Scharnierkappen

Bij seriematige woningbouw, de zogenaamde rijtjesbouw, worden tegenwoordig alleen nog sporenkappen toegepast. Hierbij lopen de dragende balken (sporen) van de voet van het dak naar de nok. Soms worden deze sporen ondersteund door knieschotten. Gordingkappen, met over de gordingen doorlopende geïsoleerde dakelementen, zijn beter geschikt voor enkele woningen. De dragende balken (gordingen) lopen horizontaal en worden ondersteund door de bouwmuren. Soms zijn dragende tussenmuren aanwezig. De gordingen zijn voorzien van haakankers voor het koppelen van de gevels. Deze kappen zijn te arbeidsintensief en lenen zich niet voor prefabricage. De sporenkappen daarentegen zijn uitstekend fabrieksmatig te produceren. De kapconstructie wordt onderverdeeld in transportabele elementen, welke op de bouwplaats door een kraan op de plek worden gehesen. Vervolgens worden deze elementen door middel van speciale lange schroeven aan elkaar bevestigd en vastgezet op de onderliggende constructie. Bij symmetrische kappen gat men nog verder met prefabricage. Hierbij worden 2 tegenover elkaar staande/liggende dakelementen ter plaatse van de nokaansluiting voorzien van scharnieren (tenminste 2 stuks). Bij transport liggen de elementen op elkaar. Op de bouw wordt de complete set door middel van een spring door de kraan opgepakt. Een spring is een kabelset, bestaande uit 4 kabels met aansluitingen voor bevestiging aan de kapelementen. De ophangpunten zijn in verband met evenwicht zodanig gekozen dat de elementen door mankracht uit elkaar kunnen worden getrokken, draaiend om de nokscharnieren. Wanneer de elementen uit elkaar zijn geklapt, laat men het samenstel zakken op de ondersteuningen. Dit zijn de voetaansluitingen op de rand van de vloeren en een eventueel knieschot. Vervolgens worden de elementen vastgezet. Op deze wijze kan men zeer snel complete kapconstructies monteren. Bij het ontwerpen van deze constructie zijn de volgende aspecten van belang:

• Dakopbouw.

  De opbouw van de dakelementen van onder naar boven is als volgt:

  • Onderplaat met een afgewerkte zijde aan de onderkant (zichtzijde). Deze plaat overspant van spoor naar spoor en draagt de isolatie, welke op deze plaat ligt. Deze plaat is de luchtdichte laag en moet ook de windbelasting dragen. Het eigen gewicht en de windbelasting bepalen de benodigde dikte van de plaat. Deze dikte is tevens afhankelijk van de gekozen sporenafstand. Bij een grotere sporenafstand zijn dikkere platen noodzakelijk. De sporenafstand is meestal 400 mm of 600 mm. Dit heeft te maken met de plaatbreedte van de onderplaat. De dikte varieert tussen de 1/25 tot 1/35 van de sporenafstand. De plaat hangt als het ware aan de sporen. De bevestiging door middel van nagels of nieten moet hiervoor geschikt zijn. Soms wordt nog een extra onderplaat aangebracht.
  • Sporen zijn houten balken met een breedte van 38 mm of 46 mm. De hoogte is afhankelijk van de afmetingen van de kapconstructie. De sporenafstand is 400 mm of 600 mm.
  • Tussen de sporen ligt isolatiemateriaal. Over het algemeen is dit glaswol of steenwol van een stevige kwaliteit, om uitzakken te voorkomen. Hard plaatmateriaal toepassen is lastig in verband met het passend en goed aansluitend te maken. Soms worden er korrels toegepast of wordt opgeschuimd. De dikte van het isolatiemateriaal wordt bepaald door de eisen, gesteld aan de isolatiewaarde. De eisen worden steeds hoger. Vooral als men volgens BENG (Bijna Energie Neutraal Gebouw) wil bouwen.
  • Over de sporen komt een dampdoorlatende mandragende folie. Meestal glasvezel versterkt. Deze folie houdt het isolatiemateriaal op zijn plaats en voorkomt nat worden tijdens de bouw. Ook voorkomt het lekkage bij een mogelijk kapot gaan van de dakpannen.
  • Op de sporen wordt een rachel bevestigd om enige ruimte te creëren. Dit zijn dus vullatten. Deze rachels lopen van onder naar boven.
  • Over de rachels komen de panlatten. Deze lopen horizontaal. Hierop liggen de dakpannen of dakleien. De afmeting wordt bepaald door het gewicht van de dakbedekking en door de sporenafstand. De hart-op-hart afstand van de panlatten wordt bepaald door de toegepaste dakafwerking. Bij de aansluitende bouwmuren lopen de panlatten lopen door tot halverwege de bouwmuur en kragen uit. Dit is om de dakpannen boven de bouwmuur te ondersteunen. Boven de bouwmuur onder de panlatten wordt in de bouw isolatiemateriaal aangebracht.
  • Dakpannen of dakleien. Dit zijn de elementen, welke zichtbaar zijn en het uiterlijk van het dak bepalen. Op plaatsen, waar windzuiging kan optreden, worden de pannen door middel van schroeven vastgezet op de panlatten.
  • Over de nok komen nokvorsten. Dit zijn speciale pannen om de aansluiting van de pannen van verschillende dakvlakken af te dichten. De nokvorsten worden vastgeschroefd op ruiters. Dit zijn verticale planken, welke door middel van ruiterdragers zijn vastgezet op de dakelementen.

• Onderlinge aansluiting van de elementen.

  • Een dakschild bestaat meestal uit meerdere dakelementen. In de aansluiting tussen de elementen wordt soms een wissellat aangebracht ter voorkoming van een ongelijk dakschild. De elementen worden van bovenaf doorgeschroefd. Aan de onderzijde komt over de naad een afdekprofiel. Voor de luchtdichtheid wordt de naad met Purschuim gevuld.

• Aansluiting ter plaatse van de nok.

  • Bij de nok steunen de 2 dakschilden tegen elkaar. Tijdens montage zorgen de scharnieren ervoor dat de schilden passend tegen elkaar aansluiten. De aansluitvlakken bestaan uit triplex panelen, welke tegen de koppen van de sporen zijn bevestigd. Van bovenaf worden de elementen doorgeschroefd. In de aansluiting worden drukkrachten en afschuifkrachten overgedragen. Daarom moeten de sporen van de beide dakschilden precies recht tegenover elkaar zitten. Na montage wordt over de nok de ruiter aangebracht, waarop de nokvorsten worden vastgezet. Als het dak volledig is gemonteerd worden vanaf de onderzijde de scharnieren  verwijderd. Deze zijn niet meer nodig en verstoren het aanzicht. Bovendien kunnen ze opnieuw worden gebruikt. Eventueel wordt de naad gedicht met PUR-schuim en wordt een afdekprofiel aangebracht.

• Ondersteuning door knieschot.

  • Een knieschot is een tussensteunpunt voor het sporendak. Dit knieschot is soms noodzakelijk in verband met de onvoldoende sterkte van de sporen. Ook zorgt het voor een betere spreiding van de dakbelasting op de ondersteunende vloerconstructie. Doordat door de steeds dikkere isolatie ook de spoorafmetingen groter worden, is vaak geen knieschot meer nodig en rust het complete dakgewicht op de rand van de vloerconstructie. Het knieschot staat op de verdiepingsvloer en bestaat uit een onder- en een boven-regel met daartussen verticale stijlen. Tegen dit stijl- en regel-werk is een plaat van houtachtig materiaal bevestigd. Een gedeelte van dit plaatmateriaal kan worden verwijderd, zodat de ruimte achter het knieschot bereikbaar is als bergruimte. Het knieschot is op de vloer bevestigd met stripankers tegen verschuiven. Ter plaatse van de stijlen wordt de aansluiting op de vloer opgevuld of onderkauwd om de krachtsafdracht mogelijk te maken. Vanwege het extra gewicht op de vloer moet de vloer hierop zijn gedimensioneerd. Bij houten vloeren worden extra balken aangebracht. Bij kanaalplaatvloeren is de wapening aangepast. Aan de bovenzijde rust het dakelement op het knieschot. Omdat het dakvlak schuin loopt, treden in het aansluitvlak drukkrachten en afschuifkrachten op. De drukkrachten worden overgedragen door contactdruk. De elementen moeten passend aansluiten. De afschuifkrachten worden overgedragen door een extra houten regel tegen de onderzijde van het dakvlak. Deze regel wordt door middel van schroeven bevestigd aan de sporen. De regel wordt vaak aangebracht in een voeg tussen de onderplaten om een betere krachtspreiding te verkrijgen. Soms wordt een speciaal stalen Z-profiel aangebracht in de voeg tussen de onderplaten. Het spreekt vanzelf dat het knieschot nooit mag worden verwijderd. Dan bezwijkt namelijk het dak.

• Aansluiting ter plaatse van de voet.

  • De voetaansluiting van het dak is het meest cruciale deel. In deze aansluiting wordt de verticale oplegreactie (dakgewicht)  en de horizontale oplegreactie (spatkracht) overgedragen op de verdiepingsvloer. De verticale oplegreactie moet worden opgenomen door de verdiepingsvloer. Bij houten vloeren draagt de vloer op de houten gevel. De reactie wordt dan gedragen door de gevelconstructie. Bij betonvloeren moet de vloer worden gedimensioneerd op deze extra belasting. De horizontale oplegreactie (spatkracht) moet via de vloer worden overgedragen naar de andere zijde om de spatkracht van het andere dakschild op te nemen. Bij betonvloeren is dit geen probleem. Bij kanaalplaatvloeren worden soms stalen strippen op de vloer aangebracht, welke later in de afwerkvloer worden opgenomen. Bij houten vloeren wordt de spatkracht overgedragen door de beplating. De vloerelementen moeten worden doorverbonden door ze aan elkaar te schroeven. Op de rand van de vloer wordt een kantbalk aangebracht. Om de balk op de vloer te bevestigen worden zogenaamde F-ankers toegepast. Deze ankers zien eruit als de hoofdletter F. De ankers worden door middel van bouten op de vloer bevestigd. Bij houten vloeren worden in de vloer extra klossen aangebracht om de schroeven vast te kunnen zetten. Deze bevestiging draagt de spatkrachten over op de vloerconstructie. De verticale oplegkracht wordt door contactdruk overgedragen. Daartoe worden de ankers op stelblokjes geplaatst of worden de ankers onderkauwd. Per langsgevel worden enkele ankers toegepast. De kantbalk spreidt de krachten uit de dakelementen over de ankers. Tussen de ankers wordt de kantbalk verticaal en horizontaal belast. Omdat de kantbalk boven het F-anker uitsteekt treedt er eveneens een buigend moment op met trekspanning loodrecht op de vezel. De F-ankers worden belast op buiging.

• Aansluiting ter plaatse van de topgevels/bouwmuren.

  • Bij betonwanden of gemetselde wanden (binnenspouwbladen) worden de dakelementen tussen de wanden aangebracht. De naad tussen het dakelement en de gevel wordt luchtdicht afgesloten met PUR-schuim of schuimband. Door windbelasting zal het dakvlak altijd iets bewegen, dus de aansluitvoeg zal ook bewegen. Dit maakt de aansluiting kwetsbaar voor de luchtdichtheid. De gevel wordt afgesteund tegen de dakconstructie. Er kunnen zowel trek- als drukkrachten optreden. De verankering is een zwak punt. Bij betonwanden kunnen er ankers worden ingeboord of ingestort. Bij metselwerk is dit een probleem, omdat bij geringe kracht het metselwerk kan scheuren en staat de gevel los. De ankers aan het dakelement bevestigen is eveneens lastig. In feite moet de kracht over meerdere sporen worden verdeeld. Anders moet de kracht worden overgedragen door de onderplaat. Bij houten wanden dragen de dakelementen op de wand. Het dak wordt van bovenaf vastgeschroefd op de wand. De naad wordt afgesloten door het toepassen van een open cellenband. Ter voorkoming van ongelijke vervorming worden in de dakelementen een aantal klossen aangebracht tussen de buitenste sporen.

• Daksparingen.

  • Ten behoeve van dakkapellen en dakvensters moeten in het dak openingen/sparingen worden aangebracht. Door deze sparingen worden sporen onderbroken. Dit geeft een verzwakking van de dakconstructie. Om dit te compenseren worden naast de sparing extra sporen aangebracht. Boven de sparing wordt een raveelconstructie aangebracht om de krachten uit de onderbroken sporen om te leiden langs de sparing naar de extra sporen. De raveelconstructie moet in staat zijn om zowel de drukkracht als de dwarskracht uit de sporen te dragen. Meestal wordt gekozen voor 2 aparte raveelbalken. Tevens rust op deze constructie een deel van het gewicht van de dakkapel.
  • Door de plaatsing van extra sporen (slapers) naast de sparing wordt de belasting uit het dak geconcentreerd afgedragen op de kantbalk en de F-ankers. In het algemeen moeten daarom extra F-ankers worden aangebracht.
  • Het spreekt vanzelf dat deze extra maatregelen alleen kunnen worden aangebracht bij de fabrieksmatige productie van de dakelementen. Naderhand aanbrengen van deze voorzieningen is praktisch niet uitvoerbaar.

• Dakdoorvoeren.

  • Ten behoeve van de mechanische ventilatie en de verwarming zijn dakdoorvoeren noodzakelijk. Dit zijn in principe luchtlekkages en koudebruggen. Hier moet aandacht aan worden besteed.

• Luchtdichtheid.

  • Luchtdichtheid van daken is een punt van zorg. Vooral omdat op de plaatsen van lekkages condensvorming kan optreden. Denk aan dakdoorvoeren. Bij een volledige houtconstructie is de hoek ter plaatse van de topgevels, waar het dakvlak aansluit op de vloer, grote kans op luchtlekkage. Dit is een lastig detail. Indien verschillende materialen zijn toegepast voor de onderdelen, dus een houten dak tegen een betonnen gevel, dan ontstaan vaak kieren in verband met verschillend materiaalgedrag.

• Koudebruggen/warmtelekken.

  • Door de almaar grotere isolatiewaarde worden koudebruggen/warmtelekken steeds belangrijker.

• Berekening.

  • De berekening van de dakelementen, dus de sporen en de voorzieningen bij de sparingen, worden soms uitgevoerd door de constructeur van de woningen. Vaak worden standaarddaken toegepast, waarvoor al een berekening is gemaakt. Het berekenen van de verbindingsmiddelen (schroeven), de verankering van de gevels en de ondersteuning (F-ankers) blijft nogal eens achterwege. Dit heeft te maken met de omschrijving van de opdracht aan de constructeur. Vaak worden deze berekeningen overgelaten aan de leverancier van de dakelementen. Uiteindelijk blijft de opdrachtgever toch verantwoordelijk.

• Mogelijke bezwijkvormen.

  • Het is altijd goed om bij het ontwerp na te denken over: Wat gebeurt er als een onderdeel bezwijkt? Bij gestapelde onderdelen, waarbij de krachten worden overgedragen door contactdruk, zal in het algemeen niet veel fout gaan. Bij onderdelen op trek of afschuiving belast is er een grotere kans op bezwijken, indien er fouten zijn gemaakt.
  • De meest kwetsbare onderdelen van sporenkappen zijn de bovenaansluiting van het knieschot tegen de onderzijde van het dakelement en de aansluiting met het F-anker. Bij het knieschot kan het hele dakvlak wegschuiven omdat de ondersteuningsregel in het dakelement het heeft begeven. Bij het F-anker geldt hetzelfde. Hierbij schuift het dakvlak naar beneden en roteert om de bovenrand van het knieschot. De nok zakt naar beneden en de voet van het dak komt omhoog. Doordat de doorlopende panlatten op de bouwmuur liggen en daardoor worden gesteund, zal het dak niet verder glijden. Bovendien zorgt de schijfwerking van het dakschild dat er evenwichtssituatie mogelijk is en het dak niet verder afschuift. Het dakschild steunt tegen de topgevels. De koppeling in de nokken draagt eveneens bij aan een mogelijke krachtsafdracht.