HOGESCHOOL ROTTERDAM. Cluster: RIBACS

Transcriptie

1 HOGESCHOOL ROTTERDAM Cluster: RIBACS MODULEWIJZER voor de module ribkev01c KRACHT EN VORMGEVING Een oriëntatie op het dimensioneren van draagconstructies Module-Code : ribkev01c Opgesteld door : Ing. M. Bierma Aanmaakdatum : juni 2006 Studielast : 84 sbu (3 stp.) Opleiding : Bouwkunde / Civiele Techniek Fase : kernprogramma 3 e semester

2 INHOUDSOPGAVE 1. De opdrachten De eindopdracht Strategie Stappenplan Weekopdrachten.4 2. Begeleiding Organisatie Beoordeling Verantwoording...6 Bijlage 1 schema weekindeling Bijlage 2 schets gebouw Bijlage 3 lijst vergeetmenietjes 1

3 Kracht en Vormgeving Competenties: Titel: Context: Opdrachtgever: Rol student: Literatuur: Controle constructieve elementen op bezwijken en vervormen(c3) Kracht en Vormgeving Distributiecentrum Havenbedrijf Rotterdam Het ingenieursbureau waarvoor jij werkt wil dat je het ontwerp van de opdrachtgever controleert op constructieve aspecten. Basisboek Toegepaste Mechanica (Welleman e.a.) tabellenboek 1.De opdrachten: 1.1 De eindopdracht Aan het einde van deze cursus kan je van een overkapping die is opgebouwd uit vakwerkspanten, doorgaande liggers, pendelkolommen en portalen de sterkte bepalen en van de liggers de vervorming. De opdracht bestaat uit het maken van sterkte- en vervormingsberekeningen van de elementen waaruit de constructie is opgebouwd (zie bijlage 2). De opdracht wordt gemaakt in groepjes van twee studenten, aan het einde van de cursus wordt een vergelijkbare opdracht individueel gemaakt in een tentamensetting. 1.2 Strategie Waar de cursus ribcth01 is gestopt gaat deze cursus verder. De constructies worden nog wat complexer en er worden weer eisen gesteld aan de sterkte en vervorming. Sterkteberekening (mechanica) staat hierin weer centraal. Aan de hand van een gebouw, een distributiecentrum in dit geval, wordt in een aantal opdrachten de rekenprincipes duidelijk die nodig zijn om een vakwerkspant, statisch onbepaalde liggers, pendelkolommen en een éénvoudig portaal te berekenen. Nieuw zijn begrippen als meervoudig statisch onbepaalde constructies, kniklengtes, Eulerse knikkracht en tweescharnierspanten. Naast het handmatig maken van berekeningen maak je veelvuldig gebruik van rekensoftware, dit geeft je o.a. de mogelijkheid om je eigen gemaakte berekeningen te controleren. Net als bij de vorige module worden de belastingen die op de constructie werken gedeeltelijk gegeven. De student dient zich er van bewust te zijn dat hij/zij in deze module ontwerpberekeningen maakt waarna, om ze in te dienen bij bouw- en woningtoezicht, deze berekeningen nog getoetst zouden moeten worden aan de normen (eurocode binnenkort). Net als bij de cursus CTH01 moet ook hier voor elk te berekenen constructiedeel weer belasting- en constructieschema s gemaakt worden. Pas wanneer de overspanningen, belastingen, plaats en type van de opleggingen bekend zijn kan eraan gerekend worden. 2

4 1.3 Stappenplan Om een stappenplan te geven voor het constructieve ontwerp van het gebouw als geheel is niet éénvoudig, e.e.a. is in principe onafhankelijk van elkaar te ontwerpen c.g. te berekenen. Een logische volgorde zou kunnen zijn om van buiten naar binnen te rekenen, dus door na te gaan welk onderdeel door een ander onderdeel belast wordt. In dit geval zou dat zijn: 1. (dak) beplating 2. (dak)gordingen 3. Vakwerkliggers 4. portalen Eenvoudiger is het om een stappenplan voor elk onderdeel apart te geven. In deze cursus wordt het berekenen van de dakbeplating achterwege gelaten, de keuze van dit type element is doorgaans rechtstreeks uit de produktinformatie te halen. Een stappenplan voor de portalen wordt niet gegeven, dit onderdeel komt slechts tot ontwerpniveau aan de orde gordingen Stap 1. Bepalen van het constructieschema In deze stap wordt de geometrie van de constructie bepaald evenals aantal en type van de opleggingen. Stap 2. Schatten van het profiel In deze stap wordt het profielnummer of profielzwaarte geschat op basis van schattingsformules, ervaring of gezond verstand. Stap 3 Bepalen van de belasting en belastingcombinaties De belasting wordt bepaald door de functie van het element en de plaats ervan in het gebouw, alsmede de onderlinge afstand van de elementen. Bij het bepalen van de belastingcombinaties moet met name worden naar gunstig en ongunstig werkende belasting. Stap 4 Bepalen krachtsverdeling De oplegreacties worden berekend m.b.v. de methode gaapvergelijkingen, waarna de D-, M- en N-lijn berekend en getekend kunnen worden. Stap 5 Spanningscontrole Aan de hand van de gegevens uit de vorige stap en de profielgrootheden als weerstandsmoment en oppervlakte van het gekozen profiel kunnen de buig- en schuifspanningen gecontroleerd worden. In deze stap wordt de sterkte van het profiel bepaald. De kans is groot dat het geschatte profiel niet voldoet en een zwaarder of juist minder zwaar profiel gekozen moet worden. Stap 6 Vervorming In deze stap wordt de vervorming berekend en getoetst aan de norm uitgaande van het profiel dat berekend is in de vorige stap. Indien het profiel te slap is moet het eerstvolgende profiel gekozen dat wel voldoet aan de vervormingseisen. 3

5 vakwerkliggers stap 1 Bepalen van het constructieschema In deze stap wordt de geometrie van de constructie bepaald evenals de plaats en type van de opleggingen. Er wordt een keus gemakt hoe je het vakwerk gaat samenstellen, dus welke type profielen je gaat gebruiken. Belangrijk is de plaats waarop de krachten op het vakwerk worden ingeleid, bij voorkeur op de knooppunten. Stap 2. Bepalen van de belastingen De belasting op het vakwerk wordt bepaald door de reactiekrachten van de liggers. Let hierbij vooral op de belastingcombinaties, de maatgevende combinatie van de liggers hoeft niet de maatgevende voor het vakwerk te zijn. Stap 3 Bepalen van de staafkrachten De oplegreacties worden berekend m.b.v. evenwichtsvoorwaarden. Daarna kunnen de staafkrachten bepaald worden met behulp van de snedemethode van Richter of met de methode van evenwicht in de knooppunten. De hele constructie wordt gecontroleerd met de computer. Stap 4 Spanningscontrole Ervan uitgaande dat de uitwendige belasting alleen via de knooppunten op het spant ingeleid worden komen er alleen Normaalkrachten in de staven voor. Als ervoor gekozen wordt vier typen staven te kiezen, (één voor de bovenrand, één voor de onderrand en één voor de diagonalen en verticalen) is het zaak de maatgevende van die vier eruit te halen en door te rekenen. De controle gebeurd op trek en/of druk en knik. Stap 5 Vervorming In deze stap wordt de vervorming bepaald m.b.v. een computerprogramma. Bij het invoeren van de gegevens ga je uit van de in de vorige stap berekende profielen. Indien de vervorming te groot is ga je de profielnummers verhogen en opnieuw doorrekenen. 1.4 Weekopdrachten Het berekenen van een dergelijk bouwwerk is nogal complex en daarom worden in deze opdracht een aantal gegevens verstrekt die eigenlijk zelf uitgezocht zou moeten worden. Het uitzoeken van deze gegevens komt o.a. in de cursus BOB01 aan de orde, je moet hierbij vooral denken aan het bepalen van de belastingen en belastingcombinaties. Om je de theorie die hierbij nodig is eigen te maken worden instructiecolleges gegeven met parallel daaraan praktijkopdrachten die wekelijks gemaakt moeten worden. Uiteindelijk resulteert de verzameling deelopdrachten in de eindopdracht. In het schema van bijlage 1 is per week aangegeven welke deelopdrachten gemaakt en ingeleverd moeten worden. In dit schema is ook de relevante theorie aangegeven die van toepassing is op de opdrachten en tijdens de instructiecolleges behandeld wordt. 4

6 2. Begeleiding De student verwerft de informatie door het volgen van hoor- en instructiecolleges en zelfstudie. Daarnaast wordt er geoefend door het maken van opgaven uit het boek Toegepaste Mechanica. De opdracht die gedaan moet worden gebeurt in groepen van twee studenten en de voortgang ervan wordt wekelijks besproken. Na bespreking wordt de uitwerking zonodig aangepast en aangevuld. De deelopdrachten worden in twee gedeeltes gebundeld als een werkstuk ingeleverd. Dit werkstuk moet voorzien worden van voorblad, naam, stud.nr., inhoudsopgave, de uitgewerkte opdrachten en een conclusie. De opdrachten worden handmatig uitgevoerd, gestructureerd en netjes en voorzien van schetsen. Het is verstandig om een kopie in te leveren en niet het origineel. De bijeenkomsten zien er als volgt uit maar kunnen, als er redenen voor zijn, door de docent aangepast worden: min toets min. Bespreken opdracht voorgaande week 3. 2 x 40 min. behandelen nieuwe stof min. bespreken en uitwerken nieuwe opdracht. Het volgen van de colleges is verplicht. Indien hier niet aan voldaan wordt kan dat negatieve gevolgen hebben op de eindbeoordeling of uitsluiting voor het tentamen. 3. Organisatie De studiebelasting van deze module is 3 ECTS, Van de 84 sbu s worden 24 ingevuld door colleges, de rest is beschikbaar voor zelfstudie en tentamen. Hieruit volgt dat een hoge mate van zelfstandigheid van de student verwacht wordt. Het tijdstip en de locatie waarop de colleges worden gegeven wordt bekend gemaakt door het bedrijfsbureau. 4. Beoordeling a. Inleiding beoordeling De beoordeling van de cursus bestaat uit de eindopdracht (casustoets). Alleen bij een voldoende eindopdracht, gehonoreerd met een 6, kunnen met de deelopdrachten 4 extra punten worden verdiend. b. Eindopdracht (casustoets) met de afsluitende eindopdracht kan de student laten zien dat de in de cursus aangeleerde werkmodellen in een nieuwe situatie juist toegepast kunnen worden. De casus wordt in de 7 e moduleweek meegegeven zodat de student deze kan bestuderen. De eindopdracht kan als volgt beoordeeld worden: - De eindopdracht is voldoende uitgewerkt, het cijfer is een 6 - De eindopdracht is onvoldoende uitgewerkt, het cijfer is een 4, er dient te worden herkanst - De eindopdracht is verprutst of niet gemaakt, het cijfer is een2, er dient te worden herkanst. 5

7 c. Deelopdrachten. De deelopdrachten zijn diagnostische momenten en geven de student een signaalfunctie van wel of niet in orde. De deelopdrachten kunnen niet worden herkanst. De deelopdrachten worden, alleen als ze op tijd zijn ingeleverd, beoordeeld als volgt: - de deelopdracht is uitzonderlijk goed uitgewerkt, er zijn bonuspunten verdiend. - de deelopdracht is onvoldoende of matig uitgewerkt, er zijn geen bonuspunten verdiend. De deelopdrachten worden gehonoreerd met bonuspunten als volgt: - 1 e deelopdracht 1,5 bonuspunt - 2 e deelopdracht 1,5 bonuspunt - 3 e deelopdracht (wekelijkse toetsen) 1 bonuspunt d. Herkansing Alleen de eindopdracht kan herkanst worden. - de (herkansings)eindopdracht is voldoende uitgewerkt, het eindcijfer is een 6 - de (herkansings)eindopdracht is onvoldoende uitgewerkt, het eindcijfer is een 4 - de (herkansings)eindopdracht is verprutst of niet gemaakt, het eindcijfer is een 2 e. Modulecijfer De eindbeoordeling (modulecijfer) van de cursus is als volgt: Een 2, eindopdracht onvoldoende na herkansing, de cursus moet volledig over gedaan worden. Een 4, idem Een 6, eindopdracht voldoende. Een 7, eindopdracht voldoende plus 1 bonuspunt voor uitzonderlijk goed uitgewerkte deelopdracht. Een 8, eindopdracht voldoende plus 2 bonuspunten voor uitzonderlijk goede deelopdrachten Een 9, eindopdracht voldoende plus 3 bonuspunten voor uitzonderlijk goede deelopdrachten Een 10, eindopdracht voldoende plus 4 bonuspunten voor uitzonderlijk goede deelopdrachten. 5. Verantwoording Na afloop van de module is de student in staat om: - Constructies te schematiseren. - Krachtswerking in vakwerken te bepalen. - Momenten, Dwarskrachten en oplegreacties van statisch onbepaalde liggers te berekenen en daaraan gekoppeld profielen te kiezen.. - Met behulp van de Eulerse knikformules op druk belaste staven te berekenen. - Portalen/Tweescharnierspanten te ontwerpen. - Constructies te controleren met behulp van een soft-ware pakket Door de werkvolgorde aan te houden zoals in deze module gehanteerd wordt is de student in staat om op een adequate manier van een éénvoudige constructie diverse constructieonderdelen te kunnen beoordelen op sterkte en vervorming. 6

8 Bijlage 1 KRACHT EN VORMGEVING Bijeen theorie boek onderwerpen opdrachten aanvullende informatie komst Welleman 1 Op druk belaste Mod. 7 Kolom, drukstaven in Pendelkolom onder Belasting gegeven staven H 4 vakwerk vakwerk knik NEN6770 H 5 opdr. 1 t/m 4 en 10 2 Inwendige krachten in Mod. 2 vakwerken analyseer constructie Geometrie, afmetingen, vakwerkliggers H 1+2 maak constructie- en belastingen Mod 4 belastingschema gegeven H 5 opdr. 5 en 6 3 Inwendige krachten in Mod 4 vakwerken Bereken staafkrachten vakwerkliggers H1, 2, 3 controle m.b.v. H 5 opdr 7 t/m 13 Matrix - frame 4 Enkelv. Statisch Mod. 6 liggers Bereken dakligger incl. Reken met V.G.M.N. onbep. constructies H 1, 2 vervorming Over 3 steunpunten m.b.v. V.G.M.N. Oefenopdrachten uitgereikt tijdens les Belasting gelijk 5 Inleveren opdrachten Week 1 t/m 3 Meerv. Statisch Mod. 6 liggers Bereken dakliggers Maak gebruik van onbep. constructies H 3 Belasting ongelijk gaapvergelijkingen H5 opdr. 1, 3, 5, 6en 7 H6 opdr. 3 7

9 6 Meerv. Statisch Mod. 6 Liggers + éénv. portaal Bereken dakliggers Maak gebruik van onbep. constructies H 3, 4, 5, 6 Overspanning ongelijk gaapvergelijkingen H5 opdr. 10, 11 en 15 H6 opdr. 2 en 4 7 Portalen mod 6 H 4 Combinatiespanning Bereken kolom van Mod 3 Normaalkracht en moment portaal H 7.1 H 9 opdr Oefenopdrachten uitgereikt tijdens les 8 Constructief ontwerp college Grote overspanningen Ontwerp een uitwendige constructie indien de overspanning 2x zo groot wordt 9 Inleveren opdracht 4 t/m 8 9 of10 Toets, datum en tijd wordt tijdens de les bekend gemaakt 8

10 Bijlage 2 9

11 10

12 Groep Maat a Maat b Hoogte Dak Belasting minimaal Dak Belasting maximaal F hor. m m m kn/m 2 kn/m 2 kn ,8 2, , ,2 3, ,2 3, , ,8 2, ,4 3, ,6 3, ,8 3, ,8 3, ,6 3, ,4 3,

13 Bijlage 3 Bijlage 3 12