Tijdens het onderzoek naar zelfdragend gevelmetselwerk en de toepassing daarvan in de bouw, worden verschillende relevante aspecten inzichtelijk gemaakt. De Koninklijke Nederlandse Bouwkeramiek (KNB) initieerde tien jaar geleden een onderzoek naar de mogelijkheden om met zelfdragende buitenspouwbladen in steen metselwerk te voldoen aan de eisen voor Bijna Energieneutrale Gebouwen (BENG). Dit heeft geresulteerd in een publicatie met dezelfde titel, waarin verschillende relevante aspecten inzichtelijk worden gemaakt. Metselwerk aan staalconstructies: gevelmetselwerk in combinatie met een stalen binnenblad of stalen draagconstructie komt vaker voor dan je denkt. In de woningbouw wordt het vaak gezien als een constructieve oplossing. Gevelmetselwerk kan samenwerken met het binnenblad wanneer de stijfheden van beide bladen ongeveer gelijk zijn. Wanneer het binnenblad veel stijver is dan het gevelmetselwerk, dan zijn er ook geen problemen te verwachten ten aanzien van de samenwerking. De situatie wordt echter anders als het binnenblad veel minder stijf is dan het gevelmetselwerk. Deze laatste situatie ontstaat bijvoorbeeld als er stalen binnendozen of HSB-elementen in een staalconstructie worden aangebracht. Het toepassen van kalkzandstenen binnenbladen in een staalconstructie is natuurlijk wel voldoende stijf voor de rechtstreeks verankering van het gevelmetselwerk, waarbij de kalkzandstenen wand wel goed verankerd moet zijn aan de staalconstructie. In het geval van traditionele spouwmuurconstructies wordt de windbelasting op het gevelmetselwerk door middel van spouwankers overgedragen naar de achterconstructie. Dit hele principe is wel mede gebaseerd op maximale afstanden van de spouwankers, zodat een gelijkmatige belastingafdracht gaat plaatsvinden en het gevelmetselwerk ook gelijkmatig belast wordt.
Why Pre-Stress Concrete?
Zoals in de CUR-aanbeveling 71 is opgenomen, mag de grootste afstand tussen de ankers zowel in horizontale als in verticale richting niet meer bedragen dan 0,625 m. Als een staalconstructie achter het gevelmetselwerk ook aan deze afstanden voldoet, dan is er een mogelijkheid om de gevel op een traditionele wijze uit te werken en te verankeren. Als de afstand groter is, dan dient getoetst te worden of het metselwerk buitenblad de overspanning kan overbruggen. Deze overspanningslengte is afhankelijk van de buigtreksterkte van het gevelmetselwerk en de op te nemen belastingen. De buigtreksterkte dient correct meegenomen te worden, waarbij deze voor verticaal metselwerk anders is dan voor horizontaal metselwerk. Wanneer blijkt dat het gevelmetselwerk niet voldoende sterk is om de overspanningen te kunnen maken, dan kan er gekeken worden of het aanbrengen van metselwerkwapening een optie is om deze overspanning tussen de verankeringsmogelijkheden te maken. Het aantal en type aan te brengen constructieve metselwerkwapening dient berekend te worden en natuurlijk correct uitgevoerd te worden overeenkomstig deze berekeningen. Metselwerk dient gedilateerd te worden. In verschillende eerdere artikelen hebben wij al aangegeven hoe dit moet gebeuren en welke normen en richtlijnen hiervoor gehanteerd moeten worden. Bij het maken van een dilatatieadvies voor gevelmetselwerk dat voor een staalconstructie wordt aangebracht, dient rekening gehouden te worden met het feit dat het metselwerk zijn stabiliteit moet ontlenen aan de staalconstructie. Voor staalconstructies waar het metselwerk op gezet wordt of aan opgehangen wordt gelden dezelfde eisen voor de maximale bijkomende doorbuiging, als voor andere constructies waar metselwerk op komt te staan. Het kan dan ook zijn dat er vanwege een te grote doorbuiging, extra dilataties aangebracht moeten worden. Er dient bij het dilateren van gevelmetselwerk voor een stalen achterConstructie rekening gehouden te worden met de maximale, horizontale randafstand van de verankering van 0,2 m. Dit betekent dat er in het geval van een dilatatievoeg in een doorlopend gevelvlak aan beide zijden van deze dilatatie deze randafstand van 200 mm voor de verankering aangehouden moet worden. Mocht het niet mogelijk zijn om aan beide zijden van een kolom een verankering aan te brengen dan is het bijplaatsen van een extra kolom natuurlijk ook een optie om het gevelmetselwerk alsnog te kunnen verankeren binnen de 200 mm. Zeker ook in het geval van stalen borstwerings- en dakrandsteunen dient er rekening gehouden te worden met de optredende vervormingen en mogelijkheden van een correcte verankering van het gevelmetselwerk. In het geval van een metselwerk binnen- en buitenblad dient er goed op gelet te worden dat deze correct verankerd worden. Het is mogelijk dat beide bladen onderling verankerd moeten worden met spouwankers én tevens aan de borstweringssteunen. Dit dient dan ook als zodanig uitgewerkt en uitgevoerd te worden. Blijf in dergelijke situaties er altijd op letten dat het verschil in vervorming tussen het buiten- en binnenblad altijd moet kunnen plaatsvinden en niet belemmerd wordt ter plaatse van de verankeringen. Dit geldt zowel voor het horizontale als het verticale verschil in vervorming. De eenvoudigste manier om dit te realiseren is om ervoor te zorgen dat het binnen- en buitenblad enkel onderling verankerd worden d.m.v. spouwankers met een voldoende grote spouwmaat. Het verschil in vervorming moet zonder problemen overal in het detail op kunnen treden. Het opleggen van muurafdekkers op het binnen- en buitenblad is zodoende nooit een goede oplossing, aangezien beide bladen individueel van elkaar moeten kunnen bewegen. Vaak kunnen borstweringssteunen dan ook goed gebruikt worden om muurafdekkers op te bevestigen, eventueel i.c.m. Uitgangspunten m.b.t. verankering en spouwankers zijn opgenomen in eerdere artikelen in Aannemer. Verankering van gevelmetselwerk d.m.v. spouwankers is een constructieve verbinding. Deze dient dus altijd volledig onderbouwd en berekend te worden. De verankering dient te voldoen aan de eisen in de Eurocode, waarbij bij voorkeur met gecertificeerde producten gewerkt wordt. Over het algemeen zijn de staalconstructies waar gevelmetselwerk aan verankerd dient te worden van een andere staalkwaliteit, dan wel verduurzaming, als de RVS A4 van de spouwankers. Het lassen van spouwankers op een staalconstructie kan dus leiden tot contactcorrosie en beschadiging van de verduurzaming van de staalconstructie. Het lassen van spouwankers op een staalconstructie dient exact op lagenmaat te gebeuren, hetgeen betekent dat het in het werk moet gebeuren. Het moge duidelijk zijn dat al deze aspecten een risico vormen ten aanzien van de constructieve verbinding die een spouwanker toch is. Het schieten van spouwankers op een staalconstructie elimineert niet de problematiek dat er contactcorrosie kan ontstaan. Daarnaast zijn er in de markt geen gecertificeerde, constructieve geschoten verbindingen. Het vast schieten van spouwankers met een ronde diameter is in principe ook niet mogelijk. Er dienen dan speciale spouwankers toegepast te worden, zoals bijvoorbeeld de GB prefab lijmspouwankers. Veel spouwankerberekeningen zijn gebaseerd op spouwankers met een ronde doorsnede en niet op platte stripankers. Er dienen hiervoor dus speciale berekeningen opgesteld te worden, wanneer deze toegepast moeten worden. In de markt bestaan speciale spouwankers voor stalen kokers van borstwerings- en dakrandsteunen. Het betreffen spouwankers die gebogen zijn in de juiste vorm van het kokerprofiel en die om de kokers geschoven kunnen worden. Deze spouwankers kunnen dan op de juiste hoogte van de lagenmaat geschoven worden en precies in de juiste lintvoeg van het gevelmetselwerk aangebracht worden. Er zitten beperkingen aan deze spouwankers voor wat betreft spouwmaten en niet alle leveranciers hebben deze spouwankers standaard in hun assortiment zitten. Deze spouwankers kunnen in de hoogte meebewegen met het verschil in zetting van het binnen- en buitenblad. Wanneer de lengte van de metselwerk vlakken beperkt blijft zou er dus een spouwmaat kleiner dan 40mm toegepast kunnen worden. Het aanbrengen van houten regels op een staalconstructie is ook een mogelijkheid om gevelmetselwerk aan staal te bevestigen. Vanzelfsprekend moet dit hout voldoen aan de eisen die gesteld worden aan het milieu in een spouwconstructie en daarnaast natuurlijk ook aan de constructieve eisen die er aan gesteld kunnen worden. Het verankeren van spouwankers in een houtconstructie kan met behulp van gecertificeerde spouwankers. Het aanbrengen van houten elementen op een staalconstructie kan ook zodanig uitgewerkt worden dat deze volledig onderbouwd kan worden. Al met al zijn er dus heel veel voorwaarden en aandachtspunten waarmee rekening gehouden moet worden bij de voorbereiding van een project met gevelmetselwerk en een staalconstructie. Veel zaken worden in een vroeg stadium van de uitwerking van een project nog niet gedetailleerd uitgewerkt, waardoor deze blijven liggen tot vlak voor of in het begin van de uitvoering. Dan blijkt vaak dat er een aantal punten zijn waar op dat moment niets meer aan gedaan kan worden of alleen met aanpassingen die veel hogere kosten met zich meebrengen dan begroot. Het is dus van belang om (ruim) voor de uitvoeringsfase ervan bewust te zijn dat het aanbrengen van gevelmetselwerk aan een staalconstructie zeker wel mogelijk is, maar de nodige voorwaarden met zich meebrengt en dus aandacht vereist.
Een koepel, meer dan zomaar een dak, is een architectonische overkapping, vaak imponerend, die ruimtes met een diverse plattegrond â rond, vierkant, veelhoekig â elegant overspant. Zijn verschijning varieert enorm: van de perfecte halve bol tot een pragmatisch bolsegment, een gestroomlijnde halve ellipsoïde, of zelfs die kenmerkende uivorm. Plaatsing? Meestal bovenop een gebouw; soms vormt de koepel echter de kern, het gebouw zelf. Dat klinkt simpel, maar bouwkundig gezien? Een regelrecht huzarenstukje. Kernprobleem: hoe vang je die immense, zijdelings gerichte krachten op? Een vraag die al eeuwen bouwkundigen hoofdbrekens bezorgt. Historisch materiaalgebruik was veelal steen, baksteen, beton â robuuste zaken. Tegenwoordig? Denk aan staal, glas; de mogelijkheden zijn verbreed, maar de uitdaging blijft. De Romeinen, zij waren er al meester in; het Pantheon in Rome, een monument van vindingrijkheid, spreekt boekdelen. De Renaissance bracht een herleving, een nieuwe golf van koepelambacht. De realisatie van een koepelconstructie is een specialistisch proces, fundamenteel anders dan de opbouw van meer conventionele platte daken of zadeldaken.
Men begint doorgaans met de voorbereiding van de onderliggende structuur; dit kan een cilindervormige trommel zijn, maar ook vierkante of veelhoekige wanden, welke de basis vormen waarop de koepel later zal rusten. Hierbij is het van cruciaal belang dat deze onderbouw niet alleen de verticale lasten, maar vooral de aanzienlijke zijwaartse drukkrachten, die onvermijdelijk ontstaan in een koepel, adequaat kan verwerken. Daarna volgt de eigenlijke constructie van de koepelschil. De methodiek hiervoor varieert sterk met het gekozen materiaal. Bij traditioneel metselwerk, denk aan baksteen of natuursteen, is vaak een uitgebreide tijdelijke ondersteuningsconstructie, bekisting genaamd, nodig. Deze bekisting, een complex houten raamwerk, wordt zorgvuldig opgebouwd en dient als mal voor de halfronde of segmentvormige opbouw van de koepel.
Stukje voor stukje wordt het metselwerk hierop aangebracht, waarbij de stenen of blokken, door hun vorm en de werking van de zwaartekracht, uiteindelijk een zelfdragende boogstructuur vormen. Voor modernere koepels, uitgevoerd in bijvoorbeeld gewapend beton, staal of glas, ziet het proces er anders uit. Daar wordt vaak gebruikgemaakt van gietmallen voor ter plaatse gestort beton, of geprefabriceerde segmenten die nauwkeurig worden gemonteerd. Bij staalkonstrukties worden profielen in een rasterwerk geplaatst en vervolgens met platen of andere bekledingsmaterialen afgewerkt.
Wanneer we spreken over koepelbouw, dan doelt men op een verrassende diversiteit die verder gaat dan enkel de halfronde vorm die velen voor ogen hebben. De basis ligt natuurlijk in de geometrie; denk aan de hemisferische koepel, de klassieke halve bol, zoals het Pantheon die toont, of het pragmatischere bolsegment. Maar de vormen variëren wild: van de elegante, langgerekte ellipsoïde koepel tot de exotische uivormige koepel, prominent aanwezig in Byzantijnse en Russische architectuur. Soms verschijnt een conische koepel, als een puntmuts, of zelfs een complexere paraboloïde koepel die een parabolische doorsnede volgt. Elk heeft zijn eigen esthetiek en specifieke constructieve uitdagingen. Een koepel heeft vaak één of twee lagen, soms dubbelwandig voor isolatie en stijfheid. Een geodetische koepel, populair geworden door Buckminster Fuller, construeert men uit een netwerk van driehoekige elementen, licht van gewicht, sterk en demonteerbaar.
Materialisering biedt eveneens een spectrum aan varianten. Traditionele metselwerkkoepel steunt op drukspanning; moderne betonkoepels gebruiken gewapend beton voor meer vrijheid in vorm en overspanning. Staal- en glaskoepels dienen vaak als indrukwekkende lichtkappen of architectonisch statement in hedendaagse ontwerpen. Een veelvoorkomende verwarring ontstaat met de term gewelf; hoewel elke koepel een vorm van gewelf is, is niet elk gewelf een koepel. Een koepel is specifiek bolvormig of deels bolvormig, overspant een ruimte vanuit een centraal punt. Een gewelf kan cilindrisch, kruisvormig of stergewelf zijn. De koepelbouw kent een historie die diep in de oudheid wortelt; het Pantheon is een sprekend voorbeeld. De Byzantijnse innovatie van pendentieven maakte het mogelijk om van een vierkante onderbouw naar een ronde koepelbasis te gaan; de Hagia Sophia illustreert dit principe.
De Renaissance eiste een nieuwe generatie koepels die de Romeinse grandeur evenaarden; Brunelleschiâs koepel voor de kathedraal van Florence markeert een keerpunt. Zijn oplossing: een dubbele schil met visgraatpatronen in het metselwerk, ondersteund door kettingen en ringbalken om zijwaartse krachten te neutraliseren. De Industriële Revolutie bracht ijzer, staal en later gewapend beton; roostershells en schaaldaken werden mogelijk en de koepel werd een dunne, zelfdragende schil. R. Buckminster Fuller's geodetische koepels latexden een modulair netwerk van driehoeken. Het beton, staal en glas werden samengebracht met innovatieve fabricage- en montagetechnieken. Deze evolutie toonde aan dat koepelbouw een combinatie is van geometrie, materiaalkeuze en constructieve engineering.
Het ontwerpen en uitvoeren van koepels vereist aandacht voor zowel structurele als esthetische aspecten. De combinatie van binnen- en buitenbladen bij metselwerk achter een staalconstructie vraagt om zorgvuldige afweging van verankering, dilataties en spouwaanpassingen. De cijfers en normen voor verankering en doorbuiging spelen een cruciale rol bij het bepalen van de juiste aanpak. In veel projecten wordt de uitvoering in een vroeg stadium detailliert; een zorgvuldig planning voorkomt dure aanpassingen tijdens de bouw. Een koepel blijft een complex maar fascinerend onderwerp dat de mogelijkheden van traditionele en moderne bouwmaterialen samenbrengt.
tags: #dome #metselwerk #doorsnede #constructie