Mechanica

Toepassingen in de bouw en waterbouw

Mechanica

Toepassingen in de bouw en waterbouw

VSSD

Ir. F. Vink

© VSSDVierde druk 1998, 2000, 2002, 2005, 2008

Uitgegeven door:VSSDLeeghwaterstraat 42, 2628 CA Delft, The Netherlandstel. +31 15 2782124, telefax +31 15 2787585, e-mail: hlf@vssd.nlInternet: http://www.vssd.nl/hlf.URL over dot boek: http://www.vssd.nl/hlf./f008.htm

Voor docenten die dit boek in cursusverband gebruiken zijn de illustratiesvan het boek digitaal beschikbaar. Men kan de collectie aanvragen bijhlf@vssd.nlAlle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveel-voudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaargemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch,door fotokopieën, opnamen, of op enige andere manier, zonder vooraf-gaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored ina retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic,mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the priorwritten permission of the publisher.

ISBN 978-90-71301-47-6NUR 955Trefw.: mechanica, constructieleer.

4

Woord vooraf

De resultaten van wetenschappelijk onderzoek op het gebied van construc-ties worden zo ongeveer om de tien jaar toegankelijk gemaakt doorherziening van de Technische Grondslagen voor de berekening vanBouwconstructies (TGB).Mijn jarenlange ervaring, eerst als constructeur/architect, later ook alsdocent, heeft mij tot het inzicht gebracht dat:- uitvoerige behandeling van de TGB in het onderwijs, van welk niveau

dan ook, didactisch onverantwoord is. Het moet wel leuk blijven.- de TGB voor het onderwijs veel te omvangrijk is geworden en niet meer

in de leerplannen past.- slechts een beperkt aantal afgestudeerden later met de TGB in aanraking

komt. Zij kunnen zich autonoom of via applicatiecursussen verderbekwamen.

- voor een doeltreffend technisch-constructieve opleiding de ontwikkelingvan het denkvermogen belangrijker is, dan een min of meer encyclo-paedisch overzicht van de constructie-techniek.

De laatste uitspraak is van Ir .I.W. Nortier wiens leerstof aan de basis vandit boek heeft gestaan.

Waarom dan toch in deze druk een aantal wijzigingen die het gevolg zijnvan de laatste herziening van de TGB ? Daarvoor zijn een aantal redenen:- de TGB lanceert de "Unity Check". De belasting op de constructie,

gedeeld door de weerstand die de constructie kan bieden, moet kleinerzijn dan 1. Dat is een andere benadering dan in de TGB 1972; ziehoofdstuk 11 van dit boek. Het begrip toelaatbare spanning is daarmeevolledig weg. Voor alle materialen wordt nu op dezelfde maniergerekend.

- de sterktewaarden zijn, als gevolg van voortgaand onderzoek, nogalgewijzigd.

- een student mag geen begrippen en vaardigheden leren die later in strijdblijken te zijn met de dan geldende werkelijkheid.

Het mechanicadeel van dit boek is vanzelfsprekend onveranderd. In hetconstructieleer-deel wordt steeds getoetst of de berekende waarden aan desterkte-en vervormingseisen voldoen.De uitwerking van de vele opdrachten kan opnieuw worden getoetst, omdatook het antwoordenboekje aangepast gaat worden.

De doelstelling was een boek dat op MBO/KOB-niveau kan wordengebruikt. Didactisch verantwoord, inhoudelijk juist, goed van omvang endoor een andere uitgever leuk en goedkoper gepresenteerd. Ik meen dat dieopzet is geslaagd, maar er kan over gediscussiëerd worden.

Het boek is ook geschikt om HAVO/VWO-abituriënten, in bouw-encivieltechnisch opzicht, op MTS-niveau te brengen.

Moordrecht 1998-2005 Ir.F.Vink

Bij de herdruk van 2008

In deze herdruk zijn nog enkele kleine correcties aangebracht ten opzichtevan de versie uit 2005.Op de URL http://www.vssd.nl/hlf/f008.htm is voorts aanvullend oefen-materiaal te vinden; in die oefeningen wordt aandacht besteed aan hetconstructief gebruik van gerecycled kunststof en aan het bouwen vanamfibiewoningen.Reeuwijk 2008 Ir.F.Vink

5

I DE BELANGRIJKSTE HISTORISCHE CONSTRUCTIEVORMEN

1 Architraafbouw 13

2 Boogbouw 17

3 Verdere ontwikkelingen 20

II STATICA EN STERKTELEER

Symbolenlijst 24

4 Kracht, spanning, massa, gewicht, soortelijk gewicht, wrijving 254.1 Kracht en beweging 25

4.1.1 Eigenschappen 284.1.2 Belasting 29

4.2 Opdrachten 294.3 Spanning 324.4 Massa en gewicht 334.5 Soortelijke massa 34

4.5.1 Vragen 344.6 Wrijving 34

4.6.1 Hellingen 354.7 Opdrachten 36

5 Momenten, momentenstelling 395.1 Momenten 39

5.1.1 Afspraken ten aanzien van momenten en koppels 415.2 Momentenstelling 415.3 Opdrachten 42

6 Evenwichtsvoorwaarden 476.1 Evenwichtsvoorwaarden 476.2 ÂFv = 0 476.3 ÂFh = 0 496.4 ÂM = 0 496.5 Opdrachten 50

7 Opleggingen 527.1 Oplegreacties 527.2 Soorten opleggingen 52

7.2.1 Roloplegging 527.2.2 Scharnierende oplegging 527.2.3 Inklemming 53

Inhoud

6

Vink 2005 15-04-2005, 13:302-3

7.3 Berekenen van reacties 537.3.1 De grafische methode 537.3.2 De analytische methode 54

7.4 Opdrachten 56

8 Dwarskracht en dwarskrachtenlijn 588.1 Dwarskrachten 588.2 Dwarskrachtenlijn 608.3 Opdrachten 61

9 Buigend moment en momentenlijn 639.1 Inleiding 639.2 Buigend moment 649.3 Momentenlijn 659.4 Opdrachten 67

10 Normaalkrachten 7110.1 Normaalkrachten 7110.2 Opdrachten 71

11 Sterkte en spanningen 7211.1 Inleiding 7211.2 Drukspanning 7411.3 Trekspanning 7411.4 Schuifspanning 7511.5 Opdrachten 75

12 Elasticiteit 7912.1 Lengteverandering 7912.2 Elasticiteitsmodulus 8012.3 Spanning-rekdiagrammen 8212.4 Opdrachten 82

13 Lineaire uitzetting 8313.1 Lengteverandering 8313.2 Lineaire-uitzettingscoëfficiënt 8413.3 Het verband tussen lineaire-uitzettingscoëfficiënt en

lengteverandering 8413.4 Exponenten 8513.5 Opdrachten 86

14 Buigend moment, buigspanning 8714.1 Buigspanning 8714.2 Spanningen tengevolge van M 8814.3 De homogene rechthoekige doorsnede 8814.4 Opdrachten 90

15 Weerstandsmoment 9115.1 Weerstandsmoment 9115.2 Opdrachten 93

16 Traagheidsmoment 9416.1 Traagheidsmoment 9416.2 Opdrachten 96

17 Dwarskracht en schuifspanning 9717.1 Dwarskracht en dwarskrachtenlijn 9717.2 Schuifspanningen tengevolge van de dwarskracht 9717.3 Opdrachten 102

7

Vink 2005 15-04-2005, 13:302-3

18 Knik 10318.1 Knikspanning 10318.2 Slankheid 10418.3 Opdrachten 105

19 Bouwfysica 10719.1 Warmte 107

19.1.1 Warmtebalans 10719.1.2 Warmteweerstand 10819.1.3 Temperatuurverloop 109

19.2 Vocht 11119.2.1 Soorten vocht 11119.2.2 Luchtvochtigheid 11119.2.3 Condensatie 11219.2.4 Vermijden van condensatie 113

19.3 Geluidintensiteit en geluidsniveau 11619.4 Toonhoogte 11619.5 Lawaaibestrijding 116

19.5.1 Geluidsabsorptie 11619.5.2 Geluidsisolatie 116

19.6 Licht 11819.7 Opdrachten 119

III CONSTRUCTIELEER, THEORIE EN PRAKTIJK

20 Hout 12320.1 Inleiding 12420.2 Sterktewaarden 12420.3 Spanningen 12420.4 Krimpen en zwellen 125

20.4.1 Manieren van zagen 12520.4.2 Krimpen 12520.4.3 Zwellen 127

20.5 Elasticiteit en uitzetting 128

21 Steen 12921.1 Algemeen 12921.2 Sterktewaarden 129

21.2.1 Druksterkten en soortelijke massa 12921.2.2 Trekspanning 13121.2.3 Schuifsterkte 13221.2.4 Buigspanning 13221.2.5 Druksterkte in verband met knikgevaar 132

21.3 Elasticiteit 13221.4 Uitzetting 13221.5 Krimp 13321.6 Mortels 13421.7 Opdrachten 134

22 Staal 13522.1 Spanningen / sterkte 13522.2 Sterkte 135

22.2.1 Druksterkte 13522.2.2 Treksterkte 13522.2.3 Schuifsterkte 13522.2.4 Buigsterkte 13522.2.5 Ideële spanning 13522.2.6 Kniksterkte 135

8

Vink 2005 15-04-2005, 13:304-5

22.3 Elasticiteit 13622.4 Uitzetting 13622.5 Soortelijke massa 13722.6 Construeren in staal 137

23 Gewapend beton 13823.1 Materialen 138

23.1.1 Gewapend beton = beton + staal 13823.1.2 Wapening 13823.1.3 Water 13823.1.4 Mengverhouding (in maatdelen) 139

23.2 Spanningen 13923.2.1 Principe van de krachtsoverdracht 13923.2.2 Schuifspanning 140

23.3 Opdrachten 144

24 Voorgespannen beton 14524.1 Materialen; sterkte 14524.2 Principe van de krachtoverdracht 14524.3 Verschillende systemen van verankering en voorspanning 14724.4 Materiaalbenutting 14824.5 Opdrachten 150

25 Grond 15125.1 Grondsoorten; soortelijke massa’s 15125.2 Spanningen; grondboring en sondering 15225.3 Spanningsgebieden 15225.4 Opdrachten 15525.5 Zetting 15625.6 Vorstgrens 15725.7 Toelaatbare grondspanning 15725.8 Horizontale belasting door grond en water 157

25.8.1 Waterspanning 15825.8.2 Gronddruk; korrelspanning 15925.8.3 Invloed van de bovenbelasting 161

25.9 Uitlevering en inklinking 16225.10 Opdrachten 163

26 Funderingen 16426.1 Funderingstypen 16426.2 Fundering op staal 16426.3 Fundering op palen 169

26.3.1 Algemeen 16926.3.2 Afmetingen en draagvermogen van palen i.v.m.

de sterkte 17026.3.3 Draagvermogen en sondccrweerstand 17026.3.4 Kleef 17226.3.5 Zettingen 173

26.4 Samenvatting 17426.5 Vragen 175

27 Vloeren, liggers 17627.1 Algemeen 17627.2 Stijlheidseisen 176

27.2.1 Houten liggers 17627.2.2 Stalen liggers 17727.2.3 Gewapend-betonliggers 177

27.3 Verbindingen 17827.3.1 Scharnierverbinding of -oplegging 178

9

Vink 2005 15-04-2005, 13:304-5

27.3.2 Roloplegging 17827.3.3 Inklemming of stijve-hoekverbinding 17927.3.4 Slappe verbinding 180

27.4 Vloeren en liggers 18127.4.1 Doorsneden 18127.4.2 Vuistregels 18227.4.3 Gewapend-betonbalken en -platen 18327.4.4 Profielbalken 184

27.5 Scheurvorming en bouwfysische problemen 18727.6 Samenvatting 19027.7 Vragen 191

28 Wanden, kolommen, stabiliteit, muuropeningen 19228.1 Algemeen 192

28.1.1 Massieve bouw 19228.1.2 Skeletbouw 192

28.2 Stabiliteit 19228.3 Dragende muren 19928.4 Geluidsisolatie 20028.5 Gevels 202

28.5.1 Warmteisolatie 20228.5.2 Warmteaccumulatie 20228.5.3 Condensatie 202

28.6 Scheurvorming in wanden 20428.7 Overspannen van muuropeningen 206

28.7.1 Boogconstructie 20628.7.2 Strek en rollaag 21128.7.3 Latei 21228.7.4 Bouwfysische en uitvoeringstechnische

moeilijkheden bij lateiconstructies 21328.8 Kruip 21528.9 Vragen 215

29 Daken 21629.1 Belasting en constructie 21629.2 Isolatie van daken 217

29.2.1 Platte daken 21729.2.2 Andere dakvormen 221

30 Constructieve vormgeving 22230.1 Algemeen 22230.2 Voorbeelden 222

31 Opdrachten (algemene herhaling) 231

TABELLEN

I Waarden materiaaleigenschappen 244

IIA Profielgegevens van ongeschaafd Europese naaldhout 245

IIB Profielgegevens van vierzijdig geschaafd Europese naaldhout 245

III Pijpprofielen 246

IV IPE-profielen 247

V Breedflensbalken met parallelle flenzen, HE...A 248

VI Breedflensbalken met parallelle flenzen, HE...B 249

Index 250

10

Vink 2005 15-04-2005, 13:306-7

Scanner

Scanner

Scanner