IWONINGBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP IDETAILOPLEGGING VOORGESPANNENKANAALPLATENir.J.J.M.Font Freide, rapporteur Stupr?~commissie37Bij het toepassen van voorgespannen kanaalplaten in de laagbouw zijn bij degangbare detaillering geen problemen ontstaan. Meer recent worden de platenechter ook toegepast in hogere woongebouwen. Een rechtstreekse extrapolatie vande ervaring in de laagbouw wordt hiervoor niet verantwoord geacht.Stupr?-commissie 37 heeft over dit onderwerp een rapport uitgebracht [1], waarvandit artikel een samenvatting is.Omdeze redendientmeneenlichte bo-venwapening, al dan niet als voorspan-wapening, toe te passen, danwel aanvul-lende voorzieningen te treffen zoalsaangegeven in de volgende detaillerin-gen.Bij de overwegingenomtrentde toepas-DetailleringBij de voorgestelde detaillering zijntwee groepen te onderscheiden:I: details waarbij slechts een zeer geringnegatief inklemmingsmoment kanontstaan. Dit zijn nagenoeg vrije opleg-gingen;11: details waarbij wel een negatief in-klemmingsmoment ontstaat.is, kan de plaat bij het overschrijden vande treksterkte, scheuren. Dit is dan brosgedrag. Deze scheur kan tot diep in deplaat doorlopen. Omdat het beton vanzeer hogesterkteklasse is, zal de scheurdoor de grindbiggels heenlopen, waar-door ook de zogenaamde interlock-werking ontbreekt.De scheur zal daardoor het dwars-krachtdraagvermogen aanzienlijk re-duceren.Bij de belasting in het bezwijkstadium(y ~ 1,7) kan dan een negatiefmomentontstaan.Indien geen bovenwapening aanwezigBij het belemmeren van rotatie zal bijeen toenemende zeegontwikkeling eenpositief steunpuntsmoment ontstaan.Wordt de plaat daarna belast, dan ont-staat een negatief steunpuntsmomentdat met hetzich eerder ontwikkelde po-sitievemoment dientteworden gecom-bineerd.Door rotatie ter plaatse van de opleg-ging kunnen inklemmingsmomentenontstaan.De excentrisch voorgespannen kanaal-platen zullen zonder uitwendige belas-ting vrijwel altijd een opbuiging heb-ben. Na het monteren zal zonder toege~voegde belasting deze opbuiging als ge-volg van kruip toenemen. Bij toepassingindewoningbouwisde altijd aanwezigebelastinglaag, waardoor het niet onmo-gelijk is dat de opbuiging gelijk blijft,danwel nog iets toeneemt als gevolg vandoorgaande kruip. Veelal blijft onder dein de praktijkoptredende belasting nogopbuiging over.ProbleemstellingDe platenwordeninNederland meestalopgelegd zoals schematisch is aangege~ven in figuur 1.Het traditionele toepassingsgebied vande voorgespannen platen in de woning-bouw is de laagbouw (eengezinswo-ningen en meergezinsbouw tot 3 bouw~lagen), waarin in Nederland nu ruim 20jaar ervaring is opgedaan in naar schat~ting 300.000 ? 400.000 woningen. Hoe-wel de daarbij toegepaste detaillering(fig. 1) het optreden van inklemmings-momenten niet uitsluit, is ten aanzienvan dit aspect tot nu toe geen schade ge-constateerd. Op basis van deze langdu-rige ervaring kan worden geconclu-deerd, dat deze detaillering voor wo-ningbouw tot drie bouwlagen accepta-bel is.Een rechtstreekse extrapolatievendeze ervaring naar hoge woongebou-wen is echter niet verantwoord.Toepassing van voorgespannenprefab~betonnen kanaalplatenals vloerconstructie voor allemogelijke typen gebouwen, is vandaagde dag een routinematige oplossing. El-ke dag worden er vele honderden vier-kante meters van deze vloeren gemon~teerd. Hetmerendeelvandezevloerenisvervaardigd door middel van zodanigetechnieken, dat in de platen, behoudensde voorspandraden of -strengen die inde lengterichting van de platen lopen, I 190/230 I 210/250 I IOO/15~ I00115~geen andere wapening aanwezig is. Ook I--------~~-~----~--------~----~___Iis in veel gevallen bij deze platen geen of 1 Gebruikelijke oplegging in denauwelijks bovenwapening aanwezig. laagbouwDit gegeven vraagt om meer aandacht,vooral in de nabijheid van de opleg-gingen van deze platen, waarbij ook dedetaillering van de aansluitende con-structiedelenvan belangis. Van belangisom de negatieve inklemmingsmomen-ten te voorkomen ofte beperken.Cement 1990 nr. 2 47IWONINGBOUW ICONSTRUCfIEFONTWERP IDETAIL1200/300 1Kanaal laatBovenaanzicht,2Detail Ia - vrije oplegging metbehulp van oplegnokken,bovenaanzicht en doorsnede600/800Onthechting: I I I I I-1--+-1-1- +1--'-1 r-...J-l- -I I1I. I: 1I I I I: I II I I I I I I 1 11 1 11 1 1 I 11 I 1 11 I II I U I liJ 1 1 I L----L-"-"--MortelIndrukbaar mat.120013001a.T?T-i ,- I I 'I I I I' I I i1 I 1 1 I 1 II1 I I 1I I, IUI: I I1 I1 11 I1 \1 I 1II I I 1 1 1 1 I I I I I I 1\ II ~~=.L.r~=r -I~ - H-I{-IJ ~lf-""I~~~-?-1TVulbetonDe opleglengtevan de vloerplaten moeteen bepaalde minimale maat hebben.Hiervan uitgaande is berekend hoebreed het dammetje zal worden, indienwordt uitgegaan van de toleranties vol-gens NPR 2884 (inmiddels vervangendoor NPR 2886 'Maximaal toelaatbaremaatafwijkingen en controlemetingenvoor gebouwen. Steenachtige draag-constructies'). Hierbij zijn willekeurige(normale) verdelingen verondersteld.Bij een wanddikte van 210 mm en eenvloeroverspanning van 6 m, wordt debreedte van het dammetje dan mini-maal 50 mrn.Bij een 50 mm dammetje met sterkte-klasse B 17,5 kan deze verbinding eendakvloer en 5 verdiepingsvloeren dra-gen (toepassing bij een gebouw van 6bouwlagen met een vloeroverspanningvan 6 m).Bij eenwanddiktevan 230 mm kanvol-gens deze methode een gebouw met 10bouwlagen worden gemaakt.Details waarbij nagenoeg een vrijeoplegging ontstaatBij detail Ia (fig. 2) wordt constructiefeen goede oplossing verkregen. De ver-ticale krachten in de wand lopen niet I---'-----~------~~-.,.,...---~~---~-----__ldoor devloerplatenende negatieve mo-menten in de vloerplaten blijven be-perkt. De toegepaste nokken zijn echterkostbaar en kunnen esthetischbezwaar-lijk zijn.Bij detail Ib (fig. 3)worden de vloerpla-ten op normaal oplegmateriaal opge~legd (biivoorbeeld vilt ofneopreen).J 4 Detail Ic - vrije oplegging,Een te grootinklemmingsmomentdoor verticale belasting in de wandaanhechting van het vulbeton wordt f-------~-------____jwordt viakolonunen invoorkomen.door de koppen van de pla- 3 Detail Ib - vrije oplegging, plaatinkassingen doorgevoerdten te voorzien van een niet hechtend verticale belasting in de wand a. doorsnede direct boven de plaatmateriaal, bijvoorbeeld een folie of het wordt tussen de koppeu vau de platen b. doorsnede Abestrijken met bitumen. doorgevoerd c. doorsnede BTussen de vloerplaten en de bovenstewand wordt een indrukbaar materiaalaangebracht. De verticale krachten indewand lopen geheel via het dammetjetussen de platen.sing van een detail dient ook zorgvuldigte worden nagegaan welke eisen aan devloer worden gesteld ten aanzien vanschijfwerking en doorkoppeling. Ditkan aanleiding zijnomvan eenbepaaldedetaillering afte zien.Zeker bij toepassing van kanaalplaten inde middelhoogbouw en de hoogbouwverdient het de voorkeur, de vloer in deconstructieve samenhang van het totalevloerveld te ontwerpen.In het Stupr?-rapport is een aantal de-tailsvrij uitvoerigbehandeldengemoti-veerd. 'In het navolgende worden de hoofd-principes aangegeven.48 Cement 1990 nr. 2De onder 1,2 en 3 genoemde conclusiesgeldeninhet algemeen. Indien tocheni-ge bovenwapening in de platen wordttoegepast volgens de hierna vermeldeformule, kunnen de grenzen ruimerworden gesteld. Bovendien zijn in som-lengte hebbendataanheteindevandezestaven de voorspankracht in de platengeheel ontwikkeld is. De staven wordenin het midden van de plaatdikte aange-bracht.In figuur 6 zijn voor de rechter plaatop-legging de krachten aangegeven die eeninklemmingsmoment doen ontstaan.In de plaat werkt een dwarskracht T. Erkan ook een trekkracht F werken. Deplaat ondergaat een hoekverdraaiing. Inde bovenliggende wand is een normaal-krachtN b aanwezig, in de onderliggen-de wand een normaalkrachtNo~Nb+T.In de contactvlakken tussen plaat enwand kunnen, onder invloed van de opdeze vlakken werkende normaalkracht,wrijvingskrachten S b en S 0 ontstaan.Deze krachtenzijn altijd kleiner dan hetprodukt van de verticale belastingen ende wrijvingsco?ffici?nten.Hieruit kan het maximaal optredendenegatieve moment worden berekend.Dit moment dient dan kleiner te zijndan het breukmoment van de plaat, ge-deeld door een factor y.Indien in het geheel geen bovenwa-pening in de platen aanwezig is, wordty ~ 2,4 gesteld.T.cl,ll------r--L.I~~~-16 Detail IIa - krac:btswerkingBeperking van het aantal bouwlagenHet in figuur 5 aangegeven detail Ua isbeperkt toepasbaar. Er mag niet teveelbovenbelasting aanwezig zijn, waardoorde toepasbaarheid beperkt is tot 3 ? 4bouwlagen.Deplatenworden opgelegdop drukver-delend materiaal. De voeg tussen dekoppen van de kanaalplaten wordtopengelaten ofgevuld met steenwol. Inde voegen tussen de platenworden kop-pelstaven aangebracht, die een zodanigeDe aldus verkregen hoeveelheid boven-wapening dient dan niet als ??n ? tweezware strengen, maar als vijf? zes lichtestrengen (maximale kenm?ddellijn7,5 mrn) of staven te worden uitge-voerd.M.~..!.(17?q -1?q)?[2-L".Lj 24?, tot eggen boven de desbetreffende opleg-ging om de mate van inklemming tebeperken;- het toepassen van bovenwapening ineen in het werk te storten druk- ofaf-werklaag;- het beperken van het in het gebruiks-stadium optredende negatieve rno~ment, eventueel door het verhogenvan de voorspanning, en het treffenvan aanvullende voorzieningen in hetbezwijkstadium.Bovenwapening in dr:plaatBovenwapeningin de plaatbevordertdescheurverdeling. Indien de scheuren tengevolge van het negatieve moment ge-lijkmatig verdeeld optreden, zullen zijniet diep indeplaatdoorlopen enzal hetdwarskrachtdraagvermogen behoudenblijven.Het bovenstaande wordt afdoende ge-waarborgd, indien de bovenwapeningwordt ontworpen op een negatief mo-ment in,het bezwijkstadiurn groot:waann:q tot ~ totale belasting;qeg ~ belasting ten gevolge van heteigen-gewicht van de plaat;1 ~ overspanning.woKo elwa enin invoegenI~B5 Detail IIa - inklemming,. toepasbaar tot 3 ? 4 bouwlagenDetails waarbij een negatief in-klenuningsmoment ontstaatBij deze groep details dient ??n van devolgende maatregelen te worden ge-troffen:- het toepassen van voldoende boven-wapening in de plaat;- het beperken van het aantal bouwla-De koppelwapening bij deze detailswordtin de voegen tussen de platen ge-legd. Dit kan echterook in opengehaktekanalen die naderhand met beton wor~den gevuld.De koppelstaven dienen in de onderstehelft van de plaat te worden aange-bracht, metvoldoende lengte. Destavenmogen pas daar ophouden waar in dekanaalplaat volledige voorspanningaanwezig is, dus voorbij het over-drachtsgebied. Dit overdrachtsgebied isbij 3/8" strengen ongeveer 500 mm enbij 1/2" strengen 750 mmoEen nadeel van deze oplossing is de re-ductievan de dwarskrachtcapaciteitvande platen als gevolg van de inkassingen.Er zal moeten worden nagegaan ofdezereserve in de platen aanwezig is.Staat de dwarskrachtsterkte van de pla-ten toe dat de oplegging met de helftwordt gereduceerd (kolommen 600mm breed), dan kan volgens .deze me-thode een woongebouw tot circa 13bouwlagen worden gemaakt (vloer-overspanning 6 m).Bij detail Ic (fig. 4) heeft de opleggingvan de platen niet over de volle plaat~breedte plaats. In de platen worden in-kassingen gemaakt. De platen wordenter plaatse waar geen inkassingen zijnopgelegd op neopreen ofvilt.De inkassingen dienen rondom te wor-den voorzien van een materiaal datvoorkomt dat het vulbeton aan de pla-ten gaat hechten, bijvoorbeeld het be-plakken met folie ofpapier.De voeg van vulbeton hoeft alleen terplaatse van de gestorte kolommen teworden aangebracht. Hiertussen dientde voeg te worden opgevuld met eenvervormbaar materiaal.Uit berekeningen worden de volgendeconclusies getrokken voor de opleggingvan kanaalplaten zonder bovenwa-pening:1. Indien geen oplegmateriaal onder devloerplaten is toegepast, ofin hetge-val dat de vloerplaten in specie zijngelegd, kunnen boven de desbetref-fende oplegging ??n bouwlaag eneen zolder worden gerealiseerd.2. Indien devloerplaten op 8 mmhaar-vilt van goede kwaliteit (wrijvings-co?ffici?nt~ 0,15) worden opgelegd(B infig. 5), kunnen boven de desbe-treffende oplegging twee bouwlagenworden gerealiseerd.3. Indien bij de oplegging genoemdonder 2 ook de wand boven de vloerop 8 mm haarvilt wordt geplaatst (.Ainfig. 5), kunnen boven de desbetref-fende oplegging drie bouwlagenworden gerealiseerd.r-~~~~~~~~~~~~~~-r~~~~~~~~~~~~~~"-l Deconclusiezoals genoemd onder 1be...:.vestigt de praktijkervaring. De genoem-de oplegging wordt al jarenlang in depraktijk toegepast, zonderdatten gevol-ge van een toevallige inklemming scha-de is ontstaan.Cement 1990 nr. 2 49IWONINGBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP I_D_E_TAIL_.~ ~~_1 !/J 16; 2 er laatOpen gemaakt kanaalevuld met beton.....\ ---'...:75"'0-----+7Detail IIb - inklemming,bovenwapening in de druklaag 8Detail IIc - inklemming, aanvullende voorzieningen inhet bezwijkstadiul11mige gevallen de relevante eigenschap-pen, zoals een bepaald type kanaalplaatof de optredende belastingen zodanig,dat de bij 1,2 en 3 gestelde grenzen nietonbelangrijkkunnenwordenverhoogd.De formule voor deze hoeveelheid bo~venwapening is gebaseerd op de voor-waarde, dat de spanningstoename in hetstaal, na hetscheurenvan het beton, nietmeer dan 300 N/mm2mag zijn (beper~king scheurwijdte). In dat geval wordthetverantwoord geachtom voorde fac-tor 'Y ~ 1,7 aan te houden in plaats van2;4.De hoeveelheid bovenwapening dientte worden bepaald uit:W? fbA ~ -----,-~------:----=----~(300 + op) . 0,9 . hwaarin:A ~ benodigde hoeveelheid staal inmm2;op ~ aanwezige spanning in het staalin N/mm2ten gevolge van devoorspanning, op eenafstand ge-lijk aan de nuttige plaathoogtevanuit de dag van de oplegging;W ~ weerstandsmoment van de plaatinmm3;f b ~ rekenwaarde voor de treksterktevan het beton in N/mm 2;h ~ nuttige plaathoogte in mmoBovenwapenin$,in druklaagBij detail Hb (fig. 7)wordt de in de plaatontbrekende bovenwapening in hetwerk aangebracht. De wapening voor-komt het ontstaan van ??n grote scheurdirect naast de oplegging en zorgt voorverdelingvan eventuelescheurvorming.Bovendien worden de taaiheid en hetincasseringsvermogen van de verbin~ding sterk verbeterd.Het aanbrengen van een druklaag is vrijkostbaar. Een alternatiefis om de druk-laag tevens tegebruikenals bouwkundi~ge afwerklaag. De werkmethode dientdan zodanig te worden aangepast dat dewapening en sterkteklasse in deze laagvoldoen aan de te stellen eisen.50De hoeveelheid bovenwapening kanworden bepaald uit de reeds gegevenformule:waann:q tot ~ totale belasting;qeg ~ belasting ten gevolge van het ei~gen~gewichtvan de plaat;I ~ overspanning.De bovenwapening dient gelijkmatigverdeeld te worden aangebracht.Beperking inklemmingsmoment in ge~bruiksstadium, aanvullende voorzieningenin bezwijkstadiumBij de detaillering volgens detail Hc (fig.8) is de volgende benaderingswijze ge~volgd:~ in de gebruikstoestand mag een nega-tief moment geen scheuren directnaast de oplegging veroorzaken;~ de vereiste veiligheid bij bezwijkendient op een andere wijze te wordenverkregen, waarbij eventueel welscheuren en grote vervormingen mo-gen optreden.In de gebruikstoestand, 'Y ~ 1, werkt dekanaalplaat over het algemeen nog alsongescheurde, voorgespannen plaat.De optredende hoekverdraaiing bij eenvrije oplegging is beperkt. De voorge~spannen plaat gedraagt zich in dit stadi-um vrij stijf Daardoor is ook het nega~tieve momentbij eenoplegging, waardevervorming wordt verhinderd, beperkt.Omdat in de gebruikstoestand geenscheuren mogen optreden, dient eenmarge te worden aangehouden tussenhet optredende moment en het scheur~moment.Bij hogere belastingen of bij grotereoverspanningen kan het daarom nodigzijn de voorspanning extra te verhogen.Bij de rekenwaardevande belasting,'Y ~1,7, zal de voorgespannen kanaalplaatinhet veld sterk gescheurd en gekromdzijn. De hoekverdraaiing die wil optre-den bij de oplegging, is daardoor groot,waardoor het negatieve moment in hetgevalvan eeninklemminggrootzal zijn.Een goede methode Omdeveiligheid bijbezwijken te waarborgen is het aan-brengen van wapeningsstaven in deknoop, en hiermee de platen door tekoppelen (kettingwerking).De staven dienen om de vloerplaten 'opte hangen', nadat de platen zodanig zijngescheurd dat het dwarskrachtdraag~vermogen teveel is gereduceerd.Uit proeven is gebleken dat voor platenmet een breedte van 1,20 m, bij een nor-maal gebruikelijke overspanning tot7,20 m, twee gladde staven 0 16 (FeB220 ofFe 360) per plaat moeten wordenaangebracht. De staven zijn voorzienvan een haak aan het uiteinde.Dit is teveel wapening om in de voegtussen de platen aan te kunnen brengen.Ze dienen daarom te worden aange~bracht in opengehouden kanalen, dieworden gevuld met beton van goedekwaliteit.Bij platen die aan beide zijden zijn inge~sloten door andere platen, kan wordenoverwogen om ??n staafin een openge~houden kanaal aan te brengen, en ??nstaaf in de voeg tussen de platen. Dezevoeg dient dan zeer zorgvuldig te wor-den gevuld en aangestampt.Literatuur1. Stupr?-rapport 'Oplegging van ka-naalplaten in voorgespannen beton opwanden'. Betonvereniging, Gouda,1989.Cement 1990 nr. 2
Reacties