Het constructief ontwerp van een appartementengebouw in Groningen moest door de recente aardbevingen opnieuw worden bekeken. De voorziene stabiliteitsconstructie bleek niet meer te voldoen. Daarom is gekozen voor tunnelgietbouw met stijve knopen. Voor de analyse is gebruikgemaakt van een eindige-elementenpakket. Auteurs:ing. Robert Hulzebos RC (Ingenieursbureau Ritsma)
themaTunnelgietgebouw dankzij aardbevingen2201556themaTunnelgietbouwdankzijaardbevingen1Appartementencomplex Groningen onderzocht op aardbevingsbelastingTunnelgietgebouw dankzij aardbevingen 22015 5755Voorgevel Achtergevel2.pdf 1 17-03-15 13:452.pdf 1 17-03-15 13:452.pdf 1 17-03-15 13:5855Voorgevel Achtergevel2.pdf 1 17-03-15 13:452.pdf 1 17-03-15 13:452.pdf 1 17-03-15 13:58Het constructief ontwerp van een appartementen-gebouw in Groningen moest door de recente aard-bevingen opnieuw worden bekeken. De voorzienestabiliteitsconstructie bleek niet meer te voldoen.Daarom is gekozen voor tunnelgietbouw met stijveknopen. Voor de analyse is gebruikgemaakt van eeneindige-elementenpakket.De aardgaswinning uit het Groningenveld gaat gepaard metsteeds frequentere aardbevingen die in intensiteit lijken toe tenemen. Ook het gebied waar de aardbevingen plaatsvinden lijktgroter te worden. Zo was er eind september 2014 een aardbe-ving nabij de stad Groningen van 2,8 op de schaal van Richter.Deze beving was de reden om een nog te realiseren nieuw-bouwpand in de binnenstad van Groningen opnieuw te latendoorrekenen, nu inclusief aardbevingsbelasting. Hierbij is hetconstructieve ontwerpproces op een aantal onderdelen structu-reel anders benaderd.Locatie en bouwkundig ontwerpAan de Havenstraat 5 in Groningen wordt een tweelaagsgebouw vervangen door een nieuw appartementencomplex, datextra ruimte biedt aan bewoning (fig. 2 t.m. 4). De huidigebebouwing voldeed niet meer aan de hedendaagse eisen enbleek niet geschikt voor verbouw of uitbreiding, onder meerdoor de krappe opzet van de Groninger binnenstad. Hetnieuwe pand is een appartementengebouw van vijf lagen dat opde volle kavel wordt gebouwd, om zo de ruimte volledig tebenutten. Er wordt tussen twee bestaande panden in gebouwd,wat betekent dat enkel de voor- en achtergevel beschikbaar zijnvoor daglichttoetreding. In het midden van de plattegrond zijnde natte cel en het trappenhuis gesitueerd. Aan de achterzijde isbuitenruimte gecre?erd met balkons.Oorspronkelijk constructief ontwerpIn het oorspronkelijke gebouw is ten behoeve van de langssta-biliteit aan beide zijden een lange bouwmuur aanwezig. Doorde eisen aan daglichttoetreding zijn de voor- en achtergevel ineen open structuur ontworpen. Hierdoor konden deze gevelsniet worden benut als stabiliteitsvoorziening in dwarsrichting.In dit ontwerp is ervoor gekozen om de dwarswanden van denatte cellen en het trappenhuis in beton uit te voeren. Onder desituatie met windbelasting waren deze betonwanden voldoendeom de stabiliteit in de dwarsrichting te waarborgen. De vloerenbestonden vanwege geluidweringseisen uit breedplaatvloerenen de fundering bestond uit een balkenrooster met boorpalen.Het ontwerp is eind 2014 opnieuw onder de loep genomenwegens de toenemende vraag over constructieve veiligheidtijdens en na een aardbeving. Uit de analyse van het gebouwonder aardbevingsbelasting kwam naar voren dat de stabili-teitswanden onvoldoende capaciteit kunnen leveren om dezebelasting te kunnen weerstaan. De resulterende horizontaal-krachten ten gevolge van aardbevingsbelasting bleken dusdanigveel groter dan de horizontale krachten ten gevolge van wind-belasting, dat de stabiliteit volledig opnieuw moest wordenbeschouwd.Aardbevingsbestendig constructief ontwerpOm het gebouw met aardbevingsbelasting te analyseren, moesthet ontwerp op een aantal karakteristieken worden gecontroleerdconform de ontwerpaanbevelingen genoemd in Eurocode 8:1. Er moet een duidelijke en directe structuur van belasting-afdracht zijn. Het modelleren, analyseren, dimensioneren endetailleren van eenvoudige constructies geeft dan minderonzekerheden en de voorspelling van het gedrag van deconstructie tijdens een aardbeving is betrouwbaarder. Verdermoet de plattegrond gelijkmatig zijn, wat bijvoorbeeld bete-kent dat de stabiliteitswanden in beide richtingen evenwich-tig moeten zijn verdeeld. In de vloerschijven mogen geengrote vides aanwezig zijn. De gelijkmatigheid geldt tevensvoor het materiaalgebruik en de verdeling van de belastingen.Uniformiteit van de gehele constructie is van belang.ing. robert Hulzebos rCIngenieursbureau Ritsma1 Impressie Havenstraat met ontwerpvoorstel2 Voor- en achtergevel van het appartementen-gebouwbron fig. 2 t.m. 4: Groninger Architectenvoorgevel achtergevel2themaTunnelgietgebouw dankzij aardbevingen22015583 Begane grond4 1e t.m. 4e verdiepingwand op de begane grond ten opzichte van de verdieping,wordt niet geheel voldaan aan het principe van uniformiteit endirecte belastingafdracht naar de fundering. Er is kans optorsie-effecten doordat het centrum van de stijfheid niet nabijhet massazwaartepunt van het gebouw ligt. De mogelijkhedenvoor plaatsing van stabiliserende elementen zijn beperkt, waar-door de stabiliserende dwarswanden onvoldoende capaciteitkunnen leveren.Om deze reden moest de constructieopzet van het gebouwworden gewijzigd en is in de dwarsrichting gekozen voor hettunnelgietbouwsysteem. De langswanden en de vloeren wordendaarbij in ??n arbeidsgang in beton gestort, waardoor dedwarsstabiliteit kan worden verzorgd door portaalwerking vande wanden en vloeren. De binnenwanden worden hierdoorsecundaire constructies die geen aandeel meer hebben in destabiliteit. De fundering is gewijzigd naar een balkenroostermet meer tussenbalken om de horizontale krachten goed tekunnen verdelen.2. De fundering moet gelijkmatig zijn en zo weinig mogelijklosse onderdelen hebben. De stabiliserende constructie-elementen moeten goed zijn gefundeerd en de lengte vanstroken of balken moet beperkt worden gehouden. Zo nodigkunnen koppelstroken of koppelbalken worden toegepast omdit te kunnen bereiken.3. Constructies die worden gebruikt ten behoeve van de sterkteen stijfheid van het gebouw, worden gezien als primaireconstructieonderdelen. De overige onderdelen (bijvoorbeeldniet-dragende wanden) zijn secundair. Deze onderdelenhebben geen constructieve functie, maar moeten wel zichzelfin stand houden tijdens en na een aardbeving. Dit betekentdat er aandacht moet worden besteed aan goede koppelingenmet de hoofddraagconstructie en het gedrag van deze onder-delen tijdens de verplaatsingen van het gebouw.Aan de hand van deze punten is het constructief ontwerpopnieuw bekeken. Gezien de plaatsing van de stabiliteitswan-den in de plattegrond en de verschuiving van een stabiliteits-400 4700 1100 100 1600 70 3706 400 182018952052400 2200 100 1300 100 7576 400 172442954633360012 07612 07643015034301503430A8,2 m28,0 m2 22,7 m29,9 m23,4 m2Postopstelplaats liftA400 3100 100 2600 100 1600 70 3706 400 1315 409129515001600253818952122701895200430150343015034304,1 m23,4 m25,3 m223,7 m212,2 m2WMWD34Tunnelgietgebouw dankzij aardbevingen 22015 595 3D-schijven- en liggerstructuurbron fig. 5 en 6: AxisVM6 3D-materiaalstructuur7 Contourplot grondversnellingen ag;ref[*g m/s2] op maaiveldingevoerd (fig. 5 en 6). Ook de fundering is in het model mee-genomen. De massa moet vrij exact worden bepaald om de juisteresultaten te verkrijgen uit de bepaling van de eigenfrequenties.Vier analysemethodenConform Eurocode 8 zijn er vier verschillende methoden omde constructie te analyseren. Dit zijn:a. lateral force method of analysis (lineair)b. modal response spectrum analysis (lineair)c. non-linear pushover analysisd. non-linear time-history dynamic analysisDe Eurocode geeft een handreiking om te komen tot de juistekeuze in welke methode kan worden gebruikt. De lateral forcemethod of analysis mag alleen worden gebruikt als het trillings-gedrag van het gebouw binnen het in Eurocode 8 bepaaldemaximum blijft, zodat uitsluitend de basistrillingsvorm in reke-ning hoeft worden gebracht. Dit geldt onder andere voorgebouwen die een symmetrische structuur hebben, niet hogerzijn dan 10 m en goede verdeling van de horizontale krachtenvia de vloeren kunnen hebben. Er kan dan met relatief eenvou-dige mechanicamodellen worden gerekend.Gelden de voorgaande voorwaarden niet, dan moet de analyseworden uitgevoerd met de methode modal response spectrumanalysis. Deze methode gaat uit van een combinatie vanverschillende trillingsvormen. Door een gedefinieerd respons-spectrum worden de spanningen in de constructie berekend,ModelleringHet gebouw moet in de eerste plaats op de juiste wijze wordengemodelleerd. Dit is gedaan met behulp van het geavanceerde3D-EEM-programma AxisVM. Dit programma bevat eenmodule voor aardbevingsanalyse, die tijdens de ontwikkelinguitvoerig is getest en geverifieerd met bewezen internationale3D-EEM-software.Bij modellering van het appartementencomplex is de primairestructuur als schijven en de secundaire structuur als belasting75 6themaTunnelgietgebouw dankzij aardbevingen22015608 Elastisch responsspectrum (dimensieloos)9 Overzicht parameters responsspectrum conform [1]die de trillingen veroorzaken tijdens optredende aardbevings-belasting.Complexe constructies kunnen met de laatste twee niet-lineairemethoden worden berekend. Dan wordt bijvoorbeeld ook plas-tisch gedrag van de constructie in rekening gebracht, waarbijmede wordt gerekend aan de verschillende stijfheden voor enna het elastische gedrag.Modal response spectrum analysisHet gebouw aan de Havenstraat is ongeveer 15 m hoog en heefteen dusdanige geometrie dat de lateral force method of analysisniet kan worden toegepast. Dit betekent dat de analyse van hetbouwwerk wordt uitgevoerd met de methode modal responsespectrum analysis. Hierbij worden eerst de eigenfrequentiesvan het gebouw berekend, waarmee vervolgens de krachtenworden berekend.Omdat de situatie in Groningen (ge?nduceerde aardbevingen,slappe kleibodem) dusdanig anders is dan in gebieden waartektonische aardbevingen plaatsvinden, kunnen de waarden uitEurocode 8 niet een-op-een worden overgenomen. Eurocode 8geeft immers enkel waarden voor tektonische aardbevingen. Inplaats van Eurocode 8 is gebruikgemaakt van het NEN InterimAdvies [1], aan de hand waarvan wel kan worden gerekend aangebouwen in het bewuste aardbevingsgebied. In dit advies zijngrondversnellingen en het bijbehorende responsspectrum vast-gelegd (fig. 7). Dit responsspectrum wijkt dus af van dewaarden genoemd in Eurocode 8.Berekening GroningenDe uitgangswaarden voor de Havenstraat te Groningen zijn alsvolgt bepaald:De grondversnelling ag;ref= 0,22g m/s2(conform fig. 7)De belangrijkheidsfactor 1= 1,91 (grenstoestand NC; CC2conform [1])Ontwerpwaarde ag= ag;ref 1= 0,22g 1,91 = 0,42g m/s2= 4,116m/s2De gedragsfactor q = 3,6 1,33 = 4,8 (conform [1]: NEN-EN1998-1:2004 tabel 5.1 constructietype concrete frame system)De parameters voor het horizontale elastische responsspectrumstaan in tabel 1. Dit alles geeft als bovenwaarde van het elastischresponsspectrum:Sd= ag S (2,8/q) = 4,116 1,0 (2,8/4,8) = 2,401.Enkele berekeningsresultaten staan in figuur 10 t.m 12.( )( )( )( )B d gBB C d gCC D d gC DgdD 22,80 : 1 12,8:2,8:2,8:TT T S T a . S .T qT T T S T a . S .qTT T T S T a . S . .q TT TT T S T a . S . .q T = + . - = = =( (TbTcTdTSe/agS2,5 S89Tunnelgietgebouw dankzij aardbevingen 22015 6110 Weergave verplaatsingen (mm)11 Weergave momenten myD-12 Weergave momenten myD+Tabel 1 Parameters voor het horizontale elastische responsspectrum in Groningenbodemtype S TB[s] TC[s] TD[s]Groningen 1,0 0,1 0,35 0,7Intensief overlegUit de eerste analyse bleek dat de dwarswanden niet voldoendewaren om de dwarsstabiliteit te kunnen waarborgen met deberekende aardbevingsbelastingen. De tunnelconstructie istoegepast en het model is vervolgens opnieuw doorgerekend.Deze wijziging was ingrijpend voor de bouwkosten en deuitvoeringsmethode. Dit betekende dat er tijdens het bouwpro-ces intensief overleg nodig was tussen constructeur, opdrachtge-ver en aannemer. Hierbij moest ook rekening worden gehoudenmet randvoorwaarden zoals brandwerendheid, geluidwering,ruimte op de bouwplaats, afzetten van straten tijdens de bouwenzovoort.In zijn algemeenheid geldt dat de grote hoeveelheid aan rand-voorwaarden en variabelen plus de aandacht die moet wordenbesteed aan het uitdetailleren van de constructie, veel extrainspanningen vergt om een gebouw aardbevingsbestendig temaken. In dit artikel is enkel het voortraject van de engineeringbesproken; bij de uitwerking komt zeker net zo veel kijken. Hetis van groot belang dat iedereen zich hiervan bewust is. Deconstructeur moet in gesprek blijven met de verschillendepartijen die met het realiseren van een aardbevingsbestendigbouwwerk hebben te maken. Constructeurs moeten hier eenleidende rol in nemen. Evenzo is het belangrijk dat construc-teurs met elkaar in gesprek komen om kennis en ervaringen tedelen. Alleen dan kunnen de juiste keuzen worden gemaakt omde aardbevingsproblematiek te lijf te gaan. Literatuur1 NEN Interim Advies, Voorlopige ontwerpuitgangspunten voor nieuw-bouw en verbouw onder aardbevingsbelasting ten gevolge van degaswinning in het Groningenveld, 15 mei 2014.2 NEN-EN 1998-1:2005 Eurocode 8 - Ontwerp en berekening van aard-bevingsbestendige constructies - Deel 1: Algemene regels, seismi-sche belastingen en regels voor gebouwen. ProJeCtgegeVenSproject Appartementen Havenstraat 5, Groningenopdrachtgever Woldring Verhuur, Groningenarchitect Groninger Architecten, Groningenconstructeur Ingenieursbureau Ritsma, Stadskanaalaannemer Bouwonderneming Gebroeders Benus BV, Musselkanaal10 11 12
Reacties
H. van der Molen - . 09 november 2017 14:53
Geachte mevrouw, meneer, is het mogelijk om dit artikel te kopen ????? www.cementonline.nl/artikel/tunnelgietbouw-dankzij-aardbevingen