Waarom wordt een bepaald constructiemateriaal toegepast?

Een gebouw bestaat uit vele constructieonderdelen, waarmee de gebruiksfunctie langdurig op een veilige manier kan worden gegarandeerd. Het wordt ontworpen voor minimaal een gebruikstermijn van vijftig jaar en dus dienen de toegepaste materialen met profielen die periode te doorstaan. Waarom wordt een constructiemateriaal voor een specifieke bouwonderdeel toegepast en wat is de keuzemogelijkheid daarbij?

Welk constructiemateriaal toepassen?

• Gebruiksfunctie en omgevingsinvloeden
• Invloed van belasting met overspanning
• Verschil tussen representatief en rekenwaarde
• Mate van isolatie
• Materiaalsoorten
• Constructiemateriaal versus -onderdelen

Gebruiksfunctie en omgevingsinvloeden

Wat voor materiaal wordt toegepast hangt af van waar het wordt aangebracht. Materialen als staal kunnen minder goed tegen vochtig weer (als het onbehandeld is) of een klamme kruipruimte-omgeving. Het betekent dat in dergelijke situaties vaker een materiaal als beton wordt toegepast. Daarbij kunnen wapeningsstaven op voldoende dekking worden gelegd, zodat de invloed van het milieu geen negatieve effecten voor de capaciteiten heeft. Is het materiaal wel behandeld dan kan staal goed buiten worden toegepast, waarnaast het ook grote overspanningen kan behalen. Voor hout wordt meestal gekozen als het om lichte constructies gaat, waarmee relatief kleine overspanningen worden overbrugd. Wordt het binnen, buiten of in een bepaalde omgeving met inwerkende invloeden toegepast, dan moet er een concrete keus worden gemaakt wat voor materiaal het gaat worden.

Invloed van belasting met overspanning

Hoeveel belasting een bepaalde doorsnede met materiaal combinatie kan opnemen, hangt voor een groot deel af van de belastingsgrootte en overspanning. Kleine overspanningen en beperkt gewicht vertalen meestal naar een licht materiaal, terwijl grote belastingen zwaardere constructies vragen. Meest belangrijke is de afstand tussen de oplegpunten, aangezien de afstand voor sterkte tot de tweede macht en voor stijfheid tot de derde macht is verheven. Oftewel voor het toe te passen materiaal met profiel is de overspanning de belangrijkste constructieve ontwerpfactor.

Verschil tussen representatief en rekenwaarde

Belasting en overspanning gecombineerd wordt vertaald naar een moment. Het wordt gebruikt om de profielparameters voor sterkte en stijfheid te controleren. Betreffen het representatieve waarden dan wordt het moment genomen van alle werkelijk optredende belastingen. Het daarbij bepaalde moment wordt gebruikt om het benodigde traagheidsmoment te bepalen. De rekenwaarde daarentegen (inclusief veiligheidsfactoren) wordt gebruikt om het weerstandsmoment te bepalen. Die combinatie bepaalt feitelijk welke profiel bij een gegeven materiaal moet worden toegepast. Deze gegevens kunnen dan via een tabellenboek worden afgecheckt. Welke materialen worden zoal toegepast bij de verschillende hoofddraagconstructie onderdelen?

Mate van isolatie

Er zijn twee isolerende factoren waarbij binnen de materiaalkeuze rekening moet worden gehouden. Enerzijds dient er voldoende materiaal zijn toegepast, zodat kou buiten wordt gehouden en anderzijds geluidsoverdracht naar andere ruimten wordt voorkomen. Dat houdt in dat of voldoende dikte moet zijn toegepast of dat wordt gebruik gemaakt van bijvoorbeeld een geïsoleerde spouw. Daarbij kan het gaan om wanden tussen ruimten in, maar ook aan gevelzijde. Denk aan 300 mm beton als enkele wand of een kalkzandsteen spouwmuur van 140-100-140 voor het scheiden van ruimten voor geluid.

Materiaalsoorten

Binnen de bouw zijn een viertal bouwmaterialen meest gangbaar. Dat zijn de volgende.

Hout

Dit wordt gebruik om lichte constructies op te vangen, waarbij het materiaal niet door omgevingsinvloeden wordt aangetast. Daarop is ook een uitzondering, namelijk hout dat binnen de scheepvaart of waterwerken wordt toegepast. In dat geval gaat het om speciaal bewerkt hardhout, waarmee grote krachten kunnen worden opgenomen.

Kalkzandsteen

Hierbij gaat het om een handzaam materiaal welke in grote blokken opgestapeld kan worden. Kalkzandsteen vormt middels een lijmverbinding een hechte zeer stevig materiaal, waarbij hoge belastingen kunnen worden opgenomen. Het is voor laagbouw tot op vier hoog een populair materiaal om wanden mee op te bouwen. Buitengevels worden uiteraard bekleed met gewoon metselwerk.

Staal

Het is een uitermate sterk materiaal, waarbij grote overspanningen bij relatief weinig materiaal gebruik kunnen worden gemaakt. Via laswerk en profielcombinaties kan iedere overspanning strikt genomen worden overbrugd. Het kan daarbij gaan om vakwerkliggers, waarmee met relatief weinig materiaal toch hoge sterkte wordt behaald.

Beton

Uiteraard is dit materiaal zeer geliefd omdat het een nette afwerking heeft, solide is en veel belasting kan opnemen. Het materiaal wordt gewapend uitgevoerd, omdat het beton zelf weinig trek kan opnemen. Het moment wordt inwendig ontbonden in een betondrukzone en een betonstaaltrek.

Constructiemateriaal versus -onderdelen

Het type construcieonderdeel bepaalt voor een groot deel, welk constructiemateriaal wordt toegepast. Daartoe wordt voor een gebouw het volgende onderscheid gemaakt.

Daken

Kleine overspanningen worden voor daken praktisch altijd gemaakt van houten gordingen verstevigd met houten of stalen spanten. Het vormt de basis om sneeuw en windlasten op te nemen en deze af te dragen naar de verdiepingsvloer. Betreft het echter een dak van een hal dan gaat het om stalen (vakwerk)liggers, waarover dakplaten liggen. Die worden dan op hun beurt via stalen kolommen naar beneden afgevoerd.

Vloeren en wanden

Bij vloeren hangt het er vanaf in wat voor gebouw het wordt toegepast. In een appartementengebouw wil men de buren niet horen en dus dient er voldoende geluidsisolatie te hebben. Het houdt in dat er voldoende dikte moet zijn toegepast. Voor vloeren geldt dan altijd dat het als betonnen vloer moet zijn uitgevoerd. Dat kan een kanaalplaat- of breedplaatvloer zijn. Houten vloeren worden bij zeer kleine overspanningen toegepast binnen woningen of vloeren met een esthetisch aanzicht. Speciale aandacht dient er bij woningen ook aan de begane vloer worden geschonken, aangezien er voldoende isolatie moet zijn aangebracht, wegens het opstijgende koude klimaat van onderuit. De wanden worden bij hoogbouw van beton gemaakt mede om voldoende stabiliteit te kunnen garanderen. Bij relatief lage hoogbouw kan dat ook in kalkzandsteen zijn uitgevoerd.

Fundatie

Het belangrijkste onderdeel van een gebouw is de fundering. Het kan op staal of op palen met balken worden gefundeerd. Op staal betekent dat er op zand wordt gemetseld of betonstroken worden aangelegd. Bij palen in de grond wordt vaak gekozen voor betonpalen (heipalen of in de grond gevormde) of stalen palen indien de belastingen extreem groot zijn. De balken over die palen bestaan altijd uit beton, omdat het een relatief lange levensduur heeft, betonstaal op dekking kan worden gelegd en grote belastingen kan overdragen. Ter plaatse van kruipopeningen kan nog weleens voor een thermisch verzinkte stalen hoekstaal worden gekozen, echter het overige bestaat uit beton. Om bepaalde niveauverschillen te overbruggen kan opgemetseld kalkzandsteen worden genomen of opgestort beton.

Laat je bij de juiste materiaalkeuze en profielbepaling altijd informeren door een ingenieursbureau, zodat je zeker weet dat het bouwwerk voor de volle vijftig jaar constructieve veiligheid heeft.

Lees verder

• Overbelasting door sneeuw! Beschouwing materiaal en gewicht
• Kruip: verandering van materiaalopbouw met de tijd
• Wat houdt de hoofddraagconstructie van een gebouw in?
• De brandveiligheid van constructies
• Wat houdt mechanische spanning (constructief) in?