Bouwconstructie
Hoofdstuk 1: draagstructuur
1. Inleiding
Permanente belasting zijn de krachten die op een gebouw
inwerken. Het is de optelsom van het eigen gewicht van de
structuur. Niet permanente belasting zijn de mobiele krachten
(wind, sneeuw, mensen, meubels, flexibele wanden, …). Beide
krachten gaan uiteindelijk allemaal naar beneden, afgeleid via de
funderingen. Dus de draagstructuur moet een ruimtelijk stijf en
een draagkrachtig systeem zijn. De opwaartse kracht (van de
ondergrond) is minstens even groot als deze neerwaartse kracht.
Stenen (beton) balken kunnen niet tegen trek krachten want dan
barsten ze.
Vlakvormige structuurelementen
Een plaat is een vlakvormig structuurelement waarbij de krachten
loodrecht inwerken op het vlak zoals bv. een vloerplaat. Een schijf
is een vlakvormig structuurelement, waarbij de krachten werken
in het vlak zoals bv. een dragende muur.
Een hedendaagse techniek die met deze twee elementen
werkt zijn de CLT platen (Cross Laminated Timber). Houten
planken worden kruiselings op elkaar gelijmd. Deze
wanden kunnen trekkrachten opnemen waardoor ze als
balk kunnen fungeren. Zo kan je vloerplaat ophangen aan
bv. muren, om een grote ruimte te maken zonder zichtbare
balken. Het heeft ecologische voordelen.
Lijnvormige structuurelementen
Een balk is een horizontale staaf met (meestal) rechte lengteas
die belast wordt door krachten loodrecht op de staafas.
Een kolom is een verticale staaf met (meestal) een rechte
lengteas, die belast wordt door krachten in de staafrichting.
In de Prehistorie werden ‘bouwkundige structuren’ gemaakt,
bestaande uit verticale stenen met daarop een horizontale plaat (zoals dolmen en
menhirs). Nu (2000) zijn er prefab-gebouwen, opgebouwd uit grote platen die
horizontaal en verticaal geplaatst kunnen worden zodat er ruimtes ontstaan.
Boogvormig structuurelementen
Een boog is een gebogen constructie die een
opening overspant en de druk van de last er
boven opvangt en afleidt. Het bevat een boog
die uit één stuk kan bestaan of opgebouwd kan
zijn meerdere stenen met wigvormige voegen.
, Er zijn enkele oplossingen om de spatkrachten in de
constructie op te vangen:
▪ Het verbinden van oplegpunten met een trekstaaf
(staal). Deze vangen de horizontale krachten op.
▪ Het plaatsen van dikke steunpunten of een brede
fundering (zoals bij Romeinse aquaducten).
▪ Het maken van spitsbogen, in de gotische periode, die op
de steunpunten met pinakels verzwaard werden.
Daardoor gaan de krachten die op de boog komen recht
naar beneden, waardoor de steunpunten veel dunner
konden gemaakt worden.
Gewelf
Een gewelf is een doorsnee gebogen constructie, die een ruimte met
rechthoekig plattegrond overdekt (voor een koepel is dit meestal cirkelvormig).
De zijdelingse druk die het gewelf uitoefent wordt opgevangen door al dan niet
verzwaarde muren, aan beide zijden kleinere- of halve gewelven, hoger
opgaande zijruimten (zijbeuken) of schoorwerk. een tongewelf.
Een tongewelf is een gewelf dat over de gehele lengte dezelfde
vorm heeft en waarvan de dwarsdoorsnede een halve cirkel vormt,
zodat het gewelf een halve cilinder vormt.
Een kruisgewelf is een kruising van twee tongewelven, assen
loodrecht op elkaar.
Wanneer men een boog wentelt om een verticale as
ontstaat een koepel. Ook hier moeten de
spatkrachten opgevangen worden. Dit kan met
trekkers of een ringbalk.
Het Pantheon in Rome is de grootste koepel in ongewapende beton. Het heeft
een diameter van 43,3m. het heeft een bijzondere constructie:
▪ De druk van de koepel wordt opgevangen door zware muren.
▪ De koepel wordt dunner naar boven toe.
▪ De oculus (gat) zorgt dat de spanningen weggewerkt worden.
▪ De koepel bestaat uit cassettes (gewichtsbesparend).
▪ Het materiaal is basis basalt (zwaar en drukvast) en bovenaan puinsteen
(vulkanisch gesteente).
2. De soorten krachten die op een constructie inwerken
Een puntlast is een belasting die aangrijpt op een constructiedeel, waarbij de
oppervlakte van het aangrijpingsvlak klein is in verhouding tot het
constructiedeel. Een puntlast heeft een aangrijpingspunt, een richting (= zin) en
een grootte. De belasting wordt samengebundeld in 1 punt. Een persoon op een
vloer is een puntlast bijvoorbeeld.
, Een eenparige verdeelde belasting is een belasting die wordt
verdeeld over een oppervlak. Te vergelijken met een muur op een
funderingszool of een vloerplaat op een muur of balk.
3. Spanningen in een constructie
Een balk of plaat gelegen tussen twee steunpunten zal doorbuigen door zijn
eigen gewicht en ook door externe belasting, waarbij verschillende krachten
optreden.
▪ Trekspanning
Door de doorbuiging van de balk ontstaat trekkracht onderaan het materiaal.
Staal en hout kunnen deze krachten opvangen, maar natuursteen en beton
niet. Bij beton kan dit worden opgelost door wapening onderaan de balk te
plaatsen.
▪ Drukspanning
Bovenaan wordt de balk deze samengedrukt. Beton en natuursteen kunnen
hoge drukkrachten weerstaan, dus is daar geen wapening nodig. Toch wordt
vaak een drukwapening geplaatst, maar met een kleinere sectie dan de
trekwapening. In de overgang van drukspanning naar trekspanning is er geen
normaalspanning (krachten richting de lengterichting van de balk). Dit is de
neutrale zone.
▪ Schuifspanning
Dwarskracht treedt loodrecht op de balk op, niet langs de lengte
maar in de breedte en hoogte. Dit ontstaat door de vervorming
van de balk, waarbij deze bovenaan dikker en onderaan dunner
wordt. Dwarswapening wordt gebruikt om deze krachten op te
vangen.
▪ Buigspanning
Trek- en drukkrachten veroorzaken een buiging in de balk. De
buigspanning neemt toe met de afstand tot de steunpunten en
varieert afhankelijk van de balkvorm (bv. hoogte). Op de foto zie
je een schematische voorstelling van een balk met een puntlast
in het midden, gevolgd door de schuifkrachten en de
(buig)momentenlijn.
Het buigmoment is een torsiekracht in het materiaal. Krachtarm is de afstand
van de hand waar kracht op staat en het beginpunt. Dus hoe dieper bv. een
zwevende zitbank aan de pin hangt, hoe minder belasting op 1 punt. Hoe
dieper de zitbank is, hoe groter het moment in de ophangbeugel bij éénzelfde
belasting.
4. Belastingen op een constructie
Er bestaat permanente belasting. Dit is het eigen gewicht van de constructieve
delen (balken, vloerplaten, muren, …) met de afwerking (chape, bepleistering,
tegels, …). Deze belasting wijzigt niet in de levensduur van het gebouw.
Er is ook niet-permanente belasting. De grootte van deze belasting verandert
in de loop van de tijd. Het gaat hier over het gewicht van personen,
sneeuwbelasting, parkeerdaken, …
, Er zijn een paar standaardmaten waarmee men rekening houdt, opgedeeld in
klassen. Elke klasse moet een ander gewicht kunnen dragen. Bij de ene klasse is
dit meer dan bij de andere. Klasse 1 is 200 kg/m², wat gehanteerd wordt in
woningen. Klasse 2 is 300 kg/m², voor klaslokalen. En klasse 3 is 400 kg/m²,
voor tribunes. Er zijn ook enkele toevallige belastingen zoals sneeuwbelasting
(50-120 kg/m²) is of onderhoud van platte daken (100 kg /m²).
5. Wat bepaalt de structuur van een gebouw?
De bouwplaats
▪ Samenstelling van de ondergrond
▪ Locatie van de werf (vrijstaand of aansluitend)
▪ Wettelijke voorschriften
De functie privégebouwen
▪ Woongebouw particulier ▪ Cultuur, ontspanning en sport
▪ Woongebouw gemeenschappelijk ▪ Religieuze gebouwen
publieke gebouwen ▪ Gezondheidszorg industriële
▪ Handel en horeca gebouwen
▪ Schoolgebouwen ▪ Transport
▪ Overheidsgebouwen ▪ Utiliteitsgebouwen
De bouwhoogte
De hoogte zal de bouwwijze mee beïnvloeden. In de meeste gevallen geldt ‘hoe
hoger, hoe complexer de bouwwijze’. Daarnaast moeten gebouwen ook voldoen
aan een aantal brandnormen. Hoe hoger het gebouw is, hoe zwaarder het
programma van eisen zal zijn. In België gebeurt de indeling van de gebouwen
volgens de brandnormen als volgt:
▪ Laagbouw (hoogte < 10m)
▪ Middelhoog (10m < hoogte < 25m)
▪ Hoogbouw (hoogte > 25m)
De vorm
De vorm is afhankelijk van de aangehaalde punten, maar de ideeën van de
ontwerper en de invloed van de opdrachtgever spelen ook een grote rol.
De bouwwijze
De wijze van bouwen kan de vorm beïnvloeden, maar ook omgekeerd. Een
aantal mogelijke bouwvormen zijn:
▪ Stapelbouw ▪ Houtskellet
▪ Gietbouw ▪ Prefabbouw
De voorschriften
▪ Veiligheid ▪ Stedenbouw
▪ Gezondheid ▪ Bouwfysica
▪ Energiezuinigheid ▪ Isolatie/geluid/brand
▪ Milieuvriendelijkheid
6. Vaste en variabele onderdelen
Vaste onderdelen in een woning
Enkele zaken zijn niet te verwijderen in een woning, zoals dragende muren,
vloeren, dak, meterkasten en funderingen of rioleringen.
Hoofdstuk 1: draagstructuur
1. Inleiding
Permanente belasting zijn de krachten die op een gebouw
inwerken. Het is de optelsom van het eigen gewicht van de
structuur. Niet permanente belasting zijn de mobiele krachten
(wind, sneeuw, mensen, meubels, flexibele wanden, …). Beide
krachten gaan uiteindelijk allemaal naar beneden, afgeleid via de
funderingen. Dus de draagstructuur moet een ruimtelijk stijf en
een draagkrachtig systeem zijn. De opwaartse kracht (van de
ondergrond) is minstens even groot als deze neerwaartse kracht.
Stenen (beton) balken kunnen niet tegen trek krachten want dan
barsten ze.
Vlakvormige structuurelementen
Een plaat is een vlakvormig structuurelement waarbij de krachten
loodrecht inwerken op het vlak zoals bv. een vloerplaat. Een schijf
is een vlakvormig structuurelement, waarbij de krachten werken
in het vlak zoals bv. een dragende muur.
Een hedendaagse techniek die met deze twee elementen
werkt zijn de CLT platen (Cross Laminated Timber). Houten
planken worden kruiselings op elkaar gelijmd. Deze
wanden kunnen trekkrachten opnemen waardoor ze als
balk kunnen fungeren. Zo kan je vloerplaat ophangen aan
bv. muren, om een grote ruimte te maken zonder zichtbare
balken. Het heeft ecologische voordelen.
Lijnvormige structuurelementen
Een balk is een horizontale staaf met (meestal) rechte lengteas
die belast wordt door krachten loodrecht op de staafas.
Een kolom is een verticale staaf met (meestal) een rechte
lengteas, die belast wordt door krachten in de staafrichting.
In de Prehistorie werden ‘bouwkundige structuren’ gemaakt,
bestaande uit verticale stenen met daarop een horizontale plaat (zoals dolmen en
menhirs). Nu (2000) zijn er prefab-gebouwen, opgebouwd uit grote platen die
horizontaal en verticaal geplaatst kunnen worden zodat er ruimtes ontstaan.
Boogvormig structuurelementen
Een boog is een gebogen constructie die een
opening overspant en de druk van de last er
boven opvangt en afleidt. Het bevat een boog
die uit één stuk kan bestaan of opgebouwd kan
zijn meerdere stenen met wigvormige voegen.
, Er zijn enkele oplossingen om de spatkrachten in de
constructie op te vangen:
▪ Het verbinden van oplegpunten met een trekstaaf
(staal). Deze vangen de horizontale krachten op.
▪ Het plaatsen van dikke steunpunten of een brede
fundering (zoals bij Romeinse aquaducten).
▪ Het maken van spitsbogen, in de gotische periode, die op
de steunpunten met pinakels verzwaard werden.
Daardoor gaan de krachten die op de boog komen recht
naar beneden, waardoor de steunpunten veel dunner
konden gemaakt worden.
Gewelf
Een gewelf is een doorsnee gebogen constructie, die een ruimte met
rechthoekig plattegrond overdekt (voor een koepel is dit meestal cirkelvormig).
De zijdelingse druk die het gewelf uitoefent wordt opgevangen door al dan niet
verzwaarde muren, aan beide zijden kleinere- of halve gewelven, hoger
opgaande zijruimten (zijbeuken) of schoorwerk. een tongewelf.
Een tongewelf is een gewelf dat over de gehele lengte dezelfde
vorm heeft en waarvan de dwarsdoorsnede een halve cirkel vormt,
zodat het gewelf een halve cilinder vormt.
Een kruisgewelf is een kruising van twee tongewelven, assen
loodrecht op elkaar.
Wanneer men een boog wentelt om een verticale as
ontstaat een koepel. Ook hier moeten de
spatkrachten opgevangen worden. Dit kan met
trekkers of een ringbalk.
Het Pantheon in Rome is de grootste koepel in ongewapende beton. Het heeft
een diameter van 43,3m. het heeft een bijzondere constructie:
▪ De druk van de koepel wordt opgevangen door zware muren.
▪ De koepel wordt dunner naar boven toe.
▪ De oculus (gat) zorgt dat de spanningen weggewerkt worden.
▪ De koepel bestaat uit cassettes (gewichtsbesparend).
▪ Het materiaal is basis basalt (zwaar en drukvast) en bovenaan puinsteen
(vulkanisch gesteente).
2. De soorten krachten die op een constructie inwerken
Een puntlast is een belasting die aangrijpt op een constructiedeel, waarbij de
oppervlakte van het aangrijpingsvlak klein is in verhouding tot het
constructiedeel. Een puntlast heeft een aangrijpingspunt, een richting (= zin) en
een grootte. De belasting wordt samengebundeld in 1 punt. Een persoon op een
vloer is een puntlast bijvoorbeeld.
, Een eenparige verdeelde belasting is een belasting die wordt
verdeeld over een oppervlak. Te vergelijken met een muur op een
funderingszool of een vloerplaat op een muur of balk.
3. Spanningen in een constructie
Een balk of plaat gelegen tussen twee steunpunten zal doorbuigen door zijn
eigen gewicht en ook door externe belasting, waarbij verschillende krachten
optreden.
▪ Trekspanning
Door de doorbuiging van de balk ontstaat trekkracht onderaan het materiaal.
Staal en hout kunnen deze krachten opvangen, maar natuursteen en beton
niet. Bij beton kan dit worden opgelost door wapening onderaan de balk te
plaatsen.
▪ Drukspanning
Bovenaan wordt de balk deze samengedrukt. Beton en natuursteen kunnen
hoge drukkrachten weerstaan, dus is daar geen wapening nodig. Toch wordt
vaak een drukwapening geplaatst, maar met een kleinere sectie dan de
trekwapening. In de overgang van drukspanning naar trekspanning is er geen
normaalspanning (krachten richting de lengterichting van de balk). Dit is de
neutrale zone.
▪ Schuifspanning
Dwarskracht treedt loodrecht op de balk op, niet langs de lengte
maar in de breedte en hoogte. Dit ontstaat door de vervorming
van de balk, waarbij deze bovenaan dikker en onderaan dunner
wordt. Dwarswapening wordt gebruikt om deze krachten op te
vangen.
▪ Buigspanning
Trek- en drukkrachten veroorzaken een buiging in de balk. De
buigspanning neemt toe met de afstand tot de steunpunten en
varieert afhankelijk van de balkvorm (bv. hoogte). Op de foto zie
je een schematische voorstelling van een balk met een puntlast
in het midden, gevolgd door de schuifkrachten en de
(buig)momentenlijn.
Het buigmoment is een torsiekracht in het materiaal. Krachtarm is de afstand
van de hand waar kracht op staat en het beginpunt. Dus hoe dieper bv. een
zwevende zitbank aan de pin hangt, hoe minder belasting op 1 punt. Hoe
dieper de zitbank is, hoe groter het moment in de ophangbeugel bij éénzelfde
belasting.
4. Belastingen op een constructie
Er bestaat permanente belasting. Dit is het eigen gewicht van de constructieve
delen (balken, vloerplaten, muren, …) met de afwerking (chape, bepleistering,
tegels, …). Deze belasting wijzigt niet in de levensduur van het gebouw.
Er is ook niet-permanente belasting. De grootte van deze belasting verandert
in de loop van de tijd. Het gaat hier over het gewicht van personen,
sneeuwbelasting, parkeerdaken, …
, Er zijn een paar standaardmaten waarmee men rekening houdt, opgedeeld in
klassen. Elke klasse moet een ander gewicht kunnen dragen. Bij de ene klasse is
dit meer dan bij de andere. Klasse 1 is 200 kg/m², wat gehanteerd wordt in
woningen. Klasse 2 is 300 kg/m², voor klaslokalen. En klasse 3 is 400 kg/m²,
voor tribunes. Er zijn ook enkele toevallige belastingen zoals sneeuwbelasting
(50-120 kg/m²) is of onderhoud van platte daken (100 kg /m²).
5. Wat bepaalt de structuur van een gebouw?
De bouwplaats
▪ Samenstelling van de ondergrond
▪ Locatie van de werf (vrijstaand of aansluitend)
▪ Wettelijke voorschriften
De functie privégebouwen
▪ Woongebouw particulier ▪ Cultuur, ontspanning en sport
▪ Woongebouw gemeenschappelijk ▪ Religieuze gebouwen
publieke gebouwen ▪ Gezondheidszorg industriële
▪ Handel en horeca gebouwen
▪ Schoolgebouwen ▪ Transport
▪ Overheidsgebouwen ▪ Utiliteitsgebouwen
De bouwhoogte
De hoogte zal de bouwwijze mee beïnvloeden. In de meeste gevallen geldt ‘hoe
hoger, hoe complexer de bouwwijze’. Daarnaast moeten gebouwen ook voldoen
aan een aantal brandnormen. Hoe hoger het gebouw is, hoe zwaarder het
programma van eisen zal zijn. In België gebeurt de indeling van de gebouwen
volgens de brandnormen als volgt:
▪ Laagbouw (hoogte < 10m)
▪ Middelhoog (10m < hoogte < 25m)
▪ Hoogbouw (hoogte > 25m)
De vorm
De vorm is afhankelijk van de aangehaalde punten, maar de ideeën van de
ontwerper en de invloed van de opdrachtgever spelen ook een grote rol.
De bouwwijze
De wijze van bouwen kan de vorm beïnvloeden, maar ook omgekeerd. Een
aantal mogelijke bouwvormen zijn:
▪ Stapelbouw ▪ Houtskellet
▪ Gietbouw ▪ Prefabbouw
De voorschriften
▪ Veiligheid ▪ Stedenbouw
▪ Gezondheid ▪ Bouwfysica
▪ Energiezuinigheid ▪ Isolatie/geluid/brand
▪ Milieuvriendelijkheid
6. Vaste en variabele onderdelen
Vaste onderdelen in een woning
Enkele zaken zijn niet te verwijderen in een woning, zoals dragende muren,
vloeren, dak, meterkasten en funderingen of rioleringen.
