rapport 7 staalplaat-betonvloeren deel 1 : richtlijnen en rekenvoorbeelden centrum staal staalbouwkundig genootschap civieltechnisch centrum uitvoering research en regelgeving
Centrum Staal is de stichting, die /onder winstoogmerk in Nederland het gebruik en de toepassingsmogelijkheden van staal propageert en activeert. Daartoe geeft het Centrum Staal gratis adviezen van technische aard en geeft zij regelmatig pub!ikaties uit. soms in samenwerking met andere organisaties (o.m. het kwartaaltijdschrift..bouwen met staal". Een uitgebreide en voor iedereen toegankelijke video-, dia- en bibliotheek staat hiervoor ter beschikking. Naast deze algemene voorlichting en promotionele activiteiten, zoals de Nationale Staalbouwdag. de uitreiking van de tweejaarlijkse Nationale Slaalprijs en de jaarlijks uil 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 29076. 3001 GB Rotterdam, tel.: 010-4110433. 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 welen 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: Groothandelsgebojw A-4, Postbus 29076, 3001 GB Rotterdam, tel.: 010-4110433. 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 420. 2800 AK Gouda, tel.: 01820-39600.
staalplaat-betonvloeren deel 1: richtlijnen en rekenvoorbeelden DEZE PUBLIKATIE IS TOT STAND GEKOMEN ONDER VERANTWOORDELIJKHEID VAN DE ONDERZOEKCOMMISSIE STAALPLAAT-BETONVLOEREN (CUR-ONDERZOEKCOMMISSIE C 48/CS-WERKGROEP 5) HET ONDERZOEK WERD UITGEVOERD DOOR TNO-BOUW GEZAMENLIJKE PUBLIKATIE VAN STAALBOUWKUNDIG GENOOTSCHAP, ROTTERDAM CENTRUM STAAL, ROTTERDAM CIVIELTECHNISCH CENTRUM UITVOERING RESEARCH EN REGELGEVING, GOUDA
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 uitgesloten de mogelijkheid dat 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 ai degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. ISBN 9021260859
VOORWOORD Eind 1982 is door het Staalbouwkundig Genootschap (SG) en het Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR) de onderzoekcommissie CUR C 48/CS W5 Staalplaat-betonvloeren" ingesteld. Ten tijde van deze publikatie had de commissie de volgende samenstelling: ir. F. VAN PELT. voorzitter ing. J. W. P. M. BREKELMANS, secretaris ir. C. L. BIJL ing. W. J. M. DOOVE ing. M. KRUIT ing. F. POSTHUMUS prof. ir. C. J. M. SCHIEBROEK prof. ir. J. W. B. STARK ir. M. F. MENDES DE LEON, coördinator CS ir. L. L. KAMMINGA, coördinator CUR prof. dr. ir. A. S. G. BRUGGELING, mentor namens CUR Overeenkomstig de opdracht heeft de commissie op basis van de huidige beschikbare kennis richtlijnen opgesteld. Deze richtlijnen zijn: - 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). Het werd nodig geoordeeld de achtergronden van de RSBV 1990 in de vorm van een rapport meer uitvoerig en samenhangend te behandelen dan in een toelichting bij richtlijnen gebruikelijk is. Enerzijds zijn veel constructeurs namelijk onvoldoende vertrouwd met het constructietype, terwijl anderzijds de richtlijnen nieuw zijn en van de constructeur deskundigheid vragen zowel op het gebied van betonconstructies als op het gebied van staalconstructies. Het rapport waarin deze achtergronden en de theorie ter sprake komen, is beschikbaar als SG/CS/CUR-rapport 8 Staalplaat-betonvloeren, deel 2: Theorie". De richtlijnen die betrekking hebben op staalplaat-betonvloeren onder brandomstandigheden, konden wel met een toelichtende tekst naast de richtlijnen worden geschreven. De werkzaamheden zijn uitgevoerd bij TNO-Bouw door ing. J. W. P. M. BREKELMANS en ing. P. W. VAN DE HAAR onder leiding van prof. ir. J. W. B. STARK. Aan de tot stand-
koming van dit rapport werd een belangrijke bijdrage geleverd door ing. W. J. M. DOOVE (hoofdstuk 2) en ir. L. TWILT (hoofdstuk 3, bijlage A en RBW-SBV). Het rapport is 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" (respectievelijk 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 SG/CS/CURrapporten 5 en 6 ten slotte hebben betrekking op Staal-beton kolommen bij brand". De RSBV 1990 sluit aan bij deze publikaties. mei 1991 Het bestuur van het SG Het bestuur van het CS Het bestuur van de CUR
INHOUD NOTATIES 7 Hoofdstuk 1 INLEIDING 11 1.1 Algemeen 11 1.2 SG/CS/CUR-rapport 7 11 1.3 SG/CS/CUR-rapport 8 11 Hoofdstuk 2 REKENVOORBEELDEN 12 2.1 Rekenvoorbeeld 1 12 2.1.1 Gegevens 12 2.1.2 Uitvoeringsstadium 13 2.1.3 Gerede toestand: controle als vrij opgelegde vloer op twee steunpunten 17 2.1.4 Alternatief: gerede toestand, controle als doorgaande vloer, rekening houdend met herverdeling van momenten 22 2.1.5 Vloerconstructie onder brandomstandigheden 25 2.2 Rekenvoorbeeld 2 27 2.2.1 Gegevens 28 2.2.2 Uitvoeringsstadium 28 2.2.3 Gerede toestand: controle als vrij opgelegde vloer op twee steunpunten 28 2.3 Rekenvoorbeeld 3 35 2.3.1 Gegevens 36 2.3.2 Controle van de thermische isolatie 36 2.3.3 Controle van de draagkracht 36 Hoofdstuk 3 REKENKUNDIGE BEOORDELING VAN DE BRANDWERENDHEID.. 39 3.1 Toelichting op de grafieken van bijlage A 39 3.2 Positief plastisch moment 39 3.3 Negatief plastisch moment 41 Hoofdstuk 4 SAMENVATTING 44 Bijlage A GRAFIEKEN VOOR DE BEOORDELING VAN DE BRANDVEILIGHEID 45 Bijlage B LITERATUUR 49 Zusammenfassung 50 Résumé 51 Summary 52
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)
NOTATIES A a A T A b oppervlakte van de doorsnede van het betonstaal per breedte oppervlakte van de steunpuntswapening per breedte oppervlakte van de bruto betondoorsnede (incl. de doorsnede die door wapening wordt ingenomen) per breedte A* e gereduceerd oppervlak van de betondrukzone ter plaatse van de tussensteunpunten (verhitte zijde) per breedte A s o {,a 2 b b () b { b pb b ps b x b m c d oppervlakte van de doorsnede van de geprofileerde staalplaat per breedte afstand voor de positie van een wapeningsstaaf ten opzichte van de zijkant van de ribben plaatbreedte nuttige breedte van de betondoorsnede bij negatieve momenten breedte van het lastvlak (in dwarsrichting op de overspanning) effectieve plaatbreedte ö p voor buiging effectieve plaatbreedte b p voor dwarskracht en afschuiving nuttige breedte van de betonrib minimale breedte van de betonrib deuvelafstand in dwarsrichting C deuvelafstand in langsrichting c v d afstand van de verbindingsmiddelen afstand van het zwaartepunt van de veldwapening tot de onderkant van de rib d, afstand van het zwaartepunt van de steunpuntswapening tot de bovenkant van de vloer a elasticiteitsmodulus van staal "b elasticiteitsmodulus van beton (korte duur) Y C i T buigstijfheid van de geprofileerde staalplaat rekening houdend met lokaal plooien / g buigstijfheid van de gescheurde staal-beton doorsnede 7 S ongereduceerde buigstijfheid van de geprofileerde staalplaat EIq buigstijfheid van de ongescheurde staal-beton doorsnede F ó belasting uit de staalplaat-bctonvloer op de eindverankering F\ belasting uit de staal-beton ligger op de verbindingsmiddelen die tevens de eindverankering verzorgen voor de staalplaat-betonvloer / a,/ a ' rekenwaarde voor de sterkte van betonstaal voor respectievelijk trek en druk / a d rekenwaarde voor de treksterkte van de deuvel Vas =./ak/)'mv = rekenwaarde voor de sterkte van de geprofileerde staalplaat f ix g rekenwaarde voor de sterkte van betonstaal bij brandtemperaturen /h rekenwaarde voor de betondruksterkte rekenwaarde voor de betondruksterkte bij brandtemperaturen h nuttige hoogte van de betondoorsnede (bovenkant vloer tot zwaartepunt staalplaat)
h a dikte van de afwerklaag /? b hoogte van de betondoorsnede boven de staalplaat h d h e lengte van de deuvel effectieve vloerdikte /; nuttige hoogte van de betondoorsnede bij steunpuntsmomenten (onderkant vloer tot zwaartepunt betonstaal) // s hoogte van de geprofileerde staalplaat //[ totale hoogte van de staal-beton doorsnede k, m proefondervindelijk vastgestelde karakteristieke waarden ter bepaling van het afschuifdraagvermogen s afstand tot de plaats, waarbij in de plaat bij het bereiken van het afschuifdraagvermogen een dwarsscheur in het beton ontstaat / theoretische overspanning l\ grootste breedte van de ribben bij een trapeziumvormig geprofileerde staalplaat l 2 kleinste breedte van de ribben bij een trapeziumvormig geprofileerde staalplaat / k kritieke omtrek in verband met pons / p afstand van het midden van de geconcentreerde last tot het meest nabij gelegen steunpunt 4 opleglengte M buigend moment per breedte A/ u +0 positief plastisch moment na een bepaalde brandduur per breedte Mug negatief plastisch moment na een bepaalde brandduur per breedte N a trekkracht in het betonstaal per breedte A/ as trekkracht in de geprofileerde staalplaat per breedte A/ar trekkracht in de steunpuntswapening per breedte N a g trekkracht in het betonstaal aan de verhitte zijde per breedte A/h betondrukresultante per breedte A/b0 betondrukresultante aan de verhitte zijde per breedte q in rekening te brengen gelijkmatig verdeelde belasting q k q u0 / S ud maatgevende belasting bij brandwerendheidsproeven draagkracht van het vloerveld na een bepaalde verhittingsduur afrondingsstraal rekenwaarde voor de sterkte van de in de lengterichting van de ribben belaste deuvel 5 U rekenwaarde voor de sterkte van de loodrecht op de ribben belaste deuvel 7~ d bij de rekenwaarden van de belastingen optredende dwarskracht 7p bij de rekenwaarden van de belastingen optredende ponskracht 7" s rekenwaarde voor de schuifsterkte van de verbindingen tussen de staalplaat en het beton over het afschuifkrachtengebied L s 7", bij de rekenwaarde voor de schuifsterkte van beton optredende dwarskracht
! kerndikte van de staalplaat w scheurwijdte y z y zb y zs y zt z zwaartepuntsafstand van een doorsnede tot de onderzijde zwaartepuntsafstand van de betondoorsnede tot de onderzijde zwaartepuntsafstand van de doorsnede van de geprofileerde staalplaat tot de onderzijde zwaartepuntsafstand van de samengestelde doorsnede tot de onderzijde inwendige hefboomsarm A/ scheurafstand a verhouding tussen de materiaalsterkte bij hoge temperatuur en die bij normale temperatuur ö doorbuiging n coëfficiënt voor de berekening van de temperatuur in het betonstaal in de ribben 6 brandtemperatuur van de omgeving $ a temperatuur in het betonstaal 6 b temperatuur in het beton # u aanvangstemperatuur van de omgeving x reductiefactor voor de belasting r, rekenwaarde voor de schuifsterkte van beton r d cüq w 0 ö>or w 0 r optredende schuifspanning in beton ten gevolge van een dwarskracht T d geometrisch wapeningspercentage voor de velddoorsnede mechanisch wapeningspercentage voor de velddoorsnede geometrisch wapeningspercentage voor de steunpuntsdoorsnede mechanisch wapeningspercentage voor de steunpuntsdoorsnede 0 d diameter van de deuvel 0 d o diameter van de lasdoorsnede van de deuvel