Wat is de maximale belasting van een stalen buis?

Wat wordt bedoeld met de maximale belasting van een stalen buis?

Met de maximale belasting wordt de hoogste belasting bedoeld die een stalen buis veilig kan opnemen zonder dat bezwijken, knik, scheurvorming, plastische vervorming of een ontoelaatbare doorbuiging optreedt.

In de praktijk wordt onderscheid gemaakt tussen de theoretische bezwijkbelasting en de veilige ontwerpbelasting. De ontwerpbelasting ligt altijd lager, omdat een constructeur rekening houdt met veiligheidsfactoren, materiaaleigenschappen, belastingcombinaties, toleranties en gebruiksomstandigheden volgens de Eurocodes.

Daarom bestaat er geen standaard antwoord op de vraag hoeveel gewicht een stalen buis kan dragen. De maximale belasting verschilt per toepassing en moet altijd worden bepaald aan de hand van de eigenschappen van de buis én de constructie waarin deze wordt toegepast.

Welke factoren bepalen het draagvermogen van een stalen buis?

Het draagvermogen van een stalen buis wordt bepaald door een combinatie van geometrie, materiaalsterkte, belasting en constructieve randvoorwaarden.

• buitendiameter;
• wanddikte;
• staalsoort;
• vrije lengte of overspanning;
• belastingstype;
• oplegging en ondersteuning;
• verbindingen en lasdetails;
• corrosietoeslag of resterende wanddikte;
• veiligheidsfactoren volgens de Eurocodes.

Deze factoren beïnvloeden elkaar. Een grotere diameter zorgt bijvoorbeeld voor een hogere buigstijfheid, terwijl een grotere wanddikte de weerstand tegen druk, trek en buiging vergroot. Tegelijkertijd kan een lange, slanke buis eerder bezwijken door knik dan door materiaalsterkte.

Diameter en wanddikte zijn bepalend

De afmetingen van een stalen buis vormen de basis voor de constructieve capaciteit. Vooral de buitendiameter en wanddikte bepalen hoeveel belasting de buis veilig kan opnemen.

Een grotere buitendiameter vergroot het traagheidsmoment en het weerstandsmoment. Daardoor neemt de weerstand tegen buiging toe en zal de buis minder snel doorbuigen.

Ook de wanddikte heeft grote invloed. Een dikkere wand betekent meer staaldoorsnede en daardoor een hogere weerstand tegen:

• drukbelasting;
• trekbelasting;
• buigbelasting;
• lokale instabiliteit;
• indeuken of plaatselijke vervorming.

Daarom worden voor funderingsbuizen, buispalen, constructieve stalen buizen en zware staalconstructies vaak grotere diameters gecombineerd met dikkere wanddiktes.

Invloed van de staalsoort

Naast de afmetingen bepaalt ook de staalsoort hoeveel belasting een stalen buis kan opnemen. Daarbij is vooral de vloeigrens van belang. Dit is de spanning waarbij het staal blijvend begint te vervormen.

Veelgebruikte constructiestaalsoorten zijn:

Staalsoort	Minimale vloeigrens	Veelvoorkomende toepassingen
S235	235 MPa	lichte staalconstructies
S275	275 MPa	algemene constructiewerken
S355	355 MPa	funderingen, staalbouw en zware constructies

Een stalen buis van S355 kan bij gelijke afmetingen doorgaans meer belasting opnemen dan een buis van S235. Toch betekent een hogere vloeigrens niet automatisch een evenredig hoger draagvermogen. Ook knik, stabiliteit, doorbuiging, verbindingen en belastingcombinaties blijven bepalend voor de uiteindelijke constructieve capaciteit.

Het type belasting bepaalt de berekening

Wie zoekt op maximale belasting stalen buis verwacht vaak één getal. In werkelijkheid hangt het antwoord af van de manier waarop de buis wordt belast.

Drukbelasting

Bij drukbelasting wordt de buis samengedrukt. Dit komt onder meer voor bij:

• funderingsbuizen;
• buispalen;
• stalen kolommen;
• ondersteuningsconstructies;
• heipalen.

Bij lange buizen bepaalt knik vaak de maximale belasting, nog voordat de staaldoorsnede haar maximale sterkte bereikt.

Trekbelasting

Bij trekbelasting wordt de buis uit elkaar getrokken. De belastbaarheid wordt dan vooral bepaald door de netto doorsnede, de staalsoort en de kwaliteit van de verbindingen.

Trekbelasting komt voor bij:

• verankeringen;
• vakwerken;
• offshoreconstructies;
• hijsconstructies;
• civieltechnische constructies.

Buigbelasting

Wanneer een stalen buis als ligger of draagconstructie wordt gebruikt, ontstaan gelijktijdig trek- en drukspanningen.

Belangrijke begrippen zijn:

• buigend moment;
• weerstandsmoment;
• traagheidsmoment;
• doorbuiging;
• oplegging;
• overspanning.

Ronde stalen buizen hebben gunstige constructieve eigenschappen doordat de spanningen gelijkmatig over de doorsnede worden verdeeld.

Lengte en overspanning hebben grote invloed

Twee identieke stalen buizen kunnen een totaal verschillend draagvermogen hebben wanneer de lengte verandert.

Een korte buis kan een hoge drukbelasting opnemen, terwijl een lange slanke buis al bij een aanzienlijk lagere belasting instabiel wordt door knik.

Bij horizontale toepassingen speelt daarnaast de overspanning een belangrijke rol. Naarmate de afstand tussen de opleggingen groter wordt, nemen het buigend moment en de doorbuiging toe.

Een constructeur beoordeelt daarom onder andere:

• vrije kniklengte;
• slankheidsverhouding;
• oplegcondities;
• zijdelingse ondersteuning;
• stabiliteit;
• gebruiksgrenstoestand;
• uiterste grenstoestand.

Maximale belasting van funderingsbuizen

Bij funderingstechniek wordt niet alleen gekeken naar de sterkte van de stalen buis. Ook de bodem bepaalt hoeveel belasting uiteindelijk veilig kan worden opgenomen.

Bij een funderingsbuis of buispaal spelen onder meer een rol:

• puntweerstand;
• schachtwrijving;
• paallengte;
• grondsoort;
• installatiemethode;
• excentrische belasting;
• constructieve sterkte van de buis.

Hierdoor kan een funderingsbuis constructief sterk genoeg zijn, terwijl de draagkracht van de ondergrond de maximale belasting beperkt. Andersom kan de bodem voldoende draagvermogen hebben, terwijl juist de stalen buis de beperkende factor vormt.

Normen voor constructieve berekeningen

De maximale belasting van een stalen buis wordt berekend volgens Europese normen.

Norm	Onderwerp
EN 10210	warmvervaardigde constructieve holle profielen
EN 10219	koudgevormde gelaste constructieve holle profielen
EN 1993 / Eurocode 3	ontwerp van staalconstructies
EN 1997 / Eurocode 7	geotechnisch ontwerp van funderingen

EN 10210 en EN 10219 beschrijven de eigenschappen en toleranties van constructieve holle profielen. Eurocode 3 geeft de rekenregels voor staalconstructies, waaronder trek, druk, buiging, torsie, knik en stabiliteit. Voor funderingen wordt daarnaast Eurocode 7 toegepast om de interactie tussen funderingsconstructie en ondergrond te beoordelen.

Productiemethode van de stalen buis

Ook de productiemethode kan relevant zijn voor de toepassing.

Veel voorkomende typen zijn:

• langsnaadgelaste stalen buizen;
• spiraalgelaste stalen buizen;
• elektrisch weerstandsgelaste buizen;
• naadloze stalen buizen;
• warmvervaardigde holle profielen;
• koudgevormde holle profielen.

Voor constructieve toepassingen worden veelal gelaste constructieve buizen volgens EN 10210 of EN 10219 gebruikt. Naadloze buizen worden vooral toegepast wanneer zeer hoge drukken, extreme belastingen of specifieke mechanische eigenschappen vereist zijn.

Verbindingen kunnen de maximale belasting beperken

Een constructie is nooit sterker dan het zwakste onderdeel.

Ook wanneer de stalen buis zelf voldoende draagvermogen heeft, kunnen verbindingen de maximale belasting beperken.

Daarbij wordt onder meer gekeken naar:

• lasverbindingen;
• rondnaden;
• stompe lassen;
• hoeklassen;
• flensverbindingen;
• boutverbindingen;
• voetplaten;
• oplegdetails;
• sparingen of uitsparingen.

Bij dynamisch belaste constructies wordt bovendien gecontroleerd op vermoeiing, spanningsconcentraties en de kwaliteit van de lasverbindingen.

Corrosie verlaagt de constructieve capaciteit

Tijdens de levensduur kan corrosie de effectieve wanddikte verminderen.

Daardoor neemt de staaldoorsnede af en vermindert uiteindelijk ook het draagvermogen van de stalen buis.

Afhankelijk van de toepassing worden daarom verschillende beschermingsmethoden toegepast, zoals:

• thermisch verzinken;
• conserveringssystemen;
• epoxycoatings;
• PE-coatings;
• corrosietoeslag;
• kathodische bescherming.

Bij inspecties van bestaande constructies is de resterende wanddikte een belangrijke parameter voor het opnieuw bepalen van de belastbaarheid.

Hoe wordt de maximale belasting van een stalen buis berekend?

De maximale belasting wordt vastgesteld met een constructieve berekening waarin de optredende belastingen worden vergeleken met de constructieve weerstand van de stalen buis.

Daarbij worden onder meer gecontroleerd:

• normaalkracht;
• drukspanning;
• trekspanning;
• buigspanning;
• dwarskracht;
• torsie;
• knik;
• lokale plaatinstabiliteit;
• doorbuiging;
• verbindingen;
• belastingcombinaties;
• veiligheidsfactoren.

Bij funderingsbuizen worden daarnaast ook de geotechnische eigenschappen van de ondergrond meegenomen, zoals de draagkracht van de bodem, paalpuntweerstand en schachtwrijving.

Daarom is het niet mogelijk om één algemene maximale belasting voor een stalen buis te noemen. Alleen wanneer de diameter, wanddikte, staalsoort, lengte, oplegging, belastingstype en toepassingssituatie bekend zijn, kan het draagvermogen nauwkeurig en veilig worden berekend.

Advies nodig over het draagvermogen van een stalen buis?

Het maximale draagvermogen van een stalen buis is afhankelijk van meerdere constructieve en geotechnische factoren. Wilt u weten welke buis geschikt is voor uw toepassing of heeft u vragen over afmetingen, staalsoorten of beschikbare voorraad? De specialisten van Solines helpen u graag met technisch advies.

📞 0168 – 35 66 55
✉️ sales@solines.nl