Structuur Verdiepend
Hoofdstuk 1: Structureel ontwerp
Traditioneel versus modern
Traditioneel constructies tot 1750
- Risicovol
- Langzame evolutie van vaste constructietypes op experimentele wijze (= trial
and error) + homogene bouwperiodes en stijlen
Trial and error: experimenteren/proberen
- Ambachtelijke realisatie begrenzen de constructieve mogelijkheden (geen
machines)
- Constructie en architectuur vallen samen = kolom en esthetiek vallen samen
- Beperkt aantal types grote gebouwen (daken waren in hout, maar hout vergaat)
- Zware materialen + groot eigengewicht + kleine nuttige lasten (kunnen druk
opnemen)
Tempels geen verdiepingen, maar wel heel hoog = weinig nagedacht over
constructie
- Gewicht nodig om iets in plaats te houden zware materialen = groot
eigengewicht
Gotiek
- Kerken werden groter = hoge verticale ruimte (typisch gotiek)
adhv steunberen en luchtbogen
= Hoe groter/hoger de kerk, hoe meer gebruik van steunberen en
luchtbogen en hoe slanker de kathedraal zelf, maar hoe breder de
constructie zelf
Alles oplossen met drukkrachten (spatkrachten ging men
opnemen en herleiden naar de steunberen)
- Steunberen = structureel, maar esthetisch uitgewerkt
- Extra zijbeuk toegevoegd voor krachten op te nemen +
middelste kolommen werden slanker om minder lasten op te
nemen
= Weinig ornament (alles wordt toegevoegd om structurele redenen)
Oefening 1.1: welk gewicht is er nodig om een kathedraalboog op zijn plaats te
houden?
Spatkrachten niet enkel mij zijbeuken oplossen, maar ook met recht muur
(massieve steunberen + massieve blok)
Koepel druksysteem, waarbij trek zich manifesteert in de horizontale
concentrische cirkels (meeste trekkracht onderaan in koepel)
BV. Pantheon Massa toevoegen aan de buitenzijde van de
koepel om trekkrachten onderaan de koepel op te nemen +
uitsparingen om koepel lichter te maken (eigengewicht
verlagen spatkrachten verlagen)
= Hoe hoger de koepel, hoe minder spatkrachten want
trekkrachten in de hoogte blijven beter binnen
de structuur
,- Hoe groter H, hoe meer krachten het kan opvangen
- Hoe kleiner H, hoe groter de spatkracht
*Koepel kan ook in hout of metselwerk gebouwd worden
Vandaag in gietstaal waardoor koepels fijn blijven (onderste ring versterkt met
staal)
Moderne constructies na 1750
- Veilig
- Veelheid aan structuren en constructievormen op voorhand nagerekend, weinig
nog echte experimenteel + heterogeen canvas van structuren
- De machine als rechterhand van de mens
- Constructie kan op de achtergrond spelen, vormonafhankelijk
- Schaalvergroting
- Lichtere materialen en structuren
Door industriële revolutie gaat alles veel sneller: men begint na te denken,
sneller te bouwen, nieuwe materialen (groter en anders bouwen)
- Architectuur nu = geen menging van stijlen uit het verleden, maar nieuwe
structuurprincipes
Basis van nieuwe structuurprincipes:
- Isaac Newton (krachtenleer): 3 wetten van Newton (traagheid, F = m.a, actie
= reactie)
- Robert Hooke (elasticiteitsleer): wet van Hooke (spanning = E . ɛ)
Nieuwe materialen gietijzer, staal en gewapend beton
- Door opkomst stoommachine, kon men water uit mijnen pompen, om zo meer
materiaal te halen (eerste machine die circulaire bewegingen kon maken ipv
verticale)
- Aantrekkingskracht tussen aarde en de mens is zeer
groot, waardoor we blijven staan (F = m.a in N)
- Kracht zorgt altijd voor vervorming (spanning = E . ɛ
in N/mm²)
Elasticiteitsgrafiek (E in GPa)
verhouding tussen spanning en rek is E (geldt tot op een
bepaalde hoogte)
= Hoe hoger E, hoe steviger het materiaal (sterk is niet altijd
stijf)
Modern ontwerp uitwendige krachten (lasten) + inwendige krachten +
materiaal + veiligheidscoëfficiënt
Tensegrity = samentrekking van tension en structural integrity (Newton +
Hooke)
Samenwerking tussen de echtheid van de structuur en hoe het geheel zijn
vorm behoud
- Dikke staven onder druk + rekkers onder trek = evenwicht (bal)
, Architectuur = trekkracht opnemen, dus fijne structuren nodig (weinig relatie
tussen vorm en structuur)
Reciprocal frame = zelfdragende constructie die gemaakt is van 3 of meer
balken, waarbij er geen centrale ondersteuning nodig is om
daken, bruggen… te creëren
Balken steunen op elkaar, zonder centrale kolom (complexe
structuur voor grote overspanningen)
= Als 1 van de spanten breekt, stort de hele constructie in
Structurele concepten
Ingenieuze van constructie niet in berekening maar in vorm (ontwerp)
Architecturaal ontwerp voedt structureel ontwerp en omgekeerd
Idee af schematiseren van systeem (inwendige krachten, uitwendige krachten
en materiaal) + dimensioneringsberekeningen
1. Structurele basisvorm
Vorm-actieve structuren: schalen koepels, bogen, kabels…
Vector-actieve structuren: 2D-systemen, vakwerken…
Snede-actieve structuren: balken, horizontale platen, portieken, vierendeel
Oppervlakte-actieve structuren: wandliggers
Vector-actief <-> snede-actief
- Vector-actief = hoogte van belang (vakwerk) +
scharnier
- Snede-actief = ingeklemd
Snede-actieve structuren balken + portieken en vierendeel + horizontale en
verticale platen
(Balken in 2 richtingen)
2. Ruwe dimensionering
Vuistregels voor een correcte pre-dimensionering (zie cursus/formularium)
Keuze materiaal: bepaalt massiviteit van gebouw, soorten knopen, de
slankheid van structuur en het ontwerp
3. Ruimtelijke stabiliteit
Stabiliteit voorzien in 3 dimensies (windverbanden,
inklemming…)
4. Principe fundering
Krachten worden opgevangen door fundering = belangrijkste onderdeel van
het gebouw
- Enorm veel staal ne beton (economisch en ecologisch slecht)
= Foute fundering gevolgen op constructief vlak en financieel vlak
- Gewapende fundering, diepe fundering, fundering met vorstrand, fundering op
palen…
5. Uitvoeringsmethode
- Slechte uitvoering = economisch en ecologisch slecht
Constructie (tijd en locatie) + detail (uitvoering)
, - Uitvoeren = efficiëntie
6. Ecologische en economische toets
Ecologisch: geen overschot aan grondstoffen + onze planeet geraakt uitgeput
- Slim gebruik van grondstoffen, producten en goederen die oneindig kunnen
gebruikt worden
= Circulair bouwen + circulaire economie
Economisch: budget direct meenemen in ontwerp
Levensduur bepalend voor ecologisch en economisch: inboedel (1 jaar),
plattegrond (3-30 jaar), leidingen (7-15 jaar), structuur (30-300 jaar), gevel (20
jaar), plaats (eeuwig)
- Structuur schematiseren inwendige krachten,
uitwendige krachten, afmetingen, materiaal,
uitvoering (systeem)
- Dimensioneringsberekeningen complexe structuren berekenen
(NVM, UE, IE…)
= Excel, Diamonds, MDSOLiDS4.0
Oefening 1.2: wat zijn de reactiekrachten?
Oefening 1.3: welke kracht moet de persoon uitoefenen?
Structuurcase
- Arch. BAUKUNST (nieuwbouw luifel speelplaats,
Molenbeek)
Bekisting met
wapening (gegoten
beton)
- Arch. Kengo kuma (nieuwbouw paviljoen,
Lausanne)
Samenwerking hout en aluminium
2. Actiekrachten, lastendaling en funderingen
Actiekrachten
Zwaartekracht voorwerpen op
aarde aantrekken
- Eigengewicht = elke balk, even lang, weegt verschillend
Hoofdstuk 1: Structureel ontwerp
Traditioneel versus modern
Traditioneel constructies tot 1750
- Risicovol
- Langzame evolutie van vaste constructietypes op experimentele wijze (= trial
and error) + homogene bouwperiodes en stijlen
Trial and error: experimenteren/proberen
- Ambachtelijke realisatie begrenzen de constructieve mogelijkheden (geen
machines)
- Constructie en architectuur vallen samen = kolom en esthetiek vallen samen
- Beperkt aantal types grote gebouwen (daken waren in hout, maar hout vergaat)
- Zware materialen + groot eigengewicht + kleine nuttige lasten (kunnen druk
opnemen)
Tempels geen verdiepingen, maar wel heel hoog = weinig nagedacht over
constructie
- Gewicht nodig om iets in plaats te houden zware materialen = groot
eigengewicht
Gotiek
- Kerken werden groter = hoge verticale ruimte (typisch gotiek)
adhv steunberen en luchtbogen
= Hoe groter/hoger de kerk, hoe meer gebruik van steunberen en
luchtbogen en hoe slanker de kathedraal zelf, maar hoe breder de
constructie zelf
Alles oplossen met drukkrachten (spatkrachten ging men
opnemen en herleiden naar de steunberen)
- Steunberen = structureel, maar esthetisch uitgewerkt
- Extra zijbeuk toegevoegd voor krachten op te nemen +
middelste kolommen werden slanker om minder lasten op te
nemen
= Weinig ornament (alles wordt toegevoegd om structurele redenen)
Oefening 1.1: welk gewicht is er nodig om een kathedraalboog op zijn plaats te
houden?
Spatkrachten niet enkel mij zijbeuken oplossen, maar ook met recht muur
(massieve steunberen + massieve blok)
Koepel druksysteem, waarbij trek zich manifesteert in de horizontale
concentrische cirkels (meeste trekkracht onderaan in koepel)
BV. Pantheon Massa toevoegen aan de buitenzijde van de
koepel om trekkrachten onderaan de koepel op te nemen +
uitsparingen om koepel lichter te maken (eigengewicht
verlagen spatkrachten verlagen)
= Hoe hoger de koepel, hoe minder spatkrachten want
trekkrachten in de hoogte blijven beter binnen
de structuur
,- Hoe groter H, hoe meer krachten het kan opvangen
- Hoe kleiner H, hoe groter de spatkracht
*Koepel kan ook in hout of metselwerk gebouwd worden
Vandaag in gietstaal waardoor koepels fijn blijven (onderste ring versterkt met
staal)
Moderne constructies na 1750
- Veilig
- Veelheid aan structuren en constructievormen op voorhand nagerekend, weinig
nog echte experimenteel + heterogeen canvas van structuren
- De machine als rechterhand van de mens
- Constructie kan op de achtergrond spelen, vormonafhankelijk
- Schaalvergroting
- Lichtere materialen en structuren
Door industriële revolutie gaat alles veel sneller: men begint na te denken,
sneller te bouwen, nieuwe materialen (groter en anders bouwen)
- Architectuur nu = geen menging van stijlen uit het verleden, maar nieuwe
structuurprincipes
Basis van nieuwe structuurprincipes:
- Isaac Newton (krachtenleer): 3 wetten van Newton (traagheid, F = m.a, actie
= reactie)
- Robert Hooke (elasticiteitsleer): wet van Hooke (spanning = E . ɛ)
Nieuwe materialen gietijzer, staal en gewapend beton
- Door opkomst stoommachine, kon men water uit mijnen pompen, om zo meer
materiaal te halen (eerste machine die circulaire bewegingen kon maken ipv
verticale)
- Aantrekkingskracht tussen aarde en de mens is zeer
groot, waardoor we blijven staan (F = m.a in N)
- Kracht zorgt altijd voor vervorming (spanning = E . ɛ
in N/mm²)
Elasticiteitsgrafiek (E in GPa)
verhouding tussen spanning en rek is E (geldt tot op een
bepaalde hoogte)
= Hoe hoger E, hoe steviger het materiaal (sterk is niet altijd
stijf)
Modern ontwerp uitwendige krachten (lasten) + inwendige krachten +
materiaal + veiligheidscoëfficiënt
Tensegrity = samentrekking van tension en structural integrity (Newton +
Hooke)
Samenwerking tussen de echtheid van de structuur en hoe het geheel zijn
vorm behoud
- Dikke staven onder druk + rekkers onder trek = evenwicht (bal)
, Architectuur = trekkracht opnemen, dus fijne structuren nodig (weinig relatie
tussen vorm en structuur)
Reciprocal frame = zelfdragende constructie die gemaakt is van 3 of meer
balken, waarbij er geen centrale ondersteuning nodig is om
daken, bruggen… te creëren
Balken steunen op elkaar, zonder centrale kolom (complexe
structuur voor grote overspanningen)
= Als 1 van de spanten breekt, stort de hele constructie in
Structurele concepten
Ingenieuze van constructie niet in berekening maar in vorm (ontwerp)
Architecturaal ontwerp voedt structureel ontwerp en omgekeerd
Idee af schematiseren van systeem (inwendige krachten, uitwendige krachten
en materiaal) + dimensioneringsberekeningen
1. Structurele basisvorm
Vorm-actieve structuren: schalen koepels, bogen, kabels…
Vector-actieve structuren: 2D-systemen, vakwerken…
Snede-actieve structuren: balken, horizontale platen, portieken, vierendeel
Oppervlakte-actieve structuren: wandliggers
Vector-actief <-> snede-actief
- Vector-actief = hoogte van belang (vakwerk) +
scharnier
- Snede-actief = ingeklemd
Snede-actieve structuren balken + portieken en vierendeel + horizontale en
verticale platen
(Balken in 2 richtingen)
2. Ruwe dimensionering
Vuistregels voor een correcte pre-dimensionering (zie cursus/formularium)
Keuze materiaal: bepaalt massiviteit van gebouw, soorten knopen, de
slankheid van structuur en het ontwerp
3. Ruimtelijke stabiliteit
Stabiliteit voorzien in 3 dimensies (windverbanden,
inklemming…)
4. Principe fundering
Krachten worden opgevangen door fundering = belangrijkste onderdeel van
het gebouw
- Enorm veel staal ne beton (economisch en ecologisch slecht)
= Foute fundering gevolgen op constructief vlak en financieel vlak
- Gewapende fundering, diepe fundering, fundering met vorstrand, fundering op
palen…
5. Uitvoeringsmethode
- Slechte uitvoering = economisch en ecologisch slecht
Constructie (tijd en locatie) + detail (uitvoering)
, - Uitvoeren = efficiëntie
6. Ecologische en economische toets
Ecologisch: geen overschot aan grondstoffen + onze planeet geraakt uitgeput
- Slim gebruik van grondstoffen, producten en goederen die oneindig kunnen
gebruikt worden
= Circulair bouwen + circulaire economie
Economisch: budget direct meenemen in ontwerp
Levensduur bepalend voor ecologisch en economisch: inboedel (1 jaar),
plattegrond (3-30 jaar), leidingen (7-15 jaar), structuur (30-300 jaar), gevel (20
jaar), plaats (eeuwig)
- Structuur schematiseren inwendige krachten,
uitwendige krachten, afmetingen, materiaal,
uitvoering (systeem)
- Dimensioneringsberekeningen complexe structuren berekenen
(NVM, UE, IE…)
= Excel, Diamonds, MDSOLiDS4.0
Oefening 1.2: wat zijn de reactiekrachten?
Oefening 1.3: welke kracht moet de persoon uitoefenen?
Structuurcase
- Arch. BAUKUNST (nieuwbouw luifel speelplaats,
Molenbeek)
Bekisting met
wapening (gegoten
beton)
- Arch. Kengo kuma (nieuwbouw paviljoen,
Lausanne)
Samenwerking hout en aluminium
2. Actiekrachten, lastendaling en funderingen
Actiekrachten
Zwaartekracht voorwerpen op
aarde aantrekken
- Eigengewicht = elke balk, even lang, weegt verschillend
