Jellema 9 Utiliteits

JELLEMA 9

UTILITEITSBOUW

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina I

omslagontwerp Marjan Gerritse, Amsterdamvormgeving binnenwerk Peter van Dongen, Amsterdamopmaak Assist Communications studio, Utrechttekenwerk Advies en Tekenbureau voor Bouwtechniek ing F. Oomen, Almere-StadVeltman Bouwkundig Ontwerp- en Tekenburo, Delft

De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen.Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

ThiemeMeulenhoff ontwikkelt leermiddelen voor: Primair Onderwijs, Algemeen VoortgezetOnderwijs, Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie en Hoger Beroepsonderwijs.Voor meer informatie over ThiemeMeulenhoff en een overzicht van onze leermiddelen:www.thiememeulenhoff.nl

ISBN 90 06 95052 1Tweede druk, tweede oplage

ThiemeMeulenhoff, Utrecht/Zutphen, 2004

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in eengeautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzijelektronisch, mechanisch, door fotokopien, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaandeschriftelijke toestemming van de uitgever.

Voor zover het maken van kopien uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16B Auteurswet1912 jo het Besluit van 20 juni 1974, Stb. 351, zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen tevoldoen aan Stichting Reprorecht (Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp). Voor het overnemen vangedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurs-wet 1912) dient men zich tot de uitgever te wenden.

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina II

Bouwmethoden Utiliteitsbouw9

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina III

De serie Jellema Hogere Bouwkunde bestaat naasthet inleidende deel uit drie reeksen boeken:bouwtechniek, bouwmethoden en bouwproces.Tezamen vormt de inhoud de onontbeerlijkebasiskennis voor het hoger beroepsonderwijs enwetenschappelijk onderwijs.

Ook deze vernieuwde uitgave is ontstaan vanuitde noodzakelijke interactie tussen het onderwijsenerzijds en het bedrijfsleven anderzijds. Beidesectoren leveren auteurs, maar zijn ook bereid tothet leveren van commentaar en kritiek in eenvoortdurende discussie tussen redactie, auteursen het onderwijs.

De redactie:ir. K. HofkesDocent Bouwkunde, Hogeschool INHOLLAND,Haarlem en Alkmaar

ir. A. van TolArchitect, Zwolle

ir. M. BonebakkerAdviseur Bouwmanagement, Geesteren

H.A.J. FlapperBouwinnovator, Amsterdam

ir. H. BrinksmaDocent Bouwkunde, Hogeschool van Utrecht, Utrecht

ing. N. ZimmermannArchitect, Amsterdam

Auteur deel 9:ir. M.W. Kamerling, universitair docentTechnische Universiteit Delft, faculteit Bouwkunde

prof. ir. J.W. Kamerling, emeritus-hoogleraarTechnische Universiteit Eindhoven

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina IV

JELL

EM

A

HO

GE

RE

BO

UW

KU

ND

E

JELL

EM

A

HO

GE

RE

BO

UW

KU

ND

E

JELL

EM

A

HO

GE

RE

BO

UW

KU

ND

E

JELL

EM

A

HO

GE

RE

BO

UW

KU

ND

E

1 Inleiding Bouwnijverheid

www.jellema-online.nl

www.jellema-online.nl

7 Bouwmethoden Bouwmethodiek 10

Bouwproces Ontwerpen2

Bouwtechniek Onderbouw

Serieoverzicht

11 Bouwproces Contracteren8

Bouwmethoden Woningbouw3

Bouwtechniek Draagstructuur

12 Bouwproces Uitvoeren

A techniek

9 Bouwmethoden Utiliteitsbouw4

Bouwtechniek Omhulling

A prestatie-eisen / daken

12 Bouwproces Uitvoeren

B organisatie

4 Bouwtechniek Omhulling

B gevels

13 Bouwproces Beheren4

Bouwtechniek Omhulling

C gevelopeningen

5 Bouwtechniek Afbouw

6 Bouwtechniek Installaties

A elektrotechnisch en sanitair


B werktuigbouwkundig en gas


C liften en roltrappen

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina V

Woord vooraf

De utiliteitsbouw is een zeer diverse groep, waar-toe alle gebouwen behoren waarin niet uitslui-tend wordt gewoond. Ondanks deze diversiteitkunnen we ook overeenkomsten herkennen. Zo wordt de utiliteitsbouw gekenmerkt door eenskelet waarmee de belastingen op het gebouwnaar de fundering worden afgedragen. In dezegebouwen vervullen de gevels en binnenwandengeen dragende functie, zodat deze naar believen niet gehinderd door de krachtsafdracht in hetskelet kunnen worden geplaatst.In een vroeg stadium van het ontwerpproceswordt het ontwerp opgedeeld in een aantal com-ponenten, die ontworpen worden door specia-listen die alleen verantwoordelijk zijn voor dekwaliteit van hun product. Deze componentenmoeten vervolgens worden samengevoegd toteen geheel en vereist een ordening, waarin deelementen een plaats krijgen: de infrastructuur. Omdat de draagstructuur een belangrijk onderdeelis van de infrastructuur van een gebouw, wordt hetafstemmen en het samenvoegen beschreven vanuitde optiek van het ontwerp van de draagconstruc-tie. Het skelet van een gebouw wordt niet alleenbeschouwd als een constructieve drager, maar ookals een structureel element waarmee de ruimtenzijn geordend. Het ontwerpen van het skelet wordtdaarmee de rode draad in het ontwerpproces.

Dat bij de beschrijving van de ontwerpmethodenonderwerpen ter sprake komen die ook in anderedelen voorkomen, is niet te vermijden. Dezeonderwerpen worden nu in onderling verband enin relatie met het skelet gebracht. In de tekstvindt men verwijzingen naar andere delen, waar-in het besprokene uitvoeriger wordt behandeld.

Tot de utiliteitsbouw behoren zoveel soortengebouwen met zoveel verschillende bestemmin-gen, dat het binnen de opzet van deze serie nietmogelijk is alle soorten utiliteitsgebouwen uitvoe-rig te beschrijven. Door de utiliteitsbouw in tedelen naar de bouwvorm, kunnen we het aantalte behandelen groepen beperken. Zo onderschei-den we laagbouw, verdiepingbouw en hoog-bouw. Deze drie groepen worden gekenmerktdoor zeer specifieke problemen, die bepalend zijnvoor het ontwerp.

De onderwerpen zijn ingedeeld van algemeennaar specifiek. In de eerste drie hoofdstukkenworden de algemene aspecten van het ontwer-pen behandeld. Zo vinden we in hoofdstuk 1 dealgemene aspecten zoals werkwijze, bouwproces,economisch ontwerpen en brandveiligheid. Destructuur komt in hoofdstuk 2 aan de orde. Inhoofdstuk 3 vinden we de voor het ontwerpenvan het skelet belangrijke aspecten terug, alsbelastingen, vervormingen en materiaaleigen-schappen, zoals sterkte en stijfheid. In de laatstedrie hoofdstukken worden de kenmerkende pro-blemen van respectievelijk laagbouw, verdieping-bouw en hoogbouw behandeld.

DankwoordEen leerboek is zelden geheel oorspronkelijk, debeschreven gedachten en theorien bouwenvoort op ideen en geschriften van anderen. In deliteratuuropgaven wordt per hoofdstuk degeraadpleegde literatuur vermeld. Niet vermeldzijn de denkbeelden en inzichten die verkregenwerden in discussies en gesprekken met collegas,vakgenoten en studenten van de TechnischeUniversiteit Eindhoven, de Technische UniversiteitDelft en de Hogeschool van Utrecht; bij dezedank voor hun opbouwende bijdragen.

De auteurmei 2004

VI

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina VI

1 Algemene uitgangspunten 1Inleiding 21.1 Bouwmethodiek 21.1.1 Programmafase 31.1.2 Ontwerpfase 31.1.3 Uitwerkingsfase 31.1.4 Bouwfase 31.1.5 Gebruiksfase 31.1.6 Doelstelling 31.2 Skeletbouw 31.3 Kwaliteit 51.4 De economie van het bouwen 61.5 Economisch ontwerpen 71.5.1 Functionele economie 71.5.2 Gebruikseconomie 71.5.3 Vormeconomie 81.5.4 Uitvoeringseconomie 81.5.5 Materiaaleconomie 91.5.5.a Overspanning 111.6 Veiligheid 111.6.1 Brandveiligheid 121.6.2 Bouwkundige brandveiligheids-maatregelen 141.7 Brandwerendheid constructies en materialen 181.7.1 Materiaalkeuze en brandveiligheid 181.7.2 Scheidende constructies 191.7.3 Draagconstructies 201.7.4 Houtconstructies 211.7.5 Betonconstructies 221.7.6 Staalconstructies 23Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 30

2 Structuur 31Inleiding 322.1 Structuur van het gebouw 332.1.1 Structuren op gebouwniveau 332.1.2 Structuur en levensduur 342.2 Maatsystemen 342.2.1 Roosters 342.2.2 Modulaire cordinatie 362.3 Zonering 402.3.1 Zones en marges 402.3.2 De zonering 402.3.3 Lineaire zonering 402.3.4 Kruisende gebouwdelen met lineaire zones 412.3.5 Neutrale zonering 42

Inhoud 2.3.6 Centrale zonering 422.4 Typologie van draagconstructies 432.4.1 Elementen 432.4.2 Skeletvormen 442.4.3 Vloeren 452.5 Ontwerp van de draagconstructie 462.5.1 Kolommen- of wandenskelet 462.5.2 Plaats van de steunpunten 472.5.3 Overspanningsconstructies voor gebouwenmet een lineaire zonering 472.5.4 Draagconstructies voor gebouwen met een neutrale zonering 482.5.5 Centrale structuur 492.5.6 Steunpuntafstanden 492.5.7 Grote en kleine overspanningen 512.6 De constructie en de leidingen verkeersruimten 552.6.1 Horizontale leidingruimten 552.6.2 Verticale verkeers- en leidingvoorzieningen 572.6.3 Trappenhuizen 572.6.4 Liftschachten 582.6.5 Leidingschachten 602.6.6 Schorende constructies 632.6.7 Opgelegde vervormingen 652.6.8 Verticale belasting op de schorendeconstructie 692.7 De constructie en de bouwkundige structuur 702.7.1 Gevel 702.7.2 Plaats van het dak 762.7.3 Scheidingswanden 76Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 78

3 Belastingen, vervormingen enconstructiematerialen 79Inleiding 803.1 Belastingen 803.2 Grootte van de belastingen 813.3 Betrouwbaarheid 843.3.1 Karakteristieke waarden 843.3.2 Variatie en standaardafwijking 863.3.3 Rekenwaarden en representatieve waarden 863.3.4 Belastingsfactoren voor de uiterstegrenstoestand 873.4 Belastingscombinaties 873.4.1 Combinaties voor de gewichtsberekening 883.4.2 Combinaties voor onderdelen van

VII

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina VII

constructies 893.5 Vervorming 903.5.1 Vervormingseisen 913.5.2 Vormverandering door detemperatuurvariatie en krimp 933.5.3 Opgelegde vervorming 943.5.4 Dilatatievoegen 963.6 Materiaaleigenschappen 983.6.1 Hout 1003.6.2 Steen 1023.6.3 Beton 1033.6.4 Staal 1073.6.5 Aluminium 1093.7 Vergelijking materialen 1103.7.1 Sterkte en gewicht 1113.7.2 Spanning en vervorming 1113.7.3 De relatie spanning en vervorming 1123.7.4 Kengetallen 1143.7.5 Het profiel 114Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 116

4 Laagbouw 117Inleiding 1184.1 Typologie 1204.1.1 Laagbouw met lineaire zonering 1204.1.2 Meervoudige langshal 1204.1.3 Laagbouw met een neutrale zonering 1224.1.4 Laagbouw met een centrale zonering 1224.2 Het ontwerp 1224.2.1 Transport 1244.2.2 Brandveiligheid 1254.2.3 Kolomstramien 1264.3 Het dak 1274.3.1 Dakbelasting 1274.3.2 Vorm van het dak 1314.3.3 Daklichten 1324.3.4 Dakhuid 1334.3.5 Opbouw van het dakpakket 1344.4 Gevels 1354.4.1 Houten gevels 1364.4.2 Niet-dragende gasbetonplaten 1364.4.3 Gemetselde gevels 1364.4.4 Gevels met geprofileerde staalplaten 1364.4.5 Prefab-betonplaten 1384.5 Overspanningsmethoden 1384.5.1 Liggers 1384.5.2 Vakwerken en Vierendeelliggers 1394.5.3 Portalen 1404.5.4 Driescharnierspanten 1444.5.5 Bogen 145

4.5.6 Hangdak 1464.5.7 Tentconstructies 1474.5.8 Getuide constructies 1474.5.9 Balkenroosters en ruimtevakwerken 1484.5.10 Vouwdaken 1494.5.11 Schalen 1494.5.12 Pneus 1514.6 Standzekerheid 1514.6.1 Geschoorde constructies 1524.6.2 Ongeschoorde constructies 1554.7 Vloer van de begane grond ende fundering 1574.7.1 Begane-grondvloer met kruipruimte 1574.7.2 Vloer van de begane grond zonder kruip-ruimte op grondslag 1594.7.3 Vloer op schuimbeton 1594.7.4 Vloer van de begane grond rechtstreeksafdragend op een paalfundering 1604.7.5 Ontwerp van de vloer van de begane grond 1604.8 Staalconstructies 1614.8.1 Geschoorde constructies 1614.8.2 Ongeschoorde portalen 1624.8.3 Schoorconstructies 1634.8.4 Boogconstructies 1654.8.5 Ruimtevakwerken 1654.8.6 Hangdaken 1674.8.7 Tuiconstructies 1674.8.8 Koepels 1674.9 Houtconstructies 1684.9.1 Verbindingsmiddelen 1684.9.2 Gelamineerd hout 1704.9.3 Houtconstructies 1704.10 Beton 1774.10.1 Portalen 1774.10.2 Vouwdak en tongewelfdaken 1794.10.3 Hypparschalen 1794.10.4 Koepelschalen 1804.11 Metselwerk 181Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 182

5 Verdiepingbouw 183Inleiding 1845.1 Typologie 1845.1.1 Begane grond 1845.1.2 Dak en dakopbouw 1855.2 Ontwerp van de draagconstructie 1855.3 Overspannen 1865.3.1 Welke overspanning? 1875.3.2 Afdracht van de vloerbelastingen 187

VIII

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina VIII

5.3.3 Voorbeeld 1875.3.4 Hotel met parkeergarage 1895.3.5 Constructie van de dakopbouw 1915.4 Vloeren 1925.4.1 In het werk gestorte vloeren 1925.4.2 Gedeeltelijk geprefabriceerde vloeren 1925.4.3 Geprefabriceerde vloeren 1935.4.4 Staalplaatbetonvloeren 1935.5 Gevels 1935.5.1 Dragende gevels 1945.5.2 Niet-dragende zware gevels 1985.5.3 Niet-dragende lichte gevels 2005.6 Standzekerheid 2015.6.1 Aantal verdiepingen 2025.6.2 Inpassing van schoorconstructies in het ontwerp 2035.6.3 Constructiemateriaal 2035.6.4 Aardbevingen 2045.6.5 Gevels 2045.6.6 Vloeren 2045.7 De fundering 2055.7.1 Fundering op staal 2055.7.2 Fundering op palen 2065.7.3 Dilateren ten behoeve van funderingszettingen 2075.7.4 Funderen naast bestaande gebouwen 2075.8 In het werk gestorte betonconstructies 2085.8.1 Kosten 2095.8.2 Vloertypen 2105.8.3 Vergelijking van de vloerconstructies 2125.9 Geprefabriceerde betonconstructies 2145.9.1 Wanneer prefabriceren? 2155.9.2 Ontwerpstrategie 2165.9.3 Vergelijking van geprefabriceerdeconstructies 2165.10 Verdiepingbouw in staal 2245.10.1 Voor- en nadelen van staalconstructies 2245.10.2 Vloeren 2255.10.3 Geschoorde en ongeschoordeconstructies 2285.10.4 Constructieve opzet 232Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 240

6 Hoogbouw 241Inleiding 2426.1 Het ontwerp 2436.1.1 De constructie 2436.1.2 Liften 2436.1.3 Trappen 244

6.1.4 Leidingen 2446.1.5 De werkplek 2446.1.6 Veiligheid 2456.1.7 Brandveiligheid 2466.1.8 Brandoverslag 2476.2 Gevels 2476.3 Vloeren 2476.4 De constructie 2486.4.1 Typologie 2516.4.2 Raamwerken 2516.4.3 Kernen 2516.4.4 Hanggebouwen 2526.4.5 Kernen en raamwerken 2536.4.6 Kern met overdrachtsconstructie 2556.4.7 Gevelbuizen en gebundelde gevelbuizen 2566.4.8 Megaconstructies 2576.4.9 Constructieve betrouwbaarheid 2596.5 Vervorming van de constructie 2596.5.1 Horizontale vervorming 2596.5.2 Verticale vervorming 2626.6 Fundering 2626.6.1 Belasting op de fundering 2666.6.2 Fundering op staal 2666.6.3 Fundering op kelder 2676.6.4 Fundering op palen 2686.7 Uitvoering hoogbouw 2716.7.1 Verticaal transport 2716.7.2 Bouwterrein 2716.7.3 Bouwtijd 2716.7.4 De Delftse Poort 2736.8 Uitvoering van kelders 2766.8.1 Bemaling 2766.8.2 Pneumatisch caisson 278Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 279

Register 241

IX

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina IX

06950521_H00 22-11-2005 08:38 Pagina X

1Algemene uitgangspuntenir. M.W. Kamerling

Tot de utiliteitsbouw behoren veel verschillende soorten gebouwen

met de meest uiteenlopende bestemmingen. Hoewel ontwerpers vaak

gespecialiseerd zijn in bepaalde gebouwsoorten, verschilt de ontwerp-

methode niet per gebouwsoort. Hierdoor kan deze onafhankelijk van

de functie van het gebouw worden behandeld. Het ontwerpproces

begint met het Programma van Eisen. Dit programma wordt groten-

deels bepaald door de bestemming van het gebouw.

Het budget voor het gebouw is vrijwel altijd beperkt, zodat het

gebouw in overeenstemming met het gebruik economisch moet wor-

den ontworpen. Daarnaast moet een gebouw ook veilig zijn. Dit bete-

kent onder andere dat de constructie niet door overbelasting mag

bezwijken en dat bij een calamiteit als brand de aanwezigen het

gebouw veilig moeten kunnen verlaten. Daar de specifieke eisen ten

aanzien van de constructie later uitgebreid aan bod komen, wordt in

dit hoofdstuk de nadruk gelegd op de brandveiligheid.

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 1

Inleiding

De utiliteitsbouw neemt binnen de Nederlandsebouwnijverheid een belangrijke plaats in. Van dejaarlijks geproduceerde gebouwen behoort onge-veer de helft tot de woningbouw en ongeveernderde tot de utiliteitsbouw. De resterendebouwproductie bestaat uit werkzaamheden voorde verbouw, renovatie en restauratie van gebou-wen. Wat is utiliteitsbouw en welke gebouwenhoren daartoe? Utilitair betekent: met het oog ophet nut. Utiliteitsgebouwen zijn gebouwen, waar-in nuttige activiteiten plaatsvinden. Deze definitieis zo ruim, dat vrijwel alle gebouwen, behalve dezogenoemde follies, ertoe behoren. Een follie iseen bouwwerk, dat geen gebruiksfunctie heeft,zoals een nagemaakte rune ter verfraaiing van detuin. In de praktijk beschouwt men woningbouw,hoewel nuttig, niet als utiliteitsbouw. Tot de utili-teitsbouw rekenen we alle nuttige gebouwenwaarin niet wordt gewoond.Een utiliteitsgebouw behoort tot de private of totde publieke utiliteitsbouw. Tot de private utiliteits-bouw behoren de gebouwen voor de handel en denijverheid. Tot de publieke utiliteitsbouw behorende gebouwen voor maatschappelijke instellingen,die een sociale, religieuze, culturele, recreatieve ofbestuurlijke functie in de maatschappij vervullen.Op grond van de functie kunnen we utiliteitsge-bouwen indelen, figuur 1.1.

1.1 Bouwmethodiek

Een bouwmethode is de te volgen werkwijze omtot een gebouw te komen. Onder methodiek ver-staan we de beschrijving van de methoden. Debouwmethodiek is de beschrijving van de werk-zaamheden die moeten worden verricht om eengebouw te kunnen realiseren.

De volgorde van deze werkzaamheden ligt

vast in het bouwproces, zie deel 10 Ontwerpen

Het bouwproces wordt in de volgende fasen inge-deeld:

programma:1 initiatief;2 haalbaarheidsonderzoek;3 projectdefinitie;

ontwerp:4 structuurplan;5 voorlopig ontwerp;6 definitief ontwerp;

uitwerking:7 bestek;8 prijsvorming (contracten);

bouw:9 werkvoorbereiding;10 uitvoering;11 oplevering;

gebruik:12 beheer;13 sloop.

2

Functie Voorbeelden

Productiegebouwen gebouwen voor zware en lichte industrie, industrile installatiesVerkeersgebouwen bus- en treinstations, aankomst- en vertrekhal van luchthavensOpslaggebouwen magazijnen, pakhuizen, archiefruimten bibliotheken, parkeergaragesAdministratiegebouwen kantoren, gemeentehuizenTentoonstellingsgebouwen musea, jaarbeurshallenBijeenkomstgebouwen kerken, moskeen, schouwburgen, concertgebouwen, bioscopenSportgebouwen sporthallen, stadions en tribunesLogiesgebouwen hotels, gevangenissenGezondheidszorggebouwen ziekenhuizenOnderwijsgebouwen scholen, universiteitenWinkelgebouwen supermarkten, winkelcentra, warenhuizen

Figuur 1.1 Indeling en voorbeelden van utiliteitsgebouwen

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 2

In deel 10 worden in hoofdstuk 3 Programme-

ren en hoofdstuk 4 Ontwerpen de te nemen stappen

uitgebreid besproken. Om de plaats in het bouw-

proces van de in dit deel behandelde onderwerpen

te kunnen bepalen, worden hier de belangrijkste

stappen uit het bouwproces beschreven

1.1.1 ProgrammafaseIn de programmafase worden de wensen van deopdrachtgever geformuleerd. De te verrichtenwerkzaamheden zijn:

haalbaarheidsonderzoek; vervaardigen van een Programma van Eisen; locatiekeuze.

1.1.2 OntwerpfaseIn de ontwerpfase worden het structuurontwerp,het voorlopig ontwerp en het definitief ontwerpvervaardigd.Het ontwerpen van een structuurplan kan wordengezien als een vertaling van het Programma vanEisen in een nog materieloze vorm.

Het structuurplan is een organisatieschema, waar-voor de constructies, de installaties en de materia-len nog niet zijn bepaald. Aan de specialisten ophet gebied van de constructie, de installaties ende bouwkosten wordt advies gevraagd over hetgekozen structuurplan. Hierna wordt het plan uit-gewerkt tot het voorlopig ontwerp. De hoofdafme-tingen, de stramienmaten en de hoofdopzet vande constructie, de installaties en de ruimtelijkeindeling liggen nu vast.Voor het definitief ontwerp wordt de indeling, dedraagconstructie, de omhulling, de scheidings-wanden en de installaties verder uitgewerkt en opelkaar afgestemd.

1.1.3 UitwerkingsfaseIn de uitwerkingsfase wordt het bestek en debestektekeningen vervaardigd en vindt de prijsvor-ming plaats. Het ontwerp wordt in deze fase zouitgewerkt dat een contract, gebaseerd op hetbestek, de bestektekeningen en het Veiligheids-en Gezondheidsplan, met de aannemer kan wor-den gesloten.

1.1.4 BouwfaseIn de bouwfase is de methodiek gericht op hetvervaardigen van de bouwelementen en het

samenvoegen van de elementen tot een geheel.De elementen verschillen vaak ten aanzien vansamenstelling en verwerkbaarheid. De aannemerzal de productie, assemblage en montage vande verschillende elementen zo moeten plannenen afstemmen dat de werkzaamheden elkaarniet hinderen en het geheel zo snel mogelijkopgeleverd kan worden. In deze fase onder-scheiden we de werkvoorbereiding, de uitvoeringen de oplevering.

1.1.5 GebruiksfaseDe gebruiksfase wordt niet altijd beschouwd alseen fase van het bouwproces. Daar het beheer ende sloop een niet te verwaarlozen deel van detotale huisvestingskosten vormen, mogen wedeze fase niet uit het oog verliezen.

1.1.6 DoelstellingDe in dit deel behandelde bouwmethodiek betreftde werkzaamheden die worden verricht in de ont-werpfase van het bouwproces, nadat het structuur-ontwerp tot stand is gekomen. De beschrevenmethoden zijn gericht op het materialiseren vanhet structuurontwerp. De nadruk ligt op het ont-werpen van de draagconstructie, het dak, degevels, de scheidingswanden en de installaties enhet afstemmen van deze ontwerpen op elkaar.Deze afstemming houdt in dat de randvoor-waarden voor het ontwerp van een componentworden bepaald door de ontwerpen van de anderecomponenten. Een ontwerp voor bijvoorbeeld eendraagconstructie moet niet alleen beoordeeld wor-den op de krachtafdracht, de economie en derge-lijke maar ook op de interactie met de anderebouwcomponenten (de installaties, de gevel enzo-voort). Door de deelontwerpen op elkaar af testemmen ontstaat een geheel waarin het program-ma optimaal functioneel, economisch, bouwtech-nisch en esthetisch wordt vormgegeven.

1.2 Skeletbouw

Kenmerkend voor de huidige utiliteitsbouw is datde belastingen worden afgedragen aan de funde-ring door een skelet. Het skelet is een samenhan-gend geheel van constructieve elementen, zoalskolommen, balken en vloeren, figuur 1.2-2.In het skelet worden gevels en de scheidingswan-

31 ALGEMENE UITGANGSPUNTEN

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 3

41 traditionele bouwFiguur 1.2 Traditionele bouwwijze en skeletbouw

2 skeletbouw

den geplaatst die alleen de functie hebben om deruimten af te scheiden. Deze scheidende elemen-ten maken geen deel uit van het skelet en wordenniet door constructieve elementen belast.

Naast de skeletbouw kennen we ook de traditio-nele bouwwijze, figuur 1.2-1. Bij deze bouwwijzezijn de dragende en scheidende elementen gen-tegreerd. De gevels en de scheidingswanden die-nen zowel om de ruimten af te scheiden als omde belasting af te dragen.Bij de traditionele bouwwijze zijn de constructieveen de scheidende elementen niet te scheiden.Omdat de elementen meerdere functies vervullen,is de traditionele bouwwijze zeer economisch.De in de skeletbouw toegepaste functiesplitsingheeft daarentegen een aantal voordelen die hier-na worden toegelicht.

IndelingsvrijheidDe scheidingswanden kunnen worden geplaatstdaar waar deze functioneel gewenst zijn. Met debelasting door de omringende constructies opdeze wanden hoeft geen rekening gehouden teworden.De indelingsvrijheid is bij skeletbouw groter danbij traditionele gebouwen met dragende binnen-wanden. Een gebouw met een skelet kan relatiefeenvoudig worden aangepast aan een nieuwefunctie. Bij een verbouwing kunnen niet-dragendescheidingswanden eenvoudig worden verplaatst.Gebouwen met een skelet hebben een hogererestwaarde dan traditionele gebouwen. Het skeletkan over een langere periode afgeschreven wor-den dan de gevels en scheidingswanden.

Openingen en doorbrekingenDe binnenwanden en de gevels kunnen lichter

worden uitgevoerd. Bovendien kunnen de ope-ningen in gevels en wanden groter zijn. De gevelsvan een gebouw met een kolommenskelet kun-nen bijvoorbeeld geheel van glas zijn.

UitvoeringDe uitvoering van de skeletbouw is eenvoudigerdan de uitvoering van de traditionele bouw,omdat het skelet onafhankelijk van de afbouwkan worden gemaakt. Bij de traditionele bouwwij-ze kunnen de vloeren pas worden gemaakt nadatde ondersteunende scheidingswanden gereedzijn. Hierdoor ontstaan vaak afstemmingsverlie-zen. De metselploeg moet wachten totdat devloer gereed is, voordat met de vervaardiging vande wanden van de volgende verdieping kan wor-den begonnen.

VervangingBeschadigde niet-dragende elementen kunneneenvoudiger worden vervangen dan dragendeelementen.

MateriaalkeuzeDe materialen worden in de skeletbouw zogebruikt dat de materiaaleigenschappen optimaalkunnen worden benut. De meeste materialenfunctioneren slechts op enkele gebieden goed.Door de functies dragen en scheiden te splitsenneemt de keuzevrijheid toe, omdat met mindereigenschappen rekening gehouden kan worden.Voor de constructie nemen we materialen diesterk en stijf zijn, maar die misschien niet goedthermisch isoleren. Voor een gevelbekleding zul-len we juist wel op de thermische isolatie letten.

Arbo-technischDoor te kiezen voor prefab-skeletbouw kunnen

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 4

diverse afzonderlijke deelbewerkingen fabrieks-matig worden uitgevoerd. Hierdoor worden tehoge fysische belastingen van werknemers in deuitvoeringsfase beperkt.Gezien deze voordelen wordt de utiliteitsbouwzelden traditioneel maar vrijwel altijd als skelet-bouw uitgevoerd, figuur 1.2.

1.3 Kwaliteit

Een opdrachtgever zal tevreden zijn over eengebouw als:

het gebouw niet te duur is; het gebouw op tijd wordt opgeleverd; het gebouw vooral kwaliteit heeft.

Over de prijs en de oplevering worden, eventueelna enige onderhandeling, afspraken gemaakt metde aannemer. Maar zijn er ook afspraken over dekwaliteit gemaakt en hoe kunnen deze wordengemeten?

Een omschrijving van kwaliteit is bruikbaarheid.Voor een product als beton wordt de kwaliteit uit-gedrukt in de druksterkte. Dit is slechts n vande eigenschappen. Voor bijvoorbeeld een beton-nen gevelelement zal men ook eisen aan de dicht-heid van het beton stellen.Aan de kwaliteit worden niet alleen door deopdrachtgever maar ook door de overheid eisengesteld. In het Bouwbesluit worden vier afdelin-gen genoemd waarin eisen worden gesteld betref-fende de veiligheid, de bruikbaarheid, de gezond-heid en de energiezuinigheid. Deze eisen zijn mini-mumeisen. De opdrachtgever kan hogere eisenstellen. Voor de utiliteitsbouw zijn deze afdelingenvan het Bouwbesluit als volgt te specificeren: veiligheid; gezondheid; bruikbaarheid; energiezuinigheid.

VeiligheidIn het Bouwbesluit worden eisen gesteld aan deconstructieve veiligheid, de brandveiligheid en degebruiksveiligheid. Ten aanzien van de gebruiksvei-ligheid worden bijvoorbeeld eisen gesteld aan dehoogte van borstweringen en leuningen en deafmetingen van trappen.

GezondheidTen aanzien van de gezondheid worden eisengesteld aangaande:

bescherming tegen straling, geluidsoverlast en vocht;

afvoer van afvalwater, fecalin, verbrandings-lucht en rook;

luchtverversing; bescherming tegen ratten en muizen; watervoorziening; daglichttoetreding.

Veiligheids- en GezondheidsplanOntwerpfaseDe opdrachtgever draagt volgens het Bouw-procesbesluit Arbowet verantwoordelijkheidvoor de kwaliteit van de arbeid, zoals deze inde ontwerpfase gesignaleerd of benvloed kanworden. Hiervoor moet hij een Veiligheids- enGezondheidsplan Ontwerpfase laten opstellen.

BruikbaarheidTen aanzien van de bruikbaarheid worden eisengesteld betreffende:

toegankelijkheid; zakking en rotatie van de fundering; vervorming van vloeren.

Ook worden specifieke eisen gesteld aan sanitaireruimten, liften, meterkasten en dergelijke.

EnergiezuinigheidTen aanzien van de energiezuinigheid wordeneisen gesteld omtrent de thermische isolatie ende luchtdoorlatendheid van de omhulling.

Naast deze door de overheid voorgeschreveneisen zal de opdrachtgever wensen hebben tenaanzien van de functionele bruikbaarheid, hetbinnenklimaat, de esthetica en de duurzaamheid.Deze zullen worden omschreven in het Program-ma van Eisen.Bij het opstellen van het Programma van Eisen zalmen moeten beseffen dat de prijs stijgt met dewensen. Het verband tussen de kwaliteit en dekosten is niet lineair: de kostprijs neemt exponen-tieel toe als de eisen hoger worden. Bovendienneemt de toename van de waardering af, als dekwaliteit toeneemt. Voor een twee keer zo goed


06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 5

element is de waardering niet tweemaal zo hoog.Maar er moet misschien wel vier maal zo veelworden betaald, figuur 1.3.

De kwaliteit is optimaal als voor zo gering moge-lijke kosten een zo hoog mogelijke kwaliteit wordtbereikt.

1.4 De economie van het bouwen

Daar de opdrachtgevers nooit een onbeperkt bud-get ter beschikking stellen, kan de ontwerper deeconomie van het bouwen niet ter zijde schuiven.Een economisch gebouw is niet het gebouw dat hetminste kost per m2 of per m3, maar dat het minstekost voor het doel waarvoor het werd ontworpen.Zeker bij bedrijfsgebouwen spelen de kosten eengrote rol. Bij een bedrijf staat de productie voorop.Het gebouw is n van de middelen om te kunnenproduceren. De huisvestingskosten van industrileondernemingen variren tussen de 5 en 15% vande omzet. Deze kosten worden aan de klant door-berekend. Hoe duurder het gebouw, hoe hoger deprijs en hoe minder concurrerend het product zalzijn. Investeren in het gebouw is alleen verantwoordals daardoor de exploitatie- en productiekostenlager worden of de verkoop wordt bevorderd.Bij de publieke utiliteitsbouw speelt de economieook een belangrijke rol. De huisvestingskostenworden vaak niet direct aan de klanten doorbere-kend, maar uit de algemene middelen betaald.Deze kosten zijn daardoor vaak minder duidelijkzichtbaar als bij de bedrijfsgebouwen. Zonder desubsidiring door overheid, stichtingen en parti-

culieren zouden veel sociale en culturele activitei-ten niet kunnen worden gehandhaafd.

Als we het hebben over de kosten voor eengebouw, denken we in eerste instantie aan de aan-nemerskosten. Dit zijn echter maar een deel van deinitile kosten. De initile kosten zijn de kosten voor:

het terrein; de voorbereiding en de uitvoering van hetontwerp;

de bouw; de installaties; de inrichting van het terrein; de inventaris; de arbo- en milieuzorg:

Daarnaast kennen we de exploitatiekosten. Onderdeze kosten vallen de kosten voor:

vaste kosten (rente en afschrijving, belastingenen verzekeringen);

energiekosten; onderhoudskosten (technisch onderhoud,reiniging);

administratiekosten; specifieke kosten (afval, beveiliging).

Een opdrachtgever zal graag willen weten hoe-veel de totale huisvestingskosten op lange duurbedragen, zodat deze kosten bijvoorbeeld in deprijs van de producten of diensten doorberekendkunnen worden. Voor de totale huisvestings-kosten gebruiken we een uit het Engels vertaaldeterm: levenscycluskosten (= life-cycle costs).De levenscycluskosten vinden we door de volgen-de berekening uit te voeren:

Levenscycluskosten = initile kosten + exploitatiekosten +sloopkosten restwaarde.

In figuur 1.4 zijn globaal de verdeling van de jaar-lijkse exploitatie kosten gegeven. De vaste kostenbestaan uit de afschrijvingskosten, de belastingenen de verzekeringen en de te betalen rente overde initile kosten. Ook als het gebouw niet metvreemd vermogen maar met eigen vermogenwordt gefinancierd, moeten we rentekosten reke-nen. Als we het gebouw met eigen vermogenfinancieren, missen we de opbrengsten, die weanders met dit vermogen hadden kunnen verdie-

6

kwaliteit

inve

ster

ing

waardering

kosten

Figuur 1.3 Waardering van kwaliteit

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 6

nen. Voor de rentekosten rekenen we dan met degederfde inkomsten. Dit zijn de te ontvangeninkomsten als het geld genvesteerd of op eenbankrekening gezet zou zijn. De vaste kostenmoeten ieder jaar opnieuw gemaakt worden, ookal wordt het gebouw niet gebruikt.De kosten voor de energie, het beheer, het onder-houd en het aanpassen van het gebouw vormenhet niet-vaste deel van de exploitatiekosten. Dezekosten zijn direct met het gebruik van het gebouwverbonden. Het kan lonend zijn om meer teinvesteren in het gebouw om te besparen op ener-gie en onderhoud. Een betere isolatie kan terugver-diend worden met de verlaging van de energie-kosten. Een investering in onderhoudsvrije materia-len kan terugverdiend worden met een besparingop het onderhoud. Per investering zal moeten wor-den berekend in welke tijd deze terugverdiend kanworden. Om verantwoord te investeren zal detijdsperiode waarin de investering kan wordenterugverdiend niet langer dan een fractie van de teverwachten levensduur mogen zijn.

In deel 13 wordt het beheren van gebouwen

besproken. Daarbij komen de exploitatiekosten

uitgebreid aan de orde

1.5 Economisch ontwerpen

In het ontwerpstadium worden de belangrijkstebeslissingen voor de uiteindelijke kosten geno-men. Mochten de kosten te hoog worden, danmoet men in een zo vroeg mogelijk stadium vanhet ontwerpproces maatregelen nemen. De

invloed van de ontwerper op de kosten neemt af,naarmate meer kennis van het project voorhan-den is, oftewel naarmate het project in een verderuitgewerkt stadium is beland. Economisch ont-werpen begint bij het Programma van Eisen: hoemeer wensen, hoe duurder het gebouw wordt.Met behulp van ramingen kan in een vroeg sta-dium inzicht worden gekregen in de kosten. Ominzicht te krijgen in de financile consequenties vanontwerpbeslissingen worden alternatieven gemaakten vergeleken. Het maken en uitwerken van alter-natieven is arbeidsintensief, zodat we alleen eenpaar zinnige alternatieven kunnen uitwerken.

Voor het economisch ontwerpen zijn enkele alge-mene richtlijnen te geven. Deze worden behan-deld voor verschillende deelaspecten van het ont-werp. Uiteraard moet men niet alleen een deel-aspect, maar ook het geheel optimaliseren.We onderscheiden de volgende economischeaspecten:1 functionele economie;2 gebruikseconomie;3 vormeconomie;4 uitvoeringseconomie;5 materiaaleconomie.

1.5.1 Functionele economieDe functionele economie betreft de wijze waarophet Programma van Eisen wordt gerealiseerd.Vaak wordt dit uitgedrukt in een voor het ont-werp karakteristieke eenheid. Bijvoorbeeld vooreen ziekenhuis berekenen we het benodigde aan-tal m2 vloeroppervlakte per bed en voor een kan-toorgebouw berekenen we het aantal m2 per per-soon. Door deze waarden te vergelijken metgerealiseerde werken krijgen we een indicatie vande kosten van het voorlopig ontwerp.

1.5.2 GebruikseconomieDe gebruikseconomie komt tot uiting in de ver-houding tussen de bruto- en netto-vloeropper-vlakte. De netto-vloeroppervlakte is het gebruiks-oppervlakte, zoals in het Programma van Eisenwordt beschreven. Bij een kantoorgebouwbehoort de oppervlakte van de kantoorruimtenwel tot de netto-oppervlakte en het oppervlaktevan de gangen, leidingschachten, liften en derge-lijke niet tot de netto-oppervlakte.Hoe hoger de verhouding netto-bruto-vloerop-


Soorten kosten Percentage

Vaste kosten 66Afschrijving en rente 65Belastingen en verzekeringen 1

Variabele kosten 34Energiekosten 10Onderhoud 20Beheer 1Specifieke kosten 3

Figuur 1.4 Globale verdeling van de jaarlijkse exploitatie-

kosten voor een kantoorgebouw

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 7

pervlakte, hoe efficinter het gebouw. Vooral bijhoogbouw vinden we lage netto-brutowaarden.Het verticaal transport en de constructie nemenzoveel oppervlakte in, dat een netto-brutoverhou-ding van 60% voor een hoogbouw reeds als zeergoed beschouwd wordt.

1.5.3 VormeconomieVoor de vormeconomie onderzoeken we:

de verhouding bruto-oppervlakte - inhoud; de verhouding van het oppervlakte aanbinnenwanden tot het vloeroppervlakte;

de gemiddelde hoogte, oftewel de verhoudingvan de inhoud tot het vloeroppervlakte.

Bij het vergelijken van alternatieve bouwvormenin de schetsfase geven deze waarden snel inzichtin de kostenverhoudingen. De vorm van eengebouw benvloedt de kostprijs. Hoe groter debuitenoppervlakte, hoe meer gevel- en dakopper-vlakte moet worden gebouwd. Gevels en dakenzijn relatief dure bouwdelen. De buitenoppervlak-te heeft echter niet alleen invloed op de bouw-kosten maar ook op de exploitatiekosten: hoegroter de oppervlakte, hoe hoger de energie-kosten en hoe hoger de schoonmaak- en deonderhoudskosten. Economisch gezien moet deverhouding van de buitenoppervlakte en deinhoud zo klein mogelijk worden gemaakt.De bolvorm en de cilinder hebben een lage ver-houding buitenoppervlakte - inhoud. Toch wor-

den er veel minder ronde gebouwen gemaaktdan we, gezien de verhouding buitenoppervlakte- inhoud, zouden verwachten. De ronde vormblijkt door de complexere uitvoering in de praktijkongunstiger dan een prisma te zijn.Vergeleken met de verhouding buitenoppervlakte- inhoud voor prismas, dan blijkt de kubus demeest gunstige vorm te zijn, figuren 1.5 en 1.6.In de praktijk zal men ook de prijsverschillen tus-sen de fundering, de gevels en het dak in de ver-gelijking moeten betrekken.

1.5.4 UitvoeringseconomieNaast de verhoudingen die betrekking hebben opde hoeveelheden, wordt de kostprijs sterk ben-vloed door de ordelijkheid van het ontwerp. Indienhet ontwerp wordt opgebouwd uit elementen diein grote aantallen voorkomen, zal de productievan de elementen goedkoper zijn. Hoe meer ele-menten met een mal worden gemaakt, hoe lagerde malkosten per element zijn. Bovendien kandoor de herhaling op de uitvoeringskostenbespaard worden door het zogenoemde leeref-fect. Door steeds dezelfde werkzaamheden te ver-richten, raakt de uitvoeringsploeg op elkaar inge-speeld. Hierdoor kan deze efficinter werken. Deordelijkheid van het ontwerp is te herkennen aande opzet voor de draagconstructie. Een gebouwmet een niet-ordelijke draagconstructie wordtgekenmerkt door veel verschillende constructieveelementen en afbouwelementen. De uitvoering

8

Bol Cilinders Kubus Prismas

Inhoud 1, 33r3 2 r3 r3 r3 4 r3 8 r3 32 r3

Oppervlakte 4 r2 6 r2 4 r2 6 r2 16 r2 28 r2 88 r2

r voor inhoud van 1 m3 0,62 0,54 0,685 1 0,63 0,5 0,314Verhouding opp. : inhoud 3/r 3/r 4/r 6/r 4/r 3,5/r 2,75/rIdem per 1 m3 4,8 5,5 5,8 6 6,4 7 8,8Idem in % t.a.v. de kubus 81 91 97 100 107 116 146

r r

r2

r

r

r

r2

r rr2

r2

4 r

4r

r8

r

Figuur 1.5 Verhouding buitenoppervlakte : inhoud

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 8

wordt hierdoor inefficinter. De zorg voor een vei-lige en gezonde uitvoering kan ook wordengezien als een deel van de uitvoeringseconomie.

1.5.5 MateriaaleconomieBij het ontwerpen van een draagconstructie stre-ven we naar materiaal- en arbeidseconomie. Hoeweleen materiaaleconomische constructie niet auto-matisch tot de meest economische oplossing leidt,is het zinvol te zoeken naar een materiaaleconomi-sche oplossing. De constructie moet dan wel zoworden aangepast dat deze eenvoudig uitvoerbaaris. De omgekeerde strategie is ook mogelijk: uit-gaande van een bepaalde uitvoeringsmethode kaneen efficinte constructie worden ontworpen.Deze ontwerpstrategie vraagt vaak veel concessiesvan de architect ten aanzien van de functioneleopzet en de esthetica van het ontwerp.Om doelmatig te construeren zal men de volgen-de doelen nastreven: de krachten ten gevolge van de belastingenmoeten via de kortste weg naar de fundering wor-den overgebracht; de momenten in de constructie moeten wor-den geminimaliseerd;

de vorm van de elementen wordt aangepastaan de op het element werkende krachten enmomenten.

Afdracht krachten langs de kortste wegDe belastingen moeten zo snel mogelijk naar defundering worden gevoerd. Een grote overspan-ning is qua materiaalgebruik minder efficint daneen kleine overspanning.

Minimalisering van de momentenEen buigend moment vergt meer materiaal dannormaalkrachten. We zullen een minimum aanmateriaalverbruik krijgen, als we de vorm van deconstructie aanpassen aan de bij de belastingenbehorende druklijn, figuur 1.7. In de constructieontstaan hierdoor druk- en/of trekkrachten engeen momenten.Een puntlast, aangrijpend in het midden van deoverspanning, kan goed met een driehoekigspant worden afgedragen. Door de puntlast ont-staan geen momenten, de kracht kan wordenontbonden in normaalkrachten, werkend langs deassen van de beide diagonaal staven. Bij deopleggingen zijn deze normaalkrachten te ont-


1 2 3 4

Oppervlakte fundering 64 r2 8 r2 16 r2 16 r2

Gevel 32 r2 144 r2 80 r2 64 r2

Dak 64 r2 8 r2 16 r2 16 r2

Totaal 160 r2 160 r2 132 r2 96 r2

Inhoud 64 r3 64 r3 64 r3 64 r3

Verhouding opp. : inhoud 2,5/r 2,5/r 2,05/r 1,5/rIdem in % 167 167 137 100

4 r

4r

r8

r

r8

8 r

4r

4 r

r28 r

r8r

Figuur 1.6 Vergelijking buitenoppervlakte voor vier prismas met constant volume

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 9

binden in verticale en horizontale krachten. De horizontale krachten moeten door de opleg-gingen of door een trekstang worden opgeno-men. Een gelijkmatig verdeelde belasting kan meteen hangconstructie of met een boog worden afge-dragen. Evenals bij het driehoekig spant ontstaatbij een drukboog een spatkracht bij de opleggin-gen van de boog, die door de opleggingen ofdoor een trekstaaf moet worden opgenomen.

Vorm van de elementenIn een balk moet de belasting door buiging wor-den overgebracht. Dit is ongunstig. Bij buigingontstaan spanningen in de balk, die rechteven-redig zijn met de afstand tot de neutrale lijn. Despanningen bij de neutrale zijn minimaal en despanningen bij de uiterste vezels zijn maximaal.Het materiaal bij de neutrale lijn draagt weinig bijtot het draagvermogen van de balk. De balkwordt efficinter als het materiaal naar buitenwordt geplaatst.Een I-balk is efficinter dan een rechthoekigebalk. Een vakwerk is qua materiaalgebruik econo-mischer dan een balk. Al het materiaal is naar bui-ten gebracht. Hierdoor ontstaan in de stavenalleen druk- en trekkrachten als het vakwerkalleen op de knopen wordt belast.

10

met kolomkoppen met V-vormige kolommen1 2

4 boog

3 ligger

2 spant

q

q

krachtenverhouding

1 ligger

Figuur 1.7 Minimalisering van het moment door de vorm te

veranderen

Figuur 1.8 Paddestoelkoppen of V-vormige kolommen

Voorbeeld

Op de begane grond van een verdieping-gebouw wil de ontwerper een tweemaal zogrote kolomafstand dan op de verdiepingen. Bijde eerste variant worden de kolombelastingenvia paddestoelkoppen naar de kolommen opde begane grond gebracht. In de paddestoel-koppen ontstaan grote buigende momenten,figuur 1.8-1.Bij de tweede variant worden de kolombelas-tingen via op druk belaste V-vormige kolom-men naar de fundering afgevoerd, figuur 1.8-2.De belastingen worden dan via druk- en trek-krachten afgevoerd. Deze constructie is qua materiaalgebruik efficinter dan de eerste constructie.

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 10

1.5.5.a OverspanningDe economie van een constructie hangt niet alleenvan het materiaalgebruik maar ook van de verwer-kingskosten af. Het maken van de verbindingen ineen vakwerk is arbeidsintensief, zodat de mate-riaalbesparing bij kleine overspanningen nietopweegt tegen de arbeidskosten. In de praktijkpast men balken bij kleine overspanningen, vak-werken bij grotere overspanningen, en bogen enhangconstructies bij zeer grote overspanningen.De economische maat voor deze overspannin-gen verschilt voor de verschillende constructie-materialen aanzienlijk. In hoofdstuk 3 wordenenkele richtwaarden gegeven.

1.6 Veiligheid

De veiligheid is n van de vier speerpunten vanhet Bouwbesluit. In het Bouwbesluit worden eisengesteld aan het gebouw en de constructie. Bij-voorbeeld de constructie moet de daarop wer-kende belastingen kunnen afvoeren en hetgebouw moet worden ingedeeld in branden

rookcompartimenten. In het Bouwbesluit wordennormen aangewezen waarin de belastingen opconstructies en de constructieve materiaaleigen-schappen worden voorgeschreven. Bouwkundige


hanggebouw met gevelkolommen1 2

vakwerk uitkragende vloeren1 2

Figuur 1.9 Gebouw hangen of op poten zetten?

Figuur 1.10 Hanggebouw versus gebouw met uitkragende

vloeren

Voorbeeld

Bij een hanggebouw wordt de belasting van deeerste verdieping eerst naar het vakwerk in dedakopbouw en dan naar de fundering afge-voerd, figuur 1.9-1. Door onder de eerste ver-dieping een kolom te plaatsen ontstaat eenveel kortere draagweg en een veel efficintereconstructie, figuur 1.9-2.

Voorbeeld

Vergelijking van een hanggebouw, figuur 1.10-1,met een gebouw met uitkragende vloeren,figuur 1.10-2.De momenten in de vloeren in het hang-gebouw zijn hoogstens:

Het inklemmingsmoment in de uitkragendevloer is:

waarin:M = momentq = veranderlijke belasting

= lengte van de overspanning

De uitkragende vloeren vergen veel meermateriaal dan de vloeren in het hanggebouw.De uitkraging in het dak vraagt echter ook veelmateriaal. Deze kan als vakwerk worden uitge-voerd. Het hanggebouw zal dan qua materiaal-gebruik efficinter zijn dan het gebouw metuitkragende vloeren.

q l 2

2M

q l 2

8M

l

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 11

elementen moeten zo worden vormgegeven datdeze veilig kunnen worden gebruikt. Een balkon-hek moet bijvoorbeeld zo worden ontworpen datmen niet tussen de stijlen en regels door kan val-len. Het hek moet een stootbelasting kunnenweerstaan. Via de materiaalgebonden normenworden eisen gesteld aan de sterkte, de stijfheiden stabiliteit van het hek. In de voorschriftenwordt ook de veiligheid bij calamiteiten beschre-ven. Een constructie moet bij brand een bepaaldetijdsperiode de belastingen kunnen afvoerenzodat de aanwezigen het gebouw kunnen ont-vluchten.Ontwerpers kunnen veel bijdragen aan de veilig-heid door het gebouw zo te ontwerpen dat:

het snel kan worden ontruimd; hulpverleners snel en efficint kunneningrijpen;

de materialen niet of nauwelijks brandbaarzijn;

de constructie incasseringsvermogen heeft.

In principe wordt iedere constructie zo ontwor-pen dat de elementen en het samengesteldgeheel sterk genoeg zijn om de voorgeschrevenbelastingen te weerstaan. Het incasseringsvermo-gen van een constructie neemt sterk toe als deconstructie de belasting kan herverdelen, zodatals een element onverwacht uitvalt de belastingop het element via een andere route, de tweededraagweg, kan worden afgedragen.In hoofdstuk 3 komt de constructieve veiligheiden de belastbaarheid aan de orde. In de hiernavolgende paragrafen worden de vluchtwegen ende brandveiligheid beschreven.

1.6.1 BrandveiligheidBrand in een gebouw is rampzalig: de in hetgebouw aanwezige personen lopen een grootgevaar en de materile schade aan het gebouwen de inventaris kan zeer groot zijn. Naast dedirecte schade kan ook vervolgschade ontstaan.Door een brand in een fabriek zal de productiestagneren. Als de voorraden klein zijn, zal de stag-natie leveringsproblemen geven, waardoor deafnemers misschien naar een andere leverancieroverstappen.Brandveiligheid is een complex probleem, waar-aan alle betrokkenen (de brandweer, de eigenaar,de beheerder, de gebruiker en de bouwkundige)

een bijdrage kunnen en moeten leveren. Door debrandveiligheid in een vroeg stadium van hetontwerpproces te onderkennen, kan wordenvoorkomen dat in het gebruiksstadium nog ingrij-pende aanvullende maatregelen nodig zijn. Eenlater geplaatste vluchttrap aan de buitenzijde vaneen gebouw is meestal geen verfraaiing waarmeede architect veel eer kan behalen.Om een brandveilige situatie te creren, moetende volgende doelen nagestreefd worden:

preventie, zorg dat er geen brand ontstaat,voorkomen is beter dan genezen;

zorg dat er geen slachtoffers vallen; bestrijd de brand zo snel mogelijk.

Om deze doelstellingen te bereiken zullen zowelbeheersmaatregelen als bouwkundige maatrege-len moeten worden getroffen.

1.6.1.a BrandpreventieWaardoor ontstaat een brand? Soms ontstaat eenbrand door een natuurlijke oorzaak zoals een blik-seminslag of een vulkaanuitbarsting. De meestebranden ontstaan echter door menselijk falen.Onvoorzichtigheid, onwetendheid en opzettelijk-heid zijn de drie belangrijkste oorzaken van brand.Worden in een gebouw brandgevaarlijke stoffengebruikt, dan kan het risico worden beperkt, doormet zo klein mogelijke hoeveelheden te werkenen datgene wat niet onmiddellijk nodig is in eenbrandveilige ruimte op te slaan.De materiaalkeuze kan ook aan de preventie bij-dragen. De kans dat er brand ontstaat, wordt klei-ner als in het gebouw en de inventaris geenbrandbare materialen zijn verwerkt.

1.6.1.b Beperking van slachtoffersMocht er ondanks de brandpreventie toch brandontstaan, dan moeten we ervoor zorgen dat de inhet gebouw aanwezige personen vanuit iedereruimte kunnen vluchten.De aanwezigen moeten zo snel mogelijk wordengewaarschuwd. Met een automatisch signalerings-systeem kan de brand snel na het ontstaan ont-dekt en gemeld worden, zodat men meer tijdheeft om te vluchten.Door het houden van ontruimingsoefeningen kun-nen de gebruikers bekend worden gemaakt metde vluchtwegen en kan worden gecontroleerd ofde signalering, de bewegwijzering, het openen

12

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 12

van afgesloten deuren en de andere voorzienin-gen goed functioneren. Het personeel van eenwarenhuis of dancing zal moeten wordengetraind in het begeleiden van het vluchtendepubliek en het voorkomen van paniek.

De meeste slachtoffers komen bij brand om doorde hitte en door verstikking door rook. Soms is derook giftig. De productie van rook kan wordentegengegaan door materialen te gebruiken, die bijbrand weinig rook produceren en geen giftigerook afgeven. De rookverspreiding kunnen wetegengaan door ventilatie en compartimentering.Bij een groot atrium kunnen bijvoorbeeld bijbrand automatisch openende rookluiken in het dakworden gemaakt, zodat de rook naar buiten trekt.Door het gebouw op te delen in rookcompartimen-ten wordt de afstand verkort waarover men in eenmet rookgevulde ruimte moet vluchten naar dedichtstbijzijnde uitgang van het compartiment.

1.6.1.c BrandbestrijdingNa het ontstaan van de brand, moet deze zo snelmogelijk ontdekt, gemeld en bestreden worden,zodat de brand zich niet kan ontwikkelen en uit-breiden. Een beginnende brand heeft enige tijdnodig voordat deze zich tot een volledige brandontwikkelt. In de beginfase van de brand zijn de


inzet van brandweerlaatste tijdstip voor eensuccesvolle blusactie

automatische blusactielaatste tijdstip voor eensuccesvolle blusactie

begin van brand

alarm ontvangen doorbrandweer

detectie van brand

beperking van schadedoor actieve

brandveiligheids-voorzieningen

risico voor instortingvan het gebouw bij

een volledigontwikkelde brand

vlamoverslag

tijd

tijd4530150

tem

pera

tuur

Figuur 1.11 Ontwikkeling van een brand

temperaturen laag. De temperatuur neemt toe alsgenoeg brandbaar materiaal en zuurstof in hetvertrek aanwezig is. Bij een temperatuur van circa300 C ontstaat een kritieke situatie waarbij vlam-overslag kan optreden. De brand kan zich dan toteen volledige brand ontwikkelen, waarbij tempe-

Scenario brandbestrijding

binnen 15 minuten na het ontstaat van debrand, worden de brandweer en de bedreigdegebruikers gealarmeerd;

binnen 15 minuten na alarmering moetende in het gebouw aanwezige personen hetgebouw verlaten hebben en is de brandweerter plaatse.

binnen 60 minuten na het ontstaan van debrand is de brandweer de brand meester enzijn eventuele bedwelmde personen door debrandweer gered.

De periode van 15 minuten waarbinnen debrandweer ter plaatse moet zijn, figuur 1.11,kan nauwelijks nog verminderd worden. Detijdsperiode tussen het ontstaan van de branden de bestrijding kan dus alleen worden ver-kort door een beginnende brand eerder te ont-dekken en te melden.

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 13

raturen van 1.000 1.200 C kunnen ontstaan.Bij deze temperaturen kan de draagkracht van deconstructie zo afnemen, dat deze bezwijkt.

De schade wordt aanmerkelijk beperkt als de brandkort na het ontstaan wordt bestreden voordat vlam-overslag optreedt. In Nederland kennen we eenvastgesteld streefscenario voor de brandbestrijding.

Men kan op strategische plaatsen rookmeldersplaatsen. Deze kunnen voorzien worden van eenautomatische brandmelding naar de brandweer.De verzekeringsmaatschappijen onderkennen hetbelang van een tijdige signalering om schade enslachtoffers te voorkomen en geven een kortingop de premie als een automatische brandmeldin-stallatie aanwezig is.

De ontwikkeling en de uitbreiding van een

brand wordt verhinderd door de brandhaard en

de onmiddellijke omgeving automatisch te

besproeien met sprinklers, zie deel 6a, Installaties,

hoofdstuk 7. Niet zelden is het besproeien al vol-

doende om een beginnend brandje te blussen

1.6.2 Bouwkundige brandveiligheids-maatregelenZowel de gebruiker, de brandweer als de bouw-kundige kunnen bijdragen aan de brandveilig-heid. De bouwkundige maatregelen die we in hetontwerpstadium kunnen nemen, bestaan uit:

de compartimentering van het gebouw; het inrichten van vluchtwegen.

Natuurlijk is de keuze voor brandwerend materi-aal daarbij tevens een belangrijk aspect (zie para-graaf 1.7).De minimale eisen waaraan gebouwen moetenvoldoen zijn vastgelegd in het Bouwbesluit. Degestelde eisen zijn afhankelijk van het gebruik vanhet gebouw. Er vallen meer slachtoffers in woon-gebouwen dan in utiliteitsgebouwen en er vallenmeer slachtoffers in logies- en bijeenkomstgebou-wen dan in kantoor- en bedrijfsgebouwen. In eenbedrijfs- of kantoorgebouw werken voornamelijkgezonde mensen, die het gebouw goed kennenen letterlijk blindelings de uitgang kunnen vin-den. Voor iemand die in een hotel overnacht is

14

AA

plattegrond

doorsnede A-A

1

2

brandcompartiment

Figuur 1.12 Brandcompartimenten (een brandcomparti-

ment kan meer dan n vloer bevatten)

Figuur 1.13 Branddoorslag en brandoverslag

doorslag

overslag

doorslag

1 plattegrond

overslag

doorslag

2 doorsnede

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 14

het veel moeilijker om, door rook gehinderd, deuitgang te vinden. De eisen voor kantoren enbedrijfsgebouwen kunnen daarom lager zijn danvoor hotels, dancings en andere bijeenkomst-gebouwen, waarin veel bezoekers kunnen zijn.

Gevolg of aanvaard risico:

geen instorting van de constructie; verlies van de inboedel; onderbreking van het bedrijfsproces; geen garantie mogelijk voor herstel van de gebouwschade en hervatting van hetbedrijfsproces.

1.6.2.a CompartimenteringIn het Bouwbesluit worden de hierna volgendeeisen voor de compartimentering van kantoor-gebouwen beschreven.

BrandcompartimentenEen doeltreffend middel om de schade doorbrand te beperken is het gebouw te verdelen inbrandcompartimenten, figuur 1.12. Deze com-partimenten zijn van elkaar gescheiden door wan-den en vloeren met een brandwerendheid tegenbranddoorslag en brandoverslag van 60 minuten.Voor een laagbouw met geen verblijfsruimtenmet vloeren op meer dan 5 m boven het maai-veld geldt voor de scheidingsconstructie eenbrandwerendheidseis van slechts 30 minuten.De scheidingsconstructies moeten weerstand bie-den aan brandoverslag en branddoorslag, figuur1.13. Bij branddoorslag vindt de brandvoortplan-ting plaats via de scheidingsconstructies tussen detwee compartimenten. Bij brandoverslag vindt devoortplanting plaats via de buitenlucht. De brandkan bijvoorbeeld overslaan van een comparti-ment op een verdieping naar het compartimentop de daarboven gelegen verdieping. Ook kan debrand buitenom, via de ramen en gevel, over-slaan naar een compartiment dat op dezelfde ver-dieping is gelegen als het compartiment waarinde brand uitgebroken is. Bij het bepalen van deweerstand moeten alle mogelijke trajecten tussende compartimenten bekeken worden. Het trajectmet de laagste waarde is maatgevend.

Een kantoorgebouw kunnen we naar eigeninzicht compartimenteren, mits aan de volgende

eisen wordt voldaan:

de stookruimte, de opslagruimten voor brandge-vaarlijke stoffen en de technische ruimte met eenoppervlakte van meer 50 m2 moeten in afzonder-lijke compartimenten ondergebracht worden;

de totale gebruiksoppervlakte in een comparti-ment mag niet meer zijn dan 1.000 m2.

RookcompartimentenMen kan slechts een beperkte afstand door eenmet rook gevulde ruimte vluchten. Daarom is hetnodig het gebouw op te delen in rookcomparti-menten zodat de rook zich niet verspreidt. Eenrookcompartiment moet afgescheiden zijn meteen constructie, die ten minste 30 minuten langde rook tegenhoudt.De grootte van een rookcompartiment wordtbeperkt door de mogelijke lengte van de vlucht-weg. Als het verblijfsgebied niet verder wordtingedeeld in verblijfsruimten, mag de afstand vaneen willekeurig punt tot de dichtstbijzijnde uit-gang niet groter dan 20 m zijn, figuur 1.14-1.Verdelen we het compartiment in verblijfsruim-ten, dan mag de afstand van een punt in een ver-blijfsruimte tot de dichtstbijzijnde uitgang nietgroter zijn dan 30 m, figuur 1.14-2.

Rookcompartimenten in kantorenAls een rookcompartiment maar n uitgangheeft, mag de gebruiksoppervlakte niet meerdan 250 m2 zijn. Tevens mag de afstand van deuitgang van een verblijfsruimte tot de uitgangvan het compartiment niet meer dan 15 mzijn, figuur 1.14-3.

1.6.2.b Vluchtmogelijkheden en vluchtwegenHet Bouwbesluit onderscheidt de vluchtmogelijk-heid en de vluchtweg. Een vluchtmogelijkheid iseen van rook gevrijwaarde route waarbij men nietgehinderd mag worden door alleen met een sleu-tel te openen deuren. Aan een vluchtweg wordenhogere eisen gesteld dan aan een vluchtmogelijk-heid. Een vluchtweg is een vluchtmogelijkheid, diealleen door verkeersruimten gaat. In deze ruimtenmag tot minstens 30 minuten na het uitbrekenvan de brand, geen brand doordringen.Uit een gebouw met niet meer dan twee verdie-pingen kan behalve via de vluchtweg over de


06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 15

trap, meestal ook via de ramen worden gevlucht.Ligt de vloer van een verblijfsruimte op meer dan13 m boven het maaiveld, dan moet tussen deuitgang van het rookcompartiment en het trap-penhuis een verkeersruimte met een lengte vanmeer dan 2 m gelegen zijn. Deze bufferruimtevoorkomt dat de toegang tot het trappenhuiswordt belemmerd en rook in het trappenhuisdoordringt. Dit kan gebeuren als bijvoorbeeldiemand bedwelmd door rook inzakt op de drem-

16

rookcompartiment

1

2

3

4

plattegrond rookcompartiment 250 m 2

doorsnede

>

( schaal 1:200 )

rookcompartiment met twee onafhankelijke,maar niet gescheiden vluchtwegen

rookcompartiment met twee onafhankelijke en gescheiden vluchtwegen

< 30 m

Figuur 1.15 Vluchtwegenrookcompartiment

1

2

3

niet ingedeeld rookcompartiment

ingedeeld rookcompartiment

rookcompartiment 250 m 2> ( schaal 1:200 )

< 20

m

< 30 m

< 15 m

Figuur 1.14 Rookcompartimenten

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 16

Als een rookcompartiment geen twee onafhanke-lijke vluchtmogelijkheden heeft, moet het com-partiment ontsloten worden via een ruimte mettwee onafhankelijke vluchtmogelijkheden. Dezetwee onafhankelijke vluchtmogelijkheden mogenop n veiligheidstrappenhuis uitkomen. Een vei-ligheidstrappenhuis is een trappenhuis dat viaeen niet-besloten ruimte toegankelijk is, zodat ergeen rook via de voorruimte in het trappenhuiskan komen, figuur 1.15-3 en 1.15-4.

Een rookcompartiment met maar n vluchtwegmag alleen worden ontsloten via een ruimte metmaar n vluchtweg, als het compartiment directnaast een veiligheidstrappenhuis gelegen is, of alshet compartiment via een portaal met een trap-penhuis verbonden is. Op dit trappenhuis metportaal mag dan niet meer dan 1.000 m2

Voorbeeld

Een kantoor met maar n trappenhuisEen kantoorgebouw heeft vijf verdiepingenmet een gebruiksoppervlak van 230 m2, figuur 1.16. Mag dit kantoorgebouw met ntrappenhuis worden uitgevoerd?Ja, door het gebouw op de volgende wijze tecompartimenteren is het mogelijk om met ntrappenhuis te volstaan.We verdelen het gebouw in twee brandcom-partimenten: de vier verdiepingen vormensamen een brandcompartiment met eengebruiksoppervlakte die kleiner is dan 1.000 m2. De begane grond brengen we ineen tweede brandcompartiment onder.Op iedere verdieping situeren we n rook-compartiment. Deze rookcompartimenten meteen gezamenlijk gebruiksoppervlak kleiner dan1000 m2 hoeven maar n uitgang te hebbenals is de afstand van de toegang van een ver-blijfsruimte (kantoor) tot de enige toegang vanhet compartiment minder is dan 15 m.De rookcompartimenten ontsluiten we via hettrappenhuis. De rookcompartimenten wordendus ontsloten via een ruimte met maar nvluchtmogelijkheid. Dit is alleen toegestaanals de som van de gebruiksoppervlakten vande rookcompartimenten, die afhankelijk zijnvan deze vluchtweg, niet meer bedraagt dan1.000 m2.

pel van de uitgang van het rookcompartiment.De rook in dat compartiment zou zonder buffer-ruimte ongehinderd in het trappenhuis kunnenstromen.In principe moet altijd in twee onafhankelijke rich-tingen kunnen worden gevlucht, figuur 1.15-1 enfiguur 1.15-2. Daarom is het noodzakelijk vooreen gebouw met meer dan twee verdiepingen inprincipe minstens twee trappenhuizen te maken.Uitzonderingen zijn mogelijk. Men moet dan welvoldoen aan strengere eisen voor de rookcompar-timenten en het trappenhuis, figuur 1.16.Hoewel men in principe vanuit ieder punt in eenrookcompartiment in twee richtingen moet kun-nen vluchten, hoeft een rookcompartiment maarn uitgang te hebben. Voorwaarde daarbij is datde afstand tussen de toegang van een verblijfs-ruimte en de uitgang van het rookcompartimentniet meer dan 15 m en het gebruikersoppervlaktevan het rookcompartiment niet meer dan 250 m2

is, figuur 1.14-3.


AA

plattegrond1

brandcompartiment

rookcompartiment

doorsnede A-A2

3600 5400 5400 5400

7200

5400

bran

dcom

parti

men

t

Figuur 1.16 Kantoorgebouw met maar n trappenhuis

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 17

gebruiksoppervlakte aan rookcompartimentenworden aangesloten. Bovendien mag de lengtevan de route van de toegang van het comparti-ment tot de uitgang van het gebouw niet meerdan 30 m zijn.

1.7 Brandwerendheid constructiesen materialen

Compartimentering en vluchtwegen zijn niet deenige middelen schade als gevolg van een brandte beperken. Ook de brandwerendheid van con-structies en materialen is een preventieve maat-regel tegen brand.

1.7.1 Materiaalkeuze en brandveiligheidDoor de juiste materialen te kiezen kunnen weeen bijdrage aan de brandveiligheid leveren. Debrandveiligheid neemt toe als we voor de con-structie, de afwerking en de inrichting materialenkiezen die: het ontstaan van brand beperken; de verspreiding van de brand beperken; de rookproductie bij brand beperken; de brandduur beperken; de brandwerendheid verhogen.

Beperking van het ontstaan van brandHet ontstaan van brand is te beperken door opplaatsen waar hoge temperaturen en hoge warm-testraling zijn te verwachten, onbrandbare en

moeilijk ontvlambare materialen toe te passen. Bijeen verwarmingsinstallatie, het fornuis in de keu-ken, de open haard in het restaurant, bij de rookaf-voeren en aan de binnenzijde van grote kanalenmoeten we onbrandbare materialen toepassen.

Beperking van de verspreiding van brandDe verspreiding van brand kunnen we tegengaandoor de brandvoortplanting via wanden, plafondsen vloeren te beperken. In holle ruimten (bijvoor-beeld boven verlaagde plafonds) kunnen brandenzich goed voortplanten als in deze ruimtenbrandbare materialen zijn verwerkt.

Beperking van de verspreiding van rookVoor de veiligheid van de aanwezigen moetenwe, vooral in ruimten waardoor een vluchtwegvoert, materialen kiezen die weinig rook afgevenbij brand. Bij sommige materialen als hout enzachtboard ontstaat meer rook bij een smeulendedan bij een felle brand. De rookontwikkelingmoet dus zowel bij hoge als bij lage stralingsnive-aus worden bepaald. Bij samengestelde construc-ties gaat het vooral om de materialen aan hetoppervlak van de constructie.Voor buitenstaande constructies gelden geeneisen voor de rookontwikkeling, omdat rook alleenin een gesloten binnenruimte het vluchten en debestrijding belemmert.

18

begin van brand

standaardbrandkrommevoor brandwerendheidsproeven (ISO 834)

natuurlijke brandkromme(zoals deze in werkelijkheid kan optreden)

niet-volledigontwikkelde brand

volledigontwikkelde brand

vlamoverslag ~300 C

1000-1200 C

tijd

tem

pera

tuur

Figuur 1.17 De ontwikkeling van de temperatuur bij brand

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 18

Beperking van de brandduurDe hoge temperaturen bij brand ontstaan als debrand geheel tot ontwikkeling komt, figuur 1.17.Als er in een ruimte weinig brandbaar materiaalaanwezig is, zal als vlamoverslag heeft plaatsge-vonden, de brand na een korte tijd uitdovendoor een gebrek aan brandbaar materiaal. De temperatuurontwikkeling zal dan meevallen.De constructie zal dan minder weerstand hoe-ven bieden.Om de hoeveelheid brandbaar materiaal in eenruimte nduidig te bepalen, heeft men hetbegrip vuurbelasting gedefinieerd. Hoe hoger devuurbelasting, hoe meer weerstand een con-structie moet bieden aan de hoge temperaturendie bij brand ontstaan.De vuurbelasting zegt iets over de hoeveelheidbrandbaar materiaal, maar zegt niet alles over deontwikkeling van een brand. En kg zaagsel heefteen even grote vuurbelasting als een houten balkvan n kg. Maar de ontwikkeling van een brand ineen ruimte gevuld met zaagsel verloopt veel snellerdan in een ruimte gevuld met houten balken.

VuurbelastingDe vuurbelasting V is de hoeveelheid warmte pervloeroppervlakte die vrijkomt bij volledige verbran-ding van de in de ruimte aanwezige materialen. Uit praktische overwegingen wordt deze uitge-drukt in de vergelijkbare hoeveelheid vurenhout.

Een kilo vurenhout heeft de verbrandingswaardevan 19 106 J/kg,

waarin:a = hoeveelheid brandbaar materiaal in kgb = de verbrandingswaarde van het brandbare

materiaal in J/kgA = oppervlakte van de ruimte

BrandwerendheidDe brandwerendheid is van belang voor de draag-constructie en voor de scheidende constructies.De brandwerendheid van een dragende constructieis de tijdsduur in minuten, waarin deze weerstandkan bieden aan de hoge temperaturen die bijbrand ontstaan, voordat deze bezwijkt door de bijde brand optredende belastingen.

a b19 106 A

V kg/m3

De brandwerendheid van een scheidingsconstructieis de tijdsduur in minuten, waarin deze weerstandkan bieden aan brandoverslag en branddoorslag.De benodigde weerstand hangt af van de tempe-ratuurontwikkeling bij de brand. De temperatuur-ontwikkeling hangt af van de vuurbelasting enhet verloop van de brand. Hoewel iedere brandanders is, oftewel de ontwikkeling van elke brandis uniek, verloopt deze wel volgens een vastpatroon. Om vergelijkbare berekeningen te kun-nen maken, is een standaardverloop gedefinieerdvoor het bepalen van de brandwerendheid vaneen constructie: de zogenoemde standaardbrand-kromme, figuur 1.18. Met deze kromme wordthet temperatuurverloop bij een zogenoemdestandaardbrand vastgelegd.

1.7.2 Scheidende constructies

1.7.2.a BrandwerendheidAan de scheidende constructies van brandcom-partimenten worden eisen gesteld ten aanzienvan de brandwerendheid ten aanzien van debranddoorslag en de brandoverslag, figuur 1.19.Uitgaande van de standaardbrandkromme moetde scheidingsconstructie de brand gedurendeeen bepaalde tijd in minuten tegenhouden. Delaagste waarde van de volgende vijf criteria is bijde bepaling maatgevend:1 gemiddelde en de hoogste temperatuur, die aande van de brand afgekeerde zijde ontstaan;2 vlamdichtheid;


00 40 80 120 16020 60 100 140 180 200

600

800

1000

400

200

profielfactor P [m-1]

staa

ltem

pera

tuur

na

30 m

in. [

C]Figuur 1.18 Standaardbrandkromme

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 19

3 gasdichtheid;4 scheurvorming;5 bezwijken.

Voor gebouwen waarin niet wordt gewoond,moeten de vloeren en de trappen minstens 20 minuten brandwerend zijn. Voor de scheiding-sconstructies van brandcompartimenten wordt60 minuten brandwerend geist. Als het compar-timent behoort tot een laag kantoorgebouw, metvloeren van verblijfsruimten op minder dan 5 mboven het maaiveld, mag deze eis worden ver-laagd tot 30 minuten.

1.7.2.b RookwerendheidAan de scheidende constructies van rookcompar-timenten worden eisen gesteld om de rookver-spreiding tegen te gaan. De scheidingsconstruc-tie tussen rookcompartiment en een anderebesloten ruimte moet bij brand 30 minuten rooktegenhouden.De rookwerendheid kan men eenvoudig bereke-nen door de weerstand tegen de vlamdichtheidmet een factor 1,5 te vermenigvuldigen. De rook-werendheid is dus in ieder geval 1,5 maal zogroot als de brandwerendheid. Het omgekeerdegeldt niet, want de rookwerendheid wordtbepaald voor maar n van de vijf aspecten diede brandwerendheid bepalen.

1.7.3 DraagconstructiesIn het Bouwbesluit worden eisen gesteld aan de

brandwerendheid van constructies in gebouwen.Utiliteitsgebouwen kunnen in de volgende cate-gorien worden ingedeeld:

gebouwen waarin gewoond wordt, zoals flatsen woningen;

gebouwen waarin niet gewoond maar welovernacht wordt, zoals ziekenhuizen en hotels;

gebouwen waarin noch gewoond noch over-nacht wordt.

Behalve aan de brandwerendheid van de schei-dingsconstructies van brandcompartimentenworden ook eisen gesteld aan de brandwerend-heid van de hoofddraagconstructie.De hoofddraagconstructie wordt gevormd doorconstructie-elementen die niet uit de constructieweg te halen zijn, zonder dat andere constructie-delen, die niet daarmee rechtstreeks verbondenzijn, ook bezwijken.Bezwijkt een gevelstijl, dan bezwijkt alleen hetglas dat direct met de stijl verbonden is. Bezwijkteen gevelkolom, dan bezwijkt niet alleen het glasen de regels die met de kolom verbonden zijn,maar ook de daarop steunende balken en vloe-ren. De gevelkolom is een deel van de hoofd-draagconstructie, de gevelstijl niet. Door dehoofddraagconstructie brandwerend uit te voe-ren, voorkomt men het voortijdig instorten vanhet gebouw. Na gearriveerd te zijn, heeft debrandweer tijd nodig om de nog in het gebouwzijnde slachtoffers op te sporen en de brand tebestrijden (zie paragraaf 1.6.1.c). De constructiemag gedurende deze periode niet bezwijken.

De eisen, die aan de hoofddraagconstructiegesteld worden, zijn afhankelijk van de hoogtevan de vloer van de hoogstgelegen verblijfsruimte.Daar meestal eenvoudig uit een laagbouw kanworden gevlucht, wordt in het Bouwbesluit geenbijzondere eis aan de brandwerendheid van dehoofddraagconstructie gesteld. Bezwijkt de con-structie van het door brand getroffen deel van hetgebouw, dan leidt dit niet tot slachtoffers. Detemperaturen, die met het bezwijken gepaardgaan, zijn zo hoog, dat de eventuele slachtoffersal overleden zijn en de inventaris al verloren is.Het beschermen van de draagconstructie van eenlaagbouw tegen brand is financieel niet aantrek-kelijk. De schade, ontstaan door het plaatselijkinstorten van de constructie, is meestal maar een

20

materiaal( minerale wol )dakbedekking

brandbaar materiaal

scheidingswand

onbrandbaar

1m 1m

scheidingswanddoorgetrokken door

scheidingswand tot het dak

1 2het dak

Figuur 1.19 Goed ontworpen en gedetailleerde scheidings-

wanden voorkomen uitbreiding van een brand

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 20

klein deel van de totale schade. De constructievan het uitgebrande gebouw is namelijk waar-schijnlijk niet meer bruikbaar en zal wordengesloopt. We moeten wel voorkomen dat deconstructie van de niet door brand getroffenbouwdelen bezwijken. De schade zou dan welonevenredig toenemen.

Bij een verdiepinggebouw zal de constructie zomoeten worden beschermd dat de gewenstebrandwerendheid bereikt wordt. Door het bezwij-ken van een kolom in een verdiepinggebouw,zouden anders ook de daarboven gelegen doorde kolom ondersteunde verdiepingen bezwijken.Voor de hoofddraagconstructie voor utiliteits-gebouwen, waarin niet wordt gewoond, geldende volgende eisen, figuur 1.20:

hallen en kantoren: voor de hoofddraagconstructie van hallen enkantoorgebouwen met geen enkele vloer met eenverblijfsruimte op meer dan 5,0 m boven hetmaaiveld wordt geen eis voor de brandwerend-heid voorgeschreven ;

voor de hoofddraagconstructie van kantoor-gebouwen met n of meerdere vloeren voor ver-blijfsruimten op meer dan 5,0 m boven het maai-veld wordt een brandwerendheid van 90 minutenvoorgeschreven;

logiesgebouwen (hotels, ziekenhuizen engevangenissen):

voor de hoofddraagconstructie van logies-gebouwen met geen enkele vloer voor een ver-blijfsruimte op meer dan 5,0 m boven het maai-

veld wordt een brandwerendheid van 60 minutenvoorgeschreven;

voor de hoofddraagconstructie van logies-gebouwen met geen enkele vloer voor een ver-blijfsruimte op meer dan 13,0 m boven het maai-veld wordt een brandwerendheid van 90 minutenvoorgeschreven;

voor de hoofddraagconstructie van logies-gebouwen met n of meerdere vloeren voor eenverblijfsruimte op meer dan 13,0 m boven hetmaaiveld wordt een brandwerendheid van 120 minuten voorgeschreven.

De eisen voor de brandwerendheid van dehoofddraagconstructie mogen met 30 minutenworden verlaagd als de vuurbelasting kleiner isdan 500 MJ/m2. Het kan zijn dat in verband metvluchten, brandcompartimentering of brand-overslag naar de belendingen hogere eisen aande brandwerendheid van de hoofddraagcon-structie worden gesteld. Voor hoogbouw, meteen hoogte van meer dan 70 m, worden door-gaans ook hogere eisen gesteld.

1.7.4 HoutconstructiesZoals we uit eigen ervaring weten, kan hout beterbranden dan staal of beton. Desondanks kan eenhoutconstructie brandwerend zijn. Bij het verhittenvan hout treden de volgende verschijnselen op:

verhit men hout tot 250 300 C, dan ontle-den de buitenste lagen in houtskool en brandbaregassen;

bij de verhitting van hout tot 300 350 C gaande brandbare gassen tot zelfontbranding over.

De houtskoollaag heeft een veel kleinere warmte-geleidingscofficint dan het hout. Bovendien isde temperatuur, waarbij houtskool tot zelfont-branding gaat veel hoger dan de zelfontbran-dingstemperatuur van hout. De houtskoolbeperkt de extreme temperatuurstoename in hethout. De binnenste kern wordt als het warebeschermd door de houtskoollaag.

De inbranddiepte is ongeveer 0,7 0,8 mm perminuut. Door de afmetingen van de houtcon-structie niet te klein te kiezen en door zo nodigover te dimensioneren, kan een houtconstructiegedurende een bepaalde tijd weerstand biedenaan de hoge temperaturen die bij brand optre-


geen eis geen eis 90 min.

60 min. 90 min.

< 5

m

120 min.

13 m

>< 5

m

kantoren en hallen

logiesgebouwen(hotel, ziekenhuis, gevangenis)

Figuur 1.20 Brandwerendheidseisen hoofddraagconstructie

van niet tot bewoning bestemde gebouwen

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 21

den, figuur 1.21. We kunnen zelfs een staalcon-structie met hout bekleden om de gewenstebrandwerendheid te bereiken.

1.7.5 BetonconstructiesIn de VBC vinden we detailleringsregels voor kolom-men, balken en vloeren. Hierin worden eisen aan deafmetingen en de afstand van de wapeningstaventot de zijkanten gesteld. De meeste betonconstruc-ties worden voor de bescherming van hetbetonstaal tegen corrosie en voor de krachtover-dracht zo gedetailleerd dat aan de 30 en 60 minu-ten brandwerendheidseis voldaan wordt. Voor de90 en 120 minuten brandwerendheidseis zullen deafmetingen en de wapeningsafstand a (gemetenvan het zwaartepunt van de wapening tot de verhit-te zijde) soms moeten worden vergroot, figuur1.22. Ter indicatie worden voor vloeren, balken,wanden en kolommen de detailleringseisen vooreen brandwerendheid van 120 minuten gegeven.

22

Berekeningsblad

Het weerstandsmoment neemt na 30 minuten af

met een factor: = 0,66.

Bij deze brand kan de balk weerstand bieden aan66% van de belasting bij kamertemperatuur.

2,824,27

Gegeven is een houten balk van 160 400 mm,die bij brand driezijdig wordt verhit. De inbranddiepte is 0,7 mm per minuut. Bepaalhet resterende draagvermogen voor een brand-duur van 30 minuten.

Door de brand nemen de afmetingen af tot:breedte (b): 160 2 30 0,7 = 118 mm;hoogte (h): 400 30 0,7 = 379 mm.

Het weerstandsmoment is te berekenen metbehulp van de formule:

Het weerstandsmoment neemt af van

= 4,27 106 mm3 tot

= 2,82 106 mm3.

118 3792

6160 4002

6

b h2

6W =

379

21118 2121

(schaal 1:10)

Figuur 1.21 Vermindering sterkte houten balk door inbranding

VloerenDe brandwerendheid van een vloer wordt ben-vloed door de volgende randvoorwaarden:

ondersteuningen van de vloer: de eisen vooreen puntvormig ondersteunde vloer zijn strengerdan voor een lijnvormig ondersteunde vloer;

belastingafdracht: de eisen voor een vloer die inn richting afdraagt zijn doorgaans strenger dande eisen voor een vloer welke de belasting intwee richtingen afdraagt;

momentvaste verbinding: als het vloerveldmomentvast verbonden is met belendende vloer-velden, zijn de eisen minder streng dan als devloer niet doorgaand wordt uitgevoerd als sta-tisch bepaalde ligger;

wapening: aan met betonstaal gewapendevloeren worden minder strenge eisen gesteld danaan voorgespannen vloeren.

Voor een met betonstaal gewapende vloer op-gelegd op twee steunpunten, die in n richtingspant, moet voor een brandwerendheid van 120minuten de afstand van het hart van de wapeningtot de verhitte zijde groter zijn dan 40 mm.

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 22

BalkenBij een driezijdig verhitte balk hangt de mate vanbrandwerendheid af van:

de balkbreedte; de opleggingen; twee steunpunten of doorgaand over meersteunpunten;

de wapening: voorspanstaal of betonstaal.

Voor een niet-voorgespannen balk opgelegd optwee steunpunten bereiken we een brandwerend-heid van 120 minuten, als de afstand van de wape-ning tot de rand groter is dan 60 mm. De breedtevan de balk moet bij deze wapeningsafstand min-stens 300 mm zijn. Vergroten we de breedte vande balk tot 400 mm, dan mag de wapeningsaf-stand worden verminderd tot 50 mm.

WandenOm de detailleringsregels te mogen toepassenmoet de dikte van de wand minstens 25 dehoogte zijn. Voor een brandwerendheid van 120minuten moet de afstand van de wapening tot deverhitte zijde groter dan 45 mm en de dikte vande wand minstens 220 mm zijn.

KolommenDe brandwerendheid van een kolom mag met dedetailleringseisen worden bepaald, als de kolomniet langer is dan 4,5 m en de kleinste dwars-afmeting groter is dan 1/25 de lengte. Voor eenbrandwerendheid van 120 minuten moet dedwarsafmeting groter zijn dan 400 mm en moetde wapeningsafstand als de kolom vierzijdigwordt verhit meer dan 45 mm zijn, figuur 1.22.

1.7.6 StaalconstructiesDe vloeigrens van staal neemt af als de tempera-tuur hoger wordt dan 400 C. Bij 800 C is devloeigrens nog maar 10% van de oorspronkelijkewaarde bij kamertemperatuur, figuur 1.23.

De meeste staalconstructies zullen voor eenbrandwerendheid van 30 minuten of hoger moe-ten worden beschermd. Staalconstructies kunnenworden beschermd door:

de constructie te bekleden met platen van bij-voorbeeld gips, silicaat, steenwol of vermiculiet;

de constructie te bespuiten met bijvoorbeeldmineraalvezels of vermiculiet;

de staalconstructie in te storten in beton.

Bespuiten van een staalconstructie is goedkoper danbekleden. Omdat een bespoten constructie meestalniet fraai is, worden de in het zicht komende delenvan de constructie meestal niet bespoten maarbekleed. Bij een ingestorte constructie neemt dedraagkracht toe door de bijdrage van het beton.


Figuur 1.22 Wapeningsafstand en afmetingen voor beton-

constructies met 120 minuten brandwerendheid

3 kolom, wand

brandwerendheid > 120 min.

a

0,15

> / 25b l

a

a

0,15

l

a

b

l

balk2

a

b

over 0,15 van uiteindenbeugels h.o.h. < 150 mm

kolom ; > 45 mm > 400 mm < 4,5 m

l

b la

b

= 400 ; > 50 mm

wand ; > 45 mm

bb

> 220 mma

aa

vloer1

beugels h.o.h. < 150 mmover 0,15 van uiteindenl

> 40 mma

a

= 300 ; > 60 mm

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 23

Hierdoor kan een ingestorte constructie slanker wor-den gedimensioneerd dan een beklede constructie.

1.7.6.a Berekening van de bekleding vanstaalconstructiesVoor het bepalen van de eventueel benodigdewarmteweerstand van de bekleding volgen we derekenmethoden en tabellen beschreven door ir.A.F. Hamerlinck, ir. L. Twilt en ir. W.H. Verburg(Bouwen met Staal, nr. 110, 112 en 116). De bekleding moet zo dik zijn dat de temperatuurin het staal slechts toeneemt tot de zogenaamdekritische waarde. Bij deze kritische temperatuur isde gereduceerde vloeigrens nog zo groot dat debij brand optredende belasting nog net kan wor-den gedragen.Door de brand nemen de temperaturen in deruimte sterk toe. De temperatuur in de staalcon-structie volgt vertraagd de warmteontwikkeling inde ruimte. De temperatuur in de constructie naeen bepaalde brandtijd hangt af van:

de warmteweerstand van de eventueel aanwe-zige bekleding;

de verhouding van het oppervlakte en de inhoudvan de constructie;

het aantal verhitte zijden van het profiel.

De warmteweerstand van de bekleding kan meteen stroomschema worden bepaald, figuur 1.24.

1 De belasting bij brandDe berekening vangt aan met de bepaling van debelasting, die bij brand optreedt. Bij brand reke-nen we alleen met de permanente belastingen ende momentane veranderlijke belastingen. Boven-dien zijn de belastingsfactoren bij brand gelijk aan1. De belasting bij brand is dus altijd lager dan deuiterste opneembare belasting, die de constructiebij kamertemperatuur moet kunnen weerstaan.

2 De belastingsgraad nWe berekenen vervolgens de belastingsfactor n.Dit is de verhouding tussen de belasting bij branden de uiterst opneembare belasting.De belastingsgraad n volgt uit:

waarin:G = permanente belastingQe = veranderlijke belastingm Qe = momentane deel van de veranderlijke

belasting (zie ook paragraaf 3.2)g = belastingsfactor voor de permanente

belasting: deze is (als de permanentebelasting ongunstig werkt) gelijk aan 1,2

q = belastingsfactor voor de veranderlijkebelasting: deze is voor de belastingklasse3 gelijk aan 1,5.

1,0 G + 1,0 Qe G + q Qe

n

24

0,000 200 400 600 800 1000

0,60

0,80

1,00

0,40

0,20

staaltemperatuur [C]

redu

ctie

vlo

eigr

ens

[]1 Bereken de belasting bij brand.

2 Bepaal de belastingsgraad n.

3 Bepaal de correctiefactor .

4 Bepaal de kritische temperatuur kr.

5 Bepaal de profielfactor P.

6 Bepaal de warmteweerstand R.

7 Bepaal de dikte van de bekleding.

Figuur 1.23 De afname van de vloeigrens van staal bij hoge

temperaturen

Figuur 1.24 Stroomdiagram voor het bepalen van de

warmteweerstand van de bekleding

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 24

Met g = 1,2 en q = 1,5 vinden we:

3 De correctiefactorOm de berekeningsresultaten overeen te latenstemmen met de proefresultaten wordt debelastingsgraad gecorrigeerd met een correctie-factor . In deze correctiefactor wordt het aantalverhitte zijden verdisconteerd, figuur 1.25.

4 De kritische temperatuurDoor de brand mag de temperatuur in de staal-constructie niet meer toenemen dan de kritischetemperatuur. Net vr de kritische temperatuur

1,0 G + 1,0 Qe1,2 G + 1,5q Qe

n

is de waarde van de resterende vloeispanningnog net groter dan de optredende spanningdoor de belasting bij brand. Met de grafiekwaarin de reductie van de vloeigrens door detemperatuurstijging uitgezet is, figuur 1.23,bepalen we de kritische temperatuur waarbij deconstructie bezwijkt.


Constructie k

Vierzijdig verhitte kolom 1,2Driezijdig verhitte statisch bepaalde balk 0,7Driezijdig verhitte statisch onbepaalde balk 0,6Overige constructies 1

Figuur 1.25 Correctiefactor

00 50 100 150 200 250 300

200

400

600

800

1000

0,0750,03R =

0,150,2

0,3

90 min.


kriti

eke

tem

pera

tuur

[C]

3

00 50 100 150 200 250 300

200

400

600

800

10000,10,0750,050,030,01R =

0,150,2

0,3

120 min.


kriti

eke

tem

pera

tuur

[C]

4

00 50 100 150 200 250 300

200

400

600

800

1000

0,03

0,01R =

0,050,0750,10,150,20,3

30 min.


kriti

eke

tem

pera

tuur

[C]

1

00 50 100 150 200 250 300

200

400

600

800

1000

0,1

0,05

0,01R =

0,15

0,2

0,3

60 min.


kriti

eke

tem

pera

tuur

[C]

2

0,01

0,05

0,1

0,075

0,03

Figuur 1.26 Verband tussen de profielfactor P en de kritieke staaltemperatuur afhankelijk van de warmteweerstand R van de isolerende bekleding en van de geiste brandwerendheid Bron: Bouwen met Staal nr.110

06950521_H01 22-11-2005 11:05 Pagina 25

00 40 80 120 16020 60 100 140 180 200

600

800

1000

400

200


staa

ltem

pera

tuur

na

30 m

in. [

C]

5 De profielfactorDoordat de staalconstructie moet worden opge-warmd, zal de ontwikkeling van de temperatuurin een staalconstructie achterblijven bij de tempe-ratuurontwikkeling volgens de standaardbrand-kromme, figuur 1.18. De opwarming van eenonbekleed staalprofiel hangt af van de profielfac-tor P. De profielfactor is gelijk aan de aan verhit-ting blootgestelde oppervlakte gedeeld door hetvolume in meters.

6 De warmteweerstandMet behulp van de grafieken in figuur 1.26 en1.27 kunnen we vervolgens voor het gekozen

profiel, de berekende kritische temperatuur waar-bij de constructie zou bezwijken en de gewenstebrandwerendheid, de benodigde weerstand Rvan de bekleding bepalen.

Voorbeeld

Berekening profielfactorVoor een vierzijdig verhit kokerprofiel met zij-den a en dikte t (in mm) vinden we voor deprofielfactor in m:

7 De dikte van de bekledingDe benodigde dikte van de bekleding volgt uit:

waarin:t = dikte van de bekledingR = weerstand = warmtegeleidingscofficint

De warmtegeleidingscofficint van de bekle-ding vinden we in figuur 1.28.

1.7.6.b KolommenOmdat de

Jellema 9 Utiliteits

Documents

Transcript of Jellema 9 Utiliteits