Niet-lineair ontwerp van een wandligger met meerdere openingen in Kroatië
Over het project
De wand loopt door alle vijf verdiepingen van het gebouw. Op kelderniveau overspant de wandligger 11,1 meter zonder ondersteuning, terwijl de kleinere deuropeningen op de bovenliggende verdiepingen bewust verspringen in de plattegrond. De kelderligger is 25 cm dik (aflopend naar 20 cm boven maaiveld). Er is C30/37 beton toegepast in de kelder en C25/30 in de bovenbouw, met B500-wapening en Q385-mazen aan beide zijden. Rond openingen zorgen 4×Ø20 geribde staven voor een veilige krachtsomleiding. Doordat een latei ontbreekt tussen de grote kelderopening en de deuropening op de begane grond (alleen de vloerplaat overspant), was een realistisch FEM-model nodig in plaats van een vereenvoudigde balkentheorie.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Wandligger gemodelleerd in IDEA StatiCa 2D Detail}}}\]
Technische uitdagingen
Deze ligger fungeerde als een echt discontinuïteitsgebied (D-gebied) in plaats van een klassiek raamwerk. De lange kelderopening, gecombineerd met de verspringende deuropeningen erboven, verstoorde de natuurlijke krachtenstroom en leidde tot lokale spanningsconcentraties rond de openingen. Zonder traditionele latei tussen kelder en begane grond werd een deel van de belasting direct door de vloerplaat gedragen, waardoor het lasttraject complexer werd en nauwkeurige modellering noodzakelijk was.
Croatia
Het gebruik van de Euler-Bernoulli balktheorie of lineair elastische FE zou deze situatie verkeerd hebben weergegeven, omdat dan wordt aangenomen dat vlakke secties vlak blijven en het beton niet scheurt. Zulke vereenvoudigingen kunnen leiden tot onconservatieve resultaten, waarbij scheurwijdten en lokale spanningsconcentraties over het hoofd worden gezien, of tot te conservatieve detaillering met onnodige kolommen of diepe liggers. Wat nodig was, was een methode die scheurvorming, compression softening, en de bond-slip relatie tussen staal en beton kon modelleren.
Hoewel een algemeen niet-lineair FE-pakket dit in theorie aankan, zou het opbouwen van zo’n model voor een enkel discontinuïteitsgebied tijdrovend zijn. Voor regulier ontwerp is deze overhead vaak niet haalbaar, waardoor een geïntegreerde tool gebaseerd op de Compatible Stress Field Method essentieel was.
Oplossingen en resultaten
De ingenieurs gebruikten IDEA StatiCa Detail met de 2D Walls-workflow om een spanningsmodel van het beton te maken, met 1D-staven als wapening. Een niet-lineaire analyse controleerde beton- en wapeningsspanningen, evenals het slipgedrag tussen staal en beton. Alle resultaten zijn gecontroleerd volgens EN 1992-1-1 en konden direct in het ontwerp worden gebruikt.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drukspanningen in het beton van de diepe balk}}}\]
Croatia
Topologie optimalisatie bleek doorslaggevend. Iteraties met 20% en 40% effectieve volumes lieten duidelijke krachtpaden en wapeningstrajecten zien. Zo werd duidelijk waar schuine wapening nodig was (rond de kelderopening en verspringende deuropeningen) en waar extra staal weinig toevoegde. Het team plaatste drie groepen 4Ø20 schuine staven, waardoor de veiligheid werd gegarandeerd zonder zware kolommen of diepe onderslagbalken.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Topologie-optimalisatie in IDEA StatiCa Detail (40\%\ effectief volume)}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Extra versterking op basis van topologie-optimalisatie}}}\]
Croatia
Het resultaat bood zowel constructieve als architectonische voordelen: een vlak plafond boven de kelderopening, een betere parkeerindeling en verkeersdoorstroming, en geen noodzaak voor diepere uitgravingen—een belangrijke factor gezien de kelder onder zeeniveau ligt. Omdat scheurvorming en bruikbaarheid realistisch werden aangetoond, keurde de investeerder het geoptimaliseerde ontwerp goed. Automatische rapporten en wapeningsschema's maakten de documentatie eenvoudiger en verbeterden de coördinatie.
Over Superstructure d.o.o.
Superstructure d.o.o. is een bouwkundig en technisch adviesbureau gevestigd in Zadar, Kroatië, opgericht en geleid door Ante Uglešić. Het bedrijf is opgericht in 2023 en levert diensten op het gebied van ontwerp en bouwtoezicht voor lokale en regionale projecten, waarbij het flexibiliteit en persoonlijke expertise biedt aan klanten.