ONVATBAAR CONSTRUCTIEVE BIJLAGE

Transcriptie

1 ONVATBAAR CONSTRUCTIEVE BIJLAGE

2 COLOFON STAN MATHIJSSEN Wollenhoekstraat JJ, Budel KEVIN DE BRESSER Koningsplein WK, Tilburg Avans Hogeschool Prof. Cobbenhagenlaan DA Tilburg Afstudeerontwerp 25 april

3 INHOUDSOPGAVE EIGENSCHAPPEN VAN GLAS 4 STABILITEIT 8 PORTALEN 12 FUNDERING 14 ZONNEWERING 16 FIBERGLASSKABELS 18 KABELCONSOLES 22 VLOERBALKEN 24 VLOEREN 28 GEVELELEMENTEN 30 UITVOERINGSVOLGORDE 32 BIJLAGEN 34 3

4 E I G E N S C H A P P E N V A N G L A S Soortelijke massa 2500 kg/m 3 Elasticiteitsmodulus N/mm 2 Glijdingsmodulus 30 N/mm 2 Dwarscontractiecoëfficiënt 0,23 Lineaire uitzettingscoëfficiënt K -1 Warmtegeleidingscoëfficiënt 1,0 W/mK Hardheid 8 Mohs Specifieke warmtecapaciteit 0,2 Wh/kg. K Gemiddelde brekingsindex 1,5 Transformatietemperatuur ca. 570 C Druksterkte glas N/mm 2 Treksterkte fiberglass (vezelrichting) 1900 N/mm 2 Treksterkte fiberglass (loodrecht) 56 N/mm 2 4

5 REPRESENTATIEVE WAARDEN VAN DE UITERST OPNEEMBARE BUIGTREKSPANNING IN N/mm 2 VAN DIVERSE GLASSOORTEN BIJ VERSCHILLENDE BELASTINGEN, CONFORM NEN [8-9] Belasting lang middel kort Floatglas ongehard glas 17,4 23,1 6,2 Floatglas halfgehard glas 47,1 52,8 75,9 Floatglas gehard glas 106,1 111,8 134,9 (thermisch voorgespannen) MATERIAALFACTOR VOOR VLAKGLAS Enkelglas Dubbelglas vlakglas en draadglas 1,79 vlakglas en draadglas 2,08 thermisch versterkt 2,68 thermisch versterkt 3,12 voorgespannen 3,58 voorgespannen 4,16 Rekenwaarde uiterst opneembare buigrtekspanning ongunstigberekend vlakglas fmt;u;d (12, )/1,8 = 12,5/ 1,8 = 6,94 N/mm² max spanning in glas = 6,94 N/mm² Rekenwaarde uiterst opneembare buigrtekspanning ongunstig berekend thermisch versterkt glas fmt;u;d ( )/1,8 = 60/ 1,8 = 33,33 N/mm² max spanning in glas = 33,33 N/mm² Rekenwaarde uiterst opneembare buigrtekspanning ongunstig berekend voorgespannen glas fmt;u;d ( )/1,8 = 180/ 1,8 = 100 N/mm² max spanning in glas = 100 N/mm² 5

6 REPRESENTATIEVE WAARDE VAN DE UITERST OPNEEMBARE BUIGTREKSPANNING (fmt;u;rep) AFHANKELIJK VAN GLASTYPE EN BELASTINGCOMBINATIE Glastype Eigen gewicht Sneeuw + e.g. Wind + e.g kn/m kn/m kn/m 2 Draadglas 7,5 12,5 24 Vlakglas 12, Thermisch versterkt 60 63,5 90 Voorgespannen Bij gecombineerde beglazingen waarin verschillende glastypen voorkomen, is de representatieve waarde van het glastype met de laagste fmt;u;rep aangehouden. TREKSTERKTE FIBERGLASS Maximale trekspanning Fiberglass (lengterichting) 1900 N/mm 2 Maximale trekspanning Fiberglass (dwarsrichting) 56 N/mm 2 6

7

8 S T A B I L I T E I T De stabiliteit van het gebouw, dient in twee richtingen gewaarborgd te worden. De momentvaste verbindingen in de portalen en de verankering op de fundering zorgen voor de stabiliteit in de noord/ zuid-richting. De stabiliteit in de oost/west-richting, van het gebouw wordt opgevangen d.m.v. de vloeren die dienen als aanrijdroute, de vloeren die toegang bieden tot de graven, en de dakconstructie. Deze worden verankerd in de mergelrots zodat de krachten in de oost/west-richting hierin opgevangen kunnen worden. Omdat de mergel weinig trekkrachten en veel drukkrachten op kan nemen moet de verankering in de mergel de trekkracht die optreed in de oost/ west-richting verspreiden over een groter oppervlak. Ondanks dat de gevel als een schijfstructuur is op gebouwd wordt deze niet gebruikt als een constructie-element. 8 PORTALEN VLOEREN

9

10 WINDDRUK 19500mm 19500mm WINDDZUIGING PUNTLASTEN (LASTEN AAN FIBERGLASSKABELS) 405kN 405kN 405kN 405kN 405kN VERANDERLIJKE BELASTING (MENSEN) VERANDERLIJKE BELASTING (SNEEUW) 13,5kN/m 1 3,75kN/m 1 EIGEN GEWICHT 9kN/m mm

11

12 P O R T A L E N De portalen zijn de dragende elementen, waar het hele gebouw aan opgehangen is en bestaan uit losse elementen van 2900x100x2900mm (lxbxh), die gestapeld en gekoppeld worden d.m.v. balken. Ze worden gefundeerd op een langgerekte poer. Met uitzondering van de keldervloer dragen de fundering onder de kolommen het gehele gebouw. De fundering wordt uitgevoerd in hetzelfde draagkrachtige glas als de portaalkolommen.in de parkeergarage, zijn de portaalkolommen slanker en ingepakt met een constructief sterke glaslaag, omdat de kans daar aanwezig is dat er een voertuig tegenaan rijdt. Hierdoor wordt de tweede glaslaag als buffer gebruikt om de portaalkolom te beschermen. De constructieve dikte hoeft maar 50mm te zijn, maar wordt overal esthetisch als 100mm toegepast. Op de verdere verdiepingen wordt dus geen bufferlaag toegepast, omdat daar alleen voetgangers komen, die geen gevaar vormen voor de portaalkolommen.de portaalbalk wordt als één gelamineerd element aangeleverd en op de potaalkolommen geplaatst. Doordat de eindtoestand van de uitwijking van de ligger door de optredende doorbuiging 60mm zal zijn, passen we de ligger toe met een zeeg, zodat de eindtoestand op de juiste maat uitkomt. De aansluiting tussen de portaalbalk en de portaalkolom wordt momentvast uitgevoerd om de horizontale krachten in de noord/ zuid-richting op te vangen en daarmee de stabiliteit in die richting te garanderen. In de portaalbalk, zijn fiberglasskabels verlijmd waar de vloeren en wanden uiteindelijk door gedragen worden. Deze kabels zijn geprefabriceerd en worden in de fabriek al in het spant verlijmd. De optredende spanning in de betreffende kabel moet in de lijmverbinding opgevangen kunnen worden. Het lijmoppervlak en de sterkte van de toegepaste lijm is hierop afgestemd. 12

13

14 F U N D E R I N G De fundering van het gebouw, kan rechtstreeks op het mergel worden geplaatst, omdat het mergel zelf draagkrachtig genoeg is. Er dient een langgerekte poerfundering onder elke portaalkolom toegepast te worden, om de optredende krachten te verdelen over het mergel. Er wordt enkel een fundering toegepast onder de portalen, die het gebouw gaan dragen. De vloer van de parkeergarage zal op glazen funderingsbalken opgelegd worden, die los staan van de fundering. Omdat het mergel niet vlak genoeg is om een glazen vloer vlak op te leggen zijn er funderingsbalken aangebracht waarop de keldervloer gelegd kan worden. De maximale gronddrukspanning van mergel, is 1,8 N/mm2. Met een maximaal optredende kracht van 1351,1kN per portaalkolom, is er een drukoppervlak nodig van / 1,8 = mm2. De lengte van 3200mm wordt aangehouden, omdat we binnen de afmetingen willen blijven van de structuur, namelijk: 160mm+100mm+160mm. De breedte van de balk komt uit op een breedte van / 3200 = 420mm. De breedte van de funderingsbalk die wordt toegepast, is 420mm. 14

15

16 Z O N N E W E R I N G De zonwering van het gebouw, wordt gedragen door constructieve vinnen, die in feite los staan van de draagstructuur van het gebouw. Ze zijn niet gekoppeld aan de gevel en zijn dus volledig zelfdragend. De vinnen worden aan elkaar gekoppeld d.m.v. trekstaven, die uiteindelijk worden gefundeerd in het mergel, dit om de eigen stabilitiet te waarborgen. Deze stalen staven, dienen niet alleen voor de eigen stabiliteit, maar worden ook omringd door een stalen koker, die vervolgens weer is verwerkt in de glazen lamellen. De glazen lamellen kunnen d.m.v. de stalen koker 360 om deze stalen staaf draaien. De lamellen hebben een afmeting van 2950x2950x100mm (lxbxh) en hangen tussen de vinnen in. De vinnen hebben een afmeting van 1475x100x2950mm (lxbxh) en worden verdiepingshoog toegepast. 16 VINNEN LAMELLEN

17

18 F I B E R G L A S S K A B E L S De belangrijkste kenmerken van fiberglass, zijn de mogelijkheden tot data- en lichttransport en de grote treksterkte. Vooral voor dit laatste worden in dit gebouw fiberglasskabels toegepast. De kabels dragen in principe alle optredende trekkrachten af naar de spanten. De vloerbalken zijn direct gekoppeld aan deze fiberglasskabels. De horizontale krachten, daarentegen, worden niet door de kabels opgevangen, maar door de vloeren. Esthetisch gezien, is op elk stramienpunt een fiberglasskabel toegepast, welke de beoogde structuur van het gebouw accentueren. De kabels lopen van het hoogste punt van het gebouw, tot het laagste punt. De enige uitzondering is de parkeergarage, waar geen kabels zijn toegepast, omdat deze kabels de rijroutes van de voertuigen blokkeren. Bovendien wordt de vloer van de parkeergarage niet gedragen door het fiberglass, deze elementen liggen op funderingsbalken. De fiberglasskabels zijn intern in de spanten voorgespannen ingeklemd, zodat de vezels van het fiberglass zelf vooral op trek worden belast en de spanten op druk. Zo worden beide elementen op hun sterkste eigenschap toegepast. Belangrijke eigenschappen van fiberglass: Maximale trekspanning = 1900 N/mm 2 A;fiberglass;bij r=25mm = 1963 mm 2 Uiterste kracht op het fiberglass = 3730 kn Zie voor meer informatie: BIJLAGEN FIBERGLASS. 18

19

20

21

22 K A B E L C O N S O L E S Aan de fiberglasskabels, zijn consoles gekoppeld, die in de fabriek gefabriceerd worden en in het werk dus direct gebruikt kunnen worden om de vloerbalken op te leggen. Deze consoles worden in de fabriek verlijmd aan de fiberglasskabels en zijn hierdoor nagenoeg monogaam verbonden. De consoles zorgen voor de krachtoverbrenging tussen de vloerbalken en de fiberglasskabels. Er ontstaat een afschuifspanning tussen de console en fiberglasskabel. Hoe groter het lijmoppervlak tussen console en de fiberglasskabel hoe sterker de verbinding. De consoles worden momentvast verlijmd aan de vloerbalken om torderen tegen te gaan. Wanneer de console tordeert ontstaat er een horizontale kracht op de fiberglasskabel. 22 CONSOLE EXPLODED CONSOLE

23

24 V L O E R B A L K E N Alle vloeren in het gebouw worden tweezijdig opgelegd op de vloerbalken. Deze balken liggen vervolgens op oplegconsoles, die gekoppeld zijn aan de fiberglasskabels, die op hun beurt weer verlijmd zijn in de spanten. De enige uitzondering hierop, zijn de vloeren die tussen de spanten liggen, want deze liggen op balken die de elementen in de spanten met elkaar verbinden. Deze balken worden nagenoeg monogaam met het spant verbonden. Constructief moeten de vloerbalken een doorsnede van 70x130mm (lxb) hebben om aan de draagkracht te voldoen. De balken worden esthetisch als 100x160mm toegepast. De oplegvlakken van de vloeren, worden hierdoor ook 160mm breed gemaakt, om de vaste structuur te behouden. Om de afschuifspanning tussen de vloerelementen en de balken tegen te gaan worden deze oplegvlakken voldoende dik toegepast. 24

25

26

27

28 V L O E R E N Er is vanuit gegaan dat alle vloeren binnen het gebouw tweezijdig opgelegd zijn. In principe liggen ze altijd op vloerbalken die via de consoles gekoppeld zijn aan de fiberglasskabels. Er zijn twee uitzonderingen hierop; de vloerelementen in de parkeergarage liggen op funderingsbalken, welke direct op het mergel zijn geplaatst, en staan los van de fiberglass-constructie. De andere uitzondering, zijn de vloeren tussen de portaalkolommen, want deze liggen wel tweezijdig op balken, maar deze balken worden niet gedragen door de fiberglasskabels. Deze worden gedragen door de balken tussen de portaalkolom-elementen. De dikte van het vloerpakket is 100mm. Het is opgebouwd uit een constructievloer van 50mm, een ruimte van 40mm voor leidingen en een glazen plafondelement van 10mm. Ter plaatse van de gevel zijn de vloerelementen voorzien van sponningen waarin de gevelelementen geplaatst kunnen worden. Via de vloeren worden de horizontale krachten in de oost/ westrichting doorgevoerd naar het mergel. Hiervoor moet de vloerconstructie uitgevoerd worden als een schijfconstructie. 28 VERANDERLIJKE BELASTING EIGEN GEWICHT 3000mm OPLEGREACTIE VLOEREN

29

30 G E V E L E L E M E N T E N De prefab gevelelementen tussen de spanten zijn zelf niet dragend en werken niet mee aan de stabiliteit van het gebouw. De gevelelementen worden niet gekoppeld aan de fiberglasskabels, maar staan op de vloeren en tussen de portalen of ribben, die vervolgens weer door het fiberglass worden gedragen. De kabels die in de gevel verwerkt zitten, zijn esthetisch en dus niet dragend. Naast het plaatsen en verlijmen op de vloeren, worden de gevelelementen ook verlijmd aan de portalen. De gevelelementen nemen de winddruk en de windzuiging op bij alle gevels. Aan de noord- en zuidgevel, kan de winddruk opgevangen worden in de spanten. De oostgevel wordt nagenoeg niet belast door wind, doordat deze grotendeels in het mergel steekt. In de oost- en westgevel worden de krachten van de gevel opgevangen door de vinnen en door de vloeren indien aanwezig. De gevelelementen zijn opgebouwd uit een glasplaat die de winddruk opvangt, met daarachter ruimte voor ventilatie en dan een dubbele HR++ beglazing. Op deze manier passen we het principe van een dubbele huidfaçade toe. 30

31

32 U I T V O E R I N G S V O L G O R D E 32

33 33

34 B I J L A G E N DIMENSIONERING PORTALEN PORTAALLIGGER Breedte balk (b) 0,05 m Lengte overspanning (l) 15,0 m Hoogte balk (h) 3,0 m Veiligheidsklasse 3 q;dakconstructie q;eigen (q1) (q2) 9 7,5 kn/m 1 kn/m 1 q;dak kubus (q3) 13,5 kn/m 1 Q;totaal 30 kn/m 1 V;fiberglass (F1) 405 kn F;tot;op spant 2250 kn M;max 4671,5 knm 34

35 BEREKENING PORTALEN Wy = 1/6. b. h ² = 1/6. 0,05. 3,0² = 0,075 m³ σ = M / W = 4671, / = 62,29 N/mm² Voorgespannen glas = 100 > 30,27 N/mm², voldoet Thermisch versterkt glas = 33,33 > 30,27 N/mm², voldoet niet U eis = 0,004. L = 0, ,0 U eis = 0,060 m = 60 mm DOORBUIGING Uq = (5 / 384). ql 4 / EI U;q1,2 = (5 / 384). ((9+3,75). 15, ) / ( ((1/12) )) = (5 / 384). 6, / 2, = 28,82 mm U;q3 = (5 / 384). (13,50. 12, ) / ( ((1/12) )) = (5 / 384). 1, / 2, = 12,50 mm UV = (1 / 48). FL 3 / EI U;C = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 1, / 2, = 9, mm 35

36 U;D = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 2, / 2, = 2,64 mm U;E = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 1, / 2, = 12,2 mm U;tot = 56,25 mm 56,25 < 60 mm, voldoet De gebruikte formule voor het berekenen van de puntlasten op de ligger, werkt in ons nadeel. De vijf puntlasten van 405kN (fiberglassdraden), worden allen berekend alsof ze in het midden van de ligger staan ((1/48). FL 3 / EI), wat een groter moment op levert. De uitkomst van 56mm, is dus groot, maar zal nooit optreden. 36

37 PORTAALKOLOM Druksterkte glas (f;druk) N/mm 2 Breedte kolom (z) 0,05 m = 50 mm Diepte kolom (y) 3,0 m = 3000 mm Dikte balk (l) 18,0 m = mm Oppervlakte doorsnede (A) 3,0. 0,05= 0,15 m 2 = mm 2 Doorsnedeklasse 1 zuivere druk W;y =(1/6). bh 2 I;y =(1/12). bh 3 =(1/6). zy 2 =(1/12). zy 3 =(1/6) =(1/12) = mm³ = mm 4 W;z =(1/6). hb 2 I;z =(1/12). hb 3 =(1/6). yz 2 =(1/12). yz 3 =(1/6) =(1/12) = mm³ 62, mm 4 F;kolom;max = F;druk. A = = N = kn kracht van ligger = 1189,1 kn kracht overige vloeren op kolom = 162 kn F;totaal = 1351,1 kn 1351,1< kn, voldoet 37

38 CONTROLE OP KNIK Kniklengte = 3000 mm 1x scharnieroplegging 1x volledige inklemming of doorgaande staaf Kniklengte (l;buc) = 1/2. (2l). l = 1/2. ( ) l;buc = 116, Traagheidsstraal i;y = (I/A) = ( / ( )) = 866,03 i;z = (I/A) = (62, / ( )) = 2,041 λ = l;buc / i;min = 116, / 2,041 = 5, Fe = (π 2. EI) / l;buc 2 = (π 2. E) / λ 2 = (π 2. 7, ) / (5, ) 2 = 2, = 2, < 1, voldoet Toetsingsregel volgens NEN 6770, 12.1 Nc;s;d / (ωy;buc. Nc;u;d ) < , / (0,9. ( ,29)) = 0,16 < 1, dus voldoet 38

39 PORTAALLIGGER Breedte balk (b) 0,05 m Lengte overspanning (l) 1,45 m Hoogte balk (h) 18,0 m Veiligheidsklasse 3 q;dakconstructie (q1) 9 kn/m 1 q;eigen (q2) 3,75 kn/m 1 Q;totaal 12,75 kn/m 1 V;verdiepingsvloeren om vide (F1) 324 kn V;begane grondvloer (F2) 243 kn M;max 2881,8 knm Wy = 1/6. b. h ² = 1/6. 0,05. 3,0² = 0,075 m³ σ = M / W = 2881, / = 38,42 N/mm² Voorgespannen glas = 100 > 38,42 N/mm², voldoet Thermischversterkt glas = 33,33 > 38,42 N/mm², voldoet niet U eis = 0,004. L = 0, ,0 U eis = 0,052 m = 52 mm 39

40 DOORBUIGING Uq = (5 / 384). ql 4 / EI U;q1,2 = (5 / 384). ((9+3,75). 15, ) / ( ((1/12) )) = (5 / 384). 6, / 2, = 28,82 mm UV = (1 / 48). FL 3 / EI U;C = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 1, / 2, = 7, mm U;D = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 2, / 2, = 1,58 mm U;E = (1 / 48) / ((7*10 4 )*((1/12)*50* )) = (1 / 48). 1, / 2, = 7,32 mm U;tot = 50,30 mm 50,30 < 60 mm, voldoet De gebruikte formule voor het berekenen van de puntlasten op de ligger, werkt in ons nadeel. De vijf puntlasten van respectievelijk 324kN en 243kN (diverse vloeren), worden allen berekend alsof ze in het midden van de ligger staan ((1/48). FL 3 / EI), wat een groter moment geeft. De uitkomst van 50mm, is dus groot, maar zal nooit optreden. 40

41 PORTAALKOLOM Druksterkte glas (f;druk) N/mm 2 Breedte kolom (z) 0,05 m = 50 mm Diepte kolom (y) 1,45 m = 1450 mm Dikte balk (l) 18,0 m = mm Oppervlakte doorsnede (A) 1,45. 0,05=0,073 m 2 = mm 2 Doorsnedeklasse 1 zuivere druk W;y =(1/6). bh 2 I;y =(1/12). bh 3 =(1/6). zy 2 =(1/12). zy 3 =(1/6) =(1/12) = mm³ = mm 4 W;z =(1/6). hb 2 I;z =(1/12). hb 3 =(1/6). yz 2 =(1/12). yz 3 =(1/6) =(1/12) = mm³ 30, mm 4 F;kolom;max = F;druk. A = = kn kracht van ligger = 1189,1 kn kracht overige vloeren op kolom = 162 kn F;totaal = 1351,1 kn 1351,1< kn, voldoet 41

42 CONTROLE OP KNIK Kniklengte 3000 mm 1x scharnieroplegging 1x volledige inklemming of doorgaande staaf Kniklengte (l;buc) = 1/2. (2l). l = 1/2. ( ) = 116, Traagheidsstraal i;y = (I/A) = ( / ( )) = 418,58 i;z = (I/A) = (30, / ( )) = 2,041 λ = l;buc / i;min = 116, / 2,041 = 5, Fe = (π 2. EI) / l;buc 2 = (π 2. E) / λ 2 = (π 2. 7, ) / (5, ) 2 = 2, , < 1, voldoet Toetsingsregel volgens NEN 6770, 12.1 Nc;s;d / (ωy;buc. Nc;u;d ) < , / (0,9. ( ,29)) = 0,33 < 1, dus voldoet 42

43 MAATGEVEND T.P.V. VLOEREN MET AUTO S IN DE STRUCTUUR balklengte 3 m breedte balk 0,07 m lengte overspanning 3 m dikte balk 0,16 m veiligheidsklasse 3 q;d = 13,5. 1 = 13,5 kn/m M 1/8. q;d. l² 1/8. 13,5. 3² = 15,19 knm Wy 1/6. b h² 1/6. 0,07. 0,16² = 0,00030 mm³ σ = 15,19 /0, = 50851,00446 kn/m² = 50, N/mm² glaskeuze: thermisch versterkt glas = 33,33 N/mm² voldoet niet glaskeuze: voorgespannen glas = 100 N/mm² voldoet DOORBUIGING U eis = 0,004*l = 0,012 m MINIMALE HOOGTE BALK: U= 5/384 = (9*3,0^4 * 10^12)/(7*10^4* ((1/12) *50*160^3)) = 5,68 mm voldoet h= 160 voldoet 43

44 Maatgevende vloer: vloervlak ruimte 3.3 PARKEREN LIJKAUTO Rekenbreedte =1,00 m Lengte overspanning (l) =3,00 m Breedte vloerplaat (b) =3,00 m Dikte vloerplaat (d) =0,05 m Veiligheidsklasse 3 Elasticiteitsmodulus =7, N/mm2 q;rep PB = 1,25 kn/m² q;rep VB = 5,0 kn/m² q;d = (1,2. 1,25)+(1,5. 5,0) = 9 kn/m1 M;max 1/8. q;d. l ² 1/ ² = 10,13 knm Wy 1/6. b. h² 1/ ,05² = 0, mm³ σ = M / W = 10,13 / 0, = kn/m² = 24,30 N/mm2 Thermischversterkt glas = 33,33 > 24,30 N/mm², voldoet U eis = 0,004. L = 0,004. 3,0 U eis = 0,012 m = 12 mm 44

45 Doorbuiging Uq = (5 / 384). ql4 / EI U;q PB = (5 / 384). (1,25. 3, ) / ( ((1/12) )) = 1,81 mm U;q VB = (5 / 384). (5,0. 3, ) / ( ((1/12) )) = (5 / 384). 1, / 2, = 7,23 mm U;tot = 9,04 mm 9,04 < 12 mm, voldoet 45