O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB erekeningcement 2006 474H u i d i g e s i t u a t i eBijzondere belastingen wordengekenmerkt door onvoorspelbaar-heid: een onbekende (maar kleine)kans van optreden en een onbe-kende grootte. Een aantal van dezebelastingen komt relatief vaakvoor en is in redelijke mate tegrijpen door een representatievebelastinggrootte, zoals aanrij-dingsbelastingen, explosies en(waar van toepassing) aardbevings-belastingen. Wanneer deze belas-tingen relevant zijn met betrek-king tot de omgeving van hetgebouw en de wijze van gebruik,schrijft de norm voor hoe deze inrekening moeten wordengebracht.Bij een handvol bijzondere belas-tingen houdt het echter wel op. Decategorie is eindeloos en zelfs hetbezwijken van een element in deconstructie als gevolg van een bij-zondere belasting is op zichzelfweer als bijzondere belasting aante merken. De Nederlandse norm,net als veel buitenlandse, stelt datze nooit allemaal te voorzien zijn,en dat dientengevolge schade aande constructie wellicht onvermij-delijk is bij optreden ervan. Eis isdan wel dat "het bezwijken vaneen onderdeel van de constructieniet leidt tot een onevenrediggrote schade", ofwel tot een voort-schrijdend bezwijken (foto 1).Het is de summiere en dubbelzin-nige manier waarop deze robuust-heidseis in de Nederlandse normstaat vermeld, die oorzaak is vaneindeloze en gepolariseerde dis-cussie over wat nu precies eenafdoende mate van robuustheid is:moet elk willekeurig element ineen constructie kunnen verdwij-nen zonder dat het gebouwinstort? En hoe moet `onevenrediggrote schade' dan worden gedefi-nieerd? De oorspronkelijkegedachte achter de normtekst is indeze discussie allang naar de ach-tergrond verdwenen.E u r o c o d e : n o r m i n d em a a kOp Europees niveau wordt op ditmoment gewerkt aan opvolgingvan verschillende nationalenormen, waaronder de Neder-landse. De draftversie van de Euro-pese norm die het omgaan metbijzondere belastingen beschrijft,kiest een insteek die breekt metveel nationale tradities: de normhanteert weliswaar een equivalentvan de in Nederland gebruikte vei-ligheidsklassen (zogenoemde Con-sequences Classes), maar voorgebouwen in de hoogste van dieklassen (zoals hoogbouwconstruc-ties), schrijft de Europese normhet uitvoeren van uitgebreiderisico-analyse voor (fig. 2). Dezemoet een breed beeld geven vande gevaren met betrekking tot deintegriteit van de constructie, ende grootte van daarmee samen-hangende risico's (gedefinieerd alskans x gevolg).Op basis van deze beschouwing ishet mogelijk ge?dentificeerde engekwantificeerde risico's af tewegen tegen een kader van accep-tabele risico's. Risico's die te grootzijn, moeten tot een acceptabelniveau worden teruggebracht metmaatregelen van constructieve,preventieve of organisatorischeaard. Het gaat hier dus niet alleenom technische oplossingen, zoalshet vergroten van verbindingsca-paciteit of het versterken vanbepaalde elementen. Alternatievenkunnen bijvoorbeeld zijn hetbeschermen van gevoelige con-structieonderdelen of het cre?renvan beperkte toegang tot bepaaldeRisico-analyses voor constructieveveiligheid hoogbouwir. R.C. Siersma, Tebodin Consultants & Engineers*)Meer dan bij laagbouw is er bij hoogbouwconstructies vaak grote aandachtvoor samenhang in de draagconstructie. Het gezichtsbepalende karakter vandeze gebouwen, de gevoeligheid voor bijzondere belastingen en de potenti?legevolgen van het optreden ervan maken het omgaan met deze belastingeneen belangrijk aspect van het ontwerp. Voeg daarbij de onduidelijke wijzewaarop de huidige Nederlandse norm een voldoende robuust ontwerp defini-eert, en het onderwerp is meer dan ooit actueel. Deze actualiteit geldt echterniet alleen voor Nederland: op Europees niveau is een norm in ontwikkelingdie voor dit type gebouw een heel andere benadering voorschrijft.*) De in dit artikel beschreven materie was onderwerp van het afstudeeronderzoek van ir. R.C.Siersma aan de TU Delft, faculteit CiTG. Zijn begeleiders hierbij waren: prof.dipl.-ing. J.N.J.A.Vambersky?, prof.ir. L.A.G. Wagemans, prof.ir. A.C.W.M. Vrouwenvelder en ir. A.F.R.M. Engels(DHV Bouw & Industrie).1 |Wellicht het bekendstevoorbeeld vanprogressive collapse:instorting van RonanPoint, Londen, in 19682 |Weergave van de door deEurocode voorgestelderisico-analyse in eenstroomschemadefinition of scope and limitationsqualitative risk analysis? source identification? hazard scenarios? description of consequences? definition of measuresrisk evaluationrisk treatmentrisk acceptancerisk communicationquantitative risk analysis? inventory of uncertainties? modeling of uncertainties? probabilistic calculations? quantification of consequences? risk estimationreconsideration? scope and assumptions? mitigating measuresO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB erekeningcement 2006 4 75gebouwonderdelen, zodat elemen-ten ?berhaupt aan die belastingenniet worden blootgesteld. Hiervoordoet de norm enkele suggesties.Deze insteek maakt nader onder-zoek van de Eurocode-aanpak bui-tengewoon interessant. Hoewelrisico-analyse in de natte civieletechniek niet nieuw is, is het dat? toegepast op gebouwconstruc-ties ? wel degelijk. Twee verken-nende case-studies op hoogbouw-constructies, uitgevoerd in hetkader van een afstudeeronder-zoek, hebben duidelijk gemaaktwat de implementatie van dezenieuwe aanpak voor de praktijkbetekent, en wat de voor- ennadelen ervan zijn.C a s e s t u d i e sEen risicobeschouwing van eengebouw gaat veel verder dan alleenhet (constructief) ontwerp. Buitenhet ontwerp dienen ook zaken teworden beschouwd als:? de omgeving van het gebouw(infrastructuur, andere functies,andere bebouwing enz.);? het soort gehuisveste functie,toegankelijkheid van hetgebouw en de aard van hetgebruik. Bepaalde functieskunnen immers risico's aantrek-ken of groter maken (bijvoor-beeld overheidsgebouwen) of degevolgen van een bijzonderebelasting be?nvloeden (zieken-huizen en hoogbouw, bijvoor-beeld, zijn lastiger te evacue-ren);? de wijze van uitvoering;? moet het gebouw als `icon struc-ture' worden beschouwd? (denkaan het WTC in New York);Bovenstaande aspecten wordenuitgebreid gedocumenteerd en,samen met een beschouwing vanhet constructief systeem, ver-werkt in een te kiezen analyseme-thode. De in deze studiegebruikte methode is Fault TreeAnalysis (fig. 3, 4): bij dezemethode wordt het falen van eensysteem (in dit geval: bezwijkenvan de constructie) ontleed doorbelastinggrootte, de huidige pro-blemen omtrent formulering vaneisen aan robuustheid wordenomzeild (wat is een element,hoeveel schade is onevenredig).Gevaren en risico's worden onder-kend en afgewogen in een alge-meen kader van wat aanvaardbaaris en wat niet.De analyse levert bovendien eenintegriteitsbeschouwing voor ??nspecifiek gebouw en daarmee ookde basis voor een op maat gemaaktpakket aan maatregelen ter verho-ging van de robuustheid, veelbeter toegesneden op dat speci-fieke gebouw dan een norm in dehuidige vorm kan.Door de generieke en gestructu-reerde werkwijze assisteert het inhet vroeg identificeren en adresse-ren van relevante gevaren. Wilmen hier zo goed mogelijkgebruik van maken dan spreekthet voor zich dat risico-analyse eendoorlopend proces moet zijntijdens totstandkoming van bouw-werken: eerder onderkennen vangevaren betekent eerder kunnennadenken over een oplossing omhet bijbehorende risico te verklei-nen. Dit zal leiden tot goedkopereen effici?ntere aanpassingen (con-ceptueel in plaats van in de detail-lering) om de robuustheid van eenontwerp aan te pakken.telkens op een gedetailleerder(lager) niveau te zoeken naar(combinaties van) oorzaken vandat bezwijken. Zo ontstaat eenboomvormig diagram datbezwijkpaden laat zien, enwaaruit waardevolle informatiekan worden afgeleid.Een risico-analyse laat duidelijkbezwijkmechanismen zien en dewijze waarop het falen van het eneelement het falen van het anderekan inluiden; op deze manierbrengt het ook de gevoeligheid vaneen ontwerp voor voortschrijdendeinstorting aan het licht (fig. 5).De methode identificeert een grotegroep bijzondere belastingen, inde breedste zin van het woord, diezo'n mechanisme in gang kunnenzetten: dit varieert van aanrijdin-gen tot specifieke verborgengebreken, en van ongevallen totkwade wil en grove nalatigheid.Die gevaren kunnen opgeslotenliggen in de activiteiten van nage-noeg alle partijen die betrokkenzijn bij uitvoering en exploitatievan een gebouw: opdrachtgever,architect, constructeur, aannemer,bewoner enz. Daarom moet nietuitsluitend ??n partij zich metzo'n analyse bezighouden: veilig-heids- en risicobewustzijn moeteneen zorg zijn van alle in het bouw-proces betrokken partijen, om risi-co's het meest effici?nt te adresse-ren. Een risico laat zich immershet best mitigeren door de partijdie er de meeste invloed op heeft:uitvoeringsfouten door de aanne-mer en risico's voortvloeiend uithet gebruik door bewoner ofbeheerder.Dit alles stelt hogere eisen aan decommunicatie tussen de verschil-lende partners in het bouwproces.Het is duidelijk dat contractvor-men die zich kenmerken doorintegratie van activiteiten en par-tijen zich beter hiervoor lenen dande traditionele vormen.Een groot voordeel van de Euroco-destrategie is, dat juist doorgevaren uit te drukken in risico'sin plaats van een representatieve3 |Voorbeeld van een sim-pele Fault Tree: `basicevents' leiden langs ver-schillende gebeurtenis-sen tot `system failure'systemfailurefailurecomponent 1failurecomponent 2basicevent6basicevent1basicevent3O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB erekeningcement 2006 476Tot slot: onvermijdelijk nadeel isnatuurlijk de tijdrovendheid vanhet uitvoeren van een risico-analyse. Daar komt bij dat risico-analyse, in de voorgestelde vorm,nog weinig op gebouwconstructiesis toegesneden. Op dit moment ishet bekende materie voor specia-listen op het gebied van probabilis-tiek: het staat echter ver van dedagelijkse bezigheden van de con-structeur, die terughoudend zalzijn zoiets te gaan gebruiken alsde voordelen ervan niet evidentzijn.U i t d a g i n gDe mogelijkheden voor praktischetoepassing van de Eurocodestrate-gie ten aanzien van bijzonderebelastingen, als echte vervangingvan de huidige norm, zijn op ditmoment beperkt. Normklaar is hetnog niet: daarvoor is het te gene-riek en biedt het te weinig houvastvoor toepassing op concretegebouwen.Het is echter wel een krachtighulpmiddel en nuttige aanvullingop de huidige norminhoud. Hetkan uitkomst bieden juist in diegevallen waarin men nu met dehanden in het haar komt te zitten,met betrekking tot de uitleg van dehuidige norm. Het richt de aan-dacht voortdurend op construc-tieve veiligheid en gevolgen vankeuzes die in het ontwerpprocesworden gemaakt.De uitdaging is om op twee fron-ten een verandering in gang tezetten: het algemene, weinig opgebouwconstructies toegesnedenkarakter van deze risico-analysemoet in een meer concrete en ver-simpelde vorm worden gegoten,die de toepasbaarheid in de dage-lijkse praktijk ten goede komt. Departijen (alle partijen!) in hetbouwproces moeten meer veilig-heid- en risicogeori?nteerd gaandenken en verder kijken dan deletterlijke tekst van de norm. Alsdit wordt gekoppeld aan een beterhanteerbare vorm van risico-analyse, dan heeft dit instrumentgrote potentie. n5 |Schematische voorstel-ling van een bezwijkme-chanisme. Wanneer deconstructie onvoldoenderobuustheid bezit, kanhet optreden van een bij-zondere belasting groteschade veroorzaken:1. bijzondere belasting:bezwijken vloer, wegval-len horizontale onder-steuning kolommen2. bezwijken van kolom-men3. wegvallen ondersteu-ning vloer4. instorten van ??nvloer, overschrijdingdraagkracht vloer daar-onder5. voortschrijdendeinstorting over meervloerenfailure of 2columnsfailure of 2columnsprecast floorfailurecore failurefailure of verticalsupportfailure of 2columnsfailure of supportof columnsfailure of cast-in-place floorfailure of basementstructure outer wallsequential overload:failure of column dueto failure other columnfailure ofcolumns1 a/b234collective highsollcitationcollective lowresistancecollectiveoverloadfloor failureS > Rsollicitation higherthan anticipatedfailure of 3 fa?a-de elementsfailure of 2beamsloss of sufficientfloor supportcollapse of onestoreylower floor cannotsustain dynamic loadresistance lowerthan anticipatedresistance lower thananticipatedsollicitation higherthan anticipatedcollapse of floor systemover full heightfailure of sufficient??? supportloss of horizontalsupport: failure ofcast-in-place floorfailure of columnssequential overload:failure of column due tofailure other columncollective overloadcollective lowresistancecollective highsolicitationloss of verticalsupport: failure of2 columnsfailure of verticalsupportfailure of supportof columnsfailure of horizon-tal supportfailure of cast-in-place floorfailure of basementstructure outer wallprecast floorfailurefailure of hori-zontal supportF F(1) (2) (3) (4)x(5)x8.9.10.11.12.13.4 |Fragment uit Fault Treediagram voor hoogbouw-constructies; de rode lij-nen geven verschillendebezwijkmechanismenaan