Constructief ontwerp en verbindingsontwerp voor 74 recyclingmateriaalsilos onder extreme belastingen
De kern van het project bestond uit 74 nieuwe recyclingmateriaalsilos met constructieve hoogten tot 35 m. De installatie werd aangevuld met pijpbruggen, onderhoudsplatforms, loopbruggen en vluchttrappenhuizen. Met ongeveer 800 t geïnstalleerd staal groeide het project uit tot een van de meest uitdagende industriële projecten die het bedrijf heeft uitgevoerd. De combinatie van hoge verticale belastingen, complexe verbindingsdetails en verhoogde seismische eisen maakte nauwkeurige digitale planning en transparante en verifieerbare constructieve normtoetsingen noodzakelijk.
Projectoverzicht
De nieuwe siloinstallatie werd ontworpen als een centraal onderdeel van de fabrieksuitbreiding. Het dient voor de opslag van grote hoeveelheden recyclebare materialen voor industriële verwerking. De installatie omvat meerdere siloclusters van verschillende groottes, die onderling verbonden zijn door een complex systeem van leidingen, onderhoudsloopbruggen en staalconstructies.
Het geometrische bereik van de silos was uitzonderlijk. De diameters variëren van 2,5 m tot 4,5 m en de opslagvolumes variëren tussen 125 m³ en 400 m³. In gevulde toestand bereikt elke afzonderlijke silo een operationeel gewicht van maximaal 350 t. Daarnaast moesten pijpbruggen, platforms en vluchttrappenhuizen worden geïntegreerd in het globale constructieve systeem om een veilige werking, onderhoudstoegang en vluchtwegen op hoogten tot 35 m te garanderen.
Constructieve uitdagingen
Een belangrijke uitdaging deed zich al voor tijdens het conceptuele ontwerp van de siloonderconstructies. De containers, met hoogten tot 35 m, worden ondersteund op cirkelvormige ringliggers, waardoor de hoge verticale belastingen gelijkmatig moeten worden overgedragen naar de stalen onderconstructie. Zelfs kleine geometrische afwijkingen kunnen leiden tot ongewenste excentriciteiten en extra spanningen in de silowand.
Om deze risico's te beperken, werden essentiële constructieve componenten voorgemonteerd in de fabricagewerkplaatsen van Stahlbau Süssen. Deze pascontrole en kwaliteitsborging zorgde ervoor dat ringliggers, platformelementen en verbindingsdetails op de bouwplaats met grote nauwkeurigheid konden worden gemonteerd.
Verdere complexiteit ontstond door de interactie van verschillende constructieve componenten. Hoofdkolommen, ringliggers, stabiliteitsystemen, pijpbruggen en platforms moesten worden gecoördineerd binnen een driedimensionaal globaal constructief systeem. Tegelijkertijd moesten aanzienlijke belastingen door eigengewicht, veranderlijke belastingen, bedrijfsomstandigheden en dynamische effecten in rekening worden gebracht.
Seismisch ontwerp onder hoge belastingen
Een bijzondere uitdaging vloeide voort uit de projectlocatie in Rheinfelden in de Bovenrijnse Graben. De locatie bevindt zich in een gebied met verhoogde seismische activiteit. In combinatie met de aanzienlijke constructieve hoogten en grote bewegende massa's resulteert dit in significante horizontale belastingen en overeenkomstig hoge inwendige krachten.
De gehele constructie werd gemodelleerd in Dlubal RSTAB. Het gedetailleerde globale model maakte de nauwkeurige bepaling van oplegreacties en inwendige krachten voor het verdere ontwerp mogelijk. De zwaar belaste verbindingen en de massieve voetverbindingen vereisten echter een geavanceerde analyse die verder ging dan conventionele vereenvoudigde verificatiemethoden (Figuren 5a, 5b).
Conventionele verificatieprocedures zouden hebben geleid tot aanzienlijke handmatige inspanning vanwege het grote aantal verbindingen en de complexiteit van de belastingcombinaties. Tegelijkertijd bestond het risico dat te vereenvoudigde aannames zouden leiden tot onnodig zware constructies.
Oplossing met IDEA StatiCa
Voor de verificatie van de maatgevende verbindingen gebruikte het team IDEA StatiCa Connection in combinatie met IDEA StatiCa Checkbot. Dankzij de directe koppeling met RSTAB konden de berekende inwendige krachten zonder handmatige tussenstappen worden overgedragen naar het verbindingsontwerp.
Dit maakte een doorlopende digitale workflow mogelijk tussen het globale constructieve model en het gedetailleerde ontwerp. De ingenieurs waren daardoor in staat om zwaar belaste verbindingen te analyseren en spanningsverdelingen en plastische rekken op een transparante en betrouwbare manier te beoordelen.
Met name voor voetplaten en hoofdkolomverbindingen bood de CBFEM-technologie waardevolle inzichten in het draaggedrag van de verbindingszones. Lokale spanningspieken werden geïdentificeerd en verminderd door gerichte maatregelen, zoals het toevoegen van verstijvers. Tegelijkertijd werd geverifieerd dat alle verbindingen voldoen aan de vereiste veiligheidsniveaus, zelfs onder uitzonderlijke belastingscondities.
Resultaten
Door globale modellering in RSTAB te combineren met verbindingsontwerp in IDEA StatiCa, was Stahlbau Süssen in staat om het voorontwerp en het gedetailleerde constructieve ontwerp voor de 74 silos en de bijbehorende nevenconstructies efficiënt en transparant uit te voeren.
De digitale consistentie tussen de globale constructieve analyse en het lokale verbindingsontwerp verminderde de handmatige inspanning aanzienlijk en minimaliseerde potentiële overdrachtsfouten. Tegelijkertijd maakte de gedetailleerde analyse van de verbindingen gerichte optimalisatie van de constructie mogelijk zonder de vereiste veiligheidsmarges in gevaar te brengen.
Het resultaat is een hoogwaardige staalconstructie met een totaalgewicht van ongeveer 800 t, die zowel voldoet aan de uitzonderlijke operationele belastingen als aan de verhoogde seismische eisen op de locatie. De nauwe integratie van constructief ontwerp, detaillering en fabricage maakte de veilige realisatie mogelijk van een van de grootste siloprojecten in het portfolio van het bedrijf.
Over de constructeur
Bilal Al Dukhan is civiel ingenieur en constructeur bij Stahlbau Süssen GmbH. Binnen het project was hij verantwoordelijk voor essentiële onderdelen van het voorontwerp en het gedetailleerde constructieve ontwerp, alsmede voor het ontwerp van staalverbindingen. Zijn focus ligt op economische en praktische oplossingen voor complexe constructies in de industriële bouw en staalbouw.
Probeer IDEA StatiCa gratis
