RAP-002. Onderzoek Campus te Kerkrade. Rapport

INGENIEURSBUREAU A. PALTE B.V.

VALKENBURG AAN DE GEUL

DOCUMENT: 420077-RAP-002

PAGINANUMMER

420077-RAP-002 Onderzoek Campus te Kerkrade Rapport 29-01-2013

1

.




PAGINANUMMER

Voorblad Projectgegevens Project Projectnummer Onderdeel Documentnummer Datum Status Aantal pagina’s Aantal bijlagen

: : : : : : : :

Onderzoek Campus te Kerkrade 420077 Rapport 420077-RAP-002 29-01-2013 Definitief 58 15

:

Vereniging van Eigenaren de Campus te Kerkrade Postbus 31012 6370 AA Landgraaf

:

Ing. M.M.C. Feijen

Opdrachtgever Naam

Registratie Projectleider

29-01-2013, Adviseur

:

Ir. P.W.M. Schroijen

29-01-2013,

Ingenieursbureau Naam Postadres

: :

Bezoekadres

:

Telefoon Telefax Email Website

: : : :

Ingenieursbureau A. Palte B.V. Postbus 819 6300 AV Valkenburg aan de Geul Koningswinkelstraat 3 6301 WH Valkenburg aan de Geul +31(0)43 601 36 37 +31(0)43 601 54 85 [email protected] www.paltebv.nl

2

.




PAGINANUMMER

3

.

Voorwoord De Vereniging van Eigenaren de Campus te Kerkrade heeft ingenieursbureau A. Palte B.V. gevraagd onderzoek uit te voeren naar de geconstateerde scheurvorming in het schoolgebouw. Het in dit rapport beschreven onderzoek is uitgevoerd in de periode januari 2012 – december 2012. Het doel van het onderzoek is het vastleggen van de scheurvorming en het achterhalen van de oorzaak van deze scheurvorming. Gedurende dit onderzoek is een toename van de scheurvorming waargenomen. De toename van de scheuren gedurende het onderzoek was voor de gemeente Kerkrade aanleiding om het gebouw op vrijdag 28 september 2012 voor gebruik te sluiten. Op vrijdag 16 november 2012 is een gedeelte van de constructie gestut, omdat een plotselinge toename van scheuren in de dragende betonnen balken en het metselwerk in de achtergevel werd geconstateerd.




PAGINANUMMER

4

.

Samenvatting In het Campus schoolgebouw te Kerkrade is scheurvorming geconstateerd. Deze scheuren zijn met name waargenomen in de vloeren, maar ook in de wanden, balken en kolommen. De Vereniging van Eigenaren heeft ingenieursbureau A. Palte B.V. gevraagd om een onderzoek uit te voeren naar deze scheurvorming. Het doel van het onderzoek is het vastleggen van de scheurvorming en het achterhalen van de oorzaak van deze scheurvorming. Hiervoor is de constructie uitgebreid geanalyseerd. Er is gecontroleerd of de constructie de belastingen, volgens de ten tijde van het ontwerp geldende en vastgestelde eisen, kan opnemen. Het verrichte onderzoek bestaat uit drie onderdelen: • Onderzoeken ter plaatse • Dossieronderzoek bestaande constructie • Analyse van de bestaande constructie Uit het onderzoek ter plaatse blijkt dat de scheurvorming blijft toenemen: nieuwe scheuren ontstaan, scheuren worden langer en gipsbruggen in scheuren springen open. Er is een analyse en controle van de constructie uitgevoerd om de oorzaak van de scheurvorming te achterhalen. Uit het onderzoek blijkt, dat de vloeren niet als vloerschijven kunnen werken. Als gevolg hiervan is er onvoldoende samenhang in de constructie aanwezig en is scheurvorming kunnen optreden. Deze scheurvorming veroorzaakt een verdere verzwakking van de vloerschijf met een verdere afname van de samenhang tot gevolg, waardoor weer meer scheuren zullen optreden. De scheurvorming is hiermee progressief. De scheurvorming blijft toenemen en de samenhang wordt steeds minder. Hierdoor wordt de constructie steeds gevoeliger voor uitwendige belastingen. Omdat de constructie steeds meer gaat bestaan uit onsamenhangende delen, is de toename van de scheurvorming onvoorspelbaar. Dit geldt voor zowel de vloeren als de verticaal dragende elementen, zoals de wanden en kolommen. Verder is er geen samenhang tussen de vloeren en de prefab betonnen gevelelementen, omdat er geen koppeling is tussen beide. Door de onvoldoende samenhang ontbreekt het de constructie derhalve aan incasseringsvermogen tegen bijzondere invloeden zoals aardbevingen, zettingen van de fundering en/of bodem, explosies, brand en dergelijke. Andere aandachtspunten die door het onderzoek naar boven zijn gekomen: • De stalen liggers kunnen de combinatie van de spanningen ten gevolge liggerwerking, torsie en schijfwerking niet opnemen. De maximaal toelaatbare spanning wordt overschreden. De spanningen in diverse stalen liggers zijn te groot om de belastingen van de bovenstaande kolom te kunnen overdragen naar de onderstaande kolom. • Een aantal wanden, die de stabiliteit dienen te verzorgen, worden dusdanig belast dat de funderingspalen onder deze wanden op trek worden belast en/of door grote horizontale krachten worden belast. Deze kunnen door de funderingspalen niet worden opgenomen. • Bij de prefab betonnen balk E/12-21 op de tweede verdieping en de prefab betonnen kolommen A/8-9 op de derde verdieping is de capaciteit onvoldoende om de optredende krachten op te nemen. De scheurvorming is het gevolg van onvoldoende samenhang in het gebouw. Hierdoor is de constructie gevoelig voor uitwendige belastingen en kan de scheurvorming blijven toenemen. Door het gebrek aan samenhang heeft de constructie onvoldoende incasseringsvermogen tegen bijzondere belastingen.




PAGINANUMMER

5

.

Inhoudsopgave 1. Inleiding ....................................................................................................................... 6 1.1 Algemeen .................................................................................................................. 6 1.2 Opzet rapport ............................................................................................................. 7 2. Onderzoek ter plaatse................................................................................................... 8 2.1 Algemeen .................................................................................................................. 8 2.2 Scheurvorming vloeren................................................................................................ 9 2.3 Scheurvorming wanden en balken............................................................................... 12 2.4 Scheurvorming kolommen ......................................................................................... 16 2.6 Destructief onderzoek................................................................................................ 17 2.7 Deformatie- en scheefstandsmetingen ......................................................................... 22 3. Dossieronderzoek bestaande constructie.................................................................... 23 3.1 Dossieronderzoek ..................................................................................................... 23 3.2 Principe constructie ................................................................................................... 24 3.2 Stabiliteit ................................................................................................................. 25 4. Analyse constructie .................................................................................................... 28 4.1 Algemeen ................................................................................................................ 28 4.2 Stabiliteitsbeschouwing ............................................................................................. 30 4.3 Samenhang en stabiliteit ........................................................................................... 31 4.4 Koppeling vloeren – stalen liggers............................................................................... 33 4.5 Koppeling vloeren – prefab gevelelementen ................................................................. 35 4.6 Voegen kanaalplaten ................................................................................................. 37 4.7 Trekbanden.............................................................................................................. 39 4.8 Staalconstructie........................................................................................................ 46 4.9 Paalfundatie ............................................................................................................. 48 4.10 Kanaalplaten .......................................................................................................... 51 4.11 Brandwerendheid .................................................................................................... 52 4.12 Prefab onderdelen ................................................................................................... 53 4.13 Overige aandachtspunten......................................................................................... 55 5. Conclusie .................................................................................................................... 57 6. Globale aanbevelingen voor herstel ............................................................................ 58

Bijlagen A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O.

Overzicht scheurvorming vloeren Overzicht scheurvorming wanden, balken en kolommen Kernboringen vloeren Weekrapporten Onderzoek binnenklimaat najaar 2011 – voorjaar 2012 Deformatiemetingen Scheefstandsmetingen Tekeningen Palte Stabiliteitsberekening Gewichtsberekening Paalberekeningen Berekeningen staalconstructie Berekeningen prefab betonnen onderdelen Documentenlijst dossieronderzoek Literatuurlijst




PAGINANUMMER

6

.

1. Inleiding 1.1 Algemeen Het doel van het onderzoek is het vastleggen van de scheurvorming en het achterhalen van de oorzaak van deze scheurvorming. Hiervoor is een analyse van de constructie uitgevoerd. Er is gecontroleerd of de constructie de belastingen, volgens de voor het ontwerp geldende en vastgestelde eisen, kan opnemen. Hoewel het ontwerp van een eventueel herstel buiten het kader van dit rapport valt, zijn hiervoor wel globale aanbevelingen gedaan. Het verrichte onderzoek bestaat in hoofdzaak uit drie onderdelen: •

Onderzoeken ter plaatse Gedurende het onderzoek is de ontwikkeling van de scheurvorming in beeld gebracht en vastgelegd. Behalve een visuele opname van de scheuren is ook destructief onderzoek in de vloeren verricht. Hiernaast zijn deformatie- en scheefstandsmetingen van het gebouw uitgevoerd.

•

Dossieronderzoek bestaande constructie Er is dossieronderzoek uitgevoerd bij de gemeente Kerkrade en aannemer Laudy naar beschikbare tekeningen, berekeningen en rapporten. Daarnaast zijn stukken ter beschikking gesteld door Royal Haskoning. Een as-built-dossier is bij dit onderzoek niet aangetroffen. Derhalve is voor de analyse uitgegaan van de documenten met de meest recente datum.

•

Analyse van de bestaande constructie Aan de hand van de beschikbare documenten en de geconstateerde scheurvorming is een analyse gemaakt van de aanwezige constructie om de oorzaak van de scheurvorming vast te stellen. Met deze analyse is tevens een controle uitgevoerd van het constructief ontwerp. Aangezien het gebouw reeds was opgeleverd en bouwkundig ingericht is, zijn niet meer alle constructie-onderdelen zichtbaar en te inspecteren. Als uitgangspunt zijn daarom de meest recente stukken uit het dossieronderzoek gehanteerd voor de analyse van de constructie.




PAGINANUMMER

7

.

1.2 Opzet rapport In hoofdstuk 2 van dit rapport wordt het onderzoek ter plaatse beschreven. De ontwikkeling van de scheurvorming in de vloeren, wanden en kolommen wordt besproken en er wordt nader ingegaan op de overige in het werk uitgevoerde onderzoeken: kernboringen in de vloeren, deformatiemetingen en scheefstandsmetingen. Hoofdstuk 3 beschrijft het dossieronderzoek naar de constructie van het gebouw. Tevens wordt een overzicht gegeven van de overige stukken, die wij ontvangen hebben. De analyse van de constructie is uiteengezet in hoofdstuk 4. In hoofdstuk 5 zijn de conclusies van het onderzoek weergegeven. Daar waar verwezen wordt naar documenten, worden de documenten voorzien van de meest recente datum bedoeld, tenzij anders aangegeven. Voor de uitgevoerde berekeningen en analyses wordt verwezen naar de bijlagen: A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O.





2. Onderzoek ter plaatse 2.1 Algemeen In het • • •

gebouw zijn verschillende onderzoeken uitgevoerd: Onderzoek scheurvorming vloeren, wanden, balken en kolommen Destructief onderzoek vloeren Deformatie- en scheefstandsmetingen

In de navolgende paragrafen zijn deze onderzoeken beschreven.

PAGINANUMMER

8

.




PAGINANUMMER

9

2.2 Scheurvorming vloeren De scheurvorming in de vloeren is in april 2012 voor het eerst opgenomen. Dit betreft een visuele opname. Op vloeren waar tapijt, tegels of marmoleum aanwezig is, zijn de scheuren niet direct zichtbaar. Om het patroon in de scheuren herkennen en de oorzaak te achterhalen, is dit ook niet nodig gebleken. De vloerafwerking is daarom niet verwijderd. In september 2012 is de scheurvorming opnieuw opgenomen. Hierbij is een grote toename van de scheurvorming geconstateerd. Daarop is besloten om de scheuren wekelijks te monitoren middels visuele inspecties. Tevens zijn gipsbruggen aangebracht in scheuren om te controleren of deze bewegen. De inspecties zijn vastgelegd in rapportages. Deze weekrapporten zijn in de bijlage toegevoegd. De scheuren zijn ingetekend in de plattegronden, zie bijlage. De aanwezige vloerafwerkingen zijn ook ingetekend, zodat duidelijk is welke vloerdelen inspecteerbaar zijn en welke niet.

Afbeelding 1: Scheur in vloer

In onderstaande tabel is een overzicht gegeven van de wekelijkse toename vanaf week 39. Tabel 1: Overzicht toename scheurvorming vloeren

Weeknummer Begane grond Nieuwe scheuren Langere scheuren Open gipsbruggen 1e Verdieping Nieuwe scheuren Langere scheuren Open gipsbruggen 2e Verdieping Nieuwe scheuren Langere scheuren Open gipsbruggen 3e Verdieping Nieuwe scheuren Langere scheuren Open gipsbruggen

39

40

41

42

43

45

46

47

48

49

50

3 1 -

8 -

-

4 -

1 -

2 1 -

1 -

10 2

1 -

1 -

1 6 2

6 -

5 -

1 -

1 -

-

4 1 -

-

5 -

2 -

4 10 -

4 1 -

6 1 -

19 -

1 -

1 1 -

8 -

6 2 4

4 -

6 1 -

7 11 4

5 12 -

1 7 -

3 -

6 -

2 -

-

-

1 3 3

-

2 -

4 -

2 7 -

2 6 -

.




PAGINANUMMER

10

.

Uit de resultaten in deze tabel blijkt duidelijk dat de scheurvorming wekelijks blijft toenemen. Er ontstaan nieuwe scheuren, scheuren worden langer en gipsbruggen scheuren verder.

Afbeelding 2: Langere scheur

De scheuren zijn hoofdzakelijk aanwezig in de vloerdelen met kanaalplaten zonder druklagen. In de kanaalplaatvloeren met druklaag zijn ook scheuren waargenomen, zij het echter in mindere mate. Het rechterdeel van de begane grondvloer is een vrijdragende in het werk gestorte betonnen vloer. In dit vloerdeel is geen significante scheurvorming geconstateerd. De waargenomen scheurwijdte varieert van 0,1 tot 2 mm met een waarneembare lengte tot meer dan 20 m. Deze lengte kan groter zijn, indien de scheur grenst aan een niet-inspecteerbaar vloerdeel vanwege de vloerafwerking. Bij diverse scheuren is een hoogteverschil in de vloerafwerking van enkele millimeters waargenomen. De scheuren lopen ofwel evenwijdig aan de overspanningsrichting van de kanaalplaat of loodrecht op de overspanningsrichting. De scheuren loodrecht op de overspanningsrichting lopen boven de stalen middenliggers. Ter plaatse van de middenliggers ontstaat een hoekverdraaiingsverschil tussen de kanaalplaten vanwege het doorbuigen van de kanaalplaten. Dit hoekverdraaiingsverschil veroorzaakt trekspanningen in de cementdekvloer met scheurvorming boven de stalen ligger tot gevolg. Aan de onderzijde van de tweede verdiepingsvloer DD-GG/XXI-XXV zijn scheuren waargenomen aan de onderzijde van de kanaalplaten. Deze scheuren lopen evenwijdig aan de overspanningsrichting door een kanaal van de kanaalplaat. De overzichtstekeningen van de scheurvorming in de vloeren laten een duidelijk verband zien tussen de plaats van de scheuren en de delingen van de stalen geïntegreerde liggers. Ter plaatse van nagenoeg alle delingen in de stalen liggers heeft zich een scheur evenwijdig aan de overspanningsrichting van de kanaalplaat ontwikkeld. In het najaar van 2004 zijn ook al scheuren in de vloeren geconstateerd. Een overzicht van de scheuren ontbreekt, er wordt wel gemeld dat scheuren zijn waargenomen ter plaatse van de scheidingen tussen de gevelelementen. Hieruit blijkt dat de scheurvorming ook al eerder in de vloeren is opgetreden. Over de oorzaken van de scheuren evenwijdig aan de overspanningsrichting wordt nader ingegaan in hoofdstuk 4.




PAGINANUMMER

11

.

Ook nadat het gebouw uit gebruik is genomen, is de klimaatinstallatie op normale wijze blijven werken. Dit om te voorkomen, dat door daling van de luchtvochtigheid en temperatuur er vanwege thermische en hygrische veranderingen scheurvorming zou kunnen ontstaan. Ter controle is de relatieve luchtvochtigheid en temperatuur meerdere malen gemeten, zie hiervoor de weekrapporten in de bijlage. Er is een temperatuur gemeten van 20-24 ºC en een relatieve luchtvochtigheid van 33-37%. De relatieve luchtvochtigheid is voor een binnenklimaat aan de lage kant. Er zijn geen uitgebreide historische gegevens van de relatieve luchtvochtigheid voorhanden. Wel is er in het najaar van 2011 en voorjaar van 2012 in een kantoorruimte op de eerste verdieping onderzoek verricht naar het binnenklimaat naar aanleiding van klachten hierover. De geregistreerde temperatuur bedroeg 18 tot 24 ºC en de relatieve luchtvochtigheid varieerde tussen de 14 en 53%. Uit deze gegevens kan worden afgeleid dat een lage relatieve luchtvochtigheid in het verleden vaker in het gebouw is voorgekomen. De toename van de scheurvorming tijdens de onderzoekperiode is dan ook niet veroorzaakt door deze wisselingen van luchtvochtigheid en temperatuur.




PAGINANUMMER

12

2.3 Scheurvorming wanden en balken Balk E/12-21 tweede verdieping In deze balk op de tweede verdieping zijn diverse scheuren geconstateerd. Zie de bijlage voor een overzicht van deze scheuren. Ter plaatse van de steunpunten in de assen 15 en 19 zijn dit schuine scheuren, die van boven schuin naar beneden naar het steunpunt toelopen. In het midden van de overspanningen van de balken zijn meer verticale scheuren zichtbaar, die van onderen naar boven toe lopen. Aan de onderzijde van de balk zijn de scheuren zichtbaar.

Afbeelding 3: Scheuren in balk

.




PAGINANUMMER

13

Ook is het buitengevelmetselwerk, dat door de balk wordt gedragen, gescheurd. Dit geldt ook voor de metselwerkwand binnen in de gymzaal tussen de assen 19 en 21.

Afbeelding 4: Scheur in metselwerk gymzaal

In week 46 is een plotselinge toename van de scheurvorming geconstateerd, waarbij de scheurvorming binnen enkele dagen fors groter werd. Hierop is besloten om deze balk op vrijdag 16 november 2012 uit veiligheidsoverwegingen te stutten. In hoofdstuk 4 wordt nader ingegaan op de oorzaak van deze scheuren.

.




PAGINANUMMER

14

Gevel AA/I-XII tweede verdieping en hoger In de prefab gevelwanden in as AA boven de overkraging ter plaatse van de entree zijn scheuren waargenomen. Een overzicht van deze scheuren is in de bijlage gegeven. De scheurvorming manifesteert zich met name ter plaatse van de tandopleggingen, de hoeken van de ramen en de borstweringen aan de onderzijde.

Afbeelding 5: Scheuren in prefab gevelelement as AA

Tijdens het onderzoek is een toename van de scheurvorming geconstateerd. Op de oorzaak van deze scheuren wordt in hoofdstuk 4 nader ingegaan.

.




PAGINANUMMER

15

Wand as C/7-14 begane grond en hoger Wand as C/7-14 begane grond en hoger is de in het werk gestorte wand in de entreehal, aan de linkerzijde gezien vanaf de hoofdentree. De wand heeft ter plaatse van de hal grote sparingen en is hier opgebouwd uit kolommen en balken. De scheurvorming betreft haarscheuren en is met name aanwezig in de balken onder en boven sparingen. In de bijlage is een overzicht van de scheuren gegeven. Tijdens het onderzoek is geen significante toename van de scheuren waargenomen. In hoofdstuk 4 zal worden ingegaan op de oorzaak van de waargenomen scheuren.

Afbeelding 6: Scheuren in wand as C

.




PAGINANUMMER

16

2.4 Scheurvorming kolommen In de randkolommen A/8-9 op de derde verdieping zijn scheuren waargenomen aan de buitenzijde van de kolommen. De scheurvorming manifesteert zich met name aan de bovenzijde van de kolommen. Gedurende het onderzoek is een toename van deze scheurvorming geconstateerd. Deze kolommen dragen de randliggers van het dak. Opvallend is, dat deze randliggers een duidelijke rotatie vertonen over de gehele lengte.

randligger

Afbeelding 7: Scheuren in kolom en rotatie randligger

In hoofdstuk 4 wordt nader ingegaan op de oorzaak van deze scheurvorming.

.




PAGINANUMMER

17

.

2.6 Destructief onderzoek Kernboringen vloeren Om te kunnen onderzoeken of de scheuren zich dieper doorzetten in de vloer, zijn in juli 2012 kernboringen uitgevoerd. De resultaten en fotorapportages van deze boringen zijn in de bijlage weergegeven. Bij de kernboringen is het volgende geconstateerd: • De voegvulling in de plaatnaden (kelkvoegen) is in het algemeen goed. Ter plaatse van scheuren in de dekvloer heeft de voegvulling geen aanhechting met de wanden van de kelkvoeg. Een oorzaak hiervan kan zijn dat de kanaalplaat niet goed is voorbehandeld of dat de optredende trekspanningen de hechtspanning van de voegvulling overschrijden. In hoofstuk 4 wordt hier nader op ingegaan. • De kwaliteit van de cementdekvloer is wisselend. Bij enkele boringen is de kwaliteit zeer matig. De dekvloer is bij deze boringen erg bros en handmatig eenvoudig te verpulveren. • Bij enkele boringen is er geen hechting tussen de cementdekvloer en de kanaalplaatvloer geconstateerd. De dekvloer ligt hier los op de kanaalplaatvloer. De oorzaak hiervan kan zijn, dat de kanaalplaat voor het aanbrengen van de cementdekvloer niet of onvoldoende is voorbehandeld middels bijvoorbeeld aanbranden van de kanaalplaat. • Bij scheuren ter plaatse van de overgangen tussen kanaalplaten dik 320 mm met druklaag zonder cementdekvloer en kanaalplaten dik 200 mm zonder druklaag met cementdekvloer zijn de druklaag en cementdekvloer direct tegen elkaar gestort. Als gevolg van het verschil in hoogte tussen de twee kanaalplaten kan vulling van de plaatvoeg een verschil in doorbuiging tussen de kanaalplaten niet voorkomen. Deze scheuren hadden voorkomen kunnen worden door de gewapende druklaag vanuit de kanaalplaat dik 320 mm om te zetten en door te zetten op de kanaalplaat dik 200 mm.

Afbeelding 8: Kernboring vloer




PAGINANUMMER

18

Openhakken vloeren ter plaatse van stalen liggers De kanaalplaatvloeren zijn opgelegd op stalen geïntegreerde SFB-liggers. Deze liggers zijn opgebouwd uit bijvoorbeeld HE180M-profielen met een ondergelaste plaat. Het oplegdetail laat zien dat de ruimte tussen de bovenflens van de stalen ligger en de kanaalplaat beperkt is. Dit bemoeilijkt het goed vullen met beton van de ruimte tussen de flenzen en de kanaalplaten. De koppeling tussen stalen liggers en kanaalplaten, bestaande uit draadeinden M12 in de kelkvoegen, dient volledig omhuld te zijn met beton om een goede krachtsoverdracht tussen de kanaalplaten en de stalen liggers mogelijk te maken. Dit houdt in dat de ruimte tussen de flenzen van de stalen liggers volledig gevuld dient te zijn.

Afbeelding 9: Oplegdetail vloer – stalen randligger volgens constructietekening

Om te controleren of deze ruimte daadwerkelijk volledig gevuld is, is steekproefgewijs op enkele posities de vloer opengemaakt ter plaatse van de stalen liggers. Zie de bijlage voor de rapportage hiervan. Duidelijk zichtbaar is dat deze ruimte niet volledig gevuld is. In hoofdstuk 4 worden de gevolgen hiervan beschreven.

Afbeelding 10: Ruimte tussen flenzen niet gevuld en modificaties conform gewichts- en stabliliteitsberekening (zie afbeelding 11) niet aangetroffen.

.




PAGINANUMMER

19

Ook is de vloer vrijgemaakt ter plaatse van een aantal delingen van de geïntegreerde stalen liggers. De delingen van de liggers zijn telkens gesitueerd boven de kolommen. Volgens de gewichts- en stabiliteitsberekening dienen de stalen liggers ter plaatse van de delingen doorgekoppeld te worden om de geïntegreerde liggers als trekband van de vloerschijf te kunnen laten werken. Hiervoor zijn in de gewichts- en stabiliteitsberekening, d.d. 05-07-2004, mogelijke modificaties voorgeschreven. De ruwbouw was op dat moment echter al gereed, waardoor het alsnog doorkoppelen van de liggers nagenoeg onmogelijk was. De vloeren waren gelegd en de voegen en druklagen gestort, zodat de geïntegreerde stalen liggers nauwelijks nog bereikbaar waren.

Afbeelding 11: Voorgestelde modificaties in gewichts- en stabiliteitsberekening

De vloer is steekproefsgewijs op enkele posities opengemaakt. Zie afbeelding 10 en de rapportage in de bijlage. De geïntegreerde stalen liggers zijn hier niet doorgekoppeld. De modificaties, zoals beschreven in de gewichts- en stabiliteitsberekening, zijn niet aanwezig. Ook blijkt hier de ruimte tussen de flenzen van de stalen liggers niet volledig gevuld. Dit betekent, dat de koppeling tussen de stalen ligger en kanaalplaat, zijnde de draadstang in de kelkvoeg, niet volledig omhuld is. Dit heeft een nadelige invloed op de krachtsoverdracht tussen de stalen liggers en kanaalplaten. Het feit dat de ruimte tussen de flenzen ter plaatse van de kolommen niet volledig gevuld is, betekent ook dat de krachten uit de kolommen hierboven niet via drukspanningen in de beton kunnen worden doorgedragen naar de onderstaande kolommen. Deze verticale krachten zullen via het lijf van de stalen ligger naar de onderstaande kolom doorgevoerd moeten worden. In hoofdstuk 4 wordt hier nader op ingegaan.

.




PAGINANUMMER

20

Openhakken druklaag Bij de in de gewichts- en stabiliteitsberekening voorgestelde modificaties is ook aangegeven dat in de langsgevels extra wapening in de druklaag dient te worden aangebracht, zie de tekst in de afbeelding 11. Deze extra wapening dient als trekband van de vloerschijf te functioneren. Op een aantal posities is de druklaag opengehakt om te controleren of deze extra wapening aanwezig is. Deze wapening is niet aangetroffen.

Openhakken vloer ter plaatse van oplegging in prefab gevel De vloer is op een aantal posities aan de bovenzijde opengehakt om de oplegging van de vloer op de prefab betonnen gevelelementen te inspecteren.

Afbeelding 12: Oplegging vloer op wanden

Gecontroleerd is of de ruimte tussen de rand van de kanaalplaten en de doorlopende nokken van het prefab betonnen gevelelement volledig is aangestort met beton. Geconstateerd is, dat dit niet op alle geïnspecteerde posities het geval is. Aangezien de kanaalplaten los opliggen en niet zijn verbonden aan het prefab betonnen gevelelement, betekent dit dat de vloeren zowel evenwijdig aan als loodrecht op het gevelelement zouden kunnen verschuiven. In hoofdstuk 4 wordt hier nader op ingegaan.

Controle stalen kransen Op enkele posities is gecontroleerd of de stalen kransen ter plaatse van de deling tussen de stalen geïntegreerde liggers aan deze stalen liggers zijn vastgelast. Deze lassen zouden mogelijk als doorkoppeling van de stalen liggers kunnen werken. Er zijn geen lassen tussen de stalen kransen en de liggers aangetroffen. Tussen de liggers en de kransen is een kitvoeg aangebracht.

.




PAGINANUMMER

21

.

Vrijmaken vloeren ter plaatse van balk E/12-21 tweede verdieping De prefab betonnen balk en de kanaalplaten zijn hier gekoppeld middels stekwapening in de kelkvoegen tussen de kanaalplaten. Deze stekwapening is middels instortankers aan de prefab balk bevestigd. De maatvoering van de kanaalplaten en de prefab balken dient goed op elkaar te zijn afgestemd om deze verankering ook te kunnen realiseren. In het werk is steekproefsgewijs gecontroleerd of deze verankering aanwezig is, door de vloer ter plaatse vrij te maken. De verankeringen zijn aanwezig, zie de rapportage in de bijlage. Hierbij is wel geconstateerd dat de oplegstrip van de kanaalplaat niet in het midden van de tandoplegging ligt, maar meer naar de vrije rand. Het hart van de strip ligt ongeveer 25 mm uit het midden van de tandoplegging. Dit veroorzaakt een grotere excentriciteit van de vloerbelasting op de balk en daardoor een torsiemoment in de balk. Dit heeft gevolgen voor de belastingen op de balk.

Afbeelding 13: Oplegging kanaalplaat – prefab betonnen balk




PAGINANUMMER

22

2.7 Deformatie- en scheefstandsmetingen Deformatiemetingen De deformatiemetingen zijn uitgevoerd om een beeld te krijgen van eventuele zettingen van het gebouw. De rapportage van de deformatiemetingen is in de bijlage gegeven. In de dragende kolommen en wanden zijn deformatiebouten geplaatst. Deze bouten zijn vervolgens ingemeten, dit is de zogenaamde “0”-meting. Op 30-11-2012 is een volledige “0”meting uitgevoerd. Een herhalingsmeting van alle deformatiebouten heeft op 17-12-2012 plaatsgevonden. De kolommen en wanden aan de buitenzijde zijn tevens op 22-11-2012 en 28-11-2012 gemeten, vanwege de waargenomen scheurvorming van de betonnen balk en het metselwerk in as E aan de achterzijde van het gebouw. Uit de deformatiemetingen zijn geen significante verschillen naar voren gekomen. Hieruit is af te leiden dat er geen zettingen van het gebouw hebben plaatsgevonden.

Scheefstandsmetingen Om te controleren of het gebouw een scheefstand heeft, zijn metingen uitgevoerd in december 2012. De rapportage van de scheefstandsmetingen is in de bijlage gegeven. De dragende kolommen en wanden zijn per verdieping op twee posities ingemeten: boven de vloer en onder de bovenliggende vloer. Uit het verschil tussen beide posities kan een eventuele scheefstand worden bepaald. De individuele elementen vertonen scheefstanden. Er is geen grote scheefstand naar één richting waargenomen.

.




PAGINANUMMER

23

3. Dossieronderzoek bestaande constructie 3.1 Dossieronderzoek Om een goed inzicht in de constructie te kunnen verkrijgen zijn de relevante stukken opgevraagd bij de gemeente Kerkrade en de aannemer Laudy. Tevens zijn documenten verstrekt door de hoofdconstructeur Royal Haskoning. Een compleet as-built-dossier is niet beschikbaar. Van diverse stukken zijn verschillende versies aangetroffen. Voor het onderzoek is steeds de versie met de meest recente datum gehanteerd. Van zowel de hoofddraagconstructie, de prefab betonnen elementen, als de staalconstructie zijn werktekeningen en uitvoeringsberekeningen beschikbaar. De bijlage bevat een overzicht van alle beschikbare documenten die uit het dossieronderzoek naar voren zijn gekomen. De detailberekeningen van de vloerschijven en verankeringen van stalen liggers hebben wij niet ontvangen. Om een goed overzicht van en inzicht in de constructie te verkrijgen is een 3D-model in Revit opgesteld. Hierin is alle informatie van de diverse tekeningen verwerkt tot één model met alle constructie-gegevens. De koppelingen van de kanaalplaten aan de overige constructie-onderdelen zijn bijvoorbeeld deels op de tekeningen van de hoofdconstructeur gegeven en deels op de tekeningen van de kanaalplaatleverancier en de leverancier van de prefab betonnen elementen aangegeven. Ook zijn op de tekeningen van de kanaalplaatleverancier extra druklagen aangegeven, die op de tekeningen van de hoofdconstructeur niet zijn aangegeven. In het 3D-model is al deze informatie samengevoegd. In dit hoofdstuk wordt aan de hand van de tekeningen van dit model de bestaande constructie beschreven.

.




PAGINANUMMER

24

3.2 Principe constructie De campus telt vier verdiepingen en is ongeveer 120 m lang en 40 m breed. De constructie is in hoofdzaak opgebouwd uit prefab betonnen wanden en kolommen, stalen geïntegreerde liggers en kanaalplaatvloeren. Het dak bestaat deels uit kanaalplaatvloeren en deels uit staal.

Afbeelding 14: Constructie gebouw

Het gebouw is gefundeerd op palen. Oorspronkelijk is in het ontwerp uitgegaan van geprefabriceerde betonnen heipalen. In een latere fase is dit gewijzigd in betonmortelschroefpalen. De begane grondvloer is gedeeltelijk opgebouwd uit een geïsoleerde kanaalplaatvloer met een kruipruimte en gedeeltelijk uit een vrijdragende in het werk gestorte betonnen vloer op palen. De verdiepingsvloeren zijn opgebouwd uit kanaalplaten en geïntegreerde stalen SFB-liggers. De kanaalplaten zijn deels uitgevoerd zonder druklaag en deels met druklaag. In de verdiepingsvloeren zijn diverse niveausprongen en grote vides aanwezig. De constructie van de sporthal op de tweede verdieping is opgezet in staal. De dakvloer is deels uitgevoerd in kanaalplaten dragend op stalen SFB-liggers. Het dak bestaat verder uit een staalconstructie met stalen dakplaten en sheddaken die zijn opgebouwd uit een staalconstructie met een houten balklaag. De verticale draagconstructie bestaat voornamelijk uit prefab betonnen elementen en prefab betonnen kolommen. De grote wand in de entreehal, aan de linkerzijde gezien vanaf de hoofdentree, bestaat uit in het werk gestort beton.

.




PAGINANUMMER

25

3.2 Stabiliteit In het oorspronkelijk ontwerp is een dilatatie in het gebouw voorzien. Tijdens de bouw is besloten om de dilatatie te laten vervallen. Uit de beschikbare stukken valt op te maken, dat destijds geconstateerd is dat de dilatatie niet consequent was doorgevoerd in alle onderdelen. Daarop is op enig moment besloten, de dilatatie te laten vervallen. Het gebouw gaat als gevolg hiervan werken als één geheel. Op het moment dat deze beslissing werd genomen, was de ruwbouw al gereed. De dilataties tussen de kanaalplaten zijn gekoppeld met hamerkopsparingen of er is een gewapende druklaag over de dilataties aangebracht. Volgens de gewichts- en stabiliteitsberekening zouden delingen in stalen liggers moeten worden gekoppeld en wapening voor trekbanden zou moeten worden aangebracht. Prefab betonnen wanden verzorgen de horizontale stabiliteit van het gebouw. Op de hoger gelegen verdiepingen worden deze gecombineerd met verticale stalen stabiliteitsverbanden. De kanaalplaatvloeren dienen als vloerschijven te werken en de horizontale belastingen over te brengen naar de verticale stabiliteitselementen. In de staalconstructie van het dak zijn hiertoe horizontale verbanden aangebracht. De kanaalplaatvloer is deels voorzien van een druklaag. Deze kan als vloerschijf werken. Grote delen van de vloer zijn uitgevoerd zonder druklaag. De kanaalplaten onderling dienen dan met de stalen geïntegreerde liggers of prefab betonnen gevelelementen samen te werken als een vloerschijf.

Afbeelding 15: Begane grond

.




Afbeelding 16: Eerste Verdieping

Afbeelding 17: Tweede Verdieping

PAGINANUMMER

26

.




Afbeelding 18: Derde Verdieping

Afbeelding 19: Dak

PAGINANUMMER

27

.




PAGINANUMMER

28

4. Analyse constructie 4.1 Algemeen In dit hoofdstuk wordt een analyse van de constructie gegeven en wordt verklaard hoe de geconstateerde scheurvorming heeft kunnen ontstaan. Een belangrijk item bij dit gebouw is de samenhang en stabiliteit van de constructie en dan met name het ontwerp van de vloerschijven en de koppelingen naar de verticale elementen. Om een goede analyse te kunnen maken, is een gewichts- en stabiliteitsberekening uitgevoerd. Deze is vergeleken met de oorspronkelijke gewichts- en stabiliteitsberekening van de hoofdconstructeur. In de bijlage is de gewichts- en stabiliteitsberekening toegevoegd. Met de krachten volgend uit de berekening zijn de hier genoemde vloerschijven, de funderingspalen en deels de staalconstructie gecontroleerd. Hiernaast zijn nog controleberekeningen uitgevoerd van de prefab balk E/12-21 op de tweede verdieping en de kolommen A/8-9 op de derde verdieping. In deze elementen is namelijk een progressieve scheurvorming geconstateerd, zie hoofdstuk 2. De tekeningen en berekeningen van de kanaalplaten zijn vergeleken met de bouwkundige tekeningen en de uitgangspunten van de hoofdconstructeur. Uit deze vergelijking zijn een aantal verschillen naar voren gekomen, zie hiervoor de paragraaf 4.10. De brandwerendheid van een constructie met kanaalplaatvloeren en stalen geïntegreerde liggers behoeft speciale aandacht, zie hiervoor paragraaf 4.11. Uitgangspunt van de analyse en controle van de bestaande constructie zijn de normen en richtlijnen, die tijdens het ontwerp van de constructie golden. Dit is gedaan om een zuivere vergelijking mogelijk te maken met de ontwerpdocumenten. Er is dus gecontroleerd of de constructie de belastingen, volgens de ten tijde van het ontwerp geldende en vastgestelde eisen, kan opnemen. De volgende normen en richtlijnen zijn van toepassing: •

Normen: NEN 6700 NEN 6701 NEN 6702 NEN 6720

NEN NEN NEN NEN

6740 6743 6744 6760

NEN 6770 NEN 6771

Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 Algemene basiseisen Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 Namen en symbolen voor grootheden Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 Belastingen en vervormingen Technische grondslagen voor bouwconstructies. - TGB 1990 Voorschriften Beton. Constructieve eisen en rekenmethoden (VBC 1995) met wijzigingsblad A2 d.d. december 2001 * Geotechniek - TGB 1990 - Basiseisen en belastingen Geotechniek – Berekeningsmethode voor funderingen op palen – Drukpalen Geotechniek – Berekeningsmethode voor funderingen op staal Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 – Houtconstructies Basiseisen - Eisen en bepalingsmethoden Technische Grondslagen voor Bouwconstructies - TGB 1990 – Staalconstructies Basiseisen en basisrekenregels voor overwegend statisch belaste constructies Technische Grondslagen voor Bouwconstructies - TGB 1990 – Staalconstructies Stabiliteit

.




NEN 6772

PAGINANUMMER

29

Technische Grondslagen voor Bouwconstructies - TGB 1990 – Verbindingen

* Bij het ontwerp van de geschoorde kolommen is geen rekening gehouden met dit wijzigingsblad. Zie hoofdstuk 3, Revisie Gewichts- en stabiliteitsberekening, d.d. 05-072004, Royal Haskoning. Bovenstaande normen zijn in deze gewichts- en stabiliteitsberekening ook van toepassing verklaard. •

Richtlijnen: CUR rapport 136 CUR rapport 2001-2 Rapport 2075-2-0 FIP Recommendation FIP Technical report

Voegen in geprefabriceerde vloeren, uitgave 1988 Vloeren van kanaalplaten met geïntegreerde stalen liggers, uitgave 2001 Productierichtlijn voor de toepassing van Dycore voorgespannen kanaalplaatvloeren. Hageman, uitgave 2000 Precast prestressed hollow core floors, published 1988 Design principles for hollow core slabs regarding shear and transverse load bearing capacity, splitting and quality control published 1982

Deze richtlijnen worden door de diverse leveranciers van kanaalplaten gehanteerd in hun ontwerprichtlijnen.

.




PAGINANUMMER

30

.

4.2 Stabiliteitsbeschouwing De stabiliteit van het gebouw is gecontroleerd door naast de bestaande gewichts- en stabiliteitsberekening zelf een berekening van de stabiliteit te vervaardigen. In de bijlage is deze berekening toegevoegd. De verschillende plattegronden van de verdiepingsvloeren, het laten vervallen van de oorspronkelijke dilatatie tijdens de bouw, vloersprongen, de grote vides en sparingen maken de stabiliteit van dit gebouw tot een zeer complex aspect van de constructie. De vloerschijven zijn in de oorspronkelijke gewichts- en stabiliteitsberekening daarom 2D gemodelleerd in het EEMprogramma ESA-Prima Win. Voor de stabiliteitsberekening is hetzelfde principe gehanteerd als de stabiliteitsbeschouwing in de gewichts- en stabiliteitsberekening van de hoofdconstructeur. De vloeren zijn geschematiseerd in een 2D EEM-model in Scia Engineer. De verticale stabiliteitselementen zijn geschematiseerd tot translatieveren. In afwijking van de oorspronkelijke gewichts- en stabiliteitsberekening is de veerstijfheid van de verticale stabiliteitselementen bepaald door ook deze elementen te schematiseren in 2D EEM-model in Scia Engineer. Door deze schematisering wordt tevens de afschuifvervorming van de stabiliteitselementen meegenomen. Deze heeft bij elementen van deze lengte- en hoogteverhoudingen een significante invloed. Ook de horizontale veerstijfheid van de palen is in rekening gebracht. Hiervoor zijn de palen berekend met het programma D-Sheet Piling, zie bijlage. In de volgende paragrafen wordt aangetoond, dat de gegeven detaillering van de vloeren niet aan de richtlijnen voldoet om deze vloeren ook als horizontale schijven te laten werken. Met de EEM-modellen zijn de krachten in de vloerschijven en de verticale stabiliteitselementen berekend om te kunnen verifiëren of de stabiliteit kan worden gewaarborgd. In de volgende paragrafen wordt de toetsing van de krachten in deze onderdelen beschreven.




PAGINANUMMER

31

.

4.3 Samenhang en stabiliteit Conform NEN 6700 artikel 5.3.3 dienen bouwconstructies zodanig te zijn ontworpen dat bezwijken van een onderdeel niet tot onevenredig grote schade leidt. Voortschrijdende instorting dient te worden voorkomen door bijvoorbeeld een tweede draagweg in het ontwerp te realiseren. Hiernaast dienen de essentiële onderdelen van de constructie een zeer lage kans op bezwijken te hebben door het nemen van preventieve maatregelen dan wel het waarborgen van voldoende weerstand tegen bijzondere belasting en specifieke aandacht te schenken aan de kwaliteitsborging van het ontwerp- en uitvoerproces. Om voortschrijdende instorting te voorkomen en een tweede draagweg te creëren dient in ieder geval voldoende samenhang in de constructie aanwezig te zijn. In de VBC 1995 artikel 9.12 wordt dit ook aangehaald. In dit artikel wordt gesteld dat een constructie voorzien moet zijn van voldoende wapening ten behoeve van de samenhang. Deze eisen zijn gesteld om een zeker minimaal incasseringsvermogen te garanderen tegen bijzondere, niet in de berekening opgenomen, invloeden zoals aardbevingen, fundatiezakkingen, explosies, brand en dergelijke. Voor het waarborgen van voldoende samenhang zijn regels gegeven in de diverse richtlijnen, zoals genoemd in de vorige paragraaf, en de productcertificaten van de diverse leveranciers van holle kanaalplaten. In genoemde literatuur wordt een uitleg gegeven hoe met kanaalplaten zonder een gewapende druklaag schijfwerking kan worden gerealiseerd, die voldoende sterk is om de stabiliteit te waarborgen. Voor het realiseren van voldoende samenhang zijn detailleringsregels beschreven. Om als windligger en stabiliteitsschijf te kunnen werken moet de vloer over voldoende sterkte en stijfheid beschikken om de optredende momenten, schuifkrachten en normaalkrachten in het vlak van de vloer op te kunnen nemen. Het rekenkundig model is gebaseerd op het ontstaan van een drukboog met trekband in het horizontale vlak van de vloer. Nadat de rekenkundig optredende buigende momenten en schuifkrachten in de voegen zijn bepaald, kan worden beoordeeld of deze inwendig kunnen worden opgenomen.

drukboog

Afbeelding 20: Schematisering vloerschijf




PAGINANUMMER

32

Het buigend moment moet worden opgenomen door een inwendig koppel van gelijke tegengesteld gerichte normaalkrachten. De normaaldrukkrachten worden door de gevulde langsvoegen overgedragen. Voor de normaaltrekkracht is een trekband nodig die, achter alle kanaalplaten die een schuifkracht moeten overbrengen, volledig moet worden verankerd in de stabiliteitswanden. De dwarsschuifkrachten worden door de langsvoegen of mechanische schuifkoppelingen naar de naastliggende vloerplaat en daarna naar de stabiliteitsschijf overgebracht.

Afbeelding 21: Verankering trekbanden aan stabiliteitswanden en ter plaatse van vrije randen volgens CUR136

Om een vloer als vloerschijf te kunnen laten functioneren, dienen dus de volgende onderdelen aanwezig te zijn: • Een trekband, die volledig verankerd is in de stabiliteitswanden en gekoppeld aan de vloer • Een drukboog • Voegen tussen de kanaalplaten, die een schuifspanning kunnen overbrengen • Koppelingen tussen de kanaalplaten en de stabiliteitswanden Indien één van bovenstaande onderdelen niet aanwezig is of niet kan optreden, kunnen de kanaalplaten niet als vloerschijf functioneren. De vloeren in dit gebouw zijn grotendeels opgebouwd uit kanaalplaten zonder druklaag. Daar waar wel een druklaag aanwezig is, is deze volgens de tekeningen niet gekoppeld aan de overige constructieve elementen. De trekband van de vloerschijf bestaat uit een geïntegreerde stalen randligger, prefab betonnen gevelelementen of extra wapening in de druklaag. Uit de beschouwingen van de constructie in de volgende paragrafen blijkt dat de vloeren onvoldoende geschikt zijn om de stabiliteit en samenhang te waarborgen.

.




PAGINANUMMER

33

.

4.4 Koppeling vloeren – stalen liggers In dit gebouw dienen de geïntegreerde stalen liggers, naast het afdragen van de verticale belasting, ook te werken als trekband. Conform voornoemde richtlijnen dient er tussen de kanaalplaten en de trekband een koppeling aanwezig te zijn om de schuifspanningen tussen kanaalplaten en trekband over te brengen. Hiernaast dient deze koppeling tevens de excentrische belasting van de stalen randligger op te nemen.

Afbeelding 22: Koppeling stalen ligger - vloer

Op de eerste verdieping zijn de stalen randliggers middels verankeringen in sleufsparingen gekoppeld aan de vloer. Er zijn twee sleufsparingen per kanaalplaat aangebracht, de hart-op-hartafstand van de verankeringen is dan 600 mm. Deze verankering is goed in staat om de krachten volgend uit de excentrische oplegging op te nemen. Op de tweede verdieping en hoger zijn de stalen randliggers HE180M gekoppeld aan de kanaalplaten middels M12 draadeinden in de voegen tussen de kanaalplaten. Deze draadeinden dienen de torsie als gevolg van de excentrische belasting op te nemen. De optredende torsie kan met deze verankering niet worden opgenomen, zie berekeningen staalconstructie in bijlage. De optredende krachten uit de torsie zijn te groot voor de verankering. Gevolg hiervan is dat de torsie dan door de stalen ligger zelf dient te worden opgenomen en afgedragen dient te worden naar de kolommen. De ligger HE180M heeft in combinatie met de optredende buiging, dwarskracht en trekbandkracht onvoldoende capaciteit om de torsie op te nemen. In de aanwezige stukken is geen berekening aangetroffen van de koppelingen tussen de kanaalplaten en de stalen liggers. De trekband HE180M is middels staven Ø12 lang 600 mm. hart op hart 1200 mm, verankerd in de kelkvoegen van de kanaalplaten. Conform de richtlijnen dient als minimale wapening 100 mm²/m’ (FeB500) te worden aangehouden bij een schuifspanning in de langsvoeg ≤ 0,10 N/mm². De vereiste verankeringslengte is 100 maal de diameter van de staaf, dus voor een staaf van Ø12 mm. 1200 mm. Dit is het dubbele van de verankeringslengte van de staven welke in de vloeren van de Campus zijn aangebracht. De toegepaste verankering bestaat uit een draadeind, M12 dat een minder goede aanhechting in beton heeft als het in de richtlijnen voorgeschreven geribd betonstaal. De koppeling van de trekband bestaande uit draadstangen M12, lang 600 mm en h.o.h. 1200 mm, heeft dus een veel kortere verankeringslengte dan voorgeschreven in de richtlijnen en is niet volledig omhuld met beton.




PAGINANUMMER

34

Uit het detail van de randligger HE180M en de bovenrand van de vloeroplegging blijkt namelijk dat er een stortopening van slechts ongeveer 25-30 mm breed is om het profiel te volledig te vullen met betonspecie. Deze volledige vulling is benodigd om de schuifspanningen uit de kanaalplaten goed te kunnen overbrengen naar de trekband HE180M. Aangezien deze stortopening minimaal is, is in het werk gecontroleerd of de stalen profielen ook daadwerkelijk volledig zijn gevuld tussen de flenzen. Zie de rapportage in de bijlage. Deze vulling blijkt onvolledig te zijn of zelfs geheel niet aanwezig.

Afbeelding 23: Ruimte tussen flenzen niet volledig gevuld

Geconcludeerd kan worden dat de koppelingen tussen de kanaalplaten en de stalen liggers niet voldoen aan de minimale eisen, zoals voorgeschreven in de richtlijnen.

.




PAGINANUMMER

35

4.5 Koppeling vloeren – prefab gevelelementen Koppeling ten behoeve van samenhang Uit de “FIP recommendations for precast prestressed hollow core floors” volgt uit paragraaf 2.8 dat de vloerdragende constructie direct of indirect verbonden moet worden met de holle kanaalplaatvloeren. In paragraaf 2.8.2 zijn minimumeisen gesteld aan de treksterktecapaciteit van de verbindingen tussen vloer en ondersteunende constructie. Voor een randoplegging van vloer op wand moet de mechanische verbinding een kracht kunnen opnemen van 20 kN/m’. Rondom de kanaalplaat vloer moet een trekband aanwezig zijn, die een trekkracht moet kunnen opnemen van 70 kN. De ringwapening moet in de hoeken van de horizontale stabiliteitsschijf verankerd worden. Dit betekent bij een vrije rand dat de ringwapening in de hoeken omgezet moet worden met voldoende verankeringslengte. Dit geldt ook voor de verankering van de stalen liggers in de aansluiting aan de stabiliteitswanden. Zonder deze verankering is de vloer niet deugdelijk opgesloten en kan de trekband als zodanig niet de gewenste trekkrachten leveren.

Afbeelding 24: Minimale trekband en koppeling met wanden volgens FIP recommendations

De aanwezige prefab dragende gevelelementen zijn ter plaatse van de opleggingen van de kanaalplaten niet mechanisch gekoppeld aan de holle kanaalplaten. Op de prefab wandentekeningen zijn geen aanwijzingen te vinden van ingestorte schroefhulzen of ankerbussen welke kunnen dienen voor inschroefverankeringen.

Oplegging vloer

Afbeelding 25: Oplegging kanaalplaat op prefab gevelelement

.




PAGINANUMMER

36

Als gevolg van het ontbreken van een koppeling tussen vloer en gevel is er ook geen samenhang tussen beide. Het ontbreekt derhalve aan incasseringsvermogen tegen bijzondere, niet in de berekening opgenomen, invloeden zoals aardbevingen, zettingen van de fundering en/of bodem, explosies, brand en dergelijke. Voor alle duidelijkheid: in Nederland hoeft rekenkundig geen aardbevingsbelasting gerekend te worden, maar een zekere samenhang in het gebouw geeft wel weerstand tegen een mogelijke aardbeving. In het aangrenzende Duitse grondgebied, op slechts ongeveer 1 km van de Campus, dient “Erdbebenzone 4” gerekend te worden. Dit is de zwaarste aardbevingscategorie voor Duitsland. Een zekere samenhang is bij dit gebouw dus van belang om weerstand te bieden tegen de impact van een mogelijke aardbeving.

Koppeling ten behoeve van afdracht horizontale belasting vloerschijf In de kanaalplaten langs de wanden zijn evenwijdig aan de overspanning van de kanaalplaten hamerkopsparingen aangebracht om de horizontale belastingen uit de vloerschijf te kunnen overbrengen naar de verticale stabiliteitselementen. Deze hamerkopsparingen zijn daartoe voorzien van stekwapening, die is verankerd in de prefab betonnen wanden. Toen de ruwbouw al gereed was zijn aan het oorspronkelijk ontwerp nog hamerkopsparingen toegevoegd.

.




PAGINANUMMER

37

.

4.6 Voegen kanaalplaten Ten behoeve van de horizontale stabiliteit moeten de verdiepingsvloeren in dit gebouw functioneren als een horizontale schijf. Voor deze functie zullen de vloeren moeten voldoen aan de voorwaarden gesteld in de CUR 136. In deze CUR 136 wordt beschreven hoe deze vloeren uitgevoerd moeten worden en hoe deze berekend dienen te worden. In het gebouw zijn holle kanaalplaten zonder druklaag toegepast. Van deze vloeren wordt verwacht dat deze de horizontale belastingen uit wind,scheefstand en stabiliteit overbrengen naar de verticale stabiliteitswanden. Hiernaast dienen de vloerschijven nog voldoende samenhang in het gebouw te waarborgen. Hiervoor moet de vloer zowel een moment als dwarskracht kunnen opnemen. Het moment wordt opgenomen door een inwendige hefboomsarm welke bestaat uit een ontwikkelde drukboog met trekband, zoals omschreven in paragraaf 4.3. De dwarskracht evenwijdig aan de kanaalplaten moet worden afgedragen door schuifspanningen in de kelkvoegen. Conform de richtlijnen is de maximaal over te dragen dwarskracht in een voeg gelijk aan de minimale waarde van de normaaldrukkracht uit de drukboog in de horizontale vloerschijf en de dwarskracht volgend uit een maximaal toelaatbare schuifspanning van 0,1 N/mm². Wordt de toelaatbare schuifspanning van 0,1 N/mm² overschreden, dan zijn mechanische koppelingen in de voegen noodzakelijk.

Afbeelding 26: Schematisch verloop normaaldrukkracht loodrecht op voeg volgens CUR 136

In de eerste langsvoeg naast een stabiliteitsvoorziening moeten altijd aanvullende voorzieningen worden getroffen om de dwarskracht middels een mechanische verbinding over te brengen. In de beschikbare berekeningen van de hoofdconstructeur is geen beschouwing gemaakt inzake bovenstaande materie. De controle van de spanningen in de voegen en de koppelingen is niet gevonden in de aanwezige berekeningen.




PAGINANUMMER

38

.

De toetsing van de plaatvoegen is in de stabiliteitsberekening gegeven, zie bijlage. Uit deze toetsing kan het volgende worden geconcludeerd: • In de dakdelen AA-B/1-9 en C-E/6-12 zijn mechanische koppelingen in langsvoegen tussen de kanaalplaten benodigd. • Op Derde verdieping zijn in het deel BB-DD/XII-XXV mechanische koppelingen in langsvoegen tussen de kanaalplaten benodigd. • Als gevolg van de grote sparingen in het gebied BB-DD/XVII-XXIII op de eerste verdieping kan zich in dit vloerdeel geen drukboog ontwikkelen. Aangezien dan de benodigde druk in de langsvoeg ontbreekt om middels wrijving schuifspanningen over te brengen zijn hier additionele voorzieningen benodigd, bijvoorbeeld een gewapende druklaag. • De schuifkrachtcapaciteit van balken in de buigdrukzone kan in rekening worden gebracht, indien deze balken voldoende aan de vloerschijf zijn gekoppeld. In paragraaf 4.3 is beschreven, dat dit niet het geval is. De schuifkrachtcapaciteit van de balken is daarom niet gerekend. Uit de inventarisatie van de scheurvorming blijkt, dat de scheuren hoofdzakelijk optreden ter plaatse van de kanaalplaatvoegen. De kernboringen laten zien dat de voegvullingen aan één zijde zijn hebben losgelaten van de kanaalplaten. Dit kan zijn veroorzaakt door een overschrijding van de capaciteit van de voeg of een onjuiste uitvoering van de voegvulling. De waargenomen scheuren in de vloeren, beperken zich dus niet tot de afwerklaag. Deze scheuren zijn ook aanwezig in de constructieve vloer. Uit de aanwezige stukken blijkt, dat er tijdens de bouw al scheuren in de vloeren zijn waargenomen. In deze stukken wordt ook gemeld, dat er lokaal leidingen in de kanaalplaatvoegen kunnen zijn aangebracht. Deze verzwakken de voegcapaciteit enerzijds door de verminderde doorsnede van de voeg en anderzijds door het bemoeilijken van het goed vullen van de voeg.




PAGINANUMMER

39

.

4.7 Trekbanden Stalen liggers Volgens de richtlijnen dient de trekband volledig voorbij de stabiliteitsschijven te worden verankerd. In onderhavig geval zijn de stalen liggers HE180M verankerd met twee ingegoten ankers M16 in het 180 mm dikke prefab wandelement.

Afbeelding 27: Verankering stalen ligger – prefab betonnen wand

De ankers hebben in de onderflens een stuikmaat van 9 mm. Met dit detail is de trekband onvoldoende verankerd en kan dan ook op deze wijze de vloerplaten niet opsluiten waardoor de schijfwerking van de vloer niet gewaarborgd wordt. Een berekening van de eindverankering van de trekband ontbreekt in de gewichts- en stabiliteitsberekening. Er is enkel vermeld dat de trekbanden een capaciteit van 575 kN dienen te hebben. Met de gerealiseerde verankering is dit niet mogelijk. Deze kracht van 575 kN kan ook niet worden overgebracht op een prefab betonnen wandelement met een dikte van 180 mm.




PAGINANUMMER

40

In de derde verdieping ter plaatse van BB/XIV eindigt de stalen ligger één stramien voor de stabiliteitskern AA-CC/XII-XIII. Hoe de trekband hier verankerd zou moeten zijn in de stabiliteitskernen is niet duidelijk. In de gewichts- en stabiliteitsberekening is hier geen informatie over terug te vinden.

stalen ligger niet verankerd in kern

Afbeelding 28: Stalen ligger niet verankerd in stabiliteitskern, 3e verdieping BB/XIV

Op de eerste en tweede verdiepingsvloer geldt dit ook voor stalen liggers in as BB ter plaatse van as XXIV. De stalen ligger is niet verankerd in de stabiliteitswand in as XXV.

stalen ligger niet verankerd in wand

Afbeelding 29: Stalen ligger niet verankerd in stabiliteitswand in as XXV, 1e en 2e verdieping

.




PAGINANUMMER

41

In de stalen liggers zijn delingen aangebracht. De posities van deze delingen zijn gegeven op de werkplaatstekeningen van de staalleverancier. Door deze delingen wordt de trekband onderbroken en worden de vloerplaten niet opgesloten, waardoor de schijfwerking van de vloer niet is gewaarborgd. In de meest recente gewichts- en stabiliteitsberekening, d.d. 05-07-2004, zijn een aantal mogelijke modificaties gegeven, waarmee alle stalen liggers in lengterichting van het gebouw kunnen worden doorgekoppeld op trek.

Afbeelding 30: Modificaties trekbanden volgens gewichts- en stabiliteitsberekening

.




PAGINANUMMER

42

Ter plaatse van een aantal delingen is de vloer vrijgemaakt om te controleren of één van de voorgeschreven modificaties is aangebracht. Dit blijkt op geen enkele van de onderzochte plekken zo te zijn, zie ook hoofdstuk 2.

Afbeelding 31: Deling in stalen ligger

Een doorgaande trekband over de gehele lengte van de vloer is dus niet aanwezig. Door de delingen wordt de vloer opgedeeld in meerdere kleinere vloerschijven. Dit is ook terug te zien in het geconstateerde scheurenpatroon. De vloer is vaak gescheurd ter plaatse van een deling in de stalen liggers, waardoor meerdere losse vloerschijven kunnen zijn ontstaan. De stalen liggers vormen dus geen doorgaande trekband, die voldoende verankerd is in de stabiliteitswanden. Een complete vloerschijf kan hierdoor niet ontstaan.

.




PAGINANUMMER

43

.

Trekbandwapening in druklaag In de meest recente gewichts- en stabiliteitsberekening, d.d. 05-07-2004, is als onderdeel van de modificaties ook wapening als trekband bij de langsgevels aangegeven, respectievelijk wapening 6Ø16 voor de eerste verdieping, 4Ø16 voor de tweede verdieping en 2Ø16 voor de derde verdieping. Op de tekeningen van de eerste, tweede en derde verdieping is dienaangaande deze de volgende tekst op tekening terug te vinden:

Afbeelding 32: Tekst betreffende trekbanden in druklaag op constructietekening

De in de gewichts- en stabiliteitsberekening vermelde wapeningsstaven als trekband zijn in de plattegronden niet aangegeven. Ook is niet bij alle prefab gevels een druklaag aanwezig, zodat hier ook geen wapening kan zijn aangebracht. In het werk is gecontroleerd of bovengenoemde opgegeven trekbandwapening in de druklagen is aangebracht. Dit is niet het geval. Ook is de wapening van de druklagen volgens de tekeningen niet gekoppeld aan de stabiliteitselementen. Een verankering van de trekbandwapening is dan ook niet aanwezig.




PAGINANUMMER

44

Prefab gevelelementen De kanaalplaten zijn opgelegd in de prefab wandelementen tussen nokken, zie onderstaande afbeelding.

Afbeelding 33: Oplegging vloer – prefab gevel

Indien de ruimte tussen kanaalplaat en prefab wand volledig is aangestort, kan de vloer niet meer verschuiven en zou de wand eventueel een trekbandfunctie kunnen vervullen. De prefab betonnen gevelelementen dienen dan wel te kunnen samenwerken als één grote wand. Op een aantal posities is onderzocht of deze ruimte volledig is aangestort. Dit blijkt niet in alle onderzochte situaties het geval. Hier is verschuiven van de kanaalplaat mogelijk, waardoor de oplegging geen trekbandfunctie kan vervullen.

Afbeelding 34: Ruimte tussen kanaalplaat en nok prefab betonnen gevelelement

.




PAGINANUMMER

45

.

De prefab gevelelementen zijn recht boven elkaar gestapeld. De wand is hierdoor niet één geheel, maar bestaat uit afzonderlijke losse mootjes. Als gevolg van de doorgaande verticale voeg kan deze wand niet als trekband gaan werken.

Afbeelding 35: Aanzicht prefab betonnen gevelelementen

De verdiepingsvloer, bestaande uit kanaalplaten, kan hierdoor niet als een vloerschijf gaan werken. Gedurende de bouw is eind 2004 scheurvorming geconstateerd. De vloeren zijn toen ook gescheurd ter plaatse van de scheidingen tussen de gevelelementen, waardoor meerdere losse vloerschijven kunnen zijn ontstaan.




PAGINANUMMER

46

.

4.8 Staalconstructie Algemeen De controleberekeningen van de staalconstructie zijn gegeven in bijlage L. De conclusies van deze controleberekeningen zijn hieronder gegeven.

Liggerwerking Van de constructie zijn ruim 110 stalen vloerliggers gecontroleerd op de draagkracht. Indien torsie buiten beschouwing gelaten zou worden, zijn alle liggers voldoende sterk. Een aantal liggers overschrijdt wel de doorbuigingsnormen. Dit is het geval bij de liggers op as D die een gerber-scharnier hebben ter plaatse van de oorspronkelijk de bedoeling zijnde dilatatie. Tevens is dit het geval bij een aantal enkelveldsliggers op niveau twee, (as BB (pos. A54), nabij as 18 (pos. 287), nabij as 21 (pos. 324), en op niveau 1 (ligger pos. A13, parallel aan as CC). Met name bij de liggers pos. 324 (totale doorbuiging 41.6 mm) en pos. A13 (totale doorbuiging 33.5 mm) is de overschrijding van de doorbuigingsnorm nogal fors. Verder dient hierbij te worden aangetekend dat ligger pos. 324 deel uitmaakt van de verticale windbok van de sporthal (as 21).

Torsie Aangetoond is de verbinding tussen de stalen SFB-liggers en de holle kanaalplaatvloeren ter plaatse van randliggers onvoldoende sterk is om te voorkomen dat de stalen randliggers op “torsie” belast worden. Indien deze randliggers slechts op torsie belast zouden worden, dan zou de doorsnede-capaciteit juist voldoende zijn om deze belasting te dragen (uitnuttingsgraad van de doorsnede ca. 91 %). De liggers hebben uiteraard ook een functie als “vloerligger”, en tevens een functie in de (beoogde) schijfwerking van de vloeren. Indien alle spanningen (tgv. liggerwerking, torsie en schijfwerking) met elkaar gecombineerd worden, wordt de maximale spanning met ca. 29 % overschreden.




PAGINANUMMER

47

Doorstapelen kolommen Op de oorspronkelijke constructietekeningen wordt geen informatie verstrekt omtrent de kwaliteit van de vulling tussen onderen bovenflens van de liggers tpv. de kolommen. Vulling met “gewone beton” is onmogelijk gezien de beperkte afmetingen van de spleet tussen holle kanaalplaat en bovenflens van de ligger. Verder is in het werk geconstateerd dat de ruimte tussen onderen bovenflens van de SFB-liggers niet volledig is gevuld.

Afbeelding 36: Ruimte tussen flenzen stalen ligger onder betonnen kolom niet gevuld

De overdracht van de belasting van de kolom op de stalen liggers naar de eronder staande kolom kan dan ook alleen via de stalen ligger plaatsvinden. In de bijlage is de capaciteit bepaald van (een groot deel van) de stalen liggers. Het betreft de liggers met een lager steunpuntsmoment dan 314 kNm. Deze capaciteit wordt overschreden ter plaatse van de kolommen op niveau 1 ter plaatse van as A (assen 5 t/m 10) en as D (assen 7 t/m 14), en op niveau 2 ter plaatse van de assen A (assen 8 en 9) alsmede op as D (assen 12 en 13). De capaciteit van de over te dragen belasting is afhankelijk van de uitnuttingsgraad van de stalen ligger. Een aantal liggers kent een hoger steunpuntsmoment dan 314 kNm, zodat hier minder kolomlast via de ligger naar beneden toe kan worden afgedragen. In de oorspronkelijke berekeningen zijn geen detailberekeningen terug te vinden aangaande het doorvoeren van kolomlasten via de ligger.

.




PAGINANUMMER

48

4.9 Paalfundatie Algemeen In het ontwerp is uitgegaan van een fundering op heipalen. Dit is in een later stadium gewijzigd in mortelschroefpalen. In het beschikbare funderingsadvies GA-40198, d.d. 07-05-2004, van Geoconsult worden voor mortelschroefpalen Ø450, Ø500 en Ø550 bij verschillende paalpuntniveaus de draagvermogens gegeven. Volgens het meest recente palenplan zijn mortelschroefpalen Ø450, Ø550 en Ø600 toegepast. Het draagvermogen van de mortelschroefpalen Ø600 ontbreekt in het advies. De op het palenplan gegeven paalpuntniveaus verschillen met de in het funderingsadvies vermelde paalpuntniveaus. De berekening van de grondmechanische draagkracht bij deze gekozen paalpuntniveaus ontbreekt ook in het funderingsadvies. In de gewichts- en stabiliteitsberekening, d.d. 05-07-2004, is wel een overzicht van Vroom, de leverancier van de mortelschroefpalen, gegeven met draagvermogens voor de paaldiameters Ø550 en Ø600 bij de paalpuntniveaus volgens het palenplan. De rekenkundige onderbouwing van dit draagvermogen ontbreekt echter. Het draagvermogen van de mortelschroefpalen Ø450 is niet vermeld.

Afbeelding 37: Palenstaat Vroom

.




PAGINANUMMER

49

Door ingenieursbureau Inpijn-Blokpoel is op ons verzoek het grondmechanisch draagvermogen van de toegepaste palen bij de paalpuntniveaus volgens tekening berekend. In dit rapport is ook de krachtsverdeling in de palen bepaald, als de palen horizontaal worden belast. Zie de bijlage voor het rapport van Inpijn-Blokpoel. Een aantal palen onder de stabiliteitswanden wordt op trek belast. De palen zijn niet voorzien van een wapening over de volledige lengte en kunnen deze trek niet opnemen. Grondmechanische berekeningen van op trek belaste palen zijn niet aangetroffen.

Gewichtsberekening Er is een gewichtsberekening opgesteld, waarmee is gecontroleerd of de optredende paalbelastingen door de palen rekenkundig kunnen worden opgenomen. Zie bijlage. Bij een aantal palen ontstaat trek; bij een aantal andere palen ontstaat enige overbelasting. De optredende paalbelastingen zijn hierbij vergeleken met de draagkrachttabellen zoals die op ons verzoek zijn opgesteld door Ingenieursbureau Inpijn-Blokpoel (zie bijlage).

Op trek belaste palen Bij een aantal palen onder stabiliteitswanden ontstaat trek als gevolg van een (te) geringe bovenbelasting in combinatie met een (te) groot (eerste orde) inklemmingsmoment vanuit de stabiliteitswand. Dit is het geval bij de volgende palen: paalnr. 267 ; paalnr. 268 ; paalnr.'s 78 en 79 ; paalnr.'s 291 en 292 ; paalnr.'s 293 en 294 ; paalnr.s 265 en 266 ;

wand wand wand wand wand wand

naast as XII, tussen assen BB en CC as XIII, tussen assen BB en CC tussen assen 11 en 12 , nabij as D as XXIV ter plaatse van as BB as XXV ter plaatse van as BB as XXV ter plaatse van as CC

: : : : : :

31 kN 182 kN 160 kN per paal 19 kN per paal 157 kN per paal 102 kN per paal

Overbelaste palen Een aantal palen wordt overbelast. Dit is het geval bij de volgende palen: palen palen palen palen palen palen palen

80 en 81 82 en 83 27 en 28 174 en 175 220 en 221 251 en 252 279 en 280

: : : :

as as as as

: as D x as 12 : as D x as 13 : as E x as 19 EE x as XVIII DD x as XVIII CC x as XVIII BB x as XVIII

: : : : : : :

optredend optredend optredend optredend optredend optredend optredend

1082 kN ; opneembaar 1020 kN 1040 kN ; opneembaar 1020 kN 1141 kN ; opneembaar 1066 kN (#) 809 kN ; opneembaar 662 kN (##) 766 kN ; opneembaar 662 kN 1026 kN ; opneembaar 995 kN 773 kN ; opneembaar 727 kN

(#)

Bij de berekening van de optredende belasting is gerekend met de belastingen vanuit de gewichtsberekening van Haskoning. Voor het dak van de sporthal is hiervoor 1.7 kN/m² aangehouden. Bij de controleberekening van de betonnen randbalk in as E is gerekend met een last groot 0.7 kN/m² en een separate belasting vanuit de Trenomat-wand. De paalbelasting op onderhavige palen komt dan uit op 1091 kN.

(##)

Ter plaatse van de kolommen in de assen EE x XVIII is er op de tweede verdieping géén sprake van een doorgaande ligger . Indien de invloed hiervan wordt gecorrigeerd , bedraagt de paalbelasting alhier 791 kN.

.




PAGINANUMMER

50

Horizontaal belaste palen Diverse palen onder stabiliteitswanden worden belast door forse horizontale belastingen. De controleberekeningen van deze horizontaal belaste palen zijn in de bijlage toegevoegd. Bij een aantal palen is deze horizontale belasting te groot en kan niet door de palen worden opgenomen. Het betreft de volgende palen: 17, 18, 19, 22, 78, 79, 189, 190, 267, 268, 270, 305, 306, 309 en 310. De toegepaste wapeningskorf 6Ø12 met een lengte van 4,0 m is te gering om de krachten op te nemen.

.




PAGINANUMMER

51

.

4.10 Kanaalplaten De informatie omtrent de belastingen die door de leverancier op holle kanaalplaatvloeren wordt gerekend, wordt in het algemeen weergeven op de overzichtstekeningen van de leverancier. De berekeningen van de leverancier zijn in het algemeen minder toegankelijk om te controleren welke belastingen gerekend zijn. Verder is er sprake van een koppeling tussen de overzichtstekeningen van de leverancier en zijn rekensoftware. Derhalve zijn de tekeningen van de leverancier (EchoStreek) gecontroleerd qua belastingen. Deze zijn gespiegeld aan de belastingen zoals de hoofdconstructeur Haskoning ze heeft vermeld in de definitieve gewichts- en stabilteitsberekening, alsmede aan de bouwkundige plattegronden van de architect. Hierbij zijn een aantal afwijkingen geconstateerd: A.

B.

C.

D.

E. F.

G. H.

I.

J. K.

L.

Dakvloer derde verdieping tussen assen 8-10 en A-C: Gerekend is een rustende belasting groot 2.1 kN/m². Volgens de besteksberekening had dit moeten zijn 3.8 kN/m². Ter plaatse van alle verdiepingsvloeren zijn gemetselde wanden met een te lage belasting gerekend. Kalkzandsteenwanden van 100 mm dik zijn gerekend met een belasting groot 5 kN/m’ en kalkzandsteenwanden van 214 mm dik me een belasting groot 10 kN/m’. Gezien de netto hoogte van de verdiepingen had dit moeten zijn : 6.5 kN/m’, respectievelijk 13.9 kN/m’. Tussen de assen CC en DD , en tussen de assen XVII en XVIII bevinden zich schachten. Een deel van de schacht wordt ingenomen door een betonnen bordes met metselwerk op de niet ondersteunde zijden. De bordessen worden aan twee zijden ondersteund. Deze twee zijden liggen echter niet tegenover elkaar. Derhalve is onbekend hoe deze bordessen de belasting afdragen. Op de vloeren van de gymzaal staan vijf kolommen die een entresol dragen. Voor de kolommen in de assen 15, 16 en 17 is alleen een permanente belasting meegerekend; de kolommen in de assen 18 en 19 kennen een hogere permanente belasting en daarnaast ook een veranderlijke belasting. Vooralsnog is onduidelijk waar het verschil in belastingen vandaan komt , en of dit juist is. De tekeningen van Haskoning geven hierover geen informatie. De rustende belasting die op de vloeren van de sportzaal is gerekend bedraagt 1.3 kN/m². Volgens de besteksberekening had dit 1.8 kN/m² moeten zijn. Op de daken op niveau twee is een rustende belasting gerekend groot 2.1 kN/m². Volgens de besteksberekening had dit moeten zijn 3.1 kN/m² (tussen assen 1 en 8), respectievelijk 4.1 kN/m² (tussen assen XXI en XXV). De belastingen uit het metselwerk rond de kleedruimtes 02.05.13 t/m 02.05.16 ontbreken volledig. Op niveau één bevindt zich een uitkragend bordes naast de vide tussen de assen XIX en XXII. Op de tekeningen van Haskoning en EchoStreek is geen betrouwbare informatie te vinden waaraan dit bordes haar draagkracht ontleent. Het bordes “lijkt” te dragen aan staven d=12 mm met een hart-op-hart-afstand van 1200 mm, met een zeer beperkte verankeringslengte. Metselwerkwanden met een dikte van 150 mm op niveau één op ter plaatse van de assen XVIII en XXIII (tussen de assen BB en CC), alsmede ter plaatse van as XXI (tussen de assen GG en HH) zijn niet in rekening gebracht. Op de begane grond is metselwerk rond de ruimte 00.05.04 alsmede rond de ruimtes 00.05.05 en 00.05.13 niet in rekening gebracht. Grote delen van de begane grondvloer hebben een afwerkvloer met een dikte van 100 mm. Er is gerekend met een belasting behorende bij een afwerkvloer me een dikte van 50 mm (nl. 1.0 kN/m²). Op een deel van de eerste verdiepingsvloer is gerekend met een rustende belasting van slechts 1.0 kN/m². Volgens de besteksberekening had dit moeten zijn: 2.0 kN/m².




PAGINANUMMER

52

.

4.11 Brandwerendheid Bij een brandwerendheid van minder dan 60 minuten kan worden volstaan met een koppelwapening van Ø12 mm in elke langsvoeg. De vereiste verankeringslengte van de staven rond 12 mm in de kelkvoeg bedraagt 1200 mm. Dit is niet het geval, hetgeen blijkt uit de details op de tekeningen van de hoofdconstructeur waar gekozen is voor verankeringslengten van 600 mm. Bij een brandwerendheidseis van 60 minuten en meer zullen voor de samenhang doorkoppelingen in open kopsleuven noodzakelijk zijn. De verankeringslengte van deze staven rond 12 mm bedraagt in open kopsleuven 600 mm. In de open kopsleuven kunnen deze koppelstaven op een niveau van 0,7 maal de dikte van de kanaalplaatvloer ten opzichte van de bovenzijde van de kanaalplaat worden aangebracht. Hierdoor worden toevallige inklemmingsmomenten beperkt. Er is niet gekozen voor het toepassen van open kopsleuven en voldoende verankering van de wapening in de kelkvoegen, waardoor het grootste gedeelte van de vloeren niet de vereiste brandwerendheid van 60 minuten bereiken. Alleen bij de randliggers op de eerste verdieping zijn verankeringen in open kopsleuven toegepast. Voor het gebouw geldt een brandwerendheidseis van de hoofddraagconstructie van 90 minuten. Er is uitgegaan van een verlaging van deze eis met 30 minuten vanwege het feit dat er minder dan 500 MJ/m² aan permanent aanwezige vuurbelasting aanwezig is, zodat er nog een brandwerendheidseis van 60 minuten resteert. Indien de geïntegreerde stalen liggers volledig zijn geïntegreerd in de vloer, steekt alleen de onderflens onder de vloer uit. Bij brand wordt deze ligger slechts aan één zijde, de onderzijde, verhit en de ligger kan aan drie zijden de warmte van de brand afstaan aan de betonnen vloer. Zonder aanvullende maatregelen kan deze ligger een brandwerendheid van 30 minuten bereiken. Om een brandwerendheidseis van 60 minuten te halen, dient de ligger dan nog 30 minuten brandwerend te worden bekleed of geschilderd. De geïntegreerde stalen liggers in dit gebouw zijn 30 minuten brandwerend geschilderd. Voor de volledig geïntegreerde stalen middenliggers zou dit voldoende zijn. De randliggers worden bij brand echter aan twee zijden verhit en kan minder de warmte van brand afstaan aan de betonnen vloer. Een brandwerende coating van 30 minuten is dan niet voldoende. Dit geldt ook voor die stalen middenliggers die niet volledig zijn geïntegreerd in de vloer, zodat deze liggers bij brand aan meer dan één zijde worden verhit.

Afbeelding 38: Randligger en niet volledig geïntegreerde middenligger




PAGINANUMMER

53

.

4.12 Prefab onderdelen Prefab betonnen balk E/12-21 tweede verdieping Deze balk is op diverse plaatsen gescheurd, zie hoofdstuk 2. In week 46 is een plotselinge toename van de scheurvorming geconstateerd, waarna de balk is onderstempeld. De wapening van deze balk is gecontroleerd, zie bijlage. Uit deze controleberekening volgt, dat de toegepaste wapening niet voldoet. De opgetreden scheurvorming in de balk is een gevolg van het overschrijden van de capaciteit van de wapening op diverse posities in de balken, met name de buigtrek- en flankwapening. Er dienen dan ook maatregelen te worden getroffen om de balk te versterken, alvorens de stutten kunnen worden verwijderd.




PAGINANUMMER

54

Prefab kolommen A/8-9 derde verdieping In de randkolommen A/8-9 op de derde verdieping zijn scheuren waargenomen aan de buitenzijde van de kolommen. De scheurvorming manifesteert zich met name aan de bovenzijde van de kolommen, zie hoofdstuk 2.

Kanaalplaat niet aanwezig t.p.v. A/8-10

Afbeelding 39: Oplegging randligger dak

Deze kolommen dragen de randligger van het dak. De randligger wordt dus vanaf één zijde excentrisch belast. Het excentrisch aangrijpen van de dakbelasting op de kolommen introduceert een kopmoment in de kolommen. In de bijlage zijn de kopmomenten bepaald en zijn de kolommen op deze momenten getoetst. De wapening voldoet niet bij de te rekenen dakbelastingen. De dakvloer in dit deel wordt in de assen 1 en 2 horizontaal gesteund door de prefab betonnen gevelelementen, in as 8 wordt de vloer horizontaal gesteund door een verticaal stalen windverband. Dit stalen windverband zal een verplaatsing dienen te ondergaan, alvorens dit windverband op spanning kan komen. De dakvloer zal dan horizontaal verplaatsen, waardoor de dakvloer tegen de kolommen duwt. Dit veroorzaakt een extra kopmoment in de kolommen bovenop het moment uit de excentrische dakbelasting, hetgeen tot scheuren in de kolommen kan leiden.

.




PAGINANUMMER

55

.

4.13 Overige aandachtspunten Gedurende het onderzoek zijn nog een aantal zaken geconstateerd. Deze zijn op dit moment nog niet tot in detail onderzocht, omdat deze niet nodig zijn om steekhoudende conclusies ten aanzien van de constructie en de geconstateerde scheurvorming te kunnen trekken. Deze aandachtspunten zijn hierna genoemd.

Palenplan (tekening 5220-100 wijziging D d.d. 14-07-2003) • •

Er zijn enkele funderingspalen Ø380 aangebracht. Niet duidelijk is welk type funderingspalen dit betreft. Van de funderingspalen met nummers 295 t/m 300 is de diameter op het palenplan d.d. 1407-2003 niet benoemd. Waarschijnlijk betreft dit funderingspalen met een diameter van 550 mm. Dit dient nader te worden geverifieerd.

Eerste Verdiepingsvloer (tekening 5220-105 wijziging G d.d. 01-09-2004) • • • •

Op de tekeningen van de prefab betonnen wanden zijn niet ter plaatse van alle hamerkopsparingen instortankers aangegeven. Niet duidelijk is hoe hier de verankering is uitgevoerd. Er zijn verschillen geconstateerd tussen de door de leverancier van de kanaalplaten gerekende belastingen en de door de hoofdconstructeur aangehouden belastingen en de belastingen volgend uit de bouwkundige tekeningen. Er dient te worden gecontroleerd of de verbindingen van de stalen liggers in staat zijn de torsiemomenten over te brengen op de betonnen of stalen kolommen. De hoge afscheidingspui tussen de centrale hal en de kantine heeft een brandwerendheidseis van 60 minuten. Op de wijze zoals deze puiconstructie is uitgevoerd, lijkt deze eis niet haalbaar. Dit dient nog nader te worden onderzocht.

Tweede Verdiepingsvloer (tekening 5220-106 wijziging F d.d. 01-09-2004) • • •

Zie ook aandachtspunten eerste verdiepingsvloer. In doorsnede X is een console getekend voor opvang van de trap. Deze console is ingeklemd tegen de betonwand. De berekening is niet beschikbaar. Op de prefab betonnen kolommen in de sporthal in as B zijn stalen kolommen gestapeld. Niet duidelijk is, hoe deze stabiel zijn.

Derde Verdiepingsvloer (tekening 5220-107 wijziging G d.d. 25-08-2004) • • • •

Zie ook aandachtspunten eerste verdiepingsvloer. Op deze tekening is aangegeven hoe de vloeren ter plaatse van de dilatatie aan de stabiliteitswand D-E/11-12 zijn gekoppeld. Deze koppeling is uitgevoerd met platen, hoekstalen en boorankers. De bijbehorende berekening is niet terug te vinden. In as XXIV is tussen de assen CC en DD een verticaal windverband toegevoegd. Hoe de horizontale krachten uit dit verband overgebracht worden op de betonwand in as XXIV, is niet gedetailleerd. In as XIV zijn drie hamerkopsleuven aangegeven, dit betekent dat de horizontale stabiliteitskracht via deze hamerkopverbindingen ingeleid wordt in de HEA300 in as XIV. Hoe deze kracht naar de stabiliteitskern afgevoerd wordt, is niet duidelijk. De vloer tussen de assen XIII en XIV is niet voorzien van een druklaag en kan zoals aangegeven de horizontale kracht niet afvoeren naar de stabiliteitskern.




PAGINANUMMER

56

Dakvloer (tekening 5220-108 wijziging D d.d. 15-06-2004) • •

•

Zie ook aandachtspunten eerste verdiepingsvloer. Op deze tekening is een horizontaal windverband tussen as CC en DD in het dak toegevoegd. Hoe de krachten uit dit verband op de toen reeds bestaande constructie worden overgebracht, is niet op de tekening gedetailleerd. In de berekening is ook geen omschrijving te vinden van de belastingsoverdracht naar de stabiliteitsschijven. Dit geldt ook voor de verbindingen van de holle kanaalplaten met de stabiliteitsschijven ter plaatse van de vervallen dilatatie. Deze zijn in de berekening niet terug te vinden; Op de tekening is aangegeven: "voor schijfwerking balklaag/multiplex h.o.h. 600 mm, bevestigen aan staalconstructie". Onduidelijk is wat hier bedoeld wordt en wat daadwerkelijk is uitgevoerd. Over de dikte van de multiplex, het type en het aantal van de verbindingen wordt geen informatie gegeven.

.




PAGINANUMMER

57

.

5. Conclusie Uit het onderzoek blijkt dat de scheurvorming blijft toenemen: nieuwe scheuren ontstaan, scheuren worden langer en gipsbruggen in scheuren springen open Er is een analyse en controle van de constructie uitgevoerd om de oorzaak van de scheurvorming te achterhalen. Gecontroleerd is of de constructie de belastingen, volgens de ten tijde van het ontwerp geldende en vastgestelde eisen, kan opnemen. Uit de analyse kan worden geconcludeerd, dat de vloeren niet als vloerschijven kunnen werken. Als gevolg hiervan is er onvoldoende samenhang in de constructie aanwezig en is scheurvorming kunnen optreden. Deze scheurvorming veroorzaakt een verdere verzwakking van de vloerschijf met een verdere afname van de samenhang tot gevolg, waardoor weer meer scheuren zullen optreden. De scheurvorming is hiermee progressief. De scheurvorming blijft toenemen en de samenhang wordt steeds minder. Hierdoor wordt de constructie steeds gevoeliger voor uitwendige belastingen. Omdat de constructie steeds meer gaat bestaan uit onsamenhangende delen, is de toename van de scheurvorming onvoorspelbaar. Dit geldt voor zowel de vloeren als de verticaal dragende elementen, zoals de wanden en kolommen. Er is geen samenhang tussen de vloeren en de prefab betonnen gevelelementen, omdat er geen koppeling is tussen beide. Het ontbreekt derhalve aan incasseringsvermogen tegen bijzondere invloeden zoals aardbevingen, zettingen van de fundering en/of bodem, explosies, brand en dergelijke. Gedurende het onderzoek zijn nog enkele andere zaken naar voren gekomen: • De stalen liggers kunnen de combinatie van de spanningen ten gevolge liggerwerking, torsie en schijfwerking niet opnemen. De maximaal toelaatbare spanning wordt overschreden. De spanningen in diverse stalen liggers zijn te groot om de belastingen van de bovenstaande kolom te kunnen overdragen naar de onderstaande kolom. • Een aantal wanden, die de stabiliteit dienen te verzorgen, worden dusdanig belast dat de funderingspalen onder deze wanden op trek worden belast en/of door grote horizontale krachten worden belast. Deze kunnen door de funderingspalen niet worden opgenomen. • Bij de prefab betonnen balk E/12-21 op de tweede verdieping en de prefab betonnen kolommen A/8-9 op de derde verdieping is de capaciteit onvoldoende om de optredende krachten op te nemen. Als gevolg van het ontbreken van voldoende samenhang in het gebouw is de scheurvorming kunnen ontstaan. Hiermee wordt de constructie steeds gevoeliger voor uitwendige belastingen en kan de scheurvorming blijven toenemen. Door de onvoldoende samenhang heeft de constructie ook onvoldoende incasseringsvermogen tegen bijzondere belastingen.




PAGINANUMMER

58

.

6. Globale aanbevelingen voor herstel Het herstel voor dit schoolgebouw van meer dan 14.000 m² zal omvangrijk zijn. Hieronder is globaal aangegeven hoe dit herstel eruit kan zien. Het is belangrijk dat weer voldoende samenhang in het gebouw wordt gerealiseerd. Hiertoe dient een goede vloerschijf te worden gecreëerd. Dit is mogelijk door een gewapende druklaag op alle vloeren aan te brengen en deze voldoende te verankeren aan de verticale stabiliteitselementen. Om deze gewapende druklaag te kunnen aanbrengen, dient wel de gehele bouwkundige inrichting te worden verwijderd. De verticaal dragende en niet-dragende wanden kunnen zodoende aan de druklaag worden gekoppeld, zodat het gebouw een goede samenhang krijgt. De geïntegreerde stalen SFB-liggers dienen volledig met beton te worden gevuld tussen de flenzen. Ook zullen diverse stalen liggers versterkt moeten worden. De paalfundering dient te worden versterkt om de krachten, die optreden, op te kunnen nemen. Een mogelijkheid hiervoor is het bijplaatsen van palen of het aanbrengen van meer verticale stabiliteitsverbanden in dwarsrichting van het gebouw. Tevens moet worden onderzocht of palen reeds gebroken zijn onder invloed van een te grote belasting. De prefab betonnen balk E/12-21 op de tweede verdieping kan worden versterkt door bijvoorbeeld koolstoflijmwapening op de balk aan te brengen of extra gefundeerde kolommen onder de balk te plaatsen. De prefab betonnen kolommen A/8-9 op de derde verdieping kunnen worden vervangen door nieuwe kolommen, eventueel uitgevoerd in staal, met voldoende capaciteit. Behoudens dit herstel kan het nog zo zijn dat er herstelmaatregelen kunnen voortkomen uit de aandachtspunten, zoals omschreven in hoofdstuk 5. Om dit vast te stellen zijn nog additionele controles benodigd. In het herstelplan dient ook een post onvoorzien te kunnen worden opgenomen. Dit is nodig om zaken die tijdens sloop van de afwerklagen en druklagen naar voren komen te kunnen bekostigen.




Bijlagen A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O.


PAGINANUMMER

i

.

RAP-002. Onderzoek Campus te Kerkrade. Rapport

Recommend Documents