Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Het windscherm omsluit ongeveer de helft van het kolenveld. Het scherm bestaat uit stalen trapeziumvormige geperforeerde panelen. Deze verlagen de windsnelheid binnen en rond het scherm aanzienlijk, waardoor het stof minder wordt verspreid. Dankzij de trapeziumvorm ontstaan bovendien wervelingen, waardoor meegewaaid stof ter plaatse van het scherm neerdaalt.
Om de ideale hoogte van het windscherm en de perforatiegraad te bepalen waarmee de grootste verlaging van de windsnelheid rond het scherm wordt bereikt, is een analyse gedaan met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD). Met geavanceerde software zijn verschillende numerieke modellen opgezet, waarmee de precieze invloed van het scherm op de verspreiding van stof is onderzocht.
Op basis van deze studie is een trapeziumvormig paneel ontworpen met perforaties met 30 mm diameter en een perforatiegraad van 31,1%, uitgaande van een vlak paneel. Op het verticale vlak bedraagt de perforatiegraad 44,4%.
In totaal is het scherm 18 meter hoog. Voor de draagconstructie is een uitgebreide variantenstudie gedaan. Als beste kwam een oplossing met 18 meter hoge stalen vakwerkspanten naar voren, die in een fundering zijn ingeklemd. Vorm en positie van de spanten zijn geoptimaliseerd. Ze bevinden zich op een hart-op-hart-afstand van 5 of 6 meter en hebben een diepte van 2 meter. De panelen zijn in hoogte per vier in een cassette geplaatst, bestaande uit koudgevormde U-profielen. Die cassettes zijn bevestigd op de spanten.
De windbelasting is de dominante belasting, het eigen gewicht is relatief beperkt. Voor de sterkteberekening is uitgegaan van een volledig dicht scherm. Dat geeft de constructie de nodige veiligheid en robuustheid. Bij het berekenen van de vervormingen zijn de perforaties wel meegenomen, onder meer om materiaal te besparen.
De stabiliteit loodrecht op het scherm wordt verzekerd door de ingeklemde spanten en evenwijdig aan het scherm door stalen windverbanden. Die fungeren tevens als kniksteun.
Naast wind is de constructie ook berekend op aanrijdbelasting ten gevolge van botsingen met voertuigen.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Vanwege de enorme afmetingen van het scherm, spelen temperatuurvervormingen een grote rol. Om die te kunnen opnemen, is het scherm in segmenten van vijf vlakken opgedeeld. In elk vlak bevindt zich één windverband, waardoor elk vlak op zichzelf stabiel is.
Naast temperatuur speelt ook vermoeiing een rol. Dat aspect is ook uitvoerig onderzocht. In het geoptimaliseerde ontwerp bleek dat geen probleem. Ook de lasverbindingen hoefden er niet op te worden aangepast.
Voor het windscherm is een specifieke kleurstelling ontworpen, met acht verschillende grijstinten. Elk paneel heeft een eigen kleur, waardoor het hele windscherm in feite een groot mozaïek is. Van een afstand gezien geeft dit een effect dat goed aansluit bij de achtergelegen duinen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
De exacte positie van het windscherm is in samenspraak met alle betrokken partijen afgestemd. De ruimte is beperkt, mede door de erfgrens, bestaande servicewegen, een spoor, een sloot, een talud en bestaande gebouwen/opslag. De maat voor de voet onder de spanten was daardoor gelimiteerd. De spanten zijn gefundeerd op betonnen tweepaalspoeren, met GEWI-ankers die grote trekbelastingen kunnen opnemen. Om de horizontale kracht op te nemen, is een korte stalen damwand aangebracht.
Door temperatuurvervormingen moeten de cassettes met de panelen, aan de uiteinden vrij ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Met name in de hoeken, met vervormingen tot 150 mm aan de bovenzijde, vroeg dit extra aandacht. Er is een slim detail ontworpen, met een scharnierende verbinding en slobgaten. Hierdoor kunnen de cassettes vrij meebewegen met de verplaatsing van de achterconstructie.
Bijzondere aspecten uitvoering
De panelen zijn geproduceerd uit milieuvriendelijk staal (Zeremis) van Tata Steel, direct vanaf de rol. Binnen Tata Steel is het staal voorzien van een zinklaag en een verflaag, vervolgens geperforeerd, op maat gesneden en daarna in de juiste vorm gevouwen en verpakt. De panelen hebben een garantietermijn van 25 jaar.
De panelen zijn op een werf op een stalen frame van U-profielen bevestigd. Vanwege het kleurontwerp luisterde de volgorde van aanbrengen zeer nauw: eerst bij het bevestigen van de panelen op de cassettes, later bij de montage van de cassettes op de bouwplaats. Daarvoor is het kleurenplan uitgewerkt in een Excel-bestand en is een nauwgezet montageplan ontwikkeld.
De spanten zijn in twee delen van 9 meter hoog aangevoerd en ter plaatse op de fundering bevestigd. Vervolgens zijn de cassettes op de spanten gebout.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Het effect van het scherm wordt gemonitord op basis van stofdepositie in de omgeving. Daarmee wordt niet alleen de constructieve, maar ook de milieutechnische prestatie van dit bouwdeel meetbaar gemaakt.
Om het scherm, met 18 m ongeveer zo hoog als een gebouw met zes verdiepingen, mooi in te passen in de omgeving, is de constructie zo slank mogelijk ontworpen. Bovendien zijn de panelen voorzien van diverse fraaie graffiti kunstwerken, waaronder een zilvermeeuw, een kitesurfer, een reddingsboot en een vuurtoren. Die kunstwerken zijn op een werf aangebracht door het kunstcollectief Spatzuiver, naast de werf waar de panelen tot een cassette zijn samengevoegd. Dit laatste gebeurde door de Hartekamp Groep, waar mensen werken met een afstand tot de arbeidsmarkt.
Het windscherm speelt een belangrijke rol bij het beperken van milieuoverlast en laat zien dat Tata Steel zijn duurzame ambities serieus neemt. Het project is bovendien een overtuigend voorbeeld van staal als functioneel, maakbaar en maatschappelijk relevant bouwmateriaal.
Het project is dermate succesvol dat het scherm ook op andere posities op het terrein van Tata Steel zal worden ingezet. Ook andere bedrijven hebben inmiddels hun interesse getoond.
