STRUCTUUR: LES 4
INLEIDING
Structuur
De krachten waaraan constructies worden blootgesteld, zijn erg uiteenlopend.
De eigenschappen van de krachten worden bepaald door een aantal factoren,
deels gemeenschappelijk en deels specifiek voor elke constructie:
- het gewicht van de constructie (impact van de zwaartekracht)
- aard van het gebruik van de constructie (impact van de functie, de
gevolgen van het gebruik)
- de eigenschappen en de wijze van samenstelling van de materie
waaruit de constructie is opgebouwd
de invloeden en omstandigheden bepaald door locatie en omgeving = de
omgevingsfactoren
De structuur laat de krachten niet verdwijnen, maar biedt er weerstand aan en zodoende geleid ze
de krachten vanaf het punt waar ze op de constructie inwerken doorheen haar materie tot de
bodem (aarde). Het proces van het opvangen van en weerstand bieden aan krachten, is dus niet
beperkt tot het ontvangen van ‘uitwendige’ of ‘externe’ krachten, maar wordt ook bepaald door de
potentie van de structuur om de krachten te geleiden en door te geven.
We kunnen dit samenvatten als drie door een structuur te vervullen functies:
1. het ontvangen of opnemen van krachten
2. het geleiden van krachten (doorheen de
materie)
3. het doorgeven van krachten (aan andere
objecten, structuren,...)
Dit proces noemen we het krachtenverloop
doorheen de structuur
Hoe ontwerpen dan de structuren in de natuur,
In de natuur zijn er zaken met heel wat structuren aanwezig. Vb aan een berg is het opzich stabiel omdat al
die rotsblokken, sws de belasting doorgeven. Enzo op die manier in evenwicht komen. We zoeken structuren
die al die krachten op een logische wijze doorgeven naar de ondergrond;
Op de afbeelding zien we een houtenskeletstructuur, , als architect gaan we opzoek naar krachten die
aangrijpen op die structuur. Zoals regen of sneeuwbelasting. Of horizontale wind belasting. Als 2 de stap gaan
we opzoek naar hoe gaan die krachten zich uiteindelijk binnen die structuur vertalen. Hoe lopen die via de
verschillende kolommen en balken, naar de ondergrond. Zodanig dat we de volledige structuur kunnen
vastplaatsen op onze ondergrond.
Op voorwaarde dat de betrokken objecten sterk en stijf genoeg zijn, vormt het
krachtenverloop ‘in principe’ geen probleem, zo lang de vorm van het object
de richting van de inwerkende krachten volgt.
In het geval van de zwaartekracht, kan deze situatie bestaan wanneer het object op de meest
directe en
kortste manier verbonden is met de plaats van lastenoverdracht, nl. de aarde (=bodem), bv.
, een rotsblok op de grond.
Problemen ontstaan echter wanneer het
krachtenverloop niet rechtstreeks gebeurt, maar
moet worden omgeleid. Deze situatie is evenwel de
meest voorkomende in constructies, die zijn
vormgegeven om te beantwoorden aan een
specifieke functie die niet per definitie rekening
houdt of kan houden met een natuurlijk
krachtenverloop.
Om deze reden is het noodzakelijk om een structureel systeem te
‘ontwerpen’ dat rekening houdt met:
1. de aanwezigheid van krachten en de omvang van deze krachten
2. het transport van de krachten en (het manipuleren van) de richting waarin deze
krachten verlopen
3. de overdracht van krachten tussen objecten, elementen en/of materie.
KRACHTEN
Zwaartekracht
De gravitatiewet van Newton geeft de aantrekkingskracht tussen twee puntmassa's, maar
geldt ook voor homogene bolvormige lichamen. Bij de aarde moeten we ermee rekening
houden dat deze van binnen niet homogeen is (de massa is niet overal gelijkmatig
verspreid). Dat is een van de oorzaken dat de zwaartekracht op
sommige plaatsen op het aardoppervlak groter kan zijn dan op
andere, bijvoorbeeld door aanwezigheid van massievere
steensoorten.
De zwaartekracht- of valversnelling op het aardoppervlak varieert
door al deze oorzaken tussen ongeveer 9,789 m·s² en 9.832
m·s². In Nederland en België bedraagt die gemiddeld 9,81 m·s².
Dit wordt voor niet al te nauwkeurige toepassingen afgerond
naar 10 m·s².
Waarom is dat bij ons belangrijk?
Krachten kunnen we niet gelijk stellen aan massa. De kracht die een object uitoefent in een ander object
heeft iets te maken met massa, maar is daar niet onmiddellijk mee aan verbonden. Vb als een steen van 10kg
in je handen hebt , en je hebt die gewoon vast. Zal alleen de zwaartekracht
dus de valversnelling uitoefenen. Dus massa maal de valversnelling geeft een
bepaalde kracht toe. Bij bepaalde objecten is de kracht evenredig met de
valversnelling. Als je dezelfde steen neemt en die gooit tegen een muur. Dan
zal de kracht niet dezelfde zijn. Als de kracht die men gevoelt heeft bij een
stilstaande steen. We merken dat de krachten groter zijn. De massa verschilt
niet maar de versnelling vergroot. Dus zal de kracht ook toenemen van het
object.
kracht = elke oorzaak van vervorming of wijziging in de toestand van rust of
beweging van een lichaam.
, Een kracht zorgt m.a.w. voor verandering.
=F=mxa
= massa x versnelling
Het is belangrijk als ontwerper om te begrijpen , als we ergens op onze plannen zien vb een belasting van
2KN per vierkante meter wat uiteindelijk de impact is. Iedereen heeft een idee hoeveel 200kg is , maar het is
veel moeilijker om te begrijpen hoeveel 1280 N is. Het is belangrijk om
translatie ook te kunnen doen als ontwerper.
de eenheid van kracht is de Newton (N) 1N (newton) = 100gr
1kN (kilonewton) = 1.000N = 100kg 10KN = 10.000N = 1000kg = 1Ton
1MN (meganewton) = 1.000kN = 1.000.000N
De meest constante kracht is de zwaartekracht of gravitatiekracht.
De zwaartekracht is een aantrekkende kracht die twee massa’s op elkaar uitoefenen. Ze is er de oorzaak van
dat alles op aarde een neerwaartse kracht ondervindt.
De zwaartekracht F doet een voorwerp met massa m op de aarde vallen met een versnelling g
= Fz = m x g
= massa x valversnelling (g = 9,81 m/s² in België, Nederland,...)
De zwaartekracht verloopt doorheen het (zwaartepunt van een) object tot het centrum van de aarde. In de
praktijk beschouwen we ze als een verticale kracht.
De krachten zijn op elke planeet anders, de gewichten gaan overal dezelfde zijn. De formules blijven overal
dezelfde. De valversnelling op de aarde zal groter zijn dan op de maan als op mars, en dat heeft te maken met
de volume van de aarde. De volume is veel maal groter dan de volume van mars en de maan. En we merken
op die manier dat mocht de massa, bij de 3 dezelfde zijn, vb mochten we spreken van een gebouw van 100
ton, dan zal die de kracht op aarde zal groter zijn die aangrijpt op de grond dan de kracht op de maan. De
maan zal vluch 10 keer kleiner zijn, en die op mars zal ongeveer ongeveer 3 keer zo laag zijn.
9,807 m/s²aarde
1,62 m/s²maan
3,711 m/s²mars
INLEIDING
Structuur
De krachten waaraan constructies worden blootgesteld, zijn erg uiteenlopend.
De eigenschappen van de krachten worden bepaald door een aantal factoren,
deels gemeenschappelijk en deels specifiek voor elke constructie:
- het gewicht van de constructie (impact van de zwaartekracht)
- aard van het gebruik van de constructie (impact van de functie, de
gevolgen van het gebruik)
- de eigenschappen en de wijze van samenstelling van de materie
waaruit de constructie is opgebouwd
de invloeden en omstandigheden bepaald door locatie en omgeving = de
omgevingsfactoren
De structuur laat de krachten niet verdwijnen, maar biedt er weerstand aan en zodoende geleid ze
de krachten vanaf het punt waar ze op de constructie inwerken doorheen haar materie tot de
bodem (aarde). Het proces van het opvangen van en weerstand bieden aan krachten, is dus niet
beperkt tot het ontvangen van ‘uitwendige’ of ‘externe’ krachten, maar wordt ook bepaald door de
potentie van de structuur om de krachten te geleiden en door te geven.
We kunnen dit samenvatten als drie door een structuur te vervullen functies:
1. het ontvangen of opnemen van krachten
2. het geleiden van krachten (doorheen de
materie)
3. het doorgeven van krachten (aan andere
objecten, structuren,...)
Dit proces noemen we het krachtenverloop
doorheen de structuur
Hoe ontwerpen dan de structuren in de natuur,
In de natuur zijn er zaken met heel wat structuren aanwezig. Vb aan een berg is het opzich stabiel omdat al
die rotsblokken, sws de belasting doorgeven. Enzo op die manier in evenwicht komen. We zoeken structuren
die al die krachten op een logische wijze doorgeven naar de ondergrond;
Op de afbeelding zien we een houtenskeletstructuur, , als architect gaan we opzoek naar krachten die
aangrijpen op die structuur. Zoals regen of sneeuwbelasting. Of horizontale wind belasting. Als 2 de stap gaan
we opzoek naar hoe gaan die krachten zich uiteindelijk binnen die structuur vertalen. Hoe lopen die via de
verschillende kolommen en balken, naar de ondergrond. Zodanig dat we de volledige structuur kunnen
vastplaatsen op onze ondergrond.
Op voorwaarde dat de betrokken objecten sterk en stijf genoeg zijn, vormt het
krachtenverloop ‘in principe’ geen probleem, zo lang de vorm van het object
de richting van de inwerkende krachten volgt.
In het geval van de zwaartekracht, kan deze situatie bestaan wanneer het object op de meest
directe en
kortste manier verbonden is met de plaats van lastenoverdracht, nl. de aarde (=bodem), bv.
, een rotsblok op de grond.
Problemen ontstaan echter wanneer het
krachtenverloop niet rechtstreeks gebeurt, maar
moet worden omgeleid. Deze situatie is evenwel de
meest voorkomende in constructies, die zijn
vormgegeven om te beantwoorden aan een
specifieke functie die niet per definitie rekening
houdt of kan houden met een natuurlijk
krachtenverloop.
Om deze reden is het noodzakelijk om een structureel systeem te
‘ontwerpen’ dat rekening houdt met:
1. de aanwezigheid van krachten en de omvang van deze krachten
2. het transport van de krachten en (het manipuleren van) de richting waarin deze
krachten verlopen
3. de overdracht van krachten tussen objecten, elementen en/of materie.
KRACHTEN
Zwaartekracht
De gravitatiewet van Newton geeft de aantrekkingskracht tussen twee puntmassa's, maar
geldt ook voor homogene bolvormige lichamen. Bij de aarde moeten we ermee rekening
houden dat deze van binnen niet homogeen is (de massa is niet overal gelijkmatig
verspreid). Dat is een van de oorzaken dat de zwaartekracht op
sommige plaatsen op het aardoppervlak groter kan zijn dan op
andere, bijvoorbeeld door aanwezigheid van massievere
steensoorten.
De zwaartekracht- of valversnelling op het aardoppervlak varieert
door al deze oorzaken tussen ongeveer 9,789 m·s² en 9.832
m·s². In Nederland en België bedraagt die gemiddeld 9,81 m·s².
Dit wordt voor niet al te nauwkeurige toepassingen afgerond
naar 10 m·s².
Waarom is dat bij ons belangrijk?
Krachten kunnen we niet gelijk stellen aan massa. De kracht die een object uitoefent in een ander object
heeft iets te maken met massa, maar is daar niet onmiddellijk mee aan verbonden. Vb als een steen van 10kg
in je handen hebt , en je hebt die gewoon vast. Zal alleen de zwaartekracht
dus de valversnelling uitoefenen. Dus massa maal de valversnelling geeft een
bepaalde kracht toe. Bij bepaalde objecten is de kracht evenredig met de
valversnelling. Als je dezelfde steen neemt en die gooit tegen een muur. Dan
zal de kracht niet dezelfde zijn. Als de kracht die men gevoelt heeft bij een
stilstaande steen. We merken dat de krachten groter zijn. De massa verschilt
niet maar de versnelling vergroot. Dus zal de kracht ook toenemen van het
object.
kracht = elke oorzaak van vervorming of wijziging in de toestand van rust of
beweging van een lichaam.
, Een kracht zorgt m.a.w. voor verandering.
=F=mxa
= massa x versnelling
Het is belangrijk als ontwerper om te begrijpen , als we ergens op onze plannen zien vb een belasting van
2KN per vierkante meter wat uiteindelijk de impact is. Iedereen heeft een idee hoeveel 200kg is , maar het is
veel moeilijker om te begrijpen hoeveel 1280 N is. Het is belangrijk om
translatie ook te kunnen doen als ontwerper.
de eenheid van kracht is de Newton (N) 1N (newton) = 100gr
1kN (kilonewton) = 1.000N = 100kg 10KN = 10.000N = 1000kg = 1Ton
1MN (meganewton) = 1.000kN = 1.000.000N
De meest constante kracht is de zwaartekracht of gravitatiekracht.
De zwaartekracht is een aantrekkende kracht die twee massa’s op elkaar uitoefenen. Ze is er de oorzaak van
dat alles op aarde een neerwaartse kracht ondervindt.
De zwaartekracht F doet een voorwerp met massa m op de aarde vallen met een versnelling g
= Fz = m x g
= massa x valversnelling (g = 9,81 m/s² in België, Nederland,...)
De zwaartekracht verloopt doorheen het (zwaartepunt van een) object tot het centrum van de aarde. In de
praktijk beschouwen we ze als een verticale kracht.
De krachten zijn op elke planeet anders, de gewichten gaan overal dezelfde zijn. De formules blijven overal
dezelfde. De valversnelling op de aarde zal groter zijn dan op de maan als op mars, en dat heeft te maken met
de volume van de aarde. De volume is veel maal groter dan de volume van mars en de maan. En we merken
op die manier dat mocht de massa, bij de 3 dezelfde zijn, vb mochten we spreken van een gebouw van 100
ton, dan zal die de kracht op aarde zal groter zijn die aangrijpt op de grond dan de kracht op de maan. De
maan zal vluch 10 keer kleiner zijn, en die op mars zal ongeveer ongeveer 3 keer zo laag zijn.
9,807 m/s²aarde
1,62 m/s²maan
3,711 m/s²mars
