Structuur en aansluiting
H1: Structuur - structurele systemen, van principes tot modellering
Structureel systeem ontwerp
Structuur: vormgeving met bepaalde functies die belasting hebben en belasting van
gebouw moeten kunnen opnemen
→ Structureel ontwerp = structuur met functies die zorgt voor belasting op structuur
Structuur systeem = stijf + stevig + sterk (stabiel) genoeg zijn
Belasting = normen om te kunnen opgenomen worden door structuur = permanent/tijdelijk,
statisch/dynamisch, zwaartekracht/wind/temperatuur/aardbevingen, horizontaal/verticaal…
Ondersteuning = normen om structuur te kunnen ondersteunen = ondersteuning (inklemming,
vast, roloplegging), reactiekracht/moment, horizontale/verticale kracht, buig-/torsiemoment…
Elementensysteem
Structureel element: in staat om last dat aangrijpt over te dragen naar andere plek
INPUT (load reception) → Proces (load transfer) → Output (Load Discharge)
- Bij een element in evenwicht: actiekracht = reactiekracht (input = output)
→ Lasten naar steunpunten verplaatsen is belangrijk dan evenwicht te zoeken
Verloop van krachten en momenten
- Kracht = samenvallen met as OF evenwijdig aan as verplaatsen
- Moment (rotatiebeweging) = samenvallen met as OF evenwijdig aan as verplaatsen
Structurele taal van symbolen
= verplaatsingen van krachten en momenten duidelijk weergeven
- Voorwerp = bepaalde as (verticaal)
Bepalen van as en richting lastendaling
→ Streep: as van kracht
→ Streep-bol: richting van verplaatsing van kracht (actie) naar volgend element (reactie)
= Elementen achteraf hebben invloed van elementen daarboven/-langs (lijnen kunnen
ook verbonden worden en dan wordt deze ligger als 1 as beschouwd)
Axiale kracht en verplaatsing
→ Streep-pijlen van elkaar weg: axiale kracht van trek (elementen worden uitgetrokken van elkaar)
= Trekkracht, normaalspanningen, Wet van Hooke, mechanische spanning, vervorming…
→ Streep-pijlen naar elkaar toe: axiale kracht van druk (krachten worden naar elkaar toe
getrokken)
= Knik en kniklengte, traagheidsmoment (bepaalt sectie profiel)…
- Profiel bij trek is dun (kabel) en bij druk dik (balk)
- Bij uittrekking of samendrukking van profiel, zal profiel uit as treden
Parallelle kracht en verplaatsing
→ Streep-hoek: uitkraging ligger (kracht op ligger wordt verplaatst naar volgend element)
= Door stabiliserende krachten wordt structuur op plek gehouden + moment creëren
= Buigmoment (bij hoek), normaal- en schuifspanningen, weerstandsmoment,
structurele hoogte, draaimomenten, doorbuiging, dwarskrachten…
- Bij een buigmoment vervormt de structuur
1
,Moment verplaatsen volgens axiale as
→ Streep-krul: torsiemoment
= Torsiemoment, schuifspanning, draaimoment…
Moment verplaatsen parallel aan as
→ Streep-hoek-hoek: buigmoment (constant)
= Boven vind trek plaats en onderaan druk
Symbolen: alle mogelijke verplaatsingen uitleggen en structureel
systeem beschrijven (1-/2-/3-assen)
Inwendige krachten (normaalkrachten) + maximaal buigmoment
→ Normaalkrachten = druk (N < 0) of trek (N > 0)
→ Vormentaal = druk (grote profielen) en trek (kleine profielen) = buigmoment
(werkende hoogte)
- Ligger met uitkraging
- Ligger op 1 steunpunt met in het midden de grootste sectie
- Streep vanonder = verplaatsing van kracht in 2 richtingen mogelijk
- Stijve wand die horizontale wind kan opnemen
- Wand die wind kan opnemen in andere richting
- Elementen die kracht verplaatsen parallel aan as (tegengesteld)
→ Elementen toevoegen aan elkaar
= Kracht wordt verplaatst naar 2 steunpunten
Ontwerpmethode
Structureel systeem → last overbrengen naar steunpunten
1. Vorm opsplitsen in elementen
2. Kracht volgens as verplaatsen naar beneden (axiaal)
= Samendrukking element + output is input van volgens element
3. Kracht verplaatsen naar recht = uitkraging
= Kracht verplaatst parallel met as , waardoor een moment plaatsvind +
output is input van volgend element
4. Axiale verplaatsing
= Samendrukking element waarbij output kracht vanonder is
- Optie 1: buigmoment loopt door naar beneden
→ Steunpunt = reactiekracht van actiekracht + tegengesteld moment
- Optie 2: buigmoment verplaatsen via ander uitkragend element
(krachtenkoppel)
→ Spiegeling van voorgaand element + output is input van onderste elementen
= Rechtse kolom: kolom wordt uitgetrokken en kracht wordt axiaal verplaatst
= Linkse kolom: kolom wordt samengedrukt en output wordt dubbel zo groot doordat de input dubbel zo
groot wordt
2
,Structureel systeem praktijk
Verticale lasten
→ Verticale belasting op staalplaten + last overgedragen naar kleine balken +
krachten overgedragen naar grote balken + krachten overbrengen naar uiteinde en
via de kolom naar de grond
- Elk onderdeel = inwendige krachten
→ Last op plaat zal naar links of rechts verplaatsen: moment creëren + structurele hoogte nodig
→ Last van kleine balk zal naar links of rechts verplaatsen: moment creëren + structurele hoogte nodig
→ Krachten op uiteinde komen toe op kolom = drukkracht
= Symbolen met eenzelfde betekenis: kracht verplaatst naar links en rechts
Verticaal: gebouw abstract
→ Verticale belasting, waarbij grote balk de belasting naar de zijkanten brengt
= Grootste moment: midden van balk (grootste sectie nodig)
→ Last komt op verticale vlakken, die lasten naar de grond overbrengen
Horizontale lasten (wind)
→ Horizontale belasting komt op gevel/kolommen + lasten naar boven en onder brengen
- Onder: direct naar steunpunt
- Boven: naar vakwerk, die belasting naar buitenkant brengt naar het verticale vlak
= Kolom krijgt functie van balk → buigmoment
+ Vakwerk krijgt ook een buigmoment
Horizontale lasten (zuig)
→ Vakwerk brengt lasten naar buitenkant: trekstaven ipv drukstaven in kolommen en balken
Horizontaal: gebouw abstract
- Windlast: last dat buigmoment veroorzaakt
→ Bovenste deel komt uit op balk die de lasten naar de zijwanden brengt, die lasten
naar fundering brengt door uitkraging
Horizontale last tegengestelde richting
1. Kolom is ingeklemd + verbonden met I-ligger die last naar de andere kolom brengt
2. Portiek, waardoor kolom niet hoeft ingeklemd te zijn (verbinding balk en kolom)
Horizontaal: gebouw abstract tegengesteld
→ Wand is ingeklemde en neemt horizontale last op + dak is afstandshouder van 2
ingeklemde wanden
Ritme van loods speelt rol
= Portieken: uitkragende balken die horizontale last naar beneden begeleiden
Wand → verschillende invullingen (balk, kabel, vakwerk, vierendeel, koepel…)
= Snede-actief, vector-actief en vorm-actief
- Moment in het midden van de balk = werkzame hoogte nodig
→ Hoe kleiner, hoe minder efficiënt en hoe meer materiaal
3
, Voorbeelden
- Vakwerk = vlak dat belasting naar uiteinde brengt
- Grote uitkragende balk = lasten naar kolommen brengen
- Wand steunt op 2 plekken = uitkraging
Abstract/detail
→ uitzicht structuur
= Wanden verfijnen om structuur te kennen (materialisatie)
Wanden met dak = druk belasten → knik tegengaan
- Keuze van dragende wanden → 3 mogelijkheden om verticale last op te nemen
Voorbeeld
Gang + 4 slaapkamers + terras + 2 dragende wanden
→ Dragende wand: slaapkamers en terras scheidt + dak dragen
= Later kunnen wanden tussen slaapkamers weggenomen worden
→ wanden tussen kamers worden dragend, waardoor dak draagt in andere richting
- Balk onderaan met minimale vorm
- Balk bovenaan met minimale vorm + kolommen die balken dragen
Horizontale stabiliteit
→ Belasting en steunpunt niet altijd op 1 lijn
= Horizontale belasting toevoegen zodat kolom niet valt
F.d = P.e
- Horizontale stabiliteit niet enkel voor wind op te vangen
- Horizontale stabiliteit bij 3 stijve wanden
→ Kubus = minstens 5 stijve vlakken
- 4 steunpunten (fundering) zullen geen beweging toelaten = onderste vlak moet stijf zijn
Basisbenadering
- 4 horizontale belastingen + 1 opening
1. en 2. Dak fungeert als balk die lasten naar buiten brengt
→ Wanden werken als uitkragende balken = moment
3. en 4. Uitkragende balk
→ Last naar grond brengen via balk + krachtenkoppel op zijwanden die worden
opgenomen door soort uitkragende balk = 3 vlakken nodig voor evenwicht
Resultaat: bovenste en onderste vlak stijf
- Doos uit kolommen en balken: 4 vlakken stijf maken + grond
→ Vlakken stijf maken met windverbanden, hoeken zijn scharnierend
= Scharnierende hoeken + trekkabels in 2 richtingen (belasting)
= scharnierende hoeken + diagonale drukker in 1 richting
→ Portieken door hoeken stijf te maken
= bovenste hoeken <-> onderste hoeken bij inklemming van steunpunten
→ Wanden maken
4
H1: Structuur - structurele systemen, van principes tot modellering
Structureel systeem ontwerp
Structuur: vormgeving met bepaalde functies die belasting hebben en belasting van
gebouw moeten kunnen opnemen
→ Structureel ontwerp = structuur met functies die zorgt voor belasting op structuur
Structuur systeem = stijf + stevig + sterk (stabiel) genoeg zijn
Belasting = normen om te kunnen opgenomen worden door structuur = permanent/tijdelijk,
statisch/dynamisch, zwaartekracht/wind/temperatuur/aardbevingen, horizontaal/verticaal…
Ondersteuning = normen om structuur te kunnen ondersteunen = ondersteuning (inklemming,
vast, roloplegging), reactiekracht/moment, horizontale/verticale kracht, buig-/torsiemoment…
Elementensysteem
Structureel element: in staat om last dat aangrijpt over te dragen naar andere plek
INPUT (load reception) → Proces (load transfer) → Output (Load Discharge)
- Bij een element in evenwicht: actiekracht = reactiekracht (input = output)
→ Lasten naar steunpunten verplaatsen is belangrijk dan evenwicht te zoeken
Verloop van krachten en momenten
- Kracht = samenvallen met as OF evenwijdig aan as verplaatsen
- Moment (rotatiebeweging) = samenvallen met as OF evenwijdig aan as verplaatsen
Structurele taal van symbolen
= verplaatsingen van krachten en momenten duidelijk weergeven
- Voorwerp = bepaalde as (verticaal)
Bepalen van as en richting lastendaling
→ Streep: as van kracht
→ Streep-bol: richting van verplaatsing van kracht (actie) naar volgend element (reactie)
= Elementen achteraf hebben invloed van elementen daarboven/-langs (lijnen kunnen
ook verbonden worden en dan wordt deze ligger als 1 as beschouwd)
Axiale kracht en verplaatsing
→ Streep-pijlen van elkaar weg: axiale kracht van trek (elementen worden uitgetrokken van elkaar)
= Trekkracht, normaalspanningen, Wet van Hooke, mechanische spanning, vervorming…
→ Streep-pijlen naar elkaar toe: axiale kracht van druk (krachten worden naar elkaar toe
getrokken)
= Knik en kniklengte, traagheidsmoment (bepaalt sectie profiel)…
- Profiel bij trek is dun (kabel) en bij druk dik (balk)
- Bij uittrekking of samendrukking van profiel, zal profiel uit as treden
Parallelle kracht en verplaatsing
→ Streep-hoek: uitkraging ligger (kracht op ligger wordt verplaatst naar volgend element)
= Door stabiliserende krachten wordt structuur op plek gehouden + moment creëren
= Buigmoment (bij hoek), normaal- en schuifspanningen, weerstandsmoment,
structurele hoogte, draaimomenten, doorbuiging, dwarskrachten…
- Bij een buigmoment vervormt de structuur
1
,Moment verplaatsen volgens axiale as
→ Streep-krul: torsiemoment
= Torsiemoment, schuifspanning, draaimoment…
Moment verplaatsen parallel aan as
→ Streep-hoek-hoek: buigmoment (constant)
= Boven vind trek plaats en onderaan druk
Symbolen: alle mogelijke verplaatsingen uitleggen en structureel
systeem beschrijven (1-/2-/3-assen)
Inwendige krachten (normaalkrachten) + maximaal buigmoment
→ Normaalkrachten = druk (N < 0) of trek (N > 0)
→ Vormentaal = druk (grote profielen) en trek (kleine profielen) = buigmoment
(werkende hoogte)
- Ligger met uitkraging
- Ligger op 1 steunpunt met in het midden de grootste sectie
- Streep vanonder = verplaatsing van kracht in 2 richtingen mogelijk
- Stijve wand die horizontale wind kan opnemen
- Wand die wind kan opnemen in andere richting
- Elementen die kracht verplaatsen parallel aan as (tegengesteld)
→ Elementen toevoegen aan elkaar
= Kracht wordt verplaatst naar 2 steunpunten
Ontwerpmethode
Structureel systeem → last overbrengen naar steunpunten
1. Vorm opsplitsen in elementen
2. Kracht volgens as verplaatsen naar beneden (axiaal)
= Samendrukking element + output is input van volgens element
3. Kracht verplaatsen naar recht = uitkraging
= Kracht verplaatst parallel met as , waardoor een moment plaatsvind +
output is input van volgend element
4. Axiale verplaatsing
= Samendrukking element waarbij output kracht vanonder is
- Optie 1: buigmoment loopt door naar beneden
→ Steunpunt = reactiekracht van actiekracht + tegengesteld moment
- Optie 2: buigmoment verplaatsen via ander uitkragend element
(krachtenkoppel)
→ Spiegeling van voorgaand element + output is input van onderste elementen
= Rechtse kolom: kolom wordt uitgetrokken en kracht wordt axiaal verplaatst
= Linkse kolom: kolom wordt samengedrukt en output wordt dubbel zo groot doordat de input dubbel zo
groot wordt
2
,Structureel systeem praktijk
Verticale lasten
→ Verticale belasting op staalplaten + last overgedragen naar kleine balken +
krachten overgedragen naar grote balken + krachten overbrengen naar uiteinde en
via de kolom naar de grond
- Elk onderdeel = inwendige krachten
→ Last op plaat zal naar links of rechts verplaatsen: moment creëren + structurele hoogte nodig
→ Last van kleine balk zal naar links of rechts verplaatsen: moment creëren + structurele hoogte nodig
→ Krachten op uiteinde komen toe op kolom = drukkracht
= Symbolen met eenzelfde betekenis: kracht verplaatst naar links en rechts
Verticaal: gebouw abstract
→ Verticale belasting, waarbij grote balk de belasting naar de zijkanten brengt
= Grootste moment: midden van balk (grootste sectie nodig)
→ Last komt op verticale vlakken, die lasten naar de grond overbrengen
Horizontale lasten (wind)
→ Horizontale belasting komt op gevel/kolommen + lasten naar boven en onder brengen
- Onder: direct naar steunpunt
- Boven: naar vakwerk, die belasting naar buitenkant brengt naar het verticale vlak
= Kolom krijgt functie van balk → buigmoment
+ Vakwerk krijgt ook een buigmoment
Horizontale lasten (zuig)
→ Vakwerk brengt lasten naar buitenkant: trekstaven ipv drukstaven in kolommen en balken
Horizontaal: gebouw abstract
- Windlast: last dat buigmoment veroorzaakt
→ Bovenste deel komt uit op balk die de lasten naar de zijwanden brengt, die lasten
naar fundering brengt door uitkraging
Horizontale last tegengestelde richting
1. Kolom is ingeklemd + verbonden met I-ligger die last naar de andere kolom brengt
2. Portiek, waardoor kolom niet hoeft ingeklemd te zijn (verbinding balk en kolom)
Horizontaal: gebouw abstract tegengesteld
→ Wand is ingeklemde en neemt horizontale last op + dak is afstandshouder van 2
ingeklemde wanden
Ritme van loods speelt rol
= Portieken: uitkragende balken die horizontale last naar beneden begeleiden
Wand → verschillende invullingen (balk, kabel, vakwerk, vierendeel, koepel…)
= Snede-actief, vector-actief en vorm-actief
- Moment in het midden van de balk = werkzame hoogte nodig
→ Hoe kleiner, hoe minder efficiënt en hoe meer materiaal
3
, Voorbeelden
- Vakwerk = vlak dat belasting naar uiteinde brengt
- Grote uitkragende balk = lasten naar kolommen brengen
- Wand steunt op 2 plekken = uitkraging
Abstract/detail
→ uitzicht structuur
= Wanden verfijnen om structuur te kennen (materialisatie)
Wanden met dak = druk belasten → knik tegengaan
- Keuze van dragende wanden → 3 mogelijkheden om verticale last op te nemen
Voorbeeld
Gang + 4 slaapkamers + terras + 2 dragende wanden
→ Dragende wand: slaapkamers en terras scheidt + dak dragen
= Later kunnen wanden tussen slaapkamers weggenomen worden
→ wanden tussen kamers worden dragend, waardoor dak draagt in andere richting
- Balk onderaan met minimale vorm
- Balk bovenaan met minimale vorm + kolommen die balken dragen
Horizontale stabiliteit
→ Belasting en steunpunt niet altijd op 1 lijn
= Horizontale belasting toevoegen zodat kolom niet valt
F.d = P.e
- Horizontale stabiliteit niet enkel voor wind op te vangen
- Horizontale stabiliteit bij 3 stijve wanden
→ Kubus = minstens 5 stijve vlakken
- 4 steunpunten (fundering) zullen geen beweging toelaten = onderste vlak moet stijf zijn
Basisbenadering
- 4 horizontale belastingen + 1 opening
1. en 2. Dak fungeert als balk die lasten naar buiten brengt
→ Wanden werken als uitkragende balken = moment
3. en 4. Uitkragende balk
→ Last naar grond brengen via balk + krachtenkoppel op zijwanden die worden
opgenomen door soort uitkragende balk = 3 vlakken nodig voor evenwicht
Resultaat: bovenste en onderste vlak stijf
- Doos uit kolommen en balken: 4 vlakken stijf maken + grond
→ Vlakken stijf maken met windverbanden, hoeken zijn scharnierend
= Scharnierende hoeken + trekkabels in 2 richtingen (belasting)
= scharnierende hoeken + diagonale drukker in 1 richting
→ Portieken door hoeken stijf te maken
= bovenste hoeken <-> onderste hoeken bij inklemming van steunpunten
→ Wanden maken
4
