Trek- en drukstaven (staal, beton), wat is het onderscheid?

Om constructies goede stevigheid, sterkte en stijfheid te geven worden trek- en drukstaven afwisselend toegepast. Binnen een gebouw vormen verticale kolommen de drukkers, binnen vakwerkliggers betreft het een combinatie van die twee en in lateien wordt de belasting ontbonden in een drukzone en trekspanning. Trek- en drukstaven gaan dus altijd samen. Wat zijn de verschillende trek- en drukstaven toegepast bij staal- en betonconstructies?

Trek- en drukstaven (staal, beton)

• Verschillen tussen trek- en drukstaven
• Gevolgen van een belaste vorm
• Stalen kolommen, kokers en buizen
• Invloed binnen betonconstructies

Verschillen tussen trek- en drukstaven

Neem een touwtje en ga daaraan trekken. Het zorgt ervoor dat het strak in een rechte lijn staat, waarbij het op spanning staat. Die spanning wordt ook wel trek genoemd, waarbij de deeltjes iets uit elkaar worden getrokken. Laat je het los dan zal het touwtje weer doorhangen. Indien we het touwtje vervangen door een koker van staal of een betonnen doorsnede dan kan het ook druk opnemen. Zodra er gewicht op staat zal het eveneens op spanning komen, echter worden de materiaaldeeltjes in elkaar geduwd. Bij staal is de mate van opneembare spanning bij druk en trek gelijk, maar bij beton is er een groot verschil. Het materiaal kan 10 maal beter druk opnemen ten opzichte van trek.

Gevolgen van een belaste vorm

Binnen constructies is het niet altijd evident, welke staaf op druk of trek wordt belast. Denk aan vakwerkliggers, waarbij een reeks van driehoeken elkaar opvolgen. Daarbij drukt de ene staaf de constructie omhoog en een andere staaf trekt eraan. Stel je voor dat een uitkraging is opgebouwd uit een vakwerkligger. Het houdt in dat er een boven en een onderligger aanwezig is. Daartussen zitten schuine en eventueel verticale afstandhouders, waarmee een stugge verbinding is verkregen. De bovenste doorgaande ligger neemt trek op en dien ten gevolg neemt de onderste ligger druk op. Tussen liggende staven vormen een wisselwerking van trek en druk, opdat de boven- en onderligger stabiel zijn. Daarnaast kun je veronderstellen dat als je een simpele driehoek boven op de punt belast er in de twee schuinen druk ontstaat. Om te voorkomen dat het geheel uit elkaar wordt geduwd (in elkaar zakt), houdt de onderste ligger de twee schuinen tegen, oftewel in die ligger zit trek. Dit principe van ontbinden komt overal terug, indien het gaat om samengestelde liggers. Wat is het onderscheid tussen staal en beton?

Stalen kolommen, kokers en buizen

Indien binnen een constructie hoge piekbelasting voorkomt, dan wordt dat afgevoerd middels een kolom. Dit kan noodzakelijk zijn indien er binnen een vrije ruimte slechts één punt is, alwaar de belasting naar beneden kan worden opgenomen. Daarnaast kan het ook gaan om esthetische kolommen, welke enige belasting opnemen maar constructief van ondergeschikt belang zijn. Normaal betreft het binnen gebouwen (ronde, vierkante) kokers of kolommen (HEA, HEB, HEM), waarmee relatief grote belastingen worden opgenomen. Er wordt dus concreet naar de knikcapaciteit van die doorsnede gerekend, opdat een potentieel optredend moment kan worden opgenomen. Dit worden op knik belaste drukkolommen genoemd. Denk aan de toepassing van een vakwerkligger bij de Stormvloedkering Nieuwe Waterweg. Enerzijds worden er buizen belast op druk en anderzijds moeten bepaalde buizen trek opnemen om de drukkers op die plaats te houden. Omdat gedurende stormvloed enorme krachten van toepassing zijn, zijn logischerwijs hoogwaardige stalen buizen genomen.

Invloed binnen betonconstructies

Beton is een geweldig materiaal om hoge druklasten op te nemen. Dit is zeker het geval als er sprake is van hogesterktebeton. Denk aan C65 of hoger. Normaal beton zoals dat in en om het huis wordt toegepast, betreft C25 of C35-C45 indien is het geprefabriceerd. Indien het een betonkolom betreft dan is het praktisch altijd op druk (normaalkracht centraal ingeleid in de kolom) belast. Een betonnen ligger daarentegen ligt over een opening en dient bovengelegen belasting naar de steunpunten afvoeren. Daardoor ontstaat een moment in de balk, welke middels trekwapening en betondruk moet worden opgenomen.

Verticale betonkolom

Een betonkolom kan veel belasting opnemen, waartoe het wordt afgewapend. In de kolom wordt een korf aangebracht met meerdere verticale staven. Denk aan rond 20 of 25 staven. Dergelijke kolommen zijn wegens esthetische redenen vaak rond (zichtwerk in kantoorgebouw) of vierkant (parkeergarage). Indien het in het kantoor bevindt, echter geen zichtwerk is betreft het vierkante kolommen. De kolom dient belasting van boven naar de fundering af te voeren, waarbij beton met betonstaal de fysieke koppeling met de boven- en ondergelegen balken vormen.

Trek wapeningsstaal latei

Een normale betonlatei of –balk ligt over een opening en moet dus belasting over die afstand trekken. Daartoe wordt een korf met dwarskrachtwapening toegepast om de schuifspanning op te nemen. Daarnaast worden er in de trekzone (veldwapening onderin, steunpuntswapening bovenin) trekstaven toegepast in de vorm van wapeningsstaven. Het is gemaakt van hoogwaardig staal FeB500 en kan een maximum spanning van 435 N/mm2 opnemen. Oftewel met een paar staven rond 12 of 16 kan reeds een aanzienlijke treklast worden opgenomen. Omdat die belasting voortvloeit uit een moment dient in de balk ook een inwendige betondruk opgenomen te worden. Die zone ligt uiteraard in de andere helft van de betondoorsnede. Door de wisselwerking van betondruk en betonstaaltrek bij een gegeven hefboomsarm kan een moment uit een liggende belasting worden opgenomen. De betondoorsnede bevat dus tegelijkertijd een inwendige trek- en drukstaaf.

Drukstaven om betonzone te beschermen

Is er sprake van een extreem hoge momentbelasting, welke niet door de betondoorsnede kan worden opgenomen kan extra wapening worden toegepast. Het is de omstandigheid dat de drukzone maximaal op spanning staat, waardoor er niet meer trekwapening aangebracht kan worden. Om dat op te lossen kan in de betondrukzone drukwapening worden toegepast, zodat het aangebrachte betonstaal het teveel aan belasting overneemt. Dat deel wat aan wapening wordt bijgelegd, kan eveneens aan de trekzijde worden toegepast. Oftewel middels drukwapening kan de trek worden afgewapend, zodat het totale moment wordt opgenomen.

Lees verder

• Druksterkte van beton: hoeveel kan beton aan druk opnemen?
• Hoe wordt drukwapening in betonconstructies berekend?
• Hoe wordt een betonkolom doorgerekend?
• Hoe kan een vierkante stalen kolom rond worden?