Samenvatting

Het doel van het onderzoek is te bekijken in welke opzichten de koppelingen tussen de kernen van Mahler 4 verbeterd kunnen worden, zodat de samenwerking tussen de kernen constructief en uitvoeringstechnisch verbeterd wordt. Deze verbetering valt uit constructief oogpunt te halen door een vermindering van de krachten te realiseren terwijl de uitbuiging minimaal gelijk blijft. Uit uitvoeringstechnisch oogpunt kan er veel bespaard worden in de vorm van wapening en de te vervaardigen koppelingen en de bevestiging aan de kernen.

De koppeling werkt in principe als volgt: elke koppeling kan als een ingeklemde staaf beschouwd worden. Een betonnen wand is een ingeklemde staaf en een stalen vakwerk is door de hoogte van het vakwerk ook als een ingeklemde staaf te beschouwen. Als de kernen doorbuigen ten gevolge van de windbelasting, buigen deze dezelfde kant op. De koppeling tussen de kernen zal dus aan beide zijden in dezelfde richting gaan draaien, de weerstand van deze koppeling bepaalt in hoeverre de kern terug zal buigen.

Het blijkt dat de koppeling niet altijd op dezelfde hoogte geplaatst moet worden om het meeste effect te krijgen. Verder blijkt dat er een groot verschil is in de ideale plaatsingshoogte van deze koppelingen als er gekeken wordt naar verschillende effecten.
Als het doel is om de doorbuiging zo veel mogelijk te beperken, blijkt dat als de koppelingen relatief slap zijn, ze meer effect zullen hebben op de doorbuiging als ze hoog in het gebouw geplaatst worden. Naarmate de koppelingen stijver worden gemaakt, zal deze ideale plaatsingshoogte steeds verder afnememen totdat er een evenwicht wordt bereikt met de kern. De koppeling is dan zo stijf geworden dat deze bijna niet meer zal doorbuigen. Omdat de koppeling bevestigd is aan de kern, kan deze op dit punt ook bijna niet meer doorbuigen, en zal zelfs een redelijk stuk terug moeten buigen.
Bij alle gebouwhoogtes liggen deze plaatsen op procentueel dezelfde plek. Als er 1 koppeling gebruikt wordt ligt deze hoogte op zo’n 58% van de gebouwhoogte. Als er 2 koppelingen gebruikt worden liggen deze hoogtes op zo’n 68% en op 32% van de totale gebouwhoogte.
Als er gekeken wordt naar de beperking van het windmoment in de kern, zal de ideale plaatsingshoogte bij relatief slappe koppelingen ook hoog in het gebouw zijn. Naarmate de koppeling stijver wordt gemaakt zakt deze ideale plaatsingshoogte. De plaatsingshoogte loopt in het begin gelijk met de ideale plaatsingshoogte voor beperking van verplaatsing van het gebouw. Maar deze zal steeds verder zakken, totdat deze uiteindelijk bij tot bijna bij de voet van de kern terecht zal komen.

De interne staafkrachten in de koppelingen worden echter ook steeds groter naarmate de stijfheid van de koppelingen toeneemt. Om deze reden is het niet praktisch om een koppeling te gebruiken die door de vorm stijf is, zoals een kruis spant. Het zou beter zijn om een koppeling te gebruiken waarvan de vorm relatief slap, zoals een K-spant. Als de vorm slapper is zullen er zwaardere profielen gebruikt moeten worden om dezelfde stijfheid te bereiken. Als deze koppelingen dezelfde stijfheid hebben, zijn de interne staafkrachten ook nagenoeg even groot. De interne staafkrachten zijn afhankelijk van de schuinte van de diagonalen.
Als er bij een spant te grote krachten optreden en de profielen zouden knikken, zouden de profielen zwaarder moeten worden gemaakt. Zodoende wordt de koppeling stijver en worden de interne staafkrachten weer groter. De profielen zouden weer verzwaard moeten worden, waardoor de staafkrachten weer groter worden, enzovoort. Als er een spant gemaakt kan worden dat uit zwaardere profielen is opgebouwd, maar relatief niet zo stijf is, dan wordt de kans op knik aanzienlijk verminderd.

Verder is de betonklasse waar de kernen van zijn gemaakt van invloed op de koppelingen.
Als de betonklasse wordt verhoogd, zullen externe momenten over de koppelingen bij gelijke koppelingen kleiner worden. Dus als er een kern van B25 wordt gemaakt met een bepaalde koppeling is het moment over deze koppeling groter dan als de kern wordt gemaakt van B65 met dezelfde koppeling. Dit is van belang voor de krachten in de koppeling, en voor de bevestiging van de koppeling.
Verder blijkt dat er als de momenten over de koppelingen gelijk zijn er betere resultaten behaald kunnen worden met een hogere betonklasse. Er kan meer wapening worden bespaard en de 2e orde momenten zullen kleiner zijn. Dit komt door de grotere stijfheid van de kern. De 2e orde momenten zullen vanaf het begin al kleiner zijn.

Als deze principes worden toegepast op Mahler 4 blijkt dat de koppelingen wat hoger geplaatst moeten worden om het meeste effect te krijgen. Als de onderste koppeling 3 verdiepingen hoger wordt geplaatst is er ook een besparing van 10% op de krachten binnen het spant en de bevestiging te realiseren. Als de varianten met betonnen wanden worden doorgerekend, blijkt dat deze te stijf zijn voor dit gebouw. De doorbuiging wordt ongeveer 1/3 van de toegestane doorbuiging. Zodoende worden de momenten in de koppelingen hierdoor te groot, en de wapening zou bijna niet meer in de wand passen. Betonnen wanden zijn alleen bruikbaar bij een grotere overspanning.