Samenvatting Samevattin Building Systems

Building systems

Les 1: Recap graphic statics

Zie lessen voorgaande jaren

Les 2: Steel structures I

- Geschiedenis
 Ca. 2000-1000 v.C.: Smeedijzer1
 Staal is een zeer belangrijk materiaal sinds de moderne
architectuur2. Het heeft namelijk de rol van ijzer3
overgenomen.
 Ca. 9 E: eerste structuren die gemaakt worden van smeedijzer
e

(China)
 Vanaf hier spreken we van constructie. Dit komt door het
feit dat men in China balken, vervaardigd in smeedijzer
heeft teruggevonden.
 Ca. 1760: Introductie van gietijzer4 als constructiemateriaal in
EU
 Hier wordt ijzer voor het eerst gebruikt in de bouw -> dit
heeft voor een revolutie gezorgd.
 Iron Bridge (1779)
o Dit is de eerste constructie die volledig is
opgebouwd uit gietijzer. Hierbij is er gebruik
gemaakt van bogen. Dit heeft als reden dat men
nog niet wist hoe men met dit materiaal moest
werken dus heeft men eigenlijk de werkwijze van
een houtenbrug5 overgenomen.
 Het voordeel van dit materiaal is dat men met veel meer
kolommen kan werken en dat het weerstand biedt tegen
brand.

Op de afbeelding is te zien dat de kolom inderdaad
smaller is, maar ook is de vorm hierbij opmerkelijk.
Dit deed men omdat een holle, ronde buis constant
zou blijven bewegen. Men had immers nog niet de
kennis om dit tegen te gaan vandaar dat men voor
deze vorm koos. Vandaag zouden we met een holle
kolom werken.
 Chrystal Palace (1851)
 Dit is een zeer belangrijk voorbeeld als het gaat om
staalconstructies, hoewel het bestond uit gietijzer. In
1
Engels: Wrought iron
2
We spreken hier dus over architectuur van de laatste 200 jaar.
3
Ijzer is een materiaal dat al heel lang wordt gebruikt onder andere voor wapens, door
zijn hardheid en de weerstand dat het materiaal biedt.
4
Engels: Cast iron
5
Dit ziet men voornamelijk terug in de verbindingen tussen de verschillende elementen.
1
BUILDINGS SYSTEMS LOUISE DESCHEEMAEKER

, deze constructie komen de elementen6 herhaaldelijk
voor.
 Massa staalproductie met Bessemer Staal proces (1857)
 Vanaf dit moment gaat men over van gietijzer naar
staal7. Dit komt door steenkool, want hierdoor wordt het
geheel veel sterker.
 Home insurance building (1885)
 Vanaf dit punt is men erin geslaagd om grote gebouwen
te realiseren.
 Door het staal dat hier is gebruikt, kon men zo hoog
bouwen.
 Eiffeltoren (1889)
 Men wil de gebouwen die zijn opgebouwd uit staal gaan
tonen aan de mensen.
 Het was de bedoeling om maar even te blijven staan,
maar nadat de bogen8 waren geplaatst heeft men beslist
om de constructie te laten staan.
 Farnsworth House (1951)
 Dit is een ‘naakte’ structuur9, die alle elementen die in
dit werk zijn verwerkt heel duidelijk laat zien.
 Centre Pompidou (1977)
 In dit bouwwerk is er gewerkt met allerlei verschillende
elementen10 in staal.
 Al deze elementen waren specifiek ontworpen, maar
deze kwamen wel herhaaldelijk voor.
 Broadgate Exchange Building (1990)
 Ook hierbij is er gebruik gemaakt van staal voor de
structuur.
 Guggenheim Museum (1997)
 Hier is er gebruik gemaakt van structuur, waarbij er is
gewerkt met een grid van driehoeken, die de vorm
bepalen van de façade.
 Smart Bridge (2021)
 Wat bijzonder is aan deze brug is het feit dat deze is
geprint door een 3D-printer. Dit is wel erg prijzig. Dit
project laat zien wat er allemaal mogelijk is met staal.
 Door het printen bespaar je wel op de mal die je niet
moet maken.




6
De vakwerken en kolommen worden steeds herhaalt.
7
Het verschil tussen gietijzer en staal is de aanwezigheid van koolstof. Staal heeft minder
koolstof, maar is wel in beter staat om lasten op te nemen en zal niet zo snel kraken als
ijzer.
8
Het gaat hier om de bogen waaronder men door kan lopen.
9
MVR was grote fan van deze ‘naakte’ structuur architectuur.
10
Deze elementen werden wel herhaald binnen dit project.
2
BUILDINGS SYSTEMS LOUISE DESCHEEMAEKER

, - Mechanische eigenschappen
 Spanningstest van staal
 Er worden testen uitgevoerd op staal. Tijdens het testen
valt op dat het materiaal ver kan worden uitgerekt en
ook grote lasten kunnen worden afgedragen. Deze
eigenschappen maken dat het materiaal zeer bruikbaar
is in de bouw.
 Het materiaal kan dus veel dragen zonder snel te breken
-> de ductility11 is hierbij zeer handig.

 Stressspanning

N = Axiale kracht (N)
l = beginlengte (mm)
A = doorsnedeoppervlak (mm2)
Delta l = verschil in lengte als het materiaal wordt
uitgerekt (mm)




De stress is
zeer
belangrijk
 Het gaat hierbij om een lineaire functie12.



Er is zelden een relatie voor trek en druk. Dit
geldt enkel voor een klein stukje staal zodat er
geen ‘bucking’ kan ontstaan. Staal zal immers
nooit breken of kraken. In tegenstelling daarvan
zal er ‘bucking’ plaatsvinden. Er zullen dan
zichtbare plooiingen zijn -> als dit gebeurt is het
staal niet meer veilig.
11
= flexibiliteit
12
Voor staal is het lineair, maar voor een ander materiaal zal dit hoogstwaarschijnlijk
anders zijn.
3
BUILDINGS SYSTEMS LOUISE DESCHEEMAEKER

, - Elastisch/ plastisch gedrag van een materiaal



Vanaf het moment dat de grafiek niet
meer lineair is spreken we van ductility.
Fu = de maximale kracht dat een
materiaal aan kan.
Ook is het belangrijk om te weten dat
dit schema erg symmetrisch is. Dit is
niet het geval voor andere materialen
zoals hout, beton en steen.




Deze afbeeldingen tonen aan hoe een
materiaal zich gedraagt naarmate het
lasten moet dragen.
1. Er is geen last
2. Hier zitten we in het elastische
gedrag -> als je de last
weghaalt gaat het materiaal
terug naar zijn oorspronkelijke
vorm.
3. Het punt 3 op de grafiek
betekent dat er een permanente
verandering plaatsvindt.
4. Bij deel 4 gaat de verandering
toenemen zonder dat er meer
last gedragen moet worden.
5. Bij punt vijf vindt de uiterste
vorm van verandering plaats. Bij
verdere verandering zou het
materiaal bezwijken onder de
lasten.
6. Hier bezwijkt het materiaal.




4
BUILDINGS SYSTEMS LOUISE DESCHEEMAEKER