Mechanische verbindingen in de architectuur

Als delen van een constructie demontabel moeten zijn, wordt er meestal gebruikgemaakt van boutverbindingen of combinaties van draadeinden met moeren. Dergelijke verbindingen zijn relatief kostbaar.

J.P. Barstow

Inleiding

Mechanische verbindingen worden gevormd met behulp van diverse bevestigingsmiddelen, waaronder schroeven en moeren. Ze worden gewoonlijk gebruikt om te velde een verbinding tot stand te brengen. De verbindingen kunnen zodanig worden ontworpen dat relatieve beweging van de verbonden delen mogelijk is.


Op plaatsen waar de verbindingen worden blootgesteld aan weer en wind en wanneer galvanische corrosie zeer waarschijnlijk is, is het van groot belang om ervoor te zorgen dat het bevestigingsmateriaal ten minste net zo bestand is tegen corrosie als het te verbinden materiaal. Om het verschijnen van roestplekken te onderdrukken mogen nooit bevestigingsmiddelen van koolstofstaal worden gebruikt voor het verbinden van roestvast staal, zelfs niet als het bevestigingsmateriaal elektrisch is geïsoleerd van het omringende metaal. Hiertegen wordt, zeker in de woningbouw, vaak gezondigd (zie afbeelding 1). Roestvaststalen bevestigingsmiddelen worden op grote schaal toegepast voor:
 

• het met elkaar verbinden van roestvaststalen onderdelen, bijvoorbeeld in de vorm van een overlapverbinding tussen geprofileerde plaat voor bekledingsdoeleinden; het met elkaar verbinden van roestvaststalen onderdelen en onderdelen van ander materiaal, bijvoorbeeld bouten om roestvaststalen steunhoeken te verbinden met een constructie van staal of beton;
• het met elkaar verbinden van onderdelen van materialen anders dan roestvast staal, bijvoorbeeld voor het verbinden van corrosieve houten onderdelen zoals eikenhout of daken van aluminium, koper of zink.
• Er staat een grote verscheidenheid aan schroeven, bouten, moeren, onderlegringen, haken, nieten en andere bevestigingsmiddelen ter beschikking in tal van roestvaststaalsoorten (zie afbeelding 2).
   

Afbeelding 1 Galvanische corrosie tussen roestvaststalen bouten en koolstofstalen onderlegringen.


Afbeelding 2 Een selectie uit het grote assortiment mechanische verbindingsmiddelen.
 

Specificaties

Elk bevestigingsmiddel wordt aangeduid met behulp van een letter en drie cijfers, bijvoorbeeld A2-70. De letter verwijst naar de algemene samenstelling van het roestvast staal (A voor austenitisch, C voor martensitisch en F voor ferritisch). Het eerste cijfer verwijst naar de aanwezige legeringselementen (of type) en dus naar de corrosieweerstand van het bevestigingsmiddeL Er wordt zeer veel gebruikgemaakt van drie typen austenitisch roestvast staal. In toenemende orde van corrosieweerstand zijn dit Al, A2 en A4. Al bevat zwavel dat is toegevoegd ter verbetering van de verspaanbaarheid, hetgeen echter ten koste gaat van de corrosieweerstand en het ongeschikt maakt voor omgevingen anders dan landelijke en vriendelijke klimaten. A2 bezit een corrosieweerstand die overeenkomt met die van 1.4301. Dit type is geschikt voor gebruik in stedelijke en licht industriële klimaten. A4 komt in corrosieweerstand overeen met 1.4401 en is geschikt voor gebruik in industriële en zeeklimaten. De beide laatste cijfers wijzen op hun sterkteklasse. Er bestaan drie klassen: 50, 70 en 80, die corresponderen met de treksterkten van 500, 700 en 800 MPa. De klasse van een bout heeft geen significante invloed op zijn corrosieweerstand. De klasse 70 is de meest voorkomende sterkteklasse. Dus de aanduiding A2-70 duidt op een bout met dezelfde corrosieweerstand als die van 1.4301 roestvast staal en met een treksterkte van 700 MPa.
 

Ontwerp

Het type bevestigingsmiddel dat zal worden gebruikt hangt af van de afmetingen en vorm van de te verbinden
onderdelen. Zo kunnen de volgende typen worden onderscheiden.


Zelfborende schroeven

Dit type schroeven is bij uitstek geschikt voor lichte onderdelen zoals dak- en bekledingspanelen. In geval van koolstofstaalplaat, worden ze in één bewerking gemonteerd: ze zijn voorzien van een boorpunt die zijn eigen boorgat vormt waarlangs de schroef naar binnen gaat en draad snijdt in de plaat. Zelfborende schroeven zijn doorgaans niet hard genoeg om in roestvast staal door te dringen. Zemoeten dan worden gemonteerd via voorgeboorde gaten in het roestvast staal, waarna ze zich verder een weg kunnen banen in het achterliggende materiaal, dat dan meestal koolstofstaal is.


Zelftappende schroeven

Dit type wordt gebruikt voor het verbinden van lichte onderdelen. Voor het verbinden van aluminium, kunststof of hout worden in het algemeen roestvaststalen zelftappende schroeven gebruikt.

Bouten

Bouten zijn geschikt voor het verbinden van zwaardere onderdelen. Onderlegringen onder zowel boutkop als moer worden aanbevolen, om zeker te zijn van weerdichtheid. Het correcte aanhalen van bouten is belangrijk. Voor dit doel worden momentsleutels voorgeschreven en gebruikt.

Muurankers, pennen en ankers

Dit soort bevestigingsmiddelen wordt vaak vervaardigd van roestvast staal omdat ze meestal lastig zijn te inspecteren en vervangen, terwijl toch corrosieweerstand verzekerd moet zijn. Sommige bouwvoorschriften schrijven onder bepaalde omstandigheden het gebruik van roestvast staal voor. Zo mag alleen roestvast staal worden gebruikt voor het vastzetten van bekleding van natuursteen.


Afbeelding 3 Detail glasophanging.


Afbeelding 4 Detail deurknop bevestiging.
 

Praktijkvoorbeelden

Het Britse Paviljoen op de Wereldtentoonstelling te Sevilla, dat is ontworpen door Nicholas Grimshaw and Partners en gebouwd door Ove Arup & Partners, is voorzien van een beglaasde watermuur. Deze muur heeft de vorm van een gordijn van stalen framewerk en het is gebaseerd op Pilkington's Planar systeem. Het glas is horizontaal gevat in voor dit doel vervaardigde aluminium extrusies, die onafhankelijk zijn opgehangen aan roestvaststalen staven. Deze aluminium extrusies zijn met behulp van verstelbare roestvaststalen spanners bevestigd aan verspaande roestvaststalen vlakke bevestigingsplaten. De constructie is schematisch weergegeven op afbeelding 3. De Hartcliffe Mini Town Hall te Bristol, ontworpen door Hallett and Pollard en gebouwd door Ian Duncan Associates, bestaat uit een holle cilinderconstructie met een puntdak, dat vrijwel geheel van roestvast staal is opgetrokken. De deuren zijn voorzien van speciale deurknoppen, gemaakt van roestvast staal en die met behulp van bolkopbouten zijn bevestigd (zie afbeelding 4) .