c u R rappen 92-8 Europese regelgeving voor metselwerk vergelijking rekenregels en rekenvoorbeeld

Transcriptie

1 c u R civieltechnisch centrum uitvoering research en regelgeving stichting voor de technische wetenschappen rappen 92-8 Europese regelgeving voor metselwerk vergelijking rekenregels en rekenvoorbeeld

2 postbus AK Gouda CU postbus GA Utrecht 92-8 EUROPESE REGELGEVING VOOR METSELWERK Vergelijking rekenregels en rekenvoorbeeld Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving Stichting voor de Technische Wetenschappen

3 De CUR en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in deze publikatie vervatte gegevens. Deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvan het risico. De CUR sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. Het overnemen (van delen) van deze uitgave is slechts toegestaan met als bronvermelding "Rapport 92-8 "Europese regelgeving voor Metselwerk. Vergelijking rekenregels en rekenvoorbeeld", CUR Gouda.

4 VOORWOORD Naar aanleiding van de toegenomen behoefte aan meer kennis over het gedrag van gemetselde constructies werd in 1989 de onderzoekcommissie C 76 "Stuurgroep constructief metselwerk" ingesteld. De taak van deze commissie is het programmeren van onderzoek op het gebied van metselwerkmechanica. In 1990 is werkgroep 1 "STW-gebruikerscommissie Vekemans" van onderzoekcommissie C 76 ingesteld. De werkgroep heeft tot taak het begeleiden van het exploratieve onderzoek naar constructieve ontwerpmethoden voor gestapelde constructies, dit onderzoek wordt door STW gesubsidieerd. Vooruitlopend op de eindrapportage van het gehele onderzoek heeft het bestuur van de CUR besloten de rapportage van een deelonderzoek betreffende de inventarisatie van de bestaande rekenregels, vastgelegd in Europese regelgeving, te publiceren. Bij de het verschijnen van dit CUR-rapport was de samenstelling van de onderzoekcommissie en van werkgroep 1 als volgt: Onderzoekcommissie C 76 "Stuurgroep constructief metselwerk" prof.ir. C.J.M. Schiebroek, voorzitter prof.ir. W.J. Beranek ir. P. de Jong ir. J. Jongbloed ir. J.C. Keiler ir. G.M.A. Kusters ir. M.H.M. Nieuwenhuys drs. P.D. Rademaker ir. A.J.M. Siemes prof.ir. W.R. de Sitter prof.dr.ir. J.C. Walraven ing. P. Kole, coördinator prof.ir. J.W. Kamerling, mentor

5 Werkgroep 1 "STW-gebruikerscommissie Vekemans" prof.ir. W.R. de Sitter, voorzitter ing. P. Kole, secretaris prof.ir. W.J. Beranek dipl.-phys. C.N.M. Jansz prof.ir. J.W. Kamerling ir. J.C. Keiler ir. M.H.M. Nieuwenhuys prof.ir. C.J.M. Schiebroek ir. A.J.M. Siemes ing. H.J. Vekemans, rapporteur Het rapport is opgesteld door ing. H.J. Vekemans januari 1992 Het bestuur van de CUR

6 INHOUD Hoofdstuk 1 INLEIDING 8 Hoofdstuk 2 UITGANGSPUNTEN IN DE NORMEN Omschrijving van het toepassingsgebied Omschrijving van de berekeningsbeginselen 13 Hoofdstuk 3 PARTIËLE FACTOREN Belastingfactor NEN BS DIN NBN B SIA EC Materiaalfactor NEN BS DIN NBN B SIA EC Combinatiefactor NEN NBN B Modelfactor Samenvatting partiële veiligheidsfactoren 24 Hoofdstuk 4 MATERIAALEIGENSCHAPPEN Druksterkte Proeven Tabellen Formule Vergelijkingsgrafieken metselwerkdruksterkte Schuif sterkte NEN BS DIN NBN B SIA 177/ EC Buigtreksterkte NEN BS DIN NBN B SIA EC Elasticiteitsmodulus Elasticiteitsmodulus loodrecht op de lintvoeg Elasticiteitsmodulus evenwijdig aan de lintvoeg 59

7 Hoofdstuk 5 REKENREGELS NEN Stabiliteit Berekeningsbeginselen Dimensionering en toetsing BS Stabiliteit Berekeningsbeginselen Dimensionering en toetsing DIN Stabiliteit Bepaling van de doorsnedegrootte ten gevolge van belastingen Berekeningsbeginselen voor de vormveranderingen Verstijving en kniklengte van muren Berekening NBN B Draaggedrag en algehele stabiliteit Berekening van de gemetselde elementen SIA Ontwerpbeginselen Berekeningsbeginselen Dimensionering en toetsing EC Stabiliteit Dimensionering en toetsing 115 Hoofdstuk 6 REKENVOORBEELD Constructiekeuze Werkwijze 120 Hoofdstuk 7 BELASTINGEN Belastinggrootte Permanente belastingen Veranderlijke belastingen Windbelastingen Belastingcombinaties en combinatiefactoren 129 Hoofdstuk 8 BEREKENINGEN Algemeen Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden NEN Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden BS Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden DIN Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden 158

8 8.5 NBN B Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden SIA 177 * Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden EC Stabiliteitsberekening Berekening van de maatgevend belaste wanden 174 Hoofdstuk 9 BEREKENINGSRESULTATEN 175 Hoofdstuk 10 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 177 Hoofdstuk 11 SAMENVATTING 180 LITERATUUR 185 Bijlage A Resultaten van de berekening van de stabiliteitswanden a en b 188 Bijlage B Resultaten van de berekening vaii de maatgevend belaste wanden c, d en e 192

9 HOOFDSTUK 1 INLEIDING Dragend metselwerk heeft altijd een groot aandeel gehad in de ruwbouw van onze gebouwde omgeving. De laatste decennia is dit aandeel voornamelijk in de utiliteitsbouw sterk afgenomen. Buiten de economische redenen was één van de oorzaken het ontbreken van een duidelijke ontwerpmethode voor metselwerk in tegenstelling tot de ontwerpmethoden voor beton en staal. De woningbouw vormt een sector waarin de afname van het aandeel van constructief metselwerk minder waarneembaar is. Hier is het voornamelijk de kalkzandsteen-(industrie) geweest, die de betrekkelijk eenvoudige constructies van dragende wanden wel heeft kunnen behouden voor metselwerk. Dit gebeurde onder andere door het invoeren van eenvoudige rekenregels en tabellen als een uitbreiding op de bestaande norm voor dragend metselwerk, de TGB Steen van 1972 (NEN 3853). De hoogbouw (utiliteitsbouw) is bijna volledig verloren aan beton en staal. Dit in tegenstelling tot enkele andere landen in Europa, zoals bij voorbeeld Zwitserland, waar, mede door de ontwikkeling van een duidelijke ontwerpmethode, tot 17 verdiepingen hoog (wanddikten van 150 mm en 180 mm) werd gebouwd in dragend metselwerk (figuur 1). Fig. 1. Plattegrond van een woongebouw van 18 verdiepingen in lm Hirzenbach, Zwitserland. Bouwbegeleiding vond onder andere plaats door Dipl.-lng. P. Haller [40]. Bouwwerken in dragend metselwerk zijn complexe constructies die moeilijk te berekenen zijn. Mede hierdoor ontbreken vaak duidelijke ontwerpmethoden, hetgeen debet is aan het steeds verder teruglopen van de toepassing van constructief metselwerk. Ontwikkelingen in het

10 buitenland tonen nochtans aan dat er wel degelijk mogelijkheden bestaan voor metselwerk. Er moet dan wel een goede ontwerpmethode voor metselwerk komen, bestaande uit eenvoudige rekenregels. Als basis voor een dergelijke ontwerpmethode kunnen die regels dienst doen die ontwikkeld zijn en de essentie vormen van het huidige ontwerpen in metselwerk. Om te kunnen komen tot een verbetering van de rekenregels, is een analyse van de bestaande rekenregels in de diverse normen een eerste vereiste. Tot op de dag van vandaag is het constructief ontwerpen in metselwerk gebaseerd op de bepaling van de uiterste grenstoestanden of de toelaatbare spanningen. Onder de uiterste grenstoestanden wordt verstaan de controle van het bezwijken van de constructie of de bruikbaarheid van de constructie. Deze wijze van ontwerpen lijkt algemeen geaccepteerd in de landen van de Europese Gemeenschap, getuige het feit dat op dit moment de landen die nog niet volgens deze wijze werkten, maar volgens de controle van de toelaatbare spanningen, er wel toe overgaan. De beschouwingen in dit rapport zullen zich dan ook voornamelijk richten op de methode van de uiterste grenstoestanden. In Nederland staat deze methode omschreven in de norm NEN Deze norm zal vergeleken worden met enkele andere Europese normen, te weten die van: - Groot-Brittannië: BS Code of practice for Use of masonry. Part 1: Structural use of unreinforced masonry; - Duitsland: DIN Mauerwerk. Teil 2: Mauerwerk nach Eignungsprüfung, Berechnung und Ausführung; - België: NBN B Ontwerp en berekening van metselwerk; - Zwitserland: SIA Mauerwerk. SIA 177/2 - Bemessung von Mauerwerkswänden; - Europese Gemeenschap: Eurocode no 6 - Common unified rules for Masonry Structures (concept). Enkele belangrijke criteria die mede bepalend waren voor bovenvermelde selectie, zijn: - de normbladen van Groot-Brittannië (BS 5628) en Duitsland (DIN 1053) kunnen als voornaamste uitgangspunt worden beschouwd van de op dit moment in ontwikkeling zijnde Eurocode no 6; - de rekenwijze volgens de uiterste grenstoestand van bezwijken in de onlangs geïntroduceerde nieuwe Zwitserse norm SIA 177/2 verschilt van de rekenwijzen in de reeds bestaande normbladen, voornamelijk door de driedimensionale benadering van metselwerk (SIA 177/2 vervangt hoofdstuk 3 van de norm SIA 177). - de Belgische norm (NBN B ) werd geselecteerd in verband met de overeenkomsten

11 in bouwwijze met Nederland en de grote hoeveelheid aan gebouwen, die nog steeds in metselwerk worden geconstrueerd in België; - de Eurocode no 6: "Common unified rules for masonry structures" vormt de basis voor de toekomstige norm voor een verenigd Europa. Fig. 2. Axonometrie van het gebouw dat in het rekenvoorbeeld wordt gebruikt. Er wordt niet verondersteld dat NEN 6790 de meest optimale norm op het gebied van metselwerk is. Door NEN 6790 als uitgangspunt te kiezen, zal de Nederlandse constructeur gemakkelijker herkenningspunten vinden in dit rapport en zo gemakkelijker tot meer inzicht in de verschillende normen en toekomstige Eurocode kunnen komen. Primair staat uiteindelijk toch het verkrijgen van meer inzicht in het ontwerpen van gemetselde constructies in Nederland. Deze werkwijze wordt ook gevolgd omdat via deze weg de invloed van de ontwikkeling van de Eurocodes op het ontwerpen van gemetselde gebouwen in Nederland het duidelijkst kan