Staal-betonconstructies

^{Rechtbank Amsterdam (KAAN Architecten, ABT, CSM, © Fernando Guerra).}

Het combineren van staal met beton zorgt voor een hogere draagkracht bij kamertemperaturen én bij brand. En dat tegen relatief geringe kosten en met behoud van de expressiviteit van de (staal)constructie.

Voorbeelden van staal-betonconstructies zijn betongevulde stalen buizen, stalen walsprofielen met beton tussen de flenzen en staalplaat-betonvloeren.

Betongevulde en -omgehulde buizen
Betongevulde stalen buiskolommen bezitten een brandwerendheid van 30 minuten, óók als het beton ongewapend is en de kolom relatief slank.

Een hogere brandwerendheid (60, 90, 120 minuten) is afhankelijk van de belasting bij brand, de wanddikte en kniklengte van de kolom, de betonkwaliteit (bijvoorbeeld C20, C30 of C40) en het wapeningspercentage (bijvoorbeeld 1 á 2%, 2 á 3% of 3 å 5%).
Voor 90 of 120 minuten is wapening nodig. Voor 60 minuten hangt dit af van de maat van de kolom (liefst niet te slank, met geringe wanddikte), de belasting en de betonkwaliteit.

Naast vullen met beton is het ook mogelijk om stalen kolommen en liggers, zoals H-profielen, geheel of gedeeltelijk te omstorten met beton.

RGD Kantoor Kennemerplein, Haarlem (Rudy Uytenhaak + partners architecten): om te voldoen aan de brandwerendheidseis van 90 minuten voor de hoofddraagconstructie, zijn de kolommen van het staalskelet gevuld met gewapend beton. Ze blijven onbekleed. Dat geldt ook voor de stabiliteitsverbanden, met uitzondering van het windverband op de scheiding van de brandcompartimenten. De onderflenzen van de geïntegreerde liggers zijn bekleed met brandwerende plaat. Lijf en bovenflens van de ligger worden beschermd door de kanaalplaatvloer.

Staalplaat-betonvloeren
Staalplaat-betonvloeren kunnen 60–120 minuten brandwerend zijn zónder aanvullende brandwerende bekleding (bespuiting, beplating).
De aanwezige (krimp)wapening zorgt doorgaans al voor een brandwerendheid van 60 minuten. Een hogere brandwerendheid is haalbaar door extra wapening.

Kantoorgebouw Da Vinci, Zwolle (Maas Architecten): voor de verdiepingvloeren – geen onderdeel van de hoofddraagconstructie – gold een brandwerendheidseis van 60 minuten. De 300 mm dikke (hoge) staalplaat-betonvloeren halen deze eis door (extra) wapeningsstaven in de ribben. De onderzijde van de vloer blijft onbehandeld, inclusief onderflenzen van de liggers. De relatief dikke lijven van deze liggers (HEA en ASB) compenseren het sterkteverlies van de onderflenzen bij brand.

Bepalen brandwerendheid
Voor het bepalen van de brandwerendheid zijn betrouwbare methoden voorhanden, waaronder de SG/CS/CUR- en ECCS-rapportenserie als aanvulling op de Eurocode NEN-EN1994-1-2 met eenvoudige rekenregels en tabellen. Geavanceerde rekenmethoden maken het mogelijk om de gehéle constructie op brandwerendheid te beoordelen.
Schaalproeven in Cardington en Metz hebben aangetoond dat staal-betonconstructies – door de interactie tussen de verschillende onderdelen – een hogere brandwerendheid halen dan blijkt uit toetsing van losse componenten.

Warm aanbevolen Ontwerpen Eisen Oplossingen – intro Dimensioneren 4e. Betongevulde buiskolommen 5c. Liggers met lage staalplaat-betonvloeren Regelgeving NEN-EN 1994-1-2 Eurocode 4. Ontwerp en berekening van staal-betonconstructies. Deel 1-2. Algemene regels. Ontwerp en berekening van constructies bij brand, 2011 + C1/A1, 2014 en Nationale Bijlage, 2007 Publicaties Fire (Eurocode 3) boek, Bouwen met Staal, 2021 Verdiepingbouw met staal – ontwerpwerk voor architecten, hoofdstuk 2, p. 18-36 Staal-beton – Toepassing en berekening van staal-betonconstructies voor gebouwen volgens Eurocode 4 bij normale temperatuur en brand Artikelen Ruimere mogelijkheden berekening betongevulde stalen buiskolommen Bouwen met Staal 222 (2011), p. 56-60 Integrale keuze van vloeren loont – stalen vloerconcepten Bouwen met Staal 203 (2008), p. 50-55 Grote brandproef demonstreert brandveiligheid staalplaat-betonvloer Bouwen met Staal 201 (2008), p. 46-47 Praktijkervaringen met staal-betonconstructies Bouwen met Staal 183 (2005), p. 40-45 Bouwteam kiest voor snelheid van staal – Kantoorgebouw Da Vinci Bouwen met Staal 161 (2001), p. 38-42 Hybride draagconstructie heeft grote potentie – Kantoorgebouw Kennemerplein Bouwen met Staal 134, p. 42-50 Betongevulde buiskolommen Bouwen met Staal 116 (1994), p. 17-21 Staal-betonconstructies in de utiliteitsbouw Bouwen met Staal 86 (1988), p. 27-30 • Staalplaat-betonvloeren bij brand Bouwen met Staal 69 (1984), p. 40-47 Brandveiligheid staal-betonkolommen Bouwen met Staal 63 (1983), p. 9-11 Toepassing van buisprofielen bij staal-betonkolommen. Beoordeling van het gedrag bij brand. Bouwen met Staal 60 (1982), p. 9-17 Tools Toetsing betongevulde buiskolommen met Potfire, versie 3,2