Knooppunt met metalen randkist42010 | online1Knooppunt metmetalen randkistMetalen randkisten zijn ontwikkeld als hulpmiddel voor de aanne-mer bij het opstorten van bekistingsplaten. Maar er zijn ook zorgenvoor de constructeur: Welke mechanische implicaties heeft zo'nvloerconstructie met randkist en nagels voor de wand? En wat is deinvloed van de spleet, tussen bekistingsplaat en dragende wandop het mechanisch gedrag?1Zegen voor aannemer of zorgen voor constructeur?Metalen randkisten zijn snel en eenvoudig te monteren metribnagels en snelspanners, zijn licht in gewicht, geven eenstrakke vloerrand en garanderen de juiste vloerdikte. Demetalen randkist is een `verloren bekisting', waardoor ontkistenniet meer nodig is. Hierdoor wordt een aanzienlijke tijdsbespa-ring verkregen.Indien een bekistingsplaat (breedplaat) met een metalen rand-kist op een wand wordt gelegd, wijkt de spanningsverdeling inde wand-vloerknoop af van de klassieke situatie zonder rand-kist. Aangezien de randkist slechts over een deel van de wand-extra onlineKnooppunt met metalen randkist 42010 | online 3dikte aanwezig is, ontstaat er aan de binnenkant van de wand-vloerknoop een spleetje (foto 2) ter grootte van de dikte van derandkist, varirend van 0,7 tot 1,5 mm afhankelijk van deuiteindelijke vloerhoogte. Daarbij komt dat de randkist elke500 mm wordt verankerd met ribnagels, ?2,7 x 25 mm. Ookdit kan effect hebben op de krachtswerking in de wand.RandvoorwaardenOm het mechanisch gedrag van breedplaatvloeren met randbe-kisting opgelegd op gestapelde wanden te evalueren, werd inopdracht van de Stichting Stapelbouw een orinterend experi-menteel onderzoek uitgevoerd in het Pieter van Musschen-broek Laboratorium van de faculteit Bouwkunde van de Tech-nische Universiteit in Eindhoven. Doel van dit onderzoek washet onderzoeken van de meest kritische situatie, die zich voor-doet bij de eindwanden van een gebouw van vijf bouwlagen.De resultaten van de proeven zijn vergeleken met de belastin-gen (normaalkracht en buigend moment) die optreden in deverschillende knopen, bij een representatief voorbeeldgebouwvan vijf bouwlagen met een verdiepingshoogte van 3 m en eenvloeroverspanning van 6 m (fig. 9). De vloeren zijn 200 mmdik en de wanddikte bedraagt 150 mm.In dit onderzoek werden twee situaties bekeken:1. bij de onderste bouwlaag waar een grote normaalkracht aanwe-zig is in combinatie met een (relatief klein) buigend moment;2. bij de knopen op de hogere verdiepingen waar een beperktenormaalkracht met een buigend moment (rotatie) optreedt.Als uitgangspunt bij NPR 6791 is aangenomen dat de vloerro-tatie maximaal gelijk is aan:v= 0,6 ? 10-3l/h (1 - 12 ) =0,6 ? 10-3? 6 / 0,2 = 0,018 rad(1)waarin: is de momentcofficint bij vloeren op twee steunpunten(inklemmingsmoment);l is de overspanning van de vloer in m;h is de hoogte van de vloer in m.De bovengrens van de vloerrotatie kan worden berekend met demomentco?ffici?nt () gelijk aan nul. Voor het beschouwde voor-beeldgebouw resulteert dat in v= 0,6 ? 10-3? 6 / 0,2 = 0,018 rad.ProefopstellingenCentrische belastingDe situatie bij de onderste bouwlaag kan het beste worden gesi-muleerd door centrische drukproeven. Hierbij worden deribnagels (fig. 3, nr. 7) maximaal belast.ir. Gabi BertramTU Eindhoven, fac. Bouwkundeprof.ir.-arch. Dirk MartensTU Eindhoven, fac. Bouwkunde/Architectuurbureau Dirk Martensbvba, Zingem (B)1 Metalen randkist met snelspanners2 Spleetspleet2b2aKnooppunt met metalen randkist43 Schema van de proefstukken met en zonder randkist (300 mm breed)4 Proefstuk in de bank (centrisch)5 Wand-vloerknoop met randkist (excentrisch) (1200 mm breed)Er werden vier drukproeven uitgevoerd, de helft met en dehelft zonder metalen randkist (koud opgelegd). De proefstuk-ken waren 300 mm breed (fig. 3): opgebouwd uit een kalkzand-steen wand, een stukje breedplaatvloer met opstortlaag, eenkimvoeg en een kalkzandsteen kim. Bij twee proeven werd ookeen metalen randkist met een hoogte van 150 mm en een diktevan 0,7 mm toegepast.De proeven werden uitgevoerd in de 2,5 MN-drukbank (fig. 4).Tijdens de drukproeven werden de kracht en de verplaatsingvan de bank geregistreerd.Excentrische belastingOm de situatie bij de bovenste bouwlagen te simuleren, werdenproeven met excentrische belasting uitgevoerd. Bij dezeproeven werd, bij constante bovenbelasting, de hoekverdraaiingopgevoerd om te evalueren of de beschouwde knoop in staatwas weerstand te bieden aan deze belastingscombinatie.Er werden twee proeven uitgevoerd, beide met metalen rand-kist (koud opgelegd).De proefstukken (fig. 5) bestonden uit een wand met gelijmdekalkzandsteenelementen (1200 m hoog), een metalen randkist(150 x 0,7 mm) en bijbehorende metalen ribnagels. Hieropwerden de breedplaatvloeren gelegd en 100 mm beton opge-stort (sterkteklasse C 28/35, fig. 7). Bovenop de betonvloerwerden tot slot een kimvoeg en een kalkzandsteen kimlaagaangebracht.Het schema van de proefopstelling is weergegeven in figuur 6.De statische belasting (bovenop de wand) en de variabelebelasting (in het midden van de vloer) werden met handpom-pen bediend. De cilinder, op het uiteinde van de vloer, werdcomputergestuurd en reageerde als verende ondersteuning metveerconstante (7 kN/mm).Tijdens de proeven zijn de volgende grootheden gemeten:? statische belasting, variabele belasting en kracht in deverende cilinder;? verplaatsing van de vloerplaat bij de wand, bij de variabelebelasting, op het uiteinde van de vloer en van de verendecilinder (fig. 6a);? rotatie van de oplegging door middel van 3 LVDT's (fig. 6aen 6c).ProefresultatenCentrische belastingDe belangrijkste resultaten van de proeven met centrischebelasting zijn samengebracht in tabel 1. Hierin zijn de gemid-delde waarde van de maximale drukkracht F en de drukspan-ning f weergegeven, evenals de hiermee overeenstemmendekarakteristieke waarden en rekenwaarden (M= 1,7). De proef-1 wand2 breedplaat3 beton4 kimvoeg5 kimlaag6 randkist7 ribnagel120 120145150450501326450met zonder15 45743extra onlineKnooppunt met metalen randkist 42010 | online 45a5bresultaten variren sterk en door het beperkte aantal proeven iseen statistische verwerking niet mogelijk. Wel kon wordenvastgesteld dat de bezwijklast van de proefstukken met metalenrandkist niet lager is dan deze zonder randkist.Excentrische belastingBij de proeven met excentrische belasting werd de openingtussen wand en vloer dichtgedrukt. Er traden geen scheuren opin de wand. De grootte van de variabele belasting werdbegrensd door de draagkracht van de breedplaatvloer. In figuur8 is het belastingsverloop in functie van de tijd van de eersteproef weergegeven.De belasting in de wand tijdens de proef is het totaal van destatische belasting, plus de variabele belasting, minus de krachtin de verende cilinder. De grootste geregistreerde belastingtijdens de proeven bedroeg 415 kN/m (bij proef 2).De belangrijkste resultaten van de proeven met excentrischebelasting zijn samengebracht in tabel 2. Hierin is de rotatie vande vloer bij de wand-vloerknoop bij de hoogste belasting vande wand met de bijbehorende statische en totale belasting in dewand gegeven. Deze situatie is in figuur 8 aangegeven met eenrode cirkel.Zowel bij proef 1 als bij proef 2 (waarbij hogere statische belas-ting) bedraagt de opgelegde rotatie (meer dan) 0,027 rad. Dit isTabel 1 Waarden berekend uit experimenten (centrische belasting)randkistF (*)[kN/m]f[N/mm2]Fk(**)[kN/m]fk[N/mm2]Fd(***)[kN/m]fd[N/mm2]met 1677 13,97 1397 11,64 822 6,85zonder 1327 11,06 1106 9,22 650 5,42(*) gemiddelde waarde van de maximale drukkracht(**) karakteristieke waarde conform NEN EN 1052-1(***) rekenwaarde volgens Nationale Bijlage bij NEN EN 1996-1 (EC6)Tabel 2 Rotatie, statische en totale belastingproefstatischebelasting[kN/m]totale belastingin de wand[kN/m]rotatie[rad]1 165 186 0,0272 360 415 0,028Tabel 3 Vergelijk karakteristieke sterkte en rekenwaardefk[N/mm2]fd[N/mm2]waarden uit experimenten- met randkist 11,64 6,85- zonder randkist 9,22 5,42theoretische waarden volgens EC610,20 6,001 kalkzandsteen kimlaag2 kimvoeg3 beton4 breedplaat5 randkist6 ribnagel7 kalkzandsteenwand123457612050100Knooppunt met metalen randkist42010 | online5aanzienlijk groter dan de theoretische bovengrens van de vloer-rotatie voor het beschouwde voorbeeldgebouw (v= 0,018rad).Evaluatie proefresultatenMuurdruksterkteHet theoretisch draagvermogen van een centrisch belaste wandopgebouwd uit verlijmde kalkzandsteenelementen met sterkte-klasse CS 20 (gem. druksterkte 20 N/mm2), bedraagt volgensEC6 en de Nationale Bijlage (exclusief tweede-orde-effect):karakteristieke sterkte:fk= K ? fb= 0,8 ? 200,85= 10,2 N/mm2(2)rekenwaarde:fd= fk/ m= 10,2/1,7 = 6,0 N/mm2(3)Bij vergelijking met de proefresultaten bij centrische belasting(tabel 3) blijkt dat de gemeten waarden vrij goed overeenko-men met deze theoretische waarden volgens EC6, ermee reke-ninghoudend dat bij de drukproeven de belasting niet perfectcentrisch was ten gevolge van de partile oplegging van demetalen randkist.Gebouw met vijf bouwlagenOm een vergelijking te kunnen maken met de werkelijk optre-dende belastingen bij het voorbeeldgebouw van vijf bouwlagenworden de belastingen op de wanden bepaald met behulp vantabel 4. De rekenwaarde van de centrische belasting op deonderste wand (wand 1, zie fig. 9) bedraagt:g? gbouwlaag? 5 + ? q1+ ? 0? qi(4)= 1,2 ? 28,1 ? 5 + 1,5 ? 7,5 + 1,5 ? 0,5 ? 4 ? 7,5 = 202 kN/mUit de proeven met centrische belasting werd een rekenwaardevan de opneembare normaalkracht van 822 kN/m met randkisten 650 kN/m zonder randkist (tabel 1) afgeleid. Hierbij warener geen scheuren in of vervormingen van de wand waarneem-baar. Aangezien de draagkracht ruim een factor 3 groter is dande rekenwaarde van de centrische belasting van de onderstewand bij een gebouw van vijf verdiepingen, mag worden aange-nomen dat de metalen randkist bij dergelijke gebouwen geenproblemen stelt voor de onderste bouwlaag.Op dezelfde wijze als voor de onderste wand (wand 1) wordende rekenwaarden van de centrische belastingen van de anderewanden in het voorbeeldgebouw berekend. De waarden zijnsamengebracht in tabel 5.F F(variabelebelasting)zakkingmiddenzakkingF en Sverende cylinderzakking bij veer150(statischebelasting)3 ? L V D Trotatie oplegging1201800alles in [mm]6a6b6cextra onlineKnooppunt met metalen randkist 42010 | online 66 Opstelling excentrische belasting7 Betonvloer doorsnede en wapening8 Grafiek verloop van proef 19 Onderste wand (1) bij vijf bouwlagenRotatieUit vergelijking met de proefresultaten bij excentrische belas-ting (tabel 2) blijkt dat de totale belastingen in de wand tijdensde proeven hoger waren dan de rekenwaarde van de belastingvan de onderste wand bij proef 1 (wand 1 in tabel 5) en van de??n na onderste wand bij proef 2 (wand 2 in tabel 5).Bij deze belastingen was het mogelijk een hoekverdraaiing inde wand-vloerknoop te realiseren van 0,027 rad (tabel 2), dienagenoeg het dubbele is van de rotatie die in de praktijkaanvaardbaar is. Hierbij werd ook geen afname van de draag-kracht van de wand vastgesteld. Er mag daarom worden aange-nomen dat de metalen randkist bij dergelijke gebouwen metvijf bouwlagen geen problemen stelt voor de onderste enhogere bouwlagen met excentrische belasting.ConclusiesIn het hier beschreven ori?nterend onderzoek werden tweetypen opstelling gebruikt om de invloed van het gebruik vanmetalen randkisten te evalueren bij een gebouw met vijf bouw-lagen.De metalen randkist is een prima hulpmiddel voor het uitvoe-ren van breedplaatvloeren. Er is geen nadelige invloed vastge-steld op de draagkracht van de kalkzandsteen wand en debreedplaatvloer.Bij de proeven met excentrische belasting was het bij verschil-lende groottes van bovenbelastingen mogelijk een hoekver-draaiing in de wand-vloerknoop te realiseren die nagenoeg hetdubbele is van de rotatie die in de praktijk maximaal aanvaard-baar is. Ook in deze situatie werd geen afname van de draag-kracht van de wand vastgesteld. 150 250 12510050600? 8-250 mm ? 6-150 mmbelastingen: proef 12502001501005000 500 1000 1500 2000 2500alleen statische belasting met variabele belastingeindeproefvariable belastingstatische belastingverende cilinderbelasting op wandtijd (sec)kracht(kN)543216 mTabel 4 Bepaling belasting conform EC0 en EC1e.g. vloer: 0,2 ? 25 ? ? ? 6 15,0 kN/me.g. vloerafwerking: 1,4 ? ? ? 6 4,2 kN/me.g. plafond: 0,2 ? ? ? 6e.g. wanden: 0,15 ? 18,5 ? 30,6 kN/m8,3 kN/mgbouwlaag28,1 kN/mq: 2,5 ? ? ? 6 7,5 kN/mTabel 5 Rekenwaarde van de belasting op de wanden van het voorbeeldgebouwwandrekenwaarde van debelasting [kN/m]5 454 843 1242 1631 202789