Berekening van referentiehal Lightweight cold rolled steel construction systems Cor van Zandwijk Februari 2006 Delft, University of Technology Faculty of Civil Engineering
Lightweight cold rolled steel construction systems Berekening van referentiehal Cor van Zandwijk Februari 2006 C. van Zandwijk Studienummer: 1106899 C.vanZandwijk@student.TUDelft.nl 06 10271005 Afstudeercommissie: Prof.dipl-ing. J.N.J.A. Vambersky Dr. A. Romeijn, TU Delft Ing. L. Noordzij, KS Profiel
Voorwoord Voor u ligt het eerste deelrapport van het afstudeeronderzoek die gedaan is als afronding van de opleiding Civiele Techniek aan de Technische Universiteit van Delft. Dit afstudeeronderzoek wordt gedaan in het kader van de Mastervariant Building Engineering. Dit eerste deel vormt één deel uit een serie van drie, met name dit eerste deel vorm de basis voor de verdere voortgang van het onderzoek. De aanleiding tot dit onderzoek was een advertentie die noopte tot verdere informatie aanvraag bij het bedrijf KS Profiel. Dit bedrijf is opzoek naar een verdere uitbreiding van haar mogelijkheden op het gebied van het koud vormen van profielen. Deze uitbreiding verwacht het bedrijf te vinden in het vervaardigen van koudgevormde hoofddraagconstructies voor systeembouw in de industriële sector en de agrarische sector. Omdat de eigenschappen van de koudgevormde profielen relatief onbekend is en omdat met name gedoeld wordt op systeembouw wenst men een inzichtelijke en praktische werkwijze te genereren zodanig dat het op relatief eenvoudige wijze mogelijk is de wensen van de klant te converteren in een concreet advies en ontwerp. In de eerste drie maanden van dit afstudeeronderzoek is in de eerst plaats gewerkt aan de informatie verzameling en verwerking. In de tweede plaats is er gewerkt aan het leggen van de basis voor het verdere onderzoek. Dit eerste deel, wat als basis en referentiepunt dient voor deel twee, kan als een afzonderlijk en afgesloten deel beschouwd worden. Zeker op het gebied van de systeembouw met warmgewalste profielen kan dit eerste deel, met de geschreven spreadsheet, als een handige tool gebruikt worden bij het berekenen van hoofddraagconstructies. Mijn bijzondere dank gaat uit naar prof. Vambersky, dr. Romeijn en ing. Noordzij die als leden van de afstudeercommissie, sturing, correctie en informatie hebben verstrekt bij de totstandkoming van dit eerste deel van het afstudeeronderzoek. Cor van Zandwijk Nieuw-Beijerland, februari 2006 1
Samenvatting Een belangrijk punt in dit afstudeeronderzoek is de relatie tussen hoofddraagconstructies uitgevoerd met warmgewalste profielen en hoofddraagconstructies uitgevoerd met koudgevormde profielen. Het onderzoek wordt daarom gestart met een nader onderzoek naar de ontwikkelingen van de koudgevormde profielen in relatie tot de warmgewalste profielen. De nadruk bij dit onderzoek ligt vooral op de toepassingen van de koudgevormde profielen en de toepassingsgebieden waar deze koudgevormde profielen werden, c.q. worden, gebruikt. Een ander essentieel punt bij dit vooronderzoek is de vaststelling van de diverse eigenschappen van koudgevormde profielen. Met speciale productiemethoden is het mogelijk een grote diversiteit aan producten te vervaardigen met een vormgeving, staalkwaliteit en oppervlakte behandeling naar keuze. Omdat het niet mogelijk is voor de grote diversiteit aan marktsegmenten een optimale benadering, wat betreft constructieve eisen, te maken, wordt een specifieke doelgroep beoogd. Een nadere onderbouwing van de te benaderen doelgroep met haar specifieke eisen wordt nader omschrijven en beargumenteerd. Dit eerste deel van het afstudeeronderzoek vormt de basis voor de verdere uitwerking van een referentie hal uitgevoerd met koudgevormde profielen. In eerste plaats worden de wensen, eisen en uitgangspunten zoals deze gesteld worden door de eerder bepaalde doelgroep, vertaald naar concrete constructievormen en constructieafmetingen. De van belang zijnde belastings- en toetsingsaspecten worden aan de hand van de geldende NEN normen nader uitgelegd en toegepast. In de tweede plaats worden een toetsingsmethode voor de referentiehal uitgevoerd met warmgewalste profielen geschreven, zodat het gehele ontwerp van de referentiehal op relatief eenvoudige wijze getoetst kan worden. In de derde plaats wordt de specifieke berekening van koudgevormde dakgordingen en wandregels gemaakt. Deze berekening is te onderscheiden in twee delen namelijk, het vaststellen van de profieleigenschappen volgens de doorsnede-reductiemethode en het controleren van de profielen onder de verschillende belastingsgevallen. Als laatste wordt een uittrekstaat opgesteld van zowel de warmgewalste als de koudgevormde profielen met daaraan verbonden een totaal gewicht en een totaal kostprijs van de hoofddraagconstructie. Na het berekenen van de totale constructie van de referentiehal wordt een spreadsheet geschreven op basis van de gemaakte berekening voor de referentiehal. Deze spreadsheet beantwoord aan het gestelde doel om op relatief eenvoudige wijze een grote diversiteit aan hallen te kunnen berekenen. De invoer van hoogte, breedte, lengte en dergelijke, van de hal en de keuze van de toe te passen profielen kan handmatig naar keuze worden gedaan. Indien de spreadsheet aangeeft dat aan alle gestelde voorwaarden is voldaan, kan een complete constructieberekening inclusief uittrekstaat geprint worden met een druk op de knop. De beschrijving van de spreadsheet wordt gegeven in de aparte bundel In- en uitvoer van spreadsheet. 2
Inhoudsopgave VOORWOORD... 1 SAMENVATTING... 2 1. INLEIDING... 5 1.1 DE KOUDGEVORMDE PROFIELEN... 5 1.2 WAAROM KOUDGEVORMDE PROFIELEN... 5 1.3 BESCHRIJVING VAN HET PROJECT... 6 2. PROBLEEMBESCHRIJVING... 7 2.1 ONDERZOEKSPUNTEN... 7 2.2 PROBLEEMSTELLING... 7 2.3 DOELSTELLING... 7 2.4 SUBSTELLINGEN IN DE DOELSTELLING... 8 3. LITERATUURONDERZOEK NAAR ONTWIKKELINGEN EN EIGENSCHAPPEN... 9 3.1 ONTWIKKELINGEN VAN K.G.P. IN HET VERLEDEN EN IN DE TOEKOMST... 9 3.1.1 Staalframewoningbouw... 9 3.1.2 Hallenbouw... 15 3.1.3 Toekomst van woningbouw en hallenbouw... 30 3.2 EIGENSCHAPPEN VAN K.G.P.... 31 3.2.1 Productieproces van k.g.p.... 31 3.2.2 Redenen voor k.g.p.... 32 3.3 DE MARKTONTWIKKELINGEN... 36 3.3.1 Het markt gericht ondernemen... 36 3.3.2 De markt van k.g.p.... 37 3.4 DE DOELGROEP... 37 3.4.1 De agrarische sector... 38 3.4.2 De industriële sector... 39 3.4.3 Vaststelling doelgroep... 40 4. DIMENSIONERING VAN REFERENTIEHAL UITGEVOERD IN W.G.P.... 42 4.1 UITGANGSPUNTEN VOOR DE REFERENTIEHAL... 42 4.2 VORMGEVING VAN DE REFERENTIEHAL... 43 4.2.1 Keuze van het constructieschema... 44 4.2.2 Belastingen en schematisatie van een spant... 45 4.2.3 Bepalingswijze van krachtsverdeling in het spant... 45 4.2.4 Wijze van toetsen van staven... 46 4.2.5 Bepalingswijze van de gordingen... 46 4.2.6 Bepalingswijze van dak- en gevelplaten... 47 4.2.7 Bepalingswijze van de windverbanden... 47 4.3 ONTWERP VAN DE REFERENTIEHAL... 47 4.4 BEREKENING VAN DE STAALCONSTRUCTIE... 50 4.4.1 Gebruikswaarde belastingen algemeen... 50 4.4.2 Berekening en toetsing van het hoofdspant... 51 4.4.3 Berekening en toetsing van het kopgevelspant... 59 4.4.4 Berekening en toetsing van de dakgordingen... 66 4.4.4.1 Dakgordingen systeem... 66 4.4.4.2 Berekening van de profieleigenschappen... 69 4.4.4.3 Toetsing van tweeveldsgording... 81 4.4.5 Berekening en toetsing van de wandregels voor de langsgevels... 91 4.4.5.1 Wandregel systeem... 91 4.4.5.2 Berekening van de profieleigenschappen... 94 4.4.5.3 Toetsing van enkelvelds wandregel voor langsgevel... 94 4.4.6 Berekening en toetsing van de wandregels voor de kopgevels... 100 4.4.6.1 Wandregel systeem... 101 3
4.4.6.2 Berekening van de profieleigenschappen... 102 4.4.6.3 Toetsing van enkelvelds wandregel voor kopgevel... 102 4.4.7 Uittrekstaat van de constructie... 108 4.4.7.1 Uittrekstaat staalconstructie... 109 4.4.8 Conclusie m.b.t. berekening van constructie elementen... 110 4.5 CONCLUSIE... 110 LITERATUURLIJST... 112 INHOUDSOPGAVE BIJLAGE... 114 BIJLAGE A... 115 BIJLAGE B... 116 BIJLAGE C... 117 C.1 Berekening van de profieleigenschappen... 117 BIJLAGE D... 130 D.1 Berekening van de profieleigenschappen... 130 4