DOSSIER 7581
MACTIE RENOVATIESPOUWANKER VAN B+B TEC Rapport 7581-1-2 Aanwijzingen voor de constructieve toepassing 17 juni 2011
Eigendom B+BTec BV. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, en evenmin in een retrieval-systeem worden opgeslagen, zonder de voorafgaande schriftelijke toestemming van B+BTec BV te Zevenbergen.
© 2011 B+BTec BV, Zevenbergen, The Netherlands. All rights reserved
INHOUD 1
Inleiding ................................................................................................................2
1.1 1.2 1.3
Opdracht.................................................................................................................2 Beschikbare gegevens............................................................................................2 Uitgangspunten ......................................................................................................2
2
Beschrijving van het Mactie renovatiespouwanker..........................................3
3
Eisen te stellen aan spouwankers volgens NEN-EN 1996-2 .............................4
3.1 3.2 3.3
Algemeen ...............................................................................................................4 Vervormingscapaciteit ...........................................................................................4 Bestandheid tegen corrosie ....................................................................................6
4
Eigenschappen van een spouwanker volgens NEN-EN 845-1 .........................7
4.1 4.2 4.3 4.4
Algemeen ...............................................................................................................7 Vervormingscapaciteit ...........................................................................................7 Sterkte van de spouwankers...................................................................................8 Bestandheid tegen corrosie ..................................................................................10
5
Aantal spouwankers volgens NEN-EN 1996-1-1 en NPR 9096-1-1...............10
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
Inleiding ...............................................................................................................10 Rekenwaarde van de sterkte ................................................................................11 Rekenwaarde van de kracht .................................................................................12 Voorbeeldberekening...........................................................................................14 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 1,5................................................16 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 2...................................................17 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 3...................................................18
6
Samenvatting......................................................................................................20
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
1
1
Inleiding
1.1
Opdracht In opdracht van B+B Tec te Zevenbergen is door Adviesbureau Hageman ingegaan op de constructieve toepassing van Mactie renovatiespouwankers. Achtereenvolgens wordt aandacht besteed aan de eigenschappen van het Mactie renovatiespouwanker, de eisen die gesteld worden aan spouwankers en de bij de verschillende toepassingen benodigde aantallen spouwankers per vierkante meter metselwerk.
1.2
Beschikbare gegevens Voor het opstellen van het rapport is de volgende informatie beschikbaar: 1. Uittrek- en drukproeven op Mactie renovatiespouwankers, TU Eindhoven, leerstoel Steenconstructies en Pieter van Musschenbroeklaboratorium, rapportnummer TU/e-COUT 02011.04, d.d. 5-5-2011. 2. Bepaling te declareren sterkten, Adviesbureau Hageman, notitie 20-5-2011.
1.3
Uitgangspunten De eigenschappen van de spouwankers en het benodigd aantal spouwankers is ontleend aan de volgende documenten: NEN-EN 845-1 NEN-EN 846-5 NEN-EN 846-6 NEN-EN 1990 NEN-EN 1991-1-4 NEN-EN 1991-1-5 NEN-EN 1992-1-1 NEN-EN 1996-1-1 NEN-EN 1996-2 NPR 9096-1-1
7581-1-2
Specificaties voor nevenproducten voor steenconstructies - Deel 1: spouwankers, muurankers, raveel-/gordingschoenen en ondersteuningsproducten; Beproevingsmethoden voor nevenproducten voor steenconstructies - Deel 5: Bepaling van de trek- en druksterkte en het lastvervormingsgedrag van muurankers (tussen twee metselstenen); Beproevingsmethoden voor nevenproducten voor steenconstructies - Deel 6: Bepaling van de trek- en druksterkte en het lastvervormingsgedrag van muurankers (eenzijdig bevestigd); Eurocode - Grondslagen van het constructief ontwerp; Eurocode 1: Belastingen op constructies - Deel 1-4: Algemene belastingen - Windbelasting; Eurocode 1: Belastingen op constructies - Deel 1-5: Algemene belastingen - Thermische belasting; Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen; Eurocode 6: Ontwerp en berekening van constructies van metselwerk - Deel 1-1: Algemene regels voor constructies van gewapend en ongewapend metselwerk; Eurocode 6: Ontwerp en berekening van constructies van metselwerk - Deel 2: Ontwerp, materiaalkeuze en uitvoering van constructies van metselwerk; Steenconstructies - Eenvoudige ontwerpregels, gebaseerd op NEN-EN 1996-1-1 (inclusief nationale bijlage).
Eigendom B+BTec BV.
2
2
Beschrijving van het Mactie renovatiespouwanker Het Mactie renovatiespouwanker is geschikt om in bestaande situaties in een spouwmuur nieuwe spouwankers aan te brengen. Dit kan noodzakelijk zijn als de oorspronkelijke spouwankers door corrosieproblemen hun constructieve eigenschappen grotendeels hebben verloren of indien in de bestaande situatie onvoldoende spouwankers aanwezig zijn om aan de geldende regelgeving te voldoen.
figuur 1
Mactie renovatiespouwanker
Het Mactie renovatiespouwanker bestaat uit een roestvast stalen staaf, kwaliteit A2 of A4, die middels twee spreidankers kan worden bevestigd in het binnen- en buitenblad van een spouwmuur. Het anker kan worden aangebracht door in de spouwmuur, vanaf één zijde een gat te boren in een volle steen. Dit gat hoeft niet geheel doorgaand te zijn door de spouwmuur. Vervolgens kan met een speciale momentsleutel het spreidanker in het verst weggelegen spouwblad worden vastgezet met het daarvoor vereiste aandraaimoment. Op deze wijze wordt de juiste bevestiging in dit spouwblad gewaarborgd. Daarna kan het spreidanker in het nabij gelegen spouwblad worden vastgezet, zie figuur 2. Om het overdragen van vocht op het binnenblad en de eventueel in de spouw aanwezige isolatie te voorkomen, wordt aanbevolen het anker met een opwaartse hoek van 10° aan te brengen. Daarnaast is op het anker een rubber ring aanwezig die de overdracht van water moet voorkomen.
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
3
1 Volgens voorschrift gat Ø12 boren
2 Anker inbrengen hulpstuk
met
voorgemonteerd
3 Momentsleutel aanbrengen en spreidelement in het binnenspouwblad expanderen
4 Momentsleutel met exact ingesteld aandraaimoment (6,8 Nm) knikt
5 De pal in tegengestelde richting draaien en hulpstuk verwijderen 6 Hexagonaal hulpstuk en momentsleutel aanbrengen en het spreidelement in het buitenspouwblad expanderen
figuur 2
Aanbrengen van Mactie spouwanker
De diameter van de stalen staaf is gelijk aan 6 mm. Het gat dat ten behoeve van het anker in de spouwmuur geboord moet worden heeft een diameter van 12 mm. Het Mactie renovatieanker is beschikbaar in verschillende lengten, zodat het bij verschillende spouwbreedten kan worden toegepast.
3
Eisen te stellen aan spouwankers volgens NEN-EN 1996-2
3.1
Algemeen In NEN-EN 1996-2 Eurocode 6: Ontwerp en berekening van constructies van metselwerk Deel 2: Ontwerp, materiaalkeuze en uitvoering van constructies van metselwerk worden eisen gesteld aan de vervormingscapaciteit en de bestandheid tegen corrosie.
3.2
Vervormingscapaciteit In de nationale bijlage bij NEN-EN 1996-2 is bij artikel 2.3.3 opgemerkt dat in Nederland de toepassing van zogenaamde ‘movement tolerant’ spouwankers wordt aanbevolen. Movement tolerant spouwankers zijn ankers die in staat zijn een verplaatsingsverschil tussen beide spouwbladen te ondergaan met behoud van sterkte-eigenschappen. De grootte van de verplaatsingen die deze ankers volgens de aanbeveling moeten kunnen ondergaan is gelijk aan 6 mm (± 3 mm).
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
4
De reden voor deze eis is dat er vervormingsverschillen tussen het binnen- en buitenblad van een spouwmuur kunnen ontstaan. Deze verschillen worden veroorzaakt door krimp- en kruipgedrag en verschillen in temperatuur. Krimp- en kruipvervormingen zijn eenmalig. Door zonbestraling en andere invloeden wisselt de temperatuur van het buitenspouwblad dagelijks, terwijl de temperatuur van de binnenconstructie door de aanwezige isolatie redelijk constant blijft. De grootte van deze temperaturen is gegeven in NEN-EN 1991-1-5, Eurocode 1: Belastingen op constructies - Deel 1-5: Algemene belastingen - Thermische belasting. Uit deze norm zijn, tezamen met de bijbehorende nationale bijlage, voor Nederland de volgende temperaturen te bepalen: - De temperatuur binnen in een constructie is gelijk aan 17°C; - De maximale temperatuur wordt bepaald door een maximale luchttemperatuur Tmax die verhoogd moet worden met een temperatuur die door straling wordt veroorzaakt. Deze verhoging is het grootste bij donker gekleurde oppervlakken, T5. Voor Tmax moet 30°C worden aangehouden. T5 is gelijk aan 45°C. De maximale temperatuur is dan gelijk aan 75°C; - De minimale temperatuur in een wintersituatie Tmin is gelijk aan -25°C. De verschillen in vervorming ontstaan zowel in de breedterichting als de hoogterichting van de gevel. De grootte van de vervormingen is mede afhankelijk van de lengte van de spouwbladen waarover het vervormingsverschil wordt veroorzaakt en is dus afhankelijk van de afstand tussen de dilatatievoegen die in een gemetseld buitenblad worden aangehouden. In het algemeen is een lengte van circa 6 meter hierbij gebruikelijk. Als extreme waarde wordt een afstand van 10 meter aangehouden. Hierna worden voor deze extreme waarde de grootte van de vervormingen beschouwd: Een reële waarde voor de bijkomende krimpverkorting van een betonconstructie, εr, is 0,2‰. Een gemetseld baksteen buitenblad zal nagenoeg geen krimpverkorting ondergaan. Het vervormingsverschil in krimpverkorting tussen binnen- en buitenblad is dan gelijk aan: ΔLr = L εr = 10000·0,2·10-3 = 2 mm Bij een draagconstructie die bestaat uit wanden zijn de spanningen zo beperkt dat de kruipvervorming buiten beschouwing kan gelaten. De vervormingsverschillen door temperatuursveranderingen worden veroorzaakt door de temperatuursveranderingen in het buitenblad en de thermische uitzettingscoëfficiënt van het baksteenmetselwerk. Het binnenblad blijft namelijk nagenoeg van de zelfde temperatuur. Als temperatuursverandering wordt het verschil tussen de maximale temperatuur van het buitenblad en de gemiddelde temperatuur van de binnenconstructie aangehouden. De grootte van het vervormingsverschil volgt uit: ΔLT = L ΔT α = 10000·(75 - 17) ·6·10-6 = 3,5 mm waarin: L is de beschouwde lengte, 10000 mm ΔT is het beschouwde temperatuursverschil (75 - 17) = 58K α is de thermische uitzettingscoëfficiënt van baksteenmetselwerk, 6·10-6 K-1 7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
5
Het maximale vervormingsverschil volgt uit een optelling van de effecten van krimp en temperatuur. Het totale vervormingsverschil tussen binnen- en buitenblad is dan gelijk aan: ΔL = ΔLr + ΔLT = 2 + 3,5 ≈ 5,5 mm Opgemerkt wordt dat bij toepassing van het renovatieanker in bestaande situaties de eenmalige vervormingen ten gevolge van krimp reeds zullen zijn opgetreden. Anderzijds kan het in bestaande situaties zo zijn dat de ongedilateerde lengte van het metselwerk groter is dan de hiervoor aangehouden 10 meter. In die gevallen is vaak echter ook de aanwezige isolatie beperkt en zal het temperatuurverschil tussen het buitenblad en het binnenblad niet zo extreem zijn, zoals hiervoor is aangenomen. 3.3
Bestandheid tegen corrosie In bijlage C van NEN-EN 1996-2 worden eisen gesteld aan de bestandheid tegen corrosie. Spouwankers in metselwerk dienen bestand te zijn tegen de effecten bij milieuklasse MX3.1 of MX3.2. De omschrijving van deze milieuklassen zijn opgenomen in bijlage A van NEN-EN 1996-2: MX3.1 MX3.2
Blootgesteld aan vocht en vorst/dooiwisselingen maar niet aan externe bronnen met belangrijke inbreng van sulfaten of agressieve chemicaliën. Blootgesteld aan regen en vorst/dooiwisselingen maar niet aan externe bronnen met significante hoeveelheden sulfaten of agressieve chemicaliën
Omdat een spouwanker deels is opgenomen in een buitenblad dat blootgesteld is aan regen, wordt aanbevolen om voor de selectie van een geschikt materiaal en/of afwerking uit te gaan van milieuklasse MX3.2 In de nationale bijlage bij NEN-EN 1996-2 is in tabel C.1 aangegeven welke materialen geschikt zijn voor toepassing in milieuklasse MX3.1 en MX3.2. De inhoud van deze tabel is normatief. In de tabel is een verwijzing opgenomen naar een referentienummer van materialen en/of afwerking die in NEN-EN 845-1 zijn beschreven. tabel 1 Materiaal
Toegestane materialen en/of afwerking van materialen volgens tabel C.1 van NB bij NEN-EN 1996-2. Ref. MX MX
Austenitisch roestvast staal (chroom-nikkel-molybdeenlegeringen) Austenitisch roestvast staal (chroom-nikkellegeringen) a
nr.a
3.1
3.2
1
V
V
3
V
referentie van materiaal en/of afwerking volgens NEN-EN 845-1
Uit tabel 1 is af te leiden dat voor toepassing in milieuklasse MX3.2 Austenitisch roestvast staal met een chroom-nikkel-molybdeenlegeringen geschikt is. Austenitisch roestvaststaal 7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
6
met een chroom-nikkellegering is uitsluitend geschikt in milieuklasse MX3.1. Voorbeelden van deze beide roestvaststaalsoorten zijn gegeven in tabel 2. tabel 2
Voorbeelden van roestvaststaalsoorten die voldoen aan referentie nummer 1 uit NEN-EN 845-1 Referentie Nr. volgens Naam AISI Aanduiding nummer NEN-EN 10088-1 1 1.4401 X5CrNiMo 17.12.2 316 A4 3 1.4301 X5CrNi 304 A2
4
Eigenschappen van een spouwanker volgens NEN-EN 845-1
4.1
Algemeen In NEN-EN 845-1 Specificaties voor nevenproducten voor steenconstructies - Deel 1: spouwankers, muurankers, raveel-/gordingschoenen en ondersteuningsproducten zijn de door een fabrikant te declareren eigenschappen voor spouwankers beschreven. Deze eigenschappen hebben betrekking op: - de sterkte van het anker; - de vervormingscapaciteit van het anker; - het materiaal van het anker in verband met bestandheid tegen corrosie. Om een deel van deze eigenschappen te kunnen beschrijven, is in opdracht van B+B Tec door het Musschenbroeklaboratorium van de TU te Eindhoven experimenteel onderzoek uitgevoerd. Dit onderzoek is gerapporteerd in [1].
4.2
Vervormingscapaciteit In hoofdstuk 3 is gesteld dat spouwankers in staat moeten zijn verplaatsingen van 3 mm in beide richtingen op te nemen met behoud van de sterkte-eigenschappen. In NEN-EN 846-5 en NEN-EN 846-6, de normen waarin het experimenteel bepalen van de sterkteeigenschappen van spouwankers is beschreven, is gesteld dat deze verplaatsing eenmalig aan het proefstuk moet worden opgelegd. Omdat de verplaatsingen tussen beide spouwbladen voor een groot deel worden veroorzaakt door temperatuurswisselingen, is de commissie TGB Steenconstructies van mening dat deze verplaatsingen ten minste vijftigmaal aan het proefstuk moeten zijn opgelegd, voordat het proefstuk voor het bepalen van de sterkte wordt beproefd. Bij het uitvoeren van de proeven voor het bepalen van de trek- en druksterkte is rekening gehouden met deze kritiek. Voorafgaand aan het belasten van het proefstuk zijn de voorgeschreven verplaatsingen van ± 3 mm eerst vijftigmaal aan het proefstuk opgelegd, zie figuur 3.
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
7
3 mm
figuur 3
3 mm
Aan proefstuk opgelegde verplaatsingen
Op basis van de bij het beproeven gevolgde procedure kan worden gesteld dat de vervormingscapaciteit van de Mactie renovatiespouwankers 6 mm is. 4.3
Sterkte van de spouwankers Volgens NEN-EN 845-1 dient de leverancier de sterkte-eigenschappen van de spouwankers, bepaald volgens NEN-EN 846-5 of NEN-EN 846-6, te declareren. Opgemerkt wordt dat de gedeclareerde sterkte van de spouwankers overeenkomt met het gemiddelde van een serie experimenteel bepaalde waarden. Dit met de voorwaarde dat de laagste experimenteel bepaalde waarde niet kleiner is dan 70% van de gedeclareerde waarde. De bepaling van de sterkte-eigenschappen is beschreven in [1]. Bepalend voor de treksterkte van de ankers is de uittreksterkte van het anker uit een spouwblad. Daarom zijn de trekproeven uitgevoerd bij een toepassing van het anker in metselwerk van verschillende stenen. Bij toepassing van een anker in een steen is een proef uitgevoerd waarbij het anker is aangebracht in een enkele steen, conform NEN-EN 846-6, zie figuur 4. Bij toepassing van een anker in een lintvoeg is het anker aangebracht in metselwerk van één strek breed dat is voorgespannen met een voordruk, conform NENEN 846-5. De lintvoeghoogte bij dit proefstuk was gelijk aan circa 10 mm.
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
8
figuur 4
Proefopstelling voor het bepalen van de treksterkte uit een steen zonder voordruk
In tabel 3 zijn de uit het uitgevoerde onderzoek af te leiden te declareren waarden voor de treksterkte van een Mactie renovatiespouwanker bij de verschillende toepassingen gegeven. De bepaling van de grootte van de gedeclareerde waarden is beschreven in [2] tabel 3 Treksterkte van Mactie renovatiespouwankers Uitvoering:
Gedeclareerde waarde
Mactie anker opgenomen in
[kN]
Porisosteen
4,29
Kalkzandsteen kwaliteit CS12
6,29
Beton C20/25
6,39
Lintvoeg van kalkzandsteenmetselwerk
1,26
Tijdens het onderzoek zijn ook Mactie renovatiespouwankers aangebracht in geperforeerde bakstenen. Door de aanwezige perforaties en de geringe dikte van de baksteendelen tussen de perforaties is het bij dit type steen niet goed mogelijk om een voldoende verankering te verkrijgen. Uit de proeven is gebleken dat, met uitzondering van een toepassing van het anker in een lintvoeg, de uittreksterkte bij toepassing in een Porisosteen de laagste uittreksterkte geeft. Daarom is, in het vervolg van het bepalen van de uittreksterkte, de druksterkte bepaald bij toepassing van een Mactie renovatiespouwanker tussen twee stenen, zie figuur 5. Hierbij is telkens de aanwezige spouwbreedte gevarieerd.
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
9
figuur 5
Proefopstelling voor het bepalen van de druksterkte
In tabel 4 zijn de te declareren waarden, die in [1] zijn gerapporteerd voor de druksterkte bij de verschillende spouwbreedten, gegeven. tabel 4 Druksterkte van Mactie renovatiespouwankers bij toepassing in Porisostenen Uitvoering: Gedeclareerde waarde Mactie anker opgenomen in Porisostenen met een spouwbreedte van
[kN]
50 mm
2,01
100 mm
2,19
150 mm
1,37
In artikel 5.3.1.4 van NEN-EN 845-1 is gesteld dat de vervorming van het anker, in de richting van de belasting, bij een belasting gelijk aan een derde van de gedeclareerde waarde niet groter mag zijn dan 1 mm. 4.4
Bestandheid tegen corrosie Het Mactie renovatiespouwanker kan geleverd worden in roestvaststaalkwaliteiten A2 en A4. In de kwaliteit A2 is het voldoende duurzaam bij een toepassing in milieuklasse MX3.1. In de kwaliteit A4 is het voldoende duurzaam bij een toepassing in zowel milieuklasse MX3.1 als MX3.2.
5
Aantal spouwankers volgens NEN-EN 1996-1-1 en NPR 9096-1-1
5.1
Inleiding De constructieve functie van een spouwanker is het steunen van het buitenblad in de richting loodrecht op zijn vlak. De krachten die hierbij ontstaan, zullen uiteindelijk aan de stabiliserende elementen in de constructie moeten worden afgedragen. In het algemeen is de windbelasting bepalend voor de grootte van de krachten op de spouwankers. Afwijkende belastingen kunnen optreden direct boven stalen hoeklijnlateien of metselwerkondersteuningen en bij metselwerk dat uit het lood is geplaatst. 7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
10
Het buitenblad van een spouwmuur, de constructie die gesteund wordt door de spouwankers, mag in de situatie dat hij belast wordt door de permanente belasting en de windbelasting beschouwd worden voor gevolgklasse 1 volgens NEN-EN 1990. Dit is ook het geval als de constructie waarvan de betreffende spouwmuur onderdeel uitmaakt, volgens NENEN 1990, beschouwd moet worden voor gevolgklasse 2 of 3. Volgens noot b in tabel B1 uit de nationale bijlage bij NEN-EN 1990 mogen constructie-elementen zijn ingedeeld in een lagere gevolgklasse dan de constructie waarvan zij deel uitmaken, indien mag worden verwacht dat de gevolgen van bezwijken van een geringere orde zijn. De partiële factor voor de veranderlijke belasting bij gevolgklasse 1 is gelijk aan 1,5 KFI = 1,5·0,9 = 1,35. Het benodigde aantal spouwankers dat in een spouwmuur moet worden aangebracht volgt uit de eis dat de rekenwaarde van de kracht in het spouwanker kleiner dan of gelijk aan de rekenwaarde van de sterkte moet zijn: FEd ≤ FRd 5.2
Rekenwaarde van de sterkte Volgens artikel 6.5 van NEN-EN 1996-1-1 is de rekenwaarde van de sterkte van een spouwanker FRd gelijk aan de gedeclareerde waarde gedeeld door γM. Volgens de nationale bijlage bij artikel 2.4.3 is de waarde van γM voor nevenproducten, zoals spouwankers, bij een toets voor gevolgklasse 1 gelijk aan 1,8. Op basis hiervan zijn de volgende rekenwaarde van sterkten voor de Mactie renovatiespouwankers af te leiden, zie tabel 5 en tabel 6. tabel 5 Rekenwaarde van de uittreksterkte van Mactie renovatiespouwankers Uitvoering: Rekenwaarde van de sterkte Mactie anker opgenomen in [kN] Porisosteen
2,38
Kalkzandsteen kwaliteit CS12
3,49
Beton C20/25
3,55
Lintvoeg van kalkzandsteenmetselwerk
0,70
tabel 6
Rekenwaarde van de druksterkte van Mactie renovatiespouwankers bij toepassing in Porisostenen Uitvoering: Rekenwaarde van de Mactie anker opgenomen in Porisostenen met een spouw- sterkte breedte van
[kN]
50 mm
1,11
100 mm
1,22
150 mm
0,76
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
11
Op basis van het voorgaande wordt de volgende benadering aangehouden. Geadviseerd wordt om Mactie renovatieankers niet aan te brengen in lintvoegen en geperforeerde bakstenen. Voor overige toepassingen kan voor het bepalen van het aantal benodigde ankers worden uitgegaan van de volgende rekenwaarde de sterkten die in tabel 7 zijn beschreven. Bij het opstellen van deze tabel is uitgegaan van de minimale waarden die in tabel 5 en tabel 6 zijn beschreven. tabel 7 Rekenwaarde van de sterkte van Mactie renovatiespouwankers Soort sterkte Rekenwaarde [kN] Uittreksterkte
2,38
Druksterkte bij een spouwbreedte tot en met 100 mm
1,11 *
Druksterkte bij een spouwbreedte van 150 mm
0,76 *
* bij tussen liggende spouwbreedte kan de rekenwaarde van de druksterkte middels interpolatie worden bepaald
5.3
Rekenwaarde van de kracht In (4) van artikel 6.5 van NEN-EN 1996-1-1 is gesteld dat het aantal toe te passen spouwankers volgt uit: WEd FRd waarin: nt is het aantal toe te passen spouwankers per eenheid van oppervlakte; WEd is de rekenwaarde van de horizontale belasting die door de ankers moet zijn overgedragen per eenheid van oppervlakte; FRd is de rekenwaarde van de sterkte van de spouwankers.
nt ≥
De grootte van de rekenwaarde van de horizontale belasting die moet worden overgedragen door de spouwankers is beschreven in NPR 9096-1-1. De rekenwaarde van de kracht in het anker FEd volgt zodoende uit: FEd =
WEd nt
Voor het bepalen van de rekenwaarde van de horizontale belasting die door de ankers moet zijn overgedragen per eenheid van oppervlakte, dat toegepast is in een door wind belaste spouwmuur, is in artikel 6.5 van NPR 9096-1-1 de volgende vergelijking opgenomen: WEd = 1,35 ca cpe,10 qq waarin:
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
12
ca
cpe,10 qp
= 1,5 voor situaties waarbij sprake is van een gesteund binnenblad, dat op zichzelf in staat is de voorgeschreven windbelasting te weerstaan, met een buigstijfheid die ten minste tweemaal zo groot is als de buigstijfheid van het buitenblad. De buigstijfheid mag zijn gebaseerd op het traagheidsmoment van de ongescheurde doorsnede en de elasticiteitsmodulus volgens 3.7.2 van NEN-EN 1996-1-1 of tabel 3.1 van NEN-EN 1992-1-1. = 3,0 voor situaties waarbij sprake is van een niet-dragend binnenblad dat aan de bovenzijde niet in horizontale richting uit het vlak van de wand gesteund wordt en waarbij het buitenblad ter plaatse van de vloerranden ook niet is voorzien van een horizontale koppeling met de vloerrand; = 2,0 in de overige gevallen. is de drukcoëfficiënt voor winddruk of windzuiging op een gevel met een oppervlak van 10 m² volgens NEN-EN 1991-1-4; is de extreme stuwdruk volgens NEN-EN 1991-1-4.
De grootste waarde van de drukcoëfficiënt cpe,10 bij winddruk volgens tabel 7.1 van de nationale bijlage bij NEN-EN 1991-1-4 is gelijk aan 0,8. De coëfficiënt voor windzuiging met de absoluut grootste waarde is gelijk aan -1,2. De waarden van de extreme stuwdruk is gegeven in tabel NB.4 van de nationale bijlage bij NEN-EN 1991-1-4. In deze tabel wordt onderscheid gemaakt tussen drie windgebieden en drie terreincategorieën: kust, onbebouwd en bebouwd. De categorie kust heeft uitsluitend betrekking op gebouwen direct gelegen aan een groot open water. Deze categorie wordt hier verder buiten beschouwing gelaten. Verder is de stuwdruk afhankelijk van de hoogte van de beschouwde gevel. In het algemeen kan aangenomen worden dat de stuwdruk niet varieert over de hoogte van het gebouw en dat de grootte van de stuwdruk één op één bepaald wordt door de hoogte van het gebouw. Desgewenst kan een reductie van de stuwdruk worden beschouwd als de hoogte van het gebouw groter is dan de grootste breedte van het gebouw. Op basis van het voorgaande kan worden geconcludeerd dat het aantal benodigde spouwankers afhankelijk is van de volgende nog onbekende variabelen: -
de stijfheid, sterkte en randvoorwaarden van het binnenblad; de breedte van de spouw; de hoogte van het gebouw; de combinatie van windgebied en terreincategorie waarin het gebouw zich bevindt.
Omdat de verhouding tussen de winddrukcoëfficiënten bij zuiging en druk gelijk is aan 1,5 en de rekenwaarde van de uittreksterkte meer dan 1,5 maal zo groot is als de rekenwaarde van de druksterkte kan worden geconcludeerd dat situatie bij winddruk bepalend is voor het benodigde aantal spouwankers. In de volgende paragrafen zijn tabellen opgenomen waarmee het benodigd aantal spouwankers in verschillende situaties eenvoudig kan worden bepaald.
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
13
5.4
Voorbeeldberekening Hierna is voor een 20 meter hoog gebouw, gelegen in een onbebouwde omgeving in windgebied II een berekening uitgevoerd om het aantal benodigde spouwankers te bepalen. De spouwbreedte bij de beschouwde spouwmuur is gelijk aan 100 mm. Het binnenblad van de spouwmuur is een dragende betonwand met een dikte van 120 mm. Het buitenblad is uitgevoerd in baksteenmetselwerk en heeft een dikte van 100 mm. De buigstijfheid EI van het betonnen binnenblad, met een breedte van 1 meter, wordt als volgt benaderd: - traagheidsmoment I = bh³/12 = 1·0,12³/12 = 144·10-6 m4 - elasticiteitsmodulus E = 30·106 kN/m² voor beton C20/25 volgens tabel 3.1 van NEN-EN 1992-1-1
- buigstijfheid
EIbinnen = 144·30 = 4320 kNm²
De buigstijfheid van het gemetselde bakstenen buitenblad, met een breedte van 1 meter, wordt als volgt benaderd: Aangenomen wordt dat de bakstenen een druksterkte van 30 N/mm² en de mortel een druksterkte van 5 N/mm² hebben. - traagheidsmoment I = bh³/12 = 1·0,1³/12 = 83·10-6 m4 - karakteristieke druksterkte fk = 0,6 fb0,85 fm0,25 = 0,6·300,65·50,25 = 16,2 N/mm² volgens 3.6.1.2 van NEN-EN 1996-1-1
- elasticiteitsmodulus
E = KE fk = 700·16,2 = 11340 N/mm² = 11,3·106 kN/m²
met KE volgens 3.7.2 van NEN-EN 1996-1-1
- buigstijfheid
EIbuiten = 83·11,3= 938 kNm²
De verhouding tussen de buigstijfheid van het binnenblad en het buitenblad is 4,6 en ruimschoots voldoende groot om aan te mogen nemen dat de factor ca gelijk is aan 1,5. De stuwdruk qp bij het gebouw is volgens tabel NB-1 uit NEN-EN 1991-1-4 gelijk aan 1,07 kN/m². De grootte van WEd is dan bij winddruk gelijk aan: WEd = 1,35 ca cpe,10 qp = 1,35·1,5·0,8·1,07 = 1,73 kN/m² De rekenwaarde van de druksterkte van het anker bij een spouw van 100 mm, FRd, is gelijk aan 1,11 kN. Het aantal benodigde ankers volgt uit: W 1,73 nt ≥ Ed = = 1,56 stuks per m² 1,11 FRd De toe te passen verdeling van de spouwankers kan als volgt worden bepaald. Het Maximale oppervlak per spouwanker is gelijk aan: Asp =
1 =vh nt
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
14
waarin: Asp is het geveloppervlak per spouwanker in m² is het aantal benodigde spouwankers per m² nt v is de verticale afstand tussen de spouwankers in m; h is de horizontale afstand tussen de spouwankers in m. Als wordt aangenomen dat de verticale afstand, v, tussen de ankers gelijk is aan 0,75 meter, dan volgt de maximale horizontale afstand, h, uit: h=
A sp v
=
1 1 = = 0,85 m n t v 1,56 ⋅ 0,75
Voorbeelden van toe te passen spouwankerpatronen voor 1,56 ankers per m² zijn gegeven in figuur 6.
figuur 6
7581-1-2
0,5 h = 425 mm
0,5 h = 425 mm
h = 850 mm
v = 750 mm
h = 850 mm
v = 750 mm
v = 750 mm
v = 750 mm
h = 850 mm
Voorbeelden van toe te passen spouwankerpatronen
Eigendom B+BTec BV.
15
5.5
Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 1,5 De variabele ca mag gelijk aan 1,5 worden aangenomen als sprake is van een gesteund binnenblad, dat op zichzelf in staat is de voorgeschreven windbelasting te weerstaan, met een buigstijfheid die ten minste tweemaal zo groot is als de buigstijfheid van het buitenblad. De buigstijfheid van het binnen- en buitenblad mag zijn gebaseerd op het traagheidsmoment van de ongescheurde doorsnede en de elasticiteitsmodulus volgens 3.7.2 van NEN-EN 1996-1-1 of tabel 3.1 van NEN-EN 1992-1-1. De verdeling van de windgebieden over Nederland, volgens NEN-EN 1991-1-4, is gegeven in figuur 7. tabel 8 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 1,5 en een spouwbreedte ≤ 100 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd
10
1,49
1,18
1,24
0,99
1,02
0,82
15
1,69
1,40
1,43
1,17
1,17
0,96
20
1,85
1,56
1,56
1,31
1,28
1,08
25
1,98
1,69
1,66
1,42
1,37
1,17
30
2,09
1,80
1,75
1,50
1,44
1,24
35
2,19
1,90
1,82
1,59
1,50
1,30
40
2,26
1,97
1,90
1,65
1,56
1,36
45
2,34
2,04
1,96
1,71
1,62
1,42
50
2,41
2,12
2,01
1,77
1,66
1,46
55
2,47
2,17
2,07
1,82
1,71
1,50
60
2,52
2,23
2,12
1,87
1,74
1,53
tabel 9 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 1,5 en een spouwbreedte van 150 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
10
2,17
1,73
1,81
1,45
1,49
1,19
15
2,47
2,05
2,09
1,71
1,71
1,41
20
2,71
2,28
2,28
1,92
1,88
1,58
25
2,90
2,47
2,43
2,07
2,00
1,71
30
3,05
2,62
2,56
2,20
2,11
1,81
35
3,20
2,77
2,66
2,32
2,20
1,90
40
3,30
2,88
2,77
2,41
2,28
1,98
45
3,41
2,98
2,86
2,49
2,37
2,07
50
3,52
3,09
2,94
2,58
2,43
2,13
55
3,60
3,18
3,03
2,66
2,49
2,20
60
3,69
3,26
3,09
2,73
2,54
2,24
7581-1-2
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
Eigendom B+BTec BV.
bebouwd
16
5.6
Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 2 De variabele ca mag gelijk aan 2 worden aangenomen als sprake is van een gesteund binnenblad met een buigstijfheid die minder dan tweemaal zo groot is als de buigstijfheid van het buitenblad. De buigstijfheid van het binnen- en buitenblad mag zijn gebaseerd op het traagheidsmoment van de ongescheurde doorsnede en de elasticiteitsmodulus volgens 3.7.2 van NEN-EN 1996-1-1 of tabel 3.1 van NEN-EN 1992-1-1. tabel 10 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 2,0 en een spouwbreedte ≤ 100 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd
10
1,98
1,58
1,65
1,32
1,36
1,09
15
2,26
1,87
1,91
1,56
1,56
1,28
20
2,47
2,08
2,08
1,75
1,71
1,44
25
2,65
2,26
2,22
1,89
1,83
1,56
30
2,78
2,39
2,34
2,00
1,93
1,65
35
2,92
2,53
2,43
2,12
2,00
1,73
40
3,02
2,63
2,53
2,20
2,08
1,81
45
3,11
2,72
2,61
2,28
2,16
1,89
50
3,21
2,82
2,69
2,35
2,22
1,95
55
3,29
2,90
2,76
2,43
2,28
2,00
60
3,37
2,98
2,82
2,49
2,32
2,04
tabel 11 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 2,0 en een spouwbreedte van 150 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
10
2,90
2,30
2,42
1,93
1,99
1,59
15
3,30
2,73
2,79
2,27
2,27
1,88
20
3,61
3,04
3,04
2,56
2,50
2,10
25
3,87
3,30
3,24
2,76
2,67
2,27
30
4,06
3,50
3,41
2,93
2,81
2,42
35
4,26
3,69
3,55
3,10
2,93
2,53
40
4,41
3,84
3,69
3,21
3,04
2,64
45
4,55
3,98
3,81
3,33
3,15
2,76
50
4,69
4,12
3,92
3,44
3,24
2,84
55
4,80
4,23
4,04
3,55
3,33
2,93
60
4,92
4,35
4,12
3,64
3,38
2,98
7581-1-2
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
Eigendom B+BTec BV.
bebouwd
17
5.7
Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 3 De variabele ca moet gelijk aan 3 worden aangenomen als sprake is van een aan de bovenzijde niet-gesteund, niet-dragend binnenblad. Dat wil zeggen dat er aan de bovenzijde van het niet-dragende binnenblad geen horizontale kracht overgedragen kan worden aan de vloer. tabel 12 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 3,0 en een spouwbreedte ≤ 100 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
bebouwd
10
2,98
2,36
2,48
1,98
2,04
1,63
15
3,39
2,80
2,86
2,34
2,34
1,93
20
3,71
3,12
3,12
2,63
2,57
2,16
25
3,97
3,39
3,33
2,83
2,74
2,34
30
4,17
3,59
3,50
3,01
2,89
2,48
35
4,38
3,79
3,65
3,18
3,01
2,60
40
4,52
3,94
3,79
3,30
3,12
2,71
45
4,67
4,09
3,91
3,42
3,24
2,83
50
4,82
4,23
4,03
3,53
3,33
2,92
55
4,93
4,35
4,14
3,65
3,42
3,01
60
5,05
4,47
4,23
3,74
3,47
3,06
tabel 13 Benodigd aantal spouwankers per m² bij ca = 3,0 en een spouwbreedte van 150 mm windgebied I windgebied II windgebied III gebouwhoogte [m]
onbebouwd
10
4,35
3,45
3,62
2,90
2,98
2,39
15
4,95
4,09
4,18
3,41
3,41
2,81
20
5,41
4,56
4,56
3,84
3,75
3,15
25
5,80
4,95
4,86
4,14
4,01
3,41
30
6,10
5,24
5,12
4,39
4,22
3,62
35
6,39
5,54
5,33
4,65
4,39
3,79
40
6,61
5,76
5,54
4,82
4,56
3,96
45
6,82
5,97
5,71
4,99
4,73
4,14
50
7,03
6,18
5,88
5,16
4,86
4,26
55
7,20
6,35
6,05
5,33
4,99
4,39
60
7,38
6,52
6,18
5,46
5,07
4,48
7581-1-2
bebouwd onbebouwd
bebouwd onbebouwd
Eigendom B+BTec BV.
bebouwd
18
figuur 7
7581-1-2
Verdeling van windgebieden in Nederland
Eigendom B+BTec BV.
19
6
Samenvatting In opdracht van B+B Tec te Zevenbergen is door Adviesbureau Hageman bepaald of het Mactie renovatiespouwanker geschikt is voor zijn toepassing en voldoet aan de eisen die in de in Nederland van toepassing zijnde normen, aan spouwankers zijn gesteld. Samenvattend kan worden gesteld dat de vervormingscapaciteit van het spouwanker voldoende is om aan de aanbeveling in NEN-EN 1996-2 te voldoen. Als het anker is uitgevoerd in A4 kwaliteit, is het anker volgens NEN-EN 1996-2 geschikt voor toepassing in milieuklasse MX3.2 en MX3.1. Als het anker is uitgevoerd in A2 kwaliteit is het anker geschikt voor toepassing in milieuklasse MX3.1. Het op basis van de voorgeschreven windbelasting benodigd aantal spouwankers, is afhankelijk van diverse randvoorwaarden van een betreffende situatie. In hoofdstuk 5 zijn tabellen opgenomen waarin voor verschillende situaties het benodigd aantal spouwankers is gegeven. 17 juni 2011
ir. S.N.M. Wijte
7581-1-2
Eigendom B+BTec BV.
20
