0

publicatie: Metalen gevelelementen in de Utiliteitsbouw: Inleiding

1 Introductie

1 Introductie

Voor gevels gelden twee wezenlijk verschillende ontwerpvoorwaarden. Het spreekt voor zich dat ze moeten voldoen aan zuiver technische eisen zoals sterkte, stijfheid, thermische en akoestische isolatiewaarden enzovoort. Maar daarnaast gelden er ook subjectieve esthetische eisen zoals mooi of lelijk, ingetogen of provocerend en uitnodigend of afwerend. Het is aan de architect om beide uitgangspunten vorm te geven op basis van zijn persoonlijke creatieve vaardigheid en kennis van materialen en technieken. Creativiteit is een niet aan te leren eigenschap; kennis daarentegen is te vergaren, waarbij de hoeveelheid kennis van invloed is op de keuze voor een bepaald materiaal en de wijze waarop daarmee ontworpen wordt. Maar kennis bepaalt ook het resultaat van feitelijke verwezenlijking van een ontwerp.
De bouw is namelijk een gesegmenteerde bedrijfstak. Het daadwerkelijke bouwproces is een collectieve prestatie van veel individuele partijen die ieder 'probleem' slechts vanuit hun eigen gezichtspunt bekijken en oplossen. Kennis van zaken, communicatie en coördinatie zijn daarom bepalend voor het welslagen van het bouwproces ofwel voor de wijze waarop de ontmoeting van verschillende disciplines wordt opgelost.

Dit geldt ook voor de aansluiting van metalen gevelelementen op het zogenaamd 'bouwkundig kader', te weten de dragende constructie die de optredende krachten afleidt. Als er zich bij een bepaald gevelelement problemen voordoen, dan is in veel gevallen de aansluiting tussen het gevelelement en het bouwkundig kader de oorzaak. De Vereniging Metalen Ramen en Gevelbranche (VMRG) heeft al diverse publicaties uitgebracht over de toepassing van metalen gevelelementen, zoals 'VMRG-Kwaliteitseisen en Adviezen®', 'VMRG-Branchegids', 'Gevels en Statica', 'Gevels en Constructie' en 'Gevels en Bouwfysica'. Deze publicaties beschrijven uitvoerig de eisen en voorwaarden voor metalen gevelelementen.
Stichting Bouwresearch (SBR) en de VMRG hebben besloten om op basis van deze publicaties de voorliggende brochure en de brochures Projectdetails Metalen gevelelementen uit te brengen teneinde de kennis over en de kwaliteit van aansluitingen tussen metalen gevelelementen en het bouwkundig kader te verbeteren. De voorliggende brochure geeft in vogelvlucht een overzicht van de randvoorwaarden en achter gronden van metalen gevelelementen waarmee tijdens de ontwerpfase rekening gehouden moet worden.
De projectbrochures tonen de verschillende toepassingsmogelijkheden van metalen gevelelementen. De details zijn in de desbetreffende projecten daadwerkelijk zo uitgevoerd.

De Generale Bank, Rotterdam.

1.1 Historie

De oorsprong van de metalen gevelbouw ligt in de 19e eeuw. Hoewel nog in de vorm van 'ijzerbouw' met kleine vlakglas ruiten, was er toch een nieuwe bouwtechniek geboren. De eerste bouwwerken waren voornamelijk openbare gebouwen zoals palmhuizen, tentoonstellingsgebouwen, passage- en stationsoverkappingen. Het bekendste voorbeeld uit die beginfase is het Crystal Palace uit 1851, een tentoonstellingsgebouw voor de wereldtentoonstelling in Londen. Dit bouwwerk is in zeer korte tijd, circa 4 maanden, op industriële wijze opgetrokken, later gedemonteerd en weer opgebouwd in het Hyde Park. In 1936 is het gebouw helaas door brand verwoest.
Een tweede belangrijke stap in de ontwikkeling van de metalen gevelbouw is de hoogbouw die in Chicago na de grote brand van 1871 op gang kwam. Voor de nieuwe wolkenkrabbers is op grote schaal de skeletbouwwijze toegepast.
Hierdoor kwam de dragende functie van de gevel te vervallen en konden gevelelementen licht uitgevoerd worden. Al spoedig werd de vliesgevel populair: een afsluitende schil óm het gebouw en alleen ter plaatse van de verdiepingsvloeren aan de hoofddraagconstructie bevestigd. De staal-glas gevelbouw was een feit.
De toepassing van aluminium in de bouw is op gang gekomen na de Tweede Wereldoorlog, naar aanleiding van de ontwikkeling van aluminium voor de vliegtuigbouw tijdens de oorlog. Aluminium was nog wel duurder dan staal en door de geringe stijfheid was het noodzakelijk de profielen zwaarder te dimensioneren dan in staal. Maar door een aantal gunstige eigenschappen van aluminium werd het langzaam maar zeker een geduchte concurrent van staal. Zo vereiste de ontwikkeling van steeds hogere gebouwen een gewichtsreductie van gevelconstructies en wist men met steeds minder materiaal goede sterkte- en stijfheidseigenschappen te bereiken. Door verbeterde extrusietechnieken werden steeds meer geraffineerde en gecompliceerde profieldoorsneden tegen relatief lage matrijskosten mogelijk, resulterend in lagere productiekosten, minder gewicht, meer functionaliteit en meer esthetische mogelijkheden (vormgeving). Daarnaast is aluminium door de goede corrosiewerendheid een onderhoudsarm materiaal, hetgeen steeds meer onderkend werd. Aluminium heeft ten opzichte van staal ook nadelen: zo is het minder sterk en stabiel (E-modulus), heeft het een hogere lineaire uitzettingscoëfficiënt en een hoge warmtegeleiding.
In de jaren '70 van de vorige eeuw, na de eerste en tweede energiecrisis, zijn thermisch geïsoleerde profielen voor de gevelbouw geïntroduceerd en langzaam gemeengoed geworden, evenals het gebruik van isolerende beglazing.
Sinds die tijd is het glas steeds verder ontwikkeld, met name vanwege het feit dat door toepassing van grotere glasvlakken en door toenemende interne warmteproductie in steeds beter geïsoleerde gebouwen zonwering een belangrijke techniek werd om de koellast laag te houden. Dit heeft achtereenvolgens geleid tot de ontwikkeling van zonabsorberende beglazing (jaren '60), zonreflecterende beglazing (jaren '70-'80), speciaal selectieve zonwerende beglazing en low-emissiviteitbeglazing (low-E-beglazing; jaren '90), tot aan de momenteel beschikbare high-performance isolerende beglazing: neutraal zonwerend glas met een hoge lichttransmissie en een lage U-waarde.
Metalen gevelsystemen hebben niet zo'n stormachtige ontwikkeling doorgemaakt. In een aantal gevallen is zelfs teruggekeerd naar het ongeïsoleerde profiel in de zogenaamde tweedehuidgevels. Deze gevels bestaan uit een constructief dragende binnenconstructie met blank isolatieglas, een forse klimaatdempende luchtspouw met daarin een zonreguleringsvoorziening en een buitenconstructie van (blank) enkelglas in een metalen, voornamelijk aluminium gevelsysteem: de gevel als membraan. De luchtspouw, die meters breed kan zijn, vormt een buffer tussen het binnen- en buitenmilieu.

Palmenhuis te Kew, Surrey 1844 - 1848. Architecten: Decimus Burton en Richard Turner.

De herwaardering en het succes van de aluminium gevelbouw met in het kielzog de staal-glas gevelbouw hebben ertoe geleid dat er een breed marktaanbod is.
Systeemhuizen leveren projectonafhankelijke complete profielsystemen voor de raam- en gevelbouw aan systeem verwerkers. Daarnaast zijn er gevelbouwers die op projectniveau maatwerk leveren of standaardsystemen projectspecifiek aanpassen voor bijzondere gevels.

Warenhuis Schunck in Heerlen (1934).

Parklaanflat in Rotterdam.

De gevelbouwmarkt

Uit een onlangs verricht onderzoek naar de markt van de metalen gevelbouw concludeert het Economisch Instituut voor de Bouwnijverheid (EIB) dat 220 bedrijven aangeven metalen ramen en deuren te fabriceren ofwel zich tot de branche rekenen. Hiervan behoort 75% tot de categorie kleinere bedrijven (minder dan 20 medewerkers) en 25% tot de grotere. Bij deze bedrijven werken in totaal 4700 personen.
De omzet van de branche bedraagt circa 650 miljoen euro. De omzetontwikkeling volgt met enige vertraging de ontwikkeling van de gehele bouw, maar met name die van de utiliteitsbouw en woningbouw.

Samenstelling van de markt
Circa 80% van de markt is actief in de utiliteitsbouw: 14% in de renovatie en 66% in de nieuwbouw. De activiteiten in de woningbouw beslaan zo'n 17% van de totale markt.
Een verdeling naar producten levert het volgende beeld op. De belangrijkste activiteit, circa 53%, voor alle bedrijven bestaat uit de levering en plaatsing van ramen, deuren, kozijnen, puien en serres. Vooral voor de kleinere bedrijven is dit circa 70% van hun omzet. Bij de grotere bedrijven ligt dit anders, maar ook daar is de productie van ramen en deuren nog een substantieel deel, zo'n 51%, van hun omzet. De rest van de omzet bestaat uit de vervaardiging van overige producten zoals vliesgevels, beplating en klimaatgevels.

Producten in relatie tot capaciteit
De productie van gevelelementen kan worden ingedeeld naar de mate van specialisme en technologische geavanceerdheid. In de sector zijn zo vier productiewijzen te onderscheiden:

  • Laag specialisme met lage technologische geavanceerdheid: producenten van ramen, deuren en eenvoudige gevelconstructies, veelal de kleinere bedrijven.
  • Hoog specialisme met lage technologische geavanceerdheid: seriematige producties zoals roosters of andere gevelonderdelen.
  • Laag specialisme met een hoge technologische geavanceerdheid: producties waarbij de technologie met name aangeleverd wordt door de zogenaamde systeemleveranciers.
  • Hoog specialisme met een hoge technologische geavanceerdheid: productie van de hoogwaardige architectuurgevels of complete gevelconcepten zoals klimaatgevels. Dit zijn vaak de grootste bedrijven, die daarnaast ook eenvoudiger gevelproducten vervaardigen.

Sterke punten van waardering
Uit het onderzoek bleek dat metalen ramen, deuren en gevels vooral worden gekozen vanwege de duurzaamheid, de lage onderhoudskosten en de esthetische eigenschappen. Deze aspecten scoren zowel in de utiliteitsbouw als in de woningbouw het hoogst. Daarnaast waren voor deze keuze de grote ontwerpvrijheid, de fysieke prestaties, veiligheidsaspecten en de voordelige investerings- en exploitatiekosten belangrijke criteria.

Investeringen en exploitatie
Technisch en esthetisch zijn gevels een essentieel onderdeel van een gebouw. Maar ook de exploitatielasten worden steeds belangrijker. De exploitatie wordt namelijk niet alleen meer bepaald door de onderhoudskosten op de lange termijn, maar vooral ook door de technologische ontwikkeling van het gevelconcept. Bewoners, eigenaren en beheerders kunnen op de langere termijn grote voordelen behalen door de winsten op energie- en klimaatgebied. In exploitatieberekeningen van gebouwen zijn voor metalen gevels de kosten ten gevolge van recycling zeer gunstig ten opzichte van die van andere materialen. Een groot deel van het materiaal kan na herbewerking weer worden ingezet voor gevelsystemen of elders worden toegepast. Daarom is het bij het nemen van investeringsbeslissingen voor gebouwen noodzakelijk om de totale exploitatieperiode te overzien. Immers, met geringe extra investeringen op de korte termijn kan de exploitatielast op de langere termijn worden gereduceerd.

Toekomst
Voor de nabije toekomst verwacht de sector een toenemende kwantitatieve en kwalitatieve groei. Met name door nieuwe technologische ontwikkelingen zal de interactie van klimaatinstallaties en de gevelinstallatie toenemen. Beheersing van het binnenklimaat verschuift van het corrigeren van een ongewenst klimaat naar het preventief beïnvloeden door middel van de gevel. Door energiebeheer, ventilatieregulatie en lichtbeheersing kan de gevel een grote bijdrage leveren aan het comfort. Het zelfregulerend vermogen van deze moderne 'gevelinstallaties' zal nieuwe impulsen geven aan het bouwen. Hierdoor zal de geavanceerdheid van de bouw toenemen, de industrialisatie meer kansen krijgen en dit gebouwonderdeel een grotere toegevoegde waarde krijgen. Het is niet uitgesloten dat er in de nabije toekomst een nieuwe scheiding in het bouwen kan gaan plaatsvinden: een ontkoppeling van de bouwkundige skeletstructuur aan de ene kant en de klimaatgevel en de binnencompartimentering, met daarin geïntegreerd de overige installaties, aan de andere kant.