Thema: Opbouw, stabiliteit en verbindingen van staalconstructies
Staal wordt veel toegepast in de utiliteitsbouw vanwege de hoge sterkte, grote overspanningen en snelle montage. Een staalconstructie bestaat uit verschillende constructieve onderdelen die samenwerken om belastingen veilig af te dragen naar de fundering.
In deze les leer je hoe een staalconstructie is opgebouwd, hoe stabiliteit wordt gerealiseerd en welke verbindingen en profielen daarbij worden toegepast.
Een staalconstructie bestaat uit een samenwerkend skelet van kolommen, liggers en stabiliteitsverbanden. De constructie draagt zowel het eigen gewicht als belastingen uit vloeren, daken, sneeuw en wind af naar de fundering.
De belangrijkste onderdelen zijn:
Doordat alle onderdelen samenwerken ontstaat een sterk en stijf constructief systeem.
Een constructie moet niet alleen sterk zijn, maar ook stabiel.
Naast verticale belastingen krijgt een gebouw te maken met horizontale belastingen, zoals wind. Zonder stabiliteitsvoorzieningen kan een gebouw vervormen, kantelen of zelfs instorten.
Daarom worden stabiliteitsverbanden toegepast.
Het principe van de krachtenafvoer is als volgt:
Een goede plaatsing van windverbanden in zowel de lengte- als breedterichting is essentieel voor een veilige constructie.
Er bestaan verschillende manieren om een staalconstructie stabiel te maken.
Hier ontbreken stabiliteitsverbanden.
De constructie kan alleen verticale belastingen opnemen en is onvoldoende bestand tegen windbelasting. Hierdoor kan vervorming of kanteling ontstaan.
Dit is de meest toegepaste oplossing.
Diagonale schoren vormen vakwerken die de horizontale belastingen afvoeren naar de fundering. Hierdoor ontstaat een stijve en veilige constructie.
Bij grotere gebouwen wordt de stabiliteit vaak verzorgd door betonnen kernen, stabiliteitswanden of uitwendige schoren.
Het voordeel hiervan is dat de binnenruimte volledig vrij blijft van diagonalen, waardoor meer flexibiliteit ontstaat in de plattegrond.
Een staalconstructie wordt ontworpen op basis van een stramien.
Een stramien is een raster van hart-op-hartlijnen waarop kolommen, liggers en gevels worden geplaatst.
Het gebruik van stramienen zorgt voor:
Alle afmetingen van de staalconstructie worden vanuit dit raster bepaald.
Kolommen zijn verticale staalprofielen die alle belastingen verzamelen en naar de fundering afdragen.
Veel gebruikte profielen zijn HEA-, HEB- en IPE-profielen.
Hoofdliggers vormen de primaire draagconstructie.
Ze dragen de belasting van vloeren en daken af naar de kolommen.
Randliggers liggen langs de buitenzijde van het gebouw.
Ze ondersteunen de gevel en vangen de uiteinden van de hoofdliggers op.
Kipverkorters zijn secundaire liggers tussen de hoofdliggers.
Ze verkleinen de vrije overspanning waardoor dak- en vloerplaten minder doorbuigen.
Stabiliteitsverbanden bestaan uit diagonale staven die samen met kolommen en liggers een stijf vakwerk vormen.
Hun belangrijkste functies zijn:
Afhankelijk van de constructie worden verschillende typen toegepast:
De keuze is afhankelijk van de positie van deuren, ramen, architectuur en de gewenste vrije ruimte.
De verbinding tussen liggers en kolommen bepaalt hoe krachten worden overgedragen.
Een scharnierende verbinding draagt normaalkrachten en dwarskrachten over, maar geen buigend moment.
Hierdoor kan de ligger enigszins draaien ten opzichte van de kolom.
Deze verbinding wordt veel toegepast bij bedrijfshallen waarin stabiliteitsverbanden aanwezig zijn.
Bij een momentvaste verbinding worden ook buigende momenten overgedragen.
De verbinding is stijver en voorkomt rotatie van de ligger.
Momentvaste verbindingen worden toegepast bij gebouwen met grote overspanningen of wanneer extra stijfheid nodig is.
Wandgordingen dragen de gevelbeplating en voeren windbelasting af naar de staalconstructie.
Hiervoor wordt vaak een UNP-profiel toegepast.
UNP staat voor U Normaal Profiel.
Het profiel is sterk, relatief licht en eenvoudig te bevestigen aan kolommen.
Een goede aansluiting bestaat uit:
Tijdens de montage is het belangrijk dat:
Een staalconstructie bestaat uit een samenwerkend systeem van kolommen, liggers, stabiliteitsverbanden en wandgordingen.
Kolommen en liggers dragen de verticale belastingen af, terwijl stabiliteitsverbanden zorgen voor weerstand tegen windbelasting. Met behulp van stramienen worden alle constructieonderdelen nauwkeurig gepositioneerd. De keuze voor scharnierende of momentvaste verbindingen bepaalt de stijfheid van de constructie. Wandgordingen met UNP-profielen zorgen ervoor dat de gevelbelasting veilig wordt overgedragen naar de staalconstructie.
Een goed ontworpen staalconstructie is daardoor sterk, stabiel, efficiënt en geschikt voor grote overspanningen, waardoor staal één van de meest toegepaste constructiematerialen in de utiliteitsbouw is.
