themaSlimme betonvloer6201034themaSlimmebetonvloerDe Slimline-vloer, voorheen de Infra-plus-vloer [1], is een vrijdra-gende constructieve prefab systeemvloer, bestaande uit betonpla-ten waarin IPE-liggers met de onderflens zijn ingestort. Deze IPE-liggers dragen de totale vloerbelasting. Het systeem wordt afge-werkt met een topvloer. Tussen de betonplaat en de topvloer is erruimte voor het aanbrengen van leidingen. De IPE-liggers wordendaartoe fabrieksmatig voorzien van gaten in de lijven voor de door-voer van leidingen, een essentieel onderdeel van het vloerconcept.1Slimline, lichte vloer met IPE-liggersHet vloersysteem kan worden toegepast in dragende gebouw-constructies van verschillende constructiematerialen. Door debetonplaat aan de onderzijde uit te voeren met vellingkanten,vertoont de vloer een sterke gelijkenis met een breedplaatvloer.Deze betonplaat kan worden benut als schijf in de stabiliteitvan het gebouw en verzorgt de brandwerendheid aan de onder-zijde van het vloersysteem. Zowel in de betonplaat aan deonderzijde als in de topvloer kunnen systemen voor betonkern-activering worden toegepast.Slimme betonvloer 62010 35Het vloersysteem is relatief licht en flexibel en daarom bijuitstek geschikt voor het bouwen op een bestaande funderingof toepassingen waar een laag eigen gewicht noodzakelijk is(foto 1). Bij toepassing van de veelgebruikte IPE 240 bedraagthet totaal vloergewicht 1,70 (betonplaat) + 0,25 (IPE 240 /1,2 m) + 1,20 (topvloer) = 3,15 kN/m2.Statische berekeningHet systeem kan worden berekend met door de fabrikant zelfontwikkelde software. De ingestorte IPE-profielen, met eenmaximale hart-op-hart-afstand van 1200 mm, zorgen voor desterkte en stijfheid. Indien nodig kunnen HEA- en HEB-profie-len worden gebruikt. De betonplaat bevat een wapeningsnet?6-150. Extra wapening wordt opgenomen om het net aan deIPE-vloerliggers te verankeren.De vloerelementen worden opgelegd op twee ondersteuningen,waardoor de liggers statisch bepaald zijn. De krachtsverdelingvolgt uit een statische berekening van een stalen ligger op tweesteunpunten, waarbij overstekken mogelijk zijn. In de statischeberekening is een aantal controleberekeningen opgenomenvolgens [2] en [3]. Tevens wordt gebruikgemaakt van afleidin-gen en rekenmethoden uit [4].De controleberekeningen houden het volgende in:1 controle van de stalen ligger: sterkte lineair-elastisch,moment, dwarskracht en stabiliteit;2 brandwerendheid: sterkte bij brand volgens [5];3 controles ter plaatse van de liggersparingen in het lijf,volgens de methode bij raatliggers:? buigend moment in de ligger, T-stukken;? buigend moment in het T-stuk;? dwarskracht in de ligger, T-stukken;? dwarskracht in het lijf, plooien;? langskracht, horizontale schuifkracht in het lijf;? normaalkracht in het T-stuk boven;? knik T-stuk boven (onderdeel van kip);4 controle opleggingen: controle draagcapaciteit van het`opleghandje';5 doorbuiging: bijkomende en einddoorbuiging, waarbij reke-ning wordt gehouden met verlies van stijfheid door de gatenin het lijf;6 trillingen: eigenfrequentie en resonantie, een controle op deonmiddellijk optredende doorbuiging bij de momentanebelastingscombinatie volgens [2], waarbij rekening wordtgehouden met het lage eigen gewicht van de vloer en hetverlies aan stijfheid ter plekke van de gaten.Indien noodzakelijk wordt een berekening gemaakt van deschijfwerking van de vloer, inclusief koppelingen met de hoofd-draagconstructie, als onderdeel van de stabiliteitsberekening.De gehele statische berekening is opgenomen in de nieuwesoftware. Enkele onderwerpen uit de statische berekeningworden nader beschouwd.BrandwerendheidHet vloersysteem is getest op brandwerendheid door tweevolledige elementen met een lengte van 7,20 m en IPE 240vloerliggers te koppelen, te belasten en te beproeven in hetbrandlab. De elementen haalden in deze beproeving een brand-werendheid van 145 minuten. Omdat vaker grotere overspan-ningen worden toegepast is de vloer met `fire safety enginee-ring' gemodelleerd en de buigend momentcapaciteit bij grotereoverspanningen op basis van eindige elementen bepaald. Uit desimulaties blijkt dat voor een brandwerendheid 120 minutende vloer, bij grotere overspanningen, gelijkwaardig is aan debeproefde vloer, mits de verhouding tussen het buigendmoment bij brand en het kwadratisch oppervlaktemomentM/Izz IPE, bij zwaardere IPE-profielen, niet toeneemt. Bij debeproeving in het brandlab werd deze verhouding vastgesteldop M/Izz IPE= 0,00779 [kNm/cm4] en dit uitgangspunt is opge-nomen in de genoemde software.Tevens is gebleken dat de betonspanningen en de vervormin-gen in de betonplaat niet toenemen bij grotere overspanningenonder de conditie dat M/Izz IPEniet toeneemt, waardoor hetbeton niet zal afspatten bij brandwerendheden 120 minuten.Andr? Jongenelen MSEng pMSEAndr? Jongenelen Consultancy1 Tasmantoren in Groningen,brugdeel tussen tweetorens op 70 m hoogtefoto: Mark Sekuur, Prima Focus2 Slimline vloerplaat metgaten in de IPE-liggers, bijHet Goed in Apeldoorn,plaatlengte 12 m2themaSlimme betonvloer6201036TopvloerSlimline liggerBetonschilKZ steenTopvloerSlimline liggerBetonschilBetonwand StaalconstructieTopvloerSlimline liggerBetonschilkeeldoorsnedeza Vlas.dHlas.d1v1HTT1v1HFwFw508 083500808 0808 0808010 010010 01025018060 60100200425 42515plaat: 180x200x8lasa=5plaat 180x200 t=8strip 250x50x20strip 250x50x203 Krachtsverdeling in de las4 Schijfwerking enkeleplaat (links) en schema(rechts)5 Spinnetjes met lasplaat6 Oplegging betonplaat7 Oplegging opleghandjeop beton (a) en staal (b)8 Krachtsverdeling opleg-handje9 SlimCalc, invoerschermbelastingen10 Schijfwerking gekoppeldeplatenWind loodrecht op vloeroverspanning, schijfwerkingenkele plaatVaak worden windbelastingen ingeleid door de opleggingen.De aan de hoofdraagconstructie gekoppelde IPE-vloerliggersbrengen in combinatie met de betonschijf de horizontale krach-ten over via een drukdiagonaal in de plaat. Hierdoor ontstaateen eenvoudig raamwerkschema, met controles op de beton-drukspanning en alle knopen (fig. 4).Op plaatniveau worden de platen met de hoofddraagconstruc-tie gekoppeld door gelaste platen, rechtstreeks aan de IPE-vloerligger bij staalconstructies of naar de ingestorte trekbandin een prefab betonnen wandelement. Zo kunnen verschillendeplaten worden geactiveerd, waardoor een groter raamwerkontstaat in de schijfwerking.Wind parallel aan vloeroverspanning, schijfwerkinggekoppelde platenEen aantal gekoppelde platen vormt een grote betonschijf, diede horizontale belasting (hier in de vorm van een gelijkmatigverdeelde belasting) opneemt. Deze schijf, met in het vlak zeerstijve plaatschijven, kan worden berekend als VierendeelliggerOpleggingenDe vloerplaten kunnen op twee manieren op de dragendeconstructie worden opgelegd:- door volledige oplegging van de betonplaat, waarin de IPE-vloerligger is ingestort (fig. 6);- door toepassing van een opleghandje, dat aan de IPE-vloer-ligger wordt gelast (fig. 7).Opleghandjes worden met betrekking tot staalcapaciteit enlasverbindingen berekend volgens [3] (zie krachtsverdeling infig. 8). Standaard worden hoeklassen toegepast met een keel-doorsnede van 5 mm (fig. 3).SchijfwerkingIn de stabiliteit van het gebouw kan de vloer als schijf wordenbenut. Door koppeling van de vloerelementen aan de hoofd-draagconstructie kunnen horizontaalkrachten uit wind wordenopgenomen en naar de stabiliteitselementen overgebracht. Deschijfwerking kan worden bepaald per plaat, maar ook alsgrotere schijf bestaande uit een aantal gekoppelde platen.346 7a 7bSlimme betonvloer 62010 3780 (L0 ) 20 (tk)Mdtf20(t0)opleghandje8100128(Lk)HdVdMd60(Llas.v)kopplaatlijf IPEalle lassen met keeldoorsnede a = 5 mmarm: aM.azM.kzM.hverticalelasqw.dl1 Door gebruik te maken van de snelle rekenmodule. Hierbijwordt een enkele ligger berekend en getoetst (SnelCalc).2 Met de uitgebreide ontwerpmodule, waarbij de gebruiker eenvolledig vloerveld kan intekenen. Op basis van dit ontwerpwordt door het programma een liggerindeling van het vloer-systeem bepaald. Deze liggers worden vervolgens individueelgetoetst.De stalen ligger wordt in de statische berekening op geavan-ceerde wijze berekend, door de overspanning op te delen inelementjes van 5 mm. Voor elk elementje worden de doorsne-degrootheden, de krachtsverdeling en de vervormingenbepaald. De afname van het kwadratisch oppervlaktemomentter plaatse van de gaten in het liggerlijf is hierdoor een inherentonderdeel van de statische berekening. De theoretische achter-gronden en rekenmethoden zijn verzorgd door de auteur. Slim-Calc is na registratie te downloaden vanaf www.slimcalc.nl enna installatie vrij te gebruiken. of afschuifligger (fig. 10). De platen worden onderling gekop-peld met stalen koppelplaten, die in de betonplaat zijn ingestorten verankerd. Deze koppelplaten, `spinnetjes' genoemdvanwege hun vorm, worden prefab gemaakt en hun capaciteit isberekend op basis van de verankering in het beton (fig. 5).In de Vierendeelligger wordt de maximale dwarskracht bepaald,in het vlak de maximaal optredende schuifkracht. Op basis vandeze schuifkracht wordt de betonspanning in de schijf gecontro-leerd, worden het aantal koppelingen en de kracht in de koppe-lingen bepaald en worden de lasverbindingen gecontroleerd.SlimCalc softwareDe door de fabrikant zelf ontwikkelde berekeningssoftwareSlimCalc (fig. 9) helpt op een eenvoudige manier de vloerdikte,profielafmetingen en liggerindeling te bepalen. Dit kan op tweemanieren:^LitErAtuur1 Zanden, G. van der, A+, De modulaire woning. Cement2001/8.2 NEN 6702, Technische grondslagen voor bouwcon-structies - TGB 1990 - Belastingen en vervormingen.NEN, Delft (niet meer leverbaar).3 NEN 6770, Technische grondslagen voor bouwcon-structies - TGB 1990 - Staalconstructies - Basiseisen enbasisrekenregels voor overwegend statisch belasteconstructies. NEN, Delft (niet meer leverbaar).4 Overspannend staal, vijfdelige serie. Bouwen metstaal, Zoetermeer.5 Modellering van de brandwerendheid van de Slimlinevloer met IPE-liggers vanaf IPE 240 tot en met IPE 450.Efectis rapport 2008-R0645, september 2008.108 9