College aantekeningen - Structuur - Building Structures

BUILDING STRUCTURES
INTRODUCTION
Waar moet een constructie aan voldoen om gebruikt te kunnen worden?
Twee belangrijke eisen: sterkte en stijfheid
De structuur willen we kunnen gebruiken, dat gebruik manifestieert zich op 2 vlakken:
Sterkte & stijfheid


Wanneer iets sterk genoeg, zou deze sterk genoeg zijn om jou te dragen. Deze mag deze
niet stuk gaan of begeven onder het gewicht. Dit wil zeggen dat de stoel sterk genoeg is,
maar niet da deze bruikbaar is.


Voorbeeld: balk boven deur is sterk genoeg om gewicht te dragen, maar als deze niet
stijf genoeg is en doorbuigt. Hierdoor zal de deur gaan klemmen en niet meer opengaat
(niet meer bruikbaar is)

Twee aparte berekeningen hiervoor

Een derde eis: Stabiliteit
Vanuit groter geheel, schuin zitten, teveel tegen leuning leunt dat deze alsnog omvalt.
Op groter niveau, als je kolom samendrukt kan deze beginnen knikken. Waardoor de
structuur door de vervorming begeeft, niet omwille van de sterkte.




0.6 THE CONCEPTUAL UNDERSTANDING OF STRUCTURAL BEHAVIOUR
Wat is de functie van een structuur?

Deze moet een last dragen, die lasten verplaatsen in de structuur nr de steunpunten
en ervoor zorgen dat dit niet instort. Ervoor zorgen dat de lasten opgenomen worden en
ervoor zorgen dat de brug gebruikt kan worden om over te steken.


Voorbeeld: Personen vormen een last en de brug heeft functie dat de ventjes niet in het
water vallen en er een tegengestelde kracht van de brug komt zodat ze er niet in vallen.




1

,CHAPTER 1 – LOADS AND LOAD PATHS
Hier wordt er gekeken wat de lasten zijn en hoe deze lasten door de structuur gaan
verlopen (load paths)

Onderscheid:

• Natural – natuurlijke belasting
• Useful – gebruiksbelastingen
• Accidental – Accidentiële belasting
• Dode of vast last <-> mobiele last


1.1 NATURAL LOADS
Natuurlijke lasten zijn de lasten die de natuur voortbrengt:
Gravity - Zwaartekracht

Is de kracht die de aarde uitoefent door ons aan te trekken (en omgekeerd). Twee massa’s
die elkaar aantrekken volgens een specifieke wet, de aantrekkingskracht is loodrecht naar
de aarde gericht.

Vb. Brug -> moet zijn eigen gewicht moeten opnemen en overbrengen


Windlast
Als je dit luchtverplaatsing/wind wil tegenhouden, kan de wind/massa zich niet meer
rechtdoor verplaatsen en moet dus afwijken. Deze afwijking zorgt voor een kracht.
= Som van krachten duwen aan ene kant, trekken aan andere kant


Fig 1.5 Tuinmuur

Last bij de afwijking, maar lucht dat erover gaat zorgt voor een last, maar ook aan de
andere kant voor een zuigkracht. Problemen vanuit zwaartekracht:


Fig. 1.7 – 1.8 Zandhoop

Hoopje zand bevat altijd een helling, altijd dezelfde helling. Zandhoopje manipuleren gaat
niet deze zal onder invloed van zwaartekracht terug zelfde vorm aannemen.


Fig 1.9

Als je dit wel wil doen moet je een keerwand plaatsen, hierbij kan je berekenen hoeveel
kracht er op deze wand komt en dimensioneren hoe groot deze wand moet zijn om de
kracht op te vangen.




2

,Fig. 1.10 Huis op helling of kelder

Huis op helling of kelder, hierbij moet je een kracht opnemen van de aarde dat duwt tegen
de wand.

Water Pressure – Waterdruk

Wet van Archimedes volgen en drukkrachten uitoefenen. Voorbeeld: Kelder

Wil hier binnendringen maar wand is sterk genoeg en hopelijk waterdicht water zal
krachten tegen de zijkanten van de wanden en vloer uitoefenen, hierdoor kan het als het
huis niet zwaar genoeg is en het huis begint te drijven op het water.

Voorbeeld dat minder onder natuurlijke last behoort


Fig. 1.13 Brug

Waarbij rots in het midden van de rivier, zorgt voor extra ondersteuning van de brug,
waardoor de brug een kleine overspanning moet maken (1/2 van voorafgaand voorbeeld)
De belasting op de brug, eigen last en gewicht van de kerel blijven hetzelfde ookal valt de
rots weg.


Fig. 1.14 Brug

Als de rots wegvalt zal de overspanning groter worden en de brug meer belast zal worden.
De belasting blijft hetzelfde, maar de overspanning veranderd door het natuurlijke proces
van de rots dat wegvalt. De structuur veranderd, waarbij hij van 3 steunpunten nar 2
steunpunten.

Fig 1.16 - 1.17 Earthquake – Aardbeving

Verticale en horizontale beweging, deze zorgt voor belangrijke horizontale krachten.
Aarde beweegt van links naar rechts, hierbij gaat het gebouw deze bewegingen opnemen
(hoe hoger, hoe meer hij naar links en rechts beweegt). Dit veroorzaakt grote krachten

Fig 1.18 – 1.19 Temperature varies – Temperatuursverschillen

Materialen kunnen uitzetten…

Vb. Gebouw met overkoepeling van tientallen meters met stalen staaf
Warmtetoename 30-40°C, gaat de stalenstaaf 2cm toenemen en moeten deze
opgenomen worden. Waardoor gebouwen uit elkaar worden gedreven, hier kunnen we de
krachten van berekenen. Waarbij er gelet moet worden op uitzetting en krimpvermogen
van een materialisatie.




3

, 1.2 USEFULL LOADS
Gebruiksbelasting – mobiele belasting is een belasting waarvoor we structuren maken.

Fig 1.20 - 1.21 Brug

Deze maken wij zodat mensen erover kunnen gaan en de lasten ervan te kunnen
opnemen. Deze belasting is afhankelijk van het gebruik, bepaald in normen voor mensen,
voertuigen,…

Fig. 1.23 Zwembad

Gevuld met water dat druk uitoefent op zijwanden en vloer. Water kan ook uit zwembad
waardoor het de belasting zonder het water moet opnemen, deze zijn de gronddruk en het
waterpeil. Deze doen zich wel of niet voor naargelang de belasting.


Fig 1.24 Machines en kranen

Machines oefenen een gewicht uit, maar zorgt ook voor trillingen. Kraan als een element
beweegt zorgt dit voor horizontale krachten op de kraan een het gebouw.


1.3 ACCIDENTAL LOADS
Accidentele belastingen zijn belastingen die zich eigenlijk niet mogen voordoen, hierbij
moeten we nadenken hoe de structuur deze belasting kan opnemen.


Fig. 1.25 Auto dat tegen wand rijdt in parkeergarage

Dit is niet de bedoeling, maar kan gebeuren hierbij moet ervoor gezorgd worden dat als dit
voorvalt niet de hele garage instort of de stabiliteit verzwakt.



1.4 LOADING SUMMARY
Als we een structuur gaan berekenen is dit een som van verschillende soorten lasten,
sommige combinaties moeten beschouwd worden bepaald door EUROcodes. Welke er
zich voordoen en hoe frequent


Fig. 1.27 Maximum useful gravity load

- Maximale last: Sneeuw op het dak (maximaal bv. 10jaar onderhevig)
- Maximale last van de vloer (komt niet altijd voor). Hierbij moet gekeken worden
naar de fundering om die situaties in te schatten



4