Welke stalen buis is geschikt voor tijdelijke stempels en hulpconstructies?

Welke stalen buis wordt gebruikt voor tijdelijke stempels?

Een ronde stalen constructiebuis is geschikt als diameter, wanddikte, staalsoort, knikweerstand en aansluitingen op basis van een constructieve berekening zijn bepaald.

Er bestaat geen universele stempelbuis die voor iedere tijdelijke ondersteuning of hulpconstructie geschikt is. De juiste buis wordt bepaald door de ontwerpbelasting, vrije lengte, effectieve kniklengte, buigmomenten, opleggingen, verbindingen, uitvoeringsfasering en technische staat van het materiaal. Een grote diameter, dikke wand of hoge vloeigrens maakt een buis niet automatisch geschikt.

Wat is een stempelbuis?

Een stempelbuis is een stalen buis die als drukstaaf wordt gebruikt om een constructie tijdelijk te ondersteunen of krachten tussen constructiedelen over te dragen. Andere gangbare termen zijn buisstempel, stalen stempel, drukstempel, bouwkuipstempel, schoorbuis en tijdelijke stalen ondersteuning.

In internationale projectspecificaties worden onder meer de termen steel strut, tubular strut, shoring, propping en temporary works gebruikt. Het begrip falsework heeft doorgaans betrekking op een tijdelijke ondersteuningsconstructie die een permanente constructie draagt totdat deze voldoende zelfstandig draagvermogen heeft.

Een stempel kan horizontaal tussen de wanden van een bouwkuip worden geplaatst, verticaal als tijdelijke kolom worden gebruikt of schuin als drukschoring worden aangebracht. De buis vormt daarbij onderdeel van een compleet krachtsysteem met aansluitingen, gordingen, kopplaten, vijzels en eventuele stabiliteitsverbanden.

Waar worden stalen buisstempels toegepast?

Stalen constructiebuizen worden als tijdelijke stempel gebruikt wanneer relatief grote drukkrachten over een aanzienlijke lengte moeten worden overgedragen. De toepassing komt vooral voor in de civiele techniek, funderingstechniek, utiliteitsbouw, infrastructuur en zware staalbouw.

• Bouwkuipstempels tussen damwanden, combiwanden of diepwanden
• Horizontale drukstempels tussen stalen gordingen
• Drukstaven in een stempelraam of tijdelijke staalconstructie
• Tijdelijke kolommen onder vloeren, brugdelen en dakconstructies
• Schoren in montageframes en ondersteuningsconstructies
• Ondersteuning tijdens renovatie, sloop of gevelbehoud
• Tijdelijke versterking tijdens hijsen, schuiven of vijzelen
• Ondersteuning van bekisting en bepaalde falsework-constructies
• Noodstempels bij herstelwerkzaamheden of constructieve schade

Bij een bouwkuip worden grond- en waterdruk via de keerwand en gordingen naar de stempelbuizen overgebracht. Bij een verticale ondersteuning bestaat de belasting vaker uit het eigen gewicht en de uitvoeringsbelasting van een vloer, brugdeel, dak of ander constructieonderdeel.

Waarom wordt vaak een ronde stalen buis gekozen?

Een ronde constructiebuis wordt aangeduid als een rond hol profiel of Circular Hollow Section (CHS). Door de rotatiesymmetrische doorsnede heeft de buis in iedere buigrichting dezelfde geometrische eigenschappen. Dit is gunstig wanneer de richting van een excentriciteit, zijdelingse belasting of initiële kromming niet volledig vaststaat.

Een gesloten buisdoorsnede heeft daarnaast gunstige eigenschappen bij druk, buiging en torsie. Het staal bevindt zich relatief ver van het zwaartepunt van de doorsnede, waardoor een ronde buis efficiënt kan worden toegepast als lange drukstaaf. De uiteindelijke geschiktheid blijft afhankelijk van de verhouding tussen diameter, wanddikte, lengte en belasting.

Vierkante en rechthoekige kokerprofielen kunnen eveneens voor tijdelijke ondersteuning worden gebruikt. Rechthoekige holle profielen hebben verschillende eigenschappen rond de sterke en zwakke as, waardoor één knikrichting maatgevend kan zijn. Open profielen, zoals H- en I-profielen, bieden praktische aansluitvlakken maar hebben andere torsie- en stabiliteitseigenschappen.

Welke belastingen moet een tijdelijke stempel opnemen?

Een stempelbuis wordt hoofdzakelijk belast door een axiale drukkracht. Een volledig centrische belasting komt in de praktijk echter nauwelijks voor. Scheefstand, initiële kromming, maatafwijkingen, vervormingen en excentrische aansluitingen veroorzaken vaak aanvullende buigmomenten.

Bij het ontwerpen van een tijdelijke stempelconstructie kunnen onder meer de volgende belastingen en invloeden relevant zijn:

• Eigen gewicht van de buis, eindstukken en aansluitingen
• Grond- en waterdruk op een bouwkuipwand
• Verticale bouw-, gebruiks- en montagebelastingen
• Windbelasting op de tijdelijke constructie
• Horizontale belastingen tijdens de uitvoering
• Buiging door excentrische krachtinleiding
• Temperatuurwerking en verhinderde uitzetting
• Trillingen, stoten en dynamische effecten
• Krachten door voorspannen, vijzelen of ontlasten
• Vervorming van damwanden, gordingen en oplegpunten
• Belastingen tijdens montage, ombouw en demontage

De maatgevende situatie kan tijdens een tussenfase van het bouwproces optreden. Een stempelplan moet daarom niet alleen de volledig gemonteerde hulpconstructie beschouwen, maar ook de volgorde waarin stempels worden geplaatst, gekoppeld, voorgespannen, verplaatst en verwijderd.

Welke diameter en wanddikte heeft een stempelbuis nodig?

Een ronde stalen buis wordt gespecificeerd met de buitendiameter en wanddikte, bijvoorbeeld Ø 508,0 × 10,0 millimeter. De benodigde buismaat kan niet uitsluitend op basis van de verwachte drukkracht of overspanning worden gekozen.

De buitendiameter heeft grote invloed op het traagheidsmoment, de buigstijfheid, de traagheidsstraal en de weerstand tegen globale knik. Bij een lange drukstaaf kan het vergroten van de diameter daarom effectiever zijn dan alleen het vergroten van de wanddikte.

De wanddikte beïnvloedt het staaloppervlak, het eigen gewicht, de druk- en buigweerstand en de gevoeligheid voor lokale vervorming. Een dikkere buiswand kan daarnaast nodig zijn om krachten via kopplaten, flenzen, schotten en ringverstijvers betrouwbaar in de buis over te brengen.

Een grote wanddikte maakt een lange buisstempel niet automatisch voldoende stabiel. Omgekeerd kan een buis met een grote diameter en een relatief dunne wand gevoelig zijn voor lokale plooivorming. Diameter, wanddikte en vrije lengte moeten daarom altijd in samenhang worden beoordeeld.

Waarom is knik vaak maatgevend bij een stalen drukstempel?

Knik is het instabiel zijdelings uitbuigen van een constructiedeel dat op druk wordt belast. Bij een lange of slanke buisstempel kan knik optreden voordat de vloeigrens van het staal over de volledige doorsnede wordt bereikt.

De gevoeligheid voor knik wordt onder meer bepaald door:

• De vrije en effectieve kniklengte
• Het traagheidsmoment en de traagheidsstraal
• De verhouding tussen lengte en profielafmetingen
• De stijfheid van de eindverbindingen
• Geometrische imperfecties en initiële kromming
• Restspanningen in het staal
• Excentrische belastingen
• Tussensteunpunten en stabiliteitsverbanden
• De toegepaste staalsoort

De klassieke Eulerknik geeft inzicht in de theoretische elastische knikbelasting van een ideale rechte staaf. Een werkelijke stalen drukstaaf bevat echter altijd imperfecties, restspanningen en excentriciteiten. Bij een berekening volgens Eurocode 3 worden daarom onder meer de relatieve slankheid en een passende knikreductiefactor toegepast.

Bij slanke stempels kunnen tweede-orde-effecten ontstaan. Een bestaande uitbuiging wordt dan door de drukkracht vergroot, waardoor een aanvullend buigend moment optreedt. Dit wordt ook het P-Δ-effect genoemd.

Een hogere staalsterkte maakt een zeer slanke stempel niet automatisch knikveiliger. Wanneer globale instabiliteit maatgevend is, kan het effectiever zijn om de diameter te vergroten, de vrije lengte te verkorten, een tussensteunpunt toe te voegen of de eindverbindingen stijver uit te voeren.

Wat is het verschil tussen globale knik en lokale plooivorming?

Bij globale knik buigt de volledige stempelbuis als constructiedeel zijwaarts uit. Bij lokale plooivorming vervormt slechts een gedeelte van de buiswand, terwijl de hartlijn van de buis aanvankelijk vrijwel recht kan blijven.

De verhouding tussen buitendiameter en wanddikte is belangrijk voor de lokale stabiliteit. Een grote dunwandige constructiebuis kan een gunstige globale buigstijfheid hebben, maar lokaal gevoelig zijn voor plooien, ovaliseren of indeuken.

Lokale vervorming kan vooral optreden bij:

• Kopplaten, voetplaten en flenzen
• Geconcentreerde krachtinleiding
• Gelaste verstijvingen en eindstukken
• Deuken, corrosie en andere beschadigingen
• Uitsparingen of opgelaste voorzieningen
• Een ongunstige verhouding tussen diameter en wanddikte

Bij de constructieve beoordeling wordt de doorsnedeklasse bepaald. Deze classificatie geeft aan in hoeverre de elastische of plastische weerstand van de buis mag worden benut voordat lokale instabiliteit optreedt. Voor zeer grote en relatief dunwandige buizen kunnen aanvullende ontwerpregels voor schaalconstructies relevant zijn.

Is S355J2H geschikt voor tijdelijke stempels?

Voor tijdelijke stempels worden onder meer constructiestaalsoorten uit de klassen S235, S275 en S355 gebruikt. Een veelvoorkomende kwaliteit voor ronde constructiebuizen is S355J2H.

S355J2H kan geschikt zijn voor zwaar belaste stempelbuizen en hulpconstructies, maar alleen wanneer ook de productnorm, afmetingen, stabiliteit, verbindingen en uitvoeringssituatie aan de constructieve eisen voldoen. De materiaalaanduiding bewijst op zichzelf niet dat een specifieke buis voldoende draagvermogen heeft.

De aanduiding S355J2H is als volgt opgebouwd:

• S staat voor constructiestaal
• 355 verwijst naar de nominale minimale vloeigrensklasse
• J2 staat voor een gespecificeerde kerfslagenergie van 27 joule bij –20 °C
• H geeft aan dat het materiaal is bestemd voor een constructief hol profiel

De voorgeschreven minimale vloeigrens is mede afhankelijk van de materiaaldikte en de toegepaste productnorm. Bij grotere wanddiktes kan de minimale vloeigrens lager zijn dan 355 N/mm². De volledige materiaalgegevens moeten daarom worden gecontroleerd aan de hand van de norm en het bijbehorende materiaalcertificaat.

Een hogere vloeigrens kan de druk- en buigweerstand van de doorsnede vergroten, maar compenseert geen ongunstige kniklengte, onvoldoende buisstijfheid, lokale instabiliteit of ontoereikende aansluiting.

EN 10210 of EN 10219 voor een stempelbuis?

Voor constructieve holle profielen zijn EN 10210 en EN 10219 belangrijke productnormen. Beide normen hebben betrekking op stalen constructieprofielen, maar verschillen onder meer in de vervaardigingswijze en leveringsconditie.

Constructiebuizen volgens EN 10210

EN 10210 behandelt warmvervaardigde constructieve holle profielen van ongelegeerd en fijnkorrelig constructiestaal. Binnen het toepassingsgebied kunnen zowel gelaste als naadloze holle profielen vallen.

Constructiebuizen volgens EN 10219

EN 10219 behandelt koudgevormde, gelaste constructieve holle profielen. De norm omvat ronde, vierkante, rechthoekige en elliptische profielen en bevat eisen aan onder meer materiaalkwaliteit, afmetingen en toleranties.

Zowel een constructiebuis volgens EN 10210 als een buis volgens EN 10219 kan geschikt zijn voor een hulpconstructie. De keuze hangt af van de constructieberekening, profielafmetingen, materiaaleigenschappen, toleranties, lasdetails en projectspecificatie.

Een naadloze stalen buis is niet automatisch sterker of geschikter dan een gelaste constructiebuis. Langsnaadgelaste en spiraalgelaste buizen kunnen als constructief element worden toegepast wanneer de productnorm, lasnaadkwaliteit, geometrie en berekende weerstand daarvoor geschikt zijn.

Niet iedere ronde stalen buis is een constructief hol profiel. Leidingen, drukbuizen, casingbuizen en API-buizen kunnen andere staalsoorten, toleranties en keuringsvoorwaarden hebben. Gebruik als dragende stempel is alleen verantwoord wanneer de relevante eigenschappen aantoonbaar zijn en binnen de constructieve berekening mogen worden toegepast.

Welke normen zijn relevant voor tijdelijke hulpconstructies?

De exacte normenset hangt af van de toepassing, het constructietype, de uitvoeringsfase en de contractuele projectspecificatie. Voor een tijdelijke stalen stempelconstructie kunnen onder meer de volgende normen relevant zijn:

• NEN-EN 1990 voor de grondslagen van constructief ontwerp
• NEN-EN 1991 voor belastingen op constructies
• NEN-EN 1991-1-6 voor belastingen tijdens de uitvoering
• NEN-EN 1993-1-1 voor stalen staven, doorsneden en stabiliteit
• NEN-EN 1993-1-8 voor gelaste en geboute verbindingen
• NEN-EN 1993-1-10 voor materiaaltaaiheid
• NEN-EN 1090-2 voor de uitvoering van constructief staalwerk
• EN 10210 en EN 10219 voor constructieve holle profielen
• EN 12812 voor ondersteuningsconstructies binnen het toepassingsgebied van falsework
• EN 10204 voor inspectiedocumenten van metalen producten

EN 12812 is niet automatisch van toepassing op iedere horizontale bouwkuipstempel. Het toepassingsgebied en de projectspecificatie moeten worden beoordeeld om vast te stellen welke normen voor de betreffende tijdelijke constructie gelden.

Productnormen zoals EN 10210 en EN 10219 beschrijven de eigenschappen en levering van het buisproduct. Zij tonen niet aan dat een specifieke diameter en wanddikte voldoende zijn voor een bouwkuip, tijdelijke kolom of andere hulpconstructie. Dat moet blijken uit een projectgebonden constructieve berekening.

Aansluitingen, kopplaten en krachtinleiding

De aansluiting van de stempelbuis kan maatgevend zijn voor de belastbaarheid van het volledige systeem. De ontwerpdrukkracht moet zo centrisch en gelijkmatig mogelijk in de buiswand worden geleid.

Veelgebruikte aansluitdetails zijn:

• Gelaste kopplaten en voetplaten
• Geboute flensverbindingen
• Ringverstijvers
• Inwendige schotten of diafragma’s
• Oplegblokken en drukplaten
• Vijzels en voorspanvoorzieningen
• Gelaste of mechanische buiskoppelingen
• Eindstukken voor aansluiting op gordingen
• Nokken, consoles en geleidingen

De platen, lassen, bouten en verstijvingen moeten worden berekend op de relevante normaalkrachten, buigmomenten en dwarskrachten. Ook lokale effecten, zoals plaatbuiging, bezwijken van lassen en indeuken van de buiswand, moeten worden gecontroleerd.

Een zware of dikwandige constructiebuis kan alsnog ongeschikt zijn wanneer de kracht excentrisch wordt ingeleid, de kopplaat onvoldoende stijf is of de gording en achterliggende bouwkuipwand de reactiekracht niet veilig kunnen opnemen.

Waarom worden bouwkuipstempels voorgespannen?

Een bouwkuipstempel kan met een hydraulische vijzel of ander spansysteem worden voorgespannen. Met een gecontroleerde voorspankracht wordt speling uit de verbindingen gehaald en kan de vervorming van de keerwand worden beperkt.

Voorspannen verhoogt de aanwezige normaalkracht in de buisstempel. De voorspankracht moet daarom worden meegenomen in de belastingcombinaties en worden afgestemd op de berekende vervormingen van damwanden, combiwanden, diepwanden en gordingen.

Temperatuurverschillen kunnen bij lange en ingeklemde stempelbuizen eveneens aanzienlijke krachtsveranderingen veroorzaken. Deze invloed moet worden beoordeeld wanneer thermische uitzetting of krimp van de constructiebuis wordt verhinderd.

Kunnen stalen stempelbuizen worden gekoppeld of verlengd?

Bij grote overspanningen of beperkte transport- en montagelengtes kan een stempelbuis uit meerdere delen worden opgebouwd. Stalen buizen kunnen worden gekoppeld met gelaste rondnaden, boutflenzen of mechanische koppelingen.

Een gekoppelde stempel moet als één volledig constructiedeel worden beoordeeld. De verbinding moet de vereiste drukkracht, buigmomenten en dwarskrachten kunnen overdragen en mag geen onaanvaardbare excentriciteit, rotatie of lokale verzwakking veroorzaken.

Ook de rechtheid van de gekoppelde buis is belangrijk. Een kleine hoekafwijking tussen twee buisdelen kan bij een hoge drukkracht aanzienlijke aanvullende buiging veroorzaken. Toleranties, passing van flenzen, lasvolgorde en tijdelijke ondersteuning tijdens de montage beïnvloeden het uiteindelijke gedrag.

Is een surplus of gebruikte stalen buis geschikt als stempel?

Een surplus of gebruikte stalen buis kan technisch geschikt zijn voor tijdelijke stempels wanneer de afmetingen, materiaalkwaliteit, traceerbaarheid en actuele toestand aantoonbaar aan de ontwerpeisen voldoen.

Het feit dat een surplusbuis niet eerder is gebruikt, maakt deze niet automatisch geschikt voor een dragende toepassing. Ook nieuw surplusmateriaal moet worden getoetst aan de constructieberekening, materiaalgegevens en projectspecificatie.

Voor gebruik en hergebruik moeten onder meer de volgende eigenschappen worden gecontroleerd:

• Rechtheid en blijvende kromming
• Ovaliteit van de doorsnede
• Werkelijke buitendiameter en wanddikte
• Algemene en plaatselijke corrosie
• Deuken en lokale plooien
• Scheuren en beschadigde lasnaden
• Beschadigingen aan de buiseinden
• Eerdere lasreparaties
• Uitsparingen, gaten en opgelaste onderdelen
• Vervormingen door eerdere overbelasting
• Materiaalmarkering en traceerbaarheid

Bij corrosie, slijtage of beschadiging mag niet zonder technische onderbouwing met de oorspronkelijke nominale wanddikte worden gerekend. De resterende effectieve doorsnede moet worden vastgesteld en in de constructieve beoordeling worden verwerkt.

Welk materiaalcertificaat is nodig voor een stempelbuis?

Een inspectiedocument volgens EN 10204 kan gegevens bevatten over de staalsoort, productnorm, chemische samenstelling en mechanische eigenschappen. Voor constructieve toepassingen wordt regelmatig een type 3.1-certificaat voorgeschreven.

Een 3.1-certificaat bevat specifieke inspectieresultaten voor de betreffende leveringspartij en wordt gevalideerd door een bevoegde vertegenwoordiger van de fabrikant die onafhankelijk is van de productieafdeling. Het document betekent niet dat iedere afzonderlijke buis mechanisch is beproefd.

De gebruikte buis moet via markeringen, labels, buisnummers, chargenummers of andere identificatiegegevens aan het materiaalcertificaat kunnen worden gekoppeld. Een los certificaat zonder aantoonbare relatie met het gebruikte materiaal biedt onvoldoende zekerheid over de traceerbaarheid.

Een geldig materiaalcertificaat bevestigt bepaalde product- en materiaaleigenschappen, maar bewijst niet dat de buis als bouwkuipstempel, drukstempel of tijdelijke kolom voldoende draagkracht en stabiliteit heeft.

Welke gegevens zijn nodig om de juiste stalen buisstempel te kiezen?

Voor het selecteren en berekenen van een stalen buis voor tijdelijke ondersteuning zijn minimaal de volgende gegevens nodig:

• Maatgevende ontwerpdrukkracht
• Optredende buigmomenten en dwarskrachten
• Totale buislengte en vrije stempellengte
• Effectieve kniklengte
• Beschikbare inbouwruimte
• Positie van tussensteunpunten
• Type eindoplegging en verbinding
• Eventuele voorspankracht
• Uitvoerings-, montage- en demontagevolgorde
• Staalsoort en productnorm
• Buitendiameter en wanddikte
• Temperatuur- en omgevingscondities
• Corrosietoeslag of conserveringssysteem
• Vereiste inspectiedocumenten
• Eisen aan rechtheid, ovaliteit en toleranties
• Inspectiecriteria voor hergebruik

De geschikte stalen buis voor tijdelijke stempels en hulpconstructies combineert een passende diameter-wanddikteverhouding, aantoonbare materiaalkwaliteit, voldoende knikweerstand, betrouwbare aansluitingen en een berekening voor alle relevante uitvoeringsfasen.

Advies over stalen buizen voor tijdelijke stempels

Zoekt u een stalen buis voor een tijdelijke stempel of hulpconstructie? Solines helpt u bij het vinden van passende buisafmetingen, staalsoorten en beschikbare materiaalcertificaten. De definitieve toepassing moet altijd constructief worden berekend.

☎️ Telefoon: 0168 – 35 66 55
✉️ E-mail: sales@solines.nl