Wanneer de temperatuur van beton en betonstaal bij een brand toeneemt, neemt de sterkte ervan af. Mede bepalend voor de snelheid waarmee de temperatuur in het betonstaal toeneemt, is dekking op dit staal. Daarom kan een beperkte dekking op de koppelwapening bij een voeg tussen twee breedplaten een negatieve invloed hebben op draagkracht van die vloer in brandomstandigheden. NEN-EN 13747, de Europese productnorm voor breedplaten, beschrijft in een ontwerpregel dat bij de beoordeling van de brandveiligheid van breedplaatvloeren de koppelwapening ter plaatse van de voeg niet hoeft te worden beschouwd [1]. Op de TU Eindhoven is onderzocht of dit juist is en of dit ook geldt als de koppelwapening direct op de plaat is aangebracht, zoals in Nederland gebruikelijk is.
1 Breedplaatvloer met koppelwapening op de voeg tussen de platen, foto: Predalco
Invloed brand op bezwijken
koppelwapening
Onderzoek naar de temperatuurontwikkeling ter plaatse van de
koppelwapening in een breedplaatvloer ten gevolge van brand
1
50? CEMENT 6 20 22
Bij een in twee richtingen over-
spannende breedplaat bevindt
zich ter plaatse van de voeg tus-
sen twee breedplaatvloeren kop-
pelwapening loodrecht over de
voeg (foto 1, fig. 2).
De constructieve
kwaliteit van dit detail bepaalt mede de con-
structieve kwaliteit van de vloer [2]. Voor meer
informatie over dit detail wordt verwezen
naar eerder gepubliceerde Cement-artikelen
[3, 4]. Zoals bekend wordt momenteel de
constructieve veiligheid van dit detail onder
normale omstandigheden nader onder-
zocht. Het is daarnaast ook van belang de
brandveiligheid ervan te beschouwen. NEN-EN 13747 artikel 4.3.4 geeft een
regel voor de bepaling van de brandveilig-
heid in dit detail:
"The fire resistance of a composite slab made
of floor plates without void formers is the
same as for a solid slab of identical characte-
ristics. Calculation of the temperatures is
carried out without taking into account the
joint between floor plates as much as the
width b
j is lower than 20 mm." (NEN-EN
13747:2005+A2:2010, Vooraf vervaardigde
betonproducten - Breedplaatvloeren, 2010)
In de norm staat niet aangegeven of deze
regel geldt voor enkel eenzijdige of ook voor
tw
eezijdige overspanningen. Ook achtergrond -
informatie die de stelling onderbouwt dat de
v
oeg tussen twee breedplaten tot een bepaal -
de wijdte niet hoeft te worden beschouwd, is
niet bek
end. Daarnaast stelt NEN-EN 1992-1-1
dat de koppelwapening met een dekking ten
minste gelijk aan zijn diameter moet worden
geplaatst [3]. In Nederland werd ter plaatse
van de voeg aan deze dekkingseis echter vaak
niet voldaan en werd tot medio 2017 de koppel -
wapening direct op de breedplaat geplaatst.
H
et betonstaal is zodoende minder beschermd
tegen opwarming bij brand. De vraag is of dit
extra risico voor de constructieve veiligheid
toelaatbaar is.
Beton en brand
Het is bekend dat de materiaaleigenschappen
van zowel beton als betonstaal in sterkte
afnemen bij een temperatuurstijging. Deze
reductie heeft te maken met het veranderen
van drie belangrijke materiaaleigenschappen
bij een hogere temperatuur: dichtheid, soor-
telijke warmte en thermische geleiding [4].
Samen vormen deze eigenschappen de ther-
mische diffusie, een maat voor de snelheid
Wanneer de temperatuur van beton en betonstaal bij een brand toeneemt, neemt de sterkte
ervan af. Mede bepalend voor de snelheid waarmee de temperatuur in het betonstaal
toeneemt, is dekking op dit staal. Daarom kan een beperkte dekking op de koppelwapening
bij een voeg tussen twee breedplaten een negatieve invloed hebben op dra\
agkracht van die
vloer in brandomstandigheden. NEN-EN 13747, de Europese productnorm voor breedplaten, beschrijft in een ontwerpregel dat bij de beoordeling van de brandveiligheid van
breedplaatvloeren de koppelwapening ter plaatse van de voeg niet hoeft te worden
beschouwd [1]. Op de TU Eindhoven is onderzocht of dit juist is en of dit ook geldt als de koppelwapening direct op de plaat is aangebracht, zoals in Nederland gebruikelijk is.
CEMENT 6 2022 ?51
waarmee een temperatuurverhoging de
vloerplaat binnendringt. De dichtheid van beton neemt af naar
mate het beton warmer wordt. Dit heeft te
maken met zowel het vrij als chemisch ge-
bonden water, dat verdampt en de betonpo-
riën vult met stoom. Daarnaast wordt ook
de dichtheid van het toeslagmateriaal lager,
wat zich vertaalt in beton met een lagere
dichtheid. Gedurende de opwarming van beton
zal de soortelijke warmte (benodigde hoeveel -
heid energie om 1 kg materiaal 1 graad K op
te warmen) toenemen en bij 100 °C een piek
vertonen. Deze piek is afhankelijk van het
vochtgehalte in het beton en heeft te maken
met de benodigde energie voor de vloeistof-
gas faseovergang van het water. Naar mate de hoeveelheid water in het
beton afneemt, neemt ook de thermische ge-
leiding (geleidingscoëfficiënt) van het beton
af. Thermische geleiding staat voor de hoe-
veelheid warmte die een materiaal kan ge-
leiden: hoe hoger de thermische geleiding,
hoe sneller een materiaal opwarmt. Beton
heeft, bijvoorbeeld in vergelijking met staal
of water, een lage thermische geleiding.
Er zijn nog twee andere verschijnselen die
invloed kunnen hebben op de opwarming
van de koppelwapening, namelijk het spat-
ten van beton en het ontstaan van thermi-
sche scheuren in het beton. Bij deze ver-
schijnselen komt het betonstaal bloot te
liggen en zal de wapening gemakkelijker
warmte opnemen. In dit onderzoek is het
spatten en scheuren niet beschouwd, omdat
dit voor de koppelwapening in het detail niet
direct tot een kritische situatie zal leiden. In
het geval van spatten van het beton zal de
temperatuurtoename van de wapening in de
breedplaat immers meer bepalend zijn dan
die van de koppelwapening. Door de veranderende eigenschappen, ver-
anderen de druk- en treksterkte van zowel
het beton als het betonstaal. De druk- en
treksterkte van beton nemen af vanaf tempe-
raturen boven de 100 °C. Deze afname is, in
tegenstelling tot die bij staal, onomkeerbaar.
Vanaf een temperatuur hoger dan 600 °C is
beton dusdanig beschadigd dat het niet
meer kan worden hersteld en zelfs niet meer
in staat is enige trekkracht op te nemen.
De sterkte van het betonstaal begint af
te nemen bij een temperatuur van 350 °C.
Als het betonstaal 700 °C is, heeft het staal
nog 10% van de initiële treksterkte over. Omdat het betonstaal in de construc-
tie verantwoordelijk is voor het opnemen
van de trekkrachten, is het van belang dat
het wordt beschermd tegen een snelle op-
warming door het aanbrengen van (extra)
betondekking. Als ter plaatse van de voeg
tussen twee breedplaten de dekking op de
koppelwapening minder is, zou dit bij een
brandsituatie tot ongewenste reductie van
de constructieve eigenschappen kunnen
leiden. Daarom is onderzoek uitgevoerd
naar het temperatuurverloop ter plaatse
van de voeg tussen twee breedplaten in het
geval van brand.
Vergelijkend onderzoek
modellering
Bij het onderzoek is, mede vanwege de com-
plexere geometrie gebruikgemaakt van de
eindige-elementenmethode (EEM). Deze
methode is geverifieerd met een vergelijkend
onderzoek. Voor de processen waarvoor geen
eenvoudige analytische vergelijking mogelijk
is, zijn gevoeligheidsanalyses uitgevoerd.
Om de eindige-elementenmethode te
verifiëren is een eenvoudig 2D-eindige-elemen -
tenmodel gebruikt, dat is vergeleken met een
gr
afische analyse, de rekenmethode uit NEN-
EN 1992-1-2 en een eindige-differentiemodel.
2 Detail koppelwapening in breedplaatvloer [2]
IR. SUE ELLEN DE NIJS
TU Eindhoven / BouwQ
PROF.IR. SIMON WIJTE
TU Eindhoven,
fac. Bouwkunde /
Adviesbureau ir. J.G. Hageman
IR. RUUD VAN
HERPEN FIFIREE
TU Eindhoven, fac.
Bouwkunde / Peutz BV
DR.IR. HÈRM HOFMEYER
TU Eindhoven,
fac. Bouwkunde auteurs
2
52? CEMENT 6 20
22
De grafische analyse wordt uitgevoerd met
behulp van de grafiek in figuur A.2 van de
NEN-EN 1992-1-2 [4]. Deze grafiek is bedoeld
voor platen of wanden van 200 mm dik die
aan één zijde worden blootgesteld aan brand
(fig. 3). Door de temperatuur op de verschil-
lende dikten in de vloer op diverse tijdstip-
pen af te lezen, wordt het uitgangspunt van
de vergelijking gevormd (tabel 1). Als tweede vergelijking is gebruikge-
maakt van de formules uit NEN-EN 1992-1-2.
Met deze formules kan de temperatuur op
diepte x in een vloer op een specifiek tijd-
stip worden bepaald. Hierbij moet worden
opgemerkt dat de formules van de Eurocode
voor de temperatuurafhankelijke eigen-
schappen dichtheid, soortelijke warmte en
geleiding, één constante waarde aanhouden,
overeenkomstig beton van 660 °C. Boven-
dien is het niet mogelijk om met deze for-
mules de temperatuur van de vloer, bij een
brandduur korter dan 30 minuten te bepalen. Om deze reden is als derde ook een
vergelijking gemaakt op basis van een reken -
methode beschouwd, waarin meer details
konden worden beschouwd. Hiervoor is de
eindige-differentiemethode gekozen [7].
Met deze methode is de temperatuur voor
een tijdstap berekend met behulp van de
temperatuur in de voorgaande tijdstappen
en de snelheid waarmee deze verandert.
Voor de tijdstappen is een stapgrootte aan -gehouden waarvoor is aangetoond dat deze
geen significante invloed heeft op het resul
-
taat. In iedere tijdstap is rekening gehouden
met de karakteristieken van het beton bij
die bepaalde temperatuur. De resultaten
van deze methode zijn ook opgenomen in
tabel 1.
Resultaten? Uit tabel 1 blijkt dat de resulta-
ten van de ter verificatie gebruikte metho-
den onderling goed overeenkomen. Aan de
oppervlakte van het beton geeft de eindige-
differentiemethode lagere waarden, hetgeen
het gevolg is van de gebruikte temperatuur
afhankelijke eigenschappen van beton.
Eindige-elementenanalyse
De eindige-elementenanalyse is met het
programma ABAQUS uitgevoerd, in eerste
instantie op een 2D-model, om een vergelij-
king mogelijk te maken (fig. 4). Door gebruik
te maken van een thermodynamisch model,
is het mogelijk om het temperatuurverloop
in de vloer te bepalen in de tijd. Hierbij zijn
voor de convectiecoëfficiënt en de emissie-
coëfficiënt, benodigd om de warmte over-
dracht via straling te bepalen, de waarden
uit de Eurocode [5] gebruikt. In de analyse
zijn de temperatuursafhankelijke eigen-
schappen van beton meegenomen. De tem-
peraturen op de onderzijde van de vloer zijn
bepaald door de standaard brandkromme
3 Grafiek met temperatuur in een betonvloer van 200 mm dik op de verticale as, op x (mm) vanaf de onderzijde op de
horizontale as, waar Ry de tijdsduur van de brand y aangeeft
Als ter plaatse
van de voeg
tussen twee
breedplaten de
dekking op de
koppelwapening
minder is, zou
dit bij een
brandsituatie tot
een ongewenste
reductie van de
constructieve
eigenschappen
kunnen leiden
3
Tabel 1?Vergelijking temperaturen in de vloer bij verschillende analyses na 120 minuten
diepte x in
vloer vanaf
oppervlakte T [°C]
T [°C] T [°C] T [°C]
grafische
analyse analytische
methode
Eurocodefinite
difference
methodeindige
elementen
analyse
0 mm 10501030979990
10 mm 835811807834
20 mm 690662662701
30 mm 570540543585
40 mm 460441446486
50 mm 390360365400
60 mm 320294299327
70 mm 255240244264
80 mm 220196198211
90 mm 175160160166
100 mm 150130134134
CEMENT 6 2022 ?53
200 mm
1000 mm
Analyse procedure
Niet gekoppelde thermische-mechanische analyse
Element eigenschappen
Materiaal Beton
Absolute nul temperatuur -273.15
Type elementennet DC2D8
Afmeting elementennet 10x10 mm
Step response Transient
Solver equation Direct solver
Oplossingsmethode Full-Newton Raphson
? = 9 W/m²K
? = 0.7
Constante temperatuur 20 °C in
compartiment aan de niet brandzijde
? = 25 W/m²K
? = 0.7
Thermische belasting door standaard
brandkromme in compartiment aan de
brandzijde
Niet brandzijde
Brandzijde
200 mm
1000 mm
Analyse procedure
Niet gekoppelde thermische-mechanische analyse
Element eigenschappen
Materiaal Beton
Absolute nul temperatuur -273.15
Type elementennet DC2D8
Afmeting elementennet 10x10 mm
Step response Transient
Solver equation Direct solver
Oplossingsmethode Full-Newton Raphson
? = 9 W/m²K
? = 0.7
Constante temperatuur 20 °C in
compartiment aan de niet brandzijde
? = 25 W/m²K
? = 0.7
Thermische belasting door standaard
brandkromme in compartiment aan de
brandzijde
Niet brandzijde
Brandzijde
5
4
4 Model doorgaande massieve betonvloer
5 Uitvoer ABAQUS-model doorgaande massieve betonvloer na 120 minuten. NT11 is de temperatuur van het beton
en aan de bovenzijde wordt een constante
temperatuur van 20 °C aangehouden. Voor
de breedplaatvloer is een elementennet van
10 x 10 mm toegepast met achtknoops kwa-
dratische elementen (elementtype DC2D8).
In de analyse is de berekening voor het be-
schouwde tijdsdomein uitgevoerd. De resul-
taten die hieruit volgen, liggen bij 30, 60, 90
en 120 minuten in de buurt van de tempera-
turen bij de drie hiervoor beschreven me-
thoden. Een voorbeeld van de resultaten is
te zien in figuur 5.
Validatie? De resultaten van de eindige-ele-
mentenanalyses komen dermate overeen
met de eerder besproken analyseresultaten,
dat het aannemelijk is dat het eindige-ele-
mentenmodel gevalideerd is. Daarom is de
verwachting dat dit model voor de beschouw -
de temperatuursoverdracht-mechanismen ook kan worden gebruikt voor constructie-
onderdelen met een meer complexere vorm,
zoals die bij de voeg tussen twee breedplaten.
Aandachtspunten
In de verificatie is gekeken naar een massieve
vloer. Echter het doel is de gevolgen te
onder-
zoek
en van een brand ter plaatse van de voeg
tussen twee breedplaatvloeren. Om dit onder-
zoek goed uit te voeren, moest er worden
gekeken naar de verschillen tussen deze twee
situaties. Hierbij zijn twee overdrachtsme-
chanismen relevant, namelijk straling en
convectie. Deze zijn groter ter plaatse van de
voeg. Uit de Eurocode kunnen de constante
waardes voor convectie en straling worden
overgenomen voor de onderzijde van de
plaat. De Eurocode geeft echter geen waar-
des die kunnen worden gebruikt ter plaatse
van de voeg.
54? CEMENT 6 20 22
Straling? Straling kan op twee manieren
invloed hebben in de voeg: door de straling
van de plaatrand zelf en door brand aan de
onderzijde van de plaat. Vanuit oogpunt
van symmetrie is aangenomen dat de stra -
ling van de plaatrand ter plaatse van het
detail gedurende de brand gelijk is aan
weerszijden van de voeg en daarom geen
temperatuurverhoging veroorzaakt. De
straling door brand aan de onderzijde van
de plaat heeft wel invloed. Hierbij speelt de
zichtfactor een belangrijke rol. Deze be-
paalt de ontvangen stralingflux door stra -
ling. Wanneer het zend- en ontvangstvlak
evenwijdig zijn aan elkaar en oneindige af -
metingen bezitten, is de zichtfactor gelijk
aan 1. Wanneer de afmetingen beperkt zijn,
zoals het geval is ter plaatse van de voeg,
gaat een deel van de verzonden straling
langs het ontvangende vlak en is de zicht-
factor kleiner dan 1. De zichtfactor is voor
het onderzoek in detail bepaald (zie verder-
op).
Convectie? Voor de convectie is de lucht-
snelheid in de voeg belangrijk. Door de aan-
wezigheid van brand en de hierdoor grote
temperatuurverschillen onder de vloer zijn
de luchtsnelheid en de wervelingen van de
lucht hoger. De aanname is dat vanwege de
beperkte ruimte in de voeg de intensiteit
van de turbulentie in de voeg klein is, waar-
door de convectieve warmte-overdracht
wordt geremd. Om deze reden is in de voeg
een lagere convectiecoëfficiënt aangehou-
den, namelijk 1 W/m²K. Met een gevoelig-
heidsanalyse is gebleken dat verschillende
convectiecoëfficiënten, 0,5 W/m²K, 1 W/m²K
en 2 W/m²K, een zeer beperkt effect hebben
op de toename van de temperatuur gedu-
rende de tijd.
Overige gevoeligheidsanalyses? Naast deze
twee aandachtspunten zijn er ook gevoelig-
heidsanalyses uitgevoerd op de fijnheid van
het elementennet, de wijze waarop de stan-
daard brandkromme als belasting is gemo-
delleerd en de waarde van de emissiecoëffi-
ciënt in algemene zin. Op basis van deze
analyses zijn uitgangspunten voor het eindige-
elementenmodel voor de breedplaatvloer
met voeg bepaald.
Onderzoek
Met dit gevalideerde eindige-elementenmodel
is de vloer onderzocht. Hierbij is uitgegaan
van een variërende voegbreedte van 1 mm
tot 19 mm, in stapjes van 1 mm. De breed-
plaatdikte is gevarieerd tussen 50 mm en
100 mm. Op de brandzijde en de niet-brand-
zijde zijn de randvoorwaarden voor straling
en convectie toegepast zoals in het 2D-model.
De randvoorwaarden in de voeg zijn gemo-
delleerd met behulp van ABAQUS, een mo-
dule voor openingen. Hierbij is de opening
gesloten gemodelleerd om de juiste rand-
voorwaarden te kunnen toepassen. Voor een realistische modellering van
straling in de voeg, is de voeg opgedeeld in
kleine eindige elementen van 5 mm. Voor
iedere 5 mm is de zichtfactor bepaald en
vermenigvuldigd met de emissiecoëfficiënt
voor de daadwerkelijke stralingsontvangst
in die 5 mm. Voor convectie is aangenomen
dat de coëfficiënt in de gehele voeg hetzelfde
is. Uit de analyses zijn verschillende resulta-
ten gekomen.
Resultaten capaciteit wapening? In figuur 6
is het temperatuurverloop zichtbaar in de
breedplaatvloeren na 30, 60, 90 en 120 mi-
nuten bij een voegbreedte van 19 mm en een
voegdiepte van 50 mm. Hieruit blijkt dat de
onderzijde van de breedplaatvloer de hoog-
ste temperatuur bereikt. Daarnaast is te
zien dat de temperatuur rondom de voeg
hoger is dan bijvoorbeeld op een horizontale
afstand van 50 mm van de voeg af. Dit wordt
veroorzaakt door de straling en convectie in
de voeg. Dit temperatuurverloop werd terug -
gevonden bij analyses met verschillende
voegbreedtes en breedplaatdikten. Echter is
er wel een verschil in de temperatuuront-
wikkeling van de verschillende breedplaat-
vloeren. Naarmate de breedplaat dunner
wordt, of de voegbreedte groter, neemt het
verschil in temperatuur van het beton op de
locatie van de voeg sneller toe dan de tempe-
ratuur van het beton op een horizontale af-
stand van 50 mm naast de voeg. Hieruit kan
worden geconcludeerd dat een breedplaat-
vloer met de maximale voegbreedte van
19 mm en de minimale breedplaatdikte van
50 mm het grootste temperatuurverschil
laat zien. Deze situatie geeft de maatge-
Een eenvoudig
2D-EEM is
vergeleken met
een grafische
analyse, de
rekenmethode uit
NEN-EN 1992-1-2
en een eindige-
differentiemodel
CEMENT 6 2022 ?55
xe [mm]
xj [mm]
x
e - x p
Boven de voeg Voeg oppervlakte 50 mm naast de voeg oppervlakte
Diepte gemeten vanaf de brandzijde Diepte gemeten vanaf de br eedplaa t Diepte gemeten vanaf bovenzijde voeg
xe xp xj
xp [mm]
xe [mm]
xj [mm]
x
e - x p
Boven de voeg
Voeg oppervlakte
50 mm naast de voeg oppervlakte
Diepte gemeten vanaf de brandzijde
Diepte gemeten vanaf de br eedplaa t
Diepte gemeten vanaf bovenzijde voeg
xe xp
xj
xp [mm]
vende temperatuur op de locatie boven de
voeg en is verder gebruikt voor de analyse
op diverse locaties in het beton.
In de breedplaatvloer is de tempera-
tuur met het eindige-elementenmodel ge-
analyseerd. Drie locaties zijn aangegeven in
figuur 7.
In figuur 8 zijn de verkregen resultaten
uit het eindig-elementenmodel op de drie
locaties uit figuur 7, geplot na een brand van
120 minuten. Hierin k
omt nogmaals naar
voren dat het beton ter plaatse van de voeg
een hog
ere temperatuur bereikt dan het be -
ton verder van de voeg gelegen. Op basis van
de anal
yse van het temperatuurverloop kan
worden geconcludeerd dat de temperatuur
van het beton boven de voeg lager blijft dan
de temperatuur van de breedplaat. Er is aan -
genomen dat het betonstaal dezelfde tempe- ratuur aanneemt als het beton op die locatie.
Dit heeft als g
evolg dat het betonstaal in de
breedplaat warmer zal worden dan het beton -
staal van de koppelwapening die zich boven
de
voeg bevindt en zodoende gedurende een
brand meer sterkte verliest dan de koppel -
wapening. Als de constructieve effectiviteit
v
an de wapening in de snede ter plaatse van
de voeg gelijk is aan die ter plaatse van een
snede naast de voeg, kan worden geconclu -
deerd dat de snede niet bepalend is voor de
dr
aagkracht van de vloer onder de gesimu -
leerde brandomstandigheden.
Weerstand aansluitvlak? Ook treedt er ver-
vorming op in de breedplaatvloer ten gevolge
van de niet-gelijkmatige temperatuurtoename
in de breedplaatvloer. Door de thermische
eindige-elementenberekening te koppelen
Bij brand hoeft
de situatie ter
plaatse van
de voeg niet
te worden
beschouwd
6
7
8
6 Voorbeeld temperatuurontwikkeling in de breedplaatvloer, van links naar rechts, op t = 30, t = 60, t = 90 en t = 120 minuten 7 Omschrijving diverse geanalyseerde locaties in de betonvloer
8 Temperatuur van het beton na 120 minuten op drie verschillende locaties in de vloer met een voeg van 50 mm diep en 19 mm breed, zoals bepaald met het eindige-elementenmodel 56? CEMENT 6 20 22
1 mm - 19 mm
170 mm
50 mm
?
100 mm
Oorspronkelijke vorm
300 mm 300 mm
1 mm - 19 mm
170 mm
50 mm
?
100 mm
Vervormde vorm
300 mm 300 mm
aan een mechanische simulatie, zijn de ver-
vormingen bepaald zoals geïllustreerd in
figuur 9. Hiervoor is een elasticiteitsmodules
E gebruikt van 33.000 N/mm², behorende bij
betonsterkteklasse C30/37, en een thermische
uitzettingscoëfficiënt van 1 · 10
-6. Voor de be-
lasting in de mechanische simulatie zijn de
resultaten van de thermische eindige-ele-
mentenberekening toegepast. Er zijn geen
overige belastingen toegevoegd aan de me-
chanische simulatie. Ten gevolge van het temperatuurver-
loop over de hoogte wil de vloer uitzetten en
ook krommen. De onderzijde van de breed-
plaat wil immers meer uitzetten dan de
bovenzijde van de vloer. Bij een door rand-
voorwaarden statisch onbepaalde con-
structie, wordt deze kromming verhinderd.
Echter, ter plaatse van de open voeg is de
vervorming van de breedplaat niet verhin-
derd zodat door het kromtrekken van de
breedplaten, deze in de onderzijde van de
druklaag een drukspanning veroorzaken.
Hierdoor ontstaan naast de voeg tussen de
breedplaten extra normaaldrukspanningen
in het aansluitvlak tussen de breedplaat en
de druklaag. Deze zullen in evenwicht zijn
met extra normaaltrekspanningen in het
aansluitvlak op een grotere afstand vanaf de
voeg. In dit onderzoek is geen verdere aan-
dacht besteed aan de gevolgen van de extra
normaalspanningen op de weerstand van het aansluitvlak in brandomstandigheden
en ook niet aan het constructieve gedrag
van het kritische detail in het geval van
brand. Om deze reden kan dan ook geen
verdere uitspraak worden gedaan over de
weerstand van het aansluitvlak bij
brandomstandigheden.
Conclusie
Er wordt geconcludeerd dat de ontwerpregel
in NEN-EN 13747, waarbij wordt gesteld dat
in het geval van voegbreedten tot 20 mm
geen rekening hoeft te worden gehouden
met de temperatuursontwikkeling in de
voeg, juist is voor het beoordelen van de be-
nodigde hoeveelheid koppelwapening. Een
onjuiste uitvoering van de breedplaatvloer
ter plaatse van de voeg waarbij de dekking
op de koppelwapening kleiner is dan vereist
volgens NEN-EN 1992-1-1, leidt niet tot een
meer kritische situatie van de koppelwape-
ning bij brand.
In dit onderzoek is de verdere con-
structieve beschouwing van het kritische
detail van de breedplaatvloer bij een brand,
bijvoorbeeld een beoordeling van de weer-
stand van het aansluitvlak tussen de koppel-
wapening en de breedplaatwapening onder
brandomstandigheden, niet meegenomen.
Ook is er de mogelijkheid dat resultaten
voor specifieke situaties met het gebruik van
een natuurlijke brandkromme afwijkend
zijn van de hier gevonden resultaten.
9
9 Verwachte vervorming van de breedplaatvloer ter plaatse van de voeg na een brand van 120 minuten
LITERATUUR
1?NEN-EN 13747:2005+A2:2010, Vooraf
vervaardigde betonproducten ?
Breedplaatvloeren. CEN, 2010.
2?Adviesbureau Hageman, Rapport
9780-1-0 Voorstellen voor en achter-
gronden bij rekenregels van beoordeling
van bestaande bouw. Rijswijk, 20 mei
2019.
3?Wijte, S., Dieteren, G., Achtergronden
nieuwbouwregels detaillering breed-
plaatvloeren. Cement 2020/4, pp. 60-71.
4?Wijte, S., Dieteren, G., Rekenregels
beoordeling bestaande breedplaat-
vloeren. Cement 2019/4, pp. 30-39.
5?NEN-EN 1992-1-1:2004+AC:2008+AC:2010,
Ontwerp en berekening van beton-
constructies - Deel 1-1: Algemene regels
voor gebouwen. CEN, 2016.
6?NEN-EN 1992-1-2 Ontwerp en
berekening van betonconstructies -
Deel 1-2: Algemene regels - Ontwerp en
berekening van constructies bij brand.
NEN, 2005.
7?Bejan, A., en Kraus, A. D. , Heat
transfer handbook. Hoboken, New
Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2003.
8?Di Capua, D., Mari, A. R., Nonlinear
analysis of reinforced concrete cross-
sections exposed to fire. Fire Safety
Journal, vol. 42, 2007, pp. 139-149.
9?Lazouski, A., Influence of sustained
stress and heating conditions on the
occurence of fire-induced concrete
spalling, PhD-thesis University of
Edinburgh, 2017-2019.
CEMENT 6 2022 ?57
Bij een in twee richtingen overspannende breedplaat bevindt zich ter plaatse van de voeg tussen twee breedplaatvloeren koppelwapening loodrecht over de voeg (foto 1, fig. 2). De constructieve kwaliteit van dit detail bepaalt mede de constructieve kwaliteit van de vloer [2]. Voor meer informatie over dit detail wordt verwezen naar eerder gepubliceerde Cement-artikelen [3, 4]. Zoals bekend wordt momenteel de constructieve veiligheid van dit detail onder normale omstandigheden nader onderzocht. Het is daarnaast ook van belang de brandveiligheid ervan te beschouwen.
NEN-EN 13747 artikel 4.3.4 geeft een regel voor de bepaling van de brandveiligheid in dit detail:
"The fire resistance of a composite slab made of floor plates without void formers is the same as for a solid slab of identical characteristics. Calculation of the temperatures is carried out without taking into account the joint between floor plates as much as the width bj is lower than 20 mm." (NEN-EN 13747:2005+A2:2010, Vooraf vervaardigde betonproducten - Breedplaatvloeren, 2010)
In de norm staat niet aangegeven of deze regel geldt voor enkel eenzijdige of ook voor tweezijdige overspanningen. Ook achtergrondinformatie die de stelling onderbouwt dat de voeg tussen twee breedplaten tot een bepaalde wijdte niet hoeft te worden beschouwd, is niet bekend. Daarnaast stelt NEN-EN 1992-1-1 dat de koppelwapening met een dekking ten minste gelijk aan zijn diameter moet worden geplaatst [3]. In Nederland werd ter plaatse van de voeg aan deze dekkingseis echter vaak niet voldaan en werd tot medio 2017 de koppelwapening direct op de breedplaat geplaatst. Het betonstaal is zodoende minder beschermd tegen opwarming bij brand. De vraag is of dit extra risico voor de constructieve veiligheid toelaatbaar is.
Reacties
Redactie Cement - Aeneas Media 21 oktober 2022 16:26
Beste heer Van der Vleuten, Bedankt voor uw interesse in het artikel. Als u lid bent kunt u de rest van het artikel bekijken. Voor meer informatie over lid worden, zie https://www.cementonline.nl/lidworden.
Joris van der Vleuten - Peutz 17 oktober 2022 08:25
Ik ben benieuwd naar de rest van het artikel