IWONINGBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP I IEEN HECHT DOORTIMMERDHUISPLEIDOOI VOOR VEREENVOUDIGING VAN REKENREGELSVOOR EENGEZINSWONINGBOUWir.A.Bruijntjes, Schiebroek~StruikBV, Eindhovenir.J.Stroband, Bekker en Stroband BV, AmsterdamDe inspanning van constructeurs voor draagconstructies van eengezinswoningen isevenredig aan de beschikbare budgetten in deze bouwsector: mager dus. Daardoor iser geen ruimte voor het optimaliseren van het constructiefontwerp. Dat is ergjammer, omdat bij een zo groot bouwvolume als de woningbouw kleine wijzigingenuiteindelijk tot interessante besparingen kunnen leiden. Een vereenvoudiging van derekenregels, specifiek voor de eengezinswoningbouw, zou ruimte kunnen gevenvoor meer aandacht aan optimalisatie. In deze bijdrage zijn de randvoorwaarden ende mogelijkheden daarvoor op een rij gezet.Binnen het bouwproces is de con-? ? structeur verantwoordelijk voorhet ontwerp van de draagcon-structie metbijbehorende constructievedetails. llij adviseert de opdrachtgever.ende architect en onderzoekt mogelijkealternatieven voor de fundering en hetconstructiesysteem, om te komen toteen economisch verantwoord ontwerp.Vervolgens vervaardigt hij de bereke-ningen en tekeningen die nodig zijnvoor de uitvoeringvan hetwerk en con-troleert de door derden geleverde bere-keningenen tekeningenvan geprefabri-ceerde onderdelen.Tot slotverifieert hijofhet werk conform zijn uitgangspun-ten wordt uitgevoerd. Een logisch enogenschijnlijk goed beheersbaar procesdat is ingebed in het totale bouwproces.In werkelijkheid, vooral in de woning-bouw, zitten hieraan echter de nodigehaken en ogen.De sociale woningbouw wordt geken-merkt door krappe budgetten. De ver-goedingvan de constructeuris daardoorveelal niet toereikend voor het werk datnodig is voor het optimaliseren van deconstructie. Bovendien is in veel geval-len in de ontwerpfase niet bekend doorwie hetwerkzalworden uitgevoerd, zo-dat geen rekening kan worden gehou-den met de specifieke mogelijkheden enwensen van het uitvoerende bouwbe-drijf. Het gevolgis dat in een later stadi-um vaak een andere bouwmethode of42een andere detaillering wordt gekozen,hetgeengepaardgaatmetwijzigingen inhetoorspronkelijke ontwerp en kanlei-den tot gekunstelde, oneconomischeoplossingen. Om dit ineffici?nte procesteverbeteren is het nodig alle betrokkenpartijen tijdig in te schakelen, zodat eeneffectief gebruik kan worden gemaaktvan ieders kennis en ervaring. Daarbijmoet tevens aandacht worden besteedaan een betere beheersing van hetbouwproces en de onderlinge commu-nicatie van de verschillende disciplines.OntwerpprocesDe ervaring leert dat de partijen, althansin de woningbouw, moeilijk loskomenvan de traditionele werkwijze, daardooreen af\;vachtende houding aannemen engeneigd zijn beslissingen uit te stellen.Bij de actuele bouwwijze, waarbij hetproces is opgebouwd uiteen toenemendaantal deelprocessen, kan dit aanzienlij-ke verstoringen geven. Dit komt dedoelmatigheid van het ontwerpprocesen de economie van het werk niet tengoede.Hetzouinhetbelangvande kwaliteitenkostenbeheersing van de woningbouwzijn om het bouwproces, meer dan totnu toe het geval is, te behandelen als eenintegraal proces. Alleen dan kan eeneconomisch optimaal ontwerp wordenbereikt.Bij complexe bouwopgaven is men zichhiervan altijd zeer bewust. Het ont-werpproces wordt dan goed beschreven,waarbij vooral aandacht wordt besteedaan de koppelingen tUssen deelproces-sen. Bij eenvoudige bouw, zoals wo-ningbouw, wordt de beschrijving vanhet proces vaak achterwege gelaten.Toch is de procesbeheersing in dat gevalniet minder belangrijk. Ook bij zo'neenvoudige bouwopgave zijn de meestefouten terugtevoerenop storingenin dekoppelingen tussen deelprocessen.Volgens de betonvoorschriften is deconstructeur verantwoordelijk voor dedeugdelijkheid van de door hem ont-worpen constructie. De betrouwbaar-heid en bruikbaarheid van de construc-tie worden niet alleen bepaald door hetontwerp. Duidelijke en volledige teke-ningen en werkomschrijvingen en hettoez?cht op de uitvoering zijn minstenseven belangrijk. Immers, bij het ont-werp en de berekeningvan de construc-tie wordt er van uitgegaan dat de con-structie zal worden uitgevoerd conformde tekeningen. Het is van essentieel be-lang dat de constructeur zich ervan ver-gewist dat daadwerkelijk aan de uit-gangspunten wordt voldaan. Dit bete-kent dat hij moet worden betrokken bijde controle op de uitvoering.KwaliteitsborgingDe constructeur wordt naast zijn ge~bruikelijke taken geconfronteerd metCement 1992 nr. 4a:c!1 Constructiesystemen voor vloereneU wanden in de woningbouwa. kanaalplaat-Ibreedplaatvloer -gescheiden bouwmuurb. breedplaatvloer - massievebouwmuurc. vloer en wanden ter plaatse gestortde toenemende zorg voor de kwaliteit.De noodzaak voor een grotere aandachtvoorkwaliteitszorgblijkt uitregelmatigvoorkomende bouwschades zoals onge-wenste scheurvorming, aantasting enexcessieve doorbuiging. Uit diverse on-derzoeken is gebleken dat verreweg demeeste schadegevallenzijn terug te voe-ren op menselijke fouten en vergissin-gen, door gebrek aan kennis ofonzorg-vuldigheid, dan wel door een gebrekki~ge communicatie tussen de deelnemersaan het bouwproces. Het gaat daarbijniet alleen om uitvoeringsfouten, maarevenzeerom ontwerpfoutenzoalsslechtontworpen details, onduidelijke ofon-volledige tekeningen en het veronacht-zamen van bijzondere invloeden. Hetfeit dat bepaalde fouten steeds opnieuwworden gemaakt was zelfs aanleidingvoor de redactie van Cement om er eenserieartikelen aan tewijden: aanbevolenlectuur voor constructeurs!De vraag is hoe dergelijke fouten kun-nen worden voorkomen. Het antwoordis ?ntegrale kwaliteitszorg, vanaf hetontwerp tot de uitvoering en de nazorg.Omdat hier verschillende partijen bijbetrokken zijn, is dit geen eenvoudigezaak. Iedere discipline zal activiteitenmoeten ontplooiendie passenin een in-tegraal systeem, zoals bijvoorbeeld hetModel Kwaliteitssysteem Bouw.Inde toeleverende industriewordtreedsveel aandacht aan de kwaliteitszorg be-steed, terwijl de uitvoerende bouwbe-drijven en architecten druk bezig zijndaartoe een aanzet te geven. Waar blij-ven de constructieve ontwerpers?De constructeur zal ook aandacht moe-ten bestedenaande milieu-aspectenvanhet bouwen. In de eerste plaats betekentdit het zuinig omgaan met onvervang~bare materialenen hetvermijden van detoepassing van schadelijke materialen.Bovendien zou al bij het ontwerp reke-ning moeten worden gehouden met deaanpasbaarheid tijdens de gebruiksfaseen met de sloop aan het eind van de le-vensduur. Daarbij moet, conform ??nvan de doelstellingen van het NationaalMilieubeleids Plan, de mogelijkheidvan hergebruik van materialen vooropstaan. Een belangrijke voorwaarde omCement 1992 nr. 4dit te kunnen bereiken is een zodanigedetaillering dat de componenten enmaterialen op eenvoudige wijze van el-kaar kunnen worden gescheiden.Deze uitgangspunten worden nu door-gaans nog helemaal niet in het ontwerpvan de constructie meegenomen.Nieuwe voorschriftenAls eerstevan de nieuwe generatie voor-schriften voor de gangbare constructie-materialen is de VBC 1990 verschenen.SamenmetdeTGB 1990 'Belastingenenvervormingen', worden hierin de eisenbeschreven waaraan woningen, geheelof gedeeltelijk uitgevoerd in beton,moeten voldoen.Op het eerste gezicht zal de rekenin-spanning voor de constructeur tenge-volge van het toegenomen aantal te on-derzoeken belastingscombinaties toe-nemen. Vooral het uitrekenen van dewindbelasting op een gebouw zal meertijd vergen. Dit zal vooral van invloedzijn op de stabiliteitsberekening.Een stabiliteitsberekening uitgevoerdvolgens de VB 1974/1984 bracht auto-matisch het in rekening brengen vantweede-orde effecten metzich mee, ookbij constructies met een geringe slank-heid zoals eengezinswoningen. Dit ver-oorzaakte een voor deze constructiesmeestal onnodig ingewikkelde bereke-ning, waarin de ktachtsverdeling bo-vendien conservatief werd benaderd.Tweede-orde effectenspelenechteron-der bepaalde voorwaarden geen rol vanbetekenis, zoals in diverse onderzoekenis aangetoond [1].DeVBC 1990 biedt in veel gevallen demogelijkheid om in plaats van een een-voudige berekening een verf~nde bere-kening uit te voeren, waarin de rekenin-spann~ng wordt beloond in de dimen-slOnenng.In deze geest is ook het in de berekeningbetrekkenvan tweede-orde effecten be~naderd. Als wordt aangetoond dat aanbepaalde slankheidseisen wordt vol-daan, mag de ktachtsverdeling zondertweede-orde effecten worden bepaald.afhet resultaat zal zijn dat bij de bere-kening van eengezinswoningen in demeeste gevallen zonder tweede-ordemag worden gerekend, is nog maar devraag.Herberekening op basis vandeVBCvanenige rekenvoorbeelden uit [2], waarinberekening zonder tweede-orde wordtbepleit, leert dat op grond van de VBC1990 wel degelijk tweede-orde in reke-ning moet worden gebracht. In dit lichtlijkthetzinvol dat naast deVBC 1990 opmaat gesneden rekenregels voor de een~gezinswoningbouw worden opgesteld.De algemene verwachting is dat denieuwe voorschriften in veel gevallenvoordelig uitvallen voor wat betreft dedimensionering van betonconstructies.Bij de auteurs van dit artikel bestaat devrees dat dit voor eengezinswoningenalleen het geval zal zijn bij een grotererekeninspanning dan momenteel tedoen gebruikelijk is. Zo is bijvoorbeeldde doorbuigingsberekening die de hui~dige slankheidseisen vervangt, zeer om-slachtig. Daarnaastis het de vraag ofde-ze berekening niet te slanke vloeren op-levert.De wens om te optimaliseren door eenbetere advisering is constructeurs uithethartgegrepen, maar moetnatuurlijkwel gedektworden door de marktwaar-in hetbeschikbare budgetwordtvastge-steld. Het lijkt zinvol om na enige tijd,bijvoorbeeld een jaar na de definitieveinvoering van de nieuwe voorschriften,dit aspect voor de woningbouw te eva~lueren.StabiliteitssysteemIn vrijwel alle gevallen bestaan de vloe-ren in de huidige woningbouw uit be-ton. Kanaalplaten worden meestal ge-combineerd met kalkzandsteen-wanden, breedplaatvloeren met wan-denvan kalkzandsteen ofbeton. Voor dewanden wordt onderscheid gemaakttussen gescheiden en massieve bouw-muren, waarbij de eerste mogelijkheidvoordelen biedt voor wat betreft deakoestische isolatie. Naast deze bouw-methoden komt de geheel ter plaatsegestorte betonconstructie voor, meestalmet behulp van een tunnelbekisting(fig. 1).Afhankelijkvan de gekozen combinatievanwanden en vloeren wordt een stabi-43n 00 slappe vloerbAls de wand wordt uitgevoerd in betonwordt dit merkwaardig genoeg vaakniet geaccepteerd. De funderingssloofwordt danberekend op devolledigever-ticale belasting (fig. 5b)ofde wand wordtbeschouwd als hogewandligger,waarbijwapening boven de steunpunten wordtvereist.Toch ligt ook bij deze wanden een sche-matisering zoals bij de metselwerkwandmeer voor de hand. De wand kan danWandberekeningBij uitvoering van de wanden in metsel-werk is het sinds mensenheugenis ge-bruikelijk een gedeelte van de verticalebelasting direct naar de funderingssloofafte voeren door middel van driehoeks-belasting (fig. 5a).niveau n/1IIIIa b II cI co stijve vloeraFIndien door toepassing van oplegmate-rialen of andere oorzaken het knoop-punt als een scharnier moet worden be-schouwd, gaat de beschreven theorieniet meer op. In de berekening van dekernenzullen tweede-orde effectendanvolledig moeten worden meegenomen.4 Extrell1e aannamen van de krachtsverdeHng ?n het knooppunt [1)F ~ oplegreact?e vloerG = wandgew?cht, n = aantal bovengelegen verd?ep?ngen3 Bouwll1uren met dwarswanden/penantenaangetoond dat aan de windbelastingweerstand wordt geboden. E?n van devoorwaarden is dat de penanten onderdebeschouwde belasting nietteveeluit-buigen; voor de max?male uitbuigingworden in [2] waarden gegeven. Kriti-sche punten bij deze methode zijn deopname van de schuifkracht en de de-taillering van de knopen. Hierbij wordtuitgegaan van een aangenomenkrachtsverdeling in de knopen volgensfiguur 4.1111ICONSTRUCTIEFONTWERPBij keuze voor kanaalplaten of andereniet over het steunpunt doorlopendevloeren is een stabiliteitssysteem metbehulp van dwarswanden vereist. Dezedwarswanden kunnen worden ge-vormd door delen van het binnen-spouwblad in voor- en/of achtergevel,de zogenaamde penanten. Een oplos-sing waarbij per woning een construc-tieve dwarswand naasthet trap~:twordtgeplaatst komt ook veel voor (fig. 3).Belangrijk voor het functioneren vandeze systemenis deverbinding tussendedwarswand en de bouwmuren. In dezeverbinding moeten de benodigdeschuifkrachten kunnen worden opge-nomen. De verbinding kan onder meerwordengemaakt door in verband te sta-pelen, door deuvelwerking van de vloe-ren ofdoor constructieve ankers. Ondervoorwaarden zoals beschreven in [2] ishet niet nodig deze dwarswanden optweede-orde effecten te beschouwen.Volstaan kanworden met eeneerste-or-de sterkteberekening, waarbij wordtBij massieve bouwmuren is ??n van devoorwaarden dat er minimaal drie wo-ningen op rij moeten worden be-schouwd.Bij minder dandriewoningenmoet de stabiliteit op een andere wijzeworden verzorgd, bijvoorbeeld doorwapening van de eindwanden of doorkernen.Het voordeel van systeem a. is dat dedraagconstructie en .de inbouwcon-structie streng worden gescheiden.Essentieel voor systeem a. is dat de vloe-ren constructiefdoorlopen over de wo-ningscheidende wanden of bouwmu-ren. Deze oplossing is niet geschikt voortoepassing van kanaalplaten. Ondervoorwaarden zoals beschreven zijn inhet onderzoek van CUR~commissieC51 blijkt het mogelijk de wanden on-gewapend uit te voeren. Ook de knooptussen een constructief doorlopendevloer en een kalkzandsteenwand blijktinstaat te zijn de stabiliteit te verzorgen.De bouwmuren kunnen voldoendemoment leveren door het mobiliseren I----------------~-----------~~--___jvan devoorspanning tengevolgevanheteigen gewicht. Kritisch aspect is hierbijde funderingsknoop die in staat moetzijn een geringe inklemming te leveren.liteitssysteem ontworpen. In grote lij-nen kunnen hierbij twee systemen wor-den onderscheiden (fig. 2).a. ongeschoord raamwerk, stabiliteit uitde wand-vloerverbinding (raam-werk);b. geschoord raamwerk, stabiliteit metbehulp van dwarswanden (kernen of I----~----~~--------~--~~-----------Ipenanten). 2 Stabilite?tssystell1en ?n de won?ngbouwa. ?ngeschootd raall1werkb. Geschoord raall1werkIWONINGBOUW44 Cement 1992 nr. 4Literatuur1. Bruijntjes, A, Stabiliteitsberekenin-gen eengezinswoningen. Cement 1989,nr. 11.2. Stupr?-rapport 32, Stabiliteit vaneengezinswoningen met prefab-beton-elementen,jnli 1989.3. Werktapporten CDR-commissieCS1.gewapende wanden in staat zijn destabiliteittewaarborgen, mits aan eenaantal eenvoudige voorwaardenwordt voldaan.2. Stupr?-commissie 32 heeft een bere-keningsmodel geformuleerd dat inharmonie is met de eenvoud van debeschouwde constructies. Meestalmag worden afgezien van een twee-de-orde berekening.3. Naast genoemde onderzoeken heeftookhetRegionaal OverlegBouwtoe-zichten Zuid voorwaarden geformu~leerd waaraan de stabiliteitsbe-rekeningen voor eengezinswoningenmoeten voldoen.Deze ontwikkelingen waren voor deCDR aanleiding tot het instellen vanCDR-commissie F3.Een commissie dieniet tot taak heeft nieuw onderzoek teverrichten, maar die gericht is op ken-nisoverdracht van bovengenoemde on-derzoeken. Het leek de commissie ge-wenst om eenCDR-rapport uitte bren-gen dat aansluit bij de nieuwe voor-schriften.caCUR-commissie F3In het streven naar eenvoudiger reken-regels voor de woningbouw zijn eendrietal ontwikkelingen te zien:1. Het onderzoek van CUR-commissieCS1 [3] zal de toepassingvan ongewa-pende wanden in de woningbouw,vooral in de eengezinswoningbouw,bevorderen. De mogelijkheid wordtgeboden omdewandeninhunvlak teberekenen als drukboog met trek-band. Aangetoond wordt dat ook on-t~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ t ~cr T j T-bEenoverstekkanin principeworden ge-wapend door een trekband in de boven-liggende vloer.volledig ongewapend worden uitge~voerd. In dezeschematisering wordt dedrukboog gevormd in het beton en detrekband door de wapening in de fun-deringssloof (fig. 5e). CDR-commissieCS1 heeftbeschrevenhoe deberekeningkan worden uitgevoerd. De belangrijk-ste voorwaarde is dat de wapening in defunderingssloof, de trekband, ononder-broken doorloopt. Kritisch punt bij de-ze berekening is het opbouwen van deverticale belasting: een gedeelte van debelasting is aanwezig v??r realisatie vanNu de definitieve tekst van de voor-schriften gereed is blijkt dat de voorge~stelde berekeningsmethode op enkeleondergeschikte punten in aanvaringkomt met de VEC 1990. Op zich is hetniet verwonderlijk dat rekenregels diebeperkt worden tot een zeer nauw toe-passingsgebied, scherper geformuleerdkunnenworden dan algemene rekenre-gels, geformuleerd in de VEC 1990. Debedoeling van CDR-commissie F3 is~~~~~~~~~~~~~~~--I aanvullende rekenregels te geven voor5 Wandberekening eengezinswoningen. Uitgangspunta. gebruikelijke schelllatisering bij voor de berekening van betonconstruc-llletse1werk ties moet natuurlijk de VEC 1990 blij-b. volledige verticale belasting bij ven.betonwandenc. gewenste schelllatisering bij Aanbevelingbetonwanden'--~~~~~~~~~~~~~~----' Zeker bij een zo groot bouwvolume alshet drnkboog-trekbandsysteem en de woningbouw loont het de moeite demoet dus traditioneel door de funde- constructie te optimaliseren. Kleine be~ringssloofworden opgenomen. sparingen per onderdeel kunnen ma-cro-economisch van belang zijn. Indiendoor verbeterde rekentechnieken enveranderde inzichten besparingen kun-nen worden bereikt, is dat een goedezaak. Voor de constructeur moet na-tuurlijk altijd de veiligheid voorop blij-ven staan, minimaliseren van dimensiesmag geen doel op zich worden.De betrokkenen bij het bouwprocesmoeten zich ervan bewust zijn dat dooroptimalisering van onderdelen een ge-deelte van de ingebouwde veiligheidverdwijnt. Dit maakt het noodzakelijkhogere eisente stellen aan het ontwerp-proces en meer aandachtte bestedenaanbegeleiding van de uitvoering.Cement 1992 nr. 4 45