Basisboek

deel 1 in de serie (Over)spannend staal

staal(over)spannend

Basisboek1

een uitgave van

serie: (Over)spannend staal

deel 1: Basisboek

4e geheel herziene druk

samensteller: W.H. Verburg

redactie: M.A. Barendsz en C.H. van Eldik

vormgeving: Fig.84

uitgave: Bouwen met Staal

ISBN 90-72830-45-8

eerste druk 1993

tweede druk 1994

derde druk 1996

© Bouwen met Staal 2004

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in eengeautomatiseerd gegevensbestand en/of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzijelektronisch, mechanisch door fotokopieën, opnamen of op enige andere manier, zonder voorafgaan-de schriftelijke toestemming van de uitgever.

Aan de totstandkoming van deze publicatie is de uiterste zorg besteed. Desondanks zijn eventuele(druk)fouten en onvolkomenheden niet uit te sluiten. De uitgever sluit, mede ten behoeve van aldegenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, elke aansprakelijkheid uit voor directe en indi-recte schade, ontstaan door of verband houdende met de toepassing van deze publicatie.

Bouwen met Staalwww.bouwenmetstaal.nl

4

Het Basisboek, geschreven op HBO/TU-niveau, is voor architecten én voor constructeurs de eerstekennismaking met het gebruik en de toepassing van staal in bouw. De inhoud van het boek vormthet basisgereedschap voor het ontwerpen van staalconstructies voor hallen, verdiepinggebouwen,woningbouw en civiele constructies. De lezer wordt kort en bondig geïnformeerd over de eigen-schappen van staal, de mogelijkheden om het materiaal te vervormen en te bewerken en de wijzewaarop met staal constructiedelen zijn samen te stellen. Ook informatie over brandveiligheid, con-serveren, onderhoud en milieu ontbreken niet. Met eenvoudige vuistregels zijn de dimensies van demeest voorkomende staalconstructies gemakkelijk in te schatten of te berekenen.Het Basisboek is het eerste deel uit de serie '(Over)spannend staal'. Construeren A, het tweede deel,gaat in op het toetsen van gangbare staalconstructies. Het derde deel, Construeren B, behandelt demeer theoretische achtergronden. Deel vier, Rekenvoorbeelden, bevat eenentwintig uitgewerkterekenvoorbeelden van liggers en kolommen. Staalprofielen, het vijfde deel in de serie, bevat profiel-gegevens en technische gegevens.

Bij de eerste drukNieuwe ontwikkelingen in de staalconstructiebranche én het verschijnen van de nieuwe voor-schriften Staalconstructies (TGB 1990) besloten het Staalbouwkundig Genootschap (nu: verenigingBouwen met Staal) tot het uitgeven van een serie studieboeken over staalconstructies.In de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw was arbeid goedkoop en staal duur. In de jarendaarna lagen de verhoudingen juist andersom. Tegenwoordig moet een ontwerper niet strevennaar een minimumgewicht van een constructie, maar juist naar een zo laag mogelijke totale prijs,naar een optimum van arbeidsinspanning en tonnen staal. De huidige trend om zoveel mogelijkwerkzaamheden van de bouwplaats weg te halen is bij staalconstructies al zeer sterk doorgevoerd.Een staalconstructie wordt geheel in de werkplaats gefabriceerd en, indien nodig, geconserveerd.Op de bouwplaats wordt uitsluitend nog gemonteerd.

Op initiatief van de Commissie Kennisoverdracht van het Staalbouwkundig Genootschap is hetBasisboek begeleid door de volgende commissieleden:– mw.ir. J. M. Boonstra, Staalbouwkundig Genootschap;– ir. G.C.A.J. Kitzen, Hogeschool Gelderland;– ir. J.G. Kraus, Adviesbureau D3BN;– ing. R. Lutke Schipholt, Staalbouwkundig Genootschap;– ing. M.C.M. van Maarschalkerwaart, ABT adviesbureau voor bouwtechniek;– G. de Man, oud-medewerker Hollandia;– ir. J.H. Pesman, Architectenbureau Cepezed;– ir. W.H. Verburg, Staalbouw Instituut.

Naast de inspanningen van de vele auteurs, is ook dankbaar gebruik gemaakt van lesbrieven ge-schreven in het kader van het European Steel Design Education Programme (ESDEP).Dankzij de niet-aflatende inspanningen van ir. W.H. Verburg – werkzaam bij het Staalbouw Instituut(nu: Bouwen met Staal) – als coördinator én als auteur van een groot aantal hoofdstukken heeft hetBasisboek gezicht en inhoud gekregen.

Rotterdam, november 1993

5

V O O RW O O R D

Bij de vierde drukHet Basisboek was in 1993 het eerste nieuwe (en complete) studieboek over staal en staalcon-structies in het Nederlands sinds lange tijd. Het boek voorzag in een duidelijke behoefte: vrijwelalle hogescholen en universiteiten gebruiken het boek (of delen daarvan) inmiddels in het onder-wijs. Maar ook de praktijk toonde volop belangstelling voor een boek waarin beknopt alle kennis overhet ontwerpen in staal is gebundeld. Na 1993 is het Basisboek nog twee keer herdrukt, waarbij deinhoud vrijwel ongewijzigd bleef en de tekst slechts op ondergeschikte puntenwerd verbeterd of aan-gepast.Nu zo'n tien jaar na het verschijnen van de eerste druk was de inhoud van het Basisboek aanherziening toe. De hoofdopzet van het boek is nauwelijks veranderd. Wel zijn vrijwel alle tekstengeheel herschreven en geactualiseerd. Nieuw is een hoofdstuk over milieusparend bouwen;bovendien is het boek geheel in kleur uitgevoerd.

De vierde druk van het Basisboek is begeleid door een klankbordgroep, bestaande uit:– ing. C.A.M. Bal, Hogeschool Brabant;– mw.ir. J. M. Boonstra, Bouwen met Staal;– ir. J.W. Hendriks, Haagse Hogeschool;– ir. M. Horikx, Hogeschool van Amsterdam;– ir. J.W. Gerner, Hogeschool InHolland;– ir. G.C.A.J. Kitzen, Hogeschool van Arnhem en Nijmegen;– ir. A. Rolloos, Hogeschool Rotterdam & Omstreken;– ir. F. Soons, TU Delft Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen;– ir. H.B.J. Wessels, Christelijke Hogeschool Windesheim;– ing. M.L.M. Zegers, Hogeschool van Utrecht.

Daarnaast zijn de meeste afzonderlijke hoofdstukken tevens gelezen en van commentaar voorziendoor andere docenten en door mensen uit de praktijk. De samenstelling van het nieuwe Basisboeklag ook nu weer in handen van ir. W.H. Verburg.

Rotterdam, januari 2004

6

7

1 DE TAAL VAN STAAL 13prof.ir. J. Westra en ir. M.H.P.M. Willems (Faculteit Bouwkunde, TU Eindhoven)1.1 Oriëntatie 13

Bouwen met ijzer 13Lichter en onbrandbaar 14Gegoten ijzeren onderdelen 15Nieuwe producten, nieuwe eigenschappen 16

1.2 Theorie en praktijk 17Engelse pionierskunst 18Franse nauwgezetheid 19Scheiding der geesten 20

1.3 De taal van de tijd 20Ontmantelen en ontrafelen 21

1.4 Architectuur en productie 21Kracht en vorm 22Skelet en frame 23De eerste wolkenkrabbers 23Steel-framed buildings 24Schaalvergroting 24Gevelafwerking 25

1.5 De volgende generatie 25Verwerking 26Bewerking 27Bestendigheid 27

1.6 Evaluatie 27De strijd is over 27Over de strijd 29

2 HET MAKEN VAN STAAL 31M.A. Barendsz (Bouwen met Staal)2.1 Bereiding 32

Hoogoven 32Elektro-oven 34

2.2 Gieten 35Blokgieten 35Continugieten 35

2.3 Walsen en gloeien 36Gloeien 36Walsen 36

2.4 Materiaaleigenschappen 372.5 Walsproducten 38

Lijnvormig 38Vlakvormig 39Normen 39

3 SOORTEN, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN 41ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)3.1 Bouwmateriaal 413.2 Soorten 44

Constructiestaal 45Gietstaal 46Roestvast staal 47Weervast staal 47Gietijzer 49

3.3 Eigenschappen 50Mechanische eigenschappen 50Productietechnische eigenschappen 52Fysische eigenschappen 54Chemische eigenschappen 54

I N H O U D

8

3.4 Kiezen 543.5 Bestellen 55

4 VERVORMEN EN BEWERKEN 57ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)4.1 Van constructief ontwerp naar werktekening 574.2 Technieken voor vervorming en bewerking 584.3 Van plaat tot pyloon 59

Coderen 59Platen snijden 60Voorbewerken lasnaad 60Rolbuigen 61Zetten 62Samenbouwen 62Aflassen 62Controleren en afwerken 63Conserveren 63Transport 63

4.4 Van balk tot constructie 64Ravelen 64Buigwalsen 65Montage 66

4.5 Van buis tot ruimtelijke constructie 664.6 Van coil tot koudprofiel 67

Slitten 67Rolvormen 68

4.7 Van schroot tot gietstuk 684.8 Conserveren 69

Beitsen 69Stralen 70Metallieke deklagen 70Thermisch verzinken 70Aluminiseren 72

5 CONSTRUCTIEDELEN 73ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)

Van halffabrikaat naar constructiedeel 73Dimensioneren 73

5.1 Trekstaven 74Doorsnedevorm 74Verbindingen 74

5.2 Drukstaven 75Knik 75Doorsnedevorm 76Dimensioneren 78

5.3 Staven belast op buiging 80Krachtsverdeling bij buiging 80Doorsnedevorm 80Dimensioneren 86

5.4 Verbanden, portalen en schijven 89Verbanden 89Portalen 89Schijven 90Dimensioneren 90

5.5 Ruimtelijke constructies 91Ruimtevakwerken 91Cilinderschalen 92Hypparschalen 92Gespaakte wielen 93

5.6 Verbindingsmiddelen 94Bouten en moeren 94Pennen 95Schroeven 96Schietnagels 96Klinknagels 96

9

6 VOORSCHRIFTEN VOOR STAALCONSTRUCTIES 97mevr.ir. B.W.E.M. van Hove (Faculteit Bouwkunde, TU Eindhoven)6.1 Bouwbesluit 976.2 Nederlandse voorschriften 996.3 Europese voorschriften 102

7 BESTEK 103M.M. Kuijt (Ingenieursbureau Multical) enir. J.H. Reusink (Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam)7.1 Vormen van aanbesteden 1037.2 Algemene voorwaarden 1057.3 Bestek 1057.4 Besteksmethodiek 1077.5 Procedure 1077.6 Algemene besteksbepalingen 108

Overzicht van algemene gegevens 108Voor het werk geldende voorwaarden 108

7.7 Technische besteksbepalingen 109Aanvullende technische eisen en uitvoeringsbepalingen 109Werkomschrijving van stalen onderdelen en bijbehorende eisen 112

8 CONSERVERING EN ONDERHOUD 113L. Carrión Lara (oud-medewerker Corus IImuiden)8.1 Onderhoudsbewust ontwerpen 114

Agressiviteit van de omgeving 114Levensduur 117Materiaalkeuze 118Vormgeving 120Bereikbaarheid en inspecteerbaarheid 123

8.2 Voorbehandeling 124Staalklasse 124Reinheid 125Ruwheid 125

8.3 Keuze conserveringssysteem 126Milieu 126Verfsystemen 126Keuze 128Metallieke deklagen 129Keuze 129

9 BRANDVEILIGHEID VAN GEBOUWEN EN DRAAGCONSTRUCTIES 131dr.ir. A.F. Hamerlinck (Bouwen met Staal en Adviesbureau Hamerlinck)9.1 Doelstellingen van brandveiligheid 1319.2 Ontwikkeling van een brand 1319.3 Ontwerpen van brandveilige gebouwen 132

Ontwerpen volgens brandveiligheidsconcepten 1339.4 Veiligheidseisen bij brand 134

Constructieve veiligheid bij brand 135Eisen voor verdiepinggebouwen 136Eisen voor hallen 137Gelijkwaardigheid 139

9.5 Het bijzondere belastinggeval brand 140Componentbenadering 141Thermische belasting 141Mechanische belasting 141

9.6 Gedrag van staalconstructies bij brand 1429.7 Ontwerpen van staalconstructies bij brand 1449.8 Ontwerpen van verdiepinggebouwen bij brand 144

Twee bouwlagen (eis: 20/30 minuten) 144Drie of meer bouwlagen (eis: 60/90/120 minuten) 146

9.9 Ontwerpen van hallen bij brand 152Onbeschermd staal 152Compartimenteren 153

10

10 MILIEUSPAREND BOUWEN 157ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)10.1 Milieubelasting van de gebouwde omgeving 15810.2 Beperken milieubelasting 158

Woningen 158Woongebouwen 160Hallen 161Verdiepingbouw 162Civiele constructies 164

10.3 Meten milieubelasting 165Levenscyclusanalyse 165Regelgeving 166

10.4 Recycling en hergebruik 166

11 DETAILLEREN EN VERBINDEN 169ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)11.1 Detailleren 169

Uitgangspunten 169Zonder detaillering geen constructie 176

11.2 Verbinden 176Mechanisch gedrag van verbindingen 176Verbindingen in de praktijk 178Veel voorkomende verbindingen 182

12 TOETSEN 185mevr.ir. B.W.E.M. van Hove (Faculteit Bouwkunde, TU Eindhoven)12.1 TGB 1990 Staalconstructies 18512.2 Schematisering 187

Geometrie 187Opleggingen 188Constructietype 188Verbindingen 191

12.3 Rekenmethode 19212.4 Respons van de constructie 194

Doorsnedeclassificatie 194Krachtsverdeling 195

12.5 Toetsing van constructiedelen 198Sterkte 198Stijfheid 203Stabiliteit 204

12.6 Toetsen van verbindingen 207Geboute verbindingen 207Gelaste verbindingen 210

13 DE SMAAK VAN STAAL 213ir. P.G. Vollaard (architect en publicist)

Ontwerpen is kiezen 213Construeren is ontwerpen 214Ontwerpen in staal 214Sterk en licht 214Samenwerken 216Ruimtelijk stelsel van staven 217De knoop 217Prefabricage 218Abstract en expressief 219Smaak van staal 220

14 HALLEN 221prof.ir. H.H. Snijder (Faculteit Bouwkunde, TU Eindhoven)14.1 Inleiding 22114.2 Draagconstructie

Overdracht van horizontale belasting 223Overdracht van verticale belasting 228Sterkte, stijfheid en stabiliteit 229Constructieve systemen 234

11

14.3 Ontwerpen 243Classificatie van hallen 243Classificatie van dakvormen 244Vorm, functie en draagconstructie 246Ontwerpoverwegingen 247

15 VERDIEPINGGEBOUWEN 251ir. W.H. Verburg (staalbouwkundig adviseur)15.1 Functionaliteit 25115.2 Draagconstructie 253

Kolommen 254Vloerconstructies 254Stabiliteitsconstructies (steungevende constructies) 262Draagconstructies in de gevelzone 267

15.3 Ontwerpen van draagconstructies 27015.4 Voorbeelden 272

Parkeergarage Tivoli, Tilburg 272Gebouw Indoor Karting, Delft 273Supermarkt A-Markt, Amsterdam 274Bedrijfsverzamelgebouw De Reeuwijkse Poort, Reeuwijk 274Bestuursgebouw De Lens, Nieuwegein 276Kantoorgebouw Kennemerplein, Haarlem 277Kantoorgebouw Rembrandttoren, Amsterdam 279Kantoorgebouw World Port Center, Rotterdam 281

16 WONINGBOUW 285ir. C.P.A. van Lamoen (architectenbureau Kees van Lamoen)16.1 Scala aan toepassingen 28616.2 In de praktijk 286

Balk en kolom 287Portaal 288Spant 289Skelet 289Frame 292

16.3 Stadswoning 29416.4 Renovatieproject 29616.5 Vrijstaande villa 298

17 AFBOUW 301prof.ir. J. Brouwer (emeritus-hoogleraar Faculteit Bouwkunde, TU Delft)17.1 Scheiding binnen-buiten 301

Binnendozen en beplating 301Sandwichpanelen 303Raamprofielen 305

17.2 Scheiding binnen-binnen 306

17.3 Staalplaat 30817.4 Bouwdelen 309

18 CIVIELE CONSTRUCTIES 311ir. J.H. Reusink (Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam)

Internationaal karakter 31218.1 Uitgangspunten bij het ontwerp 31318.2 Vaste bruggen 318

Plaatliggerbruggen 318Kokerliggerbruggen 319Vakwerkbruggen 320Boogbruggen 321Tuibruggen 322Hangbruggen 324Bijzondere bruggen 325

12

18.3 Beweegbare bruggen 326Ophaalbruggen 327Basculebruggen 328Draaibruggen 328Hefbruggen 328Klapbruggen 328Staartbruggen 328Bijzondere beweegbare bruggen 329

18.4 Waterbouw 331Sluizen 331Stuwen 332Stormvloedkeringen 332

18.5 Offshore 333Exploiratieplatforms 333Productieplatforms 333

18.6 Overige civiele constructies 335Tunnels uit geprofileerde staalplaat 335Millennium-projecten 335Gestapelde infrastructuur 336

19 ONTWERPVOORBEELD GESCHOORDE HAL 337ir. A.J.M. Vos (EVR Anssems Staalconstructeurs)19.1 Inleiding 337

Voorontwerp 337Definitief ontwerp 338

19.2 Voorontwerp 339Aan welke eisen moet de draagconstructie voldoen? 339Bouwlocatie 339Bouwwerk 340Belastingen 341Stabiliteit 342Draagconstructie 343Gordingen 352Dakliggers 356Randliggers 360Kolommen 362Overzichtstekening 364Voorlopige funderingsbelastingen 364Voorlopige materiaaluittrek 365

19.3 Definitief ontwerp 366

FOTOVERANTWOORDING 367