staalplaat-betonvloeren

Transcriptie

1 staalplaat-betonvloeren centrum staal staalbouwkundig genootschap civieltechnisch centrum uitvoering research en regelgeving

2 Centrum Staal is de stichting, die zonder winstoogmerk in Nederland het gebruik en de toepassingsmogelijkheden van staal propageert en activeert. Daartoe geeft het Centrum Slaal gratis adviezen van technische aard en geeft zij regelmatig publikaties uil. soms in samenwerking met andere organisaties (o.m. het kwartaaltijdschrift Bouwen met slaal". Een uitgebreide en voor iedereen toegankelijke video-, dia- en bibliotheek staal hiervoor ter beschikking. Naast deze algemene voorlichting en promotionele activiteiten, zoals de Nationale Staalbouwdag. de uitreiking van de tweejaarlijkse Nationale Staalprijs en de jaarlijks uit te reiken Afstudeerprijs..Staal", streeft het Centrum Staal kennisoverdracht en -vergroting na door: - het coördineren van speurwerk voor grote en kleine collectieven; - het voorbereiden van technische richtlijnen, o.a. voor de producent, de constructeur en de architect; - het doen van marktonderzoek; - deelname aan beurzen. Secretariaat: Groothandelsgebouw A-4. Postbus GB Rotterdam, tel.: Het Staalbouwkundig Genootschap is de vereniging van belangstellenden in de techniek van de staalbouw uit alle betrokken geledingen, zoals de industrie, de advies- en ontwerpbureaus, het onderwijs, de overheid en de onderzoekinstituten. Het Staalbouwkundig Genootschap realiseert haar doelstellingen, te weten kennisoverdracht, kennisvergroting en technische belangenbehartiging, onder meer door: - het organiseren van voordrachten over en excursies naar interessante projecten; - het uitgeven van publikaties. researchrapporten en richtlijnen; - het organiseren van cursussen, congressen, symposia en vergaderingen; - het bevorderen van wetenschappelijk onderzoek; - het bevorderen en sanctioneren van technische richtlijnen voor de staalbranche; - het doen uitgeven in samenwerking met Centrum Staal van het kwartaaltijdschrift Bouwen met Staal", tevens officieel orgaan van het Staalbouwkundig Genootschap. Secretariaat: Groothandelsgebouw A-4, Postbus 29076, 3001 GB Rotterdam, tel.: De CUR is een stichting die zich bezighoudt met het coördineren van onderzoek en die aan de hand daarvan regels opstelt op het gehele terrein van de civiele techniek, met uitzondering van de wegenbouw. Dat betreft dus de waterbouw, de utiliteitsbouw en de woningbouw. Het hoofddoel van de CUR is het bevorderen van kennis en kunde op de genoemde gebieden en het overdragen van die kennis en kunde, mede gericht op versterking van het Nederlandse bedrijfsleven. De CUR doet dit in nauwe samenwerking met overheid, bedrijfsleven, onderzoekinstituten en onderwijs. De CUR tracht haar doel te bereiken onder meer door: - het instellen van onderzoek- en voorschriftencommissies; - het doen uitvoeren van onderzoek; - kennisoverdracht; - het bevorderen dat voorschriften erkenning vinden; - het samenwerken in internationaal verband. Secretariaat: ir. P. Bloklandhuis, Postbus AK Gouda, tel.:

3 staalplaat-betonvloeren deel 2: theorie DEZE PUBLIKATIE IS TOT STAND GEKOMEN ONDER VERANTWOORDELIJKHEID VAN DE ONDERZOEKCOMMISSIE STAALPLAAT-BETONVLOEREN (CUR-COMMISSIE C 48/CS-WERKGROEP 5) HET ONDERZOEK WERD UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO-BOUW GEZAMENLIJKE PUBLIKATIE VAN STAALBOUWKUNDIG GENOOTSCHAP, ROTTERDAM CENTRUM STAAL, ROTTERDAM CIVIELTECHNISCH CENTRUM UITVOERING RESEARCII EN REGELGEVING, GOUDA

4 Het Staalbouwkundig Genootschap, het Centrum Staal, 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 niet worden uilgesloten de mogelijkheid dal zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. Het Staalbouwkundig Genootschap, het Centrum Staal en de CUR sluiten 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. ISBN

5 VOORWOORD Eind 1982 is door het Staaibouwkundig Genootschap (SG) en het Civiel technisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR) de onderzoekcommissie CUR C 48/CS-5 Staalplaat-betonvloeren" ingesteld. Ten tijde van deze publikatie had de commissie de volgende samenstelling: i r. F. van Pelt, voorzitter ing. J.W.P.M. Brekelmans, secretaris i r. CL. B i j l ing. W.J.M. Doove ing. M. Kruit ing. F. Posthumus prof. i r. C.J.M. Schiebroek prof. i r. J.W.B. Stark i r. C.H. van Eldik, coördinator CS i r. L.L. Kamminga, coördinator CUR prof. dr. i r. A.S.G. Bruggeling, mentor namens de CUR Overeenkomstig de opdracht heeft de commissie op basis van de huidige beschikbare kennis de volgende twee richtlijnen opgesteld: - richtlijnen voor het ontwerp en de vervaardiging van staalplaat-betonvloeren (RSBV 1990); - richtlijnen met betrekking tot de rekenkundige bepaling van de brandwerendheid van staalplaat-betonvloeren (RBW-SBV 1990). Deze richtlijnen z i j n met een aantal rekenvoorbeelden als SG/CS/CUR-rapport 7 Staalplaat-betonvloeren, deel 1: Richtlijnen en rekenvoorbeelden" gepubliceerd. Het werd nodig geoordeeld de achtergronden van de RSBV 1990 in de vorm van d i t rapport meer uitvoerig en samenhangend te behandelen dan in een toelichting b i j richtlijnen gebruikelijk is. Enerzijds z i j n veel constructeurs namelijk onvoldoende vertrouwd met het constructietype, t e r w i j l anderzijds de richtlijnen nieuw z i j n en van de constructeur deskundigheid vragen zowel op het gebied van betonconstructies als op het gebied van staalconstructies. De richtlijnen die betrekking hebben op staalplaat-betonvloeren onder brandomstandigheden, konden wel met een toelichtende tekst naast de richtlijnen worden geschreven. In dit rapport wordt daarom volstaan met een

6 korte samenvatting van deze richtlijnen. Verder wordt de aandacht gevestigd op een praktische uitwerking van de RBW-SBV en het toetsen van de rekenkundige benaderingsmethode aan proefresultaten. In een aantal gevallen z i j n leemten in de kennis geconstateerd. Voor beide richtlijnen heeft de commissie in die gevallen arbitraire aannamen gedaan die soms tot conservatieve oplossingen kunnen leiden. In dit rapport worden aanbevelingen gedaan voor onderzoek om deze leemten in de kennis op te lossen. Het onderzoek is uitgevoerd b i j TNO-Bouw door ing. J.W.P.M. Brekelmans en ing. P.W. van de Haar onder leiding van prof. i r. J.W.B. Stark. Aan de totstandkoming van dit rapport werd een belangrijke bijdrage geleverd door prof. i r. J.W.B. Stark (paragraaf 3.8), i r. F. van Pelt (hoofdstukken 4 en 5) en ing. P.W. van de Haar en i r. L. Twilt (hoofdstuk 6). Het rapport werd verder samengesteld door ing. J.W.P.M. Brekelmans. Voor het ontwerp en de vervaardiging van staal-beton constructies verschenen eerder reeds de SG/CUR-rapporten 1 en 4 met daarin opgenomen de Richtlijnen voor het ontwerp en de vervaardiging van staal-beton liggers" (resp. RSBL 1974 en RSBL 1983) en SG/CUR-rapport 3 met daarin opgenomen de Richtlijnen voor het ontwerp en de vervaardiging van staal-beton kolommen" (RSBK 1983). De RSBV 1990 sluit daarbij aan. juni 1991 Het bestuur van het SG Het bestuur van het CS Het bestuur van de CUR

7 INHOUD NOTATIES 8 Hoofdstuk 1 INLEIDING Functie van de geprofileerde staalplaat Voorcelen van de geprofileerde staalplaat Als bekisting Als wapening Richtlijnen RSBV RBW-SBV Overige richtlijnen 18 Hoofdstuk 2 BESCHRIJVING EN TOEPASSING Staalplaat-betonvloeren Beschrijving Toepassing Staal-beton ligger Beschrijving Toepassing Bijzondere constructies 30 Hoofdstuk 3 BEOORDELING VAN DE STERKTE Belastingen en belastingfactoren Uitvoeringsfase Gerede toestand Momenten- en dwarskrachtenverdeling Uitvoeringsfase Gerede toestand Materiaaleigenschappen Geprofileerde staalplaat Beton Betonstaal Beoordelingscriteria Uitvoeringsfase Gerede toestand Moment 44

8 3.5.1 Positief buigend moment: moment-krommingsgedrag Positief buigend moment: invloed voorbelasten Positief buigend moment: rekenkundige benadering Negatief buigend moment Afschuiving Algemeen Invloed van de eigenschappen van de verbindingen Toelichting op de semi-empirische rekenmethode gegeven in de RSBV 1990, art Theoretisch model voor een staalplaat-betonvloer met ideaal-plastische" verbindingsmiddelen Eindverankering Dwarskracht Over steunpunten doorgaande platen Berekening volgens de RSBV Belasting-vervormingsgedrag van een doorgaande staalplaat-betonvloer Bijdrage van de staalplaat aan het opneembare steunpuntsmoment ^ u s 104 Hoofdstuk 4 BEOORDELING VAN DE GEBRUIKSTOESTAND Algemeen Vervorming van de constructie Optreden van eerste slip Optreden van scheurvorming Doorbuiging Uitvoeringsfase Gerede toestand 115 Hoofdstuk 5 STAALPLAAT-BETONVLOER TOEGEPAST IN COMBINATIE MET EEN STALEN LIGGER ALS STAAL-BETON LIGGER Inleiding Constructieschematisering Schuifverbinding met stiftdeuvels. Sterkte en vervormingsgedrag Stiftdeuvels in een vlakke betonplaat (RSBL 1983) Stiftdeuvels in de ribben van een staalplaatbetonvloer loodrecht op de stalen ligger 129

9 5.3.3 Stiftdeuvels In de ribben van een staalplaatbetonvloer evenwijdig aan de stalen ligger Stiftdeuvels in de ribben van een staalplaatbetonvloer, waarop een schuifbelasting in twee richtingen werkt Schuif verbinding met geschoten HVB-deuvels Geschoten HVB-deuvels in een vlakke betonplaat Geschoten HVB-deuvels in de ribben van een staalplaat-betonvloer loodrecht op de stalen ligger Geschoten HVB-deuvels in de ribben van een staalplaat-betonvloer evenwijdig aan de stalen ligger Geschoten HVB-deuvels in de ribben van een staalplaat-betonvloer, waarop een schuifbelasting in twee richtingen werkt S teunpuntswapening 144 Hoofdstuk 6 BRANDWERENDHEID VAN STAALPLAAT-BETONVLOEREN Samenvatting van de RBW-SBV Criteria voor de brandwerendheid Gedrag van staalplaat-betonvloeren b i j brand Voorzieningen ter verhoging van de brandwerendheid Rekenregels voor de minimale vloerdikte Rekenregels voor de benodigde wapening Aanvullende ontwerpoverwegingen Temperatuurverdeling Toetsing van de RBW-SBV 1990 aan proeven 155 Hoofdstuk 7 SAMENVATTING 156 LITERATUUR 158 Zusammenfassung 165 Résumé 167 Summary 169

10 NOTATIES A oppervlakte van de doorsnede van het betonstaal per breedte a A oppervlakte van de steunpuntswapening per breedte oppervlakte van de bruto betondoorsnede (incl. de doorsnede die door wapening wordt ingenomen) per breedte gereduceerd oppervlak van de betondrukzone ter plaatse van de tussensteunpunten (verhitte zijde) per breedte A g oppervlakte van de doorsnede van de geprofileerde staalplaat per breedte a^,a^ afstand voor de positie van een wapeningsstaaf ten opzichte van de b zijkant van de plaatbreedte ribben b Q nuttige breedte van de betondoorsnede b i j negatieve momenten bg breedte van het lastvlak (in dwarsrichting op de overspanning) bpk effectieve plaatbreedte b^ voor buiging b effectieve plaatbreedte b voor dwarskracht en afschuiving v 6 ps p b nuttige breedte van de betonrib b minimale breedte van de betonrib rm c ^ deuvelafstand in dwarsrichting deuvelafstand in langsrichting afstand van de verbindingsmiddelen d afstand van het zwaartepunt van de veldwapening tot de onderkant van de rib afstand van het zwaartepunt van de steunpuntswapening tot de bovenkant van de vloer E elasticiteitsmodulus van staal a E' elasticiteitsmodulus van beton (korte duur) b T e buigstijfheid van de geprofileerde staalplaat rekening houdend met lokaal plooien EI buigstijfheid van de gescheurde staal-beton doorsnede ë I g ongereduceerde buigstijfheid van de geprofileerde staalplaat IQ buigstijfheid van de ongescheurde staal-beton doorsnede belasting uit de staalplaat-betonvloer op de eindverankering belasting uit de staal-beton ligger op de verbindingsmiddelen die tevens de eindverankering verzorgen voor de staalplaat-betonvloer f,f' rekenwaarde voor de sterkte van betonstaal voor respectievelijk trek a a en druk f, rekenwaarde voor de treksterkte van de deuvel ad

11 f f, / - rekenwaarde voor de sterkte van de geprofileerde staalas ak' Div plaat f rekenwaarde voor de sterkte van betonstaal b i j brandtemperaturen a o f j rekenwaarde voor de betondruksterkte b r~k0 rekenwaarde voor de betondruksterkte bij brandtemperaturen h nuttige hoogte van de betondoorsnede (bovenkant vloer tot zwaartepunt staalplaat) h dikte van de afwerklaag a hoogte van de betondoorsnede boven de staalplaat lengte van de deuvel h effectieve vloerdikte e h Q nuttige hoogte van de betondoorsnede b i j steunpuntsmomenten (onderkant vloer tot zwaartepunt betonstaal) h s hoogte van de geprofileerde staalplaat totale hoogte van de staal-beton doorsnede k, m proefondervindelijk vastgestelde karakteristieke waarden ter bepaling van het afschuifdraagvermogen L g afstand tot de plaats, waarbij in de plaat bij het bereiken van het afschuifdraagvermogen een dwarsscheur in het beton ontstaat i theoretische overspanning grootste breedte van de ribben b i j een trapeziumvormig geprofileerde staalplaat ^2 kleinste breedte van de ribben bij een trapeziumvormig geprofileerde staalplaat kritieke omtrek in verband met pons i afstand van het midden van de geconcentreerde last tot het meest P nabij gelegen steunpunt z s M <s M ue N a N as N ar N *9 N b N h0 opleglengte buigend moment per breedte positief plastisch moment na een bepaalde brandduur per breedte negatief plastisch moment na een bepaalde brandduur per breedte trekkracht in het betonstaal per breedte trekkracht in de geprofileerde staalplaat per breedte trekkracht in de steunpuntswapening per breedte trekkracht in het betonstaal aan de verhitte betondrukresultante per breedte betondrukresultante aan de verhitte zijde per breedte zijde per breedte 1 in rekening te brengen gelijkmatig verdeelde belasting maatgevende belasting b i j brandwerendheidsproeven

12 T q u6 r S ud draagkracht van het vloerveld na een bepaalde verhittingsduur afrondingsstraal rekenwaarde voor de sterkte van de in de lengterichting van de rib ben belaste deuvel rekenwaarde voor de sterkte van de loodrecht op de ribben belaste deuvel T d T p r s b i j de rekenwaarden van de belastingen optredende dwarskracht bij de rekenwaarden van de belastingen optredende ponskracht rekenwaarde voor de schuifsterkte van de verbindingen tussen de staalplaat en het beton over het afschuifkrachtengebied t kerndikte van de staalplaat w scheurwij dte y z zwaartepuntsafstand tot de onderzijde 7 zb zwaartepuntsafstand van de betondoorsnede tot de onderzijde zwaartepuntsafstand van de doorsnede van de geprofileerde tct de enderzijde staalplaat y zt zwaartepuntsafstand van de samengestelde doorsnede tot de onderzijde z inwendige hefboomsarm Ai scheurafstand cc verhouding tussen de materiaalsterkte bij hoge temperatuur en die bij normale temperatuur 0 doorbuiging 1 coëfficiënt voor de berekening van de temperatuur in het betonstaal in de ribben 6 brandtemperatuur van de omgeving 6 temperatuur in het betonstaal a *b temperatuur in het beton 0 aanvangstemperatuur van de omgeving u K reductiefactor voor de belasting l r d rekenwaarde voor de schuifsterkte van beton optredende schuifspanning in beton ten gevolge van een dwarskracht U>Q geometrisch wapeningspercentage voor de velddoorsnede WQ mechanisch wapeningspercentage voor de velddoorsnede geometrisch wapeningspercentage voor de steunpuntsdoorsnede u>q r mechanisch wapeningspercentage voor de steunpuntsdoorsnede diameter van de deuvel 0, diameter van de lasdoorsnede van de deuvel do