Wat is constructiestaalontwerp?

Staal is tegenwoordig het meest gebruikte constructiemateriaal ter wereld. De sterkte-gewichtsverhouding, duurzaamheid, elasticiteit, buigzaamheid, milieuvriendelijkheid en eenvoudige esthetische aantrekkingskracht hebben in de meer dan 100 jaar sinds de uitvinding staal tot de integrale structurele component van vrijwel elke bestaande commerciële structuur gemaakt. Van wolkenkrabbers tot bruggen, auto's tot schepen, pijpleidingen tot raketportaal, de duurzaamheid en veelzijdigheid van staal maakt deze armaturen van de moderne beschaving mogelijk.

Met de komst van staal kwam natuurlijk het concept van constructiestaalontwerp. Om goed te kunnen worden opgesteld, moeten bijvoorbeeld de geometrische configuraties van staalconstructies, de verschillende factoren die betrokken zijn bij het bouwen van een stalen wolkenkrabber, worden berekend en verfijnd, vaak voordat het te gebruiken staal zelfs maar is gegoten. Bij de voortgang van een staalconstructie van idee tot montage, is een staalconstructeur een van de eerste experts die bij het bouwproces worden ingeschakeld.

Het essentiële van constructiestaalontwerp, in tegenstelling tot architectonisch ontwerp, is de verzekering van de structurele integriteit van een stalen gebouw, brug, voertuig, toren, enz. Constructiestaalontwerp omvat bekendheid met de verschillende soorten staal en op staal gebaseerde legeringen, vertrouwen op formules die spanningsweerstand en dragende factoren weergeven van onder andere stalen balken, kolommen, beugels, connectoren en hangers, evenals een uitgebreide beheersing van geometrische vormen en de wiskunde van constructie. Als een van de ontwerp- of fysieke componenten faalt, is een ramp het onvermijdelijke resultaat. Esthetische overwegingen zijn meer direct de herkomst van een architect, en hebben geen invloed op de juiste prestatie van het staalskelet van een constructie.

Het ontwerp van constructiestaal is geëvolueerd van het zich uitsluitend concentreren op de stijfheid die staal een structuur kan en biedt, naar de voordelen die staal biedt in structurele flexibiliteit, waardoor een structuur beter bestand is tegen de stress van de natuur en de mens. Interessant genoeg waren aardbevingen de belangrijkste drijfveer voor deze evolutie in het ontwerp van constructiestaal. Het voorlopige ontwerp van staalconstructies met meerdere verdiepingen en lange stalen overspanningen is gewoonlijk eerst gebaseerd op hoe effectief de constructie bestand is tegen een grote aardbeving. Windweerstand is ook een belangrijke factor in het ontwerp en de constructie van hoge staalconstructies, net als terrorisme.

In de kinderschoenen werd het ontwerp van constructiestaal bereikt door uren van nauwgezette fysieke berekeningen, ontwerpen en, heel vaak, vallen en opstaan. Naarmate de kwaliteit van staal zelf is verbeterd, is ook de mechanica van het ontwerp van constructiestaal verbeterd. Computerondersteund ontwerp (CAD) is misschien wel het meest innovatieve en effectieve hulpmiddel in de vooruitgang van constructiestaalontwerp, waardoor de bouwkundig ingenieur de verveling en fouten die inherent zijn aan fysieke berekeningen en handtekenen, wordt ontlast. CAD zorgt voor een veel sneller en veel nauwkeuriger ontwerpproces tegen aanzienlijk lagere kosten.