Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:
constructieve vormgeving.
Voor de volgende aantekeningen HTS 1976 vak: konstruktieve vormgeving ga naar:
spantvorming met V-vormige stijlen;
ondersteuningsconstructie van het overkragingsprincipe;
spantvorming met drie-dimensionaal vormige onderdelen;
vork-vormige ondersteuningsconstructies;
Y-vormige ondersteuningsconstructies (1);
Y-vormige ondersteuningsconstructies (2);
tribune overkappingen (1);
tribune overkappingen (2);
tribune overkappingen met uitkragingen;
uitkragingen;
gevouwen overspanningsconstructies;
schaalconstructies algemeen;
cilinderschalen;
bolschalen;
hypparschalen;
konoïden;
hangschalen;
ruimtevakwerken;
de maakbaarheid van blobs (artikel uit: stedebouw & architectuur)
(bovenstaande uitkragingen zijn fragment van overkapping op de Hart van Brabantlaan te Tilburg)
Spantvorming met V-vormige stijlen:
Zware twee-scharnierspanten met een geringe inklemming bij de voet en een holle vorm om alle leidingen onzichtbaar te kunnen afvoeren.Een zware langsbalk maakt het mogelijk om de spanten om de twee traversen te plaatsen.
Unité d'Habitation, Marseille (architect: Le Corbusier, Wogensky)
Ondersteuningsconstructie van het overkragingsprincipe:
Afvoeren van de verticale lasten van de scheidingswanden door afwisselende kraag systeemvormen. Voor de zijdelingse krachten vormen de naar binnen en naar buiten kragende ondersteuningen in combinatie met de vloerplaat (en langsligger) een ruimtelijke stabiele constructie.
Unité d'Habitation, Berlijn, 1958 (architect: Le Corbusier)
Spantvorming met drie-dimensionaal vormige onderdelen:
Drie-dimensionale twee-scharnierspant constructie waarbij de vorm duidelijk aansluit bij de momentvormings en stabiliteitseisen in dwars- en langsrichting.
Hoogbouw Unesco complex, Parijs, 1956 (architect: Zehrfuss constructie: Nervi)
Vork-vormige ondersteuningsconstructies:
Onderteuning met inklemming in de fundering en een scharnierverbinding bij de puntvormige beëindiging van de vorksteun. De brede oplegging loodrecht op het gevelvlak geeft de mogelijkheid tot overbrengen van de dwarsstabiliteit.
flatgebouw Hansa-Viertel Berlijn, 1957 (architect: Oscar Niemeyer)
Y-vormige ondersteuningsconstructies (1):
Het verticale deel van de Y-vormige ondersteuning is momentvast aan de fundering verbonden, in combinatie met de kraanbaanligger ontstaat een langsstabiliteit.Door de koppeling van de smalle delen van de Y-vorm ontstaan driehoeken, welke vaste punten creéren voor de vormvastheid van de gevouwen dakconstructie.
electriciteitscentrale Birsfelden Zwitserland, 1953 (architect: Hofmann)
Y-vormige ondersteuningsconstructies (2):
De schuin gerichte krachten van de dakconstructie, welke bestaat uit elkaar kruisende ribben met een schaal van 25 mm dikte, worden door de Y-vormige ondersteuningen naar een ringbalk in de funderingsconstructie afgevoerd.De verticale poot heeft alleen een montage functie.
Door de koppeling van de schuine delen (aan dakzijde) wordt een reeks vormvaste punten tot stand gebracht die de stabiliteit tegen rotatie verzekeren.
(de funderingsringbalk neemt de rotatiekrachten op) (zie voor variant
)
Palazetto della Sport Rome, 1958 (architect: Vitellozzi constructie: Nervi)
Tribune overkappingen (1)
Het grote hoekmoment is materiaal economisch zodanig opgelost dat er een soort vakwerk ontstaat.De schuine steunconstructie is benut voor de helling van de zitplaatsen.
tribune Stadion Florance (constructie: Nervi)
Tribune overkappingen (2)
Spantvorm waarbij overkappingsconstructie en hellingsconstructie in één geheel zijn gevormd.
Stadion Universiteit Caracus Venezuela, 1945 (architect: Villanueva)
Tribune overkappingen met uitkragingen:
V-vormige ondersteuning met uitkragende delen, waarbij evenwicht ontstaat door een pendel aan de achterzijde.
Stade Municipal, Rabat Marokko (architect: Foccioli, Chemineau
Uitkragingen:
Ontwikkeling van een overkragingsconstructie n.a.v. de bestudering van de momentenlijn.De toename van het moment in de steunconstructie ontstaat door de toename van het knikmoment.
De top van de steunconstructie kan namelijk uitwijken.
zie voor uitgangspunten de destijds gemaakte aantekeningen
Gevouwen overspanningsconstructies:
Gevouwen overspanningsconstructie waarbij de eindschotten in de gevel gevormd worden door een stijve driehoek.
Toepassing van een vorkvormig eindschot welke in het midden wordt ondersteund.
Ontwerp voor een tribune-overkapping waarbij de vormvaste ondersteuningsconstructie schotten (zoals hierboven) overbodig zijn.
De dakconstructie wordt in evenwicht gehouden door pendelstijlen die een koppelbalk ondersteunen.
voorbeeld:
sport-arena Pavia Italië
gewelfvorming waarbij een verstijving wordt verkregen door het in elkaar schuiven van gevouwen konische vormen.
Een horizontaal lopende betonnen muurstrook fixeert de eindvouwen.
voorbeeld:
Mc Gregor Memorial Conference Center Detroit USA
Voorbeeld waarbij het detail binnen en buiten voorkomt uit de vormgeving van de gevouwen overspanningsconstructie.
voorbeeld:
Sears Tampa Store, Tampa Florida USA, 1954
Verhoging van de draagkracht van de gevouwen overspanningsconstructie door concentratie van materiaal ter plaatse van de vouwen d.m.v. het tussenvoegen van horizontale stroken.
Schaalconstructies algemeen:
Schaalconstructies zijn wat materiaalverbruik betreedt zeer economisch.
Het materiaal "draagt" in twee onderlinge loodrechte richtingen X en Y (membraanspanningstoestand) en ten gevolge van het gekromde oppervlak wordt de gelijkmatige belasting hoofdzakelijk via de normaal- en schuifspanningen afgevoerd.
Een vlakke plaat aan vier zijden opgelegd draagt ook in twee richtingen X en Y, maar op een elementje van deze plaat werken ook buigende momenten en dus buigspanningen, waardoor de gelijkmatige belasting op andere wijze wordt afgevoerd en derhalve geen sprake is van een schaalconstructie.
Een schaal verdraagt in het algemeen puntlasten (zoals grote geconcentreerde oplegreacies) slecht, maar verdraagt grote gelijkmatige belastingen zeer goed.
Bij een boogconstructie wordt de gelijkmatige belasting via de normaalkrachten afgevoerd, doch in tegenstelling tot een schaalelementje "draagt" het boogelementje in de x-richting niet.
Doordat de boog slechts in één richting "draagt" kan een een booggedeelte uit de constructie genomen worden zonder dat dit de rest beïnvloedt (linker figuur). Bij een schaal (rechter figuur) kan dit niet:
Cilinderschalen:
Schaalconstructies waarin delen van één of meer cilinders gebruikt zijn.
voorbeelden:
tentoonstellingspaviljoen Zurich, 1939
autobus-station Columbia 1954
klooster kerk St.Louis U.S.A., 1958
Ontwerp van auditorium
De "snijranden", nodig om uit de basisvorm een praktisch bruikbaar deel over te houden, veroorzaken constructief zwakke zónes die d.m.v. randbalken moeten worden versterkt.
Ook de kopeinden zijn "snijranden" en hebben dus eveneens een randversterking nodig om de schaal in de juiste vorm te houden.
Indien geen stabiele (plaatsvaste) randbalken dan is er sprake van een boog en zijn er trekstangen nodig.
Door het aaneenschakelen van schalen kan de hoogte h van de randversterking kleiner worden dan bij een enkele schaal.
Door de schaal sterker te krommen kan men zelfs de randbalk grotendeels laten vervallen: de "vouw" werkt dan als randbalk.
Bij lange cilinderschalen (lengte > 2 x breedte) kunnen in de top van de schalen, binnen bepaalde marges, lichtopeningen gemaakt worden.
De hoofdwapening van een gewapend betonnen cilinderschaal verloopt n.l identiek als die bij een gewapend betonbalk. (onderstaande figuur links)
Bij een korte cilinderschaal (lengte < 2 x breedte)komt het bovengenoemde "balk"-effect van de lange schaal niet zo sterk tot zijn recht. (bovenstaande figuur rechts)
De korte schaal werkt daardoor meer als een boogconstructie.
Als de straal van de cilinderschaal te groot wordt kan er gevaar bestaan voor knik in het topgedeelte.
Verstijvingsribben zijn dan een eventuele oplossing.
Bolschalen:
Schaalconstructies waarin een boldeel gebruikt is.
voorbeelden
markthal Sidi bel Abbes Algerije
sporthal Porto Portugal
Palazetto della Sport Rome, 1958
In verband met hun vorm worden deze schalen minder toegepast dan de hierboven besproken cilinderschalen.
Bij belasting van een bolschaal ontstaat er een breukbeeld onder de neutrale lijn.
Als h = ca 1/6 l(engte) dan geeft de bolschaal bij een verticale gelijkmatig verdeelde belasting nagenoeg uitsluitend verticale belasting op de steunpunten.
Naarmate de bolschaal vlakker wordt, oefent zij daarnaast ook een steeds sterkere horizontale belasting uit, welke ook door de steunpunten moet worden opgenomen.
Bij zuivere halve koepels, zoals het Planitarium van Zeiss (1925), moesten derhalve de horizontale trekspanningen in het onderste deel van de schaal door wapening worden opgenomen.
De drukspanningen van het bovenste deel (ook wel kalot genoemd) worden via de meridianen zuiver verticaal afgedragen aan de ondersteunende oplegrand. (onderstaande figuren rechts)
Langs de schaalrand zijn ook hier randbalken nodig om de randstoringen te kunnen opnemen. Bij vlakke bolschalen kan voor de horizontale krachten een ringbalk worden toegepast.
I.p.v. door middel van een ringbalk kunnen de krachten ook worden opgenomen met speciale steunjukken.
(zie ook de hierboven beschreven Y-vormige ondersteuningsconstructies (2).)
Hypparschalen:
voorbeelden houten hyppar
informatiecentrum Brussel (schaal 60 mm dik)
voorbeelden betonnen hyppar
kerk te Coyoacan Mexico (schaal 40 mm dik)
restaurant te Xochimilco Mexico
voor de overkapping van het station in Tilburg zie tekstfragment bij
de maakbaarheid van blobs (artikel uit: stedebouw & architectuur)
Het woord hyppar is een afkorting van het wiskundige begrip: hyperbolische paraboloïde
Een hyppar is in feite niets anders dan een scheluw vlak.
Door de punten A en A' respectievelijk C en C' verder uit elkaar te brengen vergroot men de kromming van het schaaloppervlak.
De kromming verloopt in twee tegengestelde richtingen: n.l. "hol" en "bol". De hypparschalen zijn daardoor zeer stijf.
(het hoogteverschil bepaalt de stijfheid - bij een hoogte verschil kleiner dan 1/15 van de (trek)diagonaal kan de hyppar neiging tot knik vertonen)
Ondanks de schijnbaar ingewikkelde vorm is de bouw van hypparschalen zeer eenvoudig: het oppervlak kan namelijk gevormd worden door uitsluitend rechte lijnen.
Ook de krachtsoverdracht is bij deze schalen zeer eenvoudig. De schaal bestaat namelijk uit een stelsel drukparabolen (in de tekening gestippeld) en een stelsel trekparabolen.
De resultanten van deze druk- en trekkrachten vallen langs de rand van de schaal en worden zo afgevoerd.
Voor de randbalken is het constructief het gunstigst als deze evenveel boven als onder de schaal uitsteken.
Doet men dit niet, dan zijn de rndstoringen groter en zijn er dus zwaardere randbalken nodig.
De opleggingen A en B worden het zwaarst belast, in de punten C en D zijn de randbalkkrachten theoretisch 0.
Konoïden:
Bij konoïden wordt de vormvastheid van de boog bereikt door een (soort) vakwerk.Shedvormige dakconstructies behoren tot de mogelijkheden van deze konoïden.
Hangschalen:
De draagkabels zijn hier in het betonnen dak gestort. Het geheel werkt hierdoor als een omgekeerde korte schaal.
zwembad Wuppertal
vliegtuighal (constrctie en uitvoering fa. Dyckerhoff)
Meerzijdig gekromde hangschalen:
De draagkabels kruisen elkaar en zijn in dit voorbeeld gespannen tussen twee drukbogen.De a-symmetrische belasting wordt opgevangen door de stijlen van de glazen gevels.
arena in Raleigh, Noord Caralina, U.S.A. (1952 architect: Novicki en Deitrick)
Ruimtevakwerken:
Onder ruimtevakwerken worden verstaan ruimtelijke metalen draagconstructies opgebouwd uit staven en knopen op een zodanige wijze dat krachten in de staven door externe belastingen opgeroepen, ruimtelijk worden overgedragen tussen de staven.
ook ruimtevakwerken bij het onderdeel staalskelet
Bij niet permanente vakwerken (steigers etc.) vormen de klemverbindingen scharnierende aansluitingen die extra momenten in de buizen doen ontstaan welke door die buizen opgenomen moeten worden.
Door middel van speciale verbindingselementen, zoals het onderstaande bolvormig element met 18 schroefgaten, kunnen staven tot een ruimtevakwerk worden samengesteld zonder dat er momenten in de staven optreden.
Het systeem behorende bij dit element maakt gebruik van buizen met dezelfde staafdiameter en standaard lengtematen. Het systeem wordt veelal gebruikt voor semi-permanente bouwwerken zoals tijdelijke tentoonstellingshallen, etc.
Variant voorbeeld:
Vakwerkconstructie met een constructiehoogte van ruim 1 meter hoog samengesteld uit staven welke d.m.v. een gevouwen verbindingselement met schroefgaten zijn verbonden.
Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:
dd: 13-06-2016
| extra informatie behorende bij: | Y-vormige ondersteuningsconstructies: |
|
Y-vormige ondersteuningsconstructies (2) - variant:
| extra informatie behorende bij: | Uitkragingen: |
|
destijds gemaakte aantekeningen:
| extra informatie behorende bij: | De maakbaarheid van blobs: |
|
Dubbel gekromde gevels of de maakbaarheid van blobs:
(Blob staat voor Binairy Large Object en betekent in architectentaal druppelvormig groot gebouw.)
Bushalte bij Spaarne Ziekenhuis Hoofddorp: (http://www.nio.nl)
Voorzijde Station Tilburg (vernieuwingsfase juli 2016)
Fragment omschrijving overkapping waardestellende quickscan Station Tilburg.
(bron www.tilburgspoorzone.nl/)
afbeelding overzicht van de hypparschalen (bron: Bouw, 19 (1964)
Het dak heeft een omvang van circa 46 bij 147 meter en is samengesteld uit twaalf hypparschalen.
Een hypparschaal – samentrekking van hyperbolische paraboloïde - is een gewelfvorm
met een tegengestelde kromming op vierkant grondplan, waarbij de twee diagonaal tegenover elkaar gelegen hoekpunten even hoog liggen.
In tegenstelling tot de gebruikelijke gebogen kapvorm biedt een hypparschaal de mogelijkheid om het zicht naar buiten te openen.
De schalen meten elk 21 bij 21 meter en bestaan uit stalen randbalken met een invulling van stalen vakwerk en een houten betimmering.
Het roomwitte staal contrasteert met het donker geschilderde hout. Tegen de donkere achtergrond vallen de kabels nauwelijks op.
De randbalken verjongen in de richting van de vrij zwevende hoek. De schalen zijn gerangschikt in twee rijen van zes stuks, evenwijdig aan de lengterichting van de sporen, perrons en Spoorlaan.
De schalen zijn in de langs- en de dwarsrichting van elkaar gescheiden door glasstroken van ruim vier meter breed.
Door het zigzag-silhouet van het dak zien deze lichtstroken er in de lengterichting uit als een bliksemflits, hetgeen bijdraagt aan het dynamische en speelse
karakter van de overkapping.
Achterzijde Station Tilburg (vernieuwingsfase juli 2016)
Nomadisch paviljoen in Stadhuis Den Haag: (http://www.archipelontwerpers.nl)
Mezz popmuziekzaal in Breda: (http://www.eea-architects.com)
Openluchttheater te Soest: (http://www.buitink-technology.com)
