themaZwaar en licht gecombineerd2201358themaDe kolencentrale op de Maasvlakte is van GDF Suez en is deschoonste en modernste in zijn soort. Met een rendement van46% heeft de centrale een capaciteit van 800 MW. De helft vandeze capaciteit kan worden opgewekt met biomassa. Decentrale is voorbereid voor CO2-afvang, zowel technisch alsruimtelijk.De centrale grenst aan het terrein van EMO, waar ge?mpor-teerde bulkgrondstoffen zoals steenkool en ijzererts wordenZwaar en lichtgecombineerdIndeloopvanditjaarwordteennieuwekolen-biomassacentraleopdeMaasvlakteinRotterdamingebruikgenomen.Eenbelangrijkdeelvandezecentraleishetdienstengebouw.Nadiverseoverwegingenisgekozenvoorbetonnenvloerenenmiddenkolommenenstalengevelkolommenen-balken.Het dienstengebouw van de kolen-biomassacentraleop de Maasvlakte heeft een hybride constructieZwaar en licht gecombineerd 22013 59matische eisen met betrekking tot de onderlinge ruimtelijkeverbindingen en de aard van de verschillende functies zijnopgelost in een generieke gebouwstructuur, die bovendienvoldoende ruimte biedt voor een mogelijke uitbreiding met eentweede centrale.De ruimtelijke samenhang op het terrein is bereikt door degevels van het dienstengebouw te ontwerpen met dezelfdematerialen en detailleringen als alle overige gebouwen: beton-nen plinten met daarboven geprofileerde staalplaten op ge?so-leerde stalen binnendozen. De ligging op het terrein en detoepassing van veel glas maken het gebouw onderscheidend enduidelijk herkenbaar als dienstengebouw. De gevels zijn vlakgedetailleerd met verticaal geprofileerde staalplaat in verschil-lende kleurpatronen, om hardnekkige vervuiling door steen-koolstof zoveel mogelijk te verbergen.De sfeer van het interieur is sober en rustig gehouden. Hetgebruik van zilvergrijze metalen plafonds, betonnen kolom-men, grijze gietvloeren en schoonwerk kalkzandsteen biedtechter een mooi contrast met het kleurrijke uitzicht op denabijgelegen havens met containerschepen en overslagterrei-nen. Veel daglicht is er voor de gebruikers via de hoge raam-stroken. Het was wenselijk deze raamstroken zo transparantmogelijk te maken. Slanke stalen kolommen met structurelebeglazing hadden daarbij de voorkeur.Het dienstengebouw wordt verwarmd met restwarmte van decentrale. Klimaatplafonds als verwarming zorgen voor eenoptimaal binnenklimaat; ook hier vaak in schril contrast metde weersomstandigheden op de Maasvlakte.Een pakket van duurzame maatregelen zoals led-verlichting,bewegingsmelders en solartubes maakt het dienstengebouw toteen zeer energiezuinig gebouw.Constructief ontwerpHet dienstengebouw heeft een rechthoekige plattegrond meteen breedte van 22 m en een totale lengte van 105 m. E?n deelis uitgevoerd in vijf bouwlagen, 80 m lang, en het andere deelin ??n bouwlaag, 25 m lang (fig. 4). Dit laatste bouwdeel konpas in een tweede fase worden uitgevoerd, omdat het beschik-bare grondoppervlak benodigd was voor de uitvoeringswerk-zaamheden van ondergrondse koelwaterleidingen in eenbouwput. De gedwongen fasering was de reden om een hori-zontale dilatatie aan te brengen tussen beide delen. De gebouw-constructie en de beganegrondvloer zijn gefundeerd op palen.Het naastgelegen turbinegebouw is op het vloerniveau van 14,0m met een loopbrug `horizontaal' verbonden met de controle-ruimte van het dienstengebouw. De verdiepingshoogte van het1Kees de Leeuw, Roel BrouwersRoyal HaskoningDHV1 De nieuwe kolen-biomassacentrale op deMaasvlakte in Rotterdamfoto: Jan F?hmelopgeslagen. Het was een strategische keuze om de transport-kosten vanuit de haven naar de centrale te minimaliseren. Decentrale zelf is opgebouwd uit een ketelhuis, een turbinege-bouw, met daaromheen een flink aantal procesgebondengebouwen, en diverse installaties. Het ketelhuis is met eenhoogte van 112 m (de schoorsteen is 120 m hoog) het hoogstegebouw en presenteert zich als opvallend en kleurrijk object inhet landschap van de Maasvlakte en de nabije omgeving. In dituitgesproken industri?le landschap is het dienstengebouw hetenige gebouw waar mensen daadwerkelijk verblijven.Het dienstengebouwHet dienstengebouw combineert alle noodzakelijke gebruiks-functies in ??n volume. Het gebouw is entree, werkplaats,magazijn, kantoor, archief, controleruimte, laboratorium,restaurant en omkleedruimte tegelijk. De voordelen voor degebruikers zijn veiligheid, onderlinge interactie en geborgen-heid. Immers, de werk- en weersomstandigheden op decentrale zijn niet altijd zonder risico's. De complexe program-OpdrachtDHV kreeg in 2007 de opdracht voor het bepalenvan het uiterlijk van de centrale en de civielewerken, de inpassing ervan in het landschap en ookhet integrale ontwerp van het dienstengebouw.Het verzorgen van alle noodzakelijke vergunningen? voor koelwater, bouw, milieu, geluid en brandvei-ligheid ? maakte ook deel uit van de opdracht. Voorhet dienstengebouw was de opdracht traditioneelvan voorontwerp tot en met het definitief ontwerp.De uitwerking van het definitief ontwerp is inbouwteamverband uitgevoerd.themaZwaar en licht gecombineerd22013601456231 - turbinegebouw2 - ketelhuis3 - dienstengebouw4 - CO2-capture5 - schoorsteen6 - loopbrug2 Het dienstengebouwfoto: Royal HaskoningDHV3 Plattegrond van de kolen-biosmassacentrale22 m, is 3 x 7,2 m een logische keuze. De gevelkolommen zijn omde 3,60 m geplaatst, zodat de scheidingswanden voor kantorenook later nog eenvoudig en flexibel kunnen worden aangebracht.Door de extra gevelkolom wordt bovendien de belasting perkolom gereduceerd, waardoor kleinere afmetingen mogelijk zijn.In verband met de horizontale dilatatie tussen het hoge en hetlage deel zijn beide delen elk van een eigen stabiliteitssysteemvoorzien. Voor het lage deel is gekozen voor een eenvoudigegeschoorde skeletconstructie in staal. Op dit deel wordt in ditartikel verder niet ingegaan. De stabiliteit van het hoge deelwordt ontleend aan twee kernen. Bij het eerste ontwerp van delay-outs is al rekening gehouden met de constructief optimalepositie van de kernen. Deze is min of meer symmetrisch tenopzichte van de gebouwlengte, met in het ideale geval gelijkevervorming van `veld' en `overstek'. In de U-vormige kernenzijn trap, lift en schachtruimte opgenomen. De kernen, uitge-voerd in ter plaatse gestort beton, zijn zodanig gedimensio-neerd dat het tweede-orde-effect niet maatgevend is en datoptredende trekkrachten in de palen gering tot nihil zijn.Voor de sterkte bij brand voor industrie- en kantoorfunctie meteen vloerniveau hoger dan 5,0 m bedraagt de brandwerendheidvan de hoofddraagconstructie 90 minuten. De berekendepermanente vuurbelasting in het hoge deel is kleiner dan 500MJ/m2, waardoor de sterkte bij brand met 30 minuten is gere-duceerd tot 60 minuten Voor het lage deel gelden geen sterkte-eisen bij brand.dienstengebouw wordt dus vooral bepaald door de `eis' dat eenverdieping op 14,0 m moet liggen. Na afweging van diverseopties is gekozen voor een zo compact mogelijk ontwerp meteen uniforme verdiepingshoogte van 3,5 m en een plafond-hoogte van 2,8 m. Een spiegelsymmetrische, later aan tebrengen loopbrug is in het ontwerp meegenomen in geval vanuitbreiding met een tweede centrale.De loopbrug heeft een overspanning van 52 m met ??n excen-trisch tussensteunpunt. De brug is eenvoudig ontworpen alseen staalconstructie om reden van gewichtsbesparing. Hij heeftvakwerken in dak en gevels en een staalplaat-betonvloer metschijfwerking op vloerniveau.Het gebouw omvat een diversiteit aan gebruiksfuncties met elkeen eigen karakteristiek ten aanzien van vloerbelastingen envrije hoogten. Op de begane grond zijn naast de entree vooralindustri?le functies ondergebracht, met hoge ruimten voorwerkplaats en magazijn, zodat de eerste verdieping overwegendvide is. Op de tweede tot en met de vierde verdieping zijn,naast de E-werkplaats, archief- en techniekruimte, vooral dekantoorachtige functies ondergebracht. Het dak is ontworpenals verdiepingsvloer met kantoorfunctie in verband met demogelijkheid voor latere uitbreiding met ??n extra verdieping.De middenkolommen zijn in basis geplaatst op een raster van 7,2x 7,2 m, omdat dit raster de complexe programmatische eisenoptimaal ondersteunt. Gezien de gebouwbreedte van2 3Zwaar en licht gecombineerd 22013 611 entree2 magazijn3 werkplaats4 luifel5 opslag/trafo6 restaurant7 keuken8 was- en kleedruimte9 EMRA-werkplaats10 kantoor11 archief12 vide13 lab14 techniek15 EMRA-light16 controle ruimte17 loopbrug= 20 kN/m2= 8 kN/m2= 5 kN/m2= 25 kN/m24 verdieping 14,0 +P3 verdieping 10,5 +P2 verdieping 7,0 +P1 verdieping 3,5 +Pbegane grondvloer peil = 0171611953 2 112 12124108712613141510101217,5 +14,0 +10,5 +7,0 +3,5 +0,0 +kernkerndilatatieL = 25 m(lage deel)L = 80 m(hoge deel)L = 105 m(diensten gebouw)4 Langsdoorsnede5 VloerbelastingDe beschikbare bouwtijd voor het dienstengebouw was eenafgeleide van de planning van de grote installaties en bijbeho-rende gebouwen. Niet een snelle uitvoering, maar lagere bouw-kosten waren maatgevend voor het ontwerp.Beton of staal? ? de verdiepingsvloerenDe vloerbelasting op de verdiepingen van het hoge deel varieerten is ofwel 5,0 kN/m2, ofwel 8,0 kN/m2. De ruimten met dehogere vloerbelasting zijn in overleg met de architect zoveelmogelijk in het midden van de gebouwbreedte gepositioneerdter beperking van de belasting ter plaatse van de `transparante'en lichte gevels. In de gebouwlengte zijn de ruimten met hogerevloerbelasting boven het magazijn en de werkplaats geprojec-teerd, waar door hogere ruimten (vides) toch al zwaarderekolommen nodig zijn (fig. 5).Voor de verdiepingsvloeren is gekozen voor een monoliet afge-werkte strokenvloer in beton C28/35.Een vloerontwerp met ge?ntegreerde stalen liggers in combina-tie met kanaalplaten of staalplaat-betonvloeren (snelle uitvoe-ring met korte bouwtijd) in een raster van 7,2 x 7,2 m is nietpraktisch: de benodigde liggerhoogte is hoger dan de beno-digde vloerdikte.De afmeting van de stroken, de vloerdikte en de kolomafmetin-gen zijn geoptimaliseerd voor de diverse vloerbelastingen.Gekozen is voor een uniforme vloerdikte van 250 mm met brede,dunne stroken van 2400 x 400 mm (inclusief vloer). De vloerenzijn uitgevoerd in standaard breedplaten. Voor de stroken zijnbreedplaten met een dikte van 150 mm toegepast (fig. 6).Integratie van installaties in vloerconstructies is onderzocht,maar op basis van de diversiteit aan gebruiksfuncties enbeperkte aanpasbaarheid is gekozen voor installaties onder devloer. Er is gekozen voor een combinatie van een zo dun moge-lijke vloerconstructie, grote kanalen evenwijdig aan `balken' engeen kruisende luchtkanalen door het aanbrengen van extraschachten (ook buiten de kernen).Het hoge deel is zoals gezegd 80 m lang. Ter beperking van hetrisico op krimpscheuren in de relatief lange vloeren zijn dezezo dun mogelijk gemaakt. Gezien de dikte en de overspanningvan zowel vloeren als stroken zijn tijdelijke stempels nodig.De kernen zijn zo optimaal mogelijk in de plattegrond opgeno-men. Daarbij is in het ontwerp bewust uitgegaan van enigeexcentriciteit in de paalfundatie onder de kernen, zodanig datde vloeren tussen de kernen zijn voorbelast door een perma-nente drukspanning. Dit ter compensatie van optredende trek-krachten door krimp van de `opgespannen vloer' tussen deniet-buigslappe kernen (fig. 7).De middenstroken, in de lengterichting van het gebouw, hebbenals voordeel dat de maatgevende richting voor krimp niet samen-valt met de hoofdwapening, maar met de verdeelwapening.45themaZwaar en licht gecombineerd22013622501503003,5 + vloer2,8 + vloer7002400 mm(strookbreedte)plafondkernFM2M1FdrukEXCH1=H2H1H2L = 16 m L = 50 m L = 14 mH2L = 80 mkernFM2M1FdrukEXCH1trekkrimpEXC EXCH1=H2(hoge deel)676 Detailstrook7 Langsdoorsnede krimp500 x 500 mm (met aanrijdbelasting in magazijn en werkplaats)en 400 x 400 mm ter plaatse van de entree. Op de hogereverdiepingen zijn de afmetingen 300 x 300 mm. De kolommenzijn uitgevoerd in XC3, zodat automatisch al wordt voldaan aande detailleringseisen voor sterkte bij brand. De keuze voor XC3is arbitrair maar is gemaakt om de faalkans te verlagen en decontrole van scheurwijdte noodzakelijk te maken. In het bestekzijn voor wat betreft de diverse toleranties scherpere eisenopgenomen dan aangegeven in NEN 2889, om zo de gewenstestrakheid van de kolomstructuur te realiseren.GevelkolommenIn de gevels zijn om de 3,6 m stalen kolommen toegepast. Demontage van lichte industri?le stalen gevels en horizontaleraamstroken is eenvoudiger op een staal- dan op een betoncon-structie. Toepassing van een slankere staalconstructie onder-steunt bovendien de wens van de architect voor transparantiein de gevels. Door de diverse gebruiks- en belastingssituatieszijn er verschillende kolomtypen toegepast. De belasting pergevelkolom wordt geminimaliseerd, enerzijds door het inklem-mingsmoment in de vloeren en anderzijds door de centrischeinleiding van de vloerbelasting in de gevelkolom.De doorgaande stalen kolommen met een kniklengte van ??nbouwlaag zijn vanaf de tweede verdieping uitgevoerd in kokers120 x 200 x 8 (S235) en daaronder in kokers 120 x 200 x 12,5(S355). Beide kolommen zijn voorzien van een brandwerendecoating. De stalen kolommen op de begane grond ? met eenkniklengte van twee of drie bouwlagen (vides) ? zijn `fors'zwaarder en uitgevoerd als staal-betonkolom in kokers 300 x400 x 12, gevuld met gewapend beton voor de brandwerend-heid. De `zware' kolommen zijn centrisch belast ontworpendoor de excentriciteit van de permanente belasting uit debovenbouw te `neutraliseren' door de randbalken zodanigexcentrisch aan te brengen dat M = 0 (fig. 8).In de gevels zijn randbalken voorzien. Op alle verdiepingen zijndeze uitgevoerd in IPE270 (S235) met brandwerende bekleding.Beoordeling bouwsysteem aannemerDe aannemer plaatste aanvankelijk vraagtekens bij de toepas-sing van een hybride constructie: betonnen strokenvloeren,betonnen middenkolommen met staalconstructie in degevels. Het werken met twee ploegen, die elk hun eigen tole-rantieregimes hanteren, bleek het grootste bezwaar. Eenprefab-betonskelet was volgens de aannemer waarschijnlijkgoedkoper en sneller. Om dit te onderzoeken, is het construc-tief gebouwontwerp, als volledig prefab-betonskelet, door deaannemer uitgewerkt en vergeleken met het ontwerp van dehybride constructie.Dit alles maakt dat het beperken van het risico op krimpscheu-ren voor een belangrijk deel al in het ontwerp is meegenomen.Verder zijn in de uitvoering zichtbare (krimp)scheuren voorko-men door een optimale combinatie van (krimp)wapening, eenkrimparm betonmengsel (met een zo laag mogelijke sterkte-klasse van beton), scheurwijdtecontrole afdwingen door hettoepassen van XC3 en optimale nabehandeling. In het bestek isopgenomen dat het toepassen van hulpstoffen voor eenversnelde verharding niet is toegestaan.Beton of staal? ? de kolommenDe middenkolommen van het hoge deel zijn uitgevoerd inbeton en de gevelkolommen in staal.MiddenkolommenAlle betonnen middenkolommen zijn uitgevoerd in prefabbeton C53/65. De keuze voor prefab beton past beter bij hetvloerontwerp: de uitvoering is eenvoudig en extra afwerkingvoor sterkte bij brand is niet nodig. Op de begane grond, meteen kniklengte van twee of drie bouwlagen, zijn de afmetingenZwaar en licht gecombineerd 22013 63250FbFbFvlFFkoker 120.200gevelkoker 120.200250koker 120.200gevelkoker 300.400M=0EXC.2EXC.1M=0Fvl898 Kolomdetails centrisch9 De kolen-biomassacentralefoto: Jan F?hmelDe aannemer heeft de beide opties beoordeeld op hetvermeende verschil in bouwtijd en bouwkosten. Qua bouwtijdbleek er geen sprake van noemenswaardige verschillen. Desnellere montage van het betonskelet wordt teniet gedaan doorde meer bewerkelijke afbouw van de gevels. Voor de bouwkos-ten bleek het hybride ontwerp zelfs goedkoper. Uiteindelijk ishet hybride ontwerp door de aannemer verder uitgewerkt engerealiseerd.VerschillenDe voornaamste verschillen tussen het prefab-betonskelet tenopzichte van het hybride ontwerp zijn:- Centrische belasting in stalen gevelkolommen is eenvoudig terealiseren. In betonnen gevelkolommen van een prefab-betonskelet is dit veelal niet mogelijk, waardoor een verderetoename van kolomafmetingen nodig is.themaZwaar en licht gecombineerd22013641010 Een loopburg verbindt het dienstengebouw methet naastgelegen turbinegebouwfoto: Royal HaskoningDHVPlanningIn 2008 is gestart met het ontwerp van het dienstengebouw.Maatgevend voor de planning was de ingebruikname van decontroleruimte op de vierde verdieping in februari 2010. Debouwkundige oplevering vond plaats in 2012. Op het momentvan schrijven van dit artikel wordt gewerkt aan de inrichtingvan het dienstengebouw. De verwachting is dat de centrale inde loop van 2013 in gebruik wordt genomen.Tot slotDe vooraf gestelde doelstellingen van de opdrachtgever zijngehaald, ondanks een complex ruimtelijke programma met veeldiversiteit. Een integraal ontwerpteam, waarbij architect,constructeur en installatieadviseur vanaf het prille begin bij hetontwerp zijn betrokken, is daarbij een voordeel gebleken. Eenhelder en een zo eenvoudig mogelijk constructief concept isaltijd belangrijk. Het ondersteunt de architectuur tijdens degebruiksfase en faciliteert het aanpassend vermogen van hetgebouw aan toekomstige ontwikkelingen (flexibiliteit).Een in eerste instantie niet zo logisch lijkende combinatie vanbetonnen vloeren, betonnen middenkolommen en lichte staal-constructie in de gevels blijkt goedkoper en kan zelfs zonderuitloop in bouwtijd worden gerealiseerd. Voorwaarde daarbij iswel het toepassen van basale constructieprincipes: gevelkolom-men centrisch belasten in combinatie met reductie belastingper kolom door het toevoegen van extra kolommen. Kortom:soms is beton beter, soms staal... en soms hybride! - Bij de prefab-betonvariant is er onvoldoende ruimte voorinstallaties boven het plafond door hogere T-balken. In hethybride ontwerp (met lagere stroken) is hier wel voldoenderuimte voor.- Detaillering van lichte stalen gevels en raamstroken bij prefabgevelkolommen is complexer door grotere toleranties. Hier-door zou mogelijk een kostbare uitvulconstructie nodig zijn.- De betonnen kolommen in de gevel hebben een groteredoorsnede (230 x 300 mm), waardoor de gewenste transpa-rantie minder is (de kleinere kolommen zijn 120 x 200 mm).- Bij toepassing van kanaalplaten is een vloerafwerking nodig,met een extra risico op scheurvorming door krimp in deafwerking.Meer over de GDF Suez centraleIn 2010 verschenen in Cement artikelen over debouwkuip en over de vliegassilo van de GDF Suezcentrale (voorheen Electrabel) op de Maasvlakte.Deze artikelen zijn te raadplegen op www.cementonline.nl. PROJeCtGeGeVeNSopdrachtgever GDF Suezfunctioneel ontwerp gebouwen Tractebel (B) + Fichtner Bauconsult (D)ontwerp primaire installaties Hitachi (J)projectmanagement GDF Suez + Tractebelarchitect Royal HaskoningDHVconstructeur Royal HaskoningDHVadviseur gebouwgebonden installaties Royal HaskoningDHVadviseur vergunningen Royal HaskoningDHVciviele aannemer Visser & Smit Bouw B.V.