nieuws

Hybride constructies zijn goedkoper en veel beter Gewoon zelf die rekenregels opstellen

bouwbreed

delft – Er moeten snel ontwerpaanbevelingen en rekenregels worden opgesteld voor de aansluitingen in hybride constructies van beton en staal. Dat vindt prof. ir. J. Stark van de faculteit Civiele Techniek TU Delft. Constructies met daarin zowel staal als beton zijn niet alleen goedkoper maar beslist ook beter.

Van oudsher is de constructieve wereld verdeeld in de kampen �beton� en �staal�. De oplossingen werden steevast compleet in beton of staal uitgewerkt. Steeds meer worden nu ook hybride constructies toegepast, waardoor betonnen en stalen elementen constructief aan elkaar moeten worden verbonden.

Het ontwerp van de verbindingen start nog altijd vanuit één van beide materiaalperspectieven. Een integrale benadering kan op verscheidene gebieden winst opleveren, zegt prof. Stark. Samen met collega Hordijk van de TU Eindhoven boog hij zich over deze materie.

De staalprof en de betonprof zijn eensgezind in hun conclusie: het wordt tijd dat er normen komen voor hybride verbindingen en een rekenmethode die daarop is afgestemd.

“Gelukkig proberen ontwerpers steeds meer de goede eigenschappen van de afzonderlijke materialen te verenigen. Dat kan op elementniveau door toepassing van staalbeton liggers, staalbeton kolommen en staalplaatbetonvloeren. Maar ook door in een hybride constructie betonnen en stalen elementen gezamenlijk toe te passen. Voor die constructies is er in het ontwerp van de constructieve verbindingen nog heel wat winst te halen,” aldus Stark.

“Voor een deel is het een economische verhaal. Het zou best wel eens kunnen dat door een integrale benadering beton/staalverbindingen minder zwaar uitgevoerd hoeven te worden. Zo bleek uit een oriënterende inventarisatie dat de bezwijkbelasting van een op afschuiving belaste voetplaatverbinding bij beproevingen wel 10 tot 25 maal groter was dan de waarde waarvan bij berekeningen wordt uitgegaan.”

Daarnaast blijven constructeurs volgens Stark noodgedwongen rekenen vanuit de parameters van één materiaal. “Bij elk ontwerp moeten ze opnieuw rekenen, opnieuw de optimale verbinding uitvinden, zonder dat naderhand ooit wordt gekeken of die bedachte constructie wel inderdaad het optimum is. Daardoor moeten de constructeurs telkens zelf weer bewijzen dat hun ontwerp goed is en er voldoende rekening is gehouden met enerzijds de toleranties die bij beton gebruikelijk zijn en anderzijds de uitgangspunten voor de berekening waarvan bij staal wordt uitgegaan,” zo constateert hij.

De constructeurs zelf treft volgens de beide professoren geen blaam, want die integrale benadering wordt tijdens hun opleiding niet bevorderd. Ze worden nu eenmaal of als staalconstructeur of als betonconstructeur opgeleid. Voor hybride verbindingen is in hun opleidingen hoegenaamd geen aandacht.

De universiteit in Delft probeert in die situatie verandering aan te brengen met de opleiding Structural Engineering, waarbij de afgestuurde van alles wat in zijn portefeuille heeft. Maar ook Delft kan zijn studenten slechts die kennis overbrengen, die de universiteit uit de twee verschillende werelden bij elkaar moet schrapen. Wat ze naast rekenregels eigenlijk nodig hebben zijn een soort van referentiedetails, zoals die er voor andere materialen en bouwdelen al wel zijn.

Bij het ontwikkelen van rekenregels zou de voor staalconstructies gebruikte componentenmethode volgens Stark een goed startpunt kunnen vormen. Bij deze methode is voor staalverbindingen met bijvoorbeeld een kopplaat of hoekstaal de aansluiting in een aantal basiscomponenten te verdelen. Voor die basiscomponenten zijn regels gegeven voor de berekening van sterkte, stijfheid en vervormingscapaciteit. Ook is een methode beschreven om deze basiscomponenten te assembleren en zo de eigenschappen van de complete verbinding vast te stellen.

Op die manier zijn met regels voor een beperkt aantal basiscomponenten verschillende typen verbindingen te berekenen. De methodiek is in principe ook toepasbaar voor hybride constructies. De al beschikbare staalcomponenten kunnen worden gebruikt. Aanvulling met de betoncomponenten volstaat.

Een integrale benadering en goede ontwerpregels zal leiden tot optimale aansluitingen. Te vaak moeten bij hybride constructies in het werk nog allerlei ad hoc oplossingen worden bedacht.

Een voorbeeld: een bouwer laat in betonnen kernen een stalen ankerplaat meeglijden, waaraan later de staalconstructie moet worden vastgelast. En dan maar hopen dat die plaat op de juiste plaats zit, terwijl ook het lassen in het werk vragen om problemen is.

Ander voorbeeld: ankers die in het beton worden ingestort, passen vaak niet precies omdat men zich heeft verkeken op de toleranties of omdat ze tijdens de bouw zodanig zijn beschadigd dat ze niet goed meer kunnen functioneren.

Rembrandttoren

Stark: “Onlangs bezocht ik een project in Rotterdam waar toch echt niet de minste bouwer aan het werk was. Ik schat dat eenderde van de verbindingen niet zonder meer paste. Met kunst en vliegwerk moet de zaak dan worden opgelost. Of neem de verbindingen die zijn toegepast in de Amsterdamse Rembrandt Toren. Een gedegen ingenieursoplossing, maar wel een ingewikkelde. Dit soort oplossingen worden voor elk gebouw opnieuw uitgedacht. Dus elke keer een prototype. Dat moet toch eenvoudiger en beter kunnen.”

“Als we in Nederland serieus naar een integrale aanpak willen, moeten we de rekenregels gewoon zelf opstellen,” aldus Stark. “De CUR en Bouwen met Staal zijn wat mij betreft de aangewezen partijen die deze taak op zich zouden moeten nemen. Zoek in het betonkamp en het staalkamp een paar knappe koppen, zet ze een poos bij elkaar en laat ze nou eens rekenregels voor dertig tot veertig types aansluitingen opstellen. Als je enkele tientallen standaardverbindingen hebt, ben je al een heel eind op weg. Zo�n commissie kan natuurlijk ook internationaal gaan shoppen, de netwerken van onze kenniscentra zijn prima en daar kunnen ze hun voordeel mee doen. Het is natuurlijk een kwestie van geld vrijmaken, een paar ton euro kost het al gauw. Bij de universiteiten is dat geld er niet meer. Maar zowel staalbouwers als betonbouwers hebben er een groot financieel voordeel bij. Uit die hoek moet dus het geld komen. Ik verwacht dat de ontwerpkosten fors omlaag kunnen en nog met een beter ontwerpresultaat ook.”

Iets van wat in de buurt komt van de aparte rekenregels waar Stark naar toe wil, is de Eurocode 4. De Eurocode stelt normen vast voor staalbeton draagsystemen en vormt een stap naar een Europese normering. Maar de normering beperkt zich tot staalbeton elementen en over verbindingen in hybride constructies wordt met nog geen woord gerept.

�Bij elk ontwerp moeten ze opnieuw rekenen�

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels