Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:Stabiliteit.Voor de volgende onderwerpen ga naar:stabiliteit; stabiliteit schema; stabiliteitsvlakken bij stalen (hallen) constructies:;
|
|
Stabiliteit:
De keuze van skelet en draagstructuur (systeem) is een samenspel tussen opdrachtgever, architect en constructeur en is mede bepalend voor of afhankelijk van het definitieve ontwerp.
Bij deze keuze speelt, naast de materiaalkeuze en de grootte van het te maken bouwwerk, de ligging i.v.m. de bereikbaarheid en de grootte van het beschikbare bouwterrein een belangrijke rol.
Inwendige en uitwendige stabiliteit:
| Een plat vakwerkligger met scharnierende knopen is, behoudens uitzonderingsgevallen, inwendig stabiel als het aantal staven (s) en het aantal knooppunten (k) voldoet aan de relatie s > 2 k - 3 |
|
|
Bij een skeletconstructie hebben we altijd te maken met ruimtelijke stabiliteit. Een systeem moet daarom dan ook uitwendig stabiel zijn.
Het is mogelijk dat de samenstellende elementen op zichzelf voldoende sterk en stijf zijn maar dat het systeem als geheel instabiel is. Bij een instabiel systeem bezwijkt de constructie reeds door een kleine horizontale kracht. |
|
Primaire stabiliteit:
Stabiliteitsvoorzieningen zijn hoofdconstructie-elementen. Fouten hierin kunnen het instorten van het hele gebouw tot gevolg hebben. Voor ieder gebouw moet daarom worden nagegaan of de stabiliteit in alle richtingen goed verzekerd is.Door het skelet worden normaliter in de eerste plaats de verticale krachten naar de fundering overgebracht.
De wijze waarop de de windbelasting en eventuele andere horizontale krachten worden opgenomen en de stabiliteit wordt verzekerd kan in principe op meerdere manieren plaatsvinden.
- d.m.v. stijve hoekverbindingen tussen kolommen en balken.
- d.m.v. stijve kernen.
- d.m.v. een combinatie van stijve kernen met stijve hoeken.
- etc.
voor de horizontale windbelasting het onderdeel wind
2e orde berekening:
Bij de primaire stabiliteit wordt nagegaan of alle verticale krachten naar de fundering worden afgevoerd. De invloed van vervormingen (bij stalen liggers en kolommen) door knik en de aanverwante verschijnselen zoals plooien en kippen wordt veelal, bij gebouwen van geringe hoogte (in het algemeen tot ca 20 m), buiten beschouwing gelaten.Bij de 2e orde berekening wordt de invloed van deze vervormingen wel in rekening gebracht.
Stabiliteit schema:Bron informatie: Jellema Bouwkunde 11We kunnen een gebouw per verdieping schematiseren tot een prisma, waarvan de ribben gevormd worden door de kolommen en balken van het skelet en het bovenvlak door de vloeren. Wanneer alle hoekpunten scharnierend worden uitgevoerd, kan het prisma tengevolge van horizontale krachten in drie richtingen vervormen, n.l. in dwarsrichting, in langsrichting en door wringing met of zonder vervorming van het bovenvlak. Het gebouw wordt stabiel als we alle kolommen in de fundering inklemmen. Dit is een oplossing die voor niet al te hoge prefab-betonconstructies wel wordt toegepast. De kolommen lopen hierbij over alle verdiepingen door, de lengte van de kolommen is gelijk aan de hoogte van het gebouw.
|
|
| De ingeklemde kolommen bieden ook bij stalen spanten zeker voordelen boven scharnier knooppunten; ze geven een spant grotere stijfheid, dan wel er kan met kleinere constructieafmetingen worden volstaan. Het nadeel is echter dat de inklemmingsconstructies meer plaats vergen en wel daar ter plaatse van de beganegrondvloer) waar men de ruimte optimaal wil benutten. |
|
We kunnen het gebouw ook stabiel maken door in alle vlakken kruisen aan te brengen, zoals bij staalconstructies meestal wordt gedaan. Zie hierna bij het subonderwerp "Stabiliteitsvlakken bij stalen (hallen) constructies".
Bij de meeste gebouwen worden de betonvloeren als prefab vloeren met een constructieve afwerklaag toegepast. De vloeren zijn dan onvervormbaar, zodat we het gebouw nog slechts in twee richtingen stabiel behoeven te maken, zoals bij een tafel. Dit kan plaatsvinden door stijve hoekverbindingen tussen de balken en kolommen, zoals bij het gestorte betonskelet het geval is. In principe behoeven hierbij niet alle knooppunten stijf te worden uitgevoerd. Het minimum zou zijn een stijve hoekpunt per verdieping zowel in lengte als in dwarsrichting. Aangezien echter door een eenzijdige belasting wringing in de betreffende kolom ontstaat, zijn in één richting per verdieping twee stijve hoeken nodig. Bij constructies waarbij het aantal stijve hoekverbindingen tot een minimum worden toegebracht zal men, met het oog op de stijfheid, er toe overgaan deze hoekverbindingen te vervangen door speciale constructie-elementen, zoals windschotten, kruisen en stijve kernen,
Resumerend kunnen we stellen dat voor een staalskelet de oplossing met windkruisen het meest economisch is.
Voor in het werk gestorte betonconstructies is de oplossing met stijve hoeken voor lage gebouwen het gunstigst; Bij hogere gebouwen zijn windschotten het voordeligst.
|
Bij zeer hoge gebouwen is de toe te passen bouwmethode meestal doorslaggevend. Meestal worden de bij de hoogbouw aanwezige liftschachten benut voor het opnemen van de horizontale belastingen. Men verkrijgt hiermee een zeer goede oplossing. Bij een gestort betonskelet ontstaan automatisch stijve hoekverbindingen tussen de kolommen en de balken. Als er windschotten worden toegepast, zal men er naar streven dat deze zo stijf zijn t.o.v. de kolommen, zodat men er bij de berekening er van uit kan gaan, dat alle horizontale krachten door deze schotten worden opgenomen. De kolommen en balken nemen dan alleen de verticale belasting op. Bij de montagebouw zullen veel meer scharnierende constructies worden toegepast. Om een verbinding kolom-balk te maken die momenten kan overbrengen, moeten dan speciale voorzieningen worden getroffen. Men zal hierbij dus eerder zoeken naar een beperkt aantal stijve hoeken, of overgaan tot toepassing van windschotten e.d. Het is niet noodzakelijk dat de montageverbinding t.p.v. de aansluiting balk-kolom komt. Men kan de verbindingen ook in de momentennulpunten aanbrengen, zowel in de kolommen als in de balken. In een gebouw met stijve kernen of windschotten kunnen door ongunstige plaatsing van deze schotten grote wringende momenten ontstaan. |
|
Stabiliteitsvlakken bij stalen (hallen) constructies:
bron leidraad tekst en afbeeldingen: Documentatie Bouwweze 1971.Algemeen:
Deze principes gelden ook voor beton- en houtconstructies, doch door hun andere materiaal eigenschappen en uitvoeringsmethoden zullen andere oplossingen moeten worden gekozen.
Stabiliteitsvlakken:Stabiliteitsvlakken zijn naar hun constructie te verdelen in: raamwerken, vakwerken en schijven. |
|
Raamwerken:
Raamwerken worden veelal gebruikt in zijgevels en binnenin een laagbouw als vericale stabiliteitsvlakken in de langsrichting, wanneer diagonaal gevormde vakwerken en schijfwanden niet aanvaardbaar zijn omdat ze het gebruik van het bouwwerk belemmeren. Een dergelijk raamwerksysteem kan, indien de hoogte dit toestaat, ook met vakwerkelementen worden uitgevoerd.
Geschoorde en ongeschoorde raamwerken:
Vakwerken:
Vakwerk staalconstructies worden het meest toegepast in daken.Bij het verband in het dakvlak zijn de bovenregels van de hoofdspanten de randliggers en de daarop aangebrachte gordingen de verticalen.
|
Vaak gebruikt men gordingliggers met dubbele diagonalen in kruisvorm. De reden hiervoor is dat de liggers in twee richtingen kunnen worden belast.
Zou men enkel diagonalen toepassen dan zouden deze bij bepaalde belastinggevallen op druk worden belast en om deze reden in verband met knikgevaar en hun relatief grote lengte forse afmetingen moeten hebben. Bij dubbele diagonalen neemt men aan dat bij een belastinggeval alleen trekdiagonalen werken. Ze worden daarom alleen op trek berekend. De helling van de diagonalen moet bij voorkeur ca 45° zijn. Om de vakwerkligger voldoende stijfheid te geven is het aan te bevelen de constructiehoogte niet kleiner te maken dan 1/10 van de overspanning. Voor de diagonalen neemt men bij meestal hoekstalen: men zou ook platstaal kunnen toepassen, maar platstaal heeft als nadeel dat ze bij liggende onbelaste vakwerken doorhangen. |
|
Schijven:
Bij verdiepingbouw maakt men als stabiliteitsvoorziening meestal gebruik van een samenstel van horizontale schijven (betonvloeren) en verticale schijven (gemetselde of (ter plaatse) gestorte betonwanden). Bij de hiergenoemde stalen (hallen) constructies doet men dit zelden.Een gemetselde wand gevat in een omranding van staalprofielen zou wel een stabiliteitsvlak kunnen zijn. Het gemetselde vlak werkt dan als een soort drukdiagonaal.
Het bezwaar van metselwerk voor stabiliteitsvlakken is dat men er zeker van moet zijn dat ze in stand blijven. Bij sloop van dergelijke wanden vergeet men dikwijls de niet-zichtbare stabiliteitsfunctie.
Stabiliteit in dwarsrichting:
De meest voorkomende skeletsystemen voor hallen zijn opgebouwd uit vlakke spantconstructies die in hun vlak stabiel zijn en evenwijdig in langsrichting van de hal naast elkaar zijn geplaatst en aan elkaar zijn gekoppeld.De stabiliteit kan op verschillende manieren worden verkregen: zie bovenstaande stabiliteitsschema's.
Stabiliteit in langsrichting:Anders dan bij langsgevelvlakken zijn losstaande hallen meestal te breed om in de eindgevels de windbelasting via regels horizontaal af te leiden. Daarom gebruikt men veelal stijlen die de belasting overbrengen naar een grondregel (of rechtstreeks naar een funderingsvoet) en naar het dakvlak. Zo nodig worden er nog tussenregels geplaatst. |
|
praktijkregel uit 1971:
Vlakken van halfsteensmetselwerk, die worden ingesloten door stijlen en regels mogen maximaal 16 m² groot zijn.
Bij een halhoogte van 5 m en eindgevelstijlen h.o.h. 3 m kan dus nog juist zonder tussenregels worden gewerkt.
Voor steens metselwerk en spouwmuren mogen de vakken maximaal 25 m² groot zijn.
De plaats van stabiliteitsvlakken:
Stabiliteitsvlakken doen niet alleen dienst voor het overbrengen van windkrachten; ze kunnen ook dienst doen als knikverband en montageverband.
Stijve kernen en verstijvingswanden:
bron afbeeldingen: B2 blokkenboek 1981Een stijve kern is een constructie die voldoende stijf moet zijn om de horizontale belastingen (wind, etc.) op te kunnen nemen.
De constructie moet sterk genoeg zijn om deze horizontale belastingen over te brengen naar de fundering.
Een stijve kern loopt door over de volle hoogte van een bouwwerk.
Een verstijvingswand (windschot volgens Jellema) heeft tot taak de partiële knik van een dragende wand (gelegen tussen twee vloeren) te beperken.
Een verstijvingswand behoeft dus niet over de volle hoogte van een bouwwerk door te lopen. Hij mag plaatselijk per verdieping aangebracht worden.
Door toepassing van een verstijvingswand kunnen hogere spanningen in een dragende wand toegelaten worden. Een verstijvingswand maakt van een (dragende) tweezijdig gesteunde wand een (dragende) driezijdig of vierzijdig gesteunde wand.
Een verstijvingswand die over de volle hoogte van een gebouw doorloopt kan onder bepaalde voorwaarden als stijve kern gezien worden.
Stabiliteit bij traditioneel gebouwde bouwwerken:
Bij de traditioneel gebouwde bouwwerken, met name de vooroorlogse woningbouw, wordt de stabiliteit van de buitenmuren mede bepaald door de daar op haaks staande binnenmuren (al of niet dragend) en de balkverankering van de houten vloeren.De balkverankering van de vloeren voorkomen het uitbuiken van de gevels naar buiten. Helaas zijn niet alle ankers zichtbaar, zodat men er weinig rekening mee houdt.
het onderdeel verankering houten balklaag vloeren
Let op !
Aangezien in de loop van de tijd veel binnenmuren zijn verdwenen (doorzonwoning, open keuken, grotere ramen, etc.) berust de stabiliteit op een evenwichtssituatie.
Meestal herkenbaar in de optredende scheurpatronen, maar dit hoeft niet.
Bij elke nieuwe verbouwing moet je er dan ook bewust van zijn dat je het e.e.a. niet verder verzwakt.
M.a.w. een staal portaal met 2 stijve hoeken verdient de voorkeur boven een enkele stalen ligger welke in de muur is opgelegd: want hoe stabiel is die muur.
Ingestort winkelpand Den Bosch onderging slecht interne renovatie:
bron tekstfragment en afbeelding: Renovatieprofs d.d. 03-03-2016De gevel klapte naar voren en het gebouw stortte in. Er waren meerdere ooggetuigen, en een bewakingscamera van een andere winkel heeft de instorting vastgelegd. Mensen die op een terras tegenover het pand zaten hoorden gerommel dat op onweer leek en zagen het pand 'als een kaartenhuis in elkaar storten'.
In 1992 werd metselwerk in de kelder vervangen door een stalen balk, daaronder werd de scheidingswand neergezet. De balk steunde oorspronkelijk op het gewelf, maar kwam uiteindelijk te steunen op de scheidingswand. Van de plaatsing van de balk konden de onderzoekers geen documenten vinden, wat erop wijst dat er geen toestemming voor was gegeven. Hierdoor wisten de bouwvakkers eerder dit jaar niet wat de werkelijke functie was van de scheidingswand. Toen de wand werd verwijderd begaf niet alleen het gewelf het, maar ook de draagconstructie op de begane grond en eerste verdieping.
Veilige constructies bij aardbevingen, etc.:
Als de stabiliteit uit een bestaand pand is verdwenen zullen we het moeten stutten anders stort het in,
het onderwerp "Stutten" bij het onderdeel "Sloopwerkzaamheden".
De huidige Nederlandse bouwregelgeving en bouwnormen geven voldoende robuustheid tegen de normale optredende belastingen.
De ontwikkelingen in Groningen hebben duidelijk gemaakt
dat er steeds meer behoefte is aan richtlijnen die van toepassing zijn bij het ontwerpen en toetsen van aardbevingsbestendige bouwconstructies bij bevingen als gevolg van b.v. gaswinning.
Daarom wordt er thans een Nationale Bijlage voor Eurocode 8 opgesteld.
De ontwikkeling daarvan duurt echter relatief lang, naar verwachting ca. drie jaar.
Vooruitlopend hierop komt er eerst een praktijkrichtlijn (NPR 9998).
Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:
dd: 21-11-2017
