ir.G.W.WelmanHoofd Constructiebureau NV Nelis,Uitgeest.Constructieve aspectenbij de bouwvan een cokesfabriekSamenvatting van enkele onderwerpen, die ter sprake zijn gekomen tijdenseen excursie van de Betonvereniging op 22 maart jl., naar de in aanbouwzijnde Cokesfabriek van de Koninklijke Nederlandse Hoogovens en Staal-fabrieken te IJmuidenInleidingEen cokesfabriek bestaat uit een aantal af-zonderlijke bouwwerken, die tezamen eenoperationele eenheid vormen. We onder-scheiden daarbij de kolentoren. de cokes-batterijen, de rookgaskanalen. de schoor-steenfundamenten, de blustoren, een blus-wagenbaan, een lierkelder, een uitstootma-chinebaan, enz. AI deze constructies heb-ben hun eigen problematiek. die een naderebelichting waard zijn ten aanzien van hetkrachtenspel dat zij in de betonmassa's in--troduceren. In het volgende zullen echterslechts enkele constructies hiervan wordenbelicht, die problemen en oplossingen be-vatten, welke niet of nog niet tot de dagelijksterugkomende praktijk van de constructeurbehoren.Het ontwerp van zo'n complexe fabriekwordt gemaakt door de Bouwkundige Afde-ling van Hoogovens. Zij stoelt hierbij opeen grote eigen deskundigheid en laat zichten aanzien van enkele onderdelen advise-ren door externe experts.Het constructiebureau van de aannemerontvangt de ontwerpen, waarop alle maten,die essentieel zijn voor de gebruikswaarde,of in relatie staan tot bestelde machines ofapparatuur, bindend zijn voorgeschreven.Het ontwerp is vergezeld van belasting-gegevens. Uitgaande van deze waarden ishet de taak van de constructeur om dedimensies te bepalen van alle onderdelen,evenals van wapening en funderingen.De resultaten worden door de directie be-oordeeld, die daarmee optreedt als eenbewaker van hoeveelheden (dus van geld),kwaliteit en uiteindelijke bruikbaarheid vande fabriek. Belangrijk is, dat de construc-teur in staat is om de specifieke mogelijk-heden waarover zijn bedrijf beschikt. inoverleg met de directie, bij de definitieveuitwerking te Introduceren.Zoals uit het volgende zal blijken, is opruime schaal gebruik gemaakt van het feit,dat een beroep gedaan kan worden op deeigen betonfabriek van de NV Nelis en ophet staalbedrijf, waardoor vaak de snelheiden de kwaliteit van het werk kan wordenopgevoerd, terwijl ook door de hogere kwa-liteit van de fabriekmatig vervaardigde ele-menten hier en daar een economische op-Cement XXIV (1972) nr. 8Overzicht van de bouw in een vroegstadium; duidelijk te zien zijn de kopwandenvan de batterijen1Sondering299lossing kan worden verkregen, dan wel eeneenvoudiger constructief resultaat wordt be-reikt.FundatiesBij alle onderdelen waar grote belastingengeconcentreerd optraden. is gefundeerd opkorte palen, zoals kolentoren. blustoren enlierkelder. Constructies die uit niet-funde-ringstechnische motieven diep aangelegdmoesten worden. zijn op staal gefundeerd.Voor de gunning had de directie in samen-werking met het Laboratorium voor Grond-mechanica een onderzoek naar de bodem-gesteldheid verrtoht..waarvan de afgebeeldesondering representatief is voor het geheleterrein (fig. 1). Deze sondering geeft aanlei-ding tot 10 m lange palen met een draag-kracht van 80 ton.Een tweede maatregel, die door Hoogovensis genomen om tot een snelle start te ko-men, is gelegen in het feit, dat zij opgrond van eigen voorberekeningen reedspalen beeft besteld. die de aannemer bijde aanvang van het werk ter beschikkingworden gesteld. Na opdracht kunnen dus deheiwerkzaamheden onmiddellijk beginnen,mits de definitieve palenplannen aanwezigzijn. Dit houdt een risico in, omdat eenheistelling, die stagnatie ondervindt doorgebrek aan tekeningen. veel geld kost. Omdit risico te verkleinen, ontwikkelde het con-structiebureau een universeel palenpro-gramma, geschikt voor computerverwerking.Veel servicebureaus beschikken over pro-gramma's die een overwegend symmetrische2Schematisch overzicht van een cokesfabriekI I j II0 0edb b9 Ic323.2as kOI!entoren 21batte rij enopbouw vertonen. In het bedoelde program-ma kunnen de palen willekeurig worden ge-groepeerd en onder verschillende hellingenworden geplaatst. Het is een belanqrijkhulpmiddel gebleken om een snelle startvan het heiwerk mogelijk te maken.Figuur 2 toont schematisch een overzichtvan het fabriekscomplex. Centraal staathlerbi] de kolentoren (a), geflankeerd dooreen viertal cokesbatterijen (b). Langs debatterijen loopt aan de zuidkant de cokes-uitstootmachinebaan (c). Aan de noordkantbevindt zich de bluswagenbaan (d), waaropde blusheUing aansluit. Voorts vinden wedaar een transportbandenbak (e). Wat meergescheiden ziet men blustoren (f), bezink-bassin (g), ETA-station (h), cokeszeverlj (j),alsmede nog een aantal fundamenten voortransportbanden.Rookgaskanalen (fig. 3)De rookgaskanalen lopen door de batterijenen sluiten aan op de schoorsteen. Zij warenontworpen als een doorgaande koker metnagenoeg constante doorsnede. Het uittim-meren van zo'n koker is arbeidsintensief.Hier kwam de vraag of het niet zinvolwas deze koker in onze fabriek te prefabri-ceren. Dit bleek moqelijk en leverde boven-dien tijdwinst op. In totaal zijn de kanalenopgedeeld in ca. 250 elementen, elk meteen gewicht van 7 ton. De hoofdafmetingenzijn ongeveer 3 x 3 x 1,20 rn: de wand-dikte bedraagt 20 cm.Rekenkundig vormen ze een gesloten koker,die berekend moet worden op een tempe-ratuurverschil van 30?C tussen de binnen-en buitenzijde. Er ontstaan temperatuur-momenten in dwars- en langsrichting. Bin-nen de kanalen bevindt zich metselwerk.Bij uitzetting drukt dit tegen het rookgas-kanaal. De praktijk heeft uitgewezen, datdeze krachten zich in hoofdzaak concentre-ren in de hoeken; ze zijn daarom als uit-wendige spatkrachten in rekening gebracht.Cement XXIV (1972) nr. 83a-bSchets van een rookgaskanaal-element en de plaats van deze kanalen in de betterijenPlaatsen van de elementen van derookgaskanalen300Mu+653+1206+2576moesten ter hand worden genomen. Ditmaakte dat er niet voldoende t?d kon wor-den gegeven aan studie en discussie, diemet dit probleem gemoeid waren.Ten einde stagnatie te voorkomen, werd ditprobleem voorgelegd aan adviesbureau ir.J.G.Hageman, die speciaal ten aanzien vanbjjzondere problemen op civieltechnisch ge-bied de Hoogovens van? advies dient. Figuur4 toont een geschematiseerd deel van debatterijen. Ten gevolge van temperatuurver-schillen tussen onder- en bovenvloer krijgtde bovenvloer een opgelegde verplaatsing.Deze is voor elke kolom bekend en extreemvoor de meest rechts getekende. Uitgaandevan dezegegevenverplaatsing bepaalden wijhet moment met de bekende formule:M =Dit moment gaf samen met de last aanleidingtot de gesignaleerde moellijkheden. BureauHageman ging bl] de berekening op de vol-gende wijze te werk. Bij gegeven kolomafme-tingen en een kolomwapeningspercentagevan 2 % werd bl] diverse wapeningspercen-tages voor de keel de vervormingscapaciteitvan de kolom bij verschillende normaalkrach-ten berekend. Hiertoe werd per geval na be-paling van het breukmoment van de keelcon-structie de momentenlijn bij breuk voor dehalve kolom getekend; deze verloopt naqe-noeg rechtlljnlq (fig. 4 rechtsonder). Voor ko-lom- en keeldoorsnede werden bij bovenge-noemde normaalkrachten en wapentnqaper-centages de berekend vol-gens de methode M?rsch, waarbij voor debreukstuik van beton 3,5 0/ 00 werd aangehou-den (fig. 4 linksonder). Uit de gegeven mo-mentenlijnen bl] breuk van de keel, en deM-%-diagrammen kon nu voor de diverse nor-maalkrachten en wapeningspercentages hetverloop van de specifieke hoekverdraaiingover de kolomhoogte bepaald worden {fig. 4middenonder). Hieruit volgde de horizontaleverplaatsing van de kolom bi] breuk van dekeel, met andere woorden de vervormings-capaciteit voor de beschouwde gevallen.Q)Q)I .,X u (keel)2220J - - - - -.M - dia 9 ra mwap. w.fnormaalkracht NMu N= N1?Mu IMu N= 0:I ITer verkrijging vaneen hogere betonkwali-teit werd door ons voorgesteld om:a. fabriekmatig beton toe te passen; enb. plastische scharnieren (Freyssinet-schar-nieren) te maken, daar waar het oorspron-kelijke ontwerp de insnoering vertoonde,wat inhield, dat in de insnoering geen wape-ning door!oopt,Ult de litteratuur bleek ons namelijk datalle publikaties het er over eens Z?n, dat ineen betonscharnier geen wapening magdoorlopen. Twee standpunten kwamen nutegenover elkaar te staan. Op grond vanervaringen, dat de kolommen ontworpendoor Still in de praktijk bleken te voldoen,handhaafde de constructeur van Still zljnstandpunt, dat de kolommen in het werk ge-stort moesten worden met een doorgaandewapening in de insnoering.Hiertegenover stond, dat de constructie danrekenkundig niet in overeenstemming wasmet gebruikel?ke rekenregels en dat deveiligheid die in de vroeger gemaakte con-structies aanwezig zou zijn, thans geheelonbekend was en mogel?k veel kleiner zouz?n dan de reserve die gebruikel?k is.Een bijkomende rnoellljkheld was, dat hetwerk eveneens om andere gegevens vroeg.Andere onderdelen van het fabriekscomplexging vormt, omdat deze op andere w?zedoor wanden wordt verzekerd. Nu liet menin dit insnoeringspunt veel staal doorlopenen wij berekenden het moment, dat deingesnoerde doorsnede zou kunnen opne-men voordat scheurvorming zou optreden.De kolom tussen de insnoeringen ZOu tochminstens berekend moeten worden op ditmoment plus normaalkracht. Het deel tus-sen de insnoeringen was echter uitsluitendberekend op de .normaalkracht. Het bleekniet mogel?k om zo veel staal in de kolomte stoppen, dat bij gel?kbl?vende afmetin-gen en in het werk te verwachten beton-kwaliteit de constructie aan de GBV zouvoldoen.4Fundering cokesbatterijenAangezien op het moment, waarop wij ditsignaleerden, de werkvloer reeds was ge-stort en met het vlechten van de wapeningwas begonnen, was het niet meer uitvoer-baar de ondervloer in zijn geheel te ver-dikken. Gelukkig was het wel mogel?k omplaatselilke opstortingen op de ondervloerte accepteren. Dezelfde overwegingen geI-den voor de bovenzljde, waar in verbandmet de grotere dikte van het dek, het pro-bleem iets eenvoudiger is.Nu vertoonde de oorspronkelljk ontworpenkolom nog een detail, waartegen bedenkin-gen rezen. De constructeur van Still hadnamelijk op enige afstand van de boven- enonderkant een insnoering in de kolom ge-maakt, met de bedoeling om daar een soortvan scharnier en draaipunten te laten ont-staan. Van belang hlerbl] is, dat een verliesaan stabiliteit hier geen punt van overwe-Onze moetlijkheden bi] de., goedkeuringlagen op twee punten. Bij het opwarmenvan de batterijen blijft de bodemplaat koud.Het dek evenwel verplaatst ten gevolgevan de verwarming symmetrisch ten opzich-te van het midden naar twee richtingen.Schematisch is dit in fig. 4 weergegeven.We kr?gen dan een combinatie van druk enbuiging in de kolommen. Een kolomwape-ning bestaat dan uit druk- en trekstaven.Het bleek ons, dat de ontworpen vloerdiktevan 30 cm niet toereikend was om bij eendrukstaaf de kracht over deze afstand aanhet beton af te geven. Het omzetten vanzo'n staaf heeft niet veel zin, omdat dan debetondekking wordt weggedrukt in plaatsvan de kracht om te leiden, zoals wel metde trekkrachten gebeurt.De cokesbatterijenDit onderdeel van de fabriek is ontworpendoor de Westduitse firma Still. Dit bureauhad ook uitgewerkte berekeningen en teke-ningen van dit onderdeel gemaakt. In zo'ngeval moet de aannemer de berekeningcontroleren en voor akkoord ondertekenen,waarmee hij de constructieve verantwoorde-I?kheid voor de constructie op zich neemt.Nu is het helaas zo, dat ondanks interna-tionale samenwerking, die allerwegen opgang is, ook ten aanzien van voorschriftennog niet altijd uniformiteit aanwezig is.Het is dan ook goed moqelljk, dat er afwij-kingen zljn in de constructieve uitgangs-punten, zoals die worden gehanteerd inDuitsland en in ons land (GBV). Het Duitsebureau stoelde z?n constructie echter niet.uitsluitend op de theorie, maar ook op degoede ervaringen, die men had opgedaanmet eerder uitgevoerde cokesbatterljsn.De voegen tussen de rookgaskanalen Z?n.' gedicht door aanstortingen. Hiertoe stakwapening uit de koppen van de rookgas-kanalen. Op regelmatige afstanden zijn dlla-tatievoegenaangebracht..Cement XXIV (1972) nr. 8 301NNu kon in een grafiek het verband aangege-ven worden tussen breukbelasting en ver-plaatsing voor verschillende wapenings-percentages van de keeldoorsnede. Vervol-gens werden degebruiksbelastingcombina-ties van N en in de grafiek ingetekend. Bijhet uiteindelijk gekozen wapeningspercenta-ge (6,3 %) konden de veiligheidsco?ffici?n-ten worden bepaald voor de volgende geval-len (schematisch aangegeven in fig. 5):N = constant, aan tot breukYl == constant, N groeit aan tot breukyz = Nz/Noconstant, beide groeien aan tot breukY3 = a/bAls velllqheldsco?fftcl?nten y werden aange-houden minimaal:Y1 1,8; yz 1,8; Y3 1,66.fig. 6 toont de aanvankelijke kolom, daar-naast met afzonderlijk getekende keelwape-ning, de uitgevoerde constructie, waarbij destekken aan de onderkant niet zijn getekend.Schoorsteenfundamenten (fig. 7)Het bouwen van de eigenlijke schoorsteenis een zodanig specialistenwerk dat hier-voorschoorsteenbouwers zijn ingeschakeld.In principe is de berekening van zo'n fun-dament een eenvoudige zaak. Verticaal be-last door een eigen gewicht van ca. 2150ton maximaal en 1550 ton minimaal; hori-zontaal door windbelasting, waarbij in ver-band met de situatie vlak bij zee met dehoge windbelasting moet worden gerekend.Het verschil in verticale belasting wordt ver-oorzaakt doordat de schoorsteen enigeFiguur 56Ontworpen kolom (links), uitgevoerde kolom(rechts) met detail keelwapeningI414+440+205+1040+13300+915buis+915 _ _kolom als+104013300+,kolom als getekendm4687Doorsneden over schoorsteenfunderingKolommen voor de cokesbatter?enCement XXIV (1972) nr. 8 302west-foostwand+4600+3200+2300noord-/zuidwand+4600B/ustoren in aanbouwwestwandstaal o n st uctie+840die tevens de uitstroomopeningen vormennaar de wanden. Als het daar eenmaal is,zou het fraai zijn als deze belasting gewoonverticaal naar de fundering afgevoerd zoukunnen worden. Het komt evenwel voor,dat zo'n wand op een lager niveau totaal ofgedeeltelijk afwezig is. De belasting kandan alleen via aangrenzende wanden wor-den afgevoerd. Aan de overdracht naar deaangrenzende wand is nog wel wat te reke-nen, bijv. met de theorie van deartige Tr?ger.Hoe deze belasting dan gesuperponeerdmoet worden op de belasting in de aanslui-tende wand en in welke mate onder-broken wand later weer aan de drukover-dracht deelneemt, is wat moeilijker te voor-spellen. Zo ook de vraag: is er verdelingvan de aan de silo grenzende trappehuis-wand en de buitenwand en zo ja, hoeveel__I-Idoorlsnede2840++840+6670noordwan dkolentoreDe kolentoren (fig. 9)Dit is een ca. 50 m hoge toren. Boveninbevindt zich een silo, waarin de steenkoolwordt opgeslagen. Het totale gewicht vande silo-inhoud bedraagt 2800 ton. Dit ge-wicht wordt overgedragen via de balken,De blustorenfiguur 8 toont het constructieve geraamte.De basis van de constructie bestaat uittwee gelijke portalen, totaal ca. 40 m hoog,die zijn berekend op eigen gewicht, wind,hortzontale remkrachten door bluswagen ende krachten voortkomend uit temperatuurs-verhoqlnqen van de blusvloer. Ook bij deverwerking van deze krachten is natuurlijkeen dankbaar gebruik gemaakt van de com-puter. Op de wijze van gebruik zal bij debeschrijving van de kolentoren uitvoerigerworden ingegaan.9Constructie van de kolentoren8Doorsneden over b/ustorenzonder binnenbekleding staat. De horizon-tale kracht bedraagt totaal 108 tf, wat aan-leiding geeft tot een moment van 7110 tfm.Dit fundament ts op staal gefundeerd. Hetgrondstuk is een regelmatige achthoek.Prettig om mee te rekenen, omdat hettraagheidsmoment nu in alle richtingen ge-lijk is. Bij het ongunstigste belastinggevaltreedt een kleine insnijding op, dat wil zeg-gen de grondplaat blijft niet geheel onderdruk, doch veel meer dan de helft wel.De kantelveiligheid bedraagt 3,68 en dezemoet groter zijn dan 1,5.Ten gevolge van de doorsnijdingen van hetrookgaskanaal en de transportbandenbakwordt de belasting niet geheel gelijkmatigop de plaat overgebracht. De totale diktevan de plaat bedraagt 1,70 m. De schuif-spanningen zijn 6,35 kgf/cm2. Wapening iskamstaal, dat door Hoogovens zelf wordtgeproduceerd en ter beschikking van deaannemer wordt gesteld.Met dit schoorsteenfundament zijn we ge-komen bij de constructies, die tot de nor-male praktijk van de constructeurs behoren.Hetzelfde kan worden gezegd van bluswa-genbaan en lierkelder, waarvan de beschrij-ving derhalve achterwege blijft.Cement XXIV (1972) nr. 8 303Opname t?dens de uitvoering; rechts deko/entoren, links een van de schoorstenendie met gl?bekisting is opgetrokken10Wand opgedeeld in elementen11Krachtenver/oop in een wand3 1 Y450 I 450 GE E L TELIJKEWESTWAND NOORDWANDco+2070+34604250+3900+