Algemene projectomschrijving
SWINN heeft constructief ontwerp en uitwerking verzorgd voor het project AEB Bio-Energiecentrale in Amsterdam. Deze nieuwe energiecentrale levert sinds 2020 aardgasvrij elektriciteit aan 27.000 huishoudens en warmte aan 25.000 huishoudens.
Het gebouw van dit project is uitgevoerd door Bouwonderneming Stout uit Sliedrecht in samenwerking met Vyncke uit België en Haffner Energy uit Frankrijk. Vyncke was verantwoordelijk voor de snoeihout gestookte verbrandingsinstallatie en Haffner Energy voor de turbine. Het gebouw omvat 4700 m2 b.v.o. en bestaat uit: los- en opslagbunkers, boiler-/proceshal, turbine-installatie en kantoren. Al het snoeihout waar de centrale op draait moet komen uit een gebied binnen een straal van 150 km van de centrale.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het gebouw is 115m lang, 38m breed en 29m hoog inclusief de dakopbouw. Op de betonnen opslagbunker van lxbxh=44mx22mx13,5m staat een stalen portaalconstructie van 10m hoog met een bovenloopkraan halverwege de hoogte. In het verlengde van de betonnen opslagbunker is de proceshal ontworpen van lxbxh=71mx22mx25/29m waar diverse verbrandingsinstallaties en de hoofdoven opgesteld zijn.
De constructie van de proceshal is opgebouwd uit stalen kolommen van 24m hoog en stalen vakwerkliggers die het dak dragen. Zowel het opslagbunkergedeelte als de proceshal hebben geen tussenvloeren waardoor er grote horizontale krachten ontstaan op de horizontale windverbanden in het dak en de verticale windverbanden in de gevel.
(zie afbeelding 1 en de foto's 1, 2 en 3).
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Kenmerkend voor dit gebouw is dat de constructie ondergeschikt is aan de installaties. Het gebouw is als het ware om de installaties heen ontworpen. Dit geeft interessante constructieve uitdagingen.
Oorspronkelijk waren er op deze locatie kantoren gedacht. Daarom werd er vanuit het bestemmingsplan geëist om de biomassacentrale de uitstraling van utiliteitsbouw te geven. Aan de kant van de snelweg wordt het gebouw gekenmerkt door een grote glazen gevel van 65m breed en 16,8m hoog waarbij de installaties als het ware in een vitrine staan.
Ook wegens utilitaire uitstraling is een van de kopwanden aan de achterzijde verlengd tot 20m voorbij het gebouw om de suggestie van een rechthoekig gebouw te wekken. Deze losse gevel van 15m breed en 24m hoog wordt ter hoogte van het dak horizontaal gesteund door een 3D vakwerk. Hierdoor is de ruimte onder volledig bruikbaar voor vrachtbewegingen. De hoogte van de 3D constructie zorgt voor een extra steunpunt voor de gevelkolommen die hierdoor slanker konden worden uitgevoerd.
(zie foto's 4, 5 en 6).
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
(zie afbeelding 1)
BRANDWERING
De optimalisatie van de brandwering heeft in dit project bijzondere detailleringen opgeleverd. Door ingenieuze constructieve detailleringen kon de constructie van de proceshal volledig zonder brandwerende maatregelen worden uitgevoerd.
Het gebouw bestaat uit drie delen. Het kantoorgedeelte (bouwdeel 1), de proceshal (bouwdeel 2) en de biomassa bunker (bouwdeel 3). De brandscheiding tussen de verschillende bouwdelen is 60 minuten brandwerend. Per bouwdeel zijn volgende uitgangspunten ten aanzien van brand van toepassing;
* Het kantoorgedeelte (bouwdeel 1): Dit bouwdeel bevat meerdere verdiepingen en hier is tevens de kantoorruimte gevestigd. Vanwege de vloerhoogte en de functie is hier een brandwerendheid van 60 min benodigd. Dit is gerealiseerd met brandwerende verf.
* De proceshal (bouwdeel 2): De constructie van de proceshal is zowel verticaal als horizontaal volledig gekoppeld met de constructie van bouwdeel 2 en dus is de hoofddraagconstructie in eerste instantie ontworpen op 60 minuten brandwerendheid middels brandwerend schilderen.
* De biomassa bunker (bouwdeel 3): De biomassa wordt opgeslagen in een grote betonnen bak. Doordat het snoeihout nat kan zijn is er een groot risico op broei en daardoor brand. Daarom is hier een sprinklerinstallatie toegepast. Hiermee is de brandveiligheid voor dit bouwdeel geborgd en hoeft de staalconstructie niet brandwerend te worden bekleed.
Om de kosten van het brandwerend schilderen van de hoofddraagconstructie van de proceshal te besparen is onderzocht of de constructie ook zonder brandwerende maatregelen kon worden uitgevoerd. Dit is gelukt met behulp van een aantal slimme oplossingen.
De hal bestaat uit slechts één (brand)compartiment waardoor normtechnisch 0 minuten brandwerendheid kan worden aangehouden mits er geen voortschrijdende instorting optreedt en de 60 minuten brandscheiding van de andere bouwdelen overeind blijft. Dit gaf twee technische problemen die we middels goed doordachte detaillering hebben kunnen oplossen:
1. Voorkomen voortschrijdende instorting bouwdeel 1.
Het dak van de proceshal wordt aan één zijde gedragen door de stalen kolommen van het kantoorgedeelte. Tevens wordt de stabiliteit van de hal deels verzorgd door het kantoorgedeelte, waardoor de dakliggers van de productiehal zowel horizontaal als verticaal bevestigd zijn aan de constructie van bouwdeel 1. Als de vakwerkliggers in de proceshal bezwijken is er een grote kans dat een deel van de constructie van bouwdeel 2 (kantoorgedeelte) wordt meegetrokken met de voortschrijdende instorting en brandoverslag tot gevolg. Dit is opgelost door het toepassen van afvalnokken. In de normale situatie zitten de liggers zowel horizontaal als verticaal vast, echter wanneer door brand de constructie van de hal bezwijkt zullen de dakliggers dusdanig roteren t.p.v. de oplegging dat zij van de nok afvallen en bouwdeel 1 onbeschadigd blijft.
(zie afbeelding 2, 3 en 4).
2. Handhaven brandcompartimentering 60 minuten met bouwdeel 3.
Tussen de biomassa bunker en de proceshal geldt een brandcompartimenteringseis van 60 minuten.
Bouwdeel 2 en bouwdeel 3 zijn van elkaar gedilateerd i.v.m. de gebouwlengte en verschil in vervormingsgedrag. Aan weerszijde van de dilatatie staan stalen kolommen waartussen een gasbetonwand is geplaatst die de 60 minuten brandcompartimentering verzorgt. De wand is 24m hoog en daarom horizontaal gekoppeld aan de stalen kolommen van bouwdeel 3. Deze kolommen zijn niet brandwerend uitgevoerd waardoor deze bij brand wegvallen en daarbij de wand omtrekken en de compartimenteringseis niet gehaald wordt. Omdat er geen ruimte is om de wand dubbel uit te voeren zodat er aan beide zijden van de dilatatie een wand staat is hier het volgende op bedacht; de wand wordt aan beide zijden verbonden met ankers en kunststof smeltplaatjes, waarbij de verbinding aan de productiehalzijde (bouwdeel 2) in alle richtingen vervorming op kan nemen. Bij brand aan één zijde van de wand, smelten de plaatjes aan die zijde en is de wand enkel verbonden aan de staalconstructie aan de andere zijde (de niet brandzijde) waardoor de constructie aan de brandzijde kan bezwijken zonder de wand om te trekken.
(zie afbeelding 5, 6, 7, 8 en 9).
OPLEGGING STALEN PORTAAL OP BUNKER
Op de betonnen bunker staan stalen portalen van HE-kolommen en vakwerkliggers. Deze dragen het dak en de kraanbaan voor de 2 hi-speed kranen die de biomassa in en uit de bak scheppen. De constructie mag ter hoogte van de kraanbaan horizontaal maximaal + en - 10mm verplaatsen om de kranen niet vast te laten lopen. Deze vervormingseis conflicteert met het vervormingsgedrag van de betonconstructie waar de staalconstructie op rust. Kolommen van het portaal staan namelijk bovenop een betonnen bak met wanden van 13,5m hoog die wisselend vol en leeg kan zijn. Bij een volle bak geeft de biomassa een zijwaartse druk op de betonwanden waardoor de wanden naar buiten uitbuigen. Is de bak leeg, dan is er geen druk en buigen de wanden niet uit. Hierdoor ontstaat een verschil in horizontale verplaatsing maximaal van 60mm aan de bovenzijde van de betonwand.
(zie afbeelding 10).
Dit is meer dan de ±10mm die toelaatbaar is voor de kraanbaan. Dit verschil wordt opgelost door het portaal glijdend op te leggen en de kolom extra stijf uit te voeren. De glijverbinding bestaat uit een stalen bak waarin de kolom op een Vilton glijplaat ciparall st 20 rust. De glijplaat heeft een lage wrijvingsweerstand zowel bij hoge als lage bovendruk. Ter voorkoming van opwaaien bij trekbelasting zijn bouten in slobgaten toegepast. De verbinding is ingepakt met een kous zodat er geen stof in kan komen. De berekende maximaal optredende horizontale verplaatsingen ter plaatse de kraanbaan oplegging zijn +13,7mm en -5,5mm. De kraanbaan is zo uitgelijnd dat deze verplaatsingen binnen de toleranties van ±10mm vallen.
(zie foto's 7 en 8 en afbeelding 11).
Aan de andere zijde van de bunker zijn de verplaatsingen van de betonwand veel kleiner omdat de dwarswanden van de losbakken de wand verstijven als steunberen. Hierdoor kan het portaal aan deze zijde scharnierend op de bak rusten.
Bijzondere aspecten uitvoering
(zie afbeelding 1)
De biomassacentrale kon alleen gebouwd worden met behulp van subsidies. Een van de voorwaarden om de subsidie te ontvangen was opleveren voor een bepaalde datum. Dit gaf druk op de bouwtijd. Vanwege de krappe planning is gewerkt met 3 bouwstromen.
Een ander aspect was dat bouwdeel 1 (kantoor en turbine ruimte) af moest zijn voordat de grote installaties in de proceshal werden geplaatst. Gevolg hiervan was dat de binnengevel tussen bouwdeel 1 en bouwdeel 2 ca. een half jaar als buitengevel heeft gefunctioneerd en derhalve volledig wind en waterdicht is uitgevoerd. Omdat de stabiliteit in één van de gebouwkoppen wordt verzorgd door stabiliteitskruizen in de gevel van de productiehal was in deze periode ook een tijdelijk stabiliteitsschoor geplaatst. De fundering is gedimensioneerd op de belasting uit dit schoor.
(zie schoor in foto 9 bij de rode pijl).
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Naast de al beschreven constructieve bijzonderheden heeft het gebouw ook een aantal functionele bijzonderheden.
* Zo moet een deel van het dak boven de biomassa bunker volledig verwijderbaar zijn voor de reparatie of vervanging van de loopkranen.
(zie afbeelding 12)
* Is een deel van het dak hoger (h=29m) in verband met de hoogte van de ketel. Dit in combinatie met de positie van de ketel leidt tot een zeer slanke horizontale windligger in het vlak van het dak die de gevel van 24m hoog horizontaal opvangt. Door toepassing van verwijderbare koppelkokers op strategische plekken zijn de dimensies van de profielen van deze ligger beperkt kunnen blijven.
(zie afbeelding 13 en 14).
* Is in een van de kopgevels van het kantoorgedeelte het stabiliteitsverband op de onderste verdieping voorzien van een zware portaalconstructie zodat grote gevel sparingen ontstaan waardoor transformatoren kunnen worden geplaatst of vervangen.
(zie foto 10 en afbeelding 15).
