s tichting ouw esearch Dakisolatie op geprofileerde staalplaat Richtliinen voor de berekening van mechanische bevestiging
Rapporteur: A. van der Voort, TNO Bouw \ 1 l
stichting bouwresearch Dakisolatie op geprofileerde staalplaat Richtliinen voor de berekening van mechanische bevestiging Rotterdam, 1991
BEVESTIGING DAKISOLATIEPLATEN OP GEPROFILEERDE STAALPLAAT De stichting stelt zich ten doel: a. in de bouwnijverheid produktiviteit en kwaliteit te verhogen en de continuïteit in de werkgelegenheid te bevorderen; b. de kennis op het terrein van de bouwnijverheid te vergroten en te verspreiden naar en binnen alle organisaties waarmede de stichting een relatie onderhoudt; c. voorts al hetgeen dat met een en ander rechtstreeks of zijdelings verband houdt of daartoe bevorderlijk kan zijn, alles in de ruimste zin des woords. De stichting en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken - volgens de huidige stand van de wetenschap en techniek - van de in deze publikatie vervatte gegevens. Nochtans moet de mogelijkheid dat zich onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden niet worden uitgesloten. Degene die van deze publikatie gebruik maakt aanvaardt daarvoor het risico. De stichting sluit, mede ten behoeve van degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van informatie in deze publikatie. CIP-GEGEVENS KONINKLIJKE BIBLIOTHEEK, DEN HAAG Toma AW. Dakisolatie op geprofileerde staalplaat: richtlijnen voor de berekening van mechanische bevestiging / [AW. Toma, A van der Voort, rapporteurs]. - Rotterdam : Stichting Bouwresearch, - (SBR-publikatie : 239) Met samenvatting in het Engels. ISBN 90-5367-027-0 NUGI833 Trefw.: warmte-isolatie: daken. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de Stichting Bouwresearch. No part of this book may be reproduced in any form by print, photoprint, microfilm, stored in a database or retrieval system, or any other means without written permission from the Stichting Bouwresearch. 2
INHOUD WOORD VOORAF 5 SAMENVATTING 6 SUMMARV 6 1 INLEIDING 7 2 DEFINITIES 8 3 TOETSINGSMETHODIEK 9 4 BELASTINGEN 10 4.1 Inleiding 10 4.2 Stuwdrukken 10 4.3 Vormfactoren 12 4.3.1 Windbelasting door zuiging 12 4.3.2 Windbelasting vanwege overdruk in het gebouw 14 4.3.3 Invloed van borstweringen op de windbelasting 14 4.4 Belastingsfactor 14 5 KRACHTEN IN ONDERDELEN 15 5.1 Algemeen 15 5.2 Overdracht windbelasting op isolatieplaat 15 5.3 Krachtwerking in en vervorming van de isolatieplaat 15 5.4 Overdracht belasting in de isolatieplaat op de bevestiging 15 6. MATERIAALSTERKTEN 16 6.1 Isolatieplaten 16 6.1.1 Delaminatiesterkte 16 6.1.2 Buigtreksterkte 16 6.1.3 Ponsweerstand 17 6.1.4 Druksterkte 17 Stichting Bouwresearch 3
BEVESTIGING DAKISOLATIE PLATEN OP GEPROFILEERDE STAALPLAAT 7 8 9 10 11 6.2 Bevestigingsmiddelen 6.2.1 Drukverdeelplaten 6.2.2 Schroeven 6.2.3 Verbinding schroef drukverdeelplaat 6.2.4.1 Verbinding schroef staalplaat 6.2.4.2 Terugdraaimoment TOETSINGSREGELS 7.1 Delaminatiestèrkte 7.2 Buigspanning 7.3 Ponsweerstand isolatiemateriaal 7.4 Drukspanning 7.5 Sterkte bevestigingsmiddel VERIFICATIE DUURZAAMHEID 9.1 Bevestigingsmiddelen UITVOERING 10.1 Onderconstructie 10.2 Aanbrengen thermische isolatieplaten 10.3 Aanbrengen bevestigingsmiddelen 10.4 Aanbrengen dakbedekking LITERATUUR 18 18 19 19 19 19 21 22 22 23 23 23 23 23 24 BIJLAGE I Tabellen voor bepaling maximale momenten in de plaat en krachten in de bevestigingsmiddelen 25 4
WOORD VOORAF In toenemende mate worden in de utiliteitsbouw dakconstructies toegepast, die opgebouwd zijn uit een dakvloer van geprofileerd stalen platen met daarop thermische isolatieplaten. Dit geheel is vervolgens waterdicht afgewerkt met een dakbedekking. De isolatieplaten worden hierbij veelal mechanisch bevestigd op de geprofileerde stalen platen. Ten aanzien van het aantal en de plaats van de bevestigingsmiddelen bestaan weliswaar vuistregels, maar een concrete berekeningsmethode volgens welke de weerstand van de ontworpen bevestiging tegen opwaaien kan worden getoetst is niet voorhanden. Vaak ontstaan hierdoor acceptatie problemen voor of tijdens de bouw, waarbij met name het aantal bevestigingspunten en het bevestigingspatroon in relatie tot de stijfheid van dakvloer en isolatieplaten ter discussie staan. Ook zijn er schadegevallen bekend, die het gevolg waren van een onoordeelkundige keuze van de bevestiging. Bovenstaande overwegingen waren de aanleiding om een project te formuleren met als doel het opstellen van een ontwerp- en beoordelingsprocedure ten behoeve van de betreffende bevestigingssystemen in de vorm van een richtlijn. De omvang van het project is beperkt gebleven tot de mechanische bevestiging van isolatieplaten. De bevestiging van de dakbedekking (flexibel membraan op basis van bitumen of kunstoffen) op de isolatieplaten maakte geen onderdeel uit van het onderzoekprogramma. In de studie is wel een basismodel ontwikkeld voor overdracht van windbelasting naar de ondergrond. Dit basismodel kan eventueel in een later stadium voor verschillende typen dakbedekking worden uitgewerkt. Het theoretische onderzoek is uitgevoerd door TNO- Bouw (voorheen Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies), terwijl het verificatie-onderzoek is uitgevoerd door BDA Buro Dakadvies. Ten behoeve van de begeleiding van het project is een projectgroep geformeerd die op het moment van publikatie van de richtlijnen bestond uit: J. Swart P. Spehl ing. L. Niemoller M. van Rooy ir. Th.W.R. Verkerk J.M. Brandt ir. A.M. CM. Smits VibaNV Bureau SE CO (Belgie) Du Puy / T-Joint Unidek NVPU BDA Buro Dakadvies BV ing. A.J.M. Kranenburg ing. L. Wittenberg A.R. Rutgers A.A.M. Graven R. Booy ir. CJ.G. Hamans ing. CA. de Raadt ing. P. Langenberg, voorzitter ir. A.W. Toma, rapporteur A. van der Voort, rapporteur TNO-Bouw Cekadak BV Dow Chemical Isover Nederland Onkenhout en OnkenhoutBV Fischer ASF Rockwool Lapinus BV TBBS Vereniging Dakbedekkingsbranche Nederland Vebidak TNO-Bouw Het project is mede mogelijk gemaakt door een financiële bijdrage van de volgende organisaties: Centrum Staal Fischer ASF Isover Nederland Onkenhout en Onkenhout BV Rockwool Lapinus BV VibaNV Stichting Bouwresearch Het project is namens de Stichting Bouwresearch begeleid door de studiecommissie Dakbedekkingen. Bij het verschijnen van deze publikatie was de commissie als volgt samengesteld: L.W. Lapikas, voorzitter A.F. van den Hout ing. M. Koomen ing. A.J.M. Kranenberg ing. P. Langenberg ing. E. Meert CG. Melse ir. R. Poels ing. L.E.R. Du Puy drs. W.A. Spoon ir. J-J. Vingerling BDA Buro Dakadvies B.V. AVBB Algemeen Verbond Bouwbedrijf Cekadak B.V. Vereniging Dakbedekkingsbranche Nederland, Vebidak WTCB, Brussel Raadgevend ingenieursbureau Poels BV Du Puy / T-Joint Tremco B.V. Coördinator SBR Stichting Bouwresearch 5
BEVESTIGING DAKISOLATIE PLATEN OP GEPROFILEERDE STAALPLAAT SAMENVATTING SUMMARY De richtlijnen die in dit rapport worden gegeven hebben betrekking op de mechanische bevestiging van dakisolatieplaten op geprofileerde staalplaat. Naast het principe van de berekeningswijze is tevens aangegeven op welke wijze men de rekenwaarden van de relevante materiaaleigenschappen en de rekenwaarde van de belasting kan bepalen. Voor de bepaling van de optredende momenten en krachten wordt geadviseerd om deze te berekenen met behulp van een eindige elementenmethode. In een bijlage van dit rapport zijn de resultaten van dergelijke berekeningen gegeven voor diverse bevestigingspatronen en plaatafmetingen. Dit rapport bevat methoden voor de bepaling van de rekenwaarden van de delaminatiesterkte, de buigtreksterkte, de ponsweerstand en de druksterkte van isolatieplaten. Er zijn eisen geformuleerd waaraan de drukverdeelplaten moeten voldoen. Daarnaast is aangegeven op welke wijze de sterkte van de schroef, van de verbinding schroef-drukverdeelplaat en van de verbinding schroef-staalplaat kan worden bepaald. The guidelines given in this report are related to the mechanical fixing of roof-insulation boards on corrugated steel sheeting. It containes the principles of the calculation method as well as methods for the determination of the design strength of the relevant material properties. A finite-element analysis is recommended as the method for the calculation of moments and forces. In an appendix of this report the results of such calculations are given for different fixing patterns and board dimensions. This report gives methods for the determination of the design value for delamination resistance, flexural strength, punch re si stance and compressive strength of insulation plates and gives the requirements for the discs. Also methods are given for the determination of the strength of the fasteners and the strength of the connections of fastener to the steel sheeting and washer. 6
1 INLEIDING De richtlijnen in dit rapport betreffen de mechanische bevestiging van thermische dakisolatieplaten op geprofileerde stalen dakplaten. In dit rapport is het principe van de berekeningswijze aangegeven, terwijl daarnaast ook is aangegeven op welke wijze de rekenwaarden voor de relevante materiaaleigenschappen moeten worden bepaald en met welke belastingen men dient te rekenen. Bijlage I geeft tenslotte voor een aantal plaatafmetingen en bevestigingspatronen de bijbehorende in de platen en de krachten in de bevestigingsmiddelen. De gegeven richtlijnen zijn van toepassing voor alle gebouwen met daken van geprofileerd plaatstaal, waarop isolatieplaten worden aangebracht die door middel van mechanische bevestigers worden bevestigd en waarop dakbedekking wordt geplakt. Stichting Bouwresearch 7
BEVESTIGING DAKISOLATIE PLATEN OP GEPROFILEERDE STAALPLAAT 2 DEFINITIES Belastingsfactor Partiële factor waarmee de representatieve waarde van een belasting moet worden vermenigvuldigd om de rekenwaarde van die belasting te verkrijgen. Dakbedekkingssysteem Het totaal van dakbedekkingsmaterialen, onderdelen en hulpstukken die nodig zijn om een waterdichte afwerking te verkrijgen van een dak, inclusief de noodzakelijke details. Drukverdeelplaat Metalen of kunststof plaat die de krachten overbrengt naar de schroef met een voorziening voor een verzon-. ken positionering van de kop van de schroef. Karakteristieke waarde Waarde van een grootheid met een vooraf vastgestelde onder- dan wel overschreidingskans. Materiaalfactor Partiële factor waardoor de representatieve waarde van een materiaaleigenschap moet worden gedeeld om de rekenwaarde van die eigenschap te verkrijgen. Onderconstructie Het deel van het dak, dat als functie heeft om als constructief element, conform de betreffende nederlandse TGB - normen, zowel permanente als veranderlijke belastingen over te dragen naar de hoofddraagconstructie. Rekenwaarde van de belasting De, bij de toetsing van een bouwconstructie, aan te houden waarde voor de belasting. De rekenwaarde van de belasting is het produkt van een representatieve waarde van de belasting èn een belastingsfactor. Rekenwaarde van een eigenschap De, bij de toetsing van een constructie, aan te houden waarde voor een bepaalde eigenschap van een constructie of onderdeel ervan. De rekenwaarde voor een eigenschap is het quotiënt van de representatieve waarde van een eigenschap en een materiaalfactor. Representatieve belasting Voorgeschreven basisbelasting waaruit met behulp van de belastingsfactor een rekenwaarde wordt bepaald. Representatieve waarde van een eigenschap Voorgeschreven basiswaarde van een eigenschap waaruit met behulp van de materiaalfactor de rekenwaarde wordt bepaald. Ruwheidslengte Maat voor de ruwheid van het terrein ten aanzien van de wind. 8