Constructie van gebouwen deel 2
Hoofdstuk 1: Inleiding
1. Traditionele ontwerpwijze
Materialen:
- Steen : kan geen trekspanningen opnemen
- Hout : kan geen grote spanningen opnemen en stijve verbindingen maken
is moeilijk
Aanpak:
- Door trial and error en natuurlijke selectie
2. Moderne ontwerpwijze
Nieuwe materialen:
- IJzer
Antiek smeedijzer
Ontstaat door het verhitten van ijzererts (Fe2O3) met
reductiemiddel zoals steenkool
Zeer vervormbaar Nagels en schroeven
Gietijzer
Ontstaat door verhitting op hogere temperatuur
Hard en bros, kan amper trek opnemen kolommen en drukstaven
(onder druk!)
Smeedijzer
Ontstaat door gietijzer verder te bewerken en koolstofgehalte te
verlagen
Zacht en kan trek opnemen maar druksterkte verminderd t.o.v.
gietijzer vakwerken en balken
Staal
Analoog aan smeedijzer maar bevat iets meer koolstof
Goede trek- en druksterkte, tussenvorm van giet- en smeedijzer
warm- en koudgewalste profielen
- Beton (scheurt makkelijk, kan dus slecht tegen trek)
Gewapend beton
Scheuren van beton tegen gaan door wapening, scheurt nog steeds
maar wordt opgevangen door wapening veel extra doorbuiging
Beton hecht goed aan staal door dezelfde
warmtegeleidingscoëfficiënt
Voorgespannen beton
Treksterkte wordt verhoogt door beton vooraf onder druk te zetten
Er is nog amper trek na plaatsing weinig extra doorbuiging
, - Hout
Massief hout
Bestaat uit één enkel stuk hout, afkomstig van een boomstam. Het
wordt direct verwerkt zonder verdere aanpassingen behalve zagen
en schaven
Gevoelig voor scheuren
Gelamelleerd hout
Bestaat uit meerdere dunne lagen (lamellen) hout van hoge
kwaliteit die onder hoge druk en met lijm aan elkaar worden
verbonden
Veel sterker dan massief hout
CLT
Bestaat uit meerdere lagen houten planken die kruislings op elkaar
worden verlijmd
- Kunststof
Niet echt een structureel materiaal, wordt gebruikt voor andere
toepassingen zoals afdichtingen etc.…
Nieuwe aanpak:
Structurele analyse
Belastingen in rekening brengen
Kennis van sterkte en stijfheid materialen
Berekenen van de krachtswerking (Grafostatica)
Controlepunten
Structuur moet stabiel zijn
Spanningen moeten beperkt blijven
Staven mogen niet uitknikken Controle a.d.h.v. Eurocodes
Verplaatsingen moeten beperkt blijven
Structurele optimalisatie
Zoeken naar een structureel ontwerp dat voldoet aan alle vereisten
maar waarvoor een minimale hoeveelheid materiaal vereist is, dit
gebeurd door telkens kleine wijzigingen aan te brengen en de
structuur terug te analyseren.
3 Soorten strategieën
Size optimization: optimalisatie van de secties.
Shape optimization: optimalisatie van de vorm.
Topology optimization: optimalisatie van de layout
, 3. Aanpak constructief ontwerpen
Keuze typologie
Ruwe dimensionering
Ruimtelijke stabiliteit
Materiaalkeuze en uitvoeringsmethode
Structurele analyse
Dimensionering van de secties
Hoofdstuk 2: Sterkteleer
1. Evenwicht
Krachtsvergelijkingen = 0
Momentenvergelijkingen = 0
Verbindingen vrijmaken om te kunnen rekenen :
1 : Inklemming (2 richtingen + moment)
2 : Scharnierend (2 richtingen)
3 : Roloplegging (1 richting)
Graad van statische bepaaldheid Stelling van de ondergrens
Hypostatische structuren stelt dat een spanningsverdeling die
Vergelijkingen > onbekenden voldoet aan evenwichtsvoorwaarden
Niet stabiel en nergens het vloeicriterium
Isostatische structuren overschrijdt, veilig door de constructie
Vergelijkingen = onbekenden kan worden gedragen
In principe stabiel
Hyperstatische structuren
Vergelijkingen < onbekenden
In principe stabiel
, 2. Spanningen en rekken
Axiale trek en axiale druk
Krachtsvormen die langs de as van een constructie-element werken
Axiale trek = langer worden
Axiale druk = korter worden
σ =Eε
E = Modulus van Young
𝜈: coëfficiënt van Poisson
Zuivere afschuiving
Een kracht die parallel werkt aan het oppervlak of dwarsdoorsnede van
een constructie-element, waardoor de lagen van het materiaal langs elkaar
willen schuiven ,dit resulteert in een vervorming waarbij rechthoekige
doorsneden van het materiaal veranderen in parallellogrammen, zonder
volumeverandering.
G: glijdingsmodulus
τ =Gγ
Hoofdstuk 1: Inleiding
1. Traditionele ontwerpwijze
Materialen:
- Steen : kan geen trekspanningen opnemen
- Hout : kan geen grote spanningen opnemen en stijve verbindingen maken
is moeilijk
Aanpak:
- Door trial and error en natuurlijke selectie
2. Moderne ontwerpwijze
Nieuwe materialen:
- IJzer
Antiek smeedijzer
Ontstaat door het verhitten van ijzererts (Fe2O3) met
reductiemiddel zoals steenkool
Zeer vervormbaar Nagels en schroeven
Gietijzer
Ontstaat door verhitting op hogere temperatuur
Hard en bros, kan amper trek opnemen kolommen en drukstaven
(onder druk!)
Smeedijzer
Ontstaat door gietijzer verder te bewerken en koolstofgehalte te
verlagen
Zacht en kan trek opnemen maar druksterkte verminderd t.o.v.
gietijzer vakwerken en balken
Staal
Analoog aan smeedijzer maar bevat iets meer koolstof
Goede trek- en druksterkte, tussenvorm van giet- en smeedijzer
warm- en koudgewalste profielen
- Beton (scheurt makkelijk, kan dus slecht tegen trek)
Gewapend beton
Scheuren van beton tegen gaan door wapening, scheurt nog steeds
maar wordt opgevangen door wapening veel extra doorbuiging
Beton hecht goed aan staal door dezelfde
warmtegeleidingscoëfficiënt
Voorgespannen beton
Treksterkte wordt verhoogt door beton vooraf onder druk te zetten
Er is nog amper trek na plaatsing weinig extra doorbuiging
, - Hout
Massief hout
Bestaat uit één enkel stuk hout, afkomstig van een boomstam. Het
wordt direct verwerkt zonder verdere aanpassingen behalve zagen
en schaven
Gevoelig voor scheuren
Gelamelleerd hout
Bestaat uit meerdere dunne lagen (lamellen) hout van hoge
kwaliteit die onder hoge druk en met lijm aan elkaar worden
verbonden
Veel sterker dan massief hout
CLT
Bestaat uit meerdere lagen houten planken die kruislings op elkaar
worden verlijmd
- Kunststof
Niet echt een structureel materiaal, wordt gebruikt voor andere
toepassingen zoals afdichtingen etc.…
Nieuwe aanpak:
Structurele analyse
Belastingen in rekening brengen
Kennis van sterkte en stijfheid materialen
Berekenen van de krachtswerking (Grafostatica)
Controlepunten
Structuur moet stabiel zijn
Spanningen moeten beperkt blijven
Staven mogen niet uitknikken Controle a.d.h.v. Eurocodes
Verplaatsingen moeten beperkt blijven
Structurele optimalisatie
Zoeken naar een structureel ontwerp dat voldoet aan alle vereisten
maar waarvoor een minimale hoeveelheid materiaal vereist is, dit
gebeurd door telkens kleine wijzigingen aan te brengen en de
structuur terug te analyseren.
3 Soorten strategieën
Size optimization: optimalisatie van de secties.
Shape optimization: optimalisatie van de vorm.
Topology optimization: optimalisatie van de layout
, 3. Aanpak constructief ontwerpen
Keuze typologie
Ruwe dimensionering
Ruimtelijke stabiliteit
Materiaalkeuze en uitvoeringsmethode
Structurele analyse
Dimensionering van de secties
Hoofdstuk 2: Sterkteleer
1. Evenwicht
Krachtsvergelijkingen = 0
Momentenvergelijkingen = 0
Verbindingen vrijmaken om te kunnen rekenen :
1 : Inklemming (2 richtingen + moment)
2 : Scharnierend (2 richtingen)
3 : Roloplegging (1 richting)
Graad van statische bepaaldheid Stelling van de ondergrens
Hypostatische structuren stelt dat een spanningsverdeling die
Vergelijkingen > onbekenden voldoet aan evenwichtsvoorwaarden
Niet stabiel en nergens het vloeicriterium
Isostatische structuren overschrijdt, veilig door de constructie
Vergelijkingen = onbekenden kan worden gedragen
In principe stabiel
Hyperstatische structuren
Vergelijkingen < onbekenden
In principe stabiel
, 2. Spanningen en rekken
Axiale trek en axiale druk
Krachtsvormen die langs de as van een constructie-element werken
Axiale trek = langer worden
Axiale druk = korter worden
σ =Eε
E = Modulus van Young
𝜈: coëfficiënt van Poisson
Zuivere afschuiving
Een kracht die parallel werkt aan het oppervlak of dwarsdoorsnede van
een constructie-element, waardoor de lagen van het materiaal langs elkaar
willen schuiven ,dit resulteert in een vervorming waarbij rechthoekige
doorsneden van het materiaal veranderen in parallellogrammen, zonder
volumeverandering.
G: glijdingsmodulus
τ =Gγ
