Verankeren zonder wachten: beter afstemmen tussen staal- en betonontwerpers

Om te begrijpen waarom dit belangrijk is, laten we kijken naar de realiteit van het ankerontwerp van vandaag.

Wanneer voetplaten nabij randen worden geplaatst of worden blootgesteld aan complexe combinaties van trek en afschuiving, wordt het verifiëren van de verankering volgens ontwerpnormen zoals EN 1992-4 moeilijk. In veel gevallen moet wapening worden beschouwd als onderdeel van de normtoetsing. Deze verificaties worden meestal uitgevoerd door een andere ingenieur — doorgaans de betonspecialist.

In de praktijk definieert de staalconstructeur de belastingen, ankerindeling, voetplaatdikte en vereiste verstijvers, terwijl de betonconstructeur een afzonderlijke verificatie uitvoert van het betonblok en de bijbehorende wapening. Naarmate projecten zich ontwikkelen, zijn wijzigingen in geometrie of in belastingsverdeling onvermijdelijk. Elke wijziging leidt tot een nieuwe ontwerpscyclus en een nieuwe communicatieronde tussen teams — vaak bemoeilijkt door inconsistente gegevensuitwisseling, onduidelijke revisies en niet-overeenkomende tijdprioriteiten van de constructeurs.

Bovendien beïnvloedt het stijve of flexibele gedrag van de voetplaat de spanning in het beton. En zelfs als de staalconstructeur de wapening onafhankelijk wil normtoetsen, zonder te vertrouwen op het betonteam, ontbreekt vaak informatie over de extra krachten die het betonelement moet weerstaan, vooral bij verankering in wanden, balken of kolommen.

Om frustrerende vertragingen en coördinatielussen te vermijden, overdimensioneren constructeurs deze details vaak, waarbij ze conservatieve aannames toepassen in plaats van het werkelijke gedrag te modelleren.

Wat als beide partijen verankeringssystemen konden ontwerpen en verifiëren binnen dezelfde omgeving — transparant, nauwkeurig en zonder op elkaars aannames te hoeven wachten?

Verankering vanuit het perspectief van de staalconstructeur

Traditioneel vereist het uitvoeren van een normtoetsing van aanvullende wapening een diepgaand begrip van de Staafwerkmethode, vooral voor complexe gevallen. Het vereist ook een intuïtief gevoel voor de spanningsstroom binnen beton. Dit is kennis die alleen komt met jaren ervaring, maar met de Compatible Stress Field Method (3D CSFM) in IDEA StatiCa Detail wordt het ontwerp intuïtief en normatief. Als constructeur die zich primair richt op staalontwerp, hoef ik geen specialist in gewapend beton te zijn om aanvullende wapening te overwegen. 

Door de detaileringsregels voor wapening te volgen, kan ik een gewapend betonblok modelleren dat aanvullende staven bevat en verifiëren dat:

• betonklasse (C12/15, C20/25, etc.) adequaat is voor het ontwerp,
• beton minimale wapening A_s,min bevat,
• adequate verankering, betondekking en aanhechting aanwezig is, en 
• de staven van de aanvullende wapening zijn gepositioneerd binnen de aanbevolen grenzen (bijvoorbeeld verankerd buiten het aangenomen breuklichaam, gepositioneerd binnen een afstand < 0.75·c₁ van het bevestigingsmiddel, etc.).

Eerst voer ik de normtoetsing van het staalgedeelte uit in IDEA StatiCa Connection, en vervolgens exporteer ik het naar IDEA StatiCa Detail.

Zodra ik de wapening introduceer in het model, voert IDEA StatiCa de 3D CSFM-berekening uit, waarbij exact wordt weergegeven hoe de wapening bijdraagt aan de capaciteit op basis van de stijfheid van de voetplaat en wordt gewaarborgd dat het ontwerp voldoet aan alle normeisen.

Dit betekent dat ik een normconform wapeningsvoorstel kan opstellen. Ik kan direct zien welke wapening vereist is om de normtoetsing te doorstaan en beslissen of ik het aanpas of finaliseert. In plaats van te wachten op feedback of te vertrouwen op aannames, kan ik direct verifiëren of mijn ankerontwerp de opgelegde belastingen kan dragen met aanvullende wapening, of dat ik als staalconstructeur mijn model verder moet verfijnen.

Met dit in gedachten kan ik een voorstel aanleveren aan de betonconstructeur dat al het realistische gedrag en de wapenningsvereisten weerspiegelt. De betonconstructeur finaliseert vervolgens de wapening in de context van de overige belastingen die op de constructie inwerken.

Verankering vanuit het perspectief van de betoningenieur

Als betoningenieur is het mijn taak ervoor te zorgen dat de constructie de belastingen van de staalverbinding veilig naar het beton overdraagt zonder betonbreuken. Daarvoor moet ik eerst de spanningsverdeling nabij de verankering begrijpen, mogelijke breuken controleren en ervoor zorgen dat de wapening correct is geplaatst en verankerd om de belasting van het staalgedeelte over te dragen. Dit kan een uitdaging zijn, vooral wanneer ik niet weet of de voetplaat stijf of flexibel gedraagt, en verankerde staven dicht bij de randen zijn geplaatst, of meerdere staven aan het betonblok zijn verankerd. Kleine wijzigingen in geometrie of belastingsverdeling kunnen het gedrag volledig veranderen.

Met IDEA StatiCa Detail (3D) en de 3D CSFM-methode kan ik visualiseren hoe spanningen zich door het beton verspreiden, kritieke gebieden identificeren en de wapening verifiëren. In plaats van te vertrouwen op vereenvoudigde formules of aannames, zie ik precies hoe wapening betonbreuken voorkomt.

Afhankelijk van de workflow kan ik de gegevens rechtstreeks van de staalconstructeur ontvangen, inclusief interne krachten geëxporteerd vanuit IDEA StatiCa Connection. Wanneer ik het bestand ontvang, kan ik het gewoon openen, het beton wapenen op basis van de interne krachten, indien nodig andere belastingen toevoegen en het normtoetsen op basis van:

betonsterkte op druk

\[\sigma_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1} < f_{cd}\]

aanhechingsspanning τ_b

\[\frac{τ_{b}}{f_{bd}}\le 1\]

waarbij

\[f_{bd} = 2.25 \cdot η_1\cdot η_2\cdot f_{ctd}\]

en sterkte van de wapening

\(σ_{s,lim} = \frac{k \cdot f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\textsf{\small{for bilinear diagram with inclined top branch}}\)

\(σ_{s,lim} = \frac{f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\,\,\,\,\textsf{\small{for bilinear diagram with horizontal top branch}}\)

Of, als ik alleen de resulterende krachten ontvang die op de fundering inwerken, kan ik vanaf nul beginnen. Ik kan een stuik modelleren die een kort gedeelte van de stalen kolom boven de voetplaat vertegenwoordigt. De stuik draagt de volledige set interne krachten (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) op een fysisch realistische manier over naar de voetplaat, zodat de herverdeling van belasting via de plaat, ankers en beton het werkelijke stijfheids- en gedrag weerspiegelt. Op deze manier kan ik de betonwapening vol vertrouwen en nauwkeurig vanaf nul ontwerpen.

Wat we in IDEA StatiCa 25.1 brengen voor beide kanten van het ontwerp

Met versie 25.1 verkleinen we de kloof tussen staal- en betonteams als het gaat om ankerontwerp. Het doel was eenvoudig — beide partijen te laten modelleren, verifiëren en communiceren met dezelfde gegevens en hetzelfde begrip van hoe hun ontwerpen zich daadwerkelijk gedragen. Geen wachten, geen giswerk, alleen transparante samenwerking gebaseerd op realistische analyse.

We erkennen ook dat verankering veel meer is dan alleen aanvullende wapening. Constructeurs moeten vaak specifieke verankeringstypen gebruiken die door verschillende belanghebbenden worden gevraagd (ankerplaten, haakstaven, kopbouten en wapening), allemaal beschikbaar in de applicaties van IDEA StatiCa.

Samen bieden deze verbeteringen een completere en technisch consistentere workflow voor zowel staal- als betonconstructeurs. Bekijk de volledige staal-naar-beton verankering use case hier, en bekijk de webinar-opname hieronder om te zien hoe complexe mastverankering met een echt torenbouwproject uit Denemarken wordt aangepakt.