Liggers onder de staalplaat-betonvloeren

Als de stalen liggers niet constructief samenwerken met de staalplaat-betonvloer, dan is de kritieke staaltemperatuur hier te bepalen.

Met deze kritieke staaltemperatuur en de profielfactor kan de leverancier de benodigde bekledings- of verflaagdikte bepalen voor een brandwerendheid van 60 minuten.

Doorgaans is er bijvoorbeeld door de aanwezigheid van stiftdeuvels wél sprake van constructief samenwerken tussen de vloer en de ligger. We spreken dan van een staal-betonligger.

Bij statisch bepaalde staal-betonliggers neemt de drukcapaciteit van de betonnen bovenzijde tijdens brand (verhitting aan de onderzijde) niet of nauwelijks af. Aan de onderzijde warmt het staalprofiel wel fors op. Hierbij neemt de trekcapaciteit van de stalen ligger in gelijke mate af als de momentcapaciteit van dezelfde ligger die op buiging is belast. Dit betekent dat de brandwerendheid ongeveer hetzelfde is, zo ook de benodigde bekledings- of verflaagdikte voor  60 minuten brandwerendheid.

De kritieke staaltemperatuur van statisch bepaalde liggers kan worden berekend met een ontwerpmethode op basis van de plasticiteitstheorie. Deze methode is een vereenvoudiging van de rekenmethode in NEN-EN 1994-1-2, maar levert vrijwel dezelfde, nauwkeurige antwoorden.

Een toetsingsberekening moet volgens 4.3.4.2.4 van NEN-EN 1994-1-2 worden uitgevoerd, zie rekenvoorbeeld 2.12 in het boek Staal-beton¹.

De vereenvoudiging is dat de temperatuur in het gehele staalprofiel gelijk wordt verondersteld, terwijl in werkelijkheid iets hogere temperaturen in de onderflens en lagere in de bovenflens optreden. Het moment M_θ dat optreedt tijdens het buitengewone belastinggeval brand, volgt uit de belastingen bij brand q_θ – klik hier voor meer informatie – en de overspanning .

Voor een kantoor met permanente vloerbelasting g_k en veranderlijke vloerbelasting q_k en combinatiefactor Ψ₂ = 0,3 volgens NEN-EN 1990+NB is dit:

De momentcapaciteit van een staal-betonligger wordt bij brand bepaald door de trekkracht in de stalen ligger T⁺ en de hefboomsarm. (De hefboomsarm is de afstand tussen het hart van de ligger en het midden van de betondrukzone). De hoogte van de betondrukzone h_u is gelijk aan de trekkracht in de stalen ligger T⁺ en het product van de effectieve breedte b_eff (=/4) en de cylinderdruksterkte f_c.

Een rekenvoorbeeld is hier te bekijken.

Meer informatie over de rekenmethode in NEN-EN 1994-1-2 is hier te vinden.

Recent onderzoek laat zien dat het gedrag van de liggers in samenhang met de staalplaat-betonvloer veel gunstiger is dan wanneer – zoals tot nu toe gebruikelijk – het gedrag van een afzonderlijke ligger wordt beschouwd. Klik hier voor meer informatie.

1 J.W.B. Stark, R.J. Stark, ‘Staal-beton’, ‘Toepassing en berekening van staal-betonconstructies voor gebouwen volgens Eurocode 4 bij normale temperatuur en brand. Bouwen met Staal, Zoetermeer, 2009, 217 p., ISBN 978-90-72830-83-8. (NL-versie of vernieuwde EN-versie).