Basisvormen van verbindingen in stalen draagconstructies
Verbindingsdetails tussen balken en kolommen in raamconstructies moeten worden uitgewerkt om diverse soorten constructieve verbindingen te omvatten die rekening houden met de optredende belastingen. Verbindingen tussen balken en kolommen kunnen worden gerealiseerd met bouten, lassen of vaste I/J-verbindingen (jacketing). Het type vereiste verbinding is afhankelijk van de eisen die aan de constructie worden gesteld. Bijvoorbeeld: een niet-verstijfde raamconstructie die wordt belast door buigend momenten kan worden uitgevoerd met een volledig gelaste I/J-verbinding. Wanneer een constructie mobiel is, kunnen verbindingen met bouten van klasse 8.8 een weerstand bieden, vergelijkbaar met autogordels. Deze zijn eenvoudiger te verwijderen en te vervangen. Een ontwerpaanpak die vergelijkbaar is met die welke wordt gebruikt om verbindingen te integreren die rekening houden met potentiële bewegingen, is het toepassen van scharnierverbindingen. Scharnierverbindingen kunnen worden ingezet om bewegingen in brugconstructies op te vangen. Vaste verbindingen kunnen in een raamconstructie worden toegepast om horizontale belastingen te weerstaan en de algehele stabiliteit van een gebouw te waarborgen, zoals bij megaframes en wolkenkrabbers. Vanuit esthetisch oogpunt kunnen megaframes een hoog detailniveau omvatten, maar vanuit economisch oogpunt kunnen de frames een lager detailniveau bevatten.
Lassenverbindingen voldoen volledig aan de voorschriften van EN 1993-1-8 in vergelijking met boutverbindingen.
Lassen van balken aan kolommen in stalen frames leidt tot een verhoogde algehele stijfheid en zorgt voor een betere belastingverdeling over de gehele frameconstructie. Volledig doorgelaste verbindingen zijn, wanneer correct uitgevoerd, effectiever bij het vormen van stevige verbindingen dan verbindingen die met een aantal bouten zijn gemaakt, vooral wanneer deze stevige verbindingen gedurende langere tijd aan constante belastingen worden onderworpen. EN 1993-1-8 is om talloze lovenswaardige redenen een referentienorm geworden in de sector. Deze specificaties ondersteunen het gebruik van gekwalificeerd personeel dat op de hoogte is van zijn taken en verantwoordelijkheden, inclusief het inspecteren van lasverbindingen. De meeste werkplaatsen voeren zelfs ultrasoon onderzoek uit om mogelijke lasgebreken te identificeren. Dergelijke lasverbindingen elimineren de problemen die gepaard gaan met het gebruik van bouten (bijv. losraken van bouten), maar hun ontwerp en behandeling op locatie vereisen meer verantwoordelijkheid en zorg van de werknemers. Met name moeten de weersomstandigheden die zich tijdens het lasproces kunnen voordoen, worden gecontroleerd.
Geschroefde verbindingen: eindplaat-, geïntegreerde en finplaat-systemen
Vanuit het oogpunt van de moduleassemblage biedt de geschroefde verbinding de meeste voordelen bij staalkaderconstructies. Momenteel zijn de drie meest dominante en wijdverspreid geaccepteerde verbindingstypen de volgende:
- Eindplaatverbindingen die de momentoverdracht van de onderste naar de bovenste trekzone of van de onderste naar de bovenste drukzone (of omgekeerd) vergemakkelijken.
- Geïntegreerde verbindingen die verticale ondersteuning bieden via een of meer onderste hoekbeugels.
- Finplaatverbindingssystemen die een snellere montage op locatie mogelijk maken met het enkelvoudig afschuifvlak.
De meeste systemen, zoals hierboven beschreven, zijn ontworpen om het doel te bereiken van het aanpakken van wijzigingen in structurele toleranties en aanpassingen. Bij recente structurele tests hebben uitgebreide eindplaten (EEP) een verbetering van tot 15% in momentweerstand getoond ten opzichte van wat werd waargenomen bij vlakke ontwerpen. Veldaanpassingen maken een grotere mate van variabiliteit in structurele fabricage en ontwerp mogelijk dan anders zou zijn vereist.
Verbindingsmethode Gelast Geschroefd
Installatiesnelheid Traag (ter plaatse lassen) Snel (vooraf gefabriceerd)
Flexibiliteit van wijzigingen Beperkt Flexibel
Complexiteit van inspectie vereist NDT-visuele controle
Ungewone weerstand tegen trillingen vereist het gebruik van vergrendelmoeren
Diverse ontwerpoverwegingen voor effectieve en economische staalverbindingen
Momentoverdracht, ductiliteit en verbindingsefficiëntie
Het in evenwicht brengen van de stijfheid van momentverbindingen in een stalen constructie maakt overdracht van momentbelastingen mogelijk, terwijl de vervorming van de constructie onder controle blijft. Starre verbindingen kunnen leiden tot onvoldoende belastingsoverdracht naar andere constructiedelen. Scharnierverbindingen zijn nuttig om belastingen te verdelen over aangrenzende delen. Te veel flexibiliteit in een momentverbinding resulteert echter in een ‘zwakke’ verbinding die plotseling kan bezwijken. Het doel bij het ontwerpen van verbindingen is een aanvaardbare balans te bereiken tussen stijfheid en ductiliteit. Bij aardbevingsbestendig ontwerp van een constructie is een momentverbinding vereist om ductiliteit te realiseren, zodat de verbinding energie kan opnemen en/of dissiperen. Een verbinding wordt zo ontworpen dat deze binnen bepaalde grenzen faalt en/of vervormt, zodat de verbinding volledige permanentie bereikt.
Documentatie voor het ontwerp en de montage van H-vormige profielen
Bij montage op locatie is het protocol om hoogwaardige bevestigingsmiddelen aan te draaien tot ongeveer 70% van het maximale aandraaimoment, waarbij de balkuitlijning binnen een limiet van L/500 moet blijven. De constructies vereisen tijdelijke ondersteuning totdat 75% van de verbindingen hun volledige sterkte hebben bereikt. Dit minimaliseert problemen op locatie, aangezien het aanhalen van bouten doorgaans de problemen op locatie verergert door slechte uitlijning. Een consistente belastingsverdeling door de constructie heen zorgt voor optimale prestaties.
Veelgestelde vragen
Welke soorten verbindingen bestaan er voor stalen constructies?
Sommige verbindingen worden gerealiseerd door lassen, bouten, klinken of scharnieren (of vastmaken).
Wat is het voordeel van gelaste verbindingen voor stalen constructies?
De stijfheid van de verbinding speelt een belangrijke rol voor de prestaties van de constructie en gelaste verbindingen bieden een betere stijfheid. Ook kan de constructie een gelijkmatig over het verbindingsgebied verdeelde belasting opnemen.
Wat zijn de voordelen van boutverbindingen in staalconstructies?
Enkele voordelen zijn de eenvoud van uitvoering (vooral wanneer de afmetingen van de constructie variëren), het gemak van vervoer van grote constructiedelen en de eenvoud van aanpassing van de constructie.
Wat zijn de verbindingen tussen constructiedelen in staalconstructies en hoe worden zij ontworpen?
Constructies worden ontworpen om te waarborgen dat belastingsmomenten naar aangrenzende delen worden overgedragen. Verbindingen in staalconstructies worden ontworpen met oog voor eenvoud en kostenbesparing bij de uitvoering.