1 Het depot gezien vanaf de vijver in het Museumpark, foto: Stieber fotografie 1 60? CEMENT 04 2019 Robuustheidsanalyse Volgens NEN-EN 1990 moet een gebouwconstructie worden inge- deeld in gevolgklasse CC3 als het bezwijken ervan leidt tot 'grote gevolgen ten aanzien van het ver- lies van mensenlevens, en/of zeer grote economische of sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving'. In tabel NB21 wordt een aan- tal voorbeelden gegeven van bouwwerken die in deze categorie vallen. Daaronder ook bouwwerken met een publieksfunctie, waar- bij in geval van bezwijken meer dan 500 per- sonen gelijktijdig gevaar lopen. Het depot valt in die categorie en daarom is, in overleg met Museum Boijmans Van Beuningen, besloten het gebouw in te delen in gevolg - klasse CC3. Gevolgklasse CC3 Volgens het Bouwbesluit moeten bij het ont- werp van een constructie alleen de bekende buitengewone belastingen in rekening wor- den gebracht. Maar de informatieve bijlage A4 van NEN-EN 1991-1-7 gaat verder. Voor Het nieuwe collectiegebouw voor Museum Boijmans Van Beuningen oogt door de vorm van nature robuust. Toch zijn er in het ontwerp en de uitwerking enkele maatregelen genomen om de robuustheid te vergroten. Dit op basis van een praktische robuustheidsanalyse. gevolgklasse CC3 staat aangegeven: 'Er behoort een systematische risicoanalyse van het gebouw te zijn uitgevoerd, waarbij met zowel voorziene als onvoorziene gevaar- lijke voorvallen rekening is gehouden'. Omdat de eisen aan de analyse niet duidelijk zijn omschreven, is er vroegtijdig overleg gevoerd met de dienst bouw- en woningtoe- zicht. Al bij de aanvraag van de omgevings- vergunning in 2016 is een robuustheidsana - lyse van de hoofddraagconstructie ingediend. Deze robuustheidsanalyse bestaat uit een gevoeligheidsanalyse, risi - coanalyse en een omschrijving van de risi - cobeperkende maatregelen. Hierin zijn zowel de voorziene als onvoorziene voorval - len behandeld. Omdat de onvoorziene voor- vallen minder tastbaar zijn en vaak onder- werp van discussie, worden alleen deze in dit artikel behandeld. Gevoeligheidsanalyse De randvoorwaarden voor de constructieve berekeningen zijn niet allemaal exact bekend en/of te bepalen. Met name de veer- IR. MICHIEL NIENS RC Projectleider IMd Raadgevende Ingenieursauteur CEMENT 04 2019 ?61 kunstwerk in beton 3 robuustheidsanalyse is er een eenvoudiger model gemaakt: een doorgaande ligger op meerdere steunpunten, voorzien van een gelijkmatig verdeelde belasting van 1200 kN/m. Deze gestileerde belasting is afgeleid uit de wapeningsberekening van de wanden.De wand is als ligger ingevoerd met een dikte van 250 mm en een hoogte van 11 m (twee verdiepingen). De kolommen bestaan uit ronde staal-betonkolommen met een diameter van 600 mm. Deze steunpun - ten zijn geschematiseerd als veren, rekening houdend met het aantal funderingspalen (met stijfheid k = 100 MN/m per paal). De wand werkt samen met de beton - balk onder de eersteverdiepingsvloer. Aan de rechterzijde, nabij kolom K11 is alleen deze betonbalk aanwezig. Het aandeel van deze balk is in rekening gebracht door onder het rechter uiteinde van de wand een veer te modelleren met een stijfheid pas- send bij de afmetingen van de balk. De krachtsverdeling over de steun - punten in het vereenvoudigde liggermodel wijkt enigszins af van de wapeningsbereke- ning, doordat er geen rekening wordt gehou - den met wandsparingen. De berekening is echter voldoende accuraat om af te tasten of er voldoende herverdelingscapaciteit in de constructie aanwezig is. In tabel 1 is in de eerste kolom de reactie in de UGT getoond, inclusief een gewogen belastingsfactor g = 1,5. Vervolgens wordt tel - kens een kolom weggenomen, met een wijzi - ging van de kolomreacties tot gevolg. Deze zijn afgedrukt met een belastingsfactor g = 1,0. Indien de kolomreacties bij falen lager zijn dan in de gebruiksfase, is herverdeling mogelijk. Dit is meestal het geval. De blauw afgedrukte waarden zijn hoger dan de waar- den in de gebruiksfase. De kolommen onder de wand zijn echter allemaal gelijk gewa - pend en in staat een maximale reactie- kracht van 17.100 kN op te nemen. Daarmee voldoen dus ook de blauwe waarden. Ook de funderingspalen hebben voldoende restca - paciteit. De rood afgedrukte waarde is niet opneembaar voor de kolom en de fundering. stijfheid van de paalfundering en de E-mo- duli van de gewapende betonconstructies zijn slechts bij benadering bekend. Daarom zijn bij de berekeningen van de diverse dra - gende onderdelen gevoeligheidsanalyses uit- gevoerd om de invloed van deze onzekerhe- den te onderzoeken. De maatgevende krachtswerking per onderdeel is vervolgens afgestemd op de meest ongunstige rand - voorwaarde. Zo is bij het bepalen van de reactie- kracht in de kolommen uitgegaan van een starre ondersteuning, waarbij de atrium - wand en de schaal verend zijn ondersteund. Bij het bepalen van de reactiekracht in de wanden zijn deze juist star ondersteund gedacht, waarbij de kolommen verend zijn ondersteund. Bij het bepalen van de krachtswerking in de schaal en de eersteverdiepingsvloer is gevarieerd met de stijfheid van de funde- ringspalen onder de schaal en de E-moduli. De E-modulus van de schaal is zowel op de begane grond als op de eerste verdieping gevarieerd, de E-modulus van de eerstever- diepingsvloer was de derde variabele. Uit de gevoeligheidsanalyse bleek dat de variatie in krachtswerking gemiddeld ongeveer 5% bedroeg met een enkele uit- schieter naar 10%. Als gevolg hiervan is besloten de krachten volgens het basismo- del met 10% te verhogen en deze als input voor de verschillende wapeningsberekenin - gen te gebruiken. Risicoanalyse Voor de onderdelen van de hoofddraagcon - structie is het gevolg van falen van elk onderdeel geanalyseerd. Hiermee konden de kritieke elementen (key elements) wor- den geïdentificeerd. Voor de analyse van de kolommen onder de atriumwand wordt deze werkwijze in het navolgende omschre- ven. KOLOMMEN ONDER ATRIUM ­ WAND? Bij falen van een kolom onder één van de twee atriumwanden wordt de belas- ting door de wand herverdeeld over de res- terende kolommen. De wapening in deze wanden in de UGT is met behulp van een plaatmodel bepaald. Ten behoeve van de Op basis van de gevoeligheids­ analyse is besloten de krachten volgens het basis model met 10% te verhogen 62? CEMENT 04 2019 2 Aanzicht atriumwand met kolommen, waarvan is geanalyseerd wat de gevolgen zouden zijn bij falen?3 De kritieke elementen zijn geel gemarkeerd 2 3 K05 K06 K07 K08 K09 K10 K11 CEMENT 04 2019 ?63 kunstwerk in beton 3 Hieruit wordt geconcludeerd dat kolom K10 een kritiek element is, waarvoor risicobe- perkende maatregelen moeten worden genomen. Risicobeperkende maatregelen Op een vergelijkbare manier als de kolom- men onder de atriumwand, zijn met behulp van de risicoanalyse alle kritieke elementen geïdentificeerd. Hier zijn vervolgens risico- beperkende maatregelen voor getroffen, onder te verdelen in toevoegingen aan de constructie en extra aandacht voor uitwer- king en uitvoering. KOLOM K10? De eerder benoemde kolom K10 is voorzien van een zwaarder staalpro- fiel (HEM340 i.p.v. HEM300) en zwaardere wapening (10Ø32 i.p.v. 8Ø20), waardoor het draagvermogen met circa 18% toeneemt en de kans op falen wordt verkleind. Ter hoogte van de eerste-, tweede- en derdeverdie- pingsvloer zijn trekbanden in de atrium - wanden aangebracht, die in combinatie met de verticale wandwapening de voor de her- verdeling benodigde wandliggerwerking mogelijk maken. SCHAALDELEN? Als toevoegingen aan de constructie zijn op meerdere plekken kop- pelingen en trekbanden opgenomen. In de prefab schaaldelen zijn gevelopeningen aan - wezig, waarboven wandliggerwerking van de prefab gevel moet kunnen optreden. Deze wandliggerwerking wordt mogelijk gemaakt met lasplaten tussen de elementen onder- ling en trekbanden in de vloer. Deze wand - liggers kunnen een grotere overspanning maken dan de breedte van de gevelopening. Mede dankzij deze maatregel zal het bezwij- ken van een willekeuring prefab geveldeel (met een breedte van ca. 2,5 m) niet leiden tot voortschrijdende instorting. EXTRA AANDACHT VOOR UIT­ WERKING EN UITVOERING De eer- steverdiepingsvloer speelt een cruciale rol in het opnemen van de trekkracht die van - uit de dragende geperforeerde schaal ont- staat. Daardoor is deze vloer een kritiek ele- ment. Naast een aantal toevoegingen aan dit constructieonderdeel, zoals het aanbrengen van trekbanden, is er ook bewust voor geko- zen deze vloer in het werk te storten. Hier- door is er niet alleen maximale ruimte voor wapening beschikbaar, maar wordt ook de engineering van de vloerwapening in eigen hand gehouden. De kans op fouten door miscommunicatie en/of onduidelijke demarcaties tussen verschillende partijen wordt hiermee verkleind. De delen van de constructie die door deelconstructeurs worden uitgewerkt (hogere verdiepingen, prefab schaaldelen, staalconstructie), worden technisch inhou - delijk gecoördineerd door de enginee- ringscoördinator van de aannemer. Om aan deze rol extra gewicht te geven, is in het bestek gevraagd om een Registerconstruc- teur. De kritieke elementen in deze detailen - gineering zijn door IMd als coördinerend constructeur uitgebreid gecontroleerd. Dit Tabel 1: Belastingen bij falen kolommen Wand as E GebruiksfaseFalen K6Falen K7Falen expwand Falen K8Falen K9Falen K10 Belasting in kN ?=1 , 5?=1 ,0?=1 ,0 ?=1 ,0?=1 ,0?=1 ,0 ?=1 ,0 K 6 9.837­10.164 7.096 7.02 06.485 2.546 K 7 9.45512.675­7.084 7.6477.008 3.574 expeditiewand 4.5054.3064.071 ­4.1563.848 2.999 K 8 10.7648.1068.705 8.135 ­10.084 12.332 K 9 10.6136.9287.888 7.78710.020­18.389 K 10 12.5296.7737.824 8.417 9.62310.816 ­ balk 2.0561.0521.187 1.321 1.3741.600 ­ Totaal ?=1,5 59.759 Totaal ?=1 , 0 39.83939.84039.839 39.840 39.84039.84139.840 4a 64? CEMENT 04 2019 4 Inspectie van een staal­betonkolom: in de fabriek (a) en op het werk (b), foto's: Myrte Loosjes Door de kritische eersteverdiepings­ vloer in het werk te storten, wordt de engineering in eigen hand gehouden en wordt de kans op fouten door miscommunicatie en/of onduidelijke demarcaties verkleind 4b CEMENT 04 2019 ?65 kunstwerk in beton 3 5 Door zijn vorm oogt het depot van Boijmans Van Beuningen van nature al robuust, toch zijn er in het ontwerp en de uitwerking maatregelen genomen om de robuustheid te vergroten, foto: Stieber Fotografie van de maakbaarheid varianten voor de wapening moesten worden onderzocht. Meerkosten De risicoanalyse van het depot heeft geleid tot een grotere robuustheid van het gebouw. Een objectieve weging van de robuustheid is echter onmogelijk. Bovendien moeten extra investeringen, die gepaard gaan met het ver- hogen van de robuustheid, niet uit het oog worden verloren. In het voorbeeld van de behandelde kolom K10 is de keuze voor het staalprofiel dat in de kolom is gestort, inge- geven door wat er praktisch, zonder te veel meerkosten, mogelijk is. Hierdoor neemt het draagvermogen met 18% toe. Uiteraard is het ook mogelijk het draagvermogen ver- der te verhogen door bijvoorbeeld de kolom te vergroten, maar wanneer is het vol - doende? De ervaring bij het depot heeft geleerd dat het waardevol is de kritieke elementen te benoemen en hier bewust extra aandacht aan te besteden bij de uitwerking, uitvoering en controle. Ook dit verlaagt immers de kans op falen, met een lager risico tot gevolg. betekent dat er naast de gangbare controle op uitgangspunten en constructieve samen - hang, schaduwberekeningen zijn gemaakt van onderdelen als de staal-betonkolommen en de prefab gevelelementen die als wand - ligger werken. Voor de interne controle van de door IMd geproduceerde tekeningen en berekeningen is een onafhankelijk scha - duwteam bij het werk betrokken. De contro- les hiervan zijn vastgelegd en, net als alle andere stukken, gedeeld met bouw- en woningtoezicht. Tot slot zijn er voor de kritieke onderdelen uitgebreide inspecties voorgeschreven. Zo zijn er voor de staal-betonkolommen inspec- ties geweest in de fabriek en meerdere malen op de bouwplaats. Om deze inspec- ties mogelijk te maken, heeft IMd de opdracht gekregen om twee dagdelen per week op de bouw het dagelijks toezicht te ondersteunen. Dit toezicht is verzorgd door de constructeur van IMd die ook de bereke- ningen heeft gemaakt. Vanwege de kennis van de berekeningen is dit toezicht een belangrijke aanvulling gebleken en kon er ook snel worden geschakeld als er omwille Om aan de rol van enginee­ ringscoördina ­ tor bij de aannemer extra gewicht te geven, is gevraagd om een Register­ constructeur 5 66? CEMENT 04 2019