderzochte project bleek de `doosconstructie' hetmeeste moment op te nemen. Bij een grote uitkraging neemtdit mechanisme bijna het gehele moment op en heeft het wand-liggermechanisme bijna geen invloed. Bij een kleine uitkragingwerkt de wand zelf meer mee (reageert stijver) dan bij de groteuitkraging, maar ook in dat geval neemt de `doosconstructie'het grootste deel van het moment op. Bij de grote overspanningis de wand stijf genoeg om het ontstane veldmoment op tenemen. In dit geval wordt het `doosmechanisme' niet inwerking gezet.Ook de stijfheid van de fundering heeft invloed op de belas-tingsafdracht van de constructie. Namelijk hoe meer palen, hoestijver de poer en hoe meer belasting die kolom naar zich toetrekt.De mechanismen kunnen met handberekeningen wordenbenaderd. Als de zakkingen van de mechanismen met elkaarworden vergeleken, kan worden bepaald in welke verhoudingze zullen optreden, zonder dat daar een 3D-rekenprogrammaaan te pas hoeft te komen. Aan de hand van deze verhoudingkan worden bepaald waar en hoeveel wapening nodig is om demechanismen te laten werken. Voor het doosmechanisme zijnbijvoorbeeld extra trekbanden in de vloer nodig.Als de wapening, ten behoeve van de tweede draagweg, wordtopgenomen in het ontwerp zullen de beschouwde modellendaadwerkelijk optreden, omdat deze gebaseerd zijn op hetrealistische vervormingsgedrag. Een ontwerp van de tweededraagweg, gebaseerd op de kabeltheorie, is veel minder veilig.Dit komt omdat de wapening alleen als kabel kan gaan werkenindien er grote vervormingen optreden. De kans bestaat dat de