Page 1

40

CASESTUDY

bouwen met staal

toegepast in de gevels en daken. Verdiepingsgebouwen maken vooral gebruik van betonnen kernen, een soort gesteunde constructie, en grote windverbanden (bestaande uit vakwerkliggers). De casestudy die gevraagd is vanuit Bouwen met Staal gaat over hoe de staalbranche in Costa Rica wordt ingezet om een klimaatneutrale samenleving te bereiken in 2021. Dit wordt onderzocht op verschillende schaalniveaus: gebouwontwerp, bewerkingsmethoden en productie/hergebruik van staal. Deze aspecten worden vergeleken met de staalbouw in Nederland. Gebouwontwerp De staalbouw in Nederland is onder te verdelen in twee hoofdgroepen gebouwen, te noemen hallenbouw en verdiepingsbouw. Hallenbouw bestaat uit één bouwlaag die doorgaans een grote ruimte omsluit. Hierbij valt te denken aan fabriekshallen, opslagloodsen, stallen. Verdiepingsgebouwen bestaan uit meerdere bouwlagen, zoals kantoorgebouwen, woontorens.

Gevelbekleding In Nederland worden stalen gebouwen bekleed met de volgende materialen: • Vliesgevel • Sandwichpanelen • Metselwerk • Elementen • Beplating Met name de sandwichpanelen worden veel toegepast bij hallen en vliesgevels bij verdiepingsgebouwen.

Constructies Om hallengebouwen te maken, zijn er verschillende mogelijkheden om de constructie in uit te voeren. Een hallengebouw kan worden opgetrokken worden uit een portaalconstructie, een boogconstructie of uit een vakwerkligger / ruimtelijke constructie. Verdiepingsgebouwen bestaan uit een staalskelet, bestaande uit kolommen, vloeren en een stabiliteitsconstructie. Stabiliteit De stabiliteit van zowel hallengebouwen als verdiepingsgebouwen kan gewaarborgd worden door middel van: • Geschoorde constructies (windverbanden); • Ongeschoorde constructies (momentvaste verbindingen); • Gesteunde constructies (steunen tegen een ander gebouw of materiaal). Bij hallengebouwen worden vooral geschoorde of ongeschoorde constructies

Typen constructies voor hallenbouw


CASESTUDY

bouwen met staal

42 Keuze voor staal Er zijn verschillende redenen om in staal te bouwen. In Nederland bestaat bijna 90% van alle hallen uit een draagconstructie van staal. Ook veel kantoorgebouwen worden opgetrokken uit staalskeletten. De overwegingen om hallen in staal uit te voeren zijn: • Economische voordelen • Laag eigen gewicht (ten opzichte van een steenachtig materiaal) • Voordelen voor de fundering (kan kleiner) en voor transport. • Minimale constructieafmetingen. • Optimale benutting van de ruimte, doordat de constructie weinig ruimte inneemt in hoogterichting en vrije indeelbaarheid door de minimale afmetingen van de constructieve elementen. • Snelle (de)montage: Door hoge maatvastheid en eenvoudige verbindingen kan een hoge bouwsnelheid worden gerealiseerd. Mede door de eenvoudige verbindingen is ook demontage zeer eenvoudig; • Grote flexibiliteit: Naast grote vrije indeelbaarheid ook mogelijkheden tot aanpassingen in de toekomst door toevoeging van bouwdelen aan of in het gebouw. • Duurzame oplossing Staal kan zowel hergebruikt als gerecycled worden. Daarnaast is bij de productie van staal amper afval en op de bouwplaats helemaal geen afval.

Verbindingen in staal

Bewerkingsmethoden Prefabricage en assemblage De totale ruwbouwkosten bestaan voor het grootste gedeelte uit de uitvoeringskosten en voor een kleiner deel uit montagekosten. Ten opzichte van andere soorten constructies zijn bij staalconstructies de montagekosten lager, doordat onder andere de constructiedelen grotendeels in een fabriek worden geprefabriceerd. Daarnaast wordt er bij een staalconstructie direct en indirect op de montagekosten bespaard door: minder arbeidsuren, minder reiskosten, geen oponthoud door onwerkbaar weer, minder transport, beperkte kraaninzet en minder/ geen dure hulpconstructies zoals steigers en bekistingen. Het voordeel van het toepassen van staalconstructies en het prefabriceren hiervan voor het milieu, is dat er minder transport nodig is voor personen en materialen (eenvoudigere montage en slanke constructie), waardoor de CO2-uitstoot wordt gereduceerd. Daarnaast ontstaat er tijdens de productie van staalconstructies minder afval dan bij andere type constructie en door de prefabricage hiervan ontstaat er minder afval op de bouwplaats. Licht gewicht Het gebruik van staal, met name hoogsterkte staal, zorgt in het algemeen voor relatief lichte constructies. Hierdoor kan er volstaan worden met een lichtere fundering. Bij een standaard


43

Flexibiliteit en aanpasbaarheid Staalconstructies geven een grote flexibiliteit in zowel het ontwerpproces als het uitvoeringsproces. Net voor de oplevering kunnen nog wijzigingen worden doorgevoerd zonder de bouw te vertragen of dat dit de bouwkosten erg verhoogt. Zo zijn vloerdelen op elk gewenst moment te verwijderen bijvoorbeeld voor het maken van vides of een extra trap, mits de vloeren geen integraal onderdeel zijn van de hoofddraagconstructie, doordat de vloer als een stijve schijf werkt. Verder kunnen, zelfs nog na 20 of 30 jaar gebruik, veranderingen aan gevels, wanden en installaties op een kostenefficiënte manier worden uitgevoerd. Daarmee kan het gebouw zonder diepgaande investeringen worden ingedeeld voor een ander gebruik of een nieuwe functie, waardoor de economische levensduur van het gebouw wordt verhoogd. Dit reduceert de belasting voor het milieu en het uitputten van grondstoffen. Bewerkingstechnieken De twee belangrijkste bewerkingstechnieken zijn het warm- en koudwalsen van staal. Door deze technieken krijgt het staal de gewenste dikte en vorm. Bij warmgewalst staal wordt veel energie gebruikt en daarmee CO2

Koudgewalst staal: blank, metaalkleurig oppervlak , glad oppervlak, heeft geen walshuid, lichter dan warmgewalst staal, minimale staaldikte is circa 0,10mm en duurder dan warmgewalst staal Warmgewalst staal: donkerder van kleur, ruwer oppervlak, heeft een walshuid, zwaarder dan koudgewalst staal, minimale staaldikte is circa 1,5 mm en goedkoper dan koudgewalst staal. Conserveringsmethoden Er zijn verschillende conserveringsmethoden om te voorkomen dat het staal kan oxideren. Bij het oxideren van staal ontstaat ijzeroxide (roest), hetgeen de natuurlijke toestand van ijzer is. Deze chemische reactie treedt op wanneer een ijzerhoudend oppervlak wordt blootgesteld aan zuurstof in combinatie met water. Om het oxideren tegen te gaan kan men verschillende conserveringsmethoden gebruiken, zoals: • Invetten, verven en lakken • Toeslagmetaal in legering • Opofferingsmetaal • Poedercoating • Natlak coating (worden schadelijke oplosmiddelen bij gebruikt)

Werken in geïsoleerde pakken

bouwen met staal

Korte bouwtijd In tegenstelling tot betonconstructies zijn staalconstructies volledig te prefabriceren. De (bout)verbindingen zijn snel en eenvoudig te realiseren, waardoor de montagetijd relatief kort is. Dit resulteert in een kortere bouwtijd dan bij andere typen constructies. Dit heeft geen invloed op de duurzaamheid van staalconstructies.

uitgestoten. Naast dat er bij koudgewalst staal veel milieubelastende smeermiddelen worden gebruikt, wordt er voor koudgewalste staal als grondstof warmgewalst staal gebruikt. Daardoor is koudgewalst staal minder duurzaam dan warmgewalst staal. Enkele kenmerken van beide bewerkingsmethoden zijn:

CASESTUDY

drielaagse kantoorgebouw kan er zo’n 10 - 15% bespaard worden op de funderingskosten. Daarnaast zorgt een lichte constructie ook voor lagere transport- en montagekosten. Het lichte gewicht is tevens een voordeel bij het bouwen op slechte ondergronden of op krappe, binnenstedelijke locaties door de combinatie van het geringe gewicht en handzaam formaat van de constructiedelen. Door de lichtere transporten wordt er minder CO2 uitgestoten.


CASESTUDY Bouwen met staal

44 Staalproductie Staal is een legering van voornamelijk ijzer en koolstof. Hoe kleiner het gehalte van koolstof in het staal, hoe beter de kwaliteit. Als er veel koolstof in de legering zit, is het staal heel bros en kan het niet gelast worden. Deze verontreiniging van koolstof kan uit het ijzer gebrand worden door er met grote kracht zuurstof op te blazen als het staal vloeibaar is. Hoe meer verontreiniging uit de legering wordt gehaald, hoe beter de kwaliteit van het staal zal zijn. Na dit proces kan het staal gemaakt worden naar de vorm die is gewenst, bijvoorbeeld profielen of plaatwerk. Nadat staal na zijn eerste leven uit een gebouw gehaald wordt, kan het op twee manieren duurzaam gebruikt worden: door hergebruik of recycling. Hergebruik Hergebruik gebeurt op twee niveaus, op bouwdeelniveau en op gebouwniveau. Warmgewalste profielen (HEA, IPE) kunnen als bouwdeel in een ander gebouw worden verwerkt of een constructie van een bestaand gebouw blijft staan en maakt zich op voor een tweede leven. Tegenwoordig wordt zo’n 51% van deze profielen hergebruikt. Recycling Hoogovenproces Bij dit proces wordt er voor 20% gebruik gemaakt van schroot, hierbij wordt dan 80% ijzererts toegevoegd en in een hoogoven verwarmd. Wanneer het staal vloeibaar is, wordt er zuurstof in het vloeibare staal gespoten. Hierdoor wordt de koolstof uit het staal gehaald. De dampen die hierbij ontstaan worden weer gebruikt om elektriciteit op te wekken. Elektrostaalproces Bij het elektrostaalproces kan 100% schroot gebruikt worden, alleen er kan ook ijzererts worden toegevoegd. Bij dit proces wordt door elektroden stroom gestuurd door het staal, waardoor het omgesmolten wordt tot nieuw staal. Hierbij zal er minder verontreiniging in het staal zitten waardoor het niet meer zo’n intensieve bewerking nodig heeft.

Met het oog op recycling is het elektrostaalproces dus beter dan het hoogovenproces, omdat er meer schroot gebruikt kan worden. Er is echter nog geen goede balans tussen vraag en aanbod van schroot. Er is meer vraag naar staal, dan dat er schroot wordt gewonnen uit de sloop van gebouwen of van bijvoorbeeld auto’s. Hierdoor is de winning van ijzererts nog steeds nodig. Er wordt wel verwacht dat in de loop van de tijd even veel vraag naar staal is als dat er schroot is. Dan zou de cirkel van recycling dus rond zijn. Costa Rica Gezien de brede toepassing van staal in Nederland is het zeer interessant om te zien hoe men staal gebruikt in Costa Rica. Gedurende reis zullen wij gaan kijken naar de toepassing van staal bij bouwwerken en de motivatie achter de materiaalkeuzes. In Costa Rica is er veel laagbouw en de verwachting is dat de toepassing van staal vooral terugkomt in stalen golfplaten en simpele stalen constructies. Ook zal het tropische klimaat van invloed zijn op de toepassingen van staal. In Costa Rica beschermt men het staal tegen oxideren door een aantal lagen loodhoudende verf op het staal aan te brengen. De vraag is of men daar gebruik maakt van natlakcoating en daarbij dus oplosmiddelen gebruikt om het oppervlak vet- en vuilvrij te krijgen. In Costa Rica is voor zover bekend ook geen productiebedrijf voor staal. Dit betekent dat al het staal moet worden geïmporteerd, met de nodige gevolgen voor de duurzaamheid van het staal. Bronnen: www.bouwenmetstaal.nl Hollander den, J.P. 2007, Optihalisatie, Bouwen met staal www.tatasteel.nl www.megawetenschap.nl www.demetaalgids.nl www.infosteel.be www.norelhallenbouw.nl http://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/koudgevormd. htm www.ctbholland.com

De staalbranche in een klimaatneutrale samenleving  

De staalbranche in een klimaatneutrale samenleving