1 Bevestigen van prefab betonnen balkons Stufib-studie naar aandachtspunten en handvatten voor ontwerp, uitvoering en samenwerking 1 Project HAGA, Den Haag (foto: Koen Mol Fotografie) Naar aanleiding van optredende problemen bij de bevestiging van geprefabriceerde betonnen balkons is Stufib studiecel 23 'Bevestigings­ en verankeringssystemen van geprefabriceerde balkons' in het leven geroepen. Het doel van de studiecel is het voorkomen van schade en onveilige situaties rondom geprefabriceerde betonnen balkons. Met het uitbrengen van een Stufib­rapport biedt de studiecel zowel ervaren als startende constructeurs op een praktische manier aandachtspunten en handvatten bij het ontwerp en de uitvoering. 58? CEMENT 7 2020 Diverse onderwerpen die regel- matig problemen met balkons veroorzaken, vragen om aandacht van de constructeur. Te noemen zijn krachtswerking, temperatuur, vermoeiing, levensduur (in het rapport: duurzaamheid), bruikbaarheidscriteria, robuustheid, brand - veiligheid, uitvoering en samenwerking. Stufib-rapport 26 gaat op al deze onderwer- pen in afzonderlijke hoofdstukken in. Het rapport bevat tevens een gecategoriseerd overzicht van veel voorkomende balkoncon - figuraties en de specifieke aandachtspunten bij deze configuraties (ook te vinden op www.cementonline.nl). In dit artikel worden een aantal van deze aandachtspunten nader toegelicht. Krachtswerking De aansluiting van een balkon op de aan - grenzende constructie is om een aantal redenen speciaal. Allereerst moet een koude- brug worden voorkomen, waardoor er een duidelijke overgang is van balkon naar ach - terliggende draagconstructie. Daarnaast leidt belasting op het balkon niet alleen tot vervorming van de balkonplaat zelf, maar ook van de verbinding en de achterliggende constructie. Verbindingen zijn niet oneindig stijf en kunnen dus ook niet als zodanig worden beschouwd bij het construeren. De verbindingen vervormen dus, hebben een zekere bewegingsvrijheid en door een ver- andering in geometrie ontstaan er disconti - nuïteitsgebieden. Verder wordt de krachts- werking beïnvloed door nabijgelegen dragende wanden. Juist deze aspecten zorgen ervoor dat de berekening vaak niet simpelweg met een vergeet-me-nietje kan worden gemaakt. Zowel bij het ontwerp als bij de uitwerking moeten alle aspecten van de krachtswerking worden beschouwd. Wanneer in het ont- werp onvoldoende aandacht is besteed aan een of meer van deze aspecten, leidt dat in de praktijk tot onveilige situaties en/of nood - zakelijke aanpassingen van het ontwerp. Beide zijn zeer onwenselijk. Met het juiste inzicht kan begrip voor de samenwerking tussen de verbinding en de achterliggende constructie worden verkregen. Dompbelasting? Een veel voorkomend en typisch balkonontwerp is een uitkragende balkonplaat loodrecht op de overspanning van de vloer (fig. 2). Hierbij speelt het zoge- noemde dompeffect. Het dompeffect be- schrijft een toename van dwarskracht op de randstrook door mobilisatie van de achter- liggende vloer om evenwicht te creëren met het buigende moment uit het uitkragende balkon. Een uitkragend balkon zorgt voor een neerwaarts gerichte kracht en een negatief buigend moment op de randstrook waaraan het balkon is bevestigd, weergegeven met V balkon en M balkon in figuur 3. Om evenwicht te maken met het moment uit het balkon kan een deel van de achterliggende vloer worden gemobiliseerd, de zogenoemde contralengte L contra . De theorie volgt uit de strokenmethode, afgeleid van de evenwichtsmethode. Hierbij wordt voor de belastingafdracht geen reke- ning gehouden met wringende momenten. De contralengte wordt gemobiliseerd door middel van bovendwarswapening over de contralengte plus de verankeringslengte. De hoeveelheid wapening is dan gebaseerd op het steunpuntsmoment in het schema. Door het dompeffect van de contralengte wordt de randstrook zelf niet meer belast op een moment. Er is echter wel een toename van de belasting op de randstrook. Door de domp wordt de vloerbelasting in de contralengte afgedragen aan de randstrook, hetgeen ervoor zorgt dat de belasting op de rand - strook door de bevestiging van het balkon toeneemt met V contra . De totale belasting op de randstrook V totaal bestaat daardoor uit V balkon + V contra en het eigen gewicht en de vloerbelasting op de randstrook. Aandachtspunt is de breedte van de gekozen randstrook ( b strook ). In het rapport IR. SVEN HILDERING Manager Ingenieursdiensten & Adviseur Projectbeheersing PACER ING. ROBIN VAN GERWEN Afdelingshoofd / Hoofdontwerper Lievense | WSP auteurs CEMENT 7 2020 ?59 2 3a 3b 3c (a) doorsnede van het balkon, de randstrook en de achterliggende vloer inclusief belastingen (b) belastingen op de vloer vanuit het balkon (M balkon en V balkon ) en de dwarskracht in de vloer om de krachten uit het balkon te balanceren (V contra ) (c) resultante krachten uit het balkon en de vloer waar de randstrook aan wordt blootgesteld, waarin V totaal = V balkon + V contra 2 Randstrook 3 Schema dompbelasting De berekening kan vaak niet simpelweg met een vergeet­ me­nietje AFSTUDEERSTUDIE Ir. Sven Hildering is januari 2018 afgestudeerd aan de TU Delft, fac. CiTG, in samenwerking met Pieters Bouwtechniek, op de studie 'Crack widths in HSC'. In zijn afstu- deercommissie hadden zitting: dr.ir. D.A. Hordijk (Adviesbureau ir. J.G. Hageman, destijds namens TU Delft), ir. Rogier van Nalta (destijds Pieters Bouwtechniek), ir. Paul Lagendijk (Aronsohn raad- gevende ingenieurs, destijds namens TU Delft), dr.ir. Mladena Lukovic (TU Delft), dr.ir. Max Hendriks (TU Delft) en ir. Lambert Houden (TU Delft). Onderdeel van die afstudeerstudie was een literatuurstudie naar de werking en bevestiging van geprefabri- ceerde balkons, samengebracht in het rapport Bevestigen van prefab betonnen balkons. Het betreffende rapport is te downloaden op repository.tudelft.nl. Voor het in dit artikel besproken Stufib-rapport is gebruikgemaakt van deze afstudeerstudie. wordt met behulp van NEN 6720 inzicht gegeven in hoe deze breedte op een verstan - dige manier kan worden gekozen. Een goed alternatief voor de vaak gekozen en arbitraire 1,0 m. Temperatuur Balkons worden blootgesteld aan tempera - tuurbelasting. Deze belasting wordt met name veroorzaakt door het temperatuur- verschil tussen binnen (de achterliggende vloer) en buiten (het balkon). Voor een licht- gekleurd balkon kan de temperatuur bij- voorbeeld, conform Eurocode 1-5, zo'n 50 °C worden, oplopend tot 75 °C voor een donker gekleurd balkon. Door de wisselende tempe- ratuur van het balkon verandert het volume voortdurend. De vloer waaraan het balkon is 60? CEMENT 7 2020 4 5 een wisselende belasting. Dit kan al optre- den terwijl de spanningen ten gevolge van de belasting ver onder de sterkte van het materiaal blijven. Bij balkonverankeringen kan vermoeiing optreden ten gevolge van temperatuurvariaties tussen dag en nacht en tussen jaargetijden. Wanneer er nieuwe vormen van bal - konverbindingen worden bedacht, moeten alle aspecten worden meegenomen, zo ook vermoeiing. Bij de toepassing van KOMO- gecertificeerde verbindingen is de vermoei - ingscapaciteit reeds getoetst naar de voor- schriften van BRL 0505 Wapeningssystemen voor onderbreking van thermische bruggen in beton). Mits het systeem is toegepast in overeenstemming met de voorschriften van de leverancier, is het systeem dus bestand tegen de vermoeiingsbelasting gedurende de beoogde levensduur. In het rapport wordt uitgediept wat de in - vloed is van spouw- of verbindingsbreedten, de diameter van wapeningsstaven en de afstand tussen verbindingen op de vermoei - ingscapaciteit van de constructie. Het rap- port gaat verder in op de noodzaak en de uiteindelijke verwerking van vermoeiing in de analyse. Levensduur Naast de bekende problemen bij in het werk gestorte galerij- en balkonvloeren, die monoliet zijn verbonden aan achterlig - gende constructie (zie kader), kunnen bevestigd ondergaat deze temperatuur- en dus volumeverandering in mindere mate waardoor een verschil in volumeverande- ring ontstaat. Als deze volumeverandering ongehinderd kan plaatsvinden, bijvoorbeeld doordat een verbinding bewegingsvrijheid heeft, zullen geen spanningen optreden. Wanneer een volumeverandering wordt ver- hinderd, resulteert dat in tussen trek en druk wisselende spanningen in het element, afhankelijk van krimpen of uitzetten. Deze spanningen kunnen leiden tot scheurvor- ming, toename van scheurwijdte (met bijbe- horende invloed op de levensduur van het element) en vermoeiing van verbindingen (fig. 4). De eenvoudigste oplossing voor het voorkomen van temperatuurspanningen is het spanningsvrij opleggen van het balkon. Met andere woorden, de vrijheidsgraden van de verbindingen zo kiezen dat tempera - tuurvervormingen ongehinderd, of in min - dere mate gehinderd, kunnen plaatsvinden (fig. 5). De detaillering moet zo worden ontworpen dat deze vrijheidsgraden ook daadwerkelijk worden gerealiseerd. Het is van belang om in je detail deze noodzaak te beschrijven voor de uitvoerende personen. De oplossing moet niet alleen maar theorie zijn! Vermoeiing Bij vermoeiing kan een verankeringselement beschadigd raken of zelfs bezwijken onder 4 Uitkragend balkon met scheurvorming ten gevolge van verhinderde vervorming 5 Spanningsvrije oplegging bij balkon op consoles: een ingekleurde oplegging (cirkel) symboliseert een oplegging zonder bewegingsvrijheid; de pijlen bij een open cirkel geven de bewegingsvrijheden van de betreffende oplegging weer STUFIB-RAPPORT 26 Stufib-rapport 26 Bevestigen van prefab betonnen balkons; Aandachts- punten en handvatten voor ontwerp, uitvoering en samenwerking is opge- steld door Stufib-studiecel 23, bestaande uit Sven Hildering (auteur), Coen Mommaas (rappor- teur), Robin van Gerwen (voorzit - ter), Jitze Koops, Peter Meijer, Niek Pouwels, en Theo Salet (mentor), in samenwerking met Rogier van Nalta, Frank van Lier, André Jongenelen, Gert-Jan van Tol en Pieter van Boom. Het rapport is te downloaden op www.stufib.nl (gratis voor Stufib-leden). CEMENT 7 2020 ?61 6 Er wordt inzicht gegeven in hoe de breedte van de randstrook op een verstandige manier kan worden gekozen 6 Schematisering van balkon opgelegd op koudebrugonderbreking, console en strip zoals bedoeld en zoals gerealiseerd ook geprefabriceerde betonnen balkon- en galerijplaten problemen ervaren op het gebied van levensduur. Een te kleine dekking en/of te grote scheurwijdten kun - nen ertoe leiden dat chloriden afkomstig uit dooizouten de passiveringslaag van het wapeningsstaal aantasten. Hierdoor kan de wapening gaan corroderen met moge- lijk een (bros) falen van de constructie als gevolg. Het risico op dit faalmechanisme kan worden beperkt door zorgvuldig de milieuklasse van de bovenzijde van de balkon- of galerijplaat te bepalen. Doordat het mogelijk is dat in de gebruiksfase dooizouten op het oppervlak worden ge- bruikt zal in veel gevallen klasse XD3 van toepassing zijn. Doordat op de andere zij- den van de plaat indringing van chloriden afkomstig uit dooizouten onwaarschijnlijk is, kunnen de andere oppervlakken van de plaat met een lagere milieuklasse af. Robuustheid Een balkon behoort meestal niet tot de hoofddraagconstructie. Om die reden kan het bezwijken ten gevolge van bijzondere omstandigheden aanvaardbaar zijn, mits het de algehele stabiliteit van de constructie niet in gevaar brengt (wat vaak niet het ge- val is) of het niet leidt tot het bezwijken van een aanzienlijk deel van de constructie. Dit conform NEN-EN 1991-7, art. 3.2(2). Falen is overigens wel onaanvaardbaar (volgens de norm) wanneer het balkon boven een vluchtroute hangt of er onderdeel van is. Het bezwijken van een balkon beperkt zich vaak niet tot enkel het betreffende balkon. Een balkon moet daarom robuust zijn ontworpen. Hierbij moet specifiek aandacht worden besteed aan de verge- vingsgezindheid van de balkonconstructie. Deze vergevingsgezindheid is van belang omdat een tweede draagweg vaak prak - tisch gezien niet kan worden gerealiseerd. 62? CEMENT 7 2020 7a 7b De vergevingsgezindheid kan worden be- schouwd als de mate waarin de constructie onvoorziene situaties, zoals een ongewone belasting of een veranderd mechanica- schema (bijvoorbeeld ten gevolge van een bouwfout, zie kader), kan weerstaan. Door verschillende oorzaken voor ongewone belastingen/situaties te inventa - riseren, hier mogelijke faalmechanismen voor te bepalen en de gevolgen van het falen in kaart te brengen, kunnen preventieve of schade-reducerende maatregelen in het ontwerp worden opgenomen. Het eindre- sultaat is dan een meer vergevingsgezinde constructie. Brandveiligheid Artikel 2.84 van het Bouwbesluit 2012 (Weerstand tegen branddoorslag en brand - overslag (WBDBO)), beschrijft de minimale weerstand van een brandcompartiment, bijvoorbeeld een appartement, tegen branddoorslag en brandoverslag naar een ander compartiment. Branddoorslag is het fenomeen waar een brand zich van het ene brandcompartiment naar het andere ont- wikkelt door de constructie, bijvoorbeeld een vloer, heen. Bij brandoverslag slaat de brand ook over naar een ander comparti - ment, maar dan via de buitenlucht. De constructieve eisen omtrent brandvei - ligheid gelden voor zowel de verbinding tussen vloer en balkon als de balkonplaat zelf. Het balkon zal in de meeste gevallen geen onderdeel zijn van de hoofddraag - constructie. Wel is het mogelijk dat het balkon onderdeel is van een vluchtroute of een vluchtroute onder zich heeft. Het balkon mag dan, in overeenstemming met het Bouwbesluit 2012, niet binnen 30 minuten bezwijken. Het is mogelijk de weerstand die het balkon biedt te gebruiken bij het bepa - len van de tijd die uitbreiding van brand van het ene naar het andere comparti - ment kost (fig. 7). Het is hier echter van belang dat alle delen van het balkon, inclusief de verbinding en inclusief de isolatiestrook (fig. 7b) voldoende brand - vertragend zijn. Uitvoering Nadat de balkonconstructie succesvol is ontworpen en geprefabriceerd, volgt het plaatsen van het balkon. Ook in deze fase kan er nog een en ander verkeerd gaan. In het rapport wordt onder andere aandacht besteed aan hele specifieke onderwerpen zoals tunnelgietbouw, maar ook alledaagse onderwerpen zoals stempelen. 7 Illustratie van (a) positie isolatiestrip als gearceerd deel tussen verbindingen en (b) branddoorslag door isolatiestrip (stippellijn) of balkon (dat laatste zeer onwaarschijnlijk) VOORBEELD BOUWFOUT Mogelijke gevolgen van een onvoorzien veranderd mecha- nicaschema door een bouwfout is geïllustreerd in het voorbeeld in figuur 6. In dit voorbeeld is een balkon opgelegd door middel van een koudebrug- onderbreking, een console en een strip. Het balkon wil over de gestippelde lijn roteren, het - geen wordt verhinderd door de strip. In dit voorbeeld is tijdens de uitvoering de buitenste oplegging van de balkonplaat op de console niet ver genoeg op de console geplaatst. Hier- door is het gearceerde 'uitkra- gende' deel van het balkon groter dan in de ontwerpbere- keningen voorzien. Bovendien is het niet-gearceerde deel kleiner geworden. Daarnaast neemt hierdoor de arm waar- mee de strip het opwippen tegenwerkt af, waardoor de kracht in de strip toeneemt tot waarden alwaar deze niet op ontworpen is. CEMENT 7 2020 ?63 8a 8b 8c (a) stempelen op onderliggend balkon; risico op overbelasting onderste balkon (b) doorstempelen tot fundering; risico op overbelasting fundering (c) ondersteunen met behulp van een hulpconstructie Stempelen? Bij de montage van geprefa - briceerde balkons is in veel gevallen een tijdelijke draagconstructie nodig. Tot de verbinding en de achterliggende perma - nente draagconstructie voldoende draag - kracht en stijfheid hebben, moet deze tijdelijke draagconstructie gehandhaafd blijven. Het verwijderen van de hulpcon - structie moet goed worden gepland en doordacht. Zo wordt afgeraden alle stem - pels bij balkons waar de vloer de juiste sterkte heeft bereikt, direct in z'n geheel te verwijderen (fig. 8a). Ook over de volle- dige hoogte doorstempelen (fig. 8b) wordt afgeraden, in verband met het risico op overbelasting van de onderliggende funde- ring. Het is wel raadzaam om de stempels los te draaien en daarna handvast te draaien wanneer het beton de minimale sterkte heeft bereikt. Dit voorkomt over- belasting op stempels. Als alternatief kan natuurlijk ook gebruik worden gemaakt van tijdelijke hulpconstructies ter onder- steuning van de balkons (fig. 8c). Meer in het rapport Dit artikel geeft een beknopte inkijk in het Stufib-rapport Bevestigen van prefab beton - nen balkons. In het rapport wordt verder en meer in detail ingegaan op deze, en meer, onderwerpen. Daarnaast bevat het rapport praktische oplossingen voor de geschetste problemen en zijn er meerdere voorbeeld - berekeningen toegevoegd. PROBLEMEN MET GALERIJVLOEREN BIJ FLATGEBOUWEN Uit onderzoek is gebleken dat veel galerij- en balkonvloeren van flats van voor 1975 niet voldoen aan de minimum veiligheidseisen. Het gaat om galerij- en balkonvloeren die zijn vast gestort aan de binnenvloeren van de woningen. Problemen worden veroorzaakt door onvoldoende wape- ning en put-corrosie van de wapening onder invloed van ingedrongen chlo- riden. Eind 2015 is er vanuit de over- heid een onderzoeksplicht ingesteld: vóór juli 2017 moesten gebouweige- naren onderzoek uitvoeren overeen- komstig SBRCURnet-publicatie 248 Constructieve veiligheid van uitkragende galerijplaten ? Tweede herziene uitgave. 8 Verschillende stempelstrategieën bij prefab balkons 64? CEMENT 7 2020