Gevelmetselwerk aan stalen binnendozen

Gevelmetselwerk dat voor een stalen binnendoos of stalen sandwichelement geplaatst wordt, kom je steeds meer tegen. Niet alleen in de utiliteitsbouw, zoals bij sportcomplexen, maar ook in de woningbouw is het een vaker gekozen gevelconstructie. In een eerder artikel over gevelmetselwerk aan een staalconstructie werd al duidelijk dat deze combinatie de nodige aandacht verdient. Ook bij de combinatie gevelmetselwerk en stalen binnendozen zijn er speciale eisen.

Stalen binnendozen worden eigenlijk altijd toegepast in combinatie met een staalconstructie. In het artikel ‘Gevelmetselwerk aan een staalconstructie’ (Aannemer 7, 2021) zijn voor deze combinatie de belangrijkste aandachtspunten opgenomen. Een aantal punten zullen in dit artikel terugkomen. Wij raden daarom aan om ook het artikel uit Aannemer 7 te lezen.

Doorbuiging en verankering

In het geval van stalen binnendozen of stalen sandwichelementen en een staalconstructie, zal het over het algemeen niet mogelijk zijn om het gevelmetselwerk enkel aan de staalconstructie te verankeren. Het gevelmetselwerk wordt dan meestal alleen aan de stalen binnendozen verankerd, waarbij vaak gebruikgemaakt wordt van omegaprofielen op de stalen binnendozen. In dit soort situaties moet wat betreft vervormingen rekening gehouden worden met het feit dat niet alleen de stalen binnendozen doorbuigen, maar ook de staalconstructie. Voor het gevelmetselwerk is dan belangrijk dat de maximaal optredende bijkomende doorbuiging van de totale achterconstructie niet te groot wordt. Zoals in het artikel over gevelmetselwerk en staalconstructies aangegeven, mag deze in de hoogte (verticaal) niet meer bedragen dan 1/500 van de overspanning bij een verdiepingshoogte van circa 2,6 meter, dus maximaal 5 mm. In de breedte van het gevelvlak (horizontaal) is dit 1/1000 van de overspanning met een maximum van 4 mm. In het geval van stalen binnendozen moet er dus gekeken worden naar de maximale bijkomende doorbuiging van deze binnendozen (op het punt waar verankerd wordt), in combinatie met de maximale bijkomende doorbuiging van de staalconstructie. Staalconstructies mogen veel vervormen en stalen binnendozen zelfs nog meer. De voor het materiaal zelf toelaatbare vervormingen zijn veel groter dan metselwerk op kan nemen. Een goede controle op de maximaal toelaatbare vervormingen van het gevelmetselwerk is nodig om te voorkomen dat het gaat scheuren.

Optimalisatie

De doorbuiging van stalen binnendozen is over het algemeen te groot om gevelmetselwerk op een traditionele wijze aan te verankeren, zoals dat wel kan in het geval van een steenachtig binnenblad. Een optimalisatie van de verankeringen is dan vereist. Een voorbeeld hiervan is het aanbrengen van verankeringsmogelijkheden op een maximale afstand van de staalconstructie, waar de opgetelde, maximale bijkomende doorbuiging nog binnen de eisen valt die het gevelmetselwerk kan volgen. Dit kan dan bijvoorbeeld resulteren in het aanbrengen van verankeringsmogelijkheden op 1 meter uit de stalen kolommen.

Maximale afstand tussen verankeringsvoorzieningen

De op de stalen binnendozen aangebrachte verankeringsvoorzieningen (bijvoorbeeld omegaprofielen) worden over het algemeen aangebracht op grotere afstanden dan de standaard maximale h.o.h.-afstand van 0,625 meter voorspouwankers. Als deze afstand groter is, moet het gevelmetselwerk getoetst worden of het sterk genoeg is om deze afstand te overspannen. Dit zal afhankelijk zijn van de buigtreksterkte van het gevelmetselwerk en natuurlijk de op te nemen belastingen. Als het gevelmetselwerk deze overspanning niet zelf kan maken, kan gekeken worden of het aanbrengen van metselwerkwapening een optie is om de overspanning te realiseren. De hoeveelheid aan te brengen, constructieve metselwerkwapening moet berekend worden en overeenkomstig de uitgangspunten en resultaten van deze berekeningen uitgevoerd worden. Deze berekeningen worden gemaakt op basis van de Eurocode NEN-EN 1996-1 en de toe te passen metselwerkwapening dient te voldoen aan de eisen in het normblad NEN-EN 845-3.

Een andere mogelijkheid zou kunnen zijn dat de stalen binnendozen in combinatie met de staalconstructie dermate stijf gemaakt worden dat de maximale, bijkomende doorbuiging van de stalen binnendozen opgeteld bij die van de staalconstructie binnen de eisen blijft voor gevelmetselwerk. Vanzelfsprekend wordt dan de verdere uitwerking van het gevelmetselwerk een stuk gemakkelijker, niet alleen qua verankering en maximale afstand tussen verankeringsmogelijkheden, maar ook ten aanzien van de aandachtspunten die hierna nog aan de orde komen.

Dilateren gevelmetselwerk met stalen binnendozen

De basisuitgangspunten voor het dilateren worden in het hierboven genoemde artikel over gevelmetselwerk aan een staalconstructie volledig beschreven. Ook in het geval van stalen binnendozen geldt dat de plaatsing van dilataties afgestemd moet zijn op de verankeringsvoorzieningen en desterkte van het gevelmetselwerk in de beschouwde overspanningsrichting. Wanneer een maximale afstand tussen de verankeringsvoorzieningen is vastgesteld, is het van belang dat deze niet verder dan 0,2 meter uit de randen van het metselwerkvlak zitten. Hiermee moet ook rekening gehouden worden bij de verdeling van de dilataties. Als er staand metselwerk wordt toegepast vereist dit nog meer aandacht, ook in relatie tot de positie van dilataties. Deze aspecten zijn terug te vinden in het eerder genoemde artikel. Vanzelfsprekend dienen alle aspecten integraal meegenomen te worden in de verdere uitwerking van het gevelmetselwerk.

Verankering

Voor de verankering van gevelmetselwerk aan stalen binnendozen wordt vaak gebruikgemaakt van omegaprofielen die geplaatst worden op de stalen binnendozen. Meestal wordt er dan ook gekozen voor het aanbrengen van platte strip spouwankers. Zoals te lezen in het artikel over gevelmetselwerk aan staalconstructies zijn er hier een aantal zaken die nader uitgewerkt moeten worden: “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 vastschieten van spouwankers met een ronde diameter is in principe ook niet mogelijk. Er dienen dan speciale spouwankers toegepast te worden, zoals de GB prefab lijmspouwankers. Veel spouwankerberekeningen zijn gebaseerd op spouwankers met een ronde doorsnede en niet op platte stripankers. Bij toepassing hiervan moeten dan ook speciale berekeningen opgesteld worden. Wanneer er spouwankers geschoten moeten worden op een staalconstructie, zijn er dus veel meer zaken waarmee rekening gehouden moet worden dan bij toepassing van de meer traditionele spouwverankeringen.”

Spouwankers en omegaprofielen

De spouwankerberekeningen voor spouwankers bestaande uit een platte strip dienen altijd opgezet te worden door een partij die hier ervaring mee heeft en moeten gecontroleerd worden door de hoofdconstructeur. In de hoogte kunnen deze spouwankers relatief makkelijk verschil in zetting van het binnen- en buitenblad opnemen, wanneer er voldoende ruimte in de spouw is. In de breedte kunnen deze spouwankers geen verschil in vervorming tussen het binnen- en buitenblad opnemen, aangezien ze in deze richting erg stijf zijn. Deze beperking in de toelaatbare vervorming kan opgelost worden ter plaatse van de constructieve verbinding tussen het platte spouwanker en het omegaprofiel. Een mogelijke oplossing is de toepassing van een horizontaal slobgat in het anker en het aanbrengen van teflon ringetjes tussen het anker en het omegaprofiel en onder de schroef, zodat de verankering kan schuiven.

Voorkomen contactcorrosie en opvangen zettingsverschillen

Het vastschieten van de platte spouwankers op de omegaprofielen of de stalen binnendoos is geen aan te bevelen manier van fixeren. Dit is namelijk geen gecertificeerde, constructieve verbinding, maar daarnaast bestaat ook de kans dat er tussen het spouwanker en het omegaprofiel contactcorrosie optreedt. Wij adviseren dan ook gecertificeerde RVS A4 (AISI 316) schroeven toe te passen, waarmee de spouwankers op de omegaprofielen vastgezet kunnen worden.

Om het vervormingsverschil tussen het binnen- en buitenblad op te kunnen nemen, dient ter plaatse van de koppeling van het spouwanker en het omegaprofiel een voorziening aangebracht te worden waarmee het verschil in vervorming opgenomen kan worden. Dit kan bijvoorbeeld door tussen de schroef en het spouwanker een teflon ringetje toe te passen en ook tussen het spouwanker en het omegaprofiel. Hierdoor ontstaat een beetje ruimte voor het opvangen van vervormingsverschillen. Natuurlijk dient de diameter van het gat in het spouwanker wel groter te zijn dan de diameter van de schroef, zodat het vervormingsverschil opgenomen kan worden. Wanneer deze teflon ringetjes toegepast worden, moeten de schroeven die de spouwankers aan de omegaprofielen verbinden, vanzelfsprekend niet te strak aangedraaid worden. De volledige combinatie van de hiervoor genoemde maatregelen kan een klein verschil in vervorming tussen het binnen- en buitenblad opnemen, waardoor de kans dat er schade ontstaat door het verschil in vervorming minder wordt. De geschetste wijze van verankeren is een oplossing voor de verankering van gevelmetselwerk aan stalen binnendozen, maar het is geen oplossing die honderd procent uitsluit dat er scheurvorming in het gevelmetselwerk optreedt.

Verankering van staand metselwerk

Voor de verankering van staand (verticaal) gevelmetselwerk aan een staalconstructie zijn in het eerder genoemde artikel uit Aannemer 7 al voorwaarden opgenomen. In het geval van stalen binnendozen met omegaprofielen is het erg moeilijk om ervoor te zorgen dat de vaak verticaal geplaatste omegaprofielen precies uitkomen ter hoogte van een horizontale voeg, zodat spouwankers recht aangebracht kunnen worden in deze horizontale voegen. Dergelijke situaties moeten goed uitgewerkt worden.

Je kunt dus concluderen dat de toepassing van gevelmetselwerk aan stalen binnendozen een combinatie is die veel aandacht vereist tijdens de voorbereiding van een project. Het is niet vanzelfsprekend dat het gevelmetselwerk overal op de stalen binnendozen verankerd mag worden. Bij het negeren van de in deze publicatie genoemde aspecten, is de kans op schade en scheurvorming in het gevelmetselwerk erg groot.

Dit artikel is eerder gepubliceerd in Aannemer 2021-08.