38 thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 Vloeren versterkt met stalen strippen ir. Jan Font Freide, ir. Jos Brouns Royal HaskoningDHV ir. Marjan Vos-Pols Hilti Nederland ir. Friso Janssen 1) Croes Bouwtechnisch Ingenieursbureau thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 2019 39 Het Polak-gebouw is een fraai bouwwerk dat vooral is bestemd als onderwijsruimte voor de studenten (foto 1 en 2). Op de begane grond is ook een aantal commerciële ruimten onderge- bracht. De vloeren zijn uitgevoerd als puntvormig onder- steunde bollenplaatvloer, die in twee richtingen draagt. Na de instorting van de parkeergarage in Eindhoven, waar een vergelijkbaar vloersysteem was toegepast, heeft ontwerpend constructeur Van Rossum een analyse gemaakt van de risico's van de vloeren in het gebouw. Dit naar aanleiding van én op basis van het 'Informatiedocument Beoordeling veiligheid breedplaatvloeren' van BZK. De conclusie was dat er wel dege- lijk delen aanwezig waren waar maatregelen noodzakelijk waren. Het gebouw zat in categorie rood, conform het genoemde informatiedocument. Voorgesteld werd als nood -maatregel stempels aan te brengen. Direct na die analyse besloot de Erasmus Universiteit het gebouw tijdelijk buiten gebruik te stellen.     Second opinion Na overleg tussen de diverse partijen is na het sluiten van het gebouw besloten een geheel onafhankelijk ingenieursbureau te vragen 'mee te denken'. Royal HaskoningDHV (RHDHV) is in eerste instantie gevraagd een second opinion te geven op de stukken zoals die er lagen, en in tweede instantie om een voor - stel voor herstel te doen.   Ook bij de second opinion is het gebouw getoetst volgens het genoemde informatiedocument. In dit document wordt gead- viseerd te werk te gaan volgens een stappenplan. Er worden vier categorieën onderscheiden, naar gelang het risico (fig. 3). Het stappenplan is overgenomen in een spreadsheet die voor verschillende projecten kan worden toegepast (fig. 4).   De conclusies van RHDHV kwamen in hoofdzaak overeen met de conclusies van Van Rossum. Dit hield in dat er 'urgente maatregelen' nodig waren. Het tijdelijk buiten gebruik stellen van het gebouw is een dergelijke urgente maatregel. Een deel van de bollenvloeren in het Polak-gebouw op de campus van de Erasmus Universiteit in Rotterdam bleek niet voldoende sterk. Diverse oplossingen zijn onderzocht. Na een uitvoerige studie is besloten de vloeren te versterken met verankerde stalen strippen. Ongeveer een jaar nadat het gebouw uit voorzorg werd ontruimd, is het in het voorjaar van 2018 weer geopend. 1 Het Polak-gebouw op de campus van de Erasmus Universiteit in Rotterdam foto: Sebastiaan van Damme i.o.v. Paul de Ruiter Architects2 Interieur van het gebouwfoto: Jeroen Musch i.o.v. Paul de Ruiter Architects 2 Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw1 2019 40 1. Koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op sterkte Bij deze oplossing worden aan de onderzijde koolstofstrippen gelijmd die even sterk zijn als de op de plaat liggende koppel- wapening. Deze werken pas als het schuifvlak is bezweken. Daarbij zal dan een relatief grote rek optreden omdat koolstof meer zal vervormen dan betonstaal. Er bestaan twijfels over de effectiviteit van deze methode, ook ten aanzien van dwarskrachtcapaciteit. Daarnaast zijn koolstof- strippen onvoldoende brandwerend en zijn ze ook niet brand- werend te maken door een bekleding. De temperatuur waarbij de lijm bezwijkt, is relatief vrij laag. Zie ook het daarover gemelde bij oplossing 2. 2. Koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op stijfheid Bij een tweede oplossing worden aanzienlijk meer strippen toegepast dan bij oplossing 1. Door de overmaat aan koolstof- strippen worden ze zodanig stijf dat ze een deel van de koppel- kracht gaan opnemen zonder dat de schuifverbinding is bezwe- ken. Dit effect kan worden versterkt door de vloer in bepaalde mate omhoog te drukken voor het aanbrengen van de strippen. Indien de schuifverbinding toch bezwijkt, kunnen de strippen de kracht overnemen, maar dan, in tegenstelling tot oplossing 1, zonder veel rek.   Ook hier geldt dat de strippen niet tegen hogere temperaturen kunnen. Tijdens brand zijn ze dus niet betrouwbaar. Er kan worden geredeneerd dat tijdens brand de betonconstructie zichzelf draagt, dat doet deze immers nu ook. Voorwaarde is dan wel dat de vloer op dat moment niet is gedelamineerd en dat de betonconstructie zodanig wordt beschermd dat deze door brand niet achteruitgaat of alsnog delamineert. De brand- werende bekleding is dus bedoeld om de betonconstructie zelf tijdens brand niet minder sterk te doen zijn dan nu. Berekening schuifspanningen Na stap 4 is het van belang de schuifspanningen te berekenen tussen breedplaat en in het werk gestort beton, ter plaatse van de koppelstaven. De schuifspanningen ter plaatse van de plaat- naden zijn berekend uitgaande van de momenten volgens de oorspronkelijke vloerberekening. Als de berekende schuifspanningen lager zijn dan 0,4 N/mm 2, adviseert het stappenplan voorlopig niets te doen, maar ook om een toename van de belasting te vermijden. Deze vloeren moeten, nadat meer bekend is over de constructieve mogelijk- heden en de verantwoord aan te houden schuifspanningen, opnieuw worden beschouwd.   Indien de schuifspanningen groter zijn dan 0,4 N/mm 2, moet volgens het stappenplan een risicoanalyse worden uitgevoerd. Afhankelijk van hoe de risico's worden ingeschat moeten dan, al dan niet urgent, maatregelen worden getroffen.   De plaatsen met een schuifspanning hoger dan 0,4 N/mm 2 zijn aangegeven op de tekeningen (fig. 5). De door RHDHV gemar - keerde plaatsen komen nagenoeg overeen met wat Van Rossum had aangegeven. De risicoanalyse geeft naar het oordeel van Van Rossum en RHDHV aan dat het risicoprofiel op diverse plaatsen in het gebouw hoog is. Deze conclusie is vooral geba- seerd op het oordeel dat bij een aantal vloeren op de bovenste verdiepingen er te weinig herverdelingsmogelijkheden waren mocht de naad plaatselijk bezwijken. Wel is te zien dat slechts een relatief klein gedeelte van de voegen boven de gestelde grens komt. In totaal is circa 145 m voeg aangemerkt als te herstellen.     Advies voor herstel RHDHV heeft geadviseerd voor de roodgemarkeerde voegen versterkingen toe te passen. Uitgangspunt daarbij zou moeten zijn dat na versterking deze vloerdelen ook zullen voldoen, onafhankelijk van de uitkomsten van de lopende onderzoeken.   Het was op voorhand echter niet heel eenduidig welke verster - kingsmethode de meest optimale was. Hierover werd en wordt nog door betrokkenen gediscussieerd en aan de TU Eindhoven wordt nader onderzoek gedaan. Er kon echter niet worden gewacht op de uitslagen van deze discussies en onderzoeken. Om tot een werkbare, economische en constructief verant - woorde herstelmethode te komen, is een aantal stappen doorlo- pen. In eerste instantie een grove inventarisatie van de moge- lijkheden.   Er komen grofweg zes reparatiemethoden in aanmerking (fig. 6). 3 4 Categorieën Geen maatregelen noodzakelijk. Vooralsnog geen maatregelen noodzakelijk. Wachten op nader onderzoek. Geen toename van belasting. Wachten op nader onderzoek. Urgente maatregelen treffen (belastingen aanpassen en/of constructie versterken). Project: Polak EUR Opgeleverd: 2015 Versie 1.0 Stap 1 Verzamelen eerste informatie - constructietekeningen - legplan breedplaten beschikbaar? beschikbaar?Ja Ja Stap 2 Beoordelen krachtsverdeling - positief moment ter plaatse van naden tussen breedplaten? Ja Stap 3 Verzamelen aanvullende informatie - wapeningstekeningen - wapeningsberekeningen - informatie over eventuele constructieve gebreken beschikbaar? beschikbaar? beschikbaar?Ja Ja Ja Stap 4 Beoordelen uitvoering breedplaten - breedplaten van niet-opgeruwd zelfverdichtend beton toegepast? ja Stap 5 Bepalen grootte schuifspanning in aansluitvlak bij funda- mentele belastingscombinatie volgens NEN 8700 - schuifspanning in aansluitvlak > 0,40 N/mm 2? Ja Stap 6 Uitvoeren risicoanalyse door constructeur - hoog risico? Ja Conclusie: Urgent maatregelen treffen (belastingen aanpassen en/of constructie versterken) thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 2019 41 3 Ingevuld stappenplan voor het Polak-gebouw 4 Categorieën volgens het informatiedocument 5 Voorbeeld van het markeren van de voegen met een schuifspanning groter dan 0,4 N/mm 2 6 Eerste inventarisatie van de herstelmogelijkheden 4. Boorankers Bij deze oplossing worden ankers geboord dóór de breedplaat in het beton. Hiermee is eerder een proef uitgevoerd door BAM met goede resultaten. Probleem is wel dat het boren van de ankers niet mag leiden tot het doorboren van koppelstaven. Tevens moeten maatregelen worden getroffen om de veiligheid tijdens het boren te waarborgen.   3. Gelijmde en vervolgens verankerde stalen strippen Bij deze oplossing worden stalen strippen eerst opgelijmd. De lijm is alleen in de eerste fase nodig. Nadat alle strippen zijn gelijmd, worden ankers ingeboord. De in te boren ankers mogen niet leiden tot het doorboren van de koppelstaven op de breedplaat. Voor de brandwerendheid kunnen de strippen worden gecoat met een opschuimende coating. Door de stijfheid van de gelijmde strip ten opzichte van de koppelstaven nemen de strippen een deel van de kracht die naar de koppelwapening gaat weg en verminderen daarmee ook de kracht die door het schuifvlak gaat. Dit effect kan worden versterkt door de vloer in bepaalde mate omhoog te drukken voor het aanbrengen van de strippen. Als laatste stap wordt de ruimte tussen strip en ankers in het boutgat gevuld met een mortel om er zeker van te zijn dat alle ankers tegelijkertijd worden belast. De strippen worden als eerste gelijmd. Tijdens het boren van de ankers waarborgt de lijm de sterkte en veiligheid van de constructie. 1. Koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op sterkte 2. Koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op stijfheid 3. Gelijmde en vervolgens verankerde stalen strippen 4. Boorankers 5. Infrezen wapeningsstaven 6. Bolankers 5 6 Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw1 2019 42 Afvaller: optie 1 Optie 1 (koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op sterkte) is afgevallen. De reden is dat de koolstof weliswaar grote trek- krachten kan opnemen, maar dat de elasticiteitsmodulus niet hoger is dan die van staal. Omdat er slechts heel dunne kool- stofstrippen nodig zijn, zijn deze dus veel minder stijf dan de koppelwapening die op de breedplaten ligt. In dit geval is dan de verwachting dat de strip pas in werking treedt als de delami- natie van de breedplaatkoppeling een feit is. Dan zijn er al grote vervormingen in de naad en vloer opgetreden en zal de vloer een onveilige indruk geven. Er bestaat ook twijfel of de strip na delaminatie nog goed verlijmd blijft. Mogelijk wordt de strip 'afgepeld', zoals ook plakband kan loskomen. Een nog niet opgelost probleem is de brandveiligheid. De lijm en de koolstofstrippen kunnen niet tegen hogere temperaturen.   Afvaller: optie 2 Bij optie 2 (koolstoflijmwapening, gedimensioneerd op stijf- heid) wordt de wapening al geactiveerd voordat de delaminatie optreedt. Toch is deze optie 2 afgevallen, omdat hier veel meer koolstoflijmwapening voor nodig is. De kosten worden daar- door veel hoger dan die van andere opties. Ook hier zal nog een oplossing moeten worden gevonden voor de brandveilig- heid.   Afvaller: optie 4 Bij optie 4 worden lijmankers heel dicht naast de bollen inge- boord. Om de koppelwapening niet te doorboren, wordt deze van tevoren gedetecteerd en gemarkeerd. Uit één proef op de TU Eindhoven is gebleken dat deze oplossing goed werkt. Deze oplossing kan echter niet via een berekening worden onder - bouwd. Om deze oplossing met voldoende zekerheid te kunnen toepassen, moeten nog meer proeven worden gedaan, wat veel tijd zal vergen. Daarom is ook deze optie afgevallen.     Nadere uitwerking drie opties Er bleven dus drie opties over: toepassing stalen strippen, infre- zen wapeningsstaven en toepassing bolankers.   Aanbrengen stalen strip Bij deze optie wordt een stalen strip van 10 × 100 mm 2 met een lengte van 2900 mm tegen het beton gelijmd nadat het opper - vlak van het beton enigszins is opgeruwd. Nadat de lijm is gehard, doet de strip zijn werk. De strip kan in principe de koppelwapening vervangen, zodat ook na delaminatie de veiligheid van de vloer is gewaarborgd. Bij toenemende belas- ting zal de koppelkracht zich verdelen over de strip en de koppelwapening, naar verhouding van de stijfheid. Hoe minder kracht naar de koppelstaven gaat, hoe minder schuifspanning 5. Infrezen wapeningsstaven Bij deze oplossing worden sleuven in het beton gefreesd (verge- lijkbaar met de methode waarop elektrabuizen in het beton worden gefreesd). Vervolgens wordt betonstaal in de sleuf gelijmd. Daarmee wordt technisch een goede oplossing verkregen die ook brandwerend is. De haalbaarheid is afhanke- lijk van de mogelijkheden van de freestechniek. Tevens moeten maatregelen worden getroffen om de veiligheid tijdens het frezen te waarborgen.   6. Bolankers Bij oplossing 6 worden ankers aangebracht nadat de bollenrijen in het verankeringsgebied half met mortel zijn gevuld. Tech- nisch is dit een prima oplossing. Een vraagteken zijn de kosten ervan.     Afvallers De verschillende oplossingen zijn bestudeerd door opdrachtge - ver en aannemer en zijn samen met RHDHV in detail bespro- ken. In eerste instantie zijn drie opties afgevallen waarna er een shortlist van drie andere oplossingen overbleef. 7 8 thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 2019 43 7 Aanbrengen stalen strippen 8 Infrezen wapeningsstaaf 9 Aanbrengen ankers in de bol 10 Aanbrengen lijmankers en ankers in één bollenrij   Bij veel bollenplaatvloeren is langs de rand aan één zijde een bollenrij weggelaten. Daar kunnen dan ankers worden inge- boord.   Keuze: stalen strippen De kosten voor deze drie opties zijn grof geraamd. Daarbij ook rekening houdend met het verwijderen en terughangen van de plafondeilanden. Hieruit bleek dat het kostenverschil tussen de drie opties niet significant is.   In overleg met opdrachtgever en aannemer is de voorkeur uitgesproken voor de optie met stalen strippen. Dit vooral omdat het een bekende techniek is, snel kan worden uitgevoerd en er geen stempels nodig zijn.   De versterking is dus vooralsnog alleen uitgevoerd waar de berekende schuifspanning tussen breedplaat en druklaag groter is dan de grenswaarden zoals gesteld in de notitie die door het ministerie van BZK is gepubliceerd. Of later bij de overige naden nog reparaties nodig zijn, is afhankelijk van nader uit te voeren onderzoek. De naden waar de genoemde reparatie wordt uitgevoerd, voldoen in ieder geval ook later en kunnen dus als definitief worden beschouwd. in het aansluitvlak zal optreden. Het aandeel van de strip kan nog worden vergroot door de vloer enigszins omhoog te drukken voordat de strip wordt opgelijmd (fig. 7). Vanwege de stijfheid van de strip gaat er bij toename van de belasting tot uiterste grenstoestand een redelijk deel van de belasting naar de strip. Het omhoogdrukken wordt daarom uiteindelijk niet nodig geacht. Dit houdt ook in dat het bij deze oplossing niet nodig is stempels te plaatsen. De bouten hebben een inboor - diepte van 70 mm waardoor er geen risico is dat de koppelsta- ven op de plaat worden doorboord. De bouten dienen er hoofdzakelijk voor om de sterkte tijdens brand te waarborgen. De lijm is waarschijnlijk niet brandbe- stendig. De strip zelf en de boutkoppen moeten worden beschermd door het aanbrengen van een brandwerende coating of beplating. De ruimte in het boutgat tussen strip en ankers moet worden gevuld met mortel om er zeker van te zijn dat alle ankers tegelijkertijd worden belast.   Infrezen wapeningsstaven Bij deze optie wordt een sleuf in de onderzijde van de breed- plaat gefreesd: lang 1,6 m, hart-op-hart 175 mm (fig. 8). In deze sleuf wordt een wapeningsstaaf Ø16 gelijmd met een plastische lijm. Voordeel van deze methode is dat de koppelwapening als het ware wordt aangebracht op de plek waar deze hoort, zo dicht mogelijk bij de wapening in de breedplaat. Het is een bewezen techniek, de brandveiligheid is gewaarborgd en de onderzijde van de vloer is na herstel vlak. Nadeel is dat er moet worden gefreesd. Dit geeft in basis stof- en lawaaioverlast. Daarnaast geeft het trillingen in de vloer. Trillingen zouden als 'trigger' kunnen werken voor de delaminatie van schil en druk- laag. Hierdoor neemt het risico van instorten toe. Om de veilig- heid tijdens de uitvoering te waarborgen, moeten daarom bij de werkzaamheden stempels worden aangebracht.   Ankers in de bollen Onder in de bol wordt een gat rond 70 mm geboord. Daarin wordt een anker opgehangen met aan de bovenzijde een plaat rond 60 mm (fig. 9). Nadat het anker tijdelijk is gefixeerd (bijvoorbeeld door lijm of een lichte schroefverbinding), wordt de bol door middel van injectie voor de helft gevuld met giet- mortel K70. Na verharding van de gietmortel wordt de bout voorgespannen, waardoor de betonnen druklaag op de breed- plaat wordt geklemd. Om de bol te kunnen injecteren, is het ook nodig een ontluchtingsbuisje toe te passen.   Ter plaatse waar geen bollenrij aan de rand aanwezig is, kunnen lijmankers worden ingeboord, vier stuks per weggelaten bol (fig. 10). Ook hier moet, net als bij het met infrezen van wape- ningsstaven, de vloer tijdens het boren van de lijmankers om veiligheidsredenen worden gestempeld. 9 10 Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw1 2019 44 � 150 150 150 150 150 150 150 350 50 1400 150 1 50 1 50 1 50 1 50 1 50 1 50 3 50 50 1 400 2900 sta len -s tr ip 1 00x10 L = 2900 mm . v oor 2x 8 b oute n L = 2300 mm . v oor 2x 6 b oute n lij m en d .m.v . E dilo n-D EX -R H o.g . s taal kw alit eit S235 strip aan bre n gen in h et h art t usse n t w ee bol le n rij en 8 boor an ke rs H ilti H ST M -M 12 i n b oo rg at 1 4x 70 m m. d oo rs teek gat 12 mm. b oo rg ate n in jec ter en v ol gen s opg av e le ve ran cie r 8 boor an ke rs H ilti H ST M -M 12 i n b oo rg at 1 4x 70 m m. d oo rs teek gat 12 mm. b oo rg ate n in jec ter en v ol gen s opg av e le ve ran cie r 70 320 of 380 5 0 1 100 1100 50 2 300 L2 : 2 x6 b oute n L1 : 2 x8 b oute n 11 Detail uitgevoerde oplossing 12 Voorbeeld van een deel van een werktekening 13 Verdeling kracht over de ankers Te veel ankers achter elkaar Volgens de gangbare rekenregels voor korte ankers mogen maar drie bouten achter elkaar worden geplaatst. Bij het plaatsen van meer ankers achter elkaar bestaat het risico dat de eerste ankers veel meer kracht krijgen dan de andere. Dan zou het eerste anker kunnen bezwijken waarna het tweede anker het eerste anker wordt, enzovoort.   Dit mogelijke probleem is nader onderzocht. Stel dat alle bouten evenveel kracht krijgen: elk 25 kN. Dan is het verschil in rek tussen punt 1 en 8 in de stalen strip als volgt te berekenen (zie ook fig. 13). ? staal = 8 × 25.000 / (10 ? 100) = 200 N/mm 2 ?L = (1200 / 2) ? 200 / 210.000 = 0,6 mm   Het verschil in rek tussen punt 8 en 1 in de betonnen schil is als volgt te berekenen. Indien beton ongescheurd: ? beton = 200 ? 1000 / (0,5 ? 200 ? 400) = 5 N/mm 2 (trekzone 200 mm hoog) ? L = (1200 / 2) ? 5 / 30.000 = 0,1 mm   Indien beton volledig gescheurd: ? wapening = 435 N/mm 2 ?L = (1200 / 2) ? 435 / 210.000 = 1,2 mm   Het gemiddelde verschil in rek in het beton bedraagt circa 0,7 mm. Het verschil in vervorming tussen bout 1 en bout 8 is dan slechts orde van grootte 0,7 ? 0,6 = 0,1 mm. Uitwerking Voor de uit te voeren werkzaamheden zijn eenvoudige werkte- keningen gemaakt (fig. 11 en 12). Uitgangspunt is de aanwezige koppelwapening op de schil Ø16-175. De strippen worden zodanig gedimensioneerd dat ze dezelfde kracht kunnen opnemen als die koppelwapening. In verband met de plaatsing van de strippen tussen de bollen, zijn 2,5 strippen per meter mogelijk. Dat houdt dan in dat de kracht per strip moet zijn F = 201 ? 435 ? 1000 / (1000 ? 175 ? 2,5) = 200 kN per strip. Bij toepassing van 8 bouten dus 200 / 8 = 25 kN / bout. Om niet het risico te lopen dat de koppelwapening zou worden door - boord, is in overleg met Hilti Nederland gekozen voor bouten Hilti HST3 M12, waarbij de boutgaten worden gevuld. Dit zijn mechanische bouten. De inboordiepte voor deze ankers is slechts 70 mm, gelijk aan de dikte van de breedplaatschil, waar - door er geen risico is dat de koppelwapening wordt doorboord. De strippen zijn in staat de functie van de koppelwapening geheel over te nemen. Daarmee is de oplossing onafhankelijk van het al dan niet toelaten van schuifspanningen tussen breed- plaat en druklaag.   De oplossing is op verzoek van opdrachtgever kritisch getoetst door Adviesbureau Hageman en is vervolgens getoetst door Bouwtoezicht Rotterdam. Ook de Technische Werkgroep Breedplaatvloeren van VNconstructeurs heeft, nadat de herstel- werkzaamheden waren afgerond, nog een technische review gedaan. De punten die daarbij aan de orde kwamen, waren het aantal ankers achter elkaar en de brandwerendheid.   11 thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 2019 45 1 5400 2 5400 33´ 5400 4 5400 5 5' 486 00 5400 6 5400 7 5400 7 ´ 8 5400 9 5400 185 450 1165 A P re fab balkb o dem 450 x1 50 ø 139 ,7 x 6 ,3 ø 139 ,7 x 6 ,3 450x4 50 450x4 50 450x4 50 450 x4 50 P re fab balkb o dem 450 x3 00 450x4 50 450x4 50 450x4 50 P re fab balkb o dem 450 x1 50 450x4 50 ø 139 ,7 x 6 ,3 B D -6 .4 ø 139 ,7 x 6 ,3 1 0 4775 5285 115 5 1 9 5 8 4 4 835 8 0 4485 1155285 47751 0 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 5 7 3 3 482 30 0 5 4 5 6 1 1 5 7 3 3 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 0 5 9 4 0 5 4 0 5 9 4 450 x4 50 B 50 450 x4 50 B ´ BD -6 .1 5 0 450x4 50 450 x4 50 450x4 50 450 x4 50 C B D -6 .2 450 x4 50 + 2375 0 d = 450 S tr e km etaal Str e km etaal 260 22880 26 0 Str e km etaal + 2375 0 d = 450 Str e km etaal 1 0 4775 5285 1152105 0 450 x4 50 D B D -6 .1 450 x4 50 450 x4 50 B D -6 .2 E 5 0 1040 50 450x4 50 450 x4 50 E ´ 50 2100 50 5 0 50 50 2100 50 450 x4 50 450 x4 50 F F' +2375 0 d = 450 1 0 ø139 ,7 x 6 ,3 F " 0 5 4 x 0 5 4 3 , 6 x 7 , 9 3 1 ø Pre fab balkb o dem 450 x1 50 G 450 1165 185 5 4 ´ 3 3 2 1 0 5 0 5 0 5 4 5 7 3 3 250 5150 250 5150 250 5150 482 30 9 8 ´ 7 7 6 ' 5 250 5150 250 5150 250 0 5 4 5 6 1 1 5 7 3 3 0 5 4 0 5 0 5 P re fab balkb o dem 450 x1 50 F " 450 x4 50 ø139 ,7 x 6 ,3 4775 52851 0 10 10 10 B D -6 .1 0 10 + 2380 0 d = 150 p re fa b 10 10 10 + 2375 0 d = 450 10 10 B D -6 .7 5285 4775 ø139 ,7 x 6 ,3 1 0 F ' 450 x4 50 450 x4 50 5 0 210 115 5285 4775 450x4 50 1 0 324 00 5400 2700 2700 5400 5400 2700 2700 5400 185 450 1165 3375 P re fab ba lk bodem 450x 150 450 4950 450 4950 P re fab ba lk bodem 450x 150 320 30 450 185 4950 450 4950 P re fab ba lk bodem 450x 150 450 3375 1165 450 50 1540 5 0 5 0 1100 5 0 705 2295 405 2595 105 2895 2505 495 8 0 1825 1175 1525 1475 1225 1775 2150 2650 600 B D -6 .9 5 0 5 0 50 B D -6 .8 4490 250 B D -6 .1 1 B D -6 .3 5 0 1840 250 2400 0 6 2 0 5 2 210 80 5 0 5 0 260 B D -6 .6 5 0 4490 250 B D -6 .8 5 0 5 0 5 0 B D -6 .9 5 0 1100 5 0 705 2295 405 2595 105 2895 2505 495 8 0 1825 1175 1525 1475 1225 1775 P re fab ba lk bodem 450x 150 P re fab ba lk bodem 450x 150 P re fab ba lk bodem 450x 150 18 s trip pe n h .o .h . 4 00 mm . 18 s trip pe n h .o.h . 400m m. 10 s trip pe n h .o .h . 4 00 mm . 8 s tr ippen h .o .h . 400m m. 8 s tr ippen h .o .h . 400m m. 8 s tr ippen h .o .h . 4 00 mm . 8 s tr ippen h .o .h . 4 00 mm . 1450 1 450 1450 1 450 2900 1 35 2 900 1450 1 450 1450 1 450 2900 1 35 2 900 1450 1450 2900 1450 1450 2900 1450 1450 2900 3400 3400 1800 1800 3400 3400 2860 2860 Ook dit aandachtspunt is bekeken. De strip en de boutkoppen worden beschermd door het aanbrengen van een brandwe- rende coating. Deze coating zorgt dat de temperatuur in het staal tijdens brand beperkt blijft tot 450 °C. Daarbij is de krachtsafname slechts zo'n 10%. Bij brand kunnen de belas- tingsfactoren op 1 worden gesteld. Dat geeft een reductie in de kracht van circa 30%.   De vereiste brandwerendheid voor dit gebouw is 60 minuten. De brandwerendheid van dit type ankers is gedeeltelijk getest door Hilti bij 90 minuten brandwerendheid. Bij dit soort ankers is de treksterkte van het beton maatgevend. Voor die treks- terkte geldt een maximale temperatuur van 500 °C. Daarboven kan daar niet meer op worden gerekend. Door een vergelijking te maken tussen het deel van de conus dat beneden de 500 °C-grens blijft bij 90 minuten (getest) en bij 60 minuten (niet getest), kan een redelijke schatting worden gemaakt van de opneembare kracht bij de toegepaste ankers in brandsituatie. De vervorming van de bout (lineair-elastisch) is volgens gege- vens van Hilti circa 1,85 mm bij een kracht van 25 kN. Verschil in vervorming van 0,1 mm komt dus overeen met een krachts- verschil van (0,1 / 1,85) ? 25 = 1,35 kN, ofwel 5%. Verspreid over de twee uiterste bouten, komt dat neer op 2,5% per bout. Dit is te verwaarlozen. Bovendien heeft dit soort bouten ook nog een plastisch traject na het bereiken van de uiterst opneembare kracht. Voorwaarde voor deze werking is wel dat alle ankers ? door middel van opvullen van de boutgaten in het staal met mortel ? alle tegelijkertijd kunnen worden belast.   Brandwerendheid Bij brand moet ervan worden uitgegaan dat de platen ter plaatse van de plaatnaden gedelamineerd zijn. Ofwel dat de breedplaatschil hier niet meer heel erg vastzit aan de bovenlig- gende druklaag, zodat de ingestorte koppelwapening niet meer kan functioneren. Dan moet de aangebrachte versterking op zichzelf voldoende sterk zijn en daartoe worden beschermd tegen brand. 12 13 Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw1 2019 46 14 Concrete pryout failure bij een effectieve diepte van 50 mm (a) en van 65 mm (b), temperaturen volgens R90 15 Concrete pryout failure bij een effectieve diepte van 50 mm, temperaturen volgens R60   O = ? r ?(r 2 + h 2) = ? ? 72,5 ? ?(72,5 2 + 40 2) = 18.860 mm 2   Gezien de verhouding van de oppervlakken zou de uittrek- waarde F bij een effectieve verankeringslengte van 50 mm (fig. 15) dan zijn:   F = (7277 / 18.860) ? 20,8 = 8,0 kN. De test van Hilti geeft hier - voor 8,9 kN. Dus de vergelijking met de oppervlakken van de kegel gaat redelijk goed.   In figuur 15 zijn de temperaturen gegeven die horen bij een brand na 60 minuten. Ook daar kan een conus worden genomen waar de temperatuur lager is dan 500 °C. Het oppervlak daarvan is: O = ? r ?(r 2 + h 2) = ? ? 67,5 ? ?(67,5 2 + 35 2) = 16.123 mm 2   Dit geeft dan in vergelijking met de conus bij 90 minuten:   F = (16.123 / 18.860) ? 20,8 = 17,8 kN   Deze waarde geldt voor C20/25. Toegepast is C35/40. Verme- nigvuldiging met de verhouding voor de treksterkten geeft dan F = (2,2 / 1,5) ? 17,8 = 26,1 kN. Dit is veel hoger dan de beno- digde 15,25 kN. Dus kan worden geconcludeerd dat de ankers ook voldoen in de brandsituatie.     Uitvoering De uitvoering van het herstel is voorspoedig verlopen. Er zijn circa 5000 ankers ingeboord (foto 17). De wapening in de breedplaat was goed op de tekeningen aangegeven en in de praktijk bleek dit ook redelijk te kloppen. Slechts een klein percentage van de bouten kon niet worden geboord. Ook zijn er altijd plaatsen waar dingen in de weg zitten. Op die plekken zijn in overleg tussen RHDHV en de uitvoerende partijen aanvullende werkzaamheden uitgevoerd.   Door de uitvoerende partijen zijn methoden bedacht om zonder uitzonderlijke inspanningen veel gaten boven het hoofd te boren. Voor het veilig aanbrengen van het aandraaimoment behorend bij het type anker is ook gebruikgemaakt van een automatische momentsleutel (foto 17). Met dit nieuwe gereed- schap SI-AT-A22 van Hilti worden alle ankers met het juiste aandraaimoment gemonteerd door het scannen van een barcode op de doos van de betreffende ankers. Tegelijkertijd wordt een registratie gemaakt van alle aangebrachte aandraai- momenten die vervolgens in rapportages kunnen worden verwerkt. De snelheid en veiligheid van het plaatsen van de ankers werd hierdoor aanzienlijk vergroot. Dit is toegelicht in figuur 15 en 16. De in de figuren gestippelde temperatuurlijnen zijn ontleend aan NEN-EN 1992-1-2. De sterkte van de conus kan worden benaderd door het oppervlak van de conus waar de temperatuur lager is dan 500 °C. Bij een effectieve diepte van 50 mm is dat oppervlak (fig. 15):   O = ? r ?(r 2 + h 2) = ? ? 45 ? ?(45 2 + 25 2) = 7277 mm 2   Volgens de test van Hilti is de uittrekwaarde F van een anker met een effectieve verankeringslengte van 65 mm F = 20,8 kN. Bij die lengte is het oppervlak van de conus waar de tempera- tuur lager is dan 500 °C (fig. 15): 1 5 15 15 20 1 45 250? C 700? C 900? C 4 0 900? C (R90) 20 30 2 00 . 230? C 500? C 900? C (K60) 35 Fmax 350? C 500? C I II III IV 15 15 20 20 250? C 950? C (R90) 2 5 Fmax=8,9 kN 350? C 500? C I II III 9 0 128 14 15a 15b thema Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw 1 2019 47 Tot slot Het Polak-gebouw was het eerste gebouw dat moest worden hersteld na buitengebruikstelling. Er was een grote urgentie het gebouw weer veilig te maken. Er is daarom gekozen voor een techniek die met behulp van bestaande rekenregels en technie- ken tot het gewenste resultaat zou leiden. Het herstel bleek in de praktijk goed uitvoerbaar. Het is natuurlijk niet uitgesloten dat goedkopere of handigere methoden voor versterking kunnen worden ontwikkeld. Die moeten dan wel deugdelijk worden onderbouwd. Waarschijnlijk zijn daar laboratoriumtes- ten voor noodzakelijk. ?     ? PROJECTGEGEVENS gebouweigenaar Erasmus Universiteit Rotterdam (EUR) ontwerpend constructeur VO Van Rossum Raadgevende Ingenieurs opdrachtnemer (D&C) SMT Bouw & Vastgoed coördinerend constructeur uitvoeringsfase Ingenieursbureau A. Palte leverancier bollenplaatvloeren BubbleDeck engineering vloeren Ingenieursbureau Isometric beoordeling vloeren en versterkingsmethode Royal HaskoningDHV leverancier ankers Hilti Nederland 16 Een deel van een vloer dat gereed is 17 Gecontroleerd aanbrengen van het juiste voorspan moment van de ankers 16 17 Verbetering bollenvloeren Polak-gebouw1 2019