Verankering van betonnen elementen: gevelpanelen

Dat de verankering van betonnen elementen aan de draagstructuur van levensbelang is, hoeft geen betoog. Een slechte verankering van een balkon of een gevelpaneel kan verregaande gevolgen hebben. Daarom besteden wij aandacht aan verankeringstechnieken in een reeks van 2 artikels. Dit eerste behandelt de verankering van betonnen gevelpanelen, in het volgende nummer hebben we het over de verankering van balkon- en luifelelementen. Deze artikels geven een overzicht van de meest voorkomende gevallen. Specifieke situaties of uitvoeringen zullen uitvoerig aan bod komen in een brochure die FEBE in de loop van 2010 zal uitgeven over dit thema. 

Architecten kiezen steeds vaker voor betonpanelen als gevelbekleding en stellen permanent hun eisen en verwachtingen bij. Zo streeft men tegenwoordig vaak naar een minimum aan voegen, waardoor de panelen groter en – gezien de correlatie tussen plaatdikte en maximale afmetingen van een gevelplaat – dikker worden en dus ook zwaarder. De courante verankeringssystemen komen hieraan tegemoet maar men moet ook rekening houden met andere aspecten, zoals de uitzetting van de panelen, bepaalde minimumafmetingen en niet in het minst met de draagkracht van de panelen en de achterliggende structuur. Vaak zal immers niet de verankering de meest kritieke factor in de berekening zijn. Het is dan ook uiterst belangrijk de gevelpanelen en hun verankering van in het begin mee op te nemen in het ontwerp. Betonpanelen kunnen volgens twee principes verankerd worden aan de achterliggende draagstructuur. Afhankelijk van de stabiliteit van de draagstructuur en de gevelpanelen, kan men elk paneel afzonderlijk verankeren aan de achterliggende structuur of meerdere panelen op elkaar stapelen.

Stapelen

Wanneer panelen gestapeld worden, zal het eigengewicht van de bovenliggende panelen doorgegeven worden aan de onderliggende panelen en uiteindelijk op de fundering terechtkomen. Zowel de panelen als de fundering moeten vanzelfsprekend aan deze doorgegeven krachten kunnen weerstaan. Bovendien is elk paneel onderhevig aan windkrachten en aan krachten die kunnen ontstaan in het geval van een excentrische oplegging. Deze horizontale krachten kunnen afgeleid worden naar de achterliggende draagstructuur door middel van horizontale verankeringen, of gedeeltelijk naar het onderliggende paneel door middel van een verstifting. In dit laatste geval zal niet enkel het eigengewicht aan de onderliggende panelen worden doorgegeven maar ook een horizontale kracht.

Verankering aan de achterliggende draagstructuur

Indien de doorgegeven krachten te groot worden, kan men elk paneel afzonderlijk of eventueel een veld van panelen tegelijk verankeren aan de achterliggende draagstructuur. Dit kan bijvoorbeeld door gebruik te maken van consoles aan de gevelpanelen of de draagstructuur of door het toepassen van speciaal uitgewerkte verankeringssystemen. Als men aan de draagstructuur consoles voorziet, geldt hetzelfde principe dan wanneer men de panelen op een fundering zet. De verticale krachten worden opgenomen door de console, de horizontale krachten door een horizontale verankering of een verstifting. 

Bij het toepassen van speciale verankeringssystemen zijn er verschillende mogelijkheden. De keuze voor een bepaald soort anker hangt hierbij vooral af van de eigenschappen van het gevelpaneel. Enerzijds zijn er de ‘gewone’ gevelpanelen, waarbij de achterzijde langs bovenaf bereikbaar is. Daarnaast zijn er panelen met een geïntegreerde dorpel, waarbij de dorpel de toegang langs bovenaf verhindert. Dit soort panelen wordt weinig toegepast en wordt dus niet besproken in dit artikel. Tenslotte onderscheiden we de borstwerings- en dakrandpanelen. Deze worden gekenmerkt door het ontbreken van een uitgebreide achterliggende draagstructuur. Meestal kunnen ze enkel worden bevestigd aan een vloerplaat.

Gevelpanelen

Dit type panelen wordt aan de draagstructuur opgehangen door middel van gevelplaatankers, die de verticale lasten opnemen en die bovenaan in de rug van de panelen worden bevestigd. Dit kan aangezien de ankers op die manier tijdens de montage langs bovenaf toegankelijk zijn voor regeling.
Deze verankeringen bestaan uit 3 delen: een inbouwdeel dat tijdens de productie wordt ingestort in het gevelpaneel, een montagedeel dat tegen de draagstructuur wordt bevestigd met een boutverbinding en tussen de twee een schuin verbindingsstuk. 

Doordat het gevelpaneel door middel van een schuin verbindingsstuk wordt opgehangen aan de draagstructuur, zal zijn verticale eigengewicht ontbonden worden in een schuine en een horizontale component. Deze horizontale component dient natuurlijk ook opgenomen te worden, wat gebeurt door middel van een horizontale verankering. Ook onderaan het paneel is er sprake van horizontale lasten veroorzaakt door de wind. Afhankelijk van de afmetingen van de panelen kunnen dit druk- of zuigkrachten zijn. Ze kunnen worden opgevangen door horizontale verankeringen of verstiftingen. 

  
Borstwerings- of dakrandpanelen

Ook voor borstwerings- en dakrandpanelen waarbij de ruimte ontbreekt om gevelplaatankers toe te passen, bestaan er aangepaste verankeringssystemen. Deze zijn opgebouwd uit een omegaprofiel, waarop aan de voorzijde wapeningsstaven gelast worden. Het omegaprofiel wordt bovenop de achterliggende vloerplaat bevestigd met een boutverbinding en eventueel achteraf ingestort in de vloerafwerking. De wapeningsstaven worden ingestort in het gevelpaneel. Hun positie ten opzichte van het omegaprofiel kan aangepast worden aan de positie van de panelen. Deze ankers zorgen voor de opname van het resulterende moment uit eigengewicht, windlast, excentrische plaatsing en borstweringsdruk.
Een belangrijke vereiste bij het gebruik van dit type ankers, is een beperkte hoogte van de panelen. Indien dit niet het geval is, kan het paneel onder invloed van windlasten zichtbaar beginnen te trillen.

Horizontale verankeringen

Deze verankeringen zorgen ervoor dat horizontale krachten ten gevolge van windbelasting en excentrische plaatsing afgeleid worden naar de achterliggende draagstructuur.
De eenvoudigste en meest gebruikte manier om een horizontale verankering te realiseren, is door gebruik te maken van een L-profiel. Dit wordt bovenop het gevelpaneel vastgemaakt aan een rail die in het gevelpaneel voorzien is en tegen de gevel met een chemische of mechanische verbinding. Door in het L-profiel gerasterde sleufgaten te voorzien en door de rail in het gevelpaneel krijgt men een regeling in 3 richtingen. Meestal wordt in het gevelpaneel een plaatselijke uitsparing voorzien, om voldoende ruimte te creëren voor het L-profiel en de bout. 

Hiernaast zijn er verschillende andere mogelijkheden om een horizontale verankering te realiseren. De belangrijkste vraag die men zich hierbij moet stellen, is of de verankering enkel onderhevig is aan druk- of ook aan trekkrachten. In het eerste geval volstaat een afstoter, een combinatie van een draadstang met speciale kop en een instorthuls. De draadstang met speciale kop – dit kan een zeskantbout zijn met vergrote kop of een draadstang met opgelast verdeelplaatje – steunt tegen de draagstructuur en verdeelt de drukkrachten. Daarom is het essentieel deze nooit te vervangen door bijvoorbeeld een gewone zeskantbout. De kop van een dergelijke bout is immers te klein om deze drukverdeling te garanderen. De huls wordt in het gevelpaneel ingestort en zorgt hier voor de drukverdeling, de draadstang met speciale kop wordt er tijdens de montage ingeschroefd. 

Als er echter ook trekkrachten optreden in de horizontale verankering, volstaat een afstoter niet meer. In dit geval moet men zorgen voor een systeem dat niet kan loskomen van de draagstructuur en de optredende trekkrachten kan opnemen. We noemen dit een windanker. De meest gebruikte types zijn windankers tussen 2 parallelle vlakken en windankers tussen 2 loodrechte vlakken. Het windanker tussen 2 parallelle vlakken bestaat uit een afstoter, die door middel van een speciaal plaatje aan de draagstructuur bevestigd wordt. Bij een afstoter tussen 2 loodrechte vlakken wordt er zowel in het gevelpaneel als in de draagstructuur een rail ingestort (de rail in de draagstructuur kan eventueel vervangen worden door een mechanische of chemische verankering). Tussen de 2 rails wordt vervolgens een verbinding gerealiseerd door middel van een hamerkopplaat. De kop van een dergelijke plaat past perfect in de opening van de rail.

 

Verstiftingen

In vele gevallen is het niet mogelijk om onderaan de panelen horizontale verankeringen te voorzien. Bij de montage van gevelpanelen werkt men immers van onder naar boven en vervolgens per verdieping van links naar rechts of omgekeerd. Zodra men een paneel moet monteren naast een reeds geplaatst paneel, is de plaats waar het windanker zich zou moeten bevinden dus niet meer bereikbaar. In dit geval kan men een windanker gebruiken dat doorheen het paneel bevestigd wordt, een weinig esthetische oplossing. Een andere mogelijkheid is echter het toepassen van een verstifting. Hierbij worden de horizontale lasten niet overgedragen naar de achterliggende structuur maar naar het onderliggende paneel. Dit paneel moet hier vanzelfsprekend aan aangepast zijn.

Een verstifting is opgebouwd uit een ronde en een ovale huls in PVC en een roestvast stalen, gladde stift. Dit kan een volle stift zijn of een roestvast stalen omhulsel dat opgevuld wordt met een kunsthars. De ovale huls wordt voorzien in de bovenzijde van de onderliggende plaat, de ronde huls in de onderzijde van de bovenliggende plaat. De stift wordt voor de montage in de ronde huls aangebracht en tijdens de montage in de ovale huls geschoven. Het gedeelte van deze huls dat zich onder de stift bevindt dient opgevuld te worden met een elastische vulling, het overige deel met een krimpvrije mortel. Op deze manier wordt de verticale uitzetting van de panelen niet verhinderd. Vaak is er sprake van een verspringing van de gevelpanelen ten opzichte van de fundering. In dit geval kan men een geknikte stift gebruiken of in het geval van zwaardere belastingen, een console aan het gevelpaneel storten, die op de fundering geplaatst wordt.

De draagstructuur

Een belangrijk aspect bij de studie van een gevelplaatverankering is de achterliggende structuur. Zowel met consoles als met gevelplaat- en borstweringsankers kunnen zeer zware panelen aan de draagstructuur bevestigd worden en het spreekt voor zich dat deze draagstructuur moet aangepast zijn om deze krachten op te nemen. 

Een belangrijk aandachtspunt bij de toepassing van speciale ankers is de betondikte. Voor de bevestiging van deze ankers aan de draagstructuur kunnen rails, chemische ankers of mechanische verankeringen gebruikt worden. Elk van deze systemen vereist een bepaalde minimale betondikte.
Een voorbeeld: een paneel van 2 ton wordt opgehangen met 2 gevelplaatankers van 11,5 kN. Deze ankers vereisen een chemisch anker M16, om de optredende lasten te kunnen overdragen naar de achterliggende draagstructuur. Voor deze chemische ankers is echter een minimale betondikte van 17 cm noodzakelijk. Een “traditionele” wand van 14 cm volstaat hier dus niet.



Bron: Artikel uit Beton, tijdschrift van de Federatie van de Betonindustrie (FEBE)