Constructieberekening

Constructieberekening Ten behoeve van: Engineering koeltorens aan de West zijde TSP OPDRACHTGEVER: Tata Steel BV Postbus 10000 1970 CA IJMUIDEN Nederland Document nr. : R2015241A-01-00 Revisie : 00 Datum : 18-12-2015 Fase : Bestek Verantwoordelijke Naam Functie Paraaf Datum Gemaakt door Gecontroleerd door Gecontroleerd door ProTaTec Ing. E. Ayale ProTaTec Ing. M. Jagerman Tata Steel bv J. van der Schaaf Engineer Constructeur 18-12-2015 Projectleider 18-12-2015 Project manager

Inhoudsopgave Pagina 1 COLOFON... 3 2 PROJECTGEGEVENS... 4 1.1 Inleiding... 4 2.1 Gehanteerde bronnen... 5 2.2 Uitgangspunten katbalk gegevens... 5 2.3 Situatie... 6 3 BELASTINGEN... 7 3.1 Permanente belasting... 7 3.2 variabele belasting... 7 3.3 Belastingen koeltoren... 9 4 BETONCONSTRUCTIE LEKBAK... 11 4.1 Uitgangspunten:... 11 4.2 Vloer lekbak... 12 4.3 Vloer- lekbak t.p.v oversteek (drsn 1)... 13 4.4 Wand- lekbak - as 2... 14 4.5 Wand- lekbak as 1 en as 3... 15 4.6 Funderingsvloer... 16 5 STAALCONSTRUCTIE... 20 5.1 Staalconstructie 7750+ en aanzichten... 20 5.2 Stabiliteit... 22 5.3 staal Ligger as B... 30 5.4 kolom as B... 31 5.5 Katbalk IPE240... 32 5.6 Gevel beplating... 35 6 CONCLUSIE... 36 7 BIJLAGE... 37 TATA Steel pagina 2 van 37

1 COLOFON Opdrachtgever : Tata Steel Contactpersoon : Dhr. J. van der Schaaf Functie : Projectmanager Telefoonnummer : 0251-495165 E-mail : jaap.van-der-schaaf@tatasteel.com Ingenieursbureau : ProTaTec Contactpersoon : Ing. M. Jagerman Afdeling : Projectleider Telefoonnummer : 0251-25 60 67 E-mail : Mark.jagerman@intures.nl TATA Steel pagina 3 van 37

2 PROJECTGEGEVENS 1.1 INLEIDING In opdracht van Tata Steel BV, is ProTaTec gevraagd een berekening te maken voor de diverse constructieonderdelen van de koeltoren. De lekbak wordt ondersteund door een staalconstructie welke zijn belasting afdraagt op een betonnen fundering. De fundering is op staal gefundeerd. Uitgangspunten en aannames Algemeen Soort bouwwerk Categorie E Gevolgklasse CC1 Betrouwbaarheidsklasse RC1 Referentieperiode 50 jaar Ontwerplevensduur klasse 4 Milieuklasse XC4 wisselend nat/ droog XS1 Zouten uit de lucht Voorschriften Materiaal NEN-EN 1990 Grondslagen van het constructief ontwerp NEN-EN 1991 Belastingen op constructies NEN-EN 1992 Ontwerp en berekening van betonconstructies NEN-EN 1993 Ontwerp en berekening van staalconstructies NEN-EN 1997 Geotechnisch ontwerp Staal S235 Beton C30/37 Betonstaal B500 Eenheden Windgebied Krachten Lengten II N, kn mm, m TATA Steel pagina 4 van 37

2.1 GEHANTEERDE BRONNEN Tekening KSB, opstelschema 30184155 d.d. 14-08-2015 Tekening KSB, krachten momentlimieten 30184155 d.d. 14-08-2015 Tekening GEA Polacel bv, 2CMDR180 type 2 26716 D020656 d.d. 14-10-2015 Documenten Coolingtower CMD 180 type 2 d.d. 17-06-2005 2.2 UITGANGSPUNTEN KATBALK GEGEVENS Aan de onderkant van de lekbak wordt een katbalk geplaatst met een werklast van 2500kg. Indeling kat (e.e.a. volgens richtlijn R1510103_Tata Steel): Ontwerp-lastspectrum 1 (zie NEN 2018, tabel 2) Kraangroep 2 (zie NEN 2018, tabel 3) Groepsfactor M = 1 (zie NEN 2018, tabel 24) Lastfactor ψ = 1,15 (zie NEN 2018, figuur 5) Ligger op 3 steunpunten met overspanningen van 3.88 m1. Loopkat met wielen op de onderflens: Aantal wielen 4 Schuine reeptrek H = 10% van de last Maximale doorbuiging L/600, met een maximum van 25 mm TATA Steel pagina 5 van 37

2.3 SITUATIE A A DOORSNEDE A-A TATA Steel pagina 6 van 37

3 BELASTINGEN 3.1 PERMANENTE BELASTING Betonnen lekbak E.g. betonvloer: 0.25 *25 = 6.25 kn/m 2 Betonnen randbalken: 0.35 *25 = 8.8 kn/m 2 Betonnen tussenbalken: 0.38 *25 = 9.5 kn/m 2 Betonnen fundering E.g. betonvloer : 0.30 * 25 = 7.50kN/m 2 Trapezium gevelplaten = 0.10 kn/m1 Voor de blijvende belasting koeltoren zie hfst. 3.3 3.2 VARIABELE BELASTING Watervulling lekbak De lekbak kan in zijn geheel vollopen tot 750 mm boven de rand; Watervulling (Ѱ 1 =1.0) : 0.75 *10 = 7.50 kn/m 2 Voor de variabele belasting koeltoren zie hfst. 3.3 Variabele belasting funderingsvloer Op betonnen fundering Personen+ installaties: (Ѱ1=0.9) VB = 10.00kN/m 2 Belastingen, tanks + pompen + poeren Deze belastingen zijn in dit rapport inbegrepen in de VB op de funderingsplaat. Sneeuwbelasting(Ѱ 1 =0.0) N.v.t. gevuld met water reeds meegenomen Belasting katbalk Hijs last F last = 25 kn TATA Steel pagina 7 van 37

Windbelasting Bovenkant MV = 4.25 meter + NAP Bovenkant koeltoren = 13.41 meter +NAP Hoogte 9.16 meter windbelasting windgebied gebied 2 onbebouwd hoogte 9,16 m TATA U itwendige windbelasting NEN-EN 1991-1-4 + NB, artikel 5.3 5.3 F w = c s c d x c f x q p(ze) 6.0 c s c d = 1 bouwwerkfactor 7.2.2 c pe = 0,8 uitwendige drukcoëfficiënt 7.2.2 c pe;zuig = 0,5 uitwendige zuigcoëfficiënt 7.2.2(3) c p;net = 0,85 ( 0,8 + 0,5 ) = 1,11 7.5 c wr = 0,04 wrijvingscoëfficiënt 4.5 q p(ze) = 0,83 stuwdruk P w;druk = 1 x 0,8 x 0,83 = 0,66 kn/m2 p w;zuiging = 1 x 0,5 x 0,83 = 0,41 kn/m2 P w;wrijving = 1 x 0,04 x 0,83 = 0,03 kn/m2 P w;net = 1 x 1,11 x 0,83 = 0,91 kn/m2 Inwendige windbelasting NEN-EN 1991-1-4 + NB, artikel 5.2(2) 5.2 (2) F i = q p(zi) x c pi 4.5 q p(zi) = 0,83 extreme stuwdruk (is gelijk aan q pe(ze) ) 7.2.9 c pi = -0,3 onderdruk 0,2 overdruk P i;onderdruk = 0,83 x -0,3 = -0,25 kn/m2 P i;overdruk = 0,83 x 0,2 = 0,17 kn/m2 TATA Steel pagina 8 van 37

3.3 BELASTINGEN KOELTOREN De volgende locaties van de krachten komen overeen met de assen. TATA Steel pagina 9 van 37

(niet maatgevend- calamiteit => G = 1 en => Q = 1 verder niet meer beschouwd) TATA Steel pagina 10 van 37

ca. 1200 12-100(b) 10-150(o) 5080 4 12 (drsn.1) 4 12 1100 4 BETONCONSTRUCTIE LEKBAK 4.1 UITGANGSPUNTEN: Lekbak Vloerdikte = 250 mm Betondekking Platen cmin;dur = 25 mm XC4 = 30mm XS1 maatgevend Totaal cnom = 30+10 = 40 mm Balken cmin;dur = 30 mm XC4 = 35 mm XS1 maatgevend Totaal = 35+5 = 40 mm Betonfundering = 300 mm Betondekking Platen cmin;dur = 25 mm XC4 30 mm XS1 maatgevend Totaal cnom = 30 + 10 = 40 mm Situatie 1000 5740 1000 B 12-100 (b) 10-150 (o) A 3870 3870 Alle kolommen =HE160A 1 2 3 TATA Steel pagina 11 van 37

4.2 VLOER LEKBAK Belasting Permanente Variabele Lekbak vloer 6.25 kn/m 2 0.75*10*3.87 = = 7.5 kn/m 2 De vloer is berekend met TS ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage; blad 200 t/m 209. Hieronder is de samenvatting weergegeven: Betreft ligger 1-TS-berekening Reactiekracht t.p.v randsteunpunten R G;Ek; = 8.7 kn/m R Q;Ek; =12.7 kn/m Reactiekracht t.p.v tussen steunpunten R G;Ek; = 29 kn/m R Q;Ek; = 36.3 kn/m Wapening Benodigde bovenwapening => A s;req = 349 mm 2 /m Gekozen => zie hieronder CUR aanbeveling 65 Benodigde onderwapening => A s;req = 290 mm 2 /m Gekozen => A s;appr =524 mm 2 /m ( 10-150) Benodigde boven wapening t.b.v. scheurwijdte volgens CUR-aanbeveling 65, art. 4 hoogte vloeistof bedraagt h vloeis = 750 mm > 0.5*h vloer = 125 mm => o;min;voeglos = 0.70% o;min = o;min;voeglos * [1-0.20*(20-l voeg )/15] = 0.70*[1-0.2*(20-(7.74-2*0.35)/15] = 0.582% d = 250 40 ½ *12 = 204 mm A s;ben = 0.00582*1000*204 = 1191mm 2 /m Gekozen => A s;appr =1131 mm 2 /m ( 12-100) TATA Steel pagina 12 van 37

4.3 VLOER- LEKBAK T.P.V OVERSTEEK (DRSN 1) Meewerkende breedte = 500 mm Belasting Permanente Variabele Lekbak vloer ½*1*6.25 = 3.1 kn/m ½*1*0.75*10 = 3.8 kn/m Lekbak wand 0.75*0.35*25 = 6.6 kn/m 9.7 kn/m lekbakwand(zij gevel) ½* 1*0.75*0.35*25 = 3.3 kn De vloer is berekend met TS ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage blad 209 t/m 212. Hieronder is de samenvatting weergegeven Betreft ligger 2-TS-berekening Reactiekracht R G;Ek; = 17.3 kn R Q;Ek; = 4.2 kn Wapening Benodigde bovenwapening => A s;req = 181mm 2 /m Gekozen => zie hfs 4.2 Benodigde onderwapening => - Gekozen => A s;appr =524 mm 2 /m ( 10-150) TATA Steel pagina 13 van 37

4.4 WAND- LEKBAK - AS 2 Belasting Permanente Variabele EG wand (TS-ligger) koeltoren 2*(2*1.9+5.3+0.9+1.3)/5.08 = 4.4 kn/m 2*(2*2.7+7.5+1.3+1.8)/ 4*2.7/5.08= 6.4 kn/m Lekbak vloer (zie hfst. 4.2) 29.0 kn/m 36.3 kn/m 33.4 kn/m 42.7 kn/m De wand is berekend met TS ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage;blad 213 t/m 216. Hieronder is de samenvatting weergegeven Betreft ligger 3-TS-berekening Reactiekracht R G;Ek; = 103 kn R Q;Ek; = 109 kn Wapening Benodigde bovenwapening => A s;req =225 mm 2 Gekozen => A s;appr = 453 mm 2 (4 12) Benodigde onderwapening => A s;req =1000 mm 2 Gekozen => A s;appr =1031 mm 2 /m (2 16+ 2 20) Beugels Beugels + opgang wapening => 10-150 TATA Steel pagina 14 van 37

4.5 WAND- LEKBAK AS 1 EN AS 3 Belasting Permanente Variabele EG wand Koeltoeren (zie hfst. hfst. 3.3` 4*1.9/ 3.86 = 2.0 kn/m 4*2.7/ 3.86 = 2.8 kn/m Lekbak vloer (zie hfst. 4.2) 8.7 kn/m = 12.7 kn/m 10.7 kn/m 15.5 kn/m EG wand Lekbak vloer ½*1*6.25 = 3.1 kn/m ½*1*0.75*10 = 3.8 kn/m lekbakwand(zij gevel) ½* 1*0.75*0.35*25 = 3.3 kn 1 2 3 De wand is berekend met TS ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage; blad 217 t/m 221. Hieronder is de samenvatting weergegeven Betreft ligger 4-TS-berekening Reactiekracht R G;Ek;1; = -8.4 kn R Q;Ek;1 = 19.2 kn (-9.8 kn) R G;Ek;2; = 68.8 kn R Q;Ek;2 = 66.5 kn R G;Ek;3; = 46.4 kn R Q;Ek;3 = 30.1 kn Wapening Benodigde bovenwapening => A s;req =225 mm 2 Benodigde onderwapening => A s;req =225 mm 2 Gekozen => A s;appr = 453 mm 2 (4 12) Gekozen => A s;appr = 453 mm 2 (4 12) Beugels Beugels + ophangwapening => 10-150 TATA Steel pagina 15 van 37

4.6 FUNDERINGSVLOER TATA Steel pagina 16 van 37

TATA Steel pagina 17 van 37

Gekozen wapening # 12-150 (b+o) Controle scheurvorming (BGT) Maatgevend moment plaat t.p.v. rand M Ed _ r = 53 kn/m M Ek_r = [1/(1/2*(1.08 +1.35)]*53 = 44 knm s = (C req /C prov ) (M Ek_r / M Ed_r )* (A s.req /A s.prov )* f y =(30/40)*(44/53)*(53/74)*435 = 193 N/mm 2 w max = 0.2mm => max =16mm > = 12 mm OK (NEN-EN 1992 tab 7.2N) w max = 0.2mm => S max =158mm > S= 150 mm OK (NEN-EN 1992 tab 7.3N) TATA Steel pagina 19 van 37

ca. 1200 HE180A 5080 HE220A HE180A ca. 3880 HE180A st80x8 2100 5 STAALCONSTRUCTIE 5.1 STAALCONSTRUCTIE 7750+ EN AANZICHTEN B st80x8 HE160A IPE450 A HE160A 3855 3855 alle kolommen =HE160A 1 2 3 TATA Steel pagina 20 van 37

3170 3170 Staalconstructie 7 F wind F +7750 wind +7750 3880 Aanzicht as 1 2100 Aanzicht as 3 B A A B +7750 3855 3855 1 2 3 TATA Steel pagina 21 van 37

5.2 STABILITEIT TATA Steel pagina 22 van 37

5.3 STAAL LIGGER AS B Belasting Permanente Variabele Lekbak vloer ( ) ½*3.885*6.25 = 12.1 kn/m ½*3.885*0.75*10 = 14.6 kn/m wand 0.75*0.35*25 = 6.6 kn/m lekbak vloer (zie hfst. 4.3) 4.8 kn 17.3 kn De ligger iis berekend met TS-ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage, blad 300 t/m 305.Hieronder is de samenvatting weegegeven. Sterkte uc = 1 < 1 Voldoet Doorbuiging U= 11 mm < L/250 = 15.5 mm Voldoet TATA Steel pagina 30 van 37

5.4 KOLOM AS B Belasting permanente variabele lekbak (zie hfst. 4.4) 103 kn 109 kn wind regel ( druk en onderdruk) ½ *3.855*3.7*(0.66+0.2)= 6 kn F Ed = 1.08*103 + 1.35*109 = M Ed = ¼ *1.35*6*3.7 = 258 kn 7.5 knm TS/Construct Rel: 5.27b 17 dec 2015 Datum : 15/12/2015 Eenheden : kn/m/rad Toegepaste normen volgens Eurocode met Nederlandse NB Belastingen NEN-EN 1990:2002 C2:2010 NB:2011(nl) NEN-EN 1991-1-1:2002 C1:2009 NB:2011(nl) Staal NEN-EN 1993-1-1:2006 C2:2009 NB:2011(nl) Knikstabiliteit. (S) Profielnaam : HEA160 Doorsnedeklasse : 1 Gewalst/gelast (1/2) : 1 Vloeispanning [N/mm2]: 235 Omega-kip : 1.000 -- Geschoord in het vlak -- -- Geschoord uit het vlak -- L-systeem [m] : 3.70 Kniklengte gesch. [m] : 3.70 Kniklengte gesch. [m] : 3.70 Moment begin [knm] : 0.00 Moment midden [knm] : 8.00 Moment eind [knm] : 0.00 Normaalkracht [kn] : -260.00 Aanpend.belasting [kn] : -260.00 Belastingfactor : 1.00 Resultaten Toegepast artikel : 6.3.3 Omega-buc/e* : 0.837 Unity-check y-as : 0.483 Unity-check z-as : 0.522 TATA Steel pagina 31 van 37

5.5 KATBALK IPE240 M =1 hijslast F last = 25 kn ( zie hfst. 2.2) groepsfactor M= 1.0 lastfactor = 1.15 F lastek = M* *F last = 1*1.15*25 = 29 kn De katbalk is berekend met TS-ligger en de resultaten zijn opgenomen in bijlage, blad 310 t/m 316.Hieronder is de samenvatting weegegeven. Sterkte uc = 0.619 < 1 Voldoet Doorbuiging U= 4 mm < L/600 = 6.4 mm Voldoet TATA Steel pagina 32 van 37

5.6 GEVEL BEPLATING Uitgangspunten keuze gevelplaat - Gevelbeplating heeft 3 steunpunten. - Windgebied II, - Gebouwhoogte< 4 m1 - H max = 4.0 m1 - q e(z) = 0.60 kn/m2 - Coëfficiënt (druk en onderdruk) C pe;d = 1.4, en C pe;i = 0.2 - P w =( 1.4 + 0.2)*0.6 = 0.96 kn/m 2 Toepassen SAB 30/1100 ;t=0.75mm TATA Steel pagina 35 van 37

6 CONCLUSIE De berekeningsresultaten zijn verwerkt in de onderstaande tekeningen: 2015241-01 01 Kadastrale tekening 2015241-02 01 Plattegrond, doorsneden en details 2015241-03 01 Aanzichten 2015241-04 01 Fundatie (vorm + wapening) 2015241-05 01 Lekbak (vorm + wapening) 2015241-06 01 Staalconstructie TATA Steel pagina 36 van 37

7 BIJLAGE TS berekening - betonconstructie lekbak blad 200 t/m 229 TS berekening - Ligger as B blad 300-305 TS berekening - Katbalk blad 310-316 TATA Steel pagina 37 van 37