De planeet aarde draait in een elliptische baan om de zon. Na 365,3 keer om haar eigen as te zijn gedraaid, is de aarde weer terug bij het beginpunt van de cyclus. Vergezeld door de maan [die op haar beurt 12 keer tijdens de genoemde cyclus om de aarde heen draait] heeft de aarde gedurende haar bestaan al zo'n 4.6 miljard rondjes om de zon gedraaid. De regelmatige cyclus stelt de mens in staat het leven op aarde in te delen in de tijd [jaren, dagen uren en minuten, enzovoort]. Zie ook hoofdstuk Tijd. Doordat de as van de aarde niet loodrecht op de draairichting van de baan om de zon staat, verschilt gedurende het jaar de afstand van een willekeurig punt op aarde tot de zon. Dit heeft tot gevolg dat de temperatuur op jaarbasis fluctueert; deze veranderende omstandigheden noemt men de seizoenen.
De omtrek van de aarde is ongeveer 40.000 kilometer. Door de grote massa worden alle aanwezige dingen op aarde naar het centrum van de aarde getrokken. Aan het
aardoppervlak is deze aantrekkingskracht 9,81 Newton. De zwaartekracht zorgt er voor dat wij niet van de aarde afgeslingerd worden en dat de maan in een vaste baan om de aarde blijft draaien.

Op de beide uiteinden van de aardas [de noord- en de zuidpool] bevinden zich de koudste plekken. Vanwege het sterke magnetisch veld op de noordpool is men op een willekeurige plaats op aarde altijd in staat met een kompas het noorden te bepalen. Tussen de twee polen heeft men over het aardoppervlak een groot aantal denkbeeldige lijnen getrokken. Aan de hand van deze zogenaamde lengtelijnen, waarvan de 0-lijn over de Britse plaats Greenwich ligt, is men in staat de longitudinale coördinaat van een plaats op aarde weer te geven.
Tweemaal per jaar vallen de zonnestralen loodrecht op de aardas. De denkbeeldige lijn die dan het dichtst bij de zon ligt heeft men de evenaar genoemd. De beide uiterste grenzen waarop de stralen loodrecht vallen heeft men de Steenboks- en Kreefts-keerkring genoemd, naar de sterrenbeelden die op dat moment in het midden van de hemelkoepel te zien zijn. Aan de hand van deze 3 zo vastgestelde lijnen heeft men een verdeling in breedtegraden gemaakt, waarbij de evenaar als 0-lijn fungeert. Zo kan men [in combinatie met de lengtegraad] elke willekeurige plaats op aarde exact vaststellen en vastleggen.

Reeds in de oertijd ontdekte men manieren om tijd en plaats te kunnen bepalen en vastleggen. De primitieve mens maakte gebruik van de stand van de zon en de sterren en later gebruikte men eenvoudige hulpmiddelen zoals zandlopers en zonnewijzers. Ook werden er door de mens voor de tijdbepaling [en om religieuze redenen] enorme bouwwerken opgericht, bijvoorbeeld om het aanbreken van de langste dag te bepalen en zonsverduisteringen te voorspellen. Voorbeelden hiervan, vaak duizenden jaren oud zijn nog overal op aarde terug te vinden [denk bijvoorbeeld aan Stonehenge in Engeland en de bouwwerken van de Inca's in Peru en Argentinië].
Voor het uitzetten van handelsroutes en voor militaire doeleinden was er behoefte aan een nauwkeuriger plaatsbepaling. Men maakte hiervoor veelal gebruik van bijzonderheden in het landschap; in meerdere Griekse reisbeschrijvingen wordt verwezen naar vreemdsoortig gevormde bergtoppen, kustlijnen, eilandjes etc. De Romeinen zijn de eersten die serieuze geografische kaarten hebben nagelaten. Hierop staan nadrukkelijk de markante punten in het landschap aangegeven. Deze kaarten werden vooral gebruikt voor militaire doeleinden.
Een andere manier van plaatsbepaling, vooral op zee veel toegepast, is de plaatsbepaling ten opzichte van de zon en de sterren. Door middel van een sextant en een goede kennis van de sterrenhemel kon men redelijk nauwkeurig de plaats op aarde bepalen. Tegenwoordig worden satellieten gebruikt, die recht boven de evenaar in een geostationaire baan draaien. Met behulp van geavanceerde software is daarmee
de plaats van alle zaken op aarde tot op de centimeter nauwkeurig vast te leggen [GPS = global positioning system].
Ook tijd kan nu veel exacter bepaald worden dan vroeger. Atoomklokken zorgen voor een uiterst nauwkeurige tijdsweergave. Voor gebruik en vastlegging zijn internationale afspraken zijn gemaakt en in het SI-stelsel vastgelegd [een seconde bijvoor-beeld is genormeerd als de tijd die het begin van een lichtstraal erover doet om 300.000 kilometer af te leggen]. Zie ook hoofdstuk Tijd.

Ongeveer tweederde deel van het aardoppervlak is bedekt met water. De rest van het oppervlak bestaat uit land dat verdeeld is over de vijf continenten. Deze verdeling tussen water en land is niet altijd dezelfde geweest. Zo waren alle continenten in het begin der tijden nog met elkaar verbonden. Ook nu nog verandert het oppervlak van de aarde door het zeer langzaam verschuiven van de zogenaamde aardschollen.
De kern van de aarde is een grote gloeiende massa en alleen de aardkorst is gestold. Deze korst is op meerdere plaatsen gescheurd. Vulkanen bevinden zich bijna altijd boven een dergelijke breuklijn. Eens in de zoveel tijd ontsnapt een gedeelte van de vloeibare magma uit de kern van de aarde en boort zich via een eruptie een weg naar boven. Als zo'n uitbarsting in zee plaatsvindt, kunnen zich nieuwe vulkanische eilanden vormen. Voorbeelden van bekende vulkanische eilanden zijn de eilandengroepen van Hawaï en Japan.
Ter plaatse van die scheuren in de aardkorst ontstaan ophopingen [bijvoorbeeld in de vorm van bergketens] als de schollen over elkaar schuiven en troggen als de delen zich van elkaar verwijderen. Onder invloed van dit continue proces verplaatsen de continenten zich nog altijd en worden nog steeds nieuwe bergketens en dalen gevormd. Ter plaatse van de scheuren is deze beweging het best te merken. Bij het over elkaar schuiven van de korsten ontstaan enorme spanningen die onder meer grote trillingen tot gevolg hebben. Vandaar dat er juist op de plekken die boven een breuklijn liggen ernstig rekening gehouden moet worden met aardbevingen. Aardbevingen veroorzaken vaak enorme schade, complete gebieden kunnen wor-den weggevaagd en voor gebouwen dreigt instortingsgevaar. Door extra aandacht in ontwerp en bouwfase en door de ontwikkeling van speciale technieken voor de bescherming van de draagconstructie van gebouwen is het tegenwoordig goed mogelijk om instorting tijdens aardbevingen grotendeels te voorkomen.

Op kleinere schaal is de bodem van de aarde heel verschillend. De bodemgesteldheid hangt van veel verschillende variabelen af. Belangrijk is vooral de geologische historie van het gebied. Waar vroeger zee was, is nu vaak vruchtbare klei te vinden; ter plaatse van vroegere moerassen zijn nu veengronden en daar waar door erosie de vruchtbare lagen van de zand- of steenachtige ondergrond zijn weggevaagd bevinden zich tegenwoordig de woestijnen. De bodemgesteldheid en de vruchtbaarheid van een gebied zijn in grote mate verantwoordelijk voor de aldaar terug te vinden flora en fauna. Hoe vruchtbaarder de grond is, des te groter de diversiteit
van de daar voorkomende levensvormen.
Behalve van de bodemgesteldheid is de variatie van planten en dieren ook afhankelijk van het klimaat ter plaatse. Vooral de mogelijke aanwezigheid van zeewater heeft hierop een grote invloed, aangezien de zee over een jaar gemeten een redelijk constante temperatuur bezit. In Nederland heerst door de ligging aan de Noordzee een zeeklimaat, wat inhoudt dat de gemiddelde temperatuur tussen de 20 graden Celsius in de zomer en 0 graden Celsius in de winter ligt; verder een gemiddelde hoeveelheid neerslag van 750 tot 900 mm. Zie ook hoofdstuk Water -klimaat.

Gedurende zijn evolutie leerde de mens de omgeving naar zijn hand te zetten en gebruik te maken van de aanwezige elementen. De primitieve mens verzamelde voedsel door de jacht en gebruikte voor het vervaardigen van simpele werktuigen en onderkomens materialen die direct voor handen waren, zoals steen en hout. Later leerde men de aarde zo te gebruiken dat er alleen datgene dat men nodig had werd verbouwd. De mens leerde stoffen uit de aarde te halen en te bewerken om er betere werktuigen en materialen van te maken. Zo ontstond er ook behoefte aan een vaste verblijfplaats; bij de akkers ontwikkelden zich kleine nederzettingen.
Deze nederzettingen groeiden doordat mensen door ruilhandel in staat waren zich te specialiseren. Dit hield in dat niet iedereen meer voor zijn eigen voedsel en materialen zorgde, maar zich door het ruilen van diensten en goederen kon toeleggen op de fabricage van een enkel product. Ook tussen de nederzettingen onderling ontstond handel. Hierdoor werd de geografische plaats op aarde steeds belangrijker.
Zo heeft elk gebied een specifieke bodemgesteldheid, klimaat, grondstoffen etc., door ruilhandel konden deze omstandigheden uitgebuit worden. De nederzettingen op plekken met gunstige omstandigheden groeiden verder uit tot steden [zo had Rome in haar hoogtijdagen naar schatting meer dan 1 miljoen inwoners].
De Industriële Revolutie aan het begin van de 19e eeuw luidt de globalisering van de aarde in. Door uitvindingen als de stoommachine, de trein, de auto en later het vliegtuig en door de ontwikkeling van communicatiemiddelen als de telefoon werden alle plekken op aarde met elkaar verbonden. Dit had onder meer tot gevolg dat materialen en producten over de hele wereld getransporteerd konden worden en niet meer direct plaatsgebonden waren. Ook konden nu grondstoffen gemakkelijker diep uit de aarde gehaald worden.

Grondstoffen ten behoeve van de bouw worden direct aan het aardoppervlak [zand, grind, klei en gekapte bomen] of dieper uit de aarde gewonnen [ijzererts, aardolie enzovoorts]. De eerstgenoemde categorie grondstoffen wordt vaak gezuiverd en geselecteerd om ze geschikt te maken als materiaal voor de bouw. De laatstgenoemde categorie ondergaat vaak enkele industriële bewerkingen tot halffabrikaat [van ijzererts naar staven en platen staal, van aardolie naar plastics etc.]. Van deze bouwmaterialen en halfproducten worden middels verschillende bewerkingen bouwproducten vervaardigd [zoals van boom naar balk en plank, van klei naar baksteen en dakpan, van staaf naar gewalste stalen balk]. De bouwproducten worden in de fabriek of op de bouwplaats samengesteld tot elementen [raam, deur, dakplaat, etc.], die weer gecombineerd worden tot componenten [kozijn met deur of raam, trap etc.]. Deze bouwcomponenten vormen samen weer de bouwdelen [zoals de gevels, de binnenwanden, de vloeren en het dak]. Alle bouwdelen vormen samen via het bouwwerk [gebouw in aanbouw] het uiteindelijke gebouw.

Om een ontwerp goed te vertalen in tastbare bouwmaterialen en bouwproducten is het belangrijk om die materialen en producten te leren kennen. Voor een overzicht van de keuzemogelijkheden bestaan er verschillende databanken op dit gebied. De bekendste zijn de Nederlandse Bouwdocumentatie [NBD] en de grote Nijgh Bouwcatalogus. Ze zijn in de bibliotheek, in het studielandschap en op Internet te raadplegen. Er zijn ook speciale adviesbureaus die kunnen helpen bij de materiaalkeuze [of bij de ontwikkeling van producten] zoals Materia in Rotterdam. In andere onderwijsmodules wordt nader ingegaan op de materiaalkundige aspecten en in een van de volgende readers bouwtechnisch ontwerpen zullen we speciaal aan materialen aandacht besteden.

De Nederlandse overheid speelt een belangrijke rol als het gaat om de verdeling van de beschikbare ruimte in ons land. Vanwege de hoge bevolkingsdichtheid kan niet iedereen zomaar overal bouwen. De overheid maakt voor de verdeling van de ruimte een beleid, onder andere via nota's voor de Ruimtelijke Ordening. Hierin worden plaatsen aangewezen om bepaalde functies te vervullen; voorbeelden van dergelijke functies zijn landbouw, bedrijven, recreatie, wonen, etc. De laatste nota is de Vierde nota Ruimtelijke Ordening Extra [afgekort Vinex]. De belangrijkste nu in aanbouw zijnde nieuwe woonwijken in Nederland zijn het gevolg van de aanwijzing in die nota. De meest recent nota is de zogenaamde Nota Ruimte, die in 2006 werd aangenomen door de Tweede Kamer. Deze nota heeft als motto: "Centraal wat moet - decentraal wat kan."
De voorstellen in dit soort nota's worden vervolgens per regio uitgewerkt in streek- plannen en op lokaal niveau in bestemmingsplannen. Hierin staan de verdeling van functies [zoals kantoorgebruik, winkels en woningbouw] en de bouwmogelijkheden [hoeveel m2, hoe hoog etc.] nauwkeurig beschreven. Veelal worden de bouwmogelijkheden zo weergegeven dat een zogenaamde 'enveloppe' ontstaat, die aangeeft binnen welke grenzen het te bouwen gebouw zich moet bevinden. De overruimte in deze enveloppe geeft de architect dan nog redelijke vrijheden om het uiteindelijke ontwerp naar zijn hand te zetten. Het is dus raadzaam om bij een ontwerpopdracht altijd te beginnen met bestudering van het vigerende [geldende] bestemmingsplan op de betreffende locatie.

Behalve voor richtlijnen zorgt de overheid [steeds vaker via geprivatiseerde overheidsdiensten] ook voor de benodigde infrastructuur. Landelijk gezien betreft dat bijvoorbeeld de autosnelwegen, spoorlijnen, hoogspanningsmasten, straalpaden en
-zenders en aardgastransportleidingen. Lokaal betekent dat riolering, bestrating, openbare verlichting en de invulling van de openbare ruimte [zoals groenstroken, parken en pleinen]; al deze zaken worden uit hoofde van de gemeenschap door de gemeentelijke overheid georganiseerd en gefinancierd. Daarnaast liggen er in de grond nog allerlei kabels en leidingen van private ondernemingen zoals voor gas, water, elektra, kabeltelevisie en telefoon. Al deze ondergrondse leidingsystemen zijn in kaart gebracht en opvraagbaar bij de gemeente; ook hier is het handig om te weten waar ze precies liggen voordat je met een ontwerp begint.

Voor een te ontwikkelen project moet eerst een geschikte locatie gevonden worden. Bij de keuze van een locatie spelen meerdere aspecten een rol. Voor een fabriek zijn bijvoorbeeld de bereikbaarheid en de nabijheid van toeleverende bedrijven van groot belang, voor een kantoorgebouw de bereikbaarheid in combinatie met de representativiteit. Winkeliers zitten bij voorkeur dicht bij hun klanten en in de buurt van andere winkels en voor woningen spelen de grondprijs en het toekomstige voorzieningenniveau mee bij de uiteindelijke locatiekeuze. Daarna moet de locatie in eigendom of in erfpacht worden verworven. Alle eigendom van grond in Nederland is vastgelegd in de openbare registers van het Kadaster en die te raadplegen zijn via een over het land verspreid kantorennetwerk.
Meestal wordt de ontwerpfase voorafgegaan door een onderzoek van de bodem. Tijdens dit onderzoek worden de samenstelling van de bodem door een boring en de preciese ligging van de draagkrachtige laag door een of meerdere sonderingen bepaald. De in Nederland meest voorkomende grondsoorten zijn zand, klei en veen. Daar waar de draagkrachtige zandlagen aan de oppervlakte liggen, kan via een eenvoudige plaatfundering [fundering 'op staal'] worden volstaan. In de meeste delen van ons land liggen de draagkrachtige lagen echter op grotere diepte waardoor een fundering op in de grond gemaakte of geslagen palen nodig is om de krachten naar de aarde af te dragen. Tenslotte dient het bodemonderzoek voor het vaststellen van eventuele grondvervuiling. Er moet namelijk een 'schone grondverklaring' verkregen worden. Bij aangetroffen vervuiling zal de grond moeten worden afgegraven en afgevoerd om door een speciaal bedrijf schoongemaakt [gesaneerd] te worden.

Door de aantrekkingskracht naar het centrum van de aarde bezitten alle dingen massa. Aangezien in gebouwen een grote hoeveelheid massa is geconcentreerd,
zijn de krachten ten gevolge van de [vertikaal gerichte] zwaartekracht heel groot. Tevens moet een gebouw bestand zijn tegen meer veranderlijke vertikale belastingen zoals water- en sneeuwbelasting en de dynamische belasting door de aanwezige gebruikers. Tenslotte speelt de [horizontaal gerichte] windbelasting een belangrijke rol in het krachtenspel. Onder invloed van deze krachten mogen de constructieve onderdelen van het gebouw niet bezwijken [ze moeten dus voldoende sterkte, draagkracht hebben], niet teveel doorbuigen [ze moeten dus voldoende stijfheid bezitten] en niet teveel bewegen onder invloed van voorkomende combinaties van horizontale en vertikale krachten [ze moeten dus voldoende stabiliteit, standzekerheid hebben]. Elk gebouw bevat onderdelen die de hiervoor genoemde taken vervullen. Vroeger vervulden de constructieve delen van gebouwen tevens de scheidende taken [zoals bij dragende baksteengevels]. Tegenwoordig worden de dragende en scheidende taken vaak door aparte gebouwonderdelen vervuld en kunnen we meestal spreken van een aparte draagconstructie. Dit is als het ware het geraamte van het gebouw, waaraan en waarin alle andere onderdelen zijn bevestigd. Het doel van de draagconstructie is het doelmatig afdragen van alle op het gebouw werkende krachten naar de aarde, zonder dat er ongewenste effecten optreden. Omdat elk materiaal [zoals beton, hout, staal] zo zijn eigen voor- en nadelen voor gebruik als draagconstructie heeft, is het goed aan de materiaalkeuze veel aandacht te besteden.

Om de krachten die op een gebouw werken af te dragen naar de aarde, moet de fundering van een gebouw op een draagkrachtige laag in de aarde steunen. Deze laag bestaat vaak uit zand, maar ook een dikke kleilaag kan genoeg draagkracht bezitten. De diepte van de draagkrachtige laag is overal verschillend. Zo is de gehele grachtengordel van Amsterdam op 16 meter lange houten palen gefundeerd, terwijl in Limburg en op de Veluwe vaak direct op de zand- of steenachtige ondergrond gebouwd kan worden. Afhankelijk van de diepte en de sterkte van de draagkrachtige laag en de belastingen van en op het gebouw kiest men voor een funderingswijze. Indien de draagkrachtige laag minder dan 2 meter onder het maaiveld ligt, kan men op staal funderen. Dit houdt in dat de wanden en kolommen hun krachten via een [direct daaronder aangelegd] vergroot oppervlak op de draagkrachtige laag overbrengen. Indien de draagkrachtige laag dieper ligt moet er op palen gefundeerd worden. Houten of betonnen palen worden door een heimachine de grond in geslagen tot zij de draagkrachtige laag hebben bereikt. Heipalen kunnen ook in de grond worden vervaardigd door een koker de grond in te schroeven of te slaan waarna er beton in wordt gestort, terwijl de koker tegelijkertijd langzaam weer wordt opgetrokken. De koppen van de heipalen worden [na bewerking - het zogenaamde koppensnellen] meestal via betonnen balken met elkaar verbonden, waarna daar bovenop de keldervloer of de begane grondvloer kan worden aangebracht.

Er bestaan vele maatsystemen in de wereld. In de uitvoerende bouw zijn er twee belangrijk. In de Angelsaksische landen gebruikt men het 12-tallige stelsel met de inch en de voet [12 inch] als eenheid. In de overige Europese landen wordt het decimale stelsel gehanteerd, waarbij de meter de belangrijkste eenheid vertegenwoordigt. Vaak hebben deze twee stelsels connecties: de bij ons meest gebruikte maat voor plaatmaterialen [1,22 bij 2,44 meter] komt voort uit het andere stelsel [4 bij 8 voet]. Bij het ontwerpen kan het handig zijn om een maatsysteem of een raster te kiezen dat gebruikt wordt voor het hele gebouw. In Nederland bestaan dat soort rasters uit veelvouden van 30 centimeter. Zo'n maatsysteem kan ook worden opgebouwd vanuit het te gebruiken materiaal: zo paste Berlage systemen toe waarbij veelvouden van 11 centimeter [1,10 meter als raster bijvoorbeeld] de basis vormden; dit is de precieze maat van de kop van een baksteen plus een voeg ['koppenmaat'].

Als het ontwerp voor een gebouw eenmaal is goedgekeurd en er is een afspraak over de bouwkosten gemaakt, kan de feitelijke bouw een aanvang nemen. De verschillende aannemers [bouwkundige, werktuigkundige, elektrotechnische etc.] verrichten alle benodigde handelingen aan de hand van de tekeningen, het bestek en de begrotingen [samen vormen die het juridische contract]. Die tekeningen moeten overigens zo gemaakt zijn dat degenen die het werk uitvoeren ze ook kunnen begrijpen.
Bij de start worden de grenzen van het bouwterrein en de hoofdmaten van het gebouw uitgezet [de horizontale maten]. Deze worden zichtbaar gemaakt in de vorm van het bouwraam, een combinatie van kleine in de grond geslagen houten paaltjes verbonden door planken. Het Kadaster stuurt op verzoek ook wel landmeters die deze maten uit zetten [precies gerelateerd aan vaste punten uit de omgeving]. Ze gebruiken meetlinten, roodwitte piketpalen en specialistische apparatuur [theodoliet en tegenwoordig ook laserapparatuur]. Tenslotte worden de belangrijke hoogtematen uitgezet, ook aan de hand van bekende vaste punten uit de omgeving [via driehoeks- meting]. De belangrijkste vertikale maten zijn de ligging van het maaiveld [de naam voor het terrein in de directe omgeving van het gebouw] en de ligging van de begane grondvloer ten opzichte van dat maaiveld. Deze hoogten worden in Nederland steeds bepaald ten opzichte van het NAP [Nieuw - of Normaal Amsterdams Peil]. Dit is het oorspronkelijk vastgestelde waterpeil van de Amsterdamse grachten, of meer precies de gemiddelde hoogte van de vloed in het IJ voordat dit werd afgesloten. In de vorige eeuw is dit NAP door waterpassing over ons land verspreid. Op een bouwplaats wordt het peil van de begane grond vloer meestal als nulmaat genomen voor de verdere vertikale maatvoering.

Kees van der Hoeven, Maarten Polkamp, Sander Troost (2000), Bouwtechnisch ontwerpen - algemene inleiding [blok Huis], dictaatuitgave TU Delft faculteit Bouwkunde, afdeling BT - leestoel SAC

de illustraties worden binnenkort toegevoegd.

Deze pagina is voor het laatst bijgewerkt op 14 mei 2007

Wij bieden u verschillende mogelijkheden voor advertenties en banners

ArchitectenWerk is bereikbaar via info(at)architectenwerk.nl