Thermische vervormingen bij metalen gevelbekledingen

Het in de tijd terugdraaien van gevelschroeven is een fenomeen dat al enkele jaren met name onder deskundigen bekend is. Regelgeving op dit gebied bestaat er niet en ook is er tot op heden hiernaar nauwelijks onderzoek gedaan. Het is niet altijd duidelijk waarom de schroeven er in het éne gebouw juist wel uitkomen en in het andere niet. Wel blijkt een groot aantal factoren hierbij een rol te kunnen spelen, zoals het type en lengte van de toegepaste gevelplaten, onderlinge bevestiging van deze platen, de lengte van het gebouw, het aantal en type van de toegepaste schroeven, type achterconstructie, geveloriëntatie, montageperiode (koud of warm weer) en gevelkleur. Aluminium gevelplaten vormen hierbij een groter risico dan platen uit verzinktstaal.

Terugdraaiende gevelschroeven bij metalen gevelbekleding - aanzicht zuidgevel

aanzicht zuidgevel

Eén invloed dient onbetwistbaar aanwezig te zijn en dat is een repeterende vervorming. Machine- en windtrillingen kunnen hierbij een rol spelen maar meestal zijn repeterende temperatuursvervormingen de drijvende kracht. Als gevolg hiervan kunnen de in elkaars verlengde liggende platen t.p.v. hun eindoverlappen namelijk repeterend tegen elkaar in bewegen. Dit kan er op den duur toe leiden dat op meerdere plaatsen, meestal halverwege het gevelvlak, de in deze overlappen toegepaste schroeven losdraaien dan wel loswrikken.

Aanzienlijke plaatvervormingen, in de vorm van het uitzetten en krimpen van deze platen onder invloed van temperatuurswisselingen, komen met name voor bij lange gevels waarbij de elementen middels overlappen zijn doorgekoppeld, bij donkere kleuren, bij stijve gevelprofileringen en bij montage in een koudere periode. Ook een relatief grote h.oh-afstand tussen de verticale bevestigingslijnen vormt een risico.

Casus terugdraaiende gevelschroeven

De onderzochte casus betreft een opslag- en expeditiehal met een rechthoekige plattegrond 138x 66,6 m. De gebouwhoogte bedraagt 12,5 m. Op een stalen draagconstructie van deze hal zijn horizontaal sendzimirverzinkte stalen binnendozen bevestigd. Voor en in deze binnendozen is een minerale wol isolatie aangebracht. Op de binnendozen zijn middels afstandhouders in verticale richting sendzimirverzinkte stalen omegaprofiel gemonteerd h.o.h. 1,5 m. Als afwerking zijn hier voor in horizontale richting sendzimirverzinkte stalen profielplaten aangebracht, type 18/76, dikte 0,75 mm. Aan de buitenzijde is deze beplating afgewerkt met een coating in de kleur RAL 7016 (antraciet-grijs). De maximale lengte van de buitenplaten is 6100 mm. Deze zijn uitgevoerd met eindoverlappen en bevestigd en doorgekoppeld met verzinktstalen, zelfborende schroeven Ø5,5 mm.

Terugdraaiende gevelschroeven bij metalen gevelbekleding - Losgedraaide schroef

Losgedraaide schroef

De eigenaar meldde in de eerste zomer na de bouw dat er bij de lange gevel, georiënteerd op het Zuidwesten, schroeven loskwamen.

Door het door deze ingeschakelde geveladviesbureau werd dit probleem aan te grote temperatuursvervormingen toegeschreven. Middels een berekening bepaalde deze een temperatuursvervorming van de doorgekoppelde gevelplaten van maar liefs +50 resp. -30 mm. Gesteld werd dat de gevel werkt als één onwrikbaar geheel zodat de vervormingen bij elkaar kunnen worden opgeteld. De krachten en spanningen zouden in het midden van de gevel het grootst zijn omdat bij de vrije einden de vervormingen kunnen optreden en in het midden niet. Bij dergelijke vervormingen zullen er krachten op de bevestigingen aangrijpen waardoor deze zullen afbreken. Dit was echter niet het beeld. De berekende vervormingen traden niet op en de schroeven waren niet afgebroken. Naar aanleiding van twijfels schakelde de gebouweigenaar Nieman-Kettlitz in.

Praktijk versus Theorie

Uit de gemaakte berekeningen blijkt er van te zijn uitgegaan dat de uitzetting van de platen zich volledig vertaalt in het daadwerkelijk langer worden van de platen.. Echter bij platen met een beperkte buigstijfheid, zoals de toegepaste platen met een hoogte van slechts 18 mm, vertaalt een aanzienlijk deel van de uitzitting zich in een lichte bolstand tussen de verticale bevestigingsrijen. Uitbuigen is in dit geval de weg van de minste weerstand. Bovendien treedt een aanzienlijk deel van de theoretisch berekende vervorming niet op omdat deze wordt omgezet in een verhinderde vervorming en dus oplopende spanningen. Hoe meer bevestigingen vervormingen in het vlak tegen-werken, des te groter dit effect zal zijn. Iedere plaat zit op vijf plaatsen met in zijn totaliteit meer dan 45 schroeven vast  En tenslotte zullen de temperatuursvervormingen van de op elkaar aansluitende platen in ieder geval deels tegen elkaar in werken.

Hernieuwde berekening

Terugdraaiende gevelschroeven bij metalen gevelbekleding, Geschraapte coating onderliggende plaat

Geschraapte coating onderliggende plaat

Uit berekeningen op basis van deze aangepaste uitgangspunten volgt dat bij de schroefgaten sprake kan zijn van een beperkte verplaatsing van maximaal 2,28 mm. Dit beeld komt overeen met de praktijk; bij de bevestigingen zijn de onderlegringen maximaal over enkele millimeters afgeschoven. Ditzelfde geldt voor de verlenging van de platen aan hun uiteinden. Omdat hier zeker naar het midden van de gevel toe de aansluitende platen ‘tegen elkaar inwerken’ ontstaat een maximale verplaatsing van de beide plaatuiteinden ten opzichte van elkaar van 5,56 mm. Deze is ook in de praktijk te zien aan het ‘schrapen’ van de plaatuiteinden over elkaar met als gevolg coatingschade.

De verplaatsing van maximaal 2,28 mm ter plaatse van de schroeven heeft niet geleid tot het afbreken hiervan maar tot een ‘uitlubbering’ van de schroefgaten, vervorming en verdraaiing van de schroeven en hun onderleringen en tot het loskomen van een aantal schroefrijen, met name meer in het midden van de betreffende gevel. Blijkbaar leidt het tegen elkaar in repeterend uitzetten en krimpen van de platen ter plaatse van de eindoverlappen over een afstand van +2,28 mm bij de gegeven omstandigheden en uitgangspunten tot het losdraaien en/of loswrikken van de betreffende schroeven.

Oplossing voor gevelafwerking

De oplossing kan worden gevonden in een ander ontwerp van de gevelafwerking dan wel in een aangepaste engineering van de hiervoor omschreven afwerking. Wat betreft het eerstgenoemde type oplossing kan worden gedacht aan lichte in plaats van donkere kleuren of het ‘koppelen’ van de in elkaars verlengde liggende platen middels zogenaamde schijnkolommen  in plaats van eindoverlappen. Ook het aanbrengen van nog meer schroeven kan het probleem wegnemen of verkleinen.

Bij een aangepaste engineering ligt de nadruk op het voorkomen van het loskomen van de schroeven of te wel het vergroten van de weerstand van de schroeven tegen losdraaien/wrikken. Deze wordt naast de spoed en diameter van de bevestiger bepaald door de dikte van de constructie waarin wordt bevestigd. Uit testen volgt de vuistregel dat het risico van loskomen te minimaliseren is door bij stalen gevelplaten de constructie, waarin wordt bevestigd, minimaal 2x zo dik te maken als de dikte van de te bevestigen delen. Bij een aluminium gevelafwerking is dit minimaal 2,5x deze dikte. Vanaf een dikte van 2 resp. 2,5 mm bij een stalen resp. aluminium achterconstructie is het risico op terugdraaiende/ wrikkend schroeven over het algemeen te verwaarlozen.

Daarnaast is het bij donker gekleurde en op de zon georiënteerde gevels, waarbij de gevelplaten zijn doorgekoppeld, aan te bevelen om geveldilataties toe te passen met maximale onderlinge afstanden van 25 meter.

Dit artikel is geschreven door Otto Kettlitz en Twan Nuijen en is gepubliceerd in Bouwwereld 03-2018

Meer informatie en contact

Voor vragen over gevels neemt u contact op met Otto Kettlitz en Twan Nuijen. Of laat hier uw gegevens achter en één van onze adviseurs neemt contact met u op.