· Web viewEr moet en totale constructieve begrenzing zijn binnen 1/3 van de breedte van de...

Document voor Informatie en Lering door: [email protected] https://sww-knowledge-epe.shell.com/glasepp/livelink.exe?func=ll&objId=27351193&objAction=browse&sort=name

09 Randvoorwaarden voor Base Isolators voor Groningse Gebouwen.

09.1 Introductie.

Er bestaan verschillende methoden van ‘base isolation’ (BI) die elk toepasbaar zijn op verschillende gebouwmassa’s en op verschillende wijze de overdracht van krachten doen verminderen. De volgende aspecten zijn relevant voor de bepaling van het type BI.

a. De trillingsfrequentie van de aardbevingen, in combinatie met de eigen frequentie van de gebouwen. Er moet voorkomen worden dat er resonantie op kan treden wanneer de eigen frequentie van het gebouw gelijk is aan de trilling frequentie van de aardbeving.

b. De maximale horizontale grondbeweging. Deze is afhankelijk van de maximaal optredende PGA. Indien de BI een minder grote horizontale uitslag toelaat dan de maximale uitslag die voor zou kunnen komen door de aardbeving, zal het BI systeem een progressief remmende functie moeten hebben en een volledige stop op de maximale PGA.

Uit vele metingen van tektonische aardbevingen blijkt dat de horizontale verplaatsing van gebouwen kan oplopen tot enkele decimeters op fundering niveau. Uit de huidige metingen van de geïnduceerde aardbevingen in de provincie Groningen lijkt het dat de maximale horizontale verplaatsing van de funderingen niet meer dan 35 mm kan worden bij een PGA van 0,3g bij de laagste glijweerstand.

Indien de horizontale weerstand in het BI systeem lager wordt voor de lichte PGA <0,1g dan kan de horizontale uitslag groter worden bij zwaardere aardbevingen. Om deze reden kan gekozen worden voor een tweetraps demping zoals voorgesteld in hoofdstuk 09F.

c. De grondsoort onder het gebouw. Bij slappe gronden zal de maximale horizontale uitslag groter kunnen zijn dan bij vaste gronden. Bij paalfunderingen kan er verschil zijn in

09 Randvoorwaarden BI voor Groningse Gebouwen- v3,

mailto:[email protected]


vergelijking met funderingen die op de vaste grond zijn gebouwd (“op staal”) met betrekking tot de horizontale belasting die op de fundering wordt uitgeoefend.

d. De sterkte van het metselwerk in het gebouw. Het metselwerk niet mag beschadigen, daarom dient de BI de horizontale belasting op te vangen die hoger is dan de maximale capaciteit van het metselwerk. De zwakste plaatsen in het metselwerk moeten bepaald worden en voorafgaand aan de plaatsing van de BI versterkt worden.

Verschillende beeldbepalende gebouwen, waaronder hoofdzakelijk metselwerk gebouwen, zijn kleine en grote monumenten; deze kunnen niet eenvoudig van binnen seismisch worden versterkt.

De aardbevingsproblematiek in de provincie Groningen wordt in 2015 beïnvloed door de te verwachte aardbevingssterkte. De grondslag voor seismisch ontwerp (Basis for Design, BfD) geeft medio 2015 de volgende contourenkaart voor de maximale aardbeving sterkte.

Contourenkaart met zones voor maximale aardbeving.

A = PGA 0,30g – 0,32gB = PGA > 0,25g – 0,30gC = PGA > 0,20g - 0,25gD = PGA > 0,15g – 0,20gBuiten D > 0,10g – 0,15g

De 2015 eis is dat gebouwen net niet instorten bij de maximale PGA waarde die in de relevante contourzone wordt verwacht (‘Near Collapse’ principe). Echter de bewoner of gebouweigenaar zal pas tevreden zijn indien het gebouw geen scheuren gaat vertonen na elke aardbeving. Een BI systeem zou dus zowel bestand moeten zijn tegen de Normbelasting als uiterste waarde, maar ook de lichte schokken van PGA 0,1g moet kunnen opvangen. Dit betekent een schok absorberend systeem dat zowel de werkelijke (probabilistische) lichte trillingen grotendeels absorbeert, en de theoretische krachten van de maximale aardbevingen kan weerstaan. Zie ook hoofdstuk 09F.

Over het algemeen zullen gemetselde gebouwen met een goede fundering zonder schade schokken kunnen doorstaan tot ongeveer PGA 0,20g; dit is tevens de ondergrens waarop de bewoners van een gebouw de aardbevingstrillingen zullen waarnemen. Boven deze waarde zal een BI systeem de horizontale schokken moeten absorberen. De fundering kan echter niet voldoende bestand zijn




tegen de extra verticale trillingen van de aardbeving en hierdoor zetting ondergaan. In deze gevallen moet de fundering versterkt en/of verbreed worden.

De verticale lijn is de PGA waarde die loopt tot aan de rode lijn met een PGA 0,42g volgens de NPR 9998:2015. De onderste rode lijn is de 16 augustus 2012 Huizinge aardbeving met PGA 0,085g.De linker groene lijn is de te verwachte horizontale verplaatsing van de grond bij een PGA 0,1g, terwijl de rechter groene lijn die is van PGA 0,3g. Dit zijn schattingen bij een lage glijweerstand van μ=0,04. Bij tweezijdig versterkte steens muren zal de maximale horizontale verplaatsing echter niet groter mogen zijn dan 8 cm, de rechter rode lijn. Om te voorkomen dat een gebouw gaat glijden of rollen tijdens storm, zou een BI systeem minimaal een horizontale startweerstand moeten hebben van ongeveer PGA 0,025g.

Het is waarschijnlijk dat er in de tweede helft van 2015, maar zeker per 2016 een lagere maximale PGA van ongeveer 0,25g van toepassing zal zijn, in verband met verbeterde kennis van de diepe ondergrond, in combinatie met een aangepast gasexploitatie programma. De begrenzing van de elasticiteit van het BI systeem ziet er dan uit volgens de schuine groene lijn in deze grafiek. Wanneer de elastische weerstand wordt doorgetrokken tot het nieuwe theoretische maximum van ongeveer PGA 0,25g, loopt deze schuin naar boven, zonder knik.

Wanneer de schuine groene lijn door zou lopen naar het 0-punt links onder, zou het kunnen zijn dat de bewoners bij zware storm beweging zullen voelen. Echter, de meeste BI systemen, ook de rolsystemen kunnen een lichte startweerstand hebben die voorkomt dat bij storm het gebouw gaat bewegen. In deze gevallen kan de schuine lijn vanaf 0,025g bepaald worden door elastische rubber elementen, en het horizontale gedeelte door de startweerstand in de

glij- of rolsystemen.

De zeer hoge wind zone omvat Groningen.

Ofschoon het wenselijk is dat het gebouw niet bij elke windvlaag staat te schuiven zodat de bewoners zeeziek worden, is het wel mogelijk dat het gebouw slechts bij de hoogste storm belastingen iets gaat bewegen. Het is ook mogelijk dat een gebouw met zeer licht lopende BI elementen aanvullende schokbrekers heeft om wind beweging te dempen. Deze schokbrekers kunnen zich in de BI-units bevinden of apart aan het begane grond




vloerdiafragma gekoppeld worden. Het begane grond diafragma moet daarom een doorlopend geheel vormen, of een voldoende stijf balkensysteem hebben dat de krachten van de BI-units verbind met de centraal geplaatste schokbreker(s).

Voorbeeld van kleine woning op BI met rondom glij-elementen aan een stalen funderings frame. Aan dit stalen frame is centraal een enkel rubberen BI element verbonden dat de horizontale bewegingen dempt. Hetzelfde kan met een funderingsframe van gewapend betonnen balken.

Verschillende systemen worden kunnen worden bekeken op hun praktische en economische toepassing voor de lage en relatief lichte woningbouw van de provincie Groningen:

1. De Teflon glijplaat1, en varianten of combinaties van of met een glijplaat.2. Het Roller systeem2, bestaande uit twee orthogonaal op elkaar staande naaldrollers.3. Het Kogel systeem3, bestaande uit een of meer kogels.4. Het Membraam systeem, bestaande uit een doorlopend en vlak membraan.5. Het gelamineerd Rubber blok systeem, bestaande uit elkaar afwisselende lagen rubber en

metaal die volledig gevulkaniseerd zijn.

09.2 Technische Randvoorwaarden, van de voorgestelde modellen.

A. Het BI systeem moet een centrerend vermogen hebben dat er voor zorg draagt dat gedurende en na de trillingen het gebouw via de BI interface op de fundering blijft staan. Een gebouw dat geen zelf-centrerend vermogen heeft, kan op de duur naast de fundering komen te staan. Het centrerend vermogen zit in de systeemunit of is apart van de BI units geregeld, maar verbonden tussen de fundering en het gebouw boven de BI interface. (zie hierboven).Omdat er meestal veel kleine trillingen zijn voor elke grotere trilling of aardbeving, kunnen de kleine trillingen er voor zorgen dat het gebouw weer centreert. Bij verticale trillingen verlaagt namelijk de horizontale glij- of rolweerstand.

Een BI systeem op een membraam dat na een paar aardbevingen met speciale apparatuur (bulldozer) terug op haar plaats geschoven moet worden, is een kostbare zaak als het om veel gebouwen gaat en over vele jaren zal plaatsvinden.

B. Het BI-systeem moet in alle richtingen precies waterpas liggen, en mag niet beïnvloed raken door het eventueel kantelen van het gebouw, en daardoor scheef komen te liggen. De fundering moet daarom voldoende sterk zijn, en mag geen zakkingen gaan vertonen ten gevolge van de aardbevingen of andere oorzaken. Een fundering die reeds verzakkingen vertoont, of scheuren

1 Zie het aanvullend document “09B Teflon Demper voor Groningse Woningbouw.” 2 Zie het aanvullende document: “09C Roller Demper voor Fragiel Metselwerk en Monumenten.”3 Zie aanvullend document “09D Kogel Demper voor Lichtgewicht Gebouwen.”




als gevolg van een combinatie van verzakkingen en aardbevingen zal daarom eerst versterkt moeten worden zodat deze niet verder verzakt.4

C. De boven de BI interface staande gebouwen mogen niet meer dan een enkele cm horizontaal bewegen bij zware storm, windkracht Beaufort 9 ≈ 18 km/sec. Groningen is windgebied 2. Een de basis rol-, glij- of vervormingsweerstand zal nodig zijn om “zeeziekte” van de bewoners in het gebouw te voorkomen. De suggestie is dat het gebouw niet gaat rollen of schuiven bij een horizontale wind belasting tot ongeveer PGA 0,025g. Bij glij elementen zoals gesmeerde Teflon is de glij weerstand te berekenen per oppervlakte en belasting.

D. De maximale zijwaartse uitslag van het gebouw ten opzichte van de fundering is niet groter dan 1/3 van het draagvlak van de fundering. Er moet en totale constructieve begrenzing zijn binnen 1/3 van de breedte van de oplegging. In het geval van een versterkte steens muur fundering is dat 24/3 = 8 cm.5 Een maximale zijwaartse verplaatsing van ¼ van de opleg breedte is bij een lagere PGA van ≈ 0,25g wellicht mogelijk.

Een mogelijke verplaatsing van ½ van de opleg breedte is te groot; hierbij kan de bovenbouw naast de fundering zakken.

E. De horizontale beweging moet na de maximaal ingeschatte horizontale afstand progressief worden afgeremd. Dat wil zeggen, naarmate de overschrijding groter wordt dan 1 cm (bij PGA 0,1g) en naar de maximale ingeschatte afstand gaat (bij PGA 0,3g = 35 mm), moet de horizontale weerstand lineair of progressief oplopen (van 1 cm naar 3,5 cm). Het gebouw mag dus niet met een harde schok tot stilstand komen bij het einde van horizontale verplaatsing.

De grafiek geeft een lineair oplopende weerstand aan.

F. Direct boven de BI interface systeem bevindt zich een versterkt en stijf vloerdiafragma, of een balkenstructuur, die zorg draagt dat het gebouw als geheel en eenvormig beweegt.6 Het

4 Scheefstand van gebouwen door komdaling in de B, C en D zonering van het kaartje is minder dan 0,2mm over 10 m en niet van invloed. In het epicentrum gebied (A zonering) is de komdaling minder. 5 Indien de maximale zijwaartse verplaatsing van een gebouw op een gegeven type ‘base isolation’ groter is da 1/3 van de bestaande fundering dient deze fundering breedte te worden vergroot.6 Bij veel oude gebouwen met houten vloeren moeten de begane grond vloerdiafragma’s daarom versterkt worden.




vloerdiafragma voorkomt dat de vrije onderkanten van de muren niet loodrecht op het vlak van de muren kunnen bewegen.

G. Het BI systeem moet de door de NPR 9998 en de BfD aangegeven piekbelasting van de maximale aardbeving per zonering kunnen opvangen die is aangegeven op het contour kaartje van pagina 2 hiervoor (datum van kaartje is mei 2015). Deze maximum waarde kan of zal in de loop van de tijd veranderen, c.q. hoogst waarschijnlijk minder worden.

H. Het BI systeem moet bij een belasting van slechts PGA 0,1g en een horizontale maximale verplaatsing van ongeveer 1 cm, een lichte demping hebben. De weerstand over dit lage PGA niveau moet licht zijn en progressief weinig toenemen, zodat metselwerk schade geminimaliseerd blijft. Zie grafiek op de vorige pagina.

Uit de analyse van veel gebouwschade na de aardbeving van 16 augustus 2015 in Huizinge (met een enkele schok/piek van 0,1 seconde en een lagere piek duur van ongeveer 6-8 seconden) blijkt dat veel metselwerk van steens gemetselde gebouwen reeds bij een PGA 0,08g schade ondervindt. In andere gevallen blijkt dat ook schade bij een PGA 0,06g en een kortere trilling duur kan ontstaan. Om veel metselwerk schade te voorkomen zou een BI daarom al ruim vóór een PGA van 0,05g moeten gaan absorberen.

I. De BI-units moeten gekalibreerd zijn overeenkomstig de verticale en horizontale belasting. Per gebouw type en massa zijn daarom varianten in het BI systeem noodzakelijk. Bij een fundering met betonbalken over palen en een stijve begane grondvloer kunnen de afstanden tussen de BI-units groot zijn. Bij kalkmortel metselwerk zal de onderlinge afstand tussen de BI-units klein moeten zijn (maximum 1m), en de muren voldoende versterkt zodat er op de duur geen vervorming van het metselwerk kan optreden. Ook kunnen de BI-units een langer draag element onder en boven hebben zodat een groter oppervlakte wordt gedragen.

De karakteristieke minimum waarde voor metselwerk fm,min = 5,0 N/mm2 voor gemiddeld cementmortel metselwerk (NPR 9998-2015). Voor kalkmortel metselwerk is fm,min = 2,5 N/mm2. De karakteristieke druksterkte van cementmortel metselwerk fk = 6,2 N/mm2.Bij het maken van de openingen voor de installatie van de BI-units mag de resulterende drukkracht in de overgebleven pieren niet hoger zijn dan deze waarde, tenzij testen uitwijzen dat de sterkte van het metselwerk hoger ligt. Na het installeren van de BI-units, en het doorzagen van de muur tussen de BI-




units, mag de druk in het metselwerk direct onder en boven de BI units ook niet hoger zijn dan deze fk = 6,2 N/mm2.

In het geval van kalkmortel metselwerk mag de druk onder en boven de BI-units niet hoger zijn dan fk

= 2,5 N/mm2. Bovendien moet bij kalkmortel metselwerk, het gedeelte boven en tussen de dragende oppervlaktes van de BI-units aan weerszijden versterkt worden, zodat er geen doorbuiging belasting met als gevolg een langzame vervorming kan optreden.

J. Na het plaatsen van BI-units in gaten in bestaand fundering metselwerk, en de vulmortel voldoende is uitgehard, moeten deze verticaal op spanning worden gebracht, zodat de drukkracht boven de draagplaat overeenkomt met de drukkracht die ontstaat wanneer de muur tussen de BI-units wordt doorgezaagd.

Deze drukkracht in het metselwerk is bij het verwijderen van de helft van het metselwerk twee maal zo hoog als de drukkracht in het metselwerk van vóór het plaatsen van de BI-units. Indien het metselwerk niet overeenkomstige de uiteindelijke belasting wordt opgedrukt, kan het zaagblad gaan klemmen wanneer er een minimale (elastische) doorzakking zal ontstaan. Ook kan bij onvoldoende mortelvulling tussen de boven of onder draagplaat van de BI-unit en de muur enige zakking of samen persing ontstaan.

Bij de toepassing van een rubberen omhulsel van de BI-unit, zal bij volledige belasting het rubber iets samengeperst worden. Hoe dikker het omhulsel is hoe meer de samen persing zal zijn. Door de stelbouten aan te draaien zal het rubber omhulsel samen geperst worden tot de dikte die het zal hebben bij volle belasting door het gebouw. Indien bij een dergelijke constructie het rubber niet wordt samengeperst kan men de muur niet doorzagen omdat het zaagblad dan gaat klemmen.

K. Na het op spanning zetten van het metselwerk boven de BI-units, moet het mogelijk zijn om na een groot aantal jaren de stelbouten terug te draaien en de spanning van het metselwerk op de BI-units volledig te verwijderen, waardoor deze uit de opening gehaald kunnen worden. Dit betekent dat bij het inmetselen van de BI-units de stelbouten al een paar slagen moeten zijn aangedraaid.

Het metselwerk moet voor een korte onderhoudsperiode de verhoogde spanning kunnen weerstaan omdat de draagmuur slechts op naastliggende BI-units ligt. Indien het metselwerk hiertoe niet in staat is, moet vóór het verwijderen van de BI-units een tijdelijke ondersteuning worden aangebracht. Dit kan het geval zijn wanneer er boven de BI-units geen stijf en druk verdelend vloerdiafragma zit, of onder geen sterke betonnen stroken fundering (al dan niet met verstijvingsbalk).




Het tijdelijke draagmechanisme kan een mechanische of hydraulische jack zij die tussen het metselwerk (variabel, mogelijk ruw oppervlakte) of tussen de draagplaten (vaste afstand) wordt geplaatst.

Wanneer de verticale drukspanning op de BI-unit is verwijderd kunnen de stelbouten een slag teruggedraaid worden en de BI-unit worden verwijderd.

In het ontwerp van de BI-unit zijn voor deze techniek drie opties mogelijk:i. Alle onderdelen zijn los van elkaar geplaatst (niet geadviseerd).ii. De stelbouten zitten vast aan de onderste of bovenste draagplaat (praktisch om te werken).iii. De stelbouten zitten vast aan de BI-unit (zie schets). Als er een rubberen omhulsel om de BI-unit zit dan moeten de bouten hierop gevulkaniseerd worden. De twee draagplaten zijn dan hetzelfde.

L. De BI units moeten op eenvoudige wijze in sterkte varianten (met een redelijke precisie voor de horizontale weerstand) geproduceerd te worden voor verschillende belastingmodellen. Bij weinig units onder een gebouw zal de belasting per unit hoog zijn, terwijl voor veel kleine units onder een gebouw zal de unit belasting laag zal zijn.

Onder een rijtjeswoning met betonvloeren de kan belasting per paal en BI ongeveer 400 kN zijn. Bij grote tussenafstanden onder een lage woning, is dit ongeveer de helft met 200 kN.Bij kleine afstanden, omdat er kalkmortel metselwerk is gebruikt kan de belasting 50 kN zijn.

Met vier modellen van 100 kN, 200 kN, 500 kN en 1000 kN kunnen de meeste woningen en grotere gebouwen uitgerust worden.

M. De BI units moeten een technische levensduur hebben van minimaal een aantal jaar, of periodiek onderhouden worden. De gewenste levensduur of onderhoudsperiode zal afhangen van het gekozen model en de mate van de te verwachten bewegingen. Dit kan bijvoorbeeld 25 jaar zijn voor mechanische onderdelen of 40 jaar voor de degradatie van elastische rubber onderdelen7. Wanneer de BI units dan 25 jaar in het gebouw hebben gezeten moeten ze vervangen kunnen worden, of onderhouden. Dit vervangen of onderhoud moet redelijk eenvoudig kunnen, zonder dat er hak of breekwerk plaats hoeft te vinden. Wanneer dit vervangen vanuit de kruipruimte kan heeft dit het voordeel dat er buiten om het gebouw geen graafwerk nodig is.

7 Zie: http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_1492.pdf Replacement of Old Rubber Bearings of the first Base Isolators in the World. The expected lifetime was considered 40 years, related to the durability of the rubber.



http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_1492.pdf


In het model van de schets kan het zijn dat het waterdichte en rekbare omhulsel na 40 jaar vervangen moet worden, terwijl het Teflon binnen glijwerk nog goed is. De gladheid van de roestvrij platen kan bijvoorbeeld gecontroleerd worden en het systeem gesmeerd.8

N. Wanneer de BI-units na verloop van tijd een onderhoudsbeurt nodig hebben, zal de inbouw constructie zodanig moeten zijn dat dit op eenvoudige wijze mogelijk is en niet opnieuw de gehele fundering uitgegraven moet worden. Het van binnen uit plaatsen ban de BI-units heeft dan de voorkeur.

De schets geeft verschillende opties weer voor de locatie van de BI. Voor halfsteens dragende binnenmuren moeten deze eerst versterkt worden, waarbij tegelijkertijd de fundering verbreedt moet worden. De BI wordt in deze situatie direct op de verbrede fundering geplaatst.Bij betonbalken over de gehele fundering hoogte is dit systeem niet praktisch. Een BI boven het diafragma is niet gewenst vanwege de stabiliteit van de draagmuren.

Foto van Kwaaitaal vloer op betonbalk. Indien de prefab betonnen vloerelementen direct op een gewapend betonnen balk zijn geplaatst, is het niet mogelijk om in die balk gaten te maken voor BI-units. In het geval van de foto is de wapening van deze vloerelementen gecorrodeerd en moet de gehele vloer vervangen worden. In dat geval kan een aangepast ontwerp gemaakt worden indien er voldoende kamer hoogte aanwezig is (er is meestal onvoldoende hoogte).

O. De samengestelde onderdelen van de BI-units, moeten per stuk lichter zijn dan 8 kg, zodat ze met handkracht in de funderingen kunnen worden geplaatst, zonder de noodzaak van speciale til- en hijsapparatuur.

8 Wanneer de totale duur van de gasexploitatie niet meer dan 40 -50 jaar zal zijn, moet het mogelijk zijn om BI-units te maken die deze gehele periode geen onderhoud nodig hebben. Dit kan een ontwerp vereiste zijn.




P. De BI units moeten volledig waterdicht zijn en blijven, of volledig in een zeer natte omgeving of onder water blijven functioneren. Veel funderingen kunnen bij tijdelijke grondwaterstand verhoging of regen onder water komen te staan. Wanneer er metalen in de BI units worden toegepast dienen deze roestvrij te zijn (RVS, aluminium).

Q. De materialen van de BI units mogen niet worden aangetast door water, zure grond, zuur grondwater, insecten, schimmels of knaagdieren.

09.2. BI Productie Randvoorwaarden

R. De prototypes van de BI-units moeten op hun werkelijke karakteristieken worden getest voordat de eerste serie in een (test)gebouw worden toegepast. Dit zou in het laboratorium van de HanzeHogeschool gedaan kunnen worden.

S. Het BI systeem moet op bij voorkeur door Groningse bedrijven geproduceerd worden, ter bevordering van de lokale werkgelegenheid. Momenteel hebben drie metaalbewerkings-bedrijven kenbaar gemaakt dat zij geïnteresseerd zijn in de productie. Dit betreft het mechanische gedeelte, met het rubberen omhulsel en het opdruk systeem van de stelbouten. De mechanische of hydraulische til apparatuur (jacks) zijn bestaande gereedschappen. Het produceren van speciaal maatwerk gereedschap is alleen nodig indien de BI-units na verloop van een periode onderhoud nodig hebben.

T. De productie van een bepaald BI systeem wordt door een enkel bedrijf uitgevoerd en als compleet pakket geleverd aan de uitvoerende aannemer, met installatie handleiding. De aannemer hoeft dus niet verschillende onderdelen bij verschillende bedrijven te kopen. Het werk van de aannemer houdt het volgende in: Het ontkoppelen van de leidingen van de gebouwinfrastructuur, Het eventueel uitdiepen van de kruipruimte om toegang tot de

fundering van binnen uit te realiseren, Het uitgraven en verbreden en versterken van de fundering

rondom het gebouw of kelder, overeenkomstig de berekeningen,

Het versterken van de binnenmuren en verbreden van die funderingen in overeenstemming met de seismische berekeningen,

Het dilateren van onregelmatige gebouwonderdelen, en diens funderingen, Het versterken en verstijven van het begane grond vloerdiafragma en het koppelen van het

vloerdiafragma aan de draagmuren, Het uitboren en zagen van de gaten en plaatsen van de BI-units met het opspannen, Het doorzagen van de draagmuren met BI-units zodat het gebouw vrij komt te staan, Het aansluiten van de leidingen voor de gebouwinfrastructuur, Het isoleren van de begane grondvloer en muisdicht maken, Het plaatsen van de grondwering, de afdekking en herstel van het maaiveld.




Bij zachte of plastische en vochtige gronden rondom de fundering moet zorg gedragen worden dat de draagkracht van de fundering in takt blijft. Door het aan een of twee zijden verwijderen van de grond tot aan het maaiveld kan de fundering gaan zetten als gevolg van gebrek aan tegendruk. Voor verschillende grondsoorten kan dit druk verloop berekend worden. Per dorp kan op basis van ervaringsgegevens gerekend en uitgegraven worden.

09.3 Installatie Randvoorwaarden9

U. Het gebouw boven de BI interface moet in de twee orthogonale horizontale richtingen vrij kunnen bewegen, minimaal over de maximale horizontale beweging van de BI-unit. Deze maximale horizontale bewegingsbreedte is daarom niet meer dan 1/3 van de breedte van de versterkte constructie. Bij een steens muur van 22 cm is de versterkte muurbreedte minimaal 24 cm. De maximale beweging is dan 8 cm.

V. Bij de toepassing van BI in de fundering van een “op staal” gemetseld gebouw, dient deze fundering onder de BI interface bestand te zijn tegen de volledige berekende horizontale aardbeving belasting en de verticale aardbevingsbelasting. Vanwege het kanteleffect van gebouwen zal de belasting aan de lijzijde van een smal en hoog gebouw tijdens een aardbeving aanzienlijk toenemen. De palenfundering of andere fundering moet hier op berekend zijn.

In de praktijk betekent het dat bij rijtjeswoningen langs de lange voor- en achtergevels extra palen of funderingsbreedte moet worden toegevoegd. Hetzelfde is het geval wanneer er extra massa in de gevels wordt toegevoegd als versterking of als nieuwe buitengevel. Wanneer funderingsbalken een paar mm kunnen buigen, en het de vloeren loodrecht op de voor- en achtergevel niet stijf zijn, of aan de gevels verbonden, kunnen de woning tussenmuren verticaal in de hoogte gaan scheuren.

9 Verschillende details worden al vermeld in hoofdstuk “09E Base Isolators onder Bestaande Bouw”.




W. Bij de ontwikkeling van vloerdiafragma’s die sterk aan alle muren zijn verbonden, zullen in veel gevallen aanzienlijke verhogingen optreden van de binnenmuur belastingen ten gevolge van aardbevingen. Dit zal een versterking van de dunne binnenmuren moeten inhouden (< 10 cm dik moet tweezijdig versterkt worden) en een verbreding van die funderingen. Indien ten gevolge van de aanpassing van de vloerdiafragma’s en de aardbeving belasting de fundering verbreedt moet worden, zal dit moeten gebeuren voorafgaand aan de BI installatie.10

X. Bij de inbouw van een BI systeem in bestaande draagmuren, wordt na het verharden elke unit op verticale drukspanning gezet. Hierna worden deze draagmuren horizontaal tussen de BI units doorsneden. Deze doorsnijding of het horizontaal doorzagen moet zonder trillingen geschieden, zodat het bovenstaande gebouw niet extra belast wordt.11

Y. De kantplanken of andere constructies zoals afdekkingen die de vrije beweging van het gebouw toelaten zijn geen productie onderdeel van de bedrijven die de mechanische BI-units leveren. Deze laatste zijn metaal bewerkingsbedrijven. Op basis van tekening specificaties kunnen deze zijplanken door de aannemer worden geproduceerd en geïnstalleerd. Prefabricatie van standaard elementen kan hier van toepassing zijn.

Z. De afdekkingen van het BI systeem buiten om het gebouw, moeten voorkomen dat regenwater, bladeren en begroeiingen tussen het gebouw en de beweegzone kunnen komen. De afsluiting moet periodiek schoongemaakt kunnen worden. Deze afdekkingen moeten volledig weersbestendig zijn en voor de toegepaste locatie voldoende mechanische sterkte hebben. Indien de afdekking stroken van metaal zijn kunnen deze door dezelfde metaal bewerking bedrijven worden geleverd als de bedrijven die de BI-Units maken.

AA. Voor de installatie van een BI systeem dient (indien nodig) alle externe infrastructuur van het gebouw worden afgekoppeld, op een zodanige wijze dat later een flexibele verbinding met het gebouw tot stand kan worden gebracht. Externe infrastructuur kan zijn: Riolering, Waterleiding, Gasleiding, Elektrakabels, Telefoon, Glasvezel of ADSL, Regenwaterafvoer, Bliksemafleiders, Petroleum of stookolie aanvoer(vanuit een buiten het gebouw bestaande opslagtank).

Externe infrastructuur zoals elektra en communicatie moet beoordeeld worden op haar bestaande flexibiliteit of deze de maximale horizontale beweging kan overbruggen. Het loskoppelen en ombouwen van deze verbindingen en van gas of waterleidingen moet door erkende installatie en nutsbedrijven geschieden en tijdig worden ingepland. Na de installatie moet de externe infrastructuur weer aan het gebouw gekoppeld worden. De riolering aansluiting dient extra controle punten te hebben.

10 De problematiek van dunne maar dragende binnen muren is uitgelegd in hoofdstuk 12. 11 Na de Salt Lake City aardbeving van 1987 werden enkele funderingen met een slijpketting doorsneden, nadat de BI was geïnstalleerd. Deze BI elementen hadden een ruime onderlinge afstand, en de draagmuren waren dik. Dit leverde zware trillingen op in het bovenstaande gebouw. Voor Groningse spouwmuren en een korte afstand tussen de BI units kan met behulp van zagen de fundering trillingvrij worden doorgezaagd.




BB. Vóór het graven van een geul rondom de fundering van het gebouw dienen de nutsbedrijven op de hoogte worden gesteld van de werkzaamheden om de juiste locatie van de woning aansluitingen van elektra, gas en water te bepalen. Het uitgraven van de locaties waar woning aansluitingen kunnen zitten dient met voldoende voorzorg te geschieden. De opzichter moet de telefoonnummers voor noodmelding bij de hand te hebben in het geval van een leiding of kabelbreuk. De uitgraving moet voldoende diep, breed en droog te zijn om op eenvoudige wijze de BI-units aan te brengen. Indien de grond niet onder 45⁰ kan worden afgegraven dienen er tijdelijk stutten of een damwand te worden aangelegd. Het tegen het gebouw stutten van een damwand moet onder het BI interface niveau gebeuren.

CC. Bij houten begane grond vloeren die een onderslag balk hebben (schets), kan deze onderslagbalk in haar geheel verwijderd te worden, en vervangen door een sterk stijf vloerdiafragma dat van muur tot muur draagt, en voldoende sterk aan deze muren rondom is gekoppeld. Het apart aanleggen van een BI voor alleen de poertjes van de onderslagbalk vereist een apart lichtgewicht ontwerp, maar voorkomt niet dat het gehele vloerdiafragma versterkt moet worden en sterk aan de buitenmuren verbonden.

DD. Bij het verwijderen van de begane grond vloer in een gebouw (houten of Kwaaitaal of Nehobo, etc. indien nodig) 12, dient de volledige etage boven de verwijderde begane grondvloer volledig ondersteund te worden, totdat het BI systeem met een nieuw en volledig vloerdiafragma of balkensysteem horizontaal geborgd is.

09.4 Gebouw randvoorwaarden.

EE. De mate van de gebouwversterkingen zullen aanzienlijk minder zijn dan wanneer er geen BI toegepast wordt. De vermindering van de aardbeving belasting op een gebouw kan 80% bedragen. In de meeste gevallen betekent dit dat een gebouw zonder verdere versterking de Near Collapse situatie niet zal overschrijden bij een maximale aardbeving. Bij monumenten kunnen aanvullende versterkingen binnen in het gebouw ongewenst zijn. Door de toepassing van BI kunnen deze aanvullende versterkingen minimaal blijven. Indien een gebouw ook geen scheurvorming mag ondergaan door geïnduceerde aardbevingen kan ook BI worden toegepast zodat de netto aardbeving belasting onder de PGA 0,05g blijft. Monumentale gebouwen, en gebouwen die in belangrijke beeldbepalend zijn in het straatbeeld, kunnen bij voorkeur geselecteerd worden voor BI.

12 Bij een aantal Kwaaitaal vloeren is verregaande erosie van het metaal geconstateerd. In deze gevallen moet de vloer verduurzaamd worden of vervangen. De verstijving van NeHoBo vloeren kan geschieden door het verwijderen van de losse boven druklaag en een nieuwe druklaag met wapeningnet aan te brengen. Als alternatief kan de NeHoBo vloer verwijderd en vervangen worden.




FF. Het met BI te isoleren gebouw moet een regelmatige planverhouding hebben en mag dus geen lengte / breedte verhouding hebben die groter is dan 4. {Eurocode 8 of de NPR 9998-2015, paragraaf 4.2.3.2 }. Voor veel rijtjeswoningen is deze verhouding groter dan 4 waardoor er extra grote krachten in het gebouw kunnen ontstaan. Het dilateren van zeer lange gebouwen is dan een mogelijke oplossing. Het alternatief is extra versterken van het gehele gebouw, wat voor veel oudere rijtjeswoningen geen economische optie is.

GG. Het met BI te isoleren gebouw moet een regelmatig plan hebben zonder inhammen of uitbouwen groter dan 5% van het planoppervlak.13 Een inham of verspringing in de fundering kan bij het aanbrengen van de BI overbrugd worden door een funderingsbalk structureel door te verbinden. De schets geeft het principe aan van een dergelijke overbrugging.

HH. Het met BI te isoleren gebouw moet regelmatig in haar verticale massa zijn; verschillen in de verticale belasting van meer dan 50% op het grondplan is niet geadviseerd. De schets geeft een veel voorkomend gebouw typologie aan waarbij er een hoogte en massa verschil bestaat tussen de twee gebouwdelen. Dit betekent dat aanbouwen of schuren structureel losgekoppeld moeten worden en zelfstandig dragend moeten worden.

II. De dilataties tussen het met BI geïsoleerde gebouw en de losgekoppelde aanbouw moet voldoende breed zijn zodat het BI geïsoleerde gebouw vrijelijk kan bewegen zonder schade aan het losgekoppelde gebouw toe te brengen.

JJ. Gebouwen die een hoog schade risico hebben (fragiliteitscurve), binnen de relevante, in de NPR 9998-2015 aangegeven aardbevingszones, zoals doorzonwoningen en rijtjeswoningen, zouden voorrang moeten krijgen indien zij na de BI toepassing nog minimaal 50 tot 100 jaar economisch rendabel gebruikt kunnen worden.

13 De Eurocode 8 Par 4.2.3.2. (3) geeft deze 5% aan. Een analyse van de constructie kan aangeven of deze onregelmatigheid kan leiden tot extra krachten in de fundering, waarvoor deze versterkt moet worden.




KK. Algemene bouwkundige versterking zoals het verwijderen van gemetselde topgevels (vervangen door lichtgewicht gevels) en schoorstenen, of andere elementen waarbij massa wordt verminderd of andere risico’s worden weggenomen, moeten als integraal onderdeel van BI meegenomen worden.

LL. Bij gebouwen die aanzienlijk achterstallig onderhoud hebben of bouwgebreken die door de gebouweigenaar zijn veroorzaakt, moet vooraf overeenstemming gevonden worden wie de aanvullende versterkingen onderhoudskosten betaald, voordat met BI wordt begonnen.

MM. Het gebouw moet goed in een op de toekomst georiënteerd bestemmingsplan horen. Dit kan bijvoorbeeld niet zo zijn bij boerderijen die in een ruilverkavelingsgebied staan, of bij oude scholen die in een krimpregio staan.

NN. De gebouweigenaars van series aan elkaar gebouwde woningen zoals van doorzon- en rijtjeswoningen moeten akkoord gaan met de toepassing van BI over het gehele woning blok. Het gehele gebouw moet in één keer worden aangepakt. Omdat dilatatie van onregelmatige gebouwvormen een essentiële sterkte eis is, moet de gebouweigenaar akkoord gaan met de planaanpassing, inclusief de noodzakelijke versterkingen in de gebouwen die eerder hierop aansloten.

09.5. Duurzaamheid.

OO.Gebouwen moeten na de toepassing van BI nog minstens 50 tot 100 jaar economisch rendabel geëxploiteerd worden. Verouderde woningtypes (jaren ’60 en ’70) die een te lage verdiepingshoogte hebben (< 260 cm), gebrekkige sanitaire ruimtes of nauwe trappenhuizen hebben, of aanzienlijke aanvullende kosten voor verduurzaming vereisen, zijn niet aanbevolen.

Een aantal van de bijkomende energie maatregels zullen zich in de tijd makkelijk terugverdienen, doch de combinatie van de seismische versterkingsmaatregels en de verduurzaming is in vele gevallen hoger dan de economische waarde van de opstal. Indien het geen monument is of een andere constructie die historische waarde heeft kan dan overwogen worden om het gebouw te vervangen. Echter, door ‘base isolation’ toe te passen worden de krachten op het gebouw sterk verminderd en kunnen de versterkingskosten van het gebouw aanzienlijk minder zijn.

Model berekening kosten vergelijking (nog geen werkelijke waarden):Gebouwtype met woon oppervlakte en muursoort

Huidige waarde gebouw

Geschatte maximale PGA waarde

Traditioneel versterken +ontruimen

Isoleren,duurzaammaken

BI = ‘Base Isolation’ toepassen

Restant versterking nodig bij BI.

T4. Kleine woning100m2, steens muren

80,000 PGA 0,3g 80,000 10,000 20,000 20,000

Totaal Euro 170,000 Incl. Isoleren Euro 50,000T4. Kleine woning100m2, steens muren

80,000 PGA 0,2g 70,000 10,000 20,000 10,000

Totaal Euro 160,000 Incl. isoleren Euro 40,000T4. Kleine woning100m2, steens muren

80,000 PGA 0,15g 60,000 10,000 20,000 5,000

Totaal Euro 150,000 Incl. isoleren Euro 35,000




Voor elk type gebouw (met eigen fragiliteitscurve) kan een dergelijk lijstje gemaakt worden, waaruit meteen duidelijk wordt hoeveel er aan kosten bespaard kan worden met ‘base isolation’.

Uiteraard zijn er verschillende variabelen in de bovenstaande tabel zoals: Elk gebouw typologie heeft een aantal varianten met betrekking tot houten vloeren,

betonnen vloeren of systeemvloeren met betonnen elementen. De tabel zou gemaakt kunnen worden voor elke gebouw typologie en naar de bouwstandaard van 2015.14

De waarde van het gebouw kan beïnvloed worden door de locatie en de persoonlijke mening van de bewoner die schade ondervindt door de aardbevingen.

Voor het duurzaam maken is hier hoofdzakelijk de thermische isolatie gerekend. Andere maatregels zoals PV panelen (folies), zonneboilers of warmtepompen zullen de kosten aanzienlijk verhogen. PV panelen en zonneboilers en andere HR verwarmingsapparatuur zullen echter wel de EPC verlagen en de gebruikskosten.

Bij de toepassing van extra thermische isolatie aan de binnenzijde zal ruimteverlies optreden, wat een relatieve kostenverhoging is per m2 netto vloer oppervlak.

Bij de toepassing van bijna elke vorm van thermische isolatie zal de ventilatie in de woning veranderen en moet daarom worden aangepast met de aanpassing van de kozijnen en ramen en door middel van mechanische ventilatie.

Uit de verschillende begrotingen van voorstellen van versterkingsprojecten zal waarschijnlijk blijken dat de bouwkosten niet evenredig teruglopen met de vermindering van de PGA. Aanvullend op de bovenstaande kosten komen de kosten voor de externe behuizing van de bewoners. In de praktijk blijkt het haast onmogelijk om een integraal versterkingsprogramma van een woning uit te voeren met de bewoners er in. Het is uitermate onpraktisch voor de aannemer en zal de kosten aanzienlijk verhogen wanneer er rekening gehouden moet worden met de aanwezige bewoners15.

*****************

14 Voor de thermische isolatie wordt per 2015 een Rc vereist van 3,5 voor vloeren, 4,5 voor de wanden en 6,0 voor de dakisolatie. Voor ramen en deuren is minimaal een HR++ vereist. Voor het gebouw een EPC 0,4.15 Het idee dat een gebouw slechts versterkt kan worden door alleen de verbindingen tussen de buitenmuren en de vloeren van buitenaf te versterken is niet realistisch. Ook de vloeren moeten versterkt worden indien ze van hout zijn, en in bijna alle gevallen dienen de muren ook versterkt te worden, speciaal de dragende binnenmuren.



· Web viewEr moet en totale constructieve begrenzing zijn binnen 1/3 van de breedte van de...

Documents

Transcript of · Web viewEr moet en totale constructieve begrenzing zijn binnen 1/3 van de breedte van de...