De eenvoudige voetplaatverbinding

Dit artikel is ook beschikbaar in
Voetplaten zijn er in alle soorten en maten. Ze zijn ontworpen om de veelheid van belastingen op te nemen in een steeds toenemend aantal combinaties. Zij zijn wellicht de belangrijkste verbinding in een project en toch worden zij vaak als laatste ontworpen. Dit artikel gaat in op wat een voetplaatverbinding maakt.

In navolging van mijn eerste post over de eenvoudige plaatverbinding, zal ik in deze post de eenvoudige voetplaat bespreken. Dit type verbinding was het eerste dat ik ooit ontwierp, en in die tijd was het echt heel eenvoudig. Voor het geval dat u het zich afvraagt, de plaatverbinding kwam direct daarna!

Ook hier is er in de loop der jaren veel veranderd - niet in het minst de normen. Gebouwen zijn complexer geworden - zowel qua uiterlijk als qua aantal disciplines die voor een succesvol ontwerp nodig zijn. Naarmate de eisen voor het constructiesysteem zich ontwikkelen, moeten engineers meer tijd besteden aan de complexe verbindingen die uit het ontwerp voortvloeien. IDEA StatiCa helpt deze complexiteit te verminderen in een eenvoudige interface waarin engineers de verbindingen gemakkelijk kunnen modelleren en efficiënte en nauwkeurige beoordelingen volgens de relevante norm kunnen bereiken.

De eenvoudige voetplaat is misschien wel een van de laatste verbindingen die moeten worden ontworpen, maar het is letterlijk het eerste stuk staal dat nodig is voor een project. In sommige ontwerpen moet rekening worden gehouden met architectonische overwegingen, de meeste zullen puur gebaseerd zijn op functie, met vorm als bijzaak. IDEA StatiCa heeft een toolset om vrijwel elke denkbare configuratie te modelleren, analyseren en controleren.

Een snelle zoektocht in ons Support Centre geeft verschillende projecten weer die onze klanten kunnen gebruiken om meer bekend te raken met IDEA StatiCa:

Al deze voorbeelden hebben een projectbestand en kunnen ook worden bekeken in de online Viewer - dus waar wacht u nog op? U kunt deze projecten vinden in ons Support Center.

Niet alleen zijn wij in staat om deze relatief eenvoudige voetplaten te ontwerpen, maar IDEA StatiCa is ook gebruikt door enkele van 's werelds meest vooraanstaande engineers en constructeurs om enkele zeer complexe verbindingen te ontwerpen:

In beide gevallen stelde IDEA StatiCa de engineers in staat een complexe voetplaatverbinding elegant en veilig te ontwerpen.

Wat houdt de voetplaatverbinding in?

Natuurlijk is er de voetplaat zelf. Maar welke dikte? Welk materiaal?

Dan zijn er een of meer staven die moeten worden ondersteund.

Met welke krachten wordt rekening gehouden en waar werken ze?

Tenslotte is er nog de fundering en het verankeringssysteem om te overwegen. Hoe dik? Welke kwaliteit? Welk type anker en diameter?

IDEA StatiCa kan dit op verschillende manieren aanpakken:

Wij hebben ongetwijfeld een aanpak die voor iedereen geschikt is, afhankelijk van hoe ver men wil gaan met de integratie van het totale ontwerp.

Ontwerp verbinding stap-voor-stap

Een stapsgewijze benadering bouwt de verbinding op vanaf de voetplaat naar beneden en naar boven. De gebruiker voegt de staven toe, positioneert ze, en past de belastingen toe die op die staven inwerken.  Verdere bewerkingen definiëren de voetplaat (en de betonnen fundering) en vele andere speciale bewerkingen zoals koppelplaten enz. Dit is de meest tijdrovende (maar vaak bevredigende) aanpak. Deze aanpak brengt ook meer risico's met zich mee bij het overbrengen van input van een (of meer) bron(nen) in IDEA StatiCa.

BIM link vanuit een berekeningssoftware

Door gebruik te maken van de BIM link vanuit een berekeningssoftware kunnen de staven en de belastingeffecten worden overgebracht naar IDEA StatiCa via de nieuwe Checkbot app (of de oude Code-check manager). Deze aanpak vereist nog steeds dat de extra componenten handmatig in IDEA StatiCa worden gemodelleerd, maar houdt minder risico in.

BIM link vanuit een modelleersoftware

Indien de voorkeur uitgaat naar een modelleersoftware zoals Revit, Advance Steel of Tekla Structures, dan worden de verbindingscomponenten gerepliceerd in IDEA StatiCa via de nieuwe Checkbot app (of de oude Code-check manager). Deze aanpak houdt in dat de belastingeffecten handmatig in de app worden ingevoerd of automatisch indien de modelleersoftware dat toelaat en toegang heeft tot ingesloten of gekoppelde resultaten.

Wat gebeurt er als u gebruik wilt maken van de hierboven beschreven concepten, maar geen programma's heeft die met elkaar communiceren, maar wel met IDEA StatiCa? Dit is waar de nieuwe functionaliteit in onze Checkbot app in het spel komt door u in staat te stellen een geometrisch model en een analysemodel te combineren door het importeren van de belastingeffecten van twee Checkbot projecten.

Waar moet u op letten bij het ontwerpen?

De voetplaat moet voldoende omvang, stijfheid en sterkte hebben om de axiale drukkracht van de kolom via het beddingsmateriaal op de fundering over te brengen, zonder de plaatselijke draagkracht van de fundering te overschrijden.

Een eenvoudige vierkante of rechthoekige voetplaat is het meest gebruikelijk. Deze is zowel gemakkelijk te verkrijgen als te vervaardigen met weinig afval. Vergeleken met een ronde voetplaat die uit een vierkant wordt gesneden is dat zeker het geval. Maar welke vorm van voetplaat past daarentegen beter bij een ronde kolom?

Het verankeringssysteem moet de krachten veilig overbrengen op de fundering. Als een normaal ontwerp met bouten niet voldoende is, kan een dwarskrachttand worden overwogen. Hoe werken deze samen met de bevestigingsbouten en eventuele funderingswapening? Dit is waar BIM uitblinkt - het kan verschillende disciplines met elkaar verbinden en coördineren.

In de praktische richtlijnen wordt gesproken over het toestaan van een extra 100 mm (4") over de strekken van de kolom. Ook wordt er voorgesteld de afmetingen naar boven af te ronden op 50 mm (2"). Dat klinkt niet erg efficiënt - er moet een betere manier zijn! Nou, die is er: IDEA StatiCa Connection.

Een eenvoudige ontwerpbenadering bestaat uit:

  • Een verplichte locatiecontrole
  • Een effectieve locatiecontrole
  • Een controle van plaatdikte
  • Een lascontrole

Dit geldt voor kolommen in eenvoudige constructies die axiale druk en afschuiving opvangen. Als de kolom een schoorelement heeft of momentbelastingen ondergaat, worden deze controles complexer en nemen ze meer tijd in beslag. Dit is een klassiek voorbeeld van de 80/20 regel, waarbij 80 % van de verbindingen 20 % van de tijd in beslag neemt en 20 % van de verbindingen 80 % van de tijd.

Als u zowel elegantie als efficiëntie toevoegt aan het ontwerp, dan is de eenvoudige voetplaat niet meer zo eenvoudig. Een mooi voorbeeld hiervan was hoe Wade Design Engineers IDEA StatiCa gebruikten om een gecompliceerde architectonisch gedreven voetplaat te controleren voor een spankapconstructie in Dubai.

Van schetsen tot modelleren en vervolgens analyse en beoordeling:

 Het ideaal is om een workflow te gebruiken die gebruik maakt van BIM link van Tekla Structures. Het zijn deze workflows die engineers helpen bij hun dagelijkse activiteiten en taken. De mogelijkheid om modellen in meerdere formaten te combineren in IDEA StatiCa vermindert de tijd en het risico. Hierdoor kunnen engineers zich concentreren op wat ze moeten doen en hebben ze ook meer tijd om de verbinding te ontwikkelen en variaties en de bijbehorende kosten te onderzoeken. In het huidige klimaat moeten we allemaal de uitdaging aangaan!

U kunt hier meer lezen over het Marshall Building project en de casestudy voor het Dubai project vindt u hier.

U kunt de proefversie van IDEA StatiCa hier downloaden en deze tutorials gebruiken om aan de slag te gaan. Als uw zoektocht naar kennis dieper gaat, dan is hier een link naar de theoretische achtergrond van CBFEM en IDEA StatiCa.  

Veel plezier!