Automatisering in de bouw, bijvoorbeeld op het gebied van 3D-tekenen en BIM, heeft een grote vlucht genomen. Ook constructieberekeningen kunnen door standaardisering worden geautomatiseerd wat leidt tot veel tijdwinst. Bij het nieuwe vloersysteem 'kanaalbreedplaat' wordt daar dankbaar gebruik van gemaakt.
62
thema
Parametrische
benadering nieuw
vloersysteem
Berekening, modellering en productie kanaalbreedplaat gestandaardiseerd
thema
Parametrische benadering nieuw vloersysteem 1 2017
63
De kanaalbreedplaat is een prefabbetonnen vloersysteem dat
voornamelijk geschikt is voor de seriematige en gestapelde
woningbouw. Het betonnen basiselement bestaat uit ribben in
lengterichting en kopribben in dwarsrichting. Deze ribben zijn
aan de onderzijde verbonden met een ondervloer en zijn voor-
zien van horizontale sparingen. De ribben zijn variabel in
aantal, breedte en hoogte. Ook in de dikte van de ondervloer
kan worden gevarieerd. Hiermee is het mogelijk verschillende
breedten en overspanningen te realiseren. Op de ribben wordt
een massief betonnen topvloerplaat geplaatst, voorzien van
akoestische ontkoppeling. Deze topvloerplaat heeft een dikte
van 50 of 65 mm (indien deze wordt voorzien van vloerverwar -
ming). Het standaardbasiselement is 3500 mm breed en kan tot
7500 mm vrij overspannen (fig. 2). Met paselementen zijn
afwijkende maten mogelijk. Ook bestaat er een trapgatelement,
waarin over de volle breedte een sparing is aangebracht
alsmede een extra rib in dwarsrichting. Daardoor zijn er geen
raveelconstructies nodig (fig. 3).
In de holle ruimten tussen het basiselement en de topvloerplaat
en door de sparingen in de ribben kunnen installaties worden
aangebracht (foto 1).
Constructie
Constructief wordt de kanaalbreedplaatvloer gezien als een
balkrooster waarbij de ribben als balken worden beschouwd.
De ribben in lengterichting worden aangenomen als ligger op
twee steunpunten met een toevallig inklemmingsmoment. Dit
moment is het gevolg van de wand die op de kopribben wordt
geplaatst. De kopribben kunnen lijnvormig worden onder -
steund of op twee steunpunten (hiervoor is een keuze te maken
in de berekening). Voor de belasting op de ribben wordt een
strook beschouwd die ontstaat door de vlakken naast de ribben
in tweeën te delen. De belasting bestaat uit het eigen gewicht,
Automatisering in de bouw, bijvoorbeeld op
het gebied van 3D-tekenen en BIM, heeft
een grote vlucht genomen. Ook constructie -
berekeningen kunnen door standaardisering
worden geautomatiseerd, wat leidt tot veel
tijdwinst. Bij het nieuwe vloersysteem
'kanaalbreedplaat' wordt daar dankbaar
gebruik van gemaakt.
1
Gido Dielemans BSc 1)
Van Boxsel Engineering
1 Kanaalbreedplaatvloer met leidingen
1) Gido Dielemans, Masterstudent Structural Design Technische Universiteit Eindhoven, liep
van februari 2016 tot februari 2017 stage bij Van Boxsel Engineering en richtte zich daarbij
onder andere op de ontwikkeling van rekentools. Dit artikel is tot stand gekomen met hulp
van ir. Willem van Boxsel (Van Boxsel Engineering), ing. Maarten Breedveld (Van Boxsel
Engineering) en ing. Xander Vos (KanaalBreedPlaat B.V.).
Ontwikkeling
Het systeem is ontwikkeld door KanaalBreedPlaat B.V. uit Rotter -
dam, de firma die ook verantwoordelijk is voor het ontwerp en
de productie van het vloersysteem. De engineering wordt
gedaan door Van Boxsel Engineering te Oosterhout. Dit omvat
de uitwerking van de vloeren in constructieve berekeningen en
uitvoeringstekeningen voor de productie.
Parametrische benadering nieuw vloersysteem 1 2017
64
bvla k/la ngs rib 1 = 592 mm = 1158 mm
= 1159 mm
= 275 mm = 276 mm
= 883 mm = 883 mm
= 3350 mm
= 3500 mm = 883 mm= 592 mm
b v la k/la ngs rib 2
= 150 mm
b l
a ngs rib 1 brib 1 brib 2
bvla k1 bv la k3
2Ø10 b
v
la k/rib 1
be
bb
v
la k2
lto t
bvla k/rib 2
= 150 mm bla ngs rib 2
bkopr ib 2
bkopr ib 1
le
kopr ib (0 ,0 )
kopr ib (l,0 )
rib 1
`
r ib 2
la n gsrib (0 ,0 )
l
a n gsrib (0 ,b ) onder vlo er
o nder vlo er
o nder vlo er
= 100 mm
= 7370 mm
= 160 mm
= 7500 mm
3Ø16
2Ø12
3Ø20 2Ø12
3Ø20 2Ø10
3Ø16
2Ø8 2Ø8
Ø6 - 150Ø6 - 150
2Ø8 2Ø8
bepaald aan de hand van de opgegeven doorsnede. De dekking
wordt bepaald aan de hand van milieuklasse en constructieklasse.
De kruipcoëfficiënt volgt uit de leeftijd van het beton, die ?
omdat het prefab beton betreft ? kan worden aangenomen als
ouder dan 28 dagen bij volledige belasting.
Vervolgens wordt er voor elke rib een wapeningsberekening
uitgevoerd bestaande uit de controles voor de buiging, scheur
-
wijdte en de dwarskracht. Aan de hand hiervan bepaalt de
gebruiker de exacte wapening.
Overige invoer betreft het aantal sparingen in de ribben en
ondervloer om het gemiddeld axiaal kwadratisch oppervlakte-
moment en weerstandsmoment te bepalen. Aan de hand van
deze twee waarden kan de doorbuigingsberekening worden
gemaakt. Hierbij worden de ribben gezien als een ligger op
twee steunpunten. Zowel de onmiddellijke doorbuiging als
de totale doorbuiging wordt getoetst. Hierbij wordt gebruik-
de variabele belasting, de belasting ten gevolge van de installaties
en de topvloer. De ondervloer overspant tussen de ribben en
wordt berekend met volledige variabele belasting voor personen
of een puntlast door materiaal of materieel voor de situatie
tijdens de bouw. De topvloerplaat wordt berekend als een plaat
op meerdere steunpunten. Hij wordt opgelegd op de ribben en
draagt niet bij aan sterkte en stijfheid van de totale constructie.
De platen worden onderling verbonden met conuskoppelingen
aan de zijden, die de samenwerking van de vloer ten behoeve
van stabiliteit garanderen (foto 4).
Berekening
Om verschillende vormen mogelijk te maken en omdat toege-
paste sparingen invloed hebben op de constructieve werking, is
één enkele statische berekening niet mogelijk. Door de bereke-
ning parametrisch op te zetten in een rekentool is wél een groot
aantal varianten haalbaar. De uitwerking van de parametrische
berekening is gedaan in Microsoft Excel in combinatie met de
bijbehorende programmeertaal Visual Basic for Applications
(VBA). Dit programma is goed in het verwerken van data en
heeft de mogelijkheid complexe formules te verwerken.
Volledige automatisering van de berekening voor alle mogelijke
situaties is echter vrijwel onmogelijk. Besloten is standaard-
berekeningen te ontwikkelen voor rechthoekige platen met
twee tot vier ribben met zowel symmetrische als asymmetrische
doorsneden. Hierbij zijn de platen aan de twee zijden ter
plaatse van de kopribben opgelegd. Ook de plaat met trapgat-
sparing is in deze berekening geïmplementeerd, ervan uitgaande
dat de sparing zich op een uiterste zijde van de plaat bevindt.
Aan de hand van de geometrie wordt afgelezen welke bereke-
ningen moeten worden uitgevoerd. Indien de vorm van de
plaat of de oplegging anders is dan binnen deze aannamen valt,
moet de plaat (gedeeltelijk) met de hand worden uitgerekend.
Nadat de geometrie, de belasting en de geschatte wapening in
de berekening zijn ingevoerd, worden alle controles automatisch
uitgevoerd. Voor de wapening in de ondervloer en topvloer
geldt een minimale wapening van Ø6-150 in beide richtingen
en voor de ribben een minimale wapening van 2Ø8.
Uitwerking
De berekening is volledig gebaseerd op de theorie van statische
mechanica, wat betekent dat in de berekening dus geen eindige-
elementensoftware wordt gebruikt. Wel is de tool gecontroleerd
met behulp van eindige-elementensoftware door meerdere
projecten met beide technieken uit te werken.
De berekening vraagt om invoer van variabelen op basis van de
doorsnede van de vloerplaat, gevolgd door de invoer van
beton- en staaleigenschappen, milieuklasse, levensduur en
belastingen. De belasting ten gevolge van eigen gewicht wordt
2
thema
Parametrische benadering nieuw vloersysteem 1 2017
65
koprib (0,0) koprib (l,0)
rib 1
rib 2 langsrib(0,b)
koprib (l trap, 0)
ondervloer
ondervloer
ondervloer
Ø6 - 150Ø6 - 150
2Ø8 2Ø8
2Ø12 3Ø16
2Ø8 2Ø8
2
Voorbeeld van een bovenaanzicht, langs- en dwarsdoor -
snede van een kanaalbreedplaat
3 Bovenaanzicht en langsdoorsnede trapgatelement
4 Samenwerking tussen de elementen wordt verzorgd
door een conuskoppeling
middel van een dynamisch afdrukbereik en een dynamische
weergave wordt bepaald welke elementen van de berekening
van belang zijn. Dit is gedaan door een aantal macro's in VBA.
Deze tekeningen dienen enkel als hulpmiddel voor de model -
leur die de wapening in de definitieve tekening modelleert.
Naast het automatiseren van de berekening is ook het 3D-
modelleerproces voor het maken van uitvoeringstekeningen in
Tekla Structures voor een groot gedeelte geautomatiseerd.
Hiervoor is gebruikgemaakt van de Application Programming
Interface (API) van Tekla Structures. De API stelt een program-
meur in staat om nagenoeg elke handeling in Tekla Structures
te automatiseren. Zo is het mogelijk de afmetingen van de
doorsnede in te voeren tezamen met de buitenmaten van de
plaat. Vervolgens wordt de plaat inclusief standaard horizontale
sparingen, opgegeven instortvoorzieningen en standaardwape-
ning gegenereerd (fig. 5). Onder de instortvoorzieningen vallen
hierbij de hijsankers, conusankers en eventuele overige ankers.
Naderhand is het mogelijk de plaat en wapening aan te passen,
sparingen toe te voegen of andere aanpassingen te doen. Een
vergelijkbaar proces is opgezet voor de topvloerplaat. Door de
afmetingen en wapening op te geven tezamen met de hijsvoor -
zieningen, wordt de topvloerplaat gegenereerd met wapening
en hijsvoorzieningen. Achteraf kunnen aanpassingen in deze
plaat worden gedaan in de vorm van sparingen of extra's als
vloerverwarming worden aangebracht.
gemaakt van de elasticiteitsmodulus van ongescheurd beton die
is gereduceerd met de kruipcoëfficiënt.
Voor de brandwerendheid wordt gebruikgemaakt van de geredu-
ceerde-doorsnedemethode, uitgaande van een brandwerendheid
van ten minste 60 minuten.
Een van de complexe elementen is de berekening van de langs -
ribben aan de zijkant van de plaat in de situatie waar een
trapsparing is opgenomen. Dit resulteert in twee gedeeltelijk
verdeelde belastingen in combinatie met een hoge puntlast op
de rib, afkomstig van twee verschillende belaste oppervlakken
en de koprib die zijn kracht afdraagt aan de langsrib (fig. 6). Dit
complexe schema is opgelost door het punt te vinden waar de
dwarskrachtenlijn het nulpunt snijdt en het moment te bepalen
op deze afstand door de oppervlakte onder de dwarskrachtenlijn
te nemen tot dit punt. Dit vanuit de wetenschap dat als de
dwarskracht gelijk is aan nul, de raaklijn aan de momentenlijn
gelijk is aan nul ofwel horizontaal.
Tekeningen
Om de berekening verder te ondersteunen, worden vlakke
wapeningstekeningen voor de standaardsituaties gegenereerd.
Deze laten de ruwe vorm zien en worden aangevuld met afme-
tingen en de toegepaste wapening in de vloerplaat. Door
3
4
Parametrische benadering nieuw vloersysteem 1 2017
66
Ltot
Lvloer Lsparing
Ved, koprand, max (eg + vb) V
V
ed, langsrib, r Ved, langsrib, l
eg ? b rand
mechanicaschema randbalken langszijde (incl. sparing)
Ltot
Lvloer Lsparing
x
V (L
sparing ) < 0
x < L
sparing
Dwarskrachtlijn randbalken langszijde (incl. sparing)
Ltot
Lvloer Lsparing
x
V (L
sparing ) < 0
x < L
sparing
Momentlijn randbalken langszijde (incl. sparing)
5 Model kanaalbreedplaat in Tekla Structures
6 Mechanicaschema (a), dwarskrachtenlijn (b) en momentenlijn (c) langsrib
naast trapsparing
vloerplaat te vlinderen voor een vlakke afwerking. De ondervloer
en de ribben worden gestort op en tussen de bakken. Deze
bakken zijn in drie vaste breedtematen beschikbaar: 483 mm,
683 mm en 883 mm en in meervouden van 150 mm in lengte-
richting.
Efficiënt en aantrekkelijk vloersysteem
Er is een vergelijking gemaakt in de snelheid van de enginee-
ring van een verdiepingsvloer binnen één project, enerzijds
zonder automatisering, anderzijds mét automatisering. Hieruit
volgde een productiviteitssprong van ongeveer 300% in zowel
modelleerwerk als engineering. Het resultaat van de initiële
investering is dat er met een veel hogere efficiëntie kan worden
geproduceerd. Dit, in combinatie met de voordelen van het
vloersysteem betreffende installaties en vloeropeningen, maakt
het systeem zeer aantrekkelijk in het gebruik in de huidige
b o u w s e c t o r.
Doorontwikkeling van het product om meer plaatvormen en
afmetingen binnen de standaard te krijgen, is nog steeds
gaande. Het doel is alle vormen en afmetingen die worden
toegepast in de praktijk via een standaard op te lossen, zowel
in modelleren, berekenen als maltechniek.
?
Productie
Na het ontwerp wordt een legplan doorgegeven ten behoeve
van de engineering. Dit legplan wordt uitgewerkt door de
modelleur en zodra het ontwerp definitief is, worden deze
platen berekend door middel van de rekentool. Na de bepaling
van de wapening wordt deze door de modelleur ingetekend in
het Tekla-model van waaruit de uitvoeringstekeningen worden
gemaakt. Deze gaan vervolgens naar de productie voor de reali-
satie van de plaat. Door de platen op een parametrische wijze te
ontwerpen en een passende maltechniek hiervoor te ontwikkelen,
zijn de platen eenvoudig en snel te fabriceren. Bovendien biedt
dit veel flexibiliteit in vorm en formaat, wat de toepasbaarheid
in verschillende situaties ten goede komt.
De productietechniek gaat uit van een oorsprong en twee vaste
zijden: de linkerzijde en de voorzijde zijn onverplaatsbaar.
Door het verplaatsen van de rechterzijde en de achterzijde van
de mal zijn alle formaten te maken. Het element wordt onderste-
boven gestort. Dit geeft de mogelijkheid de onderzijde van de
6a
5
6b
6c
thema
Parametrische benadering nieuw vloersysteem 1 2017
Reacties