Page 171 - samyn_ebook2

169
van gen, als het ware), die enkel functie is van de verhouding H/L, voor
zover geen enkele van zijn samenstellende delen in een toestand van
elastische instabiliteit verkeert en geen rekening wordt gehouden met
het samenstellingsmateriaal.
Het materiaalvolume V (m³) van dezelfde structuur met een lengte L
(m)(en met een hoogte H (m)) waarvan alle delen eenzelfde spanning
σ (Pa) vertonen wanneer op het vlak een krachtresultante F (N) wordt
onderworpen, is gelijk aan V = (FL/σ). W (functie van H/L).
Het kennen van de waarden van W, voor verschillende structuurvormen
met hun ondersteuning en belastingsgeval, is van belang, niet alleen als
leidraad voor de ontwerper bij zijn eerste schets, maar ook om hem toe
te laten de doeltreffendheid van zijn ontwerp af te toetsen tegen andere
ontwerpen.
Deze waarde laat ook toe de benodigde hoeveelheid materiaal en de kost
van een structuur met grote nauwkeurigheid te bepalen in een vroeg sta-
dium van de ontwerpstudie.
De verplaatsingsindicator ∆ is dan de (maximale) verplaatsing van de-
zelfde eenheidsstructuur met een eenheidselasticiteitsmodule (E = 1Pa);
deze is ook enkel functie van H/L.
De verplaatsing van dezelfde structuur met een lengte L (m) waarvan
alle delen eenzelfde spanning σ (Pa) vertonen in een modulemateriaal E
(Pa) wanneer op het vlak een krachtresultante F (N) wordt uitgeoefend, is
gelijk aan δ = ( σ.L/E). ∆ (functie van H/L).
Het kennen van de waarde van ∆ laat toe zowel de stijfheid als de trilge-
voeligheid van de structuur te bepalen.
Ontwikkelingen en resultaten
Onderstaande lijst somt de archetypische vormen op die nog toe bij
ons werden bestudeerd en moet worden uitgebreid met die vormen die
sinds 2005 in het bijzonder aan de Vrije Universiteit Brussel werden on-
derzocht.0
- gedrukt element onderworpen aan elastische instabiliteit,
- getrokken element met bevestigingsmiddelen en lichte bolvorm,
- horizontaal draagvlak met verticale belasting (gelijkmatig verdeeld of
mobiele puntlast):
- rechte doorlopende ligger,
- vakwerk,
- bogen en kabels,
- verankerde structuren,
- liggers op doorlopende steun,
- onderspannen liggers,
- masten,
- portaalconstructies,
- draaikoepels met membraanstructuur met verticale belasting (gelijk-
matig verdeeld of mobiele puntlast).
Bij wijze van voorbeeld illustreren fguur 1 en fguur 2 de waarden van
W en ∆ (allebei functie van H/L) voor enkele vormen van het isostatische
horizontale draagvlak met verticale en gelijkmatige belasting.
Figuur 3 geeft de gelineariseerde waarden van W voor het horizontale
draagvlak met verticale en gelijkmatige belasting. Deze benadering is ui-
termate handig voor het berekenen van de waarde van W voor complexe
structuren samengesteld uit elementen met verschillende vorm.
Figuur 4 illustreert het zoeken van de optimale slankheid van een vak-
werkligger waarbij rekening wordt gehouden met de kost van de glazen
voorgevel: rechts van de kost van de structuur (Es: W afgeleid van fguur
3 en omgezet in k€) wordt de hyperbool van de kost van de voorgevel
(Ev) toegevoegd. Wanneer de voorgevel in aanmerking wordt genomen,
is de optimale slankheid van het geheel groter dan die van het vakwerk
alleen.
Zo wordt de verhouding van de vakwerkliggers bepaald van de brug aan
de parkeerplaats Nijvel-Orival zoals hierna aangegeven.
De indicatoren van tal van hybride structuren werden bovendien berekend
in het kader van projecten op aanvraag, met het oog op de optimalisering
ervan. Dit is onder meer het geval voor:
- de vakwerkbrug aan de parkeerplaats langs de snelweg Nijvel-Orival
(1998-2000; fguur 5)
- de verankerde windmolenmasten ontwikkeld door Fabricom (1999-
2001; fguur 6),
- de overkapping van het station van Leuven (1999-2007; fguur 7),
- de overkapping aan de parkeerplaats langs de snelweg inThieu (2001;
fguur 8),
- de voetgangersbrug over de Po in Turijn (2001; fguur 9),
- de lichtgewicht overkapping op de binnenplaats van het kasteel van
Alden Biesen (2001; fguur 10),
- de eerste voetgangersbrug in het station van Leuven (2002; fguur 11)
en na de stedenbouwkundige wijziging ook voor het tweede project
(2005; fguur 12),
- de voorgevel van het atrium en het onderspannen houtwerk van de
grote vergaderzalen voor de Raad van de Europese Unie in Brussel
(verbouwing en uitbreiding van het Residence Palace met Studio
Valle Progettazioni en Buro Happold, voor de Regie der Gebouwen)
(2005 – 2013; fguur 13 en fguur 14),
- een parking met 2.800 parkeerplaatsen voor GlaxoSmithKline Biolo-
gicals inWaver, met structuur in metaalvakwerk en houten bekleding
(2007-; fguur 15).
Besluit
Volume- en verplaatsingsindicatoren zijn zonder twijfel dankbare
hulpmiddelen voor de ingenieur-ontwerper die streeft naar zo licht
mogelijke structuren.
De voorbije jaren werd vaak geopperd dat lichte structuren duurder
zouden zijn omwille van de vereiste extra mankracht. Dit argument gaat
vandaag echter niet langer op, en wel omdat de grondstofprijzen de
voorbije 18 maanden fors zijn gestegen.
De zoektocht naar lichtgewicht structuren, gekoppeld aan vlot
demonteren en hergebruiken sluit daarenboven naadloos aan bij het
streven naar duurzaam bouwen.
Studie van de morfologie van de volume- en verplaatsingsindi-
catoren.
In het ontwerp voor de stationsoverkapping, wordt rekening gehouden
met verschillende randvoorwaarden: visueel comfort, relatie met omlig-
gende gebouwen, keuze van de overspanning, akoestiek, windbeheer-
sing, optimaal materiaal gebruik en minimale kostprijs.
Rekening houden met iedere randvoorwaarde apart, levert telkens een
verschillend resultaat op. Er wordt dus gezocht naar één oplossing, die
voor alle randvoorwaarden hierboven beschreven, aanvaardbaar is.
Tijdens de zoektocht naar een optimale structuur (optimaal materiaalge-
bruik en minimale kostprijs), wordt de studie van de volume- en verplaat-
singsindicatoren als hulpmiddel gebruikt om snel inzicht te krijgen in de
mogelijke eigenschappen van de bogen.
Deze grafek geeft weer dat de totale kostprijs, in dit geval van een boog,
het resultaat is van enerzijds de kostprijs van de hoofdstructuur (de boog)
en anderzijds van de afdekking (bv. glas of steeldeck). Het optimum voor
de boog ligt bij een slankheid L/H die heel laag is. Vermits de kostprijs van
de afwerking afneemt met stijgende slankheid, zal de som van de twee
fguren een optimum opleveren.
De verschillende randvoorwaarden bakenen in de grafek een zone af,
waarbinnen de meest optimale structuur kan afgelezen worden. Deze
grafek geeft ook aan hoever de gekozen oplossing verwijderd is van het
optimum.
Via een eenvoudige berekening geeft de volume-indicator W het volume
staal weer dat nodig is om de boog te realiseren. Vanaf dan kunnen de
precieze ontwerpberekeningen gemaakt worden.
3.2 Studie daglichttoetreding en artifciële verlichting
Studie van de daglichttoetreding: zoeken naar een visueel com-
fort.
Licht is één van de meest belangrijke aspecten van de architectuur; het
licht kan door zijn werking de ruimte, de vormen, de structuren en de
materialen van een gebouw onthullen en kan aan deze elementen een
betekenis toekennen. Het binnenbrengen van daglicht in een gebouw is
nooit neutraal want het geeft altijd een zekere sfeer zelfs wanneer dit niet
opzettelijk wordt gedaan.
Het visuele comfort is een subjectieve indruk die verbonden is met de
hoeveelheid, de verdeling en de kwaliteit van het licht. De visuele om-
geving verschaft ons een gevoel van comfort wanneer wij voorwerpen
duidelijk en zonder moeite in een aangename sfeer kunnen zien. Dit ver-
onderstelt een geschikte spreiding van het licht in de gekozen ruimte.
Het visuele comfort is een belangrijk uitgangspunt van het ontwerp. De
stationsoverkapping is immers ontworpen om het comfort van de reizi-
gers te verbeteren.
Verschillende parameters beïnvloeden rechtstreeks de kwaliteit van de
visuele waarneming.
De gekozen lichtstrategie gaat uit van vier principes: voldoende licht
bundelen, het licht gericht leiden, gelijkmatig verspreiden en reizigers be-
schermen tegen overvloedig zonlicht en verblinding.
Het station van Leuven opent zich naar buiten via twee soorten
openingen: de gevels en de zenithale glasoppervlakken. Binnen het
station weerkaatsen luifels van weerspiegelend glas het licht naar de
gewelven. De keuze van de witte kleur leidt tot homogenisering van de
lichtverdeling.
Studie van de daglichttoetreding: hulpmiddelen voor de analyse.
Om een goed daylighting-systeem te concipiëren moet men rekening
houden met de plaats en de ligging van het project maar ook met de
talrijke daglichtvariaties die afhangen van het seizoen, de dag, het uur
en de weersomstandigheden. Voor een nauwkeurige studie van deze
fenomenen zijn krachtige computerprogramma’s gebruikt. Wij hebben
de RADIANCE software gekozen, die in het ADELINE softwarepakket
geïntegreerd is en waarvan de simulaties ons toelaten de verschillende