Houtafmetingen constructief: Bouwkundig detailleren

Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:

Houtafmetingen constructief.

Voor de volgende onderwerpen ga naar:

natuurkundige eigenschappen; "betreffend onderwerp" behorende bij het onderdeel "Materialisering - materialen - hout".
mechanische eigenschappen;
tabel met maximale balkafstand woonhuisvloeren en (platte) daken;

profielgegevens balklagen (weerstands- en traagheidsmomenten);

Mechanische eigenschappen:

bron leidraad tekst: "Bouwstoffen HTO" (Ploos van Amstel 1973)

Treksterkte:

Omdat hout geen homogeen materiaal is, ligt het voor de hand dat de treksterkte verband houdt met de richting van de trekspanning t.o.v. de vezelrichting.
Uit beproevingen is gebleken dat de treksterkte in de vezelrichting ongeveer 40 maal zo groot is als in de richting loodrecht hierop.
De toelaatbare trekspanning ligt doorgaans bij 1/10 van de treksterkte, zodat ongelijk-slachtigheden in structuur tot op zekere hoogte geen catastrofale gevolgen behoeven te hebben.
Bij hogere toelaatbare spanningen zullen we terdege met structuurfouten , etc. rekening moeten houden. Dit gebeurt volgens de in de normen ( zoals "Kwaliteitseisen voor visueel gesorteerd naaldhout voor constructieve toepassingen" (NEN 5499:2007 nl), etc.) beschreven sterktesortering.

Voor de toelaatbare trekspanning, evenwijdig aan de vezelrichting van de belangrijkste houtsoorten, wordt verwezen naar de TGB-Hout (situatie 2010 - NEN 6760 versie 2008).
Trekspanningen loodrecht op de vezelrichting komen in de bouwpraktijk normaliter niet voor.

Splijtsterkte:

Een grote splijtsterkte is gunstig voor de draagkracht van draadnagels en bouten.

De splijtsterktewordt opgegeven in N/mm breedte van het splijtvlak. De lengte van het splijtvlak heeft namelijk géén invloed op de grootte van de kracht, die nodig is om het splijten op gang te brengen.

Druksterkte:

Bij de weerstand tegen indrukking speelt de richting van de spanning ten opzichte van de vezelrichting een belangrijke rol.

Druk loodrecht op de vezelrichting geeft bij lage spanning al een belangrijke vormverandering. De houtcellen worden dan plat gedrukt.

Van een typische druksterkte, d.w.z. een drukspanning, waarbij het hout bezwijkt is hier geen sprake. Ten gevolge van de samendrukking zal er een verdichting en daarmee een verhoging van de druksterkte optreden. De grens tot waar men de spanning wil toelaten, hangt dus af van de mate van vervorming, die men aanvaardbaar acht. Druk evenwijdig aan de vezelrichting geeft bij lagere spanningen een geringe vormverandering. Door de vezelachtige structuur van de celwand is deze in de lengterichting van de cel al in staat om een grotere spanning op te nemen.
Bij hogere spanning ontstaat een verbreking van de aanhechting der vezels met, in tegenstelling tot de druk loodrecht op de vezelrichting, breuk. De TGB-Hout geeft voor de belangrijkste houtsoorten de toelaatbare drukspanningen in de hier beschreven hoofdrichtingen. Bij een belasting die een zekere hoek met de vezelrichting maakt, kan tussen deze uiterste waarden rechtlijnig worden geïnterpoleerd.

Buigsterkte:

Hout behoort tot de anisotrope materialen.
Een materiaal is anisotroop als het niet in alle richtingen dezelfde eigenschappen, zoals sterkte, hardheid, uitzetting, etc. vertoont.

We zouden nu kunnen verwachten dat van hout de buigsterkte in de buurt van de druksterkte ligt, omdat deze laatste immers het laagst is.
Het blijkt echter in buigproeven dat vrijwel alle buigproefstukken (lange balkjes) bij overschrijding van de treksterkte breken.

In het bovenste deel van het balkje, waar de belasting P drukt, wordt de druksterkte weliswaar het eerst overschreden, maar er gebeurt dan nog niets. Pas als de belasting P zó hoog oploopt, dat aan de onderzijde van het balkje, onder P, de vezels breken, gaat de balk kapot en is de buigsterkte bereikt.

Tussen deze spanningen in, in het midden van de balk, is een neutraal gebied (de z.g. neutrale lijn), waarin geen spanning heerst!

buigsterkte

Bij een isotroop zal de balk bezwijken als de treksterkte of de druksterkte wordt overschreden, omdat deze voor een dergelijk materiaal gelijk zijn. De neutrale lijn ligt dan in het midden.
Het vervelende nu is, dat hout anisotroop is. De treksterkte is soms wel tweemaal zo groot als de druksterkte. Daarom gaat in de praktijk een houten balk kapot als de vezels onderin de balk breken.
De buigsterkte zal dus in de buurt van de treksterkte moeten liggen.

De neutrale lijn ligt dus niet in het midden van de balkhoogte, maar eronder.
(noot! Bij berekeningen houdt men hiermee geen rekening.)

Naast een inzicht in de buigsterkte, geeft een proefbelasting op buiging ook een inzicht in de taaiheid van het hout.
Taaie houtsoorten, die veel vormveranderingsarbeid kunnen opnemen, vertonen een splinterige, vezelige breuk, broze soorten een 'korte' breuk.

Bij verhoging van het vochtgehalte neemt de druksterkte meer af dan de treksterkte.

Afschuifsterkte:

Schuifspanningen treden zelfstandig en ook als nevenspanningen bij buiging op.

De kleinste afschuifsterkte vindt men in een vlak evenwijdig aan de vezelrichting. Ook hierbij onderscheiden wij afschuiving in het radiale en in het tangentiale vlak. De stralen verhogen de afschuifsterkte in het tangentiale vlak, want bij bezwijking moeten deze doorgesneden worden.

hout splijten

Hardheid:

De hardheid van een houtsoort is van belang om een indruk te krijgen van het gemak waarmee deze bewerkt kan worden.
Naast de hardheid spelen andere eigenschappen als taaiheid en splijtbaarheid een rol.

Splijtbaarheid wordt altijd in de vezelrichting beschouwd en is niet afhankelijk van de hardhout.
Gekloofd hout (kloven = splijten) buigt makkelijker dan gezaagd hout

Elasticiteitsmodulus:

Hout is geen volkomen elastisch materiaal. Reeds na lage spanningen treden vormveranderingen op, die na ontlasting pas na langere tijd verdwijnen.

De E(lasticiteitsmodulus) van een materiaal geeft de stijfheid ervan aan. Hoe hoger het getal E, hoe stijver het materiaal.
Voor hout ligt dit afhankelijk van de houtsoort en het vochtgehalte, tussen ongeveer 8 000 en 15 000 N/mm2.

Zie figuur.

Als de lijn gaat afbuigen, verlaat het materiaal het elastisch gebied. In dit gebied komt een materiaal na onlasten nog terug in zijn oorspronkelijke nulstand. Een eventueel ontstane verlenging wordt dan weer teniet gedaan.

Na het elastisch gebied volgt het plastisch gebied.
Als een materiaal eenmaal in dit gebied is aangeland, komt het na ontlasting niet meer in zijn oorspronkelijke toestand terug. De oorspronkelijke vorm neemt het dan niet meer aan, het materiaal vervormt.

De vormverandering neemt extra toe als de belasting constant wordt gehouden.

De tijdsduur gedurende welke de spanning heeft geheerst, beïnvloedt ook de mate van herstel.

Maximale balkafstand woonhuisvloeren en (platte) daken:

bron tabellen: Jellema - bouwkunde 3 (1973)
en houtskeletbouw CLS tabellen (ca 1990 ?)

Maximale balkafstand woonhuisvloeren:

Voor eenvoudige balklagen met een veel voorkomende belasting, kan de zwaarte van de balklaag eenvoudig worden bepaald aan de hand van de TGH waaruit de tabellen 3.3 t/m 3.4 voorbeelden vormen.

tabellen