ir.W.P.S.JanssenIngenieurs- en Architectenbureau van Has-selt en de Koning, NijmegenEen samenvatting van dat onderzoek werdgepubliceerd in Beton- und Stahlbetonbau1980 nr. 12. De bij dit artikel geplaatste figu-ren zijn vrijwel alle ontleend aan die publika-tie.Dit artikel van ir.Janssen vormt de weergavevan een lezing die hij heeft gehouden tijdensde Stuvo-ledenvergadering dd. 16juni 1981.Cement XXXIII (1981) nr. 9Oorzaken van de gedeeltelijkeinstorting van hetcongresgebouw te BerlijnInleidingOp 21 mei 1980, stortte dezuidelijke randboog van hetcongresgebouwteBerlijnin, 23 jaarnade ingebruikneming van het gebouw. Onderzoekingen toonden aan dat deze instortingveroorzaakt was door het breken van een aantal voorspandraden. Het breukvlak van negenvoorspandraden was zodanig gecorrodeerd dat deze draden reeds lang v??r de instortinggebroken moesten zijn. Van deze negen voorspandraden waren er acht ter plaatse van deringbalk en ??n bij de randboog gebroken. De overige voorspandraden moeten vlak v??r oftijdens de instorting zijn gebroken. De voorspandraden waren ter plaatse van de ringbalksterk gecorrodeerd.Op grond van dezeeerste conclusieswerd eendiepgaand onderzoek naardeoorzaken vandeinstorting ingesteld. Hierbij stonden de volgende vragen centraal:? waren de betonnen dakplaten, waarin de voorspandraden waren opgenomen, beschadigddooroverbelasting of dooruitvoeringsfouten en was de kans op corrosievan devoorspandra-den daardoor toegenomen?? waren de voorspandraden gedurende hun levensduur in belangrijke mate overbelast ge-weest?Het resultaat van dit onderzoek, uitgevoerd dooreenDuits onderzoekteam onder leiding vande professoren J.Schlaich, K.Kordina en H.J.Engell, vormt het onderwerp van dit artikel'.Architectonisch ontwerpOp 3 oktober 1955werd deeerste steen gelegd voor het congresgebouwteBerlijn. Ditgebouwwerd door de Verenigde Staten van Amerika aan de burgerij van Berlijn geschonken, met alsdoel uitdrukkingte geven aan de goede Amerikaans-Duitse betrekkingen van na de oorlog.Uit de verschillende mogelijkheden hiervoor werd uiteindelijk gekozen voor een interna-tionaal congrescentrum. Door de in dit centrum te houden activiteiten zou de onderlingeverbondenheid en eensgezindheid kunnen worden gestimuleerd. Bovendien zou het eensymbool moeten worden van het recht op vrije meningsuiting.Tevens was het congresgebouw de Amerikaanse bijdrage aan de Internationale Bauausstel-lung, die in 1957 te Berlijn werd gehouden. De Benjamin-Franklin-Stichting maakte derealisering van dit plan mogelijk en gaf tevens richtlijnen voor het toekomstige gebruik. Voor5591Overzicht Raleigh Arena te North Caroline,USA2Overzicht congresgebouw3Afdracht en opname van de horizontale enverticale asymmetrische belastingen bij deoorspronkelijke constructiehet ontwerp werd de Amerikaanse architect Hugh A.Stubbins uit Cambridge (Mass.) aange-zocht.Hij kreeg deopdrachteen gebouwte ontwerpen datzou beantwoorden aan dehiervooromschreven doelstellingen en tevens, met hetoog op de Internationale Bauausstellung,eentypisch Amerikaanse constructie zou zijn.Als uitgangspunt voor zijn ontwerp koos Stubbins deHaleigh Arena in North Carolina (fig. 1).De constructie daarvan bestaatuiteen tweetal drukbogen waartussen een hangdak, bestaan-de uit loodrecht op elkaar gelegen draag-en spankabels, is aangebracht. De drukbogenworden op regelmatige afstanden door verticale stijlen ondersteund, zodat deze bogen doorde krachten uit de kabels, in hoofdzaak in hun vlak worden belast.Het hangdak heeft de vorm van een hyperbolische parabolo?de, meteen oppervlakte van 7500m2 en weegt, inclusief de kabels, slechts 30 kg/m2.Zo ontstond het architectonische idee om de aula van het congresgebouw te overspannenmet een ruimtelijke gekromd hangdak. Dit diende te bestaan uit kabels verbonden meteentweetal schuin liggende bogen, die tot ver buiten de eigenlijke aula dienden te reiken, opdateen uitnodigend overstek zou ontstaan. Om aan deze uitnodigende functie geen afbreuk tedoen mochten de bogen niet verticaal worden ondersteund. Verder dienden de bogen teworden opgelegd in slanke verticale schijven die over de verdiepingen van de onderbouwzouden doorlopen (fig. 2).Door deze architectonische eisen deden zich in constructief opzicht de volgende problemenvoor:e plaatselijk opwaaien en klapperen van de dakconstructie tengevolge van zijn geringe eigengewicht (deze problemen hebben zich bij de Raleigh Arena ter plaatse van de drukbogenvoorgedaan);ehet optreden van grote snedekrachten door de afwezigheid van verticale ondersteuningenvan de randbogen. De afmetingen van deze randbogenzouden daardoor extreem grootworden;e hetopnemen van horizontale en verticale asymmetrische belastingen was niet goed mogelijkin verband met de oplegging van de randbogen op de relatief slappe eindschijven (fig. 3).Bij een lichte dakconstructie zou tevens de geluidsisolatie van de aula onvoldoende zijn.Deze constructieve problemen had men kunnen vermijden door t.a.v. de architectuur enigeconcessies te doen. Te denken valt bijvoorbeeld aan naar de steunpunten van de bogentoenemende boogafmetingen, het verticaal ondersteunen van de drukboog (fig. 4), hetverminderen of weglaten van het overstek of het realiseren van het overstek door eenuitkragend dakvlak zonder drukboog, met tevens een andere dakconstructie boven deeigenlijke aula.Daar men echter de vormgeving niet ondergeschikt heeft willen maken aan een constructiefgaaf ontwerp, waren de ontwerpers genoodzaakt om een constructie te onwerpen die quavormgeving overeenkwam met de oorspronkelijke visie van de architect. Dit realiseerde mendoor het dak boven de aula uit te voeren als een schaaldak met een dikte van 70 mm, rondomvoorzien van een ringbalk, gedragen door de aulawanden. Aan deze ringbalken werden mettrekstaven de beide randbogen verankerd.Van een doorgaande, vrijhangende dakconstructie aan spankabels, zoals bij de RaleighArena, was dus niet veel meerovergebleven. Een en anderveroorzaakteeen uiterstgecompli-ceerde krachtswerking, terwijl naar buiten toe toch de indruk werd gewekt dat er sprake wasvan een constructie die uitblonk door eenvoud in krachtswerking, zoals dat bij de RaleighArena hetgeval is. Bovendien werden twijfels opgeroepen overdestabiliteit bij horizontaleenasymmetrische belastingen.Bovenstaande spanning tussen architectonische en constructieve eisen leverde na hetbekend worden van de eerste plannen, stof voor een levendige discussie. Hierbij stond devraag, in hoeverre de vorm vaneen constructie functioneel dient te zijn, centraal. Over hetalgemeen was men na de discussie de mening toegedaan dat er door de ontwerpers binnenhet strakke kader, dat bepaald werd door de architectonische eisen, een goed constructiefontwerp was gemaakt. Die mening werd in een publicatie als volgt samengevat: 'Wir d?rfenalso ohne Sorge sein; solange die friedliche Zeiten andauern'.Maarditbleektochwelerg langtezijn.Op21 mei 19800m 11.00uur'smorgensbrak, naarlater4Overzicht van de mogelijke oplossingen vande constructieve problemen, dooraanpassing van de vormgevingCement XXXIII (1981) nr. 9 5605Draagconstructie van de aula van hetcongresgebouwraH=~c6Schematische weergave van de opname vande horizontale en asymmetrische verticalebelastingenCement XXXIII (1981) nr. 9zou blijken, de tiende spandraad die de boog verbond mltde ringbalk. Hierdoorontstond eenkettingreactie, met als gevolg een volledige instorting van de zuidelijke randboog.Beschrijving van de totale draagconstructieHet opnemen van horizontale en asymmetrische dakbelastingen vormde bij het ontwerp vande draagconstructie van het congresgebouw het grootste probleem. Door het aanbrengenvan een ringbalk en een tweetal dwarswanden (loodrecht op de verbindingslijn tussen deopleggingen) werd dit probleem opgelost. De wanden zijn aangebracht van de fundering totaan de onderzijde van deze ringbalk. De ringbalk wordt langs zijn omtrek ondersteund doorde wanden van de aula. Hij maakt deel uit van het dakvlak en vormt dus een ruimtelijkegekromde constructie. De ringbalk verdeelt het dak ineen binnengedeelte en tweebuitenge-deelten (fig. 5 en 7).De ringbalken zijn ondersteuningen zijn zodanig gedimensioneerd dat ze zelf in staat zijn hetbinnendak te dragen. De randbogen droegen dus alleen hun eigen gewicht en een gedeeltevan het buitendak. Dit gebeurde door de boog met trekstaven te verankeren aan de ringbalk.De spankrachten in de op de ringbalk afgespannen trekstaven zijn zodanig bepaald dat deresulterende belasting op de randboog in het vlak van deze boog lag. Deze belasting werd dusuitsluitend via drukkrachten in deze boog afgedragen. Het gewicht van de drukboog werdzodanig gekozen dat de verticale ontbondene van de trekkrachten in de spanstaven deringbalk ontlastte. De totalesymmetrische belasting werd dus uitsluitend afgedragen via dedrukboog.Slechts voor de opname van de asymmetrische en horizontale belastingen vormde deringbalkeen noodzakelijkconstructie-onderdeel.Deze belastingen resulteerden in horizon"tale belastingen op de ringbalk, die vervolgens via de dwarswanden overgedragen werdennaar de fundering (fig. 6). De horizontale belasting uit de spankabels werd eveneens op dezewijze overgebracht. De opname van horizontale belastingen werd dus volledig verzorgd doorde ringbalk.Dat de hierboven beschreven belastingafdracht van met name de asymmetrische verticalebelasting voldoet, blijkt wel uit het feit dat ondanks de instorting van de zuidelijke randboogde draagconstructie in staat is de hieruit voortvloeiende zeer grote asymmetrische belastingopte nemen.De ringbalk vormde een star steunpunt voor de tussen de randbogen aangebrachte dakcon-structie. Het buitendak maakte geen onderdeel meer uit van een vrij vervormbaar hangdak(zoals bij de Raleigh Arena), maar vormde meer een aan beide zijden star ingeklemdetrekstaaf; gezien de vervormingen en verplaatsingen van de randboog ten opzichte van deringbalk, een uiterst gevoelige constructie.Na deze bespreking van de hoofddraagconstructie zullen we onsbeperken tofhet ingestortegedeelte, namelijk het buitendak. Uit het onderzoek is gebleken dat het draagvermogen vande bogen en de ringbalk voldoende was en dat de oorzaak van de instorting gezocht moetworden in het buitendak.Constructie en uitvoering van het buitendakHet buitendak verbond de ver naar buiten uitstekende randbogen met de ringbalk, die hetbinnendak omsluit. De functie van dit buitendak was twee?rlei:- het verankeren van de randboog aan de ringbalk, die verticaal ondersteund wordt door deaulawanden;- het overspannen van de ruimte tussen de randbogen en de ringbalk.Op grond hiervan dienden door het buitendakaxiale trekrachten ?n krachten ten gevolge vanverticale belastingen te worden opgenomen. De trekkrachten werden veroorzaakt door debelastingen uit de randboog, terwijl de belastingen door sneeuw, wind en eigen gewicht vanhet buitendak de laatstgenoemde krachten leverden.5617Bovenaanzicht alsmede langs- endwarsdoorsneden van het congresgebouwCement XXXIII (1981) nr. 9I I I I~~~~~.~~~.~~~~~.+~~~~r--- 7&06m ,[Om de vervormingen van de randbogen ten opzichte van de ringbalk spanningsvrij te kunnenlaten optreden en om de krachten uit de bovengenoemde belastingen te kunnen opnemen,werd het dak uitgevoerd als een 'voorgespannen trekband' , waaraan bovendien de eis werdgesteld dat de direct op het buitendak werkende verticale belastingen moesten kunnenworden opgenomen door verandering van de doorbuiging van de trekband.De trekstaven werden uitgevoerd met draadbundels van 7 tot 10 draden geribd staal, SigmaOvaal 30, St 145/160, elk met een oppervlakte van 30 mm2. De draadbundels werdenaangebracht in betonplaten met een breedte van 2,125 meneen dikte van 70 mmo De platenvarieerden in lengte van 7,40 tot 17,11 m en werden voorzien van een wapening 06-125 mmoHet totale aantal kabels per buitendak bedroeg 82 (fig. 8).Het buitendak werd als volgt uitgevoerd (fig. 8 en 9).~ Storten en vervolgens voorspannen van het binnendak. Het binnendak werd afgespannen opde ringbalk. Aan de buitenzijde van de ring balk werd een doorlopende inkassing, groot 70 x250 mm2, gespaard. Uit deze inkassing kwamen stekken 0 6-125 voor de aansluiting van dedakplaten, terwijl in de inkassing een laag asfaltpapier (bedoeld als glij- c.q. scheidingslaag)werd aangebracht.- Bekisten van de randbogen en het buitendak. Debogen staan ondereen hoekvan 28,40metdehorizontaal, terwijl het buitendakeen hoek van 15? met de horizontaal maakt.- Wapenen van de randbogen, inclusiefstekken 0 6-125 (aan de bovenzijde), aanbrengen vande verankeringen (voorspanning) en de omhullingsbuizen. Wapenen van de betonnendakplaten met een kruisnet 0 6-125 en aanbrengen van de spandraden.- Storten van de bogen.- Storten van de 70 mm dikke dakplaten. De dakplaten werden koud tegen de randbogenaangestort, terwijl bij de ringbalkeen opening van 130 mm werd vrijgelaten. In dwarsrichtingwaren om de 2,125 m blijvende voegen voorzien.- Eerste voorspanfase van het buitendak, waarbij de spandraden ter plaatse van de ringbalk5628Bovenaanzicht van de helft van hetbuitendak9aDoorsnede van het buitendak9bBovenaanzicht en doorsnede van dedakplaten van het buitendak- j..LCD_+Ring. 0300"r.L20rahtbijndel,Or?hteSigma St 1I.5/1?O,oval 30,7 Stiick,ger?ppt Fuger~(!J.90gen L-01,50 \LOraufsichtOetonplatte8etonierfuge Fuget--o--- __ 7,18{horizontalJ __----