“Op dit moment worden onder meer stalen raamwerken gebruikt om een hoog gebouw stabiel te maken. Hieraan wordt wel een gevel bevestigd, maar deze heeft alleen een scheidende functie, dus om het weer buiten te houden”, legt Teeuwen uit. “Bij de innovatieve hybride constructie die wij hebben bestudeerd, zorgen de betonnen panelen samen met de stalen raamwerken voor de stabiliteit. Zo wordt het mogelijk om een lichtere staalconstructie met eenvoudige verbindingen toe te passen, waardoor je kosten kunt besparen.”

Het betonnen paneel heeft een uitsparing voor een raam. Zo’n paneel wordt met boutverbindingen bevestigd in een stalen raamwerk van H-profielen. Deze verbindingen zijn ‘discreet’ en ‘droog’. ‘Discreet’ wil zeggen dat de panelen op afzonderlijke punten vastgeklemd zitten in het staal. ‘Droog’ betekent dat er voor de verbinding geen betongietwerk nodig is. In een continu proces wordt het stalen raamwerk opgebouwd en worden de betonnen panelen erin vastgezet. Het is de bedoeling dat de betonnen panelen in de fabriek al worden voorzien van kozijnen, ramen, isolatie en buitengevel. Een verdieping is zo direct wind- en waterdicht. “Kortom een hele snelle bouwconstructie”, aldus Teeuwen.

In een levensgrote proefopstelling heeft hij gekeken hoe de constructie reageert op een laterale, ofwel zijdelingse belasting. Deze krachten komt in de praktijk op een gebouw te staan door wind of door een aardbeving. Teeuwen heeft hiervoor vijf betonnen panelen met verschillende raamopeningen en stalen raamwerken beproefd. Alle componenten werden in een fabriek gemaakt en afzonderlijk aangeleverd. “We hebben die panelen, elk ongeveer vijfentwintighonderd kilo zwaar, in het raamwerk bevestigd en in de proefopstelling geplaatst”, vertelt Teeuwen. De stalen raamwerken met de betonnen panelen blijken vele malen sterker en stijver dan raamwerken zonder een paneel. En de bouten in de discrete verbindingen bepalen daarbij de sterkte van de constructie. “Mocht de constructie bij een zeer extreme belasting uiteindelijk bezwijken, dan blijven het betonnen paneel en het stalen raamwerk intact. De discrete verbindingen begeven het als eerste. Dit betekent dat de constructie op een veilige manier kan bezwijken.” De constructie is zo gemaakt, dat je de bouten achteraf kunt vervangen.

De resultaten van de experimenten zijn gebruikt om een computermodel te valideren. “Met dat model hebben we vele varianten berekend. Daar zijn uiteindelijk rekenregels uit voortgekomen. Aan de hand van deze rekenregels kun je toetsen of een bepaalde constructie sterk en stijf genoeg is. Blijkt dat niet zo te zijn, dan zul je het ontwerp moeten aanpassen. Een kleiner raam, een sterkere verbinding of een dikker paneel, afhankelijk van welke component niet voldoet”, vertelt Teeuwen.

De proeven lieten verder zien dat het een sterke en stijve constructie is die relatief veel belasting kan hebben. “Het heeft potentie”, aldus Teeuwen. De constructie is nog niet toegepast in de praktijk. Voor het zover is, moet het eerst in een veiligheidsvoorschrift of aanbeveling beschreven worden, bijvoorbeeld in de Eurocode. Daarvoor moeten autoriteiten en commissies die deze codes formuleren, zich over de rekenregels buigen. Vervolgens moet daadwerkelijk iemand zijn nek uitsteken om de constructie toe te passen.

De hybride constructie is geschikt voor ‘Nederlandse’ hoogbouw, “zeg tot twintig verdiepingen. Maar het kan ook toegepast worden bij hogere gebouwen. Zo heb ik een masterstudent, Jan-Pieter Kansen, begeleid die een gebouw van meer dan driehonderd meter hoog heeft ontworpen. Daarbij heeft hij deze constructie met andere constructies gecombineerd.”

Teeuwen voerde zijn onderzoek uit binnen de vakgroep Constructief Ontwerpen en Uitvoeringstechniek (COUT) van de faculteit Bouwkunde. “Het onderzoek binnen deze vakgroep is zeer divers. De ene onderzoeker bestudeert de constructieve mogelijkheden van glas, de ander bijvoorbeeld beton dat is versterkt met een wapening van koolstofvezels”, vertelt hij. Sinds kort werkt hij bij ingenieursbureau Witteveen+Bos als constructeur. “Op termijn zou ik me graag met grote complexe constructies willen bezighouden. De uitdaging zit voor mij in hoogbouw en grote overspanningen, zoals bij stadions.” (IM)/.

Donderdag 26 november vanaf 16.00 uur verdedigt ir. Paul Teeuwen zijn proefschrift ‘Lateral Behavior of Steel Frames with Discretely Connected Precast Concrete Infill Panels’.