Metselwerk aan staalconstructies
Gevelmetselwerk aan staalconstructies; do’s and don’ts
Gevelmetselwerk in combinatie met een stalen binnenblad of stalen draagconstructie: dat komt vaker voor dan je denkt. Niet enkel in de utiliteitsbouw, maar ook in de woningbouw wordt het vaak gezien als een constructieve oplossing. Naar deze toepassing moet heel goed worden gekeken in verband met de detaillering, uitvoering en verankering.
Als we de zaken belichten die een rol spelen bij het correct uitwerken en uitvoeren van gevelmetselwerk voor een staalconstructie, komen we als eerste op de stabiliteit en doorbuigingseisen. Wanneer het metselwerk als ‘schil’ om een gebouw heen wordt gezet, wordt de stabiliteit uit de verankering aan het binnenblad gehaald. Het binnenblad kan onderdeel uitmaken van de hoofddraagconstructie of stabiliteit ontlenen aan de hoofddraagconstructie.
Doorbuigingseisen
In onze artikelen over de verankering in HSB-binnenbladen, aanbrengen van dilataties in metselwerk en geveldragers in metselwerk, hebben wij al duidelijk gemaakt dat er eisen worden gesteld aan de maximale, bijkomende doorbuiging van binnenbladen en opvangconstructies. Het gaat dan zowel om situaties waar het metselwerk op een constructie geplaatst wordt als om situaties waar metselwerk ergens aan verankerd wordt. In al dit soort situaties moet het risico op scheurvorming in het gemetselde buitenblad klein blijven. Zodoende worden er eisen gesteld aan deze vervormingen. In de hoogte (verticaal) is dit 1/500 van de overspanning, bij een verdiepingshoogte van ±2,6m en dus maximaal 5 mm. In de breedte van het gevelvlak (horizontaal) is dit 1/1000 van de overspanning met een maximum van 4mm.
Ook voor constructies van staal
Deze eisen gelden dus ook voor de constructies van staal waar gevelmetselwerk aan verankerd of opgezet wordt. Een staalconstructie of onderdeel van staal waar gevelmetselwerk aan wordt verankerd, zoals borstweringssteunen of een secundaire constructie in de spouw, dient dan ook getoetst te worden aan deze eisen voor gevelmetselwerk. Maar ook de staalconstructies waar het gevelmetselwerk op komt te staan of waar geveldragers aan komen te hangen. Wanneer het metselwerk over meerdere verdiepingen stabiliteit ontleent aan een staalconstructie, dan dient ten aanzien van de bijkomende doorbuiging rekening gehouden te worden met de vervorming over meerdere verdiepingen.
Vervorming
Voor staal- en houtconstructies geldt dat deze meer mogen vervormen dan metselwerk. De maximaal toelaatbare vervormingen van stalen en houten constructies zijn veel groter dan voor gevelmetselwerk acceptabel zijn. Zodoende dienen staalconstructies waar gevelmetselwerk aan verankerd wordt of staalconstructies waar gevelmetselwerk opgezet wordt, gecontroleerd en berekend te worden op basis van de maximaal toelaatbare vervormingen van het gevelmetselwerk.
Stijfheden: gelijk of verschillend
Gevelmetselwerk kan samenwerken met het binnenblad wanneer de stijfheden van beide bladen ongeveer gelijk zijn. Als het binnenblad veel stijver is dan het gevelmetselwerk dan zijn er ook geen problemen te verwachten ten aanzien van de samenwerking. De situatie wordt echter anders als het binnenblad veel minder stijf is dan het gevelmetselwerk. Deze laatste situatie ontstaat bijvoorbeeld als er stalen binnendozen of HSB-elementen in een staalconstructie worden aangebracht. Het toepassen van kalkzandstenen binnenbladen in een staalconstructie is natuurlijk wel voldoende stijf voor de rechtstreeks verankering van het gevelmetselwerk, waarbij de kalkzandstenen wand wel goed verankerd moet zijn aan de staalconstructie. In het geval van de toepassing van stalen binnendozen of HSB-elementen moet er rekening mee gehouden worden dat de doorbuiging daarvan in de berekeningen ook nog opgeteld wordt met de doorbuiging van de staalconstructie zelf.
Maximale overspanning metselwerk tussen verankeringsmogelijkheden
In het geval van traditionele spouwmuurconstructies wordt de windbelasting op het gevelmetselwerk door middel van spouwankers overgedragen naar de achterconstructie. Dit hele principe is wel mede gebaseerd op maximale afstanden van de spouwankers, zodat een gelijkmatige belastingafdracht gaat plaatsvinden en het gevelmetselwerk ook gelijkmatig belast wordt. Zoals in de CUR-aanbeveling 71 is opgenomen, mag de grootste afstand tussen de ankers zowel in horizontale als in verticale richting niet meer bedragen dan 0,625 m. De horizontale randafstand van de verankering mag niet groter zijn dan 0,2 m.
Als een staalconstructie achter het gevelmetselwerk ook aan deze afstanden voldoet, dan is er een mogelijkheid om de gevel op een traditionele wijze uit te werken en te verankeren. Als de afstand groter is, dan dient getoetst te worden of het metselwerk buitenblad de overspanning kan overbruggen. Deze overspanningslengte is afhankelijk van de buigtreksterkte van het gevelmetselwerk en de op te nemen belastingen. De buigtreksterkte dient correct meegenomen te worden, waarbij deze voor verticaal metselwerk anders is dan voor horizontaal metselwerk. Ten aanzien van de belasting dient er rekening gehouden te worden dat deze voor ieder project anders is en het daarnaast ook soms mogelijk is dat er met andere belastingen rekening gehouden worden, zoals bijvoorbeeld doorvalbeveiliging, aanrijdbelasting, grondbelasting enz..
Metselwerkwapening als optie
Wanneer blijkt dat het gevelmetselwerk niet voldoende sterk is om de overspanningen te kunnen maken, dan kan er gekeken worden of het aanbrengen van metselwerkwapening een optie is om deze overspanning tussen de verankeringsmogelijkheden te maken. Het aantal en type aan te brengen constructieve metselwerkwapening dient berekend te worden en natuurlijk correct uitgevoerd te worden overeenkomstig deze berekeningen. Dit soort oplossingen kunnen alleen gerealiseerd worden met metselwerkwapening die hiervoor geschikt is en zodoende voldoet aan de eisen in de Eurocodes voor metselwerk (NEN-EN 1996) en metselwerkwapening (NEN-EN 845-3).
Dilateren met een stalen achterconstructie
Metselwerk dient gedilateerd te worden. In verschillende eerdere artikelen hebben wij al aangegeven hoe dit moet gebeuren en welke normen en richtlijnen hiervoor gehanteerd moeten worden. Bij het maken van een dilatatieadvies voor gevelmetselwerk dat voor een staalconstructie wordt aangebracht, dient rekening gehouden te worden met het feit dat het metselwerk zijn stabiliteit moet ontlenen aan de staalconstructie. Hierbij gaat het dan niet alleen om de doorbuigingseisen, zowel horizontaal als verticaal, maar zeker ook om de verankeringsmogelijkheden en dat alles weer in relatie tot de posities van de dilataties.
Voor staalconstructies waar het metselwerk op gezet wordt of aan opgehangen wordt gelden dezelfde eisen voor de maximale bijkomende doorbuiging, als voor andere constructies waar metselwerk op komt te staan. Het kan dan ook zijn dat er vanwege een te grote doorbuiging, extra dilataties aangebracht moeten worden.Er dient bij het dilateren van gevelmetselwerk voor een stalen achterconstructie rekening gehouden te worden met de maximale, horizontale randafstand van de verankering van 0,2 m. Dit betekent dat er in het geval van een dilatatievoeg in een doorlopend gevelvlak, aan beide zijden van deze dilatatie deze randafstand van 200 mm voor de verankering aangehouden moet worden. Mocht het niet mogelijk zijn om aan beide zijden van een kolom een verankering aan te brengen dan is het bijplaatsen van een extra kolom natuurlijk ook een optie om het gevelmetselwerk alsnog te kunnen verankeren binnen de 200 mm. Dit alles zal project specifiek nader bekeken moeten worden.
Borstwerings- en dakrandsteunen
Zeker ook in het geval van stalen borstwerings- en dakrandsteunen dient er rekening gehouden te worden met de optredende vervormingen en mogelijkheden van een correcte verankering van het gevelmetselwerk. Vaak wordt er een standaard h.o.h.-maat opgegeven voor deze stalen steunen en wordt de verdeling van dilataties niet meegenomen bij de uitwerking.
In het geval van een metselwerk binnen- en buitenblad dient er goed op gelet te worden dat deze correct verankerd worden. Het is mogelijk dat beide bladen onderling verankerd moeten worden met spouwankers én tevens aan de borstweringssteunen. Dit dient dan ook als zodanig uitgewerkt en uitgevoerd te worden. Blijf in dergelijke situaties er altijd op letten dat het verschil in vervorming tussen het buiten- en binnenblad altijd moet kunnen plaatsvinden en niet belemmerd wordt ter plaatse van de verankeringen. Dit geldt zowel voor het horizontale als het verticale verschil in vervorming. De eenvoudigste manier om dit te realiseren is om ervoor te zorgen dat het binnen- en buitenblad enkel onderling verankerd worden d.m.v. spouwankers met een voldoende grote spouwmaat. Wanneer er ook nog verankerd dient te worden aan borstweringssteunen dan dient voor deze verankering een luchtspouw van minimaal 40 mm aanwezig te zijn.
Het verschil in vervorming moet zonder problemen overal in het detail op kunnen treden. Het opleggen van muurafdekkers op het binnen- en buitenblad is zodoende nooit een goede oplossing, aangezien beide bladen individueel van elkaar moeten kunnen bewegen. Vaak kunnen borstweringssteunen dan ook goed gebruikt worden om muurafdekkers op te bevestigen, eventueel i.c.m. het binnenblad, zodat het buitenblad volledig vrijgehouden kan worden van deze muurafdekkers en de binnen- en buitenconstructie onafhankelijk van elkaar kunnen uitzetten en krimpen.
Verankering van metselwerk aan staal
Uitgangspunten m.b.t. verankering en spouwankers zijn opgenomen in eerdere artikelen in Aannemer. Een belangrijk uitgangspunt is dat er een voldoende grote spouwmaat aanwezig dient te zijn (minimaal 40mm) en daarnaast dat de kwaliteit van spouwankers altijd minimaal RVS A4 (AISI 316) dient te zijn.
Verankering van gevelmetselwerk d.m.v. spouwankers is een constructieve verbinding. Deze dient dus altijd volledig onderbouwd en berekend te worden. De verankering dient te voldoen aan de eisen in de Eurocode, waarbij bij voorkeur met gecertificeerde producten gewerkt wordt. De verankering van metselwerk aan staal levert in dat opzicht de nodige aandachtspunten.
Vastlassen spouwankers
Over het algemeen zijn de staalconstructies waar gevelmetselwerk aan verankerd dient te worden van een andere staalkwaliteit, dan wel verduurzaming, als de RVS A4 van de spouwankers. Het lassen van spouwankers op een staalconstructie kan dus leiden tot contactcorrosie en beschadiging van de verduurzaming van de staalconstructie. Het lassen van spouwankers op een staalconstructie dient exact op lagenmaat te gebeuren, hetgeen betekent dat het in het werk moet gebeuren. Het moge duidelijk zijn dat al deze aspecten een risico vormen ten aanzien van de constructieve verbinding die een spouwanker toch is. Wij adviseren dan ook niet om spouwankers op een staalconstructie vast te lassen, maar te kijken naar alternatieven.
Schieten spouwankers
Het schieten van spouwankers op een staalconstructie elimineert niet de problematiek dat er contactcorrosie kan ontstaan. Daarnaast zijn er in de markt geen gecertificeerde, constructieve geschoten verbindingen. Het vast schieten van spouwankers met een ronde diameter is in principe ook niet mogelijk. Er dienen dan speciale spouwankers toegepast te worden, zoals bijvoorbeeld de GB prefab lijmspouwankers. Veel spouwankerberekeningen zijn gebaseerd op spouwankers met een ronde doorsnede en niet op platte stripankers. Er dienen hiervoor dus speciale berekeningen opgesteld te worden, wanneer deze toegepast moeten worden. Wanneer er spouwankers geschoten moeten worden op een staalconstructie zijn er zodoende nog veel meer zaken waar rekening mee gehouden dient te worden dan in het geval van meer traditionele spouwverankeringen.
Ankers voor borstwerings- en dakrandsteunen
In de markt bestaan speciale spouwankers voor stalen kokers van borstwerings- en dakrandsteunen. Het betreffen spouwankers die gebogen zijn in de juiste vorm van het kokerprofiel en die om de kokers geschoven kunnen worden. Deze spouwankers kunnen dan op de juiste hoogte van de lagenmaat geschoven worden en precies in de juiste lintvoeg van het gevelmetselwerk aangebracht worden. Er zitten beperkingen aan deze spouwankers voor wat betreft spouwmaten en niet alle leveranciers hebben deze spouwankers standaard in hun assortiment zitten. Deze spouwankers kunnen in de hoogte meebewegen met het verschil in zetting van het binnen- en buitenblad. Wanneer de lengte van de metselwerk vlakken beperkt blijft zou er dus een spouwmaat kleiner dan 40mm toegepast kunnen worden. Dit dient natuurlijk wel project specifiek bekeken te worden.
Verankering in hout
Het aanbrengen van houten regels op een staalconstructie is ook een mogelijkheid om gevelmetselwerk aan staal te bevestigen. Vanzelfsprekend moet dit hout voldoen aan de eisen die gesteld worden aan het milieu in een spouwconstructie en daarnaast natuurlijk ook aan de constructieve eisen die er aan gesteld kunnen worden. Het verankeren van spouwankers in een houtconstructie kan met behulp van gecertificeerde spouwankers. Het aanbrengen van houten elementen op een staalconstructie kan ook zodanig uitgewerkt worden dat deze volledig onderbouwd kan worden. Op deze manier is het met houten regels mogelijk om op meerdere posities, eventueel ook aan 2 zijden van een stalen kolom/ligger, verankeringsmogelijkheden voor het gevelmetselwerk te realiseren.
Verticaal metselwerk
Op enkele punten in het artikel zijn al voorwaarden naar voren gekomen die gelden voor het toepassen van een staalconstructie achter verticaal metselwerk. Denk aan de buigtreksterkte van het metselwerk die minder is dan de buigtreksterkte van horizontaal metselwerk bij een horizontale overspanning. Het vergroten van de sterkte van metselwerk kan met behulp van wapening, maar in het geval van verticaal halfsteens verband is dat niet mogelijk, omdat er horizontaal geen doorgaande lintvoegen zijn. Bij verticaal metselwerk resulteert dit zodoende in de praktijk vaak in het dichter bij elkaar plaatsen van de spouwverankeringen. Bij verticaal tegelverband dient er sowieso al metselwerkwapening aangebracht te worden om samenhang in het metselwerk te realiseren. De kans is echter groot dat deze wapening in iedere horizontale voeg aangebracht dient te worden. Spouwankers en metselwerkwapening mogen niet in dezelfde voeg aangebracht worden, waardoor er dan niet verankerd kan worden in de horizontale voegen.
Verankering in horizontale voegen
Spouwankers dienen bij voorkeur in horizontale voegen in het metselwerk aangebracht te worden, omdat de kans dat deze vol en zat gemetseld zijn veel groter is. Tevens is de kans groter dat door het gewicht van de metselwerklagen die hierboven geplaatst worden er een goede (initiële) hechting ontstaat in de horizontale voegen. Wanneer het aanbrengen van spouwankers in de horizontale voegen niet mogelijk is, zoals bijvoorbeeld wanneer er verticaal tegelverband toegepast wordt, dan dienen de spouwankers in de verticale voegen aangebracht te worden. Dit is mogelijk, maar er dient in de praktijk wel rekening gehouden te worden met het feit dat deze verticale voegen dan volledig vol en zat gemetseld worden. Een goede (initiële) hechting van deze voegen is vanzelfsprekend van groot belang, zodat het verticale tegelverband als het belast wordt niet al scheurt en de spouwverankering de belasting correct kan overbrengen naar de achterconstructie.
Verankeringsmogelijkheden
Wanneer bovenstaande aandachtspunten m.b.t. verticaal metselwerk in acht genomen worden dient er nog uitgewerkt te worden waar, hoe, en welke spouwankers aangebracht kunnen worden. Het toepassen van spouwankers rond stalen kokers is geen optie, aangezien deze in horizontale voegen aangebracht moeten worden. Bij verticaal tegelverband is dit niet mogelijk, omdat metselwerkwapening moet worden aangebracht in de horizontale voegen. In het geval van verticaal halfsteens verband is het over het algemeen niet mogelijk, omdat de horizontale voegen niet breed genoeg zijn en waarschijnlijk niet op de juiste plek zitten om het spouwanker, zonder te verbuigen in de spouw, aan te kunnen brengen.
Over het algemeen dient er zodoende gekeken te worden naar alternatieven. Een houten constructie aan de staalconstructie kan dan bijvoorbeeld voorzien in verankeringsmogelijkheden op de gewenste plaatsen. Dit dient project specifiek verder uitgewerkt te worden.
Samenvattend
Al met al zijn er dus heel veel voorwaarden en aandachtspunten waarmee rekening gehouden moet worden bij de voorbereiding van een project met gevelmetselwerk en een staalconstructie. Veel zaken worden in een vroeg stadium van de uitwerking van een project nog niet gedetailleerd uitgewerkt, waardoor deze blijven liggen tot vlak voor of in het begin van de uitvoering. Dan blijkt vaak dat er een aantal punten zijn waar op dat moment niets meer aan gedaan kan worden of alleen met aanpassingen die veel hogere kosten met zich meebrengen dan begroot. Het is dus van belang om (ruim) voor de uitvoeringsfase ervan bewust te zijn dat het aanbrengen van gevelmetselwerk aan een staalconstructie zeker wel mogelijk is, maar de nodige voorwaarden met zich meebrengt en dus aandacht vereist. Een aantal zaken die normaal pas later in het proces uitgewerkt worden, dienen zodoende naar voren getrokken te worden in de uitwerking van het project.
Aandachtspunten met betrekking tot de uitwerking van gevelmetselwerk in combinatie met stalen binnendozen wordt in een volgend artikel behandeld.
Wilt u het artikel downloaden/opslaan, hier vind u het gescande artikel
