Gedrag van hout als inspiratiebron

15 maart 2018 Kingspan TEK
KingspanTEK5340

Artikel Houtblad - Januari 2018

Houten vloeren met een betonnen bovenlaag, het gedrag van houtverbindingen tijdens aardbevingen, gesegmenteerde houten schaalconstructies, Kingspan TEK en sandwichelementen. Deze onderwerpen stonden op het menu van de Onderzoeksdag Construeren met Hout.

De onderzoeksdag werd op 5 januari georganiseerd in het auditorium van de Technische Universiteit te Eindhoven (TU/e). Initiatiefnemer André Jorissen (SHR-TU/e) deed dit in samenwerking met de Vereniging van Houtconstructeurs (VHC), die aansluitend zijn nieuwjaarsreceptie hield.
Tijdens de onderzoeksdag werd stil gestaan bij de pensionering van dr.ir. Ad Leijten. Hij was jarenlang verbonden aan de TU Delft en daarna, sinds ongeveer 10 jaar aan de TU Eindhoven. Leijten heeft vele studenten begeleid die nu werkzaam zijn in de praktijk, en in theoretisch en experimenteel onderzoek. Ook gaf hij mede inhoud aan veel (internationale) normen. Bovendien ging in Eindhoven de aandacht uit naar de pensionering van VHC-bestuurslid ir. Thea van Huijstee. Het programma was verder doorspekt met technisch-inhoudelijke voordrachten door achter internationaal vermaarde houtconstructeurs. Tussendoor gaven vijf studenten een presentatie van hun afstudeerwerk.

Comeback houten vloer

foto woning verdiepingsvloer
Student Maurits Roks sprak over verbetering van het trillingsgedrag van traditionele houten vloeren door het aanbrengen van een betonnen bovenlaag. Hij memoreerde dat houten vloeren eeuwenlang gemeengoed zijn geweest. Logisch, want hout was al die tijd het enige bouwmateriaal dat ook buiging kon opnemen. 
Na de introductie van het 'moderne' bouwmateriaal beton en van gewapend metselwerk (Nehobo) verloor hout in deze toepassing snel terrein. Vloeren van deze nieuwe materialen presteerden immers veel beter op het gebied van vooral comfort, dus betreffende akoestiek en voelbare trillingen. De - wellicht ingedommelde - houtindustrie reageerde hier niet adequaat op. Dat is sinds een paar decennia veranderd, waardoor de houten vloer met een comeback bezig is.

In zijn voordracht behandel Maurits Roks één van de comfortaspecten: voelbare trillingen. Het aanbrengen van een laag beton op houten vloeren, uiteraard schuifvast aan deze houten vloer bevestigd, deed circa 20 jaar zijn intrede in de renovatiewereld. Deze zogenaamde TCC (Timber Concrete Compositie) vloeren worden volgens roks steeds vaker toegepast in nieuwbouwprojecten, zeker ook in hoogbouwprojecten.
Sinds aardbevingen in Groningen de kop opsteken, zijn Nederlanders zich erin gaan verdiepen. Net als in andere gebieden op aarde, blijken ook in Groningen metselwerk gebouwen het meest kwetsbaar te zijn.

Aardbevingen

houten constructie
Toine Fokkens gooide het over een heel andere boeg. Hij informeerde de zaal over het gedrag van moment-overdragende houtverbindingen met stiftvormige verbindingsmiddelen, versterkt met voldraadse schroeven, gedurende aardschokken. Sinds aardbevingen opeens in Groningen de kop opsteken, zijn Nederlanders zich erin gaan verdiepen. Net als in andere gebieden op aarde, blijken ook in Groningen metselwerk gebouwen het meest kwetsbaar te zijn. Metselwerk gebouwen zijn zwaar, waardoor het sommetje kracht = massa x versnelling een grote waarde oplevert.

Tevens ontbreekt in de meeste gevallen een adequate samenhang. Dit is over het algemeen bij houtconstructies niet het geval: deze zijn licht en hebben samenhang. Aan de andere kant verdwijnen de samenhang en draagkracht als bros bezwijkende delen het gedrag gaan bepalen. De bros bezwijkende delen moeten daarom met een bepaalde oversterkte worden ontworpen. Hout gedraagt zich over het algemeen bros. Alleen als drukspanningen het bezwijken stuurt, vertoont de constructie taai gedrag. In verbindingen met stiftvormige verbindingsmiddelen worden de krachten via drukspanningen overgedragen; hier is dus een sturing richting taai bezwijken mogelijk. Stiftvormige verbindingsmiddelen introduceren echter spanningen loodrecht op de krachtsoverdracht - en daardoor in de meeste gevallen tevens trekspanningen loodrecht op de houtvezel. Vooral deze trekspanningen verzieken het mogelijke taai gedrag. Het aanbrengen van een wapening loodrecht op de houtvezel in de vorm van voldraadse schroeven, kan een essentiële rol spelen in het verbeteren van het gedrag. Toine Fokkens richtte zich hierop tijdens zijn afstuderen. 

Inschrijven e-mail nieuwsbrief

Wilt u maximaal 4 keer per jaar informatie ontvangen over productvernieuwingen, unieke projecten en relevante wet- en regelgeving? Schrijf u dan nu in voor de nieuwsbrief van Kingspan TEK.

Inschrijven e-mail nieuwsbrief

Parametrische schaalconstructies

Bouwen met hout
Het parametrisch ontwerpen van gesegmenteerde houten schaalconstructies is de specialiteit van Sebastiën de Wit. Daartoe combineert hij vorm, mechanica en Computer Aided Manufacturing (CAM). Getriggerd door de realisatie van twee gesegmenteerde houten schaalconstructies is Sebastiën de Wit 'op reis' gegaan om de achterliggende ontwerpprocessen, de benodigde kennis hiervoor en - vooral - de nodige en beschikbare software, die in de voorbereiding en tijdens de realisatie noodzakelijk zijn, te vinden. Op basis van analyses genereerde hij een unieke, meest efficiënte vorm, die in segmenten is opgedeeld. De segmenten moeten met verbindingen aan elkaar worden gemaakt om tot een reëel bouwwerk te kunnen uitgroeien. Hiervoor zijn verschillende ontwerpstappen nodig, die aan elkaar gelinkt zijn. Het ontwerpproces wordt dan ook wel een 'digital chain' genoemd, een digitale ketting. De aanwezigen kregen uitleg over de links, ofwel schakels in deze ketting. Ook lichtte De Wit de ontwikkeling van de verbinding toe waarmee de veschillende 'segmenten', vlakken, uiteindelijk aan elkaar worden gemaakt. 

Kingspan TEK

Bouwen met een SIP systeem
De mechanische eigenschappen van Kingspan TEK werden uitgediept door Remco van Roestel. Sandwichelementen als wandelementen, dat is in het kort waar Kingspan TEK voor staat. De wanden dragen de vloeren en het dak. De vloeren dragen de belasting af op de binnenhuid. Aan de buitenzijde wordt de wand voorzien van een schil, die de windbelasting op het TEK-paneel afdraagt. Vooral de afdracht van de verticale belasting noemde Van Roestel interessant: in hoeverre draagt de binnenhuid hieraan bij? het is evident dat de sandwich (wat het TEK-paneel in principe is) zorg draagt voor de globale stabiliteit en daarbij op buiging wordt belast. De kern draagt daarnaast bij aan het voorkomen van 'lokale' instabiliteit. Remco van Roestel onderzocht deze fenomenen analytisch, experimenteel en numeriek. Hij besprak de resultaten tijdens de Onderzoeksdag.
Vooral de afdracht van de verticale belasting noemde Van Roestel interessant: in hoeverre draagt de buitenhuid hieraan bij? Het is evident dat de sandwich zorg draagt voor de globale stabiliteit en daarbij op buiging wordt belast.

Verstijfde sandwichpanelen

Dakconstructie met SIPS
Tot slot wijdde Jeff Modderman uit over het niet lineaire gedrag van verstijfde sandwichpanelen en het kruipgedrag van EPS. Sandwichelementen bestaan uit sterke/stijve 'huiden' en uit een veel zwakkere en slappere kern, die de huiden op afstand houdt. De sterkte en stijfheid van de sandwich kunnen worden verhoogd door de huiden de verstevigen. hiervoor kunnen natuurlijk de huiden worden verdikt en/of kan hiervoor een ander materiaal worden gekozen. In het geval van door Kingspan gefabriceerde dakelementen worden lokaal houten regels aan de houden gelijmd; het aldus ontstane element op de markt verkocht onder de naam Aero. De versteviging zorgt vooral voor verhoging van de momentcapaciteit. Door de verhoging van de momentcapaciteit worden ook de verschillen in buigend moment over de lengte van het sandwichelement groter. Deze forsere verschillen resulteren in grotere schuifspanningen die door de kern, die niet worden verstevigd, moeten worden opgenomen. Qua sterkte stelt de kern dan ook een limiet aan de mate van versteviging.

De doorbuiging van een sandwichelement is een samenstelling van buigvorming (buigstijfheid EI) en afschuifvervorming (afschuifstijfheid kGA, met k=afschuifcoëfficiënt). Voor toepassing in een Timoshenko-ligger heeft Timoshenko in 1921 voor rechthoekige liggers k=5/6 voorgesteld. Voor zuivere sandwichelementen is deze factor gesteld op 1.0. maar voor de hier besproken sandwichelementen met verstevigingen is de waarde van coëfficiënt k onduidelijk. Vervormingen hebben veelal een direct optredende en een tijdsafhankelijke component. De tijdsafhankelijke component noemen we 'kruip'. Kruip treedt op in de houtachtige plaatmaterialen, die voor de huiden worden toegepast, en in de hardschuim materialen die voor de kern worden gebruikt. Aangezien er gerede twijfel bestaat over het kruipgedrag van vooral de hardschuim materialen (voor thermoplastische en thermohardende materialen wordt de kruipfactor op 7.0 gesteld) is er een aantal jaren geleden een zogenaamd kruiponderzoek opgestart. Daarbij veroorzaken grotere schuifspanningen in de verstevigde panelen een grotere afschuifvervorming in de kern, en daardoor een grotere kruipvervorming, die proportioneel tot de direct optredende vervorming wordt verondersteld.
Tevens is er vermoeden dat de hogere spanningen een hogere kruipfactor tot gevolg hebben: met andere woorden dat kruipvervorming spanningsafhankelijk is. Jeff Modderman nam de kruipproeven, en de rapportage over het verloop hiervan, tijdens zijn afstuderen onder zijn hoede. Hij deelde de verwachte resultaten met de deelnemers aan de Onderzoeksdag Construeren met Hout.

Neem contact met mij op

We gebruiken cookies op onze website. Voor meer informatie over de cookies die we gebruiken of om uw cookievoorkeuren aan te geven, klik a.u.b. hier.

Klik op "Accepteren en sluiten" om cookies op onze website te accepteren. Als u geen toestemming geeft en deze site blijft gebruiken, gaan we ervan uit dat u instemt met het gebruik van cookies.

Het Cookiebeleid en –beheer alsook de website Privacykennisgeving zijn bijgewerkt op 13 augustus 2018.