(Fr.: système de construction; Du.: Bausystem; Eng.: method of construction), de ordening van gemonteerde bouwelementen die op elkaar zijn afgestemd. Bouwsystemen zijn ingevoerd om te besparen op arbeidsuren en om een snellere produktie en afwerking te bewerkstelligen (serieproduktie, verdergaande automatisering) en een betere kwaliteit te waarborgen.
Bouwelementen kunnen in een werkplaats gefabriceerd worden onafhankelijk van weersomstandigheden, hetgeen toelaat het gehele jaar te produceren zonder verloren werkuren. Door de serieproduktie kan de kostprijs van de elementen aanzienlijk verminderd worden. De op de bouwplaats te leveren arbeid kan tot een minimum worden beperkt door toepassing van grote zo ver mogelijk afgewerkte bouwelementen die montageklaar uit de werkplaats komen bijv. wandelementen uit een stuk, voorzien van buisleidingen voor elektriciteit, sanitair enz. of van gevelelementen die alle vocht-, warmte- en geluidisolerende lagen bevatten. De grenzen van de mogelijkheden worden mede bepaald door de eisen van hanteerbaarheid tijdens vervoer en montage. Waar bijzonder omvangrijke elementen kostbare speciale vervoermiddelen en montagekranen eisen, kan het lonend blijken de elementen te produceren in een op de bouwplaats ingerichte werkplaats, waaraan de grondstoffen afgeleverd kunnen worden zonder transportmoeilijkheden.
Produktieversnelling wordt verkregen door speciale procédés toe te passen zoals het gebruik van binding- en verhardingversnellers voor betonspecie. De bouwsystemen moeten het voorts mogelijk maken tegemoet te komen aan de esthetische eisen inzake vormgeving en afwerking, en de technische wat betreft stabiliteit, duurzaamheid, bestendigheid tegen aantasting door zwammen, insekten, ongedierte enz. alsmede tegen corrosie. Voorts aan de eisen van behaaglijkheid, veiligheid van het gehele bouwwerk, handzaamheid wat betreft het binnen brengen en opstellen van meubilering, apparatuur, huishoudmachines enz. Tenslotte mag de constructie geen belemmering opleveren voor het aanbrengen van muurversiering, gordijnen, vloerbedekking, lichtarmaturen enz.
Op stedebouwkundig gebied zal de eentonigheid van grote ensembles identieke bouwwerken vermeden moeten worden door een oordeelkundige plaatsing der bouwwerken ten opzichte van elkaar, lettend op wegen en groen, licht en lucht.
Structuren.
Bouwsystemen kunnen volgens drie structuren worden uitgevoerd. De primaire structuur omvat de algemene draagconstructie, zoals het skelet van kolommen en balken, de spanten, vloer- en dakplaten, en de draagwanden. Men streeft ernaar de draagconstructie zodanig ineen te zetten dat én het materiaal optimaal gebruikt wordt wat betreft stijfheid en sterkte, én aan de eisen van economie en indelingsvrijheid voldaan wordt. Dit leidt ertoe de steunpunten bij hoogbouw ca. 8 m uit elkaar te houden en bij utiliteitsbouw zonder verdieping 5...6 m, bij overspanningen van gemiddeld 20 m. Hiermee worden grote vrije ruimten geschapen waarin verdere indeling naar wens mogelijk is.
De secundaire structuur zorgt voor het omsluiten van de juistgenoemde ruimten met gevelpanelen, lichte niet-dragende scheidingswanden, verlaagde plafonds, vloerbekleding enz. Hierbij wordt dikwijls modulatie toegepast. De basismaat moet geschikt zijn voor de praktische indeling en uiteraard gemakkelijk inpasbaar zijn in de rastermaat van de primaire structuur.
De tertiaire structuur omvat alle voorzieningen voor sanitair, verlichting, verwarming, luchtbehandeling, telefonie, elektriciteit, branddetectie en -melding, liften, roltrappen, afvalverwijdering enz. Voor industriebouw komt hierbij nog een groot aantal andere voorzieningen. Integratie in het systeem van woning- en kantoorhoogbouw van de op elke verdieping aanwezige identieke voorzieningen (bijv. de natte cellen voor keuken, badkamer en toiletten) maakt het mogelijk deze cellen of elementen daarvan vrijwel kant en klaar te doen aanvoeren.
Uitvoering.
Bij gesloten bouwsystemen wordt de prefabricagemethode zo ver mogelijk doorgevoerd. Er blijven weinig mogelijkheden voor variatie in vorm en in plan over. De open systemen daarentegen gaan uit van een begrensd aantal elementen, zoals kolommen, balken en platen waarmee naar wens verandering in vorm en in plan aangebracht kunnen worden. De omstandigheden en eisen bepalen of een open dan wel een gesloten bouwsysteem de meest economische oplossing vormt. De producent van open bouwsysteemelementen kan een ruimere markt bedienen. Het gesloten systeem kan voordeliger blijken indien het ten volle beantwoordt aan specifieke eisen en uitbreidingsmogelijkheden niet van primair belang zijn.
Om aan de eisen van economie tegemoet te komen, is het noodzakelijk tot industrialisatie van het bouwen over te gaan, doch deze wordt geremd door verouderde bouwreglementen en wetten, en versnippering der bouwgronden door grondspeculaties. Kan de industrialisatie efficiënt doorgevoerd worden, dan zullen de gebouwen, vooral de woningen, van investerings- tot verbuiksgoederen promoveren en zal de woning eindelijk met haar tijd kunnen meegaan.
Een classificatie van de bouwsystemen op basis van hun primaire structuur, kan een idee geven van de diverse mogelijkheden, onafhankelijk van een tijdsverloop.
Indeling.
Primaire structuren laten zich indelen in vorm-, vector-, massa- en oppervlakactieve, alsmede verticale structuren.
Vormactieve structuren bestaan uit elementen die onderhevig zijn aan een enkelvoudige spanningstoestand, meestal door trek (bijv. kabelsystemen) of door druk (bijv. bogen). Deze belastingsvorm treedt op door het eigen gewicht wanneer de kabel of de boog de vorm heeft van een kettinglijn. Men moet echter ook rekening houden met andere krachten als wind en ongelijke belasting. Om een zuivere vormactieve structuur te behouden, moet men tot voorspanning overgaan.
Als ‘kabel’ kan men elk element beschouwen dat in de structuur slechts op trek wordt belast, strengen staal- of nylondraad, hout in de vezelrichting enz. Bij kabelsystemen ligt het probleem in de onderlinge vasthechting der kabels en in hun verankering aan de fundering. Voorspanning van kabels wordt verkregen door o.a voortrekken, verzwaring en gebruik van kabelbalken (zie Dakconstructie). De werking van bogen vindt omgekeerd plaats; zij komen in allerlei vormen voor, zoals spits- en korfbogen (zie Boog; Gewelf). Zij behoeven niet noodzakelijk continu te zijn.
Onder de vormactieve structuren worden ook de tentsystemen ingedeeld die kunnen worden opgevat als kabelsystemen met een zeer fijn mazennet, waarbij de uitwendige krachten door het geheel worden opgenomen. De tentsystemen zijn een voorbeeld van schaalvergroting; sinds mensenheugenis met beperkte afmetingen in gebruik, werd de tent met zeer grote afmetingen toegepast voor o.a. het ineens overdekken van grote oppervlakten. Een voorbeeld vormt het stadion te München, waarbij 34.550 m2 met een tentsysteem wordt overspannen. Het wordt bereikt door gebruik van tegen druk bestendige elementen zoals masten en bogen.
Als laatste der vormactieve structuren zijn te noemen de pneumatische systemen (‘pneus’) bestaande uit een membraan die hermetisch aan de grond is vastgemaakt en waarin lucht geblazen wordt, zodat de membraan bol gaat staan. De benodigde overdruk is zeer gering; aan de uitwendige krachten wordt weerstand geboden doordat iedere vormverandering verkleining van het volume veroorzaakt en daarmee drukverhoging, die de oorspronkelijke toestand snel herstelt. Aan wind wordt weerstand geboden met behulp van een rooster waarvan de kleppen in grotere of kleinere mate, al naar de sterkte van de wind naar binnen toe opengaan, waardoor automatisch de overdruk bijgeregeld wordt.
Vectoractieve structuren verschillen van de vormactieve voornamelijk doordat men een groot aantal kleine elementen gebruikt in plaats van een klein aantal grote. Door de kleinere lengte van ieder deelelement treden alleen normaalkrachten aan trek of druk op; in ieder afzonderlijk deelelement zal dus bij voldoende afmetingen geen buiging of knik ontstaan. Het basisprincipe van de vectoractieve structuren ligt in de toepassing van driehoeken die een onvervormbaar geheel uitmaken; veranderlijke en asymmetrische belastingen worden steeds over verscheidene elementen verdeeld.
De bekendste vectoractieve structuren zijn de vlakke vakwerken. De deelelementen zijn meestal gewone stalen L- en/of U-profielen dan wel kokerprofielen. Met vlakke vakwerken uit buisprofielen kan men overspanningen bereiken tot 150 m, met gebogen vakwerken zelfs tot 300 m.
Na de Tweede Wereldoorlog heeft men zich toegelegd op ruimtevakwerken (driedimensionale systemen) waarvan het principe reeds in de vorige eeuw door A.G. Eiffel werd toegepast. Er zijn thans tientallen systemen in gebruik, waarvan de vernuftigheid steeds is gelegen in de wijze waarop het knooppunt wordt gebouwd. Bij ruimtevakwerken bezit de bovenste laag kortere afstanden tussen de knopen dan de onderste. Het voordeel hiervan is dat de onderste knopen maximaal 18 staven per knoop krijgen. De ruimtevakwerken kunnen zowel aan de randen ondersteund worden als in de hoeken. Zij hebben het voordeel dat zij zowel verticale als horizontale belastingen kunnen opnemen.
Massa-actieve structuren, waarvan balken de basiselementen vormen, werken voornamelijk door de continuïteit en de massa van het materiaal; zij zijn hoofdzakelijk onderhevig aan buigspanningen en kunnen niet alleen krachten en belastingen opnemen volgens de as van het element, maar ook loodrecht daarop. De belastingen worden naar de uiteinden overgebracht door de weerstandsmassa en verder naar de steunpunten en de fundering afgeleid. Balken eisen steunpunten of -oppervlakken. Balken en kolommen vormen met hun ingeklemde, stijve verbindingen een samengesteld systeem waarvan ieder deel het zijne bijdraagt in de weerstand tegen vervorming van het geheel.
In het inwendige ontstaan in het element schuifspanningen tegengesteld gericht en op een zekere afstand van elkaar, zodat zij een koppel vormen dat een inwendig buigend moment veroorzaakt. Uitwendig heeft men de verschillende belastingen die aangrijpen op het element en die in evenwicht worden gehouden door de reacties in de steunpunten. Doordat belasting en reactiekracht niet in hetzelfde punt aangrijpen, ontstaat een uitwendig buigend moment. Wanneer het systeem in evenwicht is, zullen de in- en uitwendige momenten aan elkaar gelijk zijn.
Wanneer men een stijve verbinding kan verwezenlijken tussen de balken en de steunpunten is het mogelijk ook aan horizontale krachten weerstand te bieden; men komt dan tot een raamspantensysteem, veelvuldig toegepast bij gebouwen met rechthoekig plan. Een bij een element optredende belasting zal echter voor het grootste deel door dit element zelf gedragen moeten worden en slechts voor een gedeelte door de naburige elementen. Door een rooster op te bouwen met ten minste twee niet-evenwijdige balkensystemen, bereikt men een bijkomende stijfheid en een vermindering van de constructiehoogte. Massa-actieve structuren hebben een uitgesproken rechthoekig karakter en bieden de mogelijkheid elementen uit andere structuren op te nemen; zij liggen aan de basis van de skeletbouw.
Oppervlakactieve structuren vindt men bij systemen die in een oppervlaktespanningstoestand werken. Platen kunnen zowel horizontaal als verticaal gebruikt worden. Bij horizontale platen zal het draagvermogen voor verticale belastingen dalen naarmate het oppervlak groter wordt; bij verticale zal het toenemen.
Wil men de voordelen van horizontale en verticale platen combineren, dan zal men ze onder een hoek met het horizontale vlak moeten gebruiken. Hieruit ontstaan de vouwsystemen, waarbij de belasting in een groot aantal kleinere spanningen wordt omgezet, verdeeld over de gehele oppervlakte. Afhankelijk van de vouwen of plooien zijn verschillende vormen mogelijk. De plooien kunnen in elkaar gewerkt worden en zowel verticaal, horizontaal als radiaal ontworpen worden. Men kan een vloeiende overgang van verticaal naar horizontaal bewerkstelligen door enkelvoudig gekromde oppervlakken zoals bijv. tongewelven, en door schalen, ontstaan uit de rotatie van ellips, hyperbool, parabool enz. Ook hierbij kan door uitsnijdingen en aaneenvoegen een groot aantal vormen ontstaan. Zo kan bijv. een bolkap gebruikt worden om een vierkante oppervlakte te overkoepelen, mits zijdelingse verticale uitsnijdingen worden aangebracht. Dergelijke systemen zijn niet meer als ‘eenvoudig’ te beschouwen, zodat het nodig is de hierbij horende ruimten en vormen nauwkeurig volgens de wetten van de mechanica te ontwerpen.
Verticale structuur kenmerkt zich door een samenbundelen van de belasting, door de overdracht daarvan naar de steunpunten en door de zijdelingse stabiliteit. Zij zijn niet enkel een eenvoudige opstapeling van een aantal al dan niet identieke verdiepingen: boven een zekere hoogte wordt de horizontale belasting door de wind een belangrijke factor.
De hoogte van het gebouw stelt eigen problemen zoals wind- en waterdichtheid van gevels en ramen, trillingen en resonantie onder invloed van windstoten, stijfheid van de fundering, turbulentie van de wind nabij de voet, brandveiligheid en ontruimingsmogelijkheden.
Een van de voornaamste criteria bij primaire structuren is, dat de elementen die de belasting van iedere verdieping naar de grond leiden, continu zijn. Door een identieke verdeling van de vloeroppervlakte op iedere verdieping zullen kolommen in het gevelvlak kunnen liggen, dan wel meer naar binnen met behulp van overkraging. Bij de isostavenstructuursystemen worden omwentelingsoppervlakken opgebouwd uit gelijkzijdige driehoeken. Deze werkwijze kan herhaald worden.
Bij de isoknopenstructuursystemen wordt het omwentelingsoppervlak opgebouwd door ongeveer identieke driehoeken. Tenslotte zij opgemerkt dat met het verloop der jaren steeds nieuwe systemen uitgewerkt worden met nieuwe materialen. Door een grondige kennis van de mogelijkheden zijn aanzienlijke besparingen te verwezenlijken. Samenwerking tussen architecten en ingenieurs moet ertoe leiden dat bouwwerken worden opgetrokken volgens systemen die technisch, esthetisch en economisch verantwoord zijn.