Staal-betonconstructies
Deel 3 : controle van de gebruiksgrenstoestanden bij staalplaat-betonvloeren volgens Eurocode 4 2005/04.06

Nuttige informatie
Nuttige documenten
Staal-betonconstructies moeten ontworpen worden volgens de regels, beschreven in Eurocode 4 (EC 4). De rekenregels voor de dimensionering van staal-betonelementen in de uiterste grenstoestanden en de gebruiksgrenstoestanden werden reeds in detail toegelicht in twee vorige artikels. In deze bijdrage gaan we dieper in op het belang van de gebruiksgrenstoestanden bij de dimensionering en de uitvoering van staalplaat-betonvloeren.

1. Inleiding

Staalplaat-betonvloeren bestaan uit een koudvervormde geprofileerde staalplaat waarop beton wordt gestort. Na de verharding van het beton werkt het geheel als een composietmateriaal, waarbij de staalplaat dienst doet als uitwendige trekwapening. De vereiste brandweerstand kan verzekerd worden door het plaatsen van bijlegwapening in de ribben. Boven de tussensteunpunten wordt doorgaans een traditionele trekwapening voorzien.

Staalplaat-betonvloer tijdens de uitvoeringsfase.
Dergelijke gemengde vloeren worden voornamelijk toegepast in stalen draagsystemen, maar kunnen ook gecombineerd worden met een betonnen structuur of met metselwerk (vooral bij renovatie).

Staalplaat-betonvloeren bieden vooral bij de uitvoering een aantal voordelen ten opzichte van klassieke vloersystemen (zoals welfsels en ter plaatse gestort beton). Doordat de staalplaten op de bouwplaats in bundels geleverd worden, nemen ze bijvoorbeeld minder opslagruimte in. Daarnaast kunnen ze, dankzij hun geringe eigengewicht, manueel worden uitgespreid. Indien de platen tijdens de uitvoeringsfase beloopbaar zijn, is het bovendien mogelijk meerdere verdiepingen tegelijkertijd (zonder onderstempeling) voor te bereiden alvorens het beton wordt gestort. Deze werkwijze resulteert in een meer flexibele planning en een grotere bouwsnelheid.

2. Constructiefasen en gebruiksgrenstoestanden

Hoewel de uiterste grenstoestanden (UGT) dikwijls bepalend zijn voor de berekening van structuren, zijn de gebruiksgrenstoestanden (GGT) voor staal-betonconstructies minstens even belangrijk. De mogelijkheden en/of beperkingen bij de uitvoering hebben immers een niet te onderschatten invloed op het ontwerp van staal-betonconstructies. De uiteindelijke keuze van het ontwerp hangt onder meer af van de te verwezenlijken overspanning, van het feit of het gebruik van kinderliggers toegestaan is en van de mogelijkheid tot onderstempeling van de staalplaat tot de verharding van het opgestorte beton. Aangezien de geprofileerde staalplaat en het beton in de verschillende constructiefasen telkens een andere functie vervullen, is het belangrijk de specifieke gebruiksvoorwaarden te controleren.

2.1. Koudvervormde geprofileerde staalplaat als bekisting

Storten van beton op een koudvervormde geprofileerde staalplaat.

De koudvervormde geprofileerde staalplaat fungeert in eerste instantie als werkvloer en als blijvende bekisting en moet in staat zijn om de belastingen die optreden tijdens de werkzaamheden, het gewicht van de verse betonspecie evenals de bijlegwapening te dragen. Tijdens de bekistingsfase dient men erop toe te zien dat de doorbuiging van de staalplaat onder het gewicht van het verse beton beperkt blijft. Deze doorbuiging is na de verharding van het beton immers niet omkeerbaar, waardoor de totale vervorming van de staalplaat-betonvloer onder gebruiksomstandigheden verhoogt. Vermits de stijfheid van de staalplaat eerder gering is, zijn de te verwezenlijken overspanningen beperkt. Zonder bijkomende onderstempeling bedragen laatstgenoemde zo'n 3 tot 4 m. Indien men in de uiteindelijke constructie grotere overspanningen wenst te bereiken, kan geopteerd worden voor het gebruik van kinderliggers of voor de onderstempeling van de staalplaat tijdens het storten.

2.2. Staalplaat-betonvloer

Na de verharding van het beton vormt de vloer een monolithisch geheel, waarbij het beton de drukspanningen opneemt en de staalplaat fungeert als uitwendige trekwapening. In deze fase dient men de volgende grenstoestanden onder gebruiksomstandigheden te controleren :
  • de doorbuiging onder invloed van de gebruiksbelasting. Bij platen die onderstempeld werden tijdens de constructiefase kan de overspanning van de staalplaat-betonvloer na het wegnemen van de onderstempeling immers twee- tot driemaal groter worden. Rekening houdend met de te beschouwen gebruiksbelastingen, neemt de doorbuiging dus behoorlijk toe, zodat de weerslag van deze GGT op het ontwerp groter wordt
  • de scheurvorming in de zones waar het beton onderworpen wordt aan trekspanningen. Deze situatie treedt voornamelijk op boven de tussensteunpunten van een doorlopende staalplaat-betonvloer
  • de beperking van de trillingen.

3. Controle van de gebruiksgrenstoestanden

Meerverdiepingsgebouw : uitvoering.

In een uitgebreid artikel dat weldra zal verschijnen in de WTCB-Dossiers nr. 4/2005 wordt het belang van de gebruiksgrenstoestanden bij de dimensionering en de uitvoering van staalplaat-betonvloeren verduidelijkt. De controle van de GGT gebeurt volgens de rekenregels, beschreven in Eurocode 4.

Het SIRIUS-project
Het door het IWT gesubsidieerde SIRIUS-project (Scientific Integrated Research Into Utility on Steeldeck composite floors) werd in oktober 2002 opgestart in het kader van het HOBU-fonds en wordt sedert september 2004 verdergezet via het TETRA-project 'Integratie van staalplaat-betonvloeren in het bouwproces'.

Dit project streeft naar de verdere ontwikkeling en het verspreiden van kennis omtrent staalplaat-betonvloeren. Dit gebeurt voornamelijk door het uitgeven van infobrochures, via de website www.staalplaatbetonvloeren.be, het geven van voordrachten en de organisatie van studiedagen.

Het WTCB, meerbepaald via de Normen-Antenne 'Eurocodes', verleent zijn actieve medewerking aan het SIRIUS-projectteam. Dit gebeurt voornamelijk binnen de gebruikerscommissie.





A. Van Gysel, dr. ir.
docente, Hogeschool voor Wetenschap & Kunst - De Nayer Instituut
projectleider SIRIUS

B. Parmentier, ir.
laboratoriumhoofd, laboratorium 'Structuren, Schrijnwerk en Gevelelementen'
WTCB
NA Eurocodes http://www.normen.be/eurocodes