1. Inleiding Projectomschrijving Voorschriften en literatuur Gegevens Belastingen... 5

Transcriptie

1

2 Inhoudsopgave 1. Inleiding Projectomschrijving Voorschriften en literatuur Gegevens Belastingen Enige achtergronden en begrippen Beschrijving van een risicoanalyse Risicoanalyse voor het project First Rotterdam Constructieve samenhang / tweede draagweg Conclusies Bijlage A Bijlage B pagina 2 van 33

3 1. Inleiding Dit rapport bevat de beschouwing van de risicoanalyse en het aantonen van de tweede draagweg van de nieuwbouw van het project First Rotterdam aan het Weena. In dit rapport worden de relevante (verticale) dragende elementen beschouwd, te weten de balken/kolommen ter plaatse van de buitengevel, de balken/kolommen in de middenzones, de dragende gevel, de outriggers en de vertikaal dragende wanddelen van de stabiliteitskernen. Opdrachtgever : Architect: Constructeur: Geotechnisch adviseur: Installatie adviseur: Aannemer: Maarsen Groep, Amsterdam De Architecten Cie Corsmit Raadgevend Ingenieurs, Rotterdam Fugro, Leidschendam DWA, Bodegraven nog niet bekend De opbouw van het rapport is als volgt. Eerst worden de voorschriften en uitgangspunten gegeven. In hoofdstuk 8 wordt een risicoanalyse verricht. Daarna volgt in hoofdstuk 9 de constructieve onderbouwing van de tweede draagweg. De risicoanalyse heeft tot doel om vast te leggen met welke, voor de hoofddraagconstructie relevante, bijzondere risico s rekening gehouden zal worden en hoe de gevolgen van de risico s afdoende beperkt zullen worden tot een maatschappelijk acceptabel niveau. Dit uitsluitend met het oog op de draagconstructie van het gebouw. Daarbij zal natuurlijk in eerste instantie worden voldaan aan hetgeen in het bouwbesluit en in de aan het bouwbesluit gelieerde normbladen is bepaald. Voor zover de normen nog geen rekening houden met hoogbouw zal het Stufib rapport Constructieve samenhang van bouwconstructies d.d. 19 mei 2006, als uitgangspunt worden genomen. In dit verband wordt met het begrip risico bedoeld de kans dat bijzondere gebeurtenissen zoals aanrijdingen, ontploffingen, brand enz. onacceptabel veel leed of schade tot gevolg hebben. De belastingen ten gevolge van dit soort bijzondere gebeurtenissen worden bijzondere belastingen genoemd. pagina 3 van 33

4 2. Projectomschrijving Aan het Weena wordt tegenover het Centraal Station op de locatie van het huidige bouwcentrum een nieuw kantoor ontwikkelt. De bestaande panden en kelders en een deel van de kelder van het huidige Weenapoint worden voor deze planontwikkeling gesloopt. Het nieuwe kantoorcomplex bestaat uit een tweelaagse kelder met daarop een plintgebouw genaamd First XL van zeven verdiepingen (ca. 35 meter hoog). Aan de oostkant van het gebouw staat op First XL een toren waarmee de totale hoogte van het gebouw 125 meter is. De toren bestaat uit een noorden een zuidtoren die gekoppeld zijn met een kern. De hoofddraagconstructie van de toren bestaat uit een constructieve kern die op ca. 70 meter hoogte in beide richtingen wordt ondersteund middels outriggers aan beide zijden van de kern. De outriggers zijn uitgevoerd als wanden van twee verdiepingen hoog. In de parkeergarage wordt de kern ingesnoerd in verband met de rijbanen en het opvangen van de belastingen is bewerkstelligd met een schoorconstructie die van de 2 e verdieping naar de 5 e verdieping loopt. De westzijde van First XL is gestabiliseerd met de daar aanwezige kern. Het gebouw is in First XL gedilateerd op elke verdieping met uitzondering van de kelder. De kernen en outriggers zijn in het werk gestort. De vloeren in de toren en First XL zijn ontworpen als kanaalplaat met brandwerende bekleding die rusten op geprefabriceerde dragende binnenspouwbladen in de gevel en kolommen en balken (tevens prefab) in het gebouw. De vloeren van de begane grond en kelderverdiepingen zijn in het werk gestort als vlakke vloerplaat over de kolommen. 3. Voorschriften en literatuur Voor dit werk zijn onder andere de volgende constructie voorschriften van toepassing: NEN 6700/A1 Algemene basiseisen TGB 1990 (A1: mei 1997) NEN 6701 Namen en symbolen voor grootheden TGB 1990 NEN 6702 Belastingen en vervormingen TGB 1990 (NEN 6702:2001) NEN 6720/A3 Voorschriften beton TGB 1990; Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC 1995) (A3: 2004) NEN 5950/A3 Voorschriften beton; Technologie (VBT 1995) (A3 dec. 2001) NEN 6722 Voorschriften beton; Uitvoering (VBU 1988) (NEN 6722:2002) NEN 6770/1/2 Voorschriften Staal; Basiseisen, stabiliteit en verbindingen Bij dit werk wordt tevens gebruik gemaakt van de rapportage van de Stufib Studiecel Constructieve Samenhang van Bouwconstructies, gedateerd 21 juni pagina 4 van 33

5 4. Gegevens De gegevens betreffende de belastingen zijn ontleend aan de volgende rapporten: [1] Gewichtsberekening, definitief ontwerp; Corsmit, DO-R901, d.d. 1 november Met bijbehorende Bouwaanvraagtekeningen van Corsmit: [2] Zie documentenlijst d.d. 30 november 2011; Plattegronden, doorsneden en gevelaanzichten d.d. 30 november Belastingen 5.1 Veiligheidsklasse en referentieperiode De veiligheidsklasse is klasse 3. [NEN 6702, art.5.1] De referentieperiode is 50 jaar. [NEN 6702, art.5.1] 5.2 Permanente en veranderlijke belastingen De belastingen zijn bepaald in de gewichtsberekening [1]. Deze gegevens dienen als invoer voor dit rapport. 5.5 Brandwerendheid constructiedelen Voor de hoofddraagconstructie geldt een eis van 120 minuten brandwerendheid. pagina 5 van 33

6 6. Enige achtergronden en begrippen Constructieve samenhang de aandacht er voor is vereist vanwege de mogelijkheid van het optreden van bijzondere belastingen en het moeilijk voorspelbare karakter van dergelijke belastingen. BIJZONDERE BELASTINGEN Komen zelden voor; De identiteit ervan is vaak onduidelijk; De grootte en het effect van bijzondere belastingen is moeilijk te voorspellen; Bijzondere belastingen zijn ook ontwerp- en bouwfouten! De ontwerpstrategieën hoe om te gaan met de bijzondere belastingen worden in het algemeen in drie hoofdgroepen verdeeld. Deze hoofdgroepen zijn: Het wegnemen van de oorzaken van de bijzondere belastingen; Het voorkomen of reduceren van het belastingeffect; Het ontwerpen van de constructie op het belastingeffect. Het ontwerpen van de constructie op het belastingeffect kan dan verder worden onderverdeeld in de volgende subgroepen: Het verbeteren van de ductiliteit van de constructie; Het verbeteren van het incasseringsvermogen van de constructie (robuustheid); Het ontwerpen van (aandacht voor) kritische elementen; Het accepteren van locale schade en het creëren van een tweede draagweg. Geen van de genoemde maatregelen is echter afdoende om alle mogelijke consequenties van een bijzondere belasting volledig weg te nemen, dan wel het optreden van een bijzondere belasting te elimineren. Dit houdt per definitie in, dat ook de combinatie van de genoemde maatregelen nooit tot een dergelijk resultaat zal leiden. Ten aanzien van het begrip robuustheid kan de volgende toelichting gegeven worden om het beter in de context van de risicoanalyse te kunnen plaatsen: Onder het robuust zijn van een constructie wordt verstaan het vermogen van een constructie om meer belasting op te nemen dan strikt noodzakelijk (overdimensionering), dan wel dat de constructie zodanig grote afmetingen heeft, dat met inachtneming van het optreden van diverse (bijzondere) belastingen, de constructie deze belastingen in verhouding tot haar grote massa (bijvoorbeeld de invloed van de traagheid daarvan) beter kan weerstaan, dan wel zich beter gedraagt dan een andere gangbare constructie. Stufib Studiecel Constructieve Samenhang van Bouwconstructies heeft in haar rapport aanbevelingen gedaan hoe om te gaan met de bijzondere belastingen bij het ontwerpen van gebouwconstructies. Zij heeft haar werk ingericht conform de Eurocodes en dan in het bijzonder het deel EN De Stufib Studiecel heeft de uitgangspunten nader verfijnd. Zij klasseert de gebouwen en maatregelen als volgt: KLASSERING EN MAATREGELEN KLASSE 1 (eengezinswoningen, agrarische gebouwen, etc.) Geen specifieke eisen KLASSE 2a (Lage Risico Groep) (Woongebouwen, van max. vier bouwlagen, kantoorgebouwen van max. vier bouwlagen etc.) Nader te specificeren horizontale trekbanden of verankeringen pagina 6 van 33

7 KLASSE 2b (Hoge Risico Groep) (Hotels, flats, andere woongebouwen en kantoren van vijf tot vijftien bouwlagen etc.) Nader te specificeren horizontale en verticale trekbanden of verankeringen of Tweede draagweg KLASSE 3 (Alle gebouwen die de limieten van klasse 2b overschrijden, stadions met meer dan 5000 toeschouwers etc.) Systematische risicoanalyse of Tweede draagweg Het gebouw First Rotterdam valt vanwege haar hoogte in de laatste categorie, te weten in Klasse 3. Volgens Eurocode deel EN dient voor dergelijke gebouwen een risicoanalyse te worden uitgevoerd. Stufib studiecel voegt aan deze mogelijkheid een alternatief toe van het creëren van een tweede draagweg. Deze twee alternatieven hebben voordelen en nadelen, die als volgt kunnen worden omschreven: RISICOANALYSE VOORDELEN: Identificeert gevaren en bezwijkmechanismen; Geeft beeld van risico s verhoogt bewustzijn; Legt gevoelige punten in het ontwerp bloot; Werkt op maat. NADELEN: Tijd paradox (de beïnvloedingsfactoren zijn pas aan het einde van het ontwerp allemaal bekend, terwijl men het resultaat van de risicoanalyse aan begin van het ontwerpstadium nodig heeft); Relatief onbekende materie voor constructeurs; Hoog abstractieniveau; Arbeidsintensief; Hoge eisen aan communicatie en samenwerking tussen betrokken partijen. TWEEDE DRAAGWEG VOORDELEN: Beter werkbaar en implementeerbaar; Minder hoge eisen aan communicatie en samenwerking tussen betrokken partijen. NADELEN: Soms grof en ongenuanceerd; Mogelijke over-mitigatie. pagina 7 van 33

8 7. Beschrijving van een risicoanalyse Stufib Studiecel geeft in haar rapport aanwijzingen hoe met het maken van een risicoanalyse om te gaan. De eerste stap in een risicoanalyse is de technische en organisatorische beschrijving van het beschouwde object. Voor een bouwwerk zijn bijvoorbeeld van belang de aard van het bouwwerk, de activiteiten die in het bouwwerk worden voorzien, alsmede de aantallen mensen die daarbij worden verwacht. Uit deze beschrijving volgt aan welke aspecten en met welke diepgang aandacht hoort te worden gegeven. Aan de orde dienen te komen: De strategische rol van een bouwwerk in de samenleving zoals energievoorziening, drinkwatervoorziening, transport, economisch leven, bestuursactiviteiten, gezondheidszorg, voedselvoorziening; De mogelijkheid van grote aantallen slachtoffers: theaters, winkelcentra, stations, stadions, etc.; Het innovatieve karakter van de bouwconstructie (constructievormen, hoogte, en overspanningen) en de gebruikte materialen; De mogelijkheid van bijzondere risico s door industriële activiteiten, verkeer, water, en dergelijke; De waarschijnlijkheid van terroristische of andere aanslagen (monumenten, ambassades, regeringsgebouwen, bankgebouwen). Op basis van de beschrijving moet een opsomming (lijst) van risicoscenario s worden opgesteld. In kwalitatieve zin bestaan deze uit: 1. Een oorzaak (bedreiging); 2. Een mechanisme (de fysieke opeenvolging van gebeurtenissen); 3. De gevolgen. In grote lijnen kunnen de volgende bedreigingen worden onderscheiden: Toevallig of onvoorzien hoge waarden van gewone belastingen; Afwijkende grond en andere omgevingscondities; Bijzondere belastingen als brand, explosie, botsing en dergelijke; Niet voorziene belastingen of bijzondere invloeden; Lage sterkte, mogelijk samenhangend met aantasting. Per risicoscenario moet men zich afvragen of het belangrijk is in termen van kansen en gevolgen te denken. Afhankelijk van hun ernst, komen de risicoscenario s in aanmerking voor nader onderzoek, of specifieke maatregelen. Het nemen van maatregelen kan worden afgewogen via het zogenaamde ALARP principe (As Low As Reasonably Practicable), hetgeen er op neer komt dat de risicobeperkende maatregelen economisch verdedigbaar moeten zijn. Men moet zich realiseren dat dit sterk intuïtief is. Waar het om gaat is of er redenen zijn de normale veiligheidsmaatregelen aan te scherpen. De grootte van de gevolgen en bedreigingen spelen daarbij een belangrijke rol. Kernvraag is ook wat men als disproportionele schade moet beschouwen. Stufib Studiecel stelt bijvoorbeeld dat instorten van een middelgroot gebouw bij het wegvallen van een hoekkolom, best als niet disproportioneel kan worden aangemerkt. Maatregelen kunnen zowel constructief als niet constructief van aard zijn. Bij constructieve maatregelen kan men denken aan het versterken van elementen, statisch onbepaalde constructievormen, ductiliteit, koppeling van bouwelementen, tweede draagweg, enz. Niet constructieve maatregelen zijn bijvoorbeeld het verbieden van bepaald verkeer, detectie- en waarschuwingssystemen en extra kwaliteitscontroles. Slechts in enkele gevallen zal men overgaan tot een kwantitatieve risicoanalyse. Ook hier zal echter een groot deel van de numerieke uitwerking altijd gebaseerd zijn op intuïtie en engineering judgment. pagina 8 van 33

9 8. Risicoanalyse voor het project First Rotterdam Aspecten van aandacht en risicoscenario s De strategische rol van een bouwwerk in de samenleving zoals energievoorziening, drinkwatervoorziening, transport, economisch leven, bestuursactiviteiten, gezondheidszorg, voedselvoorziening. - De bestemming is een kantoorgebouw met bijbehorende nevenfuncties (restaurant, vergaderruimten, etc.). De strategische rol, zonder hiermee de gebruikers tekort te willen doen, kan als laag worden aangemerkt. (Vervangende kantoorgebouwen zijn in de omgeving voldoende aanwezig). De mogelijkheid van grote aantallen slachtoffers: theaters, winkelcentra, stations, stadions, etc.: - Alhoewel het gebouw niet onder de bovengenoemde groep van bouwwerken valt, waar grote getallen aan bezoekers en gebruikers te verwachten zijn, betreft het hier een groot gebouw, waarin relatief veel mensen werken. - Het is niet te verwachten dat er zich veel personen op maaiveldniveau in de directe omgeving van het gebouw zullen ophouden. - Instorting van het gebouw zal wel tot relatief veel slachtoffers kunnen leiden onder de gebruikers van het gebouw (interne veiligheid). - Gezien de positionering van het gebouw ten opzichte van de andere gebouwen en de omgeving, zijn bij eventuele instortingscenario, ook bij de voorziene toename van bedrijvigheid in de omgeving, op straat en in de aangrenzende gebouwen relatief weinig slachtoffers te verwachten (externe veiligheid). Gezien de onderlinge afstand van First tot aan het Weenapoint van ca. 15 meter zal er wel schade ontstaan. Dit zal echter niet leiden tot een verdere instorting van het Weenapoint. Het innovatieve karakter van de bouwconstructie (constructievormen, hoogte, en overspanningen) en de gebruikte materialen: - Het gebouw is ontworpen in een voor Nederlandse omstandigheden zeer bekende en veel gebruikte bouwtechnologie. Te weten: Kanaalplaten met constructieve druklaag op een prefab constructie van balken en kolommen - De overspanningen van de vloeren zijn zoals gebruikelijk bij kantoorgebouwen en zeker niet bijzonder. - De hoogte van het gebouw is voor Nederlandse begrippen hoog, echter niet uitzonderlijk. Inmiddels is in Nederland en in Rotterdam relatief veel ervaring met gebouwen van deze hoogte. pagina 9 van 33

10 De mogelijkheid van bijzondere risico s door industriële activiteiten, verkeer, water, en dergelijke: - Er zijn geen industriële activiteiten in de nabijheid voorzien; - Verkeer buiten: Er is gebruikelijk stadsverkeer op de omliggende straten. Het verkeer zal van blijvend lage intensiteit zal zijn. De (drukke) verkeersader loopt door de nieuwe tunnel bij het Weena, hierdoor zal alleen lokaal verkeer over de belendende weg rijden. De kolommen welke langs de straat liggen kunnen worden aangereden door (vracht)verkeer. Ze zullen op een aanrijbelasting worden berekend; - Verkeer binnen: Het betreft hier voornamelijk het autoverkeer in de ondergelegen parkeerkelder en ter plaatse van de expeditieruimte op de begane grond. In het ontwerp is met een aanrijding rekening gehouden. De constructieonderdelen zijn op aanrijding gedimensioneerd; Auto s met LPG als brandstof brengen een kans op een gasexplosie met zich mee. De kolommen van de parkeerverdiepingen zullen worden berekend op een druk ten gevolge van een gasontploffing van 100 kn/m, zie bijlage A. - Verkeer op het water: Er is geen aangrenzend water en aanvaring met schepen is derhalve niet mogelijk. - Verkeer in de lucht: Het gebouw is zodanig van omvang dat het niet geheel uitgesloten is dat een laagvliegend vliegtuig, bijvoorbeeld tijdens een luchtshow boven het water, in het gebouw terecht komt. Als dit een klein vliegtuig is, zullen de gevolgen beperkt zijn tot brand, zie onder brand. Als het een groot vliegtuig is, zullen door de botsing kolommen kunnen wegvallen; - Ontwerp: - Uitvoering: - Brand: Natuurlijk heeft en zal het ontwerp van de constructies deskundig plaatsvinden en zal het ontwerpproces plaatsvinden onder het ISO gecertificeerde kwaliteitsysteem van Corsmit Raadgevend Ingenieurs, waarin o.a. de nodige interne controleronden zijn voorzien; Tijdens de uitvoering zal deskundig toezicht op de bouwplaats aanwezig zijn. Dit dagelijks toezicht zal voor wat betreft de constructieve aspecten worden begeleid door Corsmit Raadgevend Ingenieurs; Brand is een relatief veel voorkomende bijzondere belasting bij gebouwen. De constructies van dit gebouw zijn echter uitgevoerd als betonconstructies. Hiervan is bekend dat deze constructies zich onder brand uitstekend gedragen. De hoofddraagconstructies van dit gebouw worden ontworpen voor een brandwerendheid op sterkte van 120 minuten. Ook verbindingen tussen prefab elementen en stalen onderdelen van de hoofddraagconstructie dienen een brandwerendheid op sterkte van ten minste 120 minuten te hebben. Dit zal inhouden dat de hoofddraagconstructie van het gebouw bestand zal zijn tegen temperaturen welke voorkomen bij een brand volgens de standaardbrandkromme na 120 minuten. Dit houdt feitelijk in dat de hoofddraagconstructie de branden welke kunnen ontstaan bij de in het gebouw voorkomende functies, zonder bezwijken zal kunnen weerstaan. Dit nog afgezien het gegeven dat het gebouw volledig zal worden voorzien van een sprinklerinstallatie, welke de brand zal blussen voordat er echt hoge pagina 10 van 33

11 temperaturen ontstaan. Zowel de kolommen, balken en vloeren zijn hoofddraagconstructie. De kernen zijn eveneens hoofddraagconstructie, echter tijdens brand mag met een gereduceerde windbelasting (20%) worden gerekend. Gezien de huidige problematiek omtrent de brandwerendheid van kanaalplaten worden de vloeren aan de gehele onderzijde voorzien van een brandwerende bekleding waarmee een brandwerendheidseis van 120 minuten gehaald wordt. - Explosies: Ten minste in de diverse horecagelegenheden zal een gasaansluiting aanwezig zijn. Een gasexplosie ten gevolge van aardgaslek o.d. is niet geheel uit te sluiten; Door auto s met een LPG installatie is een LPG explosie in de parkeerverdiepingen niet geheel uit te sluiten. Zie ook voorgaand; - Afwijkende grond en andere omgevingscondities: Zijn niet geconstateerd. - De waarschijnlijkheid van terroristische of andere aanslagen (monumenten, ambassades, regeringsgebouwen, bankgebouwen): Deze waarschijnlijkheid is gezien het beoogd gebruik van het gebouw niet aanwezig. Beoordeling van het bovenstaande ten aanzien van voortschrijdende instorting / constructieve samenhang. Rekening houdend met het bovenstaande kan het volgende worden geconstateerd:. A/ Negatief, dan wel punt van verhoogde aandacht: 1. Instorting van het gebouw zal tot relatief veel slachtoffers kunnen leiden onder de gebruikers van het gebouw (interne veiligheid); 2. Mocht een groot vliegtuig op hoge snelheid tegen het gebouw aanvliegen, dan zal een fors deel van het gebouw worden beschadigd; 3. Een aardgas of LPG explosie is niet geheel uit te sluiten. B/ Positief, dan wel aspecten die bijdragen aan het goede gedrag ten aanzien van constructieve samenhang en veiligheid: 1. Door de hoofddraagconstructie op een hoge eis voor wat betreft de brandwerendheid op sterkte te ontwerpen en door het toepassen van een sprinklerinstallatie is de kans op voortschrijdende instorting ten gevolge van brand vrijwel nihil; 2. De hoofddraagconstructie bestaat in hoofdzaak uit prefab kanaalplaten waarbij de constructieve druklaag in combinatie met de trekbanden en ingestorte ankers voor een grote mate van samenhang, incasseringsvermogen en ductiliteit zorgen; 3. De kolommen zijn door de relatief grote afmetingen al vrij robuust. De kolommen welke grenzen aan de straat zullen worden berekend op aanrijdingen ten gevolge van het verkeer. De kolommen in de garage zullen worden berekend op belasting ten gevolge van een eventuele LPG ontploffing; 4. Er wordt zorg gedragen voor een goede kwaliteitscontrole tijdens het ontwerp en tijdens de uitvoering. pagina 11 van 33

12 9. Constructieve samenhang / tweede draagweg 9.1 Uitgangspunten Voor een gebouw in deze klasse wordt conform de rapportage van Stufib aangegeven dat naast het maken van een risico analyse, het tevens mogelijk is om door middel van een tweede draagweg voldoende incasseringsvermogen aan te tonen. Naast het aantonen van deze tweede draagweg dienen de detailleringregels zoals aangegeven in de rapportage te worden toegepast. Concreet komt dit neer op de volgende punten: 1) Het aanbrengen van effectieve horizontale trekbanden (in profiel- dan wel wapeningsstaal) waarbij aangehouden moet worden: Intern: T i = 0.8 (g k + ψq k ) s L Langs de omtrek: T p = 0.8 (g k + ψq k ) s L 2) Het aanbrengen van verticale trekbanden over de gehele lengte van de kolom zodanig dat deze een trekkracht moet kunnen opnemen die gelijk is aan de grootste van de oplegreacties die vanuit de vloeren op de kolommen per verdieping worden uitgeoefend. 3) Het realiseren van een tweede draagweg waarbij het denkbeeldig wegnemen van een kolom (of kolomdragende overdrachtsconstructie) niet zal leiden tot voortschrijdende instorting. Vanuit punt 2) volgt een noodzakelijke derde punt waar de eerste twee niet mogelijk zijn bijvoorbeeld bij een hoekkolom: 4) Het aanwijzen van sleutelelementen waar het aanwijzen van een tweede draagweg niet mogelijk of niet reëel is. Op deze elementen moet conform de Stufib-rapportage een bijzondere belasting worden geplaatst, groot 34 kn/m 2, horizontaal in een willekeurige richting werkend op alle op het beschouwde element aansluitende constructieve elementen. 9.2 Elementen Van alle elementen van de hoofddraagconstructie van de nieuwbouw van First Rotterdam zijn clusters te maken van gelijksoortige onderdelen welke als groep worden geanalyseerd: 1) Standaard situatie hoogbouw met dragende buitengevels (vanaf nivo 9); 2) Standaard situatie plint westzijde met vloerdragende kolommen (nivo 8 en lager); 3) Standaard situatie plint oostzijde met vloerdragende kolommen (nivo 8 en lager); 4) Stabiliteitskernen 5) Outrigger kolommen pagina 12 van 33

13 Analyse clusters 1) Standaard situatie hoogbouw met dragende buitengevels (vanaf nivo 9) = sleutelelement (hoekkolom); te rekenen op 34 kn/m2 De constructieve samenhang is hier te realiseren met effectieve trekbanden door wapening in de druklaag/kopvoegen aan te brengen en de kolommen in voldoende mate door te koppelen De typische afmeting van de vloervelden afdragend op de gevelpenanten is 5,4 m x 11,7 m. De maximaal aanwezige vloerbelasting is P = (7,41 / 4,0) kn/m 2 met ψ = 0,69 (incl. wanden). Dit levert een op te nemen kracht in de trekbanden op van (conform Stufib): Tp = 0,8 x (7,41 + 0,69 x 4,0) x 5,4 x 11,7 75 kn (opgehoogd volgens aanbeveling Stufib) Tp = 514 kn A s;ben = 1028 mm 2 (FeB 500 met f s;rep = 500 N/mm 2 ) Deze kracht op te nemen met betonstaal en stekken in de kanaalplaatvloer met druklaag. Hiervan reeds aanwezig in de druklaag Ø over 1,0 meter meewerkende breedte = 335 mm 2. Deze druklaagwapening wordt constructief aan de prefabconstructie verbonden d.m.v. pagina 13 van 33

14 een stekkenbak ter plaatse van het gevelelement. Resteert = 693 mm 2, dus bij te leggen 2 Ø 25 (A s = 982 mm 2 ) in de voeg tussen kanaalplaat en prefab gevelelement. Tv = (7,41 + 0,69 x 4,0) x 5,4 x 11,7 (verticale trekband) Tv = 643 kn A s;ben = 1286 mm 2 (FeB 500 met f s;rep = 500 N/mm 2 ) Deze kracht op te nemen door middel van het constructief doorkoppelen van de kolommen. Benodigde stekken voor 1286 mm 2 is dan minimaal stekken 2 x 4 Ø16 (A s = 1608 mm 2 ) Bij het nader detailleren van bovenstaande trekbanden aandacht te vestigen op de volgende punten: - Verankering trekbanden aan de stabiliteitskernen (afstemmen instortvoorzieningen cq. koppelankers). - Afstemming druklaagwapening en wapening 2 e draagweg onderling alsmede afstemming van beide met de in de prefab balken en kolommen op te nemen koppelankers - Toets wapening op benodigde hoeveelheid voor schijfwerking (windbelasting) pagina 14 van 33

15 2) Situatie plint westzijde (nivo 8 en lager) Deze hoekkolom draagt niet Dilatatie nivo 8 en lager = sleutelelement (hoekkolom); te rekenen op 34 kn/m2 = dilatatie De constructieve samenhang is hier te realiseren met effectieve trekbanden door wapening in de druklaag/kopvoegen aan te brengen en de kolommen in voldoende mate door te koppelen De typische afmeting van de vloervelden afdragend op de gevelpenanten is 5,4 m x 11,7 m. De interne kolommen dragen een vloerveld van 5,4 m x 0,5 x (11,7 + 8,1) m. De maximaal aanwezige vloerbelasting is P = (7,41 / 4,0) kn/m 2 met ψ = 0,69 (incl. wanden). Dit levert een op te nemen kracht in de trekbanden op van (conform Stufib): Tp = 0,8 x (7,41 + 0,69 x 4,0) x 5,4 x 11,7 75 kn (opgehoogd volgens aanbeveling Stufib) Tp = 514 kn A s;ben = 1028 mm 2 (FeB 500 met f s;rep = 500 N/mm 2 ) Deze kracht op te nemen met betonstaal en stekken in de kanaalplaatvloer met druklaag. Hiervan reeds aanwezig in de druklaag Ø over 1,0 meter meewerkende breedte = 335 mm 2. Deze druklaagwapening wordt constructief aan de prefabconstructie verbonden d.m.v. een stekkenbak ter plaatse van het gevelelement. Resteert = 693 mm 2, dus bij te leggen 2 Ø 25 (A s = 982 mm 2 ) in de voeg tussen kanaalplaat en prefab gevelelement. pagina 15 van 33

16 Ti = 0,8 x (7,41 + 0,69 x 4,0) x 5,4 x 0,5 x (11,7 + 8,1) 75 kn Ti = 435 kn A s;ben = 870 mm 2 (FeB 500 met f s;rep = 500 N/mm 2 ) Trekband evenwijdig aan de letter-as: Deze kracht op te nemen met betonstaal 2 Ø 25 in de kopvoeg (A s = 982 mm 2 ) waarvan (indien mogelijk) één per zijde tussen prefab balk / THQ-ligger en kanaalplaat. Trekband evenwijdig aan de cijfer-as Deze kracht op te nemen door de druklaagwapening Ø over een breedte van 1,0 meter ter plaatse van de kolom (A s = 335 mm 2 ). Resteert = 535 mm 2 welke opgenomen moeten worden door 3 Ø 16 stekwapening (waarvan 2 per plaat). Deze stekwapening tussen prefab balk en kanaalplaat wordt via overlappinglas overgenomen door de druklaagwapening waarbij de trekband verspreid wordt over een breedte van 870 / 335 = 2,6 m, zie ook onderstaande afbeelding. pagina 16 van 33

17 Tv = (7,41 + 0,69 x 4,0) x 5,4 x 11,7 (verticale trekband) Tv = 643 kn A s;ben = 1286 mm 2 (FeB 500 met f s;rep = 500 N/mm 2 ) Deze kracht op te nemen door middel van het constructief doorkoppelen van de kolommen. Benodigde stekken voor 1286 mm 2 is dan minimaal stekken 6 Ø20 (A s = 1884 mm 2 ) Bij het nader detailleren van bovenstaande trekbanden aandacht te vestigen op de volgende punten: - Verankering trekbanden aan de stabiliteitskernen (afstemmen instortvoorzieningen cq. koppelankers). - Afstemming druklaagwapening en wapening 2 e draagweg onderling alsmede afstemming van beide met de in de prefab balken en kolommen op te nemen koppelankers - Toets wapening op benodigde hoeveelheid voor schijfwerking (windbelasting) pagina 17 van 33

18 3) Situatie plint oostzijde (nivo 8 en lager) Dilatatie nivo 8 en lager = sleutelelement (hoekkolom); te rekenen op 34 kn/m2 = sleutelelement i.v.m. bovenliggende hoekkolom; te rekenen op 34 kn/m2 = dilatatie Ter plaatse van de oostzijde van de plint geldt dezelfde situatie als bij de westzijde. Tp = 514 kn A s;ben = 1028 mm 2 2 Ø 25 in de voeg m druklaag Ø Ti = 435 kn A s;ben = 870 mm 2 Tv = 643 kn A s;ben = 1286 mm 2 Trekband evenwijdig aan de letter-as: 2 Ø 25 waarvan (indien mogelijk) één per zijde in de voeg Trekband evenwijdig aan de cijfer-as 1.0 m druklaag Ø Ø16 stekwapening (waarvan 2 per plaat) 6 Ø 20 verticale trekbandwapening over gehele kolomhoogte pagina 18 van 33

19 4) Stabiliteitskernen Voor de 2 stabiliteitskernen geldt dat deze niet kunnen wegvallen zonder een voortschrijdende instorting te veroorzaken. Deze hoofdkernen dienen dus als sleutelelementen te worden uitgewerkt, met een horizontale belasting P = 34 kn/m 2. In dit geval mogen voor de verticale belastingen de representatief momentane belastingen worden aangehouden. Ook voor de windbelasting geldt in dit geval de representatieve momentane waarde (ψ = 0,2). Aanvullend op het bovenstaande dienen ter borging van de constructieve samenhang de vloer-wand aansluitingen te worden voorzien van effectieve trekbanden en/of een tweede draagweg bij het wegvallen van een prefab element. Analoog aan de Stufib rapportage kunnen de volgende waarden worden berekend: Ft = x n s met n s = 31 verdiepingen Ft = 60 kn/m (bovengrens) Interne trekband Ti = Ft x (g k + ψ x q k ) x z = 60 x (7,41 + 0,69 x 4,0) x 8,1 = 132 kn/m 7,5 5 7,5 5 Deze kracht op te nemen met stekwapening en druklaagwapening welke gekoppeld worden met de kernwanden; A s;ben = 264 mm 2 /m. Aanwezig is minimaal Ø = 333 mm 2 /m in de druklaag en 2 Ø 16/plaat als stek = 335 mm 2 /m. Trekband rondom Tp = Ft = 60 kn/m in de eerste 1,20 meter. A s;ben = 120 mm 2, druklaagwapening minimaal Ø = 333 mm 2 /m voldoet reeds. Vertikale trekband Tv = 34 x A x (H / t) Tv = 34 x 400 x 1000 x (3600 / 400) Tv = N/m = 138 kn/m A s;ben = 276 mm 2 /m (ω o = 0.07%); deze wapening moet minimaal aanwezig zijn aangezien deze lager is dan het minimale wapeningspercentage (min. 0.18% bij B35). pagina 19 van 33

20 5) Outrigger kolommen Voor het bepalen van de trekbanden in de vloer dienen de outrigger kolommen als standaard kolommen beschouwd te worden waarbij horizontale en verticale trekbanden aangebracht worden conform voorgaande. De acht outrigger kolommen zijn berekend op de combinatie van belasting uit de vloer en wandconstructie en de krachten uit stabiliteit. De normaalkracht in deze kolommen wordt globaal voor zo n 35 % veroorzaakt door windbelasting. In geval van calamiteit hoeft er slechts gerekend te worden op de representatief momentane belastingen. In dit geval hoeft er slechts met 0,2 / 1,5 x 100% = 13% van de standaard windbelasting gerekend te worden. Voor het realiseren van een tweede draagweg (zie ook hoofdstuk 9.3) zullen de outrigger kolommen derhalve altijd voldoen. = outrigger kolommen pagina 20 van 33

21 9.3 Globale controle tweede draagweg bij wegvallen kolom In geval van calamiteit zal bij het wegvallen van een kolom een tweede draagweg gerealiseerd moeten worden. Door middel van de trekbanden in de vloer, zoals voorgaand omschreven, is het mogelijk om per verdieping evenwicht te maken (hetgeen wel gepaard gaat met relatief grote verplaatsingen). Hierbij wordt de belasting uit de wegvallende kolom overgedragen aan de naastgelegen kolommen. Voor het realiseren van een tweede draagweg is het van belang dat de naastgelegen kolommen bij deze calamiteit niet zullen bezwijken door de toenemende belasting. Hierbij mag echter wel gerekend worden met de momentane belastingcombinatie voor bijzondere belastingen (γ = 1.0) en materiaalfactoren mogen hierbij op 1.0 gesteld worden. Normale situatie: gevelkolom: A kolom = 5,4 x 0,5 x 11,7 m = 31,6 m 2 Bijzondere situatie met wegvallen van een kolom: gevelkolom: A kolom = (0,5 x 5,4 + 5,4) x 0,5 x 11,7 m = 47,4 m 2 (factor 1,5) Normale vloerbelasting (rekenwaarde / UGT): p d; extr = 1,2 x 7,41 + 1,5 x 4,0 = 14,9 kn/m 2 p d; mom = 1,2 x 7,41 + 1,5 x 0,69 x 4,0 = 13,0 kn/m 2 Vloerbelasting bijzondere situatie (BGT): p rep; mom = 1,0 x 7,41 + 1,0 x 0,69 x 4,0 = 10,2 kn/m 2 Wanneer een kolom op nivo 2 wordt beschouwd (met 29 verdiepingen dragend), komen we tot de volgende vergelijking: Normale situatie: gevelkolom: N d = 31,6 x (14, x 13) = kn Bijzondere situatie: gevelkolom: N rep = 47,4 x 29 x 10,2 = kn (toename van 17%). Aangezien het wegvallen van een kolom tot een vrij forse toename in de belasting van naastgelegen kolommen resulteert, wordt dit verder in bijlage B rekenkundig onderbouwd. Hieruit blijkt dat de normale situatie (met gebruik van materiaalfactoren) maatgevend is ten opzichte van de bijzondere situatie waarbij een kolom is weggevallen. De tweede draagweg is hiermee gegarandeerd. pagina 21 van 33

22 10. Conclusies De hoofddraagconstructie bestaande uit kanaalplaten op prefab balken en kolommen wordt voorzien van een druklaag. De kanaalplaten worden gekoppeld met de balken door middel van ingestorte ankers waarbij in de voeg de benodigde trekbandwapening (conform Stufib rapportage) wordt aangebracht. Ter plaatse van de kolommen wordt over de gehele hoogte een verticale trekband aangebracht. Hiermee wordt de constructie voorzien van incasseringsvermogen, robuustheid, samenhang en ductiliteit. Onaanvaardbare calamiteiten ten gevolge van brand worden voorkomen door de hoofddraagconstructie te ontwerpen op een brandwerendheid op sterkte van 120 minuten en het gebouw te voorzien van een sprinklerinstallatie. De kanaalplaatvloeren worden voorzien van een brandwerende bekleding aan de onderzijde om te voldoen aan de 120 minuten brandwerendheidseis. De kolommen langs de rijbaan en in de garage worden berekend op een aanrijbelasting. De kolommen in de parkeerverdiepingen worden berekend op een extra horizontale explosiebelasting van 100 kn/m 1. Er is desondanks een zekere kans tot het uitvallen van een deel van de hoofddraagconstructie ten gevolge van een aanvaring, een ontploffing of ten gevolge van een inkomend vliegtuig. In dit geval is er een tweede draagweg aanwezig door middel van in de vloer aangebrachte trekbanden. Hierdoor is het mogelijk dat een middenkolom of randkolom wegvalt zonder dat er sprake is van voortschrijdende instorting. Wel zal dit gepaard gaan met grote vervormingen van de vloerdelen. Elementen zoals hoekkolommen waar een trekband door de geometrie van de constructie niet mogelijk is, zullen worden beschouwd als z.g. sleutelelement. Ze zullen worden berekend met een verhoogde horizontale belasting op de kolom of op de elementen welke horizontaal worden gesteund door de kolom. (In het Stufib rapport wordt aanbevolen een horizontale belasting op een sleutelelement van 34 kn/m2). pagina 22 van 33

23 Bijlage A Schatting gevolgen van een LPG ontploffing in de parkeergarage. De parkeergarage heeft een groot volume. Er is geen sprake van een explosie in een omsloten ruimte maar van een gaswolk explosie in een open ruimte. Vergelijkbaar met een explosie in een verkeerstunnel. Om de maximale druk op de constructie te kunnen bepalen is gebruik gemaakt van TNO rapport R2003/413 Toepasbaarheid fysische effectmodellen t.b.v. ongevalscenario s in tunnels. Om een explosief mengsel te krijgen zal een bepaalde verhouding van gas en lucht moeten voorkomen. Een standaard LPG tank van een personenauto heeft een inhoud van 25 kg LPG. Een stoichiometrisch mengsel bevat 4% propaan. Het molecuul gewicht van dit mengsel is derhalve: M mengsel =0,04*M propaan +0,96*M lucht =0,04*44+0,96*29=29,6 De dichtheid van dit mengsel bij een omgevingsdruk van 101,325 kpa en een omgevingstemperatuur van 288 K is: Ρ mengsel = P*M mengsel = *29,6 = 1,25 kg/m³ R*T = 8314*288 De massafractie propaan in een 4% mengsel is 0,0594. De massa van een stoichiometrische wolk die 25 kg propaan bevat is 421 kg. Bij een dichtheid van 1,25 kg/m³ is het volume van deze wolk 337 m³. De dwarsdoorsnede van de parkeergarage heeft een oppervlak van minimaal 15 x 2,3 m². De lengte van de gaswolk bedraagt dan 337/(15*2,3) = 9,8 m. Op basis van het TNO rapport is de blast belasting op een wand in de directe omgeving van het punt van ontsteking bij een centraal ontstoken wolk 130 kpa. Uitgaande van een reflectiefactor van 2,5 bedraagt de maximale voortplantingssnelheid van de drukgolf 288 m/s. De maatgevende kolommen in de kelder hebben een afmeting van ca. 600 x 1000 mm (excl. kolommen ter plaatse van de outriggers). Voor deze kolommen kan een drag-coëfficiënt van 2 worden aangehouden. De Dynamische druk tegen de kolom bij een snelheid van de drukgolf van 288 m/s bedraagt 51,8 kpa. En de maximale horizontale belasting is 104 kn/m. Afgerond 100 kn/m. pagina 23 van 33

24 Bijlage B Controle tweede draagweg bij wegvallen kolom ter plaatse van de gevel: (Zie pag. 23 DO-R901) b.k. nivo 8 as A-9: N rep = kn N d = kn penant 900 x 500 mm (Zie pag. 128 DO-R901) b.k. nivo 3 as A-9: N rep = kn N d = kn penant 1200 x 600 mm (over 3 verdiepingen) Voor de hoogbouw wordt een maatgevende gevelkolom ter hoogte van de 3 e en 8 e verdieping gecontroleerd. Hierbij wordt voor de eenvoud de belasting in geval van bijzondere situatie verhoogd met een factor 1,5 in verband overnemen van de belasting uit de weggevallen kolom. Normale situatie Bijzondere situatie nivo kn x 1,5 = kn nivo kn x 1,5 = kn Voor nivo 3: e o = / 300 = 41 mm e c = 3 x (1,5 x ) (12300 / 100 / 600) 2 = 119 mm e t = ,05 x 500 = 185 mm Zie volgende pagina voor berekening van de kolomwapening. Voor de bijzondere situatie wordt gerekend met f s;rep = 500 N/mm 2 en f b;rep = 0,72 x 65 = 46,8 N/mm 2. pagina 24 van 33

25 Normale situatie kolom nivo 3 (maatgevend): Bijzondere situatie kolom nivo 3 (niet maatgevend): Hieruit blijkt dat de normale situatie voor de kolom ter plaatse van de 3 e verdieping maatgevend is en de kolom derhalve voldoet in geval van tweede draagweg. pagina 25 van 33

26 Voor nivo 8: e o = 4400 / 300 = 15 mm e c = 3 x (1,5 x ) (4400 / 100 / 500) 2 = 18 mm e t = ,05 x 500 = 58 mm Zie onderstaand voor berekening van de kolomwapening. Voor de bijzondere situatie wordt gerekend met f s;rep = 500 N/mm 2 en f b;rep = 0,72 x 65 = 46,8 N/mm 2. Normale situatie kolom nivo 8 (maatgevend): pagina 26 van 33

27 Bijzondere situatie kolom nivo 8 (niet maatgevend): Hieruit blijkt dat de normale situatie voor de kolom ter plaatse van de 8 e verdieping maatgevend is en de kolom derhalve voldoet in geval van tweede draagweg. pagina 27 van 33

28 Controle tweede draagweg bij wegvallen interne kolom: (Zie pag. 23 DO-R901) b.k. nivo 8 as B-9: N rep = kn N d = kn penant 500 x 900 mm (Zie pag. 128 DO-R901) b.k. nivo 0 as B-9: N rep = kn N d = kn Kolom 800x800 mm (over 2 verdiepingen) Voor de hoogbouw wordt een maatgevende interne kolom ter hoogte van de begane grond en 8 e verdieping gecontroleerd. Hierbij wordt voor de eenvoud de belasting in geval van bijzondere situatie verhoogd met een factor 1,5 in verband overnemen van de belasting uit de weggevallen kolom. Normale situatie Bijzondere situatie nivo kn x 1,5 = kn nivo kn x 1,5 = kn Voor nivo 0: e o = / 300 = 34 mm e c = 3 x (1,5 x ) (10100 / 100 / 800) 2 = 59 mm e t = ,05 x 800 = 133 mm Zie volgende pagina voor berekening van de kolomwapening. Voor de bijzondere situatie wordt gerekend met f s;rep = 500 N/mm 2 en f b;rep = 0,72 x 65 = 46,8 N/mm 2. pagina 28 van 33

29 Normale situatie kolom nivo 0 (maatgevend): Bijzondere situatie kolom nivo 0 (niet maatgevend): Hieruit blijkt dat de normale situatie voor de kolom ter plaatse van de 2 e verdieping maatgevend is en de kolom derhalve voldoet in geval van tweede draagweg. pagina 29 van 33

30 Voor nivo 8: e o = 4400 / 300 = 15 mm e c = 3 x (1,5 x ) (4400 / 100 / 500) 2 = 18 mm e t = ,05 x 500 = 58 mm Zie onderstaand voor berekening van de kolomwapening. Voor de bijzondere situatie wordt gerekend met f s;rep = 500 N/mm 2 en f b;rep = 0,72 x 65 = 46,8 N/mm 2. Normale situatie kolom nivo 8 (maatgevend): pagina 30 van 33

31 Bijzondere situatie kolom nivo 8 (niet maatgevend): Hieruit blijkt dat de normale situatie voor de kolom ter plaatse van de 8 e verdieping maatgevend is en de kolom derhalve voldoet in geval van tweede draagweg. pagina 31 van 33

32 Controle tweede draagweg ter plaatse van de fundering bij wegvallen kolom: Bij het wegvallen van een kolom neemt het dragende oppervlak van een kolom met een factor 1.5 toe. Uit voorgaande blijkt dat de te rekenen belasting met ca. 17% toeneemt aangezien er geen rekening hoeft gehouden te worden met belastingsfactoren. Naast de controle van deze kolommen zal ook beoordeeld moeten worden of de fundering voldoet op deze toename van belasting. Controle ter plaatse van de kelderwand Uitgaande van de maximale belasting uit een 8-paals poer bedraagt de maximale toename van de verticale kracht: R d;extra = 8 x 3500 x 0,17 kn = 4760 kn Wanneer verondersteld wordt dat deze belasting door de kelderwand afgedragen wordt op naastgelegen poeren blijkt het volgende: z = 0,3 x 5,4m + 0,3 x 6,5m = 3,6 m M d 4760 x 1/8 x 5,4 m = 3213 knm A s;ben. = 3213 / 3,6 / 0,500 = 1785 N/mm 2 In verband met waterdichtheid bedraagt het minimale wapeningspercentage 0,6% (totaal beide zijden) waardoor minimaal aanwezig is over een hoogte van 1,1 meter: A s = 1,1 x 0,25 x 0,6 x 1 e 4 = 1650 mm 2 Naast deze minimale wapening zullen er tevens trekbanden (onder en boven) worden aangebracht. Minimaal benodigd: = 135 mm 2 pagina 32 van 33

33 Controle ter plaatse van middenkolommen: Ter plaatse van de middenkolommen zal de funderingspoer de toegenomen belasting van ca. 17% moeten opnemen. De poeren worden berekend op de maximale reactie waarbij geen rekening wordt gehouden met reductie ten gevolge van de waterdruk aan de onderzijde van de keldervloer. Indien bij calamiteit gebruik gemaakt wordt van de opwaartse waterdruk is er door de poer extra op te nemen: Onderzijde keldervloer: 7,6 m NAP Gemiddelde GWS: 2,2 m NAP Opwaartse waterdruk: p waterdruk = (7,6 2,2) x 10 = 54 kn/m 2 Opwaartse kracht: Q waterdruk = 54 x 5,4 x 11,7 = 3411 kn Uitgaande van de maximale belasting uit een 8-paals poer dient er door de poer extra opgenomen te worden: R d;extra = 8 x 3500 x 0, = 1349 kn Dit is een toename van de kracht op de poer van 4,8 % waarvan aangenomen kan worden dat de poer deze extra belasting in geval van calamiteit (bijzondere belasting, materiaalfactoren γ m = 1,0) op kan nemen. pagina 33 van 33