Basisprincipes van structureel ontwerp en analyse

2. Bepalen lasten

Vervolgens moet de ingenieur alle mogelijke belastingen identificeren die de constructie tijdens zijn levensduur kan ondergaan. Voorbeelden van belastingen op constructies zijn:

• Vaste of permanente lasten, d.w.z. het eigengewicht van de constructie;

• Nuttige lasten: aanwezigheid van mensen in gebouwen, bewegende apparatuur en de beweging van auto's op bruggen;

• Windbelastingen: alle horizontale, opwaartse of schuifkrachten of krachten die de wind uitoefent op een gebouw;

• Sneeuwbelasting: alleen van toepassing op constructies die naar verwachting sneeuw zullen krijgen;

• Aardbevingsbelastingen: wanneer de constructie zich in een seismisch gebied bevindt;

• Gronddruk: toe te passen voor tunnels, keerwanden, kelders;

• Water en ijs: voor sommige constructies zoals bruggen, offshore-platforms en kustconstructies;

• Thermische belastingen: ongelijke opwarming of afkoeling van delen van de constructie kunnen zorgen voor hoge spanningen;

• Dynamische belastingen: bijvoorbeeld veroorzaakt door machines.

Dus, afhankelijk van waar deconstructie zich bevindt, moet je rekening houden met de verschillende soorten belastingen. De waarden van deze belastingen kunnen worden geïdentificeerd met behulp van geschikte structurele ontwerpnormn en referenties.

In het echte leven werken verschillende belastingen gelijktijdig op de constructie. De combinatie van de verschillende belastingen moet worden geëvalueerd. Zo kan een gelijktijdige werking tussen vaste belasting (gewicht van de constructie) en nuttige belasting (gebruik van het gebouw door mensen) een belastingcombinatie zijn. Maar ook vaste lasten en windlasten kunnen een combinatie zijn. Het vinden van de meest nadelige belastingscombinatie voor de constructie is een onderdeel van het belastinganalyseproces. Meestal maakt rekensoftware automatisch een set met alle mogelijke belastingcombinaties.

3. Structurele analyse

In deze stap voeren we de analyse uit op de structurele element. Het doel is om te onderzoeken hoe het constructiemodel zich gedraagt onderd de gemaakte belastingscombinaties. De analyse van een hele structuur wordt ook wel de globale analyse genoemd.

De resultaten van de analyse omvatten de diagramma’s van interne krachten (dwarskracht, buigmoment, normaalkracht, torsie en spanningen), reacties, vervormingen/doorbuigingen veroorzaakt door de verschillende belastingcombinaties.

Voor eenvoudige constructies, zoals een enkele balk of kolom, kan deze analyse met de hand worden gedaan. Voor 2D- of 3D-structuren vereist de analyse echter veel gedetailleerde berekeningen, meestal in matrices, waarin in het geval van handmatige berekeningen, fouten snel worden gemaakt. Software voor berekening van constructies heeft handmatige berekening vervangen en is vandaag de standaard. De meeste software voor structurele engineering, zoals BuildSoft's Diamonds, gebruiken EEA - Eindige Elementen Analyse om de complexe evenwichtsvergelijkingen op te lossen. Een goede software voor structurele analyse moet snel en gebruiksvriendelijk zijn om het leven van beginners en gevorderden ingenieurs gemakkelijker te maken.

4. Structureel ontwerp

Structureel ontwerp is misschien we de meest cruciale stap in het proces. Het gaat om het dimensioneren van de verschillende delen van het gebouw op basis van de analyseresultaten. Structureel ontwerp is materiaalgerelateerd.

De aanvankelijk geschatte afmetingen zijn geverifieerd voor de ontwerpeisen op het gebied van stabiliteit, sterkte en stijfheid (doorbuiging). Deze eisen zijn terug te vinden in de ontwerpnormen.

Als aan deze ontwerpeisen is voldaan, zijn de gekozen afmetingen ok. Je kan overwegen te spelen met de elementafmetingen om tot een economischer ontwerp te komen.

Als niet aan de ontwerpvereisten wordt voldaan, moet de ingenieur al deze stappen herhalen. De initiële elementafmetingen moeten worden vergroot en we doorlopen opnieuw de structuuranalyse en structurele ontwerpverificaties. Dit wordt herhaald totdat aan de ontwerpeisen is voldaan.

Het resultaat van het constructieve ontwerp geeft de afmetingen weer van elk element in het model, in overeenstemming met de ontwerpvereisten, samen met materiaalgerelateerde details, zoals het vereiste wapeningshoeveelheden voor betonnen elementen.

Veel landen hebben eigen structurele ontwerpcodes, bijlages voor Eurocode, praktijkcodes of technische documenten. Het is noodzakelijk dat een constructief ontwerper bekend raakt met de lokale vereisten en aanbevelingen met betrekking tot de juiste praktijk.

5. Detaillering

Zodra de globale analyse en het ontwerp klaar zijn, kan de constructeur beginnen met detailleren. De structurele detaillering bestaat uit 2 delen:

1. Plaatsing en overlappingen: waar moeten de details worden geplaatst en waar moeten structurele verbindingen en overlappingen worden gemaakt? Bijvoorbeeld ligger- of kolomverbindingen. Voor andere details, zoals liggerkolom- of kolomvoetverbindingen, ligt de locatie vast.

2. De specificaties van wapening, bouten en lassen, dat wil zeggen het aantal wapeningsstaven, boutkwaliteit, aantal bouten, lasdikte, eindplaten enz.

De detaillering gaat hand in hand met de vervormbaarheid van de constructies. In het geval van beton bijvoorbeeld: Als we de wapening op een evenwichtige manier in balk en kolommen aanbrengen, kunnen we de ductiliteit van een constructie vergroten.

Als we staalverbindingen strategisch plannen, kunnen de kosten sterk worden verlaagd. De overlap tussen 2 liggerdelen mag niet in het midden van de ligger liggen, maar in de buurt van de kolommen, waar het buigend moment 0 is (scharnierverbinding). Op deze manier is een dwarskrachtverbinding voldoende, die gemakkelijker te bouwen en kosteneffectiever is.