gebouw. Verder moet nog een veiligheidsfactor worden gehanteerd. Als
voorbeeld: het Forum gebouw op de markt van de stad Groningen ligt op een plaats waar de verwachte piekgrondversnelling gelijk is aan 0,08g, maar de rekenkundige belasting, inclusief deze factoren, waarop het gebouw zou moeten zijn ontworpen, was 0,22g (dus ruim boven de maatgevende windbelasting).
3. NPR 9998: de huidige stand van ontwikkeling
Na de uitgave van de NPR 9998 in december 2015 is het nodige veranderd. Dat betreft onder meer de rol van de samenstelling van de bodem, die van plaats tot plaats verschillend is. De bevingen ontstaan vanuit de diepere ondergrond (3 km diep) en planten zich voort naar het maaiveldniveau. De samenstelling van de ondiepe ondergrond heeft een grote invloed op de piekgrondversnelling die aan het maaiveldniveau wordt doorgegeven. Op de meeste locaties leidt dit tot een reductie van de pga-waarden, die aanzienlijk kan zijn. Bovendien is nu in heel Groningen de opbouw van de bodem bekend en kan dus op elke locatie de seismische belasting specifiek worden vastgesteld. Waar de kaart in de
decemberversie van de NPR was gebaseerd op de conservatieve aanname van elastisch grondgedrag en waar de meest ongunstige piekgrond versnelling van toepassing was verklaard voor heel Groningen (dus een zeer conservatieve benadering), wordt nu met niet-lineair grondgedrag gerekend (veel
realistischer) en kan de belasting op elke locatie afzonderlijk worden bepaald.
In het kader van de groene versie van de NPR 2017, die momenteel in de afrondingsfase is, kan de seismische belasting, voor elke locatie in de provincie Groningen, via een website worden afgelezen. De maximale
piekgrondversnelling (in Loppersum) is gedaald van 0,32g naar 0,23g.
Een evaluatie door Zonneveld Ingenieurs toonde aan dat voor diverse soorten woningen de ontwerpbelasting, bepaald volgens de huidige groene versie van de NPR, 24% (stad Groningen) tot 47 % (Loppersum) lager uitkomt dan volgens de NPR 2015.
Een niet onbelangrijk aspect in de NPR 2017 is dat is aangegeven dat beneden een piekgrond versnelling van 0,05g (bij een herhalingstijd van 475 jaar), geen beoordeling op aardbevingsbelastingen hoeft plaats te vinden. Dit is een tamelijk voorzichtige aanpak indien men deze vergelijkt met de eerder genoemde waarde van 0,1g. Overigens is de waarde 0,05g dezelfde als die genoemd in de Eurocode 8.
Beoogd wordt de huidige groene versie van de NPR te verbeteren en uiteindelijk eind 2018 een nieuwe witte versie te produceren.
35
4. Rekenmethoden, opgenomen in de NPR
De NPR onderscheidt een aantal rekenmethoden, die gebruikt kunnen worden voor het ontwerpen en analyseren van constructies, belast door een aardbeving.
Hiervoor gelden een aantal randvoorwaarden. In het hier volgende overzicht neemt de complexiteit van de methoden van a naar d toe:
a. De zijdelingse belastingmethode
Dit is de eenvoudigste methode. De aardbeving wordt “vertaald” naar een aantal horizontale krachten die zijdelings op de constructie werken. Deze krachten grijpen daar aan waar zich in de constructie de meeste massa bevindt, in het algemeen op het niveau van de vloeren in het gebouw. De constructie wordt doorgerekend op basis van lineaire elasticiteit. De zijdelingse
belastingmethode kan worden gebruik voor constructies met een regelmatige plattegrond en een regelmatige opbouw over de hoogte.
b. De spectrale modale responsberekening
Ook hierbij wordt uitgegaan van elastisch gedrag. De seismische belasting wordt bepaald door de verschillende trillingen met eigen trillingstijd, die in de constructie optreden, bij elkaar op te tellen. De methode is speciaal geschikt voor constructies met een regelmatige plattegrond en onregelmatige opbouw over de hoogte. Hiervoor zijn rekenprogramma’s noodzakelijk.
c. De push-over analyse
Deze methode gaat een stap verder dan de vorige twee methoden. Zij is gebaseerd op niet-lineair materiaalgedrag. Dat wil zeggen dat er rekening mee wordt gehouden dat scheuren in metselwerk of beton, en vloeien van eventueel wapeningsstaal, een invloed hebben op de krachtswerking in de constructie. In de berekening wordt de constructie “omgeduwd” door een opgelegde
zijdelingse vervorming. Dit is een statisch proces, maar geeft wel veel
informatie over het gedrag van de constructie onder een zijdelingse seismische belasting. Het is feitelijk de eerste belastingcyclus bij een aardbeving: hierbij treedt verreweg de meeste schade aan de constructie op. Door de opvolgende belastingcycli wordt de schade aan de constructie steeds in kleine stapjes groter. Voor de provincie Groningen, waar de tijdsduur van de aardbeving kort is (enkele seconden, waar bij tektonische aardbevingen eerder aan tientallen seconden dan wel minuten moet worden gedacht), is deze methode dus heel geschikt.
d. De niet-lineaire numerieke tijdsdomein analyse
Hiervoor is de beschikbaarheid van een niet-lineair eindige elementen-programma vereist, dat in staat is dynamisch constructiegedrag te simuleren.
Het programma is, in principe, in staat om het gedrag onder een aardbeving, inclusief de in elke belastingcyclus toenemende beschadiging, stap voor stap te volgen. Voor dit soort analyses wordt (internationaal) gesteld dat de constructie in de twee hoofdrichtingen moet worden doorgerekend onder 11 verschillende versnellingstijdreeksen, die een realistische aardbeving simuleren. Deze rekenprocedures zijn zeer tijdsintensief en kostbaar. Bovendien is het voor de betrouwbaarheid van de uitkomsten gewenst dat de programma’s zijn
36
gekalibreerd op de resultaten van schudtafeltests bepaald voor constructies met voldoende overeenkomst met de te analyseren constructie.
Van de genoemde rekenmethoden zijn de eerste twee(a en b) geschikt voor het ontwerpen van nieuwe constructies.De methode genoemd onder a is geschikt voor nieuwbouw van woningen en appartementencomplexen en is eenvoudig toe te passen. Een constructeur die in staat is een constructie onder een windbelasting te dimensioneren kan dit ook voor een aardbeving. Het
voorbehoud dat soms wordt gemaakt omtrent het veronderstellen van elastisch gedrag is niet terecht, omdat krachtsverdeling in vrijwel elke nieuwe
constructie op basis van lineaire elasticiteit wordt bepaald. Bovendien kan het effect van scheurvorming en demping door een reductiefactor, de zogenaamde q-factor, voor elke type huis in rekening worden gebracht. Hiertoe geeft de NPR waarden.
De methode b is geschikt voor het analyseren van constructies waar meer trillingsvormen kunnen worden verwacht (bij meer onregelmatigheid in opbouw). Deze komen voor in sommige constructies uit de U-bouw. Ook deze analyses kunnen in betrekkelijk korte tijd en tegen beperkte kosten worden uitgevoerd.
De methoden c en d zijn in principe geschikt voor het bepalen van de
seismische weerstand van bestaande constructies (hoewel c ook bij nieuwbouw zijn diensten kan bewijzen als meer inzicht in het gedrag wordt gewenst).
Er zijn voor methode c diverse rekenprogramma’s beschikbaar. De NPR2017 geeft in Bijlage G de basis voor toepassing van deze methode. Hier wordt onder meer gefocussed op de SLAMA-methode (Simple Lateral Mechanism Analysis), die in Nieuw Zeeland veel wordt gebruikt. Momenteel wordt door Prof. Calvi deze methode speciaal toegespitst op diverse typen veel
voorkomende huizen in de provincie Groningen. Hierdoor kunnen groepen bouwwerken van hetzelfde type snel worden geanalyseerd op de noodzaak te versterken.
De methode d is uitermate tijdverslindend en zeer kostbaar. Deze methode geeft, indien met voldoende kennis en vaardigheid toegepast en voldoende geverifieerd aan schudtafeltests, het meeste inzicht in het gedrag van de constructie. De methode zou moeten worden voorbehouden voor bijzondere gevallen en problemen.
Veel adviesbureaus werken echter met deze programma’s, in gevallen waarbij dit strikt genomen niet noodzakelijk is. Met de eenvoudigere methode c wordt ook voldoende inzicht verkregen. Bovendien staan de kosten die gepaard gaan met de methode d in geen enkele verhouding meer tot de kosten van
versterking, die vaak op grond van deze analyses worden uitgevoerd.
Bovendien is de analyse altijd een controle achteraf. Een analyse van een slecht ontworpen constructie leidt niet altijd tot de beste (“no regret”)
versterkingsmaatregelen. Veel constructies kunnen met eenvoudige standaard maatregelen al een veel betere seismische weerstand krijgen. Hierbij moet gedacht worden aan de koppeling van vloeren aan wanden, het aanbrengen van trekbanden, en het effectief koppelen van spouwbladen.
37
De gevraagde reflectie heeft betrekking op nieuwbouwprojecten. Hiervoor bestaan eenvoudige en doelgerichte methoden die niet met buitenissige kosten gepaard gaan. Bovendien kan de seismische belasting eenvoudig worden vastgesteld. De wel eens verkondigde opmerking dat “De NPR 9998 het grootste probleem is en zelfs voor civiel ingenieurs nauwelijks werkbaar is” is dus niet terecht. Bovendien is de NPR tot stand gekomen op basis van
neutraliteit wat voor veel ontwikkelingen in de Groninger regio niet geldt.