DE102008002801A1

DE102008002801A1 - Gebäude, insbesondere konstruktive Gestaltung von Gebäuden für Pumpspeicherwerke in geologisch instabilen Formationen zur energetischen Nutzung von Tagebaurestlöchern aus dem Kohle- und Erzabbau

Info

Publication number: DE102008002801A1
Application number: DE200810002801
Authority: DE
Inventors: Detlef Prof. Dr. Ing. habil. Schulz
Original assignee: HELMUT SCHMIDT UNI; Helmut Schmidt Universitaet
Current assignee: HELMUT SCHMIDT UNI; Helmut Schmidt Universitaet
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gebäude (1) mit einer Gebäudehülle (11), einem Boden (4) mit einer Nutzseite (42) und einer Unterseite (41) und einem unterhalb der Unterseite (41) angeordneten Fundament (2), wobei das Gebäude (1) auf einem geologisch instabilen Untergrund (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (41) des Bodens (4) nicht kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Fundament (2) verbunden ist, die Unterseite (41) des Bodens (4) halbtonnenförmig ausgebildet ist und das Fundament (2) eine Aufnahme (21) aufweist, die zur Halbtonnenform der Unterseite (41) des Bodens (4) negativ ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebäude mit einer Gebäudehülle, einem Boden mit einer Nutzseite und einer Unterseite und einem unterhalb der Unterseite angeordneten Fundament, wobei das Gebäude auf einem geologisch instabilen Untergrund angeordnet ist.
Derartige Gebäude sind allgemein im Stand der Technik bekannt. Oftmals wird bei Vorhandensein geologisch instabiler Bereiche, in denen das Gebäude aufgestellt werden soll, versucht, beispielsweise durch Pfahlgründungen oder dergleichen das zu errichtende Gebäude abzusichern, um so eine ausreichende Standfestigkeit zu gewährleisten. Derartige aufwendige Gründungen sind jedoch bei rutschgefährdeten Hanglagen und dergleichen nicht zielführend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung aufzuzeigen, die es ermöglicht, Gebäude in einem geologisch instabilen Bereich anzuordnen, so dass diese selbst bei Rutschungen und/oder Setzungen des Fundamentes ihre Horizontalausrichtung beibehalten.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Anordnung nach Anspruch 1.
Dadurch, dass die Unterseite des Bodens nicht kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Fundament verbunden ist, die Unterseite des Bodens halbtonnenförmig ausgebildet ist und das Fundament eine Aufnahme aufweist, die zur Halbtonnenform der Unterseite des Bodens negativ ausgebildet ist, bleibt das Gebäude bei Rutschungen und/oder Setzungen in einem geologisch instabilen Gelände, wie es beispielsweise bei Hanglagen mit einer zum Tal gerichteten Hauptrutschrichtung der Fall ist, horizontal ausgerichtet, da bei Ausrichtung der Zylinderachse der Halbtonnenform senkrecht zur Hauptrutschrichtung die Unterseite des Gebäudebodens Ausgleichsbewegungen um diese Zylinderachse der Halbtonnenform in der entsprechenden Aufnahme des Fundamentes ausführen kann.
Wenn der geologisch instabile Untergrund keine eindeutig bevorzugte Rutschungsrichtung aufweist, wird dadurch, dass die Unterseite des Bodens nicht kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Fundament verbunden ist, die Unterseite des Bodens halbkugelförmig ausgebildet ist und das Fundament eine Aufnahme aufweist, die zur Halbkugelform der Unterseite des Bodens negativ ausgebildet ist, ein in allen Raumrichtungen mögliche Ausgleichsbewegung für das auf dem Fundament in Halbkugelform gelagerte Gebäude ermöglicht.
Wenn die Unterseite des Bodens auf der Aufnahme des Fundaments frei beweglich gelagert ist, kann der Boden mit seiner Unterseite innerhalb der halbtonnenförmigen bzw. halbkugelförmigen Aufnahme spontane Ausgleichsbewegungen bei Rutschungen oder Setzungen des Fundaments im geologisch instabilen Untergrund ausführen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Boden des Gebäudes zeitweilig fest mit dem Fundament verbunden ist, um beispielsweise auf das Gebäude wirkende dynamische Lasten, die zu Drehmomenten führen, in das Fundament leiten zu können.
Um eine möglichst widerstandsarme Lagerung zu gewährleisten und um Beschädigungen an der Unterseite des Bodens respektive an dem Fundament zu vermeiden, erfolgt die Lagerung durch Rollen, Kugeln, Gleitwerkstoffe und/oder Flüssigkeiten zwischen der Unterseite des Bodens und der Aufnahme des Fundaments.
Wenn der Schwerpunkt der gesamten gelagerten Masse, bestehend aus der Masse des Gebäudes und der Masse der sich in dem Gebäude befindlichen Gegenstände, unterhalb des Mittelpunkts der zur Halbtonnenform oder Halbkugelform der Unterseite des Bodens negativ ausgebildeten Aufnahme angeordnet ist, ist eine rein mechanische Selbstausrichtung gewährleistet. Insbesondere bei der hohen Anforderung an Standsicherheit ist es von besonderem Vorteil, wenn der Schwerpunkt möglichst tief gelegt wird. Damit wird eine hohe Lagestabilität auch bei dynamischen Beanspruchungen gewährleistet.
Alternativ kann die horizontale Ausrichtung des Gebäudes auch dadurch, dass Sensoren zur Lagemessung und aktive Stellelemente zur Nachstellung vorgesehen sind, sichergestellt werden. Die Sensoren messen durch Rutschungen/Setzungen verursachte Lageänderungen und aktivieren die Stellelemente, um die horizontale Ausrichtung des Gebäudes im Fundament nachzustellen.
Zur Energiegewinnung in geologisch instabilen Bereichen kann das Gebäude für Kraftwerke genutzt werden.
Zur Ausnutzung der potenziellen Energie des Wassers, insbesondere der Ausnutzung eines Höhenunterschieds mit Gefälle kann das Gebäude ein Maschinen- und/oder Generatorgebäude eines Wasserkraftwerks mit wenigstens einem Motor/Generator, einer Turbine und/oder Pumpe oder einer Pumpturbine ist und Rohrleitungen zum gerichteten Transport des Wassers aus einem oberen Becken oder Speichersee hin zu dem innerhalb des Maschinen- und/oder Generatorgebäudes angeordneten Motor/Generator, Turbine oder Pumpturbine zur Ausnutzung der potentiellen Energie des Wassers vorgesehen sind.
Wenn das Wasserkraftwerk ein Pumpspeicherkraftwerk mit einem oberen Becken und einem unteren Becken ist, kann das Gebäude selbst in geologisch instabilen Bereichen für ein Pumpspeicherkraftwerk genutzt werden.
Wenn das Pumpspeicherkraftwerk in einem Tagebaurestloch angeordnet ist, wobei das obere Becken oberhalb und/oder ausserhalb des Tagebaurestlochs und das untere Becken am tiefsten Punkt im Tagebaurestloch angeordnet sind und das Maschinen- und/oder Generatorgebäude zwischen dem oberen Becken und dem unteren Becken angeordnet ist, kann der künstlich geschaffene Höhenunterschied zwischen Tagebaurestloch und Umgebung trotz der geologisch instabilen Hanglage am Tagebaurestloch für ein Pumpspeicherkraftwerk genutzt werden.
Um bei Rutschungen des Fundaments und damit des Gebäudes eine fortwährende Verbindung zu der wassertransportierenden Rohrleitung aufrechterhalten zu können, weist die Rohrleitung zum Transport des Wassers flexible Abschnitte auf.
Wenn die flexiblen Abschnitte der Rohrleitung am oberen Becken/Speichersee und/oder am Gebäude angeordnet sind, dann ist ein Maximum an Flexibilität in Bezug auf die Rohrleitung und die Bewegung des Gebäudes gewährleistet.
Um Längenänderungen mit der Rohrleitung zu überbrücken, bestehen die flexiblen Abschnitte der Rohrleitung aus ineinander beweglichen, teleskopierbaren Rohrsegmenten.
Wenn die flexiblen Abschnitte der Rohrleitung als faltenbalg-/ziehharmonikaartiger Rohrabschnitt ausgestaltet sind, können auch größere Lageveränderungen aus der Symmetrieachse der Rohrleitung ausgeglichen werden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert beschrieben.
Darin zeigt:
1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gebäudes,
2 eine schematische Darstellung der flexiblen Rohranbindung und
3 eine weitere Darstellung der flexiblen Rohranbindung.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Gebäudes 1 auf einem Untergrund 3 dargestellt, wobei der Untergrund 3 geologisch instabil ist. Diese geologische Instabilität beruht auf der Gefahr von Rutschungen oder Fließbewegungen innerhalb des Untergrundes, wie es beispielsweise an Tagebaurändern oder bei bestimmten geologischen Formationen, insbesondere bei stark fallenden Schichten der Fall ist.
Das Gebäude 1 weist eine Gebäudehülle 11, einen Boden 4 mit einer Nutzseite 42 und einer Unterseite 41 und ein unterhalb der Unterseite 41 angeordnetes Fundament 2 mit einer Aufnahme 21 auf. Die Aufnahme 21 des Fundaments 2 weist eine zur Unterseite 41 des Bodens 4 negativ ausgebildete Form auf. Die Form der Unterseite 41 des Bodens 4 ist halbkugelförmig ausgebildet. Die Aufnahme 21 des Fundaments 2 ist als Halbkugelform so ausgestaltet, dass sie die Unterseite 41 des Bodens 4 aufnehmen kann, so dass sich diese passend ineinander fügen.
Zwischen der Unterseite 41 und der Aufnahme 21 ist keine direkte Verbindung vorgesehen, so dass sich die Unterseite 41 des Bodens 4 in der Aufnahme 21 des Fundaments 2 frei bewegen kann. Die Lagerung 43 des Bodens 4 innerhalb des Fundaments 2 erfolgt beispielsweise durch Rollen, Kugeln, Gleitwerkstoffe und/oder Flüssigkeiten, die zwischen der Unterseite 41 des Bodens 4 und der Aufnahme 21 des Fundaments 2 angeordnet sind. Die Lagerung 43 gewährleistet eine freie Bewegung der Unterseite 41 des Bodens 4 innerhalb der Aufnahme 21 des Fundaments 2, so dass bei einer horizontalen Lageänderung des Fundaments 2 durch Rutschungen oder Fließbewegungen im Untergrund 13 die horizontale Ausrichtung des Bodens 4 mit dem darauf befindlichen Gebäude 1 durch eine entsprechende Ausgleichsbewegung zwischen Unterseite 41 und Aufnahme 21 erhalten bleibt. Dies kann aktiv durch beispielsweise hydraulische Stellelemente oder schwerkraftbedingt selbsttätig erfolgen.
Für eine Schwerkraft bedingte Verstellung ist der Schwerpunkt S zu beachten, der in 1 unterhalb des geometrischen Mittelpunkts M der Halbkugel hohlform liegt, so dass gewährleistet ist, dass eine Schwerkraft bedingte, selbsttätige horizontale Ausrichtung erfolgt.
In 2 ist das Gebäude 1 mit der Gebäudehülle 11, dem Boden 4 und der Nutzseite 42 dargestellt. Innerhalb der Gebäudehülle 11 auf der Nutzseite 42 sind Gegenstände/Maschinen 12 und Motoren/Generatoren, Turbine/n/Pumpen oder Pumpturbinen 13 vorgesehen.
Weiter ist an dieses Gebäude 1 mindestens eine Rohrleitung 5 angeschlossen, die mit einem oberen Becken/Speichersee 6 verbunden ist. Innerhalb dieser Rohrleitung 5 wird Wasser in Fließrichtung F von dem oberen Becken bzw. Speichersee 6 in Richtung des Gebäudes 1 transportiert. Während des Transports innerhalb des Rohrs 5 legt das Wasser einen Höhenunterschied H zurück. Hierbei wird potenzielle Lageenergie des höher gelegenen Wassers innerhalb des Speichersees 6 mittels des/der Motors/Generators, Turbine/Pumpe oder Pumpturbine 13 in elektrische Energie umgewandelt. Danach tritt das Wasser, hier nicht weiter dargestellt, wieder aus dem Gebäude 1 aus.
Innerhalb der Rohrleitung 5 ist ein flexibler Abschnitt 50 vorgesehen. Dieser flexible Abschnitt 50 ist so ausgebildet, dass die Rohrleitung 5, welche von dem oberen Becken/Speichersee 6 kommt, in ein teleskopierbares Rohrsegment 51 mündet, wobei dieser flexible Abschnitt 50 drucksicher ist.
In 3 ist ein weiterer flexibler Abschnitt 50 in Detailansicht dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen faltenbalg/ziehharmonikaartigen Rohrabschnitt 52, der nicht nur wie in 2 dargestellt, eine Längenänderung der Rohrleitung 5, sondern vielmehr auch eine Biegung der Rohrleitung 5 ermöglicht. Diese flexiblen Abschnitte 50 in den Ausführungen 51 und 52 können wahlweise am Gebäude 1 angeordnet sein und/oder am oberen Becken/Speichersee 6. Gleichwohl können auch Zwischensegmente innerhalb der Rohrleitung 5 eingefügt werden, um eine Flexibilität der Rohrleitung 5 bei einer Rutschung oder Fließbewegung im Untergrund 3 zu gewährleisten.

1: Gebäude
11: Gebäudehülle
12: Gegenstände/Maschinen
13: Motor/Generator, Turbine/Pumpe oder Pumpturbine
2: Fundament
21: Aufnahme
3: Untergrund
4: Boden
41: Unterseite
42: Nutzseite
43: Lagerung
5: Rohrleitung
50: flexibler Abschnitt
51: teleskopierbares Rohrsegment
52: faltenbag-/ziehharmonikaartiger Rohrabschnitt
6: oberes Becken/Speichersee
F: Fließrichtung
H: Höhenunterschied
M: Mittelpunkt
S: Schwerpunkt

Claims

Gebäude (1) mit einer Gebäudehülle (11), einem Boden (4) mit einer Nutzseite (42) und einer Unterseite (41) und einem unterhalb der Unterseite (41) angeordneten Fundament (2), wobei das Gebäude (1) auf einem geologisch instabilen Untergrund (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (41) des Bodens (4) nicht kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Fundament (2) verbunden ist, die Unterseite (41) des Bodens (4) halbtonnenförmig ausgebildet ist und das Fundament (2) eine Aufnahme (21) aufweist, die zur Halbtonnenform der Unterseite (41) des Bodens (4) negativ ausgebildet ist.
Gebäude (1) mit einer Gebäudehülle (11), einem Boden (4) mit einer Nutzseite (42) und einer Unterseite (41) und einem unterhalb der Unterseite (41) angeordneten Fundament (2), wobei das Gebäude (1) auf einem geologisch instabilen Untergrund (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (31) des Bodens (4) nicht kraftschlüssig mit dem darunterliegenden Fundament (2) verbunden ist, die Unterseite (41) des Bodens (4) halbkugelförmig ausgebildet ist und das Fundament (2) eine Aufnahme (21) aufweist, die zur Halbkugelform der Unterseite (41) des Bodens (4) negativ ausgebildet ist.
Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (41) des Bodens (4) auf der Aufnahme (21) des Fundaments (2) frei beweglich gelagert ist.
Gebäude nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung (43) durch Rollen, Kugeln, Gleitwerkstoffe und/oder Flüssigkeiten zwischen der Unterseite (41) des Bodens (4) und der Aufnahme (21) des Fundaments (2) erfolgt.
Gebäude nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (S) der gesamten gelagerten Masse, bestehend aus der Masse des Gebäudes (1) und der Masse der sich in dem Gebäude (1) befindlichen Gegenstände (12, 13), unterhalb des Mittelpunkts (M) der zur Halbtonnenform oder Halbkugelform der Unterseite (41) des Bodens (4) negativ ausgebildeten Aufnahme (21) angeordnet ist.
Gebäude nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Lagemessung und aktive Stellelemente zur Nachstellung vorgesehen sind.
Gebäude nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) für Kraftwerke genutzt wird.
Gebäude nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) ein Maschinen- und/oder Generatorgebäude eines Wasserkraftwerks mit wenigstens einem Motor/Generator, einer Turbine und/oder Pumpe oder einer Pumpturbine (13) ist und Rohrleitungen (4) zum gerichteten Transport des Wassers aus einem oberen Becken oder Speichersee (6) hin zu dem innerhalb des Maschinen- und/oder Generatorgebäudes (1) angeordneten Motor/Generator, Turbine oder Pumpturbine (13) zur Ausnutzung der potentiellen Energie des Wassers vorgesehen sind.
Gebäude nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserkraftwerk ein Pumpspeicherkraftwerk mit einem oberen Becken (6) und einem unteren Becken ist.
Gebäude nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpspeicherkraftwerk in einem Tagebaurestloch angeordnet ist, wobei das obere Becken (6) oberhalb und/oder ausserhalb des Tagebaurestlochs und das untere Becken am tiefsten Punkt im Tagebaurestloch angeordnet sind und das Maschinen- und/oder Generatorgebäude (1) zwischen dem oberen Becken (6) und dem unteren Becken angeordnet ist.
Gebäude nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (5) zum Transport des Wassers flexible Abschnitte (50) aufweist.
Gebäude nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Abschnitte (50) der Rohrleitung (5) am oberen Becken/Speichersee (6) und/oder am Gebäude (1) angeordnet sind.
Gebäude nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Abschnitte (50) der Rohrleitung (5) aus ineinander beweglichen Rohrsegmenten (51) bestehen.
Gebäude nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Abschnitte (50) der Rohrleitung (5) als faltenbalg-/ziehharmonika-artiger Rohrabschnitt (52) ausgestaltet sind.