De keuze voor een specifieke doorsnede hangt nauw samen met de verwachte kniklast en de esthetische wens van de architect. Breedflensprofielen uit de HE-serie vormen de standaard in de Europese staalbouw. HEA-profielen zijn de relatief lichte varianten die vaak volstaan bij standaard woningbouw en lichte utiliteitsbouw, terwijl HEB-profielen met hun dikkere flenzen en lijf aanzienlijk meer massa bieden voor zware belasting bij een gelijkblijvende breedte en hoogte. Voor extreme verticale druk in de hoogbouw grijpt men naar de massieve HEM-reeks. Deze profielen zijn loeizwaar.
Niet elke kolom reageert hetzelfde op de omringende structuur; de wijze van bevestiging bepaalt het gedrag. De pendelkolom fungeert als een zuivere drukstaaf. Aan beide uiteinden scharnierend gemonteerd. Hij draagt alleen verticaal en draagt niet bij aan de horizontale stabiliteit van het gebouw. Dat laten we over aan windverbanden of stijve kernen. Een ingeklemde kolom daarentegen vormt een starre verbinding met de fundering of de bovenliggende ligger. Cruciaal bij portaalconstructies. Hierbij vangt de kolom zelf het buigmoment op, wat resulteert in zwaardere profielen maar meer vrije ruimte tussen de kolommen.
Soms zie je samengestelde kolommen. Twee UPE-profielen met de ruggen naar elkaar toe. Of vier hoeklijnen gekoppeld door koppelplaten. Oudbouw staat er vol mee. Vakwerkkolommen zijn zeldzamer geworden door de hoge arbeidskosten van het lassen, maar bij extreem hoge industriële hallen blijven ze constructief superieur vanwege de enorme stijfheid bij een relatief laag eigen gewicht. De materiaalverdeling zit aan de buitenkant. Dat telt bij knikgevaar.
Betongevulde staalbuiskolommen, ook wel CFST-kolommen genoemd, combineren de voordelen van twee werelden. De stalen schil vangt de trekspanningen op en dient direct als bekisting. De betonkern verhoogt de druksterkte en de brandwerendheid spectaculair. Brand is de vijand van staal. Een naakte stalen kolom verliest bij 600 graden zijn stabiliteit. Onacceptabel voor de hoofddraagconstructie. Daarom zien we vaak brandwerend omkokerde varianten met gips- of silicaatplaten. Of de kolom wordt behandeld met opschuimende verf. Deze coating zwelt bij hitte op tot een dikke isolerende laag. Esthetisch blijft de rauwe vorm van het staalprofiel zo behouden, wat vaak een eis is in moderne kantoorontwerpen.
Denk aan de uitbouw van een rijtjeswoning. Een HEA 140-kolom staat vaak verscholen in de spouwmuur om de nieuwe stalen ligger van de achtergevel te ondersteunen. Onzichtbaar maar onmisbaar. In een moderne kantoorloft zie je juist het tegenovergestelde: slanke, ronde buiskolommen midden in de open ruimte. Ze zijn afgewerkt met een witte, opschuimende brandwerende coating die de strakke vorm van het staal accentueert terwijl de veiligheid gewaarborgd blijft.
Bij de bouw van een groot distributiecentrum draait alles om herhaling en snelheid. Lange rijen zware HEB-profielen vormen daar een grid. Je ziet de monteurs met een hoogwerker de boutverbindingen van de hoofdframes aandraaien, terwijl de kolomvoet onderin nog op stalen stelplaatjes rust, wachtend op de gietmortel om de krachten naar de fundering af te vloeien. Een ander sprekend voorbeeld is de renovatie van een oude fabriekshal. Hier kom je vaak samengestelde kolommen tegen; twee U-profielen die met koppelplaten aan elkaar zijn geklonken. Oud vakmanschap dat nog steeds staat als een huis.
In parkeergarages zie je vaak betongevulde stalen buizen. Ze zijn compact. De stalen schil voorkomt dat de kolom beschadigt bij een aanrijding, terwijl de betonkern de enorme last van de bovenliggende parkeerdekken draagt. Geen lomp beton, maar maximale ruimte voor de auto's.
De berekening van een stalen kolom geschiedt volgens de Eurocodes. NEN-EN 1993, oftewel Eurocode 3, vormt het fundament voor het ontwerp van staalconstructies. Hierin staan de rekenregels voor de toetsing van de doorsnedecapaciteit en, nog belangrijker, de stabiliteit. Knikgevaar. Het is de bepalende factor voor de slankheid van het profiel. De wetgever verplicht via het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) dat een constructie veilig is en de krachten naar de fundering afdraagt zonder bezwijken. Voor de constructeur betekent dit dat elke kolom moet voldoen aan de uiterste grenstoestanden (UGT) voor sterkte en stabiliteit.
NEN-EN 1090 is eveneens onverbiddelijk. Deze norm regelt de uitvoering van staalconstructies. Sinds 2014 is een CE-markering verplicht voor alle dragende stalen onderdelen die op de markt worden gebracht. Een stalen kolom zonder prestatieverklaring (DoP) mag simpelweg niet worden toegepast in een gebouw. Het dossier moet de traceerbaarheid van het materiaal en de kwaliteit van de lassen aantonen. De vereiste uitvoeringsklasse, EXC1 tot en met EXC4, hangt af van het gevolg bij falen en de complexiteit van de belasting. Meestal volstaat EXC2 voor de reguliere woning- en utiliteitsbouw.
Brandveiligheid is in het BBL stevig verankerd. Een stalen kolom is kwetsbaar. Bij verhitting verliest het materiaal snel zijn stijfheid en draagvermogen. De wet stelt eisen aan de brandwerendheid van de hoofddraagconstructie, vaak uitgedrukt in minuten: 30, 60, 90 of zelfs 120. NEN-EN 1993-1-2 biedt de specifieke rekenmethode voor staalconstructies bij brand. Vaak is een naakt profiel niet voldoende. De kritieke staaltemperatuur wordt dan te snel bereikt.
Bescherming is noodzakelijk. Of het nu gaat om brandwerende beplating, opschuimende verf of betonvulling. De regelgeving kijkt naar de totale standzekerheid van het gebouw. Als een kolom bezwijkt en daarmee de stabiliteit van de rest van de structuur in gevaar brengt, moet de brandwerendheid voldoen aan de hoogste eisen voor de hoofddraagconstructie. Geen concessies. De keuze voor de beschermingsmethode moet bovendien onderbouwd worden met testcertificaten die aantonen dat de gekozen oplossing in combinatie met het specifieke profiel ook daadwerkelijk de vereiste tijdsduur haalt.
De transitie van massieve bakstenen muren naar open skeletten begon in de 18e eeuw. Aanvankelijk met gietijzer. In Engelse textielfabrieken vervingen gietijzeren kolommen de dikke muren om meer vloeroppervlak voor machines te creëren. Gietijzer was echter bros. Onbetrouwbaar bij trekspanning en grillig in kwaliteit. De echte revolutie volgde pas met de grootschalige introductie van het Bessemer-procedé rond 1856. Ineens was staal—sterk, taai en chemisch consistent—voor de massa beschikbaar. De weg naar de hoogte lag open.
Chicago, 1884. Het Home Insurance Building bewees dat een stalen frame de zwaartekracht kon temmen zonder dikke muren. De stalen kolom werd de spil van de hoogbouw. Tot diep in de 20e eeuw domineerden geklonken verbindingen de bouwplaats. Rijen gloeiend hete klinknagels hielden samengestelde profielen van plaatstaal en hoeklijnen bij elkaar. Een hels kabaal. Handwerk pur sang. Pas na de Tweede Wereldoorlog maakten de klinknagels definitief plaats voor lassen en later de gestandaardiseerde boutverbindingen. De montage veranderde van ambachtelijk smeedwerk in een logistieke legpuzzel van prefab elementen.
Vroege staalprofielen waren lokaal en onvoorspelbaar. Elke walserij hanteerde eigen maten en toleranties. Halverwege de 20e eeuw bracht Europese normalisatie de rust die nodig was voor industriële opschaling. De HE- en IPE-reeksen ontstonden. Geoptimaliseerd op basis van statische berekeningen. Waar men vroeger kolommen overdimensioneerde uit angst voor het onbekende, maakte de Eurocode 3 het mogelijk om de grens van het materiaal op te zoeken. Slanker. Lichter. De focus verschoof van puur draagvermogen naar integraal ontwerp, waarbij brandveiligheid en montage-efficiëntie de drijfveren werden voor de moderne profielkeuze.
Nl.wikipedia | Constructieshop | Huisman | Skyciv | Jactio