Page 1

BOUWSYSTEMEN EN PRODUCTONWIKKELING

7T205

Opdracht 1

Ontwerp van een schakelbare unit

G.M.J. Pennings M.P.A.M. Marijnissen

10-10-2012 TUe EIndhoven

s081032 s105932

ir. A.W.C. TIMMERMANS


Inhoudsopgave

1. Analyse 1.1 De opdracht 1.2. Interpretatie van de opdracht 1.3. Randvoorwaarden

3 3 3 3

2. Het ontwerp 2.1Bouwsysteem 2.2 Gevelsysteem 2.3 Vloer en dak 2.4 Vormgeving 2.5 Scenario van vervoer en plaatsen

5 5 6 7 8 9

3. Tekeningen 3.1 Plattegronden 3.2 Aanzichten 3.3 Doorsnedes 3.4 Detaillering

11 11 13 14 16

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

1


1. Analyse 1.1 De opdracht Ontwikkel een schakelbare unit die kan worden ingezet bij grote evenementen en die kan worden ingericht voor diverse functies, zoals huisvesting voor de organisatie, informatieunit en sanitaire unit. De units zijn verplaatsbaar over de weg zonder speciaal transport. Bedenk zelf nog specifieke randvoorwaarden die de uniciteit van het concept/ontwerp verhogen. Gedoeld wordt op bijvoorbeeld materiaalkeuze, verbindingen, schakelbaarheid, optimale pakking, bouwsnelheid, etc. Maak het voorstel duidelijk in een boekje A3 formaat: • Tekst: context, scenario van vervoer en plaatsen • Tekeningen: doorsnedes, plattegronden, aanzichten en specifieke details, materi- alen, op bouw, systematiek van de unit en schakeling • animatie 3D in verschillende opbouwfases • en als er tijd voor is een ultieme Exploded View met alle elementen en coponenten

1.2 Interpretatie van de opdracht Het ontwikkelen van een schakelbare unit die kan worden ingericht voor diverse functies en verplaatsbaar is over de weg zonder speciaal transport, brengt bepaalde eisen met zich mee.Ten eerste de afmetingen en het gewicht van de unit. Een normale vrachtwagen heeft een laadvermogen van 40 ton waarbij de lading niet langer mag zijn dan 12 meter, de breedte niet groter van 2.44 meter en de hoogte van de lading niet hoger mag zijn dan 2.60 meter. Dit betekend dat de elementen waaruit de units worden opgebouwd niet groter mogen zijn dan deze gegeven afmetingen en er rekening gehouden moet worden met het totale gewicht van de elementen. Naast de eisen aan de afmetingen en het gewicht is het ook van belang dat de units ingericht kunnen worden voor diverse functies. Waar de toiletfunctie vraag om relatief kleine ruimten zonder ramen vraagt de huisvestingsfunctie om een relatief grote ruimte met veel daglichtopeningen. Dit vraagt om een grote variatiemogelijkheid in de indeling van de ruimte en de gevel waarbij gevelbekleding en constructie los van elkaar moeten kunnen worden uitgevoerd zodat per functie bepaald kan worden hoe de gevel ingedeeld wordt. Naast deze flexibiliteit in gevel en constructie is er ook vraag naar een grote flexibiliteit in het aanleggen en/of aansluiten van leidingen, een sanitaire unit heeft immers meer leidingen nodig dan een informatie-unit. Omdat de schakelbare unit op verschillende locaties voor een relatief korte termijn gebruikt gaat worden is het van belang dat de unit snel opgebouwd en afgebroken kan worden. Voor de constructie betekend dit dat deze niet uit teveel onderdelen mag bestaan omdat aan elkaar koppelen van deze onderdelen veel tijd in beslag zal nemen. Ook grote diversiteit in onderdelen heeft een negatief effect op de opbouwtijd. Er moet dus gezocht worden naar een oplossing met relatief weinig elementen. De eis aan het gewicht van de constructie en de vrij in te delen gevel vraagt om een lichte en open constructie. Zo een constructie is het makkelijkst te vervaardigen uit staal. Door de grote sterkte van dit materiaal kan de constructie zeer beperkt blijven waardoor de gevel grotendeels open kan blijven en het gewicht van de constructie gereduceerd wordt.

1.3 Randvoorwaarden

Bouwsystemen en productontwikkeling

• • • • • • • •

Grote flexibiliteit in indeling Afmetingen maximaal 12 x 2.44 x 2.60 meter tijdens vervoer Gewicht maximaal 40 ton Constructie met losse gevelbekleding Vrij te leggen / aansluiten leidingen Beperken van de opbouwtijd Beperkt aantal elementen Constructie van staal

7T205

3


2. Het ontwerp 2.1 Bouwsysteem In de randvoorwaarden wordt gesteld dat de opbouwtijd van de unit beperkt moet worden. Wegens deze eis is het niet mogelijk om een unit samen te stellen uit verschillende tweedimensionale elementen omdat het schakelen van deze elementen veel tijd in beslag neemt. Een alternatief is een unit bestaande uit diedimensionale elementen, met andere woorden een modulair bouwsysteem. Een nadeel aan de bekende driedimensionale bouwelementen zijn de wanden. Deze resulteren in het feit dat gevel en binnenwanden niet vrij indeelbaar zijn, iets dat wel gevraagd wordt bij een flexibele en schakelbare unit. Om flexibiliteit en schakelbaarheid te garanderen terwijl er toch wordt gebouwd met een modulair bouwsysteem moet gezocht worden naar een driedimensionaal staalskelet, dit staalskelet kan later bekleed worden met een gevelsysteem dat los staat van de cosntructie. Een ander nadeel van het bouwen met driedimensionale elementen is de grootte van de elementen waardoor vervoeren via normaal transport lastig wordt. Om er voor te zorgen dat dit modulaire bouwsysteem toch geschikt wordt voor de te ontwerpen unit moet gezocht worden naar een manier om de elementen vervoerbaar te maken, bijvoorbeeld door inklappen voor transport. Voor het inklappen van een driedimensionaal element zijn verschillende manieren. Voorbeelden zijn het in elkaar zetten van een wasrek, een keukentrap een boodschappenkrat of een simpele kartonnen doos. Gekeken naar de mogelijkheden is ervoor gekozen om de kolommen in scharnierend te verbinden aan de onderzijde en bovenzijde van de unit. Ook zit in het midden van de kolom een scharnier waardoor hij zich kan dubbelvouwen. Dat zorgt voor een compact driedimensionaal element. Deze kan worden ontvouwen door de onderkant en bovenkant van het element te ontkoppelen. Daarna is het een kwestie van het dak optillen waarbij het element zichzelf ontvouwt. Hiervoor is een hijsconstructie nodig. De fundering is een aandachtspunt bij het ontwerpen van een schakelbare unit. Omdat het niet mogelijk is een fundering te storten of palen in de grond te heien is het noodzakelijk op zoek te gaan naar een andere manier van funderen. In de modulaire bouw wordt vaak gebruik gemaakt van betonnen tegels, platen, poeren en funderingsbalken, gekozen afhankelijk van de grondslag, het gewicht van het gebouw en het gebruiksdoel. Omdat het in dit geval gaat om een unit die opgebouwd gaat worden uit zeer lichte elementen en de functies die er in komen ook geen zeer grote belasting vormen wordt gekozen voor betonnen tegels ter plaatse van de kolommen van het stalen skelet.

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

5


2.2 Gevelsysteem De gevel van de te ontwerpen unit moet net als de constructie en de indeling flexibel zijn. Ook hier moet gezocht worden naar een systeem dat geen gebruik maakt van schroeven en beugels maar een systeem waarin verbindingen gerealiseerd kunnen zonder dat er materieel voor nodig is. Een gevelsysteem dat hier aan voldoet is het FC-gevelsysteem van Kalzip. In dit gevelsysteem worden metalen gevelpanelen bevestigd aan een rails die aangebracht is op de achterconstructie. De bevestiging wordt gerealiseerd middels een klik. Nadeel aan het FC-gevelsysteem is het feit dat de achterconstructie van dit gevelsysteem al voorzien is van een binnenmuur en isolatie. In het ontwerp van de schakelbare unit is dit niet het geval, de achterconstructie bestaat hier enkel uit een stalen frame. Wel kunnen we ons afvragen in hoeverre isolatie noodzakelijk is in een tijdelijk gebouw. Als wordt gegekenen naar de unit die momenteel op evenementen gebruikt worden op evenementen is op te merken dat er niet veel aandacht wordt gegeven aan de isolatiewaarde van wanden en dak van tioletten, kassa’s en ehbo-units. Als de metalen gevelbeplating van het FC-gevelsysteem worden verbeterd met een relatief kleine laag isolatie en een binnenafwerking, is dit systeem toepasbaar in dit ontwerp. Een gevelsysteem dat wel voldoet aan de eisen met betrekking tot de isolatiewaarde en de binnenafwerking is een gevelsysteem van sandwichpanelen. Sandwichpanelen bestaan uit twee, vaak stalen, panelen met daartussen een isolerend vulmateriaal dat er voor zorgt dat het geheel goed isolerend is. Nadeel aan de sandwichpanelen is het feit dat deze altijd op een achterconstructie bevestigd moeten worden middels schoeven of andere bevestigingsmiddelen. Het ideale gevelsysteem voor het ontwerp van de schakelbare en flexibele unit is een systeem dat bestaat uit zowel de sandwichpanelen als als het FC-gevelsysteem. Deze combinatie kan gerealiseerd worden door het binnenpaneel van de sandwichpanelen te voorzien van een extra randje waaraan de hele panelen opgehangen kunnen worden middels het vastklikken aan een rails op de achterconstructie. Om flexibiliteit zo veel mogelijk te garanderen worden de rails voor de bevestiging van de elementen aan de bestaande kolommen van het staalskelet bevestigd, hierdoor komen er niet te elementen waardoor de vrije indeelbaarheid van het staalskelet behouden blijft. Om op- en afbouwsnelheid nog meer te beperken wordt gekozen voor panelen met een hoogte van 500 milimeter. Door het lichte gewicht van de panelen zijn deze nog makkelijk met de hand te tillen en de grote hoogte zorgt ervoor dat er slechts enkele panelen nodig zijn om heel de gevel dicht te maken.

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

6


2.3 Vloer en dak

Anders dan de gevel van de schakelbare unit, kunnen vloer en dak al in het prefabricage proces vastgemaakt worden aan de unit. Dit omdat vloer en dak geen invloed hebben op de flexibiliteit van de unit en het inklappen van de unit voor vervoer zo geschiedt dat vloer en dak in tact blijft. Aandachtspunt bij de keuze voor het vloer en dak systeem is wederom de gewichtsreductie. Bij het dak is er nog een ander aandachtspunt dan alleen de gewichtsreductie, dit is afwatering. Normaal wordt het gehele dak van een gebouw op afschot uitgevoerd maar door dat er in dit geval verschillende units geschakeld worden aan elkaar, en deze schakeling bij iedere toepassing van vorm veranderd, is het neit mogelijk het totale dak op afschot uit te voeren. De makkelijkste oplossing is het ervoor zorgen dat iedere unit voorzien is van zijn eigen afwatering. Waarbij iedere unit een eigen afschot en afwateringsvoorziening heeft. Een dak kan uit verschillende elementen opgebouwd worden. Traditioneel met tengels en panlatten waar dakpannen op bevestigd worden, middels betonnen platen met daarop isolatie dat is afgewerkt met dakbedekking of een geprofileerde staalplaat met daarbovenop isolatie en dakbedekking. Omdat dakpannen en betonnen platen een zeer groot gewicht hebben moet de oplossing gezocht worden in een dakconstructie bestaande uit metalen. Een bijzondere manier van een dakconstructie met metaal is een sandwichpaneel. Recent is een sandwichelement ontwikkeld dat toegepast kan worden voor platte daken. Dit element bestaat uit twee stalen platen met daartussen een isolerend vulmiddel, het totaal heeft een dikte van 140 milimeter. Waar een geprofileerde staalplaat een gewicht heeft van 10-20kg/ m2, en bij toepassing van het dak ook nog het gewicht van de isolatie hierbij gerekend moet worden, heeft dit sandwichelement slechts een gewicht van 11.3 kg/m2. De vloer van de unit bestaat uit twee delen, een constructief deel en een deel waarin ruimte is voor leidingen. Het constructieve deel bevindt zich onder het staalskelet waardoor koudebruggen voorkomen worden. De vloerconstructie betstaat uit twee houten platen met daartussen C-profielen voor de draagkracht. In zijn geheel heeft het constructieve deel een dikte van 172 mm. Bovenop het constructieve deel van de vloer komt een tweede vloer. Deze wordt tussen de liggers van het stalen skelet van de unit geplaatst. De opbouw van deze tweede vloer is vrijwel gelijk aan die van de constructieve vloer, verschil is te vinden in de C-profielen. Bij de tweede vloer bevinden zich openeningen in deze profielen waardoor er ruimte ontstaat voor het doortrekken van leidingen. De houten platen bovenop de C-profielen dienen als vloeroppervlak.

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

7


2.4 Vormgeving De te onwerpen unit moet verschillende vormen aan kunnen nemen, waar voor een sanitaire unit een langgerekente ruimte met veel binnenmuren het voornaamste is vraag een ehbo ruimte om een grote open ruimte. Om aan al deze ruimte eisen te kunnen voldoen is het van belang eerst de minimale eisen te kennen aan de ruimte van verschillende functies. • Kassa-unit 2-loketten 2,40 x 1,25 x 2,60 meter 3.0 m2 • Informatie-unit 2-loketten 2.40 x 1.25 x 2.60 meter 3.0 m2 • Ehbo-unit 1 kamer 4.00 x 1.80 x 2.20 meter 7.2 m2 • Sanitaire-unit 1 toilet 0.90 x 1.45 x 2.50 meter 1.3 m2 • Organisatie-unit 1 toilet 6.30 x 2.80 x 2.60 meter 17.6 m2 Om de te ontwerpen unit geschikt te maken voor al deze verschillende functies moet gezocht worden naar een basis afmeting waarmee al de bovengenoemde ruimtes gecreëerd kunnen worden, De belangrijkste ruimte is hierbij het toilet aangezien het op de bouwplaats makkelijker is verschillende ruimtes aan elkaar te koppelen dan het creëeren van nieuwe ruimtes in een grote open ruimte. Daarnaast is de oppervlate die nodig is voor een toilet ongeveer gelijk aan de oppervlakte die nodig is voor één loket ten behoeve van informatie en kassa. Als er units worden gemaakt die de grootte hebben van één toilet ontstaan er bij schakeling van deze units veel kolommen in de ruimte. Dit is te voorkomen door units te creëreren met een omvang van twee toiletten die achter elkaar gezet worden. Hierdoor ontstaat een unit van ongeveer 1 x 3 meter die wanneer deze aan de lange zijde aan een volgende unit wordt gekoppeld een kolomloze ruimte van 3 x aantal units kan vormen. Aangezien in bovenstaande afmetingen de grootse ruimte wordt gevormd door de organisatie-unit van 6.30 x 2.80 meter kan deze zo dus gevormd worden door het aan elkaar koppelen van 6 units. Omdat in de standaardmater worden toegepast die een veelvoud vormen van 300 milimeter zal de standaard unit een afmeting krijgen van 1.20 x 3.00 x 2.70 meter. Aandachts punt bij de units van 1.20 x 3.00 x 2.70 meter is het feit dat er voorzieningen in de unit opgenomen moeten worden die het mogelijk maken de unit te scheiden in twee afzonderlijke delen. Deze voorzieningen mogen de open ruimte in de unit niet beïnvloeden en moeten zich dus beperken tot het plafond en de vloer aangezien deze vast zijn in de units. Een mogelijkheid tot het realiseren van een deze benodigde binnenmuur is het aanbrengen van een railing als in de gevelbekleding. Door een regel aan het dak en aan de vloer te bevestingen waarin een lichte metalen vast kan worden geklikt kunnen er ter plaatse van deze railing makkelijk binnenwanden gerealiseerd worden zonder dat deze de ruimte beïnvloeden op het moment dat deze niet nodig zijn.

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

8


2.5 Scenario van vervoer en plaatsen De verschillende units en de onderdelen van de gevel, binnenmuren en installaties worden in de fabriek geprefacriceerd en op een vrachtwagen vervoerd naar de bouwplaats. Hier is een kraan noodzakelijk om verschillende onderdelen van de vrachtwagen af te tillen. De eerste stap is het wegleggen van de betontegels die dienen als fundering. Deze tegels kunnen met de kraan van de vrachtwagen afgetild worden en dezelfde kraan kan deze tegels op de gewenste plaats neerleggen. Van belang is dat van te voren vastgesteld is hoe de verschillende units aan elkaar geschakeld moeten worden zodat bekend is waar de betonnen tegels geplaatst moeten worden.

Op de volgende pagina wordt met behulp van afbeeldingen duidelijk gemaakt hoe het opbouwen van de unit er in zijn werk uit ziet. In de afbeeldingen wordt wegens duidelijkheid de opbouw van één enkele unit weergegeven.Tekeningen die later in het verslag komen zullen duidelijk maken hoe schakeling van verschillende units in zijn werk gaat.++

Als de betonnen tegels op hun plek liggen kunnen de verschillende unit één voor één met de kraan van de vrachtwagen getild worden en op de net geplaatste tegels gezet worden. De units zijn op de vrachtwagen ingeklapt tot een schijf met vloer en dak maar kan worden ontvouwen door de onderkant en de bovenkant van het element te ontkoppen. Na deze ontkoppeling tilt de kraan het dak op waarbij het element zich ontvouwt tot een driedimensionale unit. Dit proces wordt voortgezet tot alle unit op hun plaats staan en uitgeklapt zijn.Vervolgens kan begonnen worden aan de gevel. Voor de gevel zijn verschillende sandwichelementen te vinden op de vrachtwagen. Deze elementen kunnen met de hand opgetild en bevestigd worden. Aan de buitenzijde van de geplaatste units bevinden zich rails waaraan de sandwich elementen opgehangen kunnen worden. Dit ophangen moet van onder naar boven toe gebeuren waarbij iedere keer de bovenkant van het element schuin in de bovenste aansluiting wordt gehangen en vervolgens aan de onderkant vast wordt geklikt. Zo worden de sandwich elementen van onder naar boven toe aan de units geklikt. Als alle sandwichpanelen bevestigd zijn kunnen de naden tussen de panelen gedicht worden met bijgeleverde rubberen strips. Ramen en deuren kunnen in de unit worden aangebracht door het weglaten van sandwichpanelen op bepaalde plaatsen. De gaten in de gevel die hierdoor ontstaan kunnen worden opgevuld met bijgeleverde sandwichpanelen met ramen erin of een gevelelement met een deur. Omdat voor ieder functie de noodzaak van deuren en ramen verschillend is moet vooraf bekend zijn hoe de gevel er uit moet komen te zien. Zo kunnen uit de fabriek de juiste elementen meegestuurd worden Als de gevel van de unit klaar is kan de binnekant worden gaan ingedeeld naar de wensen van de gebruiker. Binnenwanden kunnen toegevoegd worden aan de daarvoor aanwezige rails in het plafond en de vloer. Dit geschiedt door middel van het vastklikken van een bijgeleverde metalen plaat aan de rails. Ook kunnen leidingen en elektriciteit worden aangesloten in de unit.

Bouwsystemen en productontwikkeling

7T205

9


1. Betontegels ten behoeve van de fundering worden op de grond geplaats.

4.

De constructie van de unit is nu klaar voor gebruik.

2. De ingeklapte unit wordt bovenop de betontegels geplaatst.

5. Sandwichpanelen voor de gevel worden van onder naar boven in de daarvoor bestemde rails geklikt.

Bouwsystemen en productontwikkeling

3. De onder- en bovenkant van de ingeklapte unit worden van elkaar losgekoppeld en het dak wordt naar boven getild.

3. De buitenkant van de unit is nu af, er kan begonnen worden met het indelen van de unit.

7T205

10


3. Tekeningen

B'

3.1. Plattegronden

A

1200 1435

A'

B 3000 3235 Standaard plattegrond Bouwsystemen en productontwikkeling

Schaal 1:10

7T205

11


Organisatie unit

Schaal 1:20

Sanitaire unit

Schaal 1:20


3.2. Aanzichten

Vooraanzicht

Schaal 1:20

Bouwsystemen en productontwikkeling

Zijaanzicht

Schaal 1:20

7T205

13


3.3 Doorsneden

Doorsnede A-A’ Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:20

7T205

14


Doorsnede B-B’ Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:20

7T205

15


3.4 Detaillering

Detail 3

Detail 2

Detail 1

Detail 4

Overzichtstekening Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal n.v.t.

7T205

16


Klikrail

Sandwichpaneel

U-profiel (kolom) Houten vloerplaat

Scharnierbout Bout U-profiel (ligger) Houten bovenplaat C-profiel EPS-isolatie Houten klos Houten onderplaat Betonnen tegel

Detail 1 Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:5

7T205

17


Bitumen Bovenplaat sandwichdakelement Verstijver EPS-isolatie Onderplaat sandwichdakelement Afdichting Isolatie Scharnierbout Zinken afwerking U-profiel (ligger)

Sandwichpaneel U-profiel (kolom)

Klikrails

Detail 2 Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:5

7T205

18


Bitumen Bovenplaat sandwichdakelement Verstijver EPS-isolatie Onderplaat sandwichdakelement Afdichting Isolatie

Zinken afwerking U-profiel (ligger)

Sandwichpaneel U-profiel (kolom)

Klikrails

Detail 3 Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:5

7T205

19


Klikrails

Sandwichpaneel

U-profiel (kolom) Houten vloerplaat

Bout U-profiel (ligger) Houten bovenplaat C-profiel EPS-isolatie Houten klos Houten onderplaat Betonnen tegel

Detail 4 Bouwsystemen en productontwikkeling

schaal 1:5

7T205

20

7T205 - Building systems and product development  

(Endreport in Dutch) Project for the subject " Building systems and product development" where we needed to develop a unit for temporary ev...

Advertisement