Page 170 - samyn_ebook2

168
Enerzijds is getracht de overspanning te realiseren met een minimaal
aantal steunpunten in de constructiezone. Te veel steunpunten vormen
obstakels op de perrons en beperken het overzicht voor de reizigers.
Aangezien de bovenleidingen van het spoornet iedere 52/39/39/52m een
steun vereisen, worden de steunpunten op deze afstanden gekozen. De
belangrijkste draagzones liggen zodoende op ieder perron en vormen een
basismodel met 25 steunpunten binnen het gebied. (fguur 1)
Anderzijds is gezocht naar een optimale structuur om deze overspanning
te realiseren.
Verschillende constructie methodes om de overspanningen te maken
werden overwogen.
De site vraagt een dakstructuur waarvan de globale hoogte niet groter
is dan 6,5m boven de kolommen. De totale hoogte van de overkapping
wordt zo niet hoger dan het oude stationsgebouw.
- Platen in de vorm van driedimensionale vakwerken,(fguur 2a) mem-
branen en schalen continu of in vakwerk(fguur 2b), kunnen in een
driedimensionale benadering beschouwd worden.
Er werd bewezen dat driedimensionale vakwerken zeer zwaar en
duur zijn.
Membranen of schalen zouden qua gewicht zeer effectief kunnen zijn
maar kunnen geen goede oplossing bieden voor andere problemen.
Bovendien leidt de verhouding van de modules hier niet tot werk-
zame drie-dimensionele structuren.
- Rechte balken (fguur 3a) (continue volle balken of vakwerkliggers)
of boogkabel systemen zouden in een tweedimensionale
benadering beschouwd kunnen worden.
Maar in dit geval zijn continue volle balken uiterst zwaar, en zijn de
best geoptimaliseerde vakwerken nog altijd veel zwaarder dan gebi-
articuleerde parabolische bogen. (fguur 3b)
Bovendien is er een relatief hoog aantal knooppunten en een grote
verscheidenheid aan balksecties nodig. Standaardisering van de ver-
schillende balksecties zou hun gewicht nog verder doen toenemen.
- Een hyperstatische vakwerkligger met vier traveeën op vijf dragers
zou het nadeel beperken maar thermische uitzettingsproblemen ver-
oorzaken.
- De slankheid L/H van de grootste overspanning is respectievelijk 6 of
8 (39m/6,5m=6 en 52m/6,5m=8). In zulke gevallen is het gewicht van
isostatisch geoptimaliseerde vakwerken 1,55 tot 1,6 keer zwaarder
dan van bogen met dezelfde slankheid.
Bogen zijn bijna even fexibel als geoptimaliseerde vakwerken onder
gelijkmatig verdeelde verticale belasting en hun vorm kan zich bij
thermische bewegingen gemakkelijk aanpassen zonder belangrijke
aanvullende spanningen te veroorzaken. Ze kunnen verankerd worden aan
hun uiteinden, innig met elkaar verbonden, en gemakkelijk ondersteund
worden door geïnclineerde kolommen.
Ze werken evengoed onder trekspanningen als onder drukspanningen.
Het produceren van bogen is minder arbeidsintensief als geoptima-
liseerde vakwerken. Bovendien hebben zij een kleiner te schilderen
oppervlak. Dit is een belangrijke besparingsfactor. Ook het onderhoud
is eenvoudiger.
De hoofdoverspanningen bestaan uit paren geïnclineerde bogen gevormd
uit Ι -profelen met een variabele hoogte (van 700 mm aan hun oplegpun-
ten tot 500 mm in het midden van de overspanning)die elke 3,25 m met
elkaar verbonden zijn om knikeffecten te vermijden en zo werken onder
maximaal toelaatbare spanningen.
De voor- en nadelen van een staalskelet.
Er is bewust gekozen voor een staalskelet omwille van volgende uit-
gangspunten:
1) minimaal gewicht
2) herbruikbare materialen en componenten
3) gemakkelijk ter plaatse in elkaar te zetten
4) gemakkelijk in de toekomst af te breken (alles inbegrepen, ook de
funderingen)
5) een structuur met minimum aanvullende componenten beantwoor-
dend aan de verschillende bouwfysische vragen (met inbegrip van
dagverlichting, nachtverlichting, akoestiek, brandveiligheid, tocht en
luchtverplaatsing, ...)
6) niet-giftige componenten
7) lage uitbatings- en onderhoudskosten
8) geschikte integratie van bovenleidingen, reizigersinformatie en an-
dere nutsvoorzieningen en logistiek.
Deze keuze is toepassingsbevorderend omwille van volgende redenen:
1) Door de grote sterkte van staal zijn kleinere afmetingen van de ele-
menten mogelijk.
2) Staalconstructies zijn met grote nauwkeurigheid te vervaardigen
(kleine toleranties); de montage kan hierdoor snel verlopen (geen of
weinig passingsproblemen); dit is ook van belang voor een snelle
afbouw.
3) Hoog ontwikkelde verbindingstechniek; de montage van het skelet
kan snel verlopen. Hierdoor is het mogelijk om de verdere afbouw
over een breed front aan te pakken, waardoor een extra tijdwinst
mogelijk is.
4) Geïndustrialiseerde productie; veel werk wordt in de fabriek gedaan
waar productieverhoging en kwaliteitsverbetering beter mogelijk zijn
dan op de bouwplaats. Door de computergestuurde fabricage zijn er
geen grote series meer nodig, waardoor enkel producties en kleine
bouwvolumes concurrerend te maken zijn.
5) Door verplaatsing van werkzaamheden naar de fabriek en de snelle
montage zijn korte bouwtijden mogelijk.
6) Minder arbeid op de bouwplaats; de bouwplaatsfaciliteiten kunnen
hierdoor beperkt van omvang blijven. De korte bouwtijd en beperkte
bouwplaatsfaciliteiten leiden tot geringere bouwrenten en lagere
bouwplaatskosten.
7) Gemakkelijk te verbouwen of aan te passen bij een latere renovatie
of aanpassing aan nieuwe eisen. Er kan geboord, gelast en gebrand
worden. Eventueel kunnen balken of kolommen verzwaard worden
door het aanbrengen van versterkingsplaten.
8) Een goed incasseringsvermogen; door de plastische vervormings-
mogelijkheden kan een staalconstructie veel energie opnemen,
waardoor deze weinig gevoelig is voor “progressive collaps” (= voort-
schrijdende instorting door het bezwijken van één enkel onderdeel).
Een staalskelet kan dus veel trillingen opnemen.
9) Geschikt voor complexe bouw; door de hoge sterkte van het ma-
teriaal kunnen grote geconcentreerde lasten worden opgenomen.
Hierdoor zijn vele typen opvangconstructies mogelijk, waardoor een
grote vrijheid in de vormgeving van de draagconstructie ontstaat.
10) Beperkt bouwterrein nodig; bij de montage kan met relatief lichte
kranen gewerkt worden, die de onderdelen snel en direct van de
wagen/wagon in het werk brengen. Dit is een groot voordeel bij pro-
jecten in binnensteden.
11) Het gewicht van het totale gebouw zal aanzienlijk lichter uitvallen dan
bij een betonnen constructie. De fundering kan hierdoor ook lichter
worden uitgevoerd, wat een besparing aan kosten en ruimtebeslag
kan geven.
12) Hoge restwaarde, weinig milieubelastend; het bij sloop vrij komend
staal kan worden hergebruikt. Het schroot wordt binnen het bestaan-
de productieproces gebruikt als een koelmiddel en een rendements-
verhoging bij de fabricage van nieuw staal.
Maar de keuze houdt ook belemmeringen in:
1) Staal is minder goed bestand tegen brand. Bij hogere temperaturen
nemen de sterkte, de vloeigrens en de elasticiteitsmodulus af. Al bij
400 à 500° C wordt de vloeigrens ongeveer gelijk aan de optredende
spanning, waardoor grote plastische vervormingen op kunnen
treden. Bij een brand, volgens de aan te houden standaardkromme,
wordt deze materiaaltemperatuur reeds na 20 à 30 minuten bereikt.
Bij werkelijke branden duurt dit meestal ca. 40 minuten.
2) Corrosie; staal kan, in combinatie met vocht en zuurstof oxideren
en moet dan tegen deze corrosie beschermd worden. Dit gebeurt
meestal door het materiaal af te dekken met verfagen op
basis van menie, zink, epoxykoolteer enz. Kleinere onderdelen
kunnen thermisch of electrolytisch verzinkt worden.
Bij een goede uitvoering kan een lange beschermingstijd bereikt
worden, met garantieperioden van 10 jaar en langer.
Volume-indicatoren en verdringing als een conceptueel
instrument voor ingenieurs
FABI-CSTC: Symposium “De la bonne idée à la réalisation pratique, 28
november 2007, Ecole Royale Militaire, Bruxelles.
Samenvatting
Volume- en verplaatsingsindicatoren, die ik al sinds augustus 1997 uit-
voerig bestudeer, helpen de ingenieur-ontwerper om zijn aanpak meteen,
van bij zijn eerste ontwerp, te objectiveren met het oog op een zuinig
materiaalgebruik.
Twee biënnales voor Industrieel Basisonderzoek in het Brussels Hoofd-
stedelijk Gewest ondersteunden de verdere ontwikkeling van deze the-
orie van 2000 tot 2004. Ook vandaag wordt in dit domein nog verder
onderzoek gevoerd, onder meer door mijn collega’s aan de Vrije Univer-
siteit Brussel.
Mijn onderzoeksrapport “Etude de la morphologie des structures à l’aide
des indicateurs de volume et de déplacement”, dat in 2004 werd uitgege-
ven door de Koninklijke Belgische Academie, Klasse der Wetenschappen,
bundelt de resultaten tot het einde van de eerste biënnale.
De doctoraalscripties aan de V.U.B. van Pierre Latteur, Jan Van Steirteg-
hem en Ben Verbeeck (waaraan momenteel de laatste hand wordt ge-
legd) vormen een wezenlijke aanvulling op het bestaande corpus.
Inleiding en doelstellingen
De volume-indicator W geeft het materiaalvolume van een vlakke struc-
tuur aan, op gegeven steunen, met een eenheidslengte (L = 1m) en een
hoogte H/L waarvan alle delen dezelfde eenheidsspanning vertonen
(σ = 1Pa) wanneer op het vlak een eenheidskrachtresultante (F = 1N)
wordt uitgeoefend.
Iedere structuurvorm, ongeacht de samenstellende materialen, wordt bij
een gegeven ondersteuning en een gegeven krachtresultante, ongeacht
de sterkte daarvan, gekenmerkt door één enkele W-waarde (een soort