Zelfdragend gevelmetselwerk – bouwen zonder geveldragers

Zelfdragend gevelmetselwerk – bouwen zonder geveldragers

In de zoektocht naar duurzamere gebouwen wordt vaak kritisch gekeken naar het beperken van materiaalgebruik. Bij gemetselde gevels leidt dat regelmatig tot dunnere constructies. Tegelijkertijd laten veel historische gebouwen zien dat juist robuust steensmetselwerk een bijzonder lange levensduur heeft. Zelfdragend gevelmetselwerk sluit aan bij die gedachte. Door gevels zonder stalen geveldragers en lateien uit te voeren, ontstaat een duurzame en onderhoudsarme oplossing. Maar wat komt er allemaal kijken bij het ontwerpen en realiseren van zo’n gevel?

De Koninklijke Nederlandse Bouwkeramiek (KNB) initieerde tien jaar geleden een onderzoek naar de mogelijkheden om met zelfdragende buitenspouwbladen in steensmetselwerk te voldoen aan de eisen voor Bijna Energieneutrale Gebouwen (BENG). Dit heeft geresulteerd in een publicatie met dezelfde titel, waarin verschillende relevante aspecten inzichtelijk worden gemaakt. De publicatie is echter voor een groot deel gebaseerd op het principe van Trias Energetica. In dit artikel ligt de focus op de uitvoering van het gevelmetselwerk, aangevuld met de ervaringen uit het gerealiseerde project Erasmusveld in Den Haag.

 

Gebouwhoogte en geveldragers

Het bakstenen gevelmetselwerk gaat honderden jaren mee, maar dat geldt over het algemeen niet voor het staal in het gevelmetselwerk. Het beperken van de hoeveelheid staal in de gevel is één van de uitgangspunten bij het realiseren van zelfdragend gevelmetselwerk. Het gaat dan vooral om de geveldragers, maar daarnaast ook zeker om de stalen lateien en de spouwverankering.

Normaal gesproken moet  gevelmetselwerk horizontaal gedilateerd als de gevel hoger is dan vier bouwlagen. De eerste geveldrager komt dan binnen de 10 meter en aansluitend wordt er om de twee bouwlagen een geveldrager geplaatst. Met steensmetselwerk kan hoger worden doorgestapeld. Het is dan geen probleem om gevels tot zes bouwlagen zonder geveldrager te realiseren. Afhankelijk van de detaillering en het ontwerp van de gevel is het in bepaalde gevallen zelfs mogelijk om nog hogere gevels te realiseren.

 

Steensmetselwerk

Uitgaande van een gebouwhoogte van minimaal vijf bouwlagen en het niet willen toepassen van een geveldrager, moet het gevelmetselwerk steens worden uitgevoerd. Op het eerste gezicht lijkt dat niet zo’n groot probleem; het is ook gemakkelijk om dit in het ontwerp te verwerken. Toch zijn er meerdere factoren die steensmetselwerk complexer maken dan in eerste instantie wordt gedacht.

Voor veel metselaars is het maken van steensmetselwerk geen vanzelfsprekendheid meer. Zij hebben dat ook niet geleerd tijdens de opleiding of in de praktijk. Daar komt ook nog bij dat voor het maken van steensmetselwerk bakstenen nodig zijn met een passende kop-strek-verhouding. Niet alle formaten bakstenen voldoen aan deze eis en hier moet dus goed op worden toegezien.

Ook het vol en zat metselen van steensmetselwerk vraagt om een andere werkwijze dan bij Nee geen andere werkwijze, zelfde werkwijze, er moet met meer rekening gehouden worden halfsteensgevelmetselwerk. De metselaars moeten hier echt aan werken om het onder de knie te krijgen, waarbij ook het vol en zat metselen van belang is. Daarnaast is het aantal geschikte metselverbanden voor het maken van steensmetselwerk beperkter. Het is daarom uitermate belangrijk om de gevels goed op koppenmaat uit te werken, met speciale aandacht voor de hoeken en muurbeëindigingen.

 

Meer ontwerpmogelijkheden

Hoewel er misschien minder geschikte metselverbanden zijn, betekent dit niet dat er minder ontwerpmogelijkheden zijn. Naast het toepassen van steensmetselwerk is het namelijk ook mogelijk om in delen van de gevel anderhalfsteensmetselwerk toe te passen. Het dikker maken van het gevelmetselwerk biedt ook betere mogelijkheden om verspringingen aan te brengen in het metselwerk.

Constructief biedt dikker gevelmetselwerk ook meer mogelijkheden om bijvoorbeeld over een grotere hoogte geen verankering toe te hoeven passen. De ontwerpmogelijkheden in het gevelmetselwerk worden groter, waarbij het wel van belang is dat de vormen en patronen binnen het toegepaste metselverband passen.

 

Gevelopeningen

Bij het ontwerpen van een gevel in zelfdragend gevelmetselwerk, moet rekening worden gehouden met de maximale overspanning van gevelopeningen. Over het algemeen is het mogelijk om gevelopeningen met een breedte van maximaal 4 meter te realiseren. De exacte grootte van de mogelijke overspanning moet echter worden berekend. Mocht de doorsnede van het bakstenen metselwerk niet voldoende zijn om de overspanning te maken, kan metselwerkwapening worden toegepast. Dit soort gewapende baksteenlateien moeten constructief worden doorgerekend.

Om de belasting van de metselwerk lateien af te kunnen dragen naar de fundering, moet er voldoende metselwerk langs de openingen aanwezig zijn. Dat kan in de vorm van een wandvlak en dan is het vaak niet noodzakelijk om daar nog aan te rekenen. Maar er kunnen ook smalle penanten langs de gevelopeningen zitten en dan moet wel worden berekend wat de minimale doorsnede van deze penanten moet worden. Mocht de doorsnede van een penant niet voldoende zijn, dan kan dit alleen worden opgelost door het vergroten van de doorsnede. Dit verdikken biedt ook weer mogelijkheden voor andere vormen en patronen in het metselwerk.

 

Fundering

Zelfdragend steensmetselwerk is zwaarder en dikker dan halfsteensgevelmetselwerk. Dit resulteert daardoor in grotere afmetingen van de fundering en soms ook in een extra funderingspaal. In veel gevallen hoeft dat geen probleem te zijn. Maar het is wel een cruciaal aandachtspunt wanneer er in eerste instantie wordt uitgegaan van halfsteensmetselwerk dat omgezet moet worden naar steensmetselwerk.

 

Verankering

Een gemetselde gevel van vijf of zes bouwlagen blijft niet uit zichzelf staan. Traditioneel halfsteensgevelmetselwerk werkt middels spouwankers samen met het binnenblad en op die wijze ontstaat er voldoende sterkte en stabiliteit. Bij zelfdragend gevelmetselwerk is het ook de bedoeling dat er samenwerking met de dragende constructie van het gebouw ontstaat. Het is echter niet meer noodzakelijk om spouwankers over het hele gevelvlak aan te brengen.

Vaak volstaat verankering ter hoogte van verdiepingsvloeren en/of de dakvloer. Door de grotere dikte van het gevelmetselwerk kan de windbelasting over een grotere afstand door het metselwerk worden opgenomen. Vanzelfsprekend moet dat wel worden berekend. Dat geldt dan ook voor de belasting die ter hoogte van de vloeren door de verankering overgebracht moet worden.

 

Minder dilataties

Als er in zelfdragend gevelmetselwerk geen geveldragers nodig zijn, vervalt daarmee automatisch de horizontale dilatatie. Veel problemen in gevelmetselwerk zijn gerelateerd aan horizontale dilataties ter plaatse van geveldragers. Door het vervallen daarvan wordt het risico op schades in dit soort gevelmetselwerk dan ook aanzienlijk kleiner.

De regels in de norm voor het dilateren van bakstenen gevelmetselwerk zijn gebaseerd op halfsteensmetselwerk. Bij betonstenen of kalkzandstenen metselwerk wordt er op basis van de dikte van het metselwerk onderscheid gemaakt in de aan te houden dilatatieafstanden. Naarmate het metselwerk dikker is, mogen grotere dilatatieafstanden worden aangehouden.

Voor bakstenen metselwerk is daarover niets opgenomen in de norm. Toch is het wel logisch dat de afstanden ook hier groter mogen zijn naarmate het metselwerk dikker wordt. De aanwezige openingen in de gevels zijn ook van invloed op de noodzakelijke dilataties.

Door de grotere benodigde doorsneden van het gevelmetselwerk ter plaatse van lateien en penanten, is het in de praktijk vaak mogelijk om de dilatatieafstanden ruimer aan te houden. Het aantal verticale dilataties wordt daarmee ook gereduceerd. Het is wel van belang om de dilataties al in een vroeg stadium van het ontwerp inzichtelijk te hebben, omdat deze van invloed kunnen zijn op de belastingafdracht en dus meegenomen moeten worden in de constructieve berekeningen.

 

Detaillering

Een juiste detaillering is om meerdere redenen van belang voor de duurzaamheid van standaard gevelmetselwerk. In het geval van zelfdragende gevels vereist vooral het verschil in vervormingen van het gevelmetselwerk ten opzichte van de vervormingen van de dragende constructie meer aandacht. Standaard wordt geadviseerd om horizontaal minimaal 10 mm vrij te houden tussen het bakstenen gevelmetselwerk en de onderdelen in de gevel die aan de binnenconstructie verankerd zitten. Dit geldt dan voor kozijnen, maar bijvoorbeeld ook voor een stadsuitloop die door de gevel steekt.

Een zelfdragende gevel van zes bouwlagen kan grotere thermische en hygrische vervormingen ondergaan. Tegelijkertijd vervormt ook de draagconstructie over deze hoogte meer. Het verschil tussen beiden kan daardoor mogelijk groter worden dan de standaard aan te houden 10 mm. Dit moet per project goed worden bekeken, om problemen in de detaillering te voorkomen.

 

Uitvoering

Het is altijd van belang om de uitvoering van een bouwproject goed te controleren, en dat geldt zeker voor gevelmetselwerk. Zodra het gevelmetselwerk gereed is, is niet meer zichtbaar of het vol en zat is uitgevoerd. Ook is bijvoorbeeld de verankering en metselwerkwapening niet meer zichtbaar. Bij dit soort zelfdragend gevelmetselwerk vormt het metselwerk zelf in zijn geheel de dragende constructie. Daardoor is het extra belangrijk om de juiste uitvoering goed te controleren en de metselaars hier ook bewust van te maken.

Het natgeregende steensmetselwerk zal uiteindelijk ook niet doorslaan. Het ontbreken van stalen lateien en geveldragers betekent bovendien dat op deze plaatsen geen waterkerende folies hoeven te worden aangebracht. Het is dan ook niet nodig om op deze posities open stootvoegen te maken om het zakwater in het gevelmetselwerk af te voeren.