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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Objektschutz, insbesondere
zum Gebäuseschutz
vor Detonationsbedingten Druckwellen.
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Stand der Technik
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Bisher
realisierte Massnahmen zum Schutz von Gebäuden vor außergewöhnlich hohen Druckbelastungen,
die vor allem durch Detonation von Explosivstoffen herrühren, sehen
in erster Linie das Gebäude
unmittelbar betreffende Verstärkungen
vor, beispielsweise durch Vorsehen zusätzlicher Träger oder Stützen, durch Einziehen zusätzlicher
massiver Wände
oder Wandabschnitte, die aus besonders stark bewährtem Stahlbeton bestehen und über eine große Wanddicke
verfügen,
oder durch Vorsehen zusätzlicher,
zumeist armierter Spritzbetonflächenabschnitte
zur Verstärkung
von Boden- Wand- und Dachflächen,
und/oder durch Aufbringen zusätzlicher Werkstoffe,
wie Faserverbundwerkstoffen an einer möglichen Detonationsquelle zugewandten
Gebäudeflächenbereichen,
um nur einige Beispiele zu nennen. Da eine derartig sehr massive
und steife Gebäudeausbildung
weit über
eine normale Gebäudestatik hinausreichende
zusätzliche
Materialaufwendungen, ein damit verbundenes hohes Gewicht sowie
einen großen
zusätzlichen
Montageaufwand aufwirft, werden derartige Maßnahmen bereits aus finanziellen Gründen weder
im öffentlichen,
aber insbesondere nicht im privaten Gebäudebereich, ergriffen. Außerdem wird
durch dies massive Bauweise zumeist das architektonischen Erscheinungsbild
nachhaltig beeinträchtigt.
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Auch
sind getrennt von Gebäudeobjekten
installierte Schutzwände
oder Schutzwälle
bekannt, die eine gleichsam massive Bauform darstellen. Derartige
massive Schutzwände,
die in der Regel einige 10 Meter und mehr vom Gebäude entfernt
zu platzieren sind und erhebliche Wandhöhen erfordern, beeinträchtigen
aufgrund ihrer massiven Ausbildung sehr stark das Gebäudeumfeld.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum
Objektschutz, insbesondere zum Gebäudeschutz vor detonationsbedingten
Druckwellen dahingehend anzugeben, dass einerseits wenigstens die
Schutzwirkung bisher bekannter Maßnahmen erzielt und darüber hinaus
und verbessert werden sollen, zugleich aber der massive Charakter
derartiger Schutzvorkehrungen zugunsten einer leichteren und archetektonisch
attraktiveren Konstruktion ersetzt werden soll.
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Die
Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind
Gegenstand der Unteransprüche
sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf
die Ausführungsbeispiele
zu entnehmen.
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Lösungsgemäß ist eine
Vorrichtung zum Objektschutz, insbesondere für einen Gebäudeschutz, vor detonationsbedingten
Druckwellen derart ausgebildet, dass beabstandet zur Oberfläche eines
zu schützenden
Objektes eine Art Membranfassade angeordnet ist, die eine Trägerkonstruktion
aufweist, an der Flächenelemente
angebracht sind. Die Flächenelemente
sehen innerhalb ihres jeweiligen Flächenbereiches wenigstens eine
Sollbruchstelle vor und/oder sind mit der Trägerkonstruktion über wenigstens
eine Sollbruchstelle verbunden.
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Kommt
es zu einer objektnahen Detonation und einer damit verbundenen sich
schnell ausbreitenden Druckwelle, die auf eine beabstandet zum Objekt
vorgesehene, lösungsgemäß ausgebildete Membranfassade
auftrifft, so erfahren die mit der Trägerkonstruktion verbundenen
Flächenelemente
eine durch die vorgesehenen Sollbruchstellen kontrollierte Schädigung,
wodurch ein erheblicher Anteil der Druckwellenenergie von der Membranfassade
absorbiert wird, so dass letztlich eine deutlich abgeschwächte Druckwirkung
auf das hinter der Membranfassade zu schützende Objekt, insbesondere
in Form eines Gebäudes
gelangt, die jedoch kein relevantes Schadenpotential für das Gebäude darstellt. Die
lösungsgemäße Idee
nutzt bewusst die Explosionsenergie zur kontrollierten Durchbrechung,
der mit der Trägerkonstruktion
verbundenen Flächenelemente
ohne dabei die Trägerkonstruktion
selbst zu schädigen.
Dies setzt voraus, dass die Trägerkonstruktion
in Bezug auf die sich ausbreitende Druckwelle vorzugsweise nur eine
geringe Angriffsfläche
und darüber
hinaus eigenelastische Eigenschaften aufweist, um auf diese Weise
schadensrelevante Überbelastungen
innerhalb der Trägerkonstruktion
weitgehend schadfrei abzuleiten bzw. gänzlich zu vermeiden.
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Um
die Explosions- bzw. Sprengenergie weitgehend von dem zu schützenden
Objekt fern zu halten wird sie somit zur kontrollierten Teilzerstörung der
lösungsgemäß ausgebildeten
Membranfassade genutzt. Eine besonders geeignete Ausführungsform für eine Membranfassade
stellt eine gitterförmig
ausgebildete Trägerkonstruktion
dar, die über
offene Maschenfelder verfügt,
die von den Flächenelementen wenigstens
teilweise überspannt
oder abgedeckt werden. Die gitterförmige Trägerkonstruktion kann entweder
aus massiven Verstrebungen bestehen, beispielsweise in Form einer
besonders verstärkt ausgebildeten
Armierung, oder als Seilkonstruktion oder Fasergeflecht, bestehend
aus einem Kunststofffasergeflecht, ausgebildet sein.
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Die
vorzugsweise eigentragfähig
ausgebildete Trägerkonstruktion,
die getrennt und in einem Abstand zu dem zu schützenden Objekt zu errichten ist,
weist in einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform perforierte
und/oder folienartig ausgebildete Flächenelemente auf, die die Maschenfelder
der ansonsten gitterförmig
ausgebildeten Trägerkonstruktion
vorzugsweise vollständig überdecken.
Die Flächenelemente
weisen aufgrund ihrer Materialwahl sowie auch gegebenenfalls der
in die Flächenelemente
eingearbeiteten Perforation eine vorgegebene Flächengrenzbelastbarkeit auf,
die im Falle einer auf die Flächenelemente
einwirkenden Druckwelle bewusst überschritten
wird, so dass die Flächenelemente
kontrolliert zerstört
werden. Je nach Größe, Materialwahl
und Vorsehen entsprechender Sollbruchstellen innerhalb der Flächenelemente
sowie längs
der zwischen den Flächenelementen
und der Trägerkonstruktion
vorhandenen Verbindungen lässt sich
die Bruchfestigkeit jedes einzelnen Flächenelementes vorgeben und
individuell einstellen.
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Geht
man von einem Szenario aus, bei dem eine bodennahe Sprengstoffladung
zur Detonation gebracht wird, so breiten sich Druckwellen im bodennahen
Bereich, d. h. in horizontaler Wirkrichtung mit einem besonders
großen
Schadenspotential aus. Insofern gilt es die lösungsgemäß ausgebildete Membranfassade
insbesondere im bodennahen Bereich mit Flächenelementen zu versehen,
deren Bruchfestigkeit größer auszubilden
ist, als in oberen, vom Boden beabstandeten Flächenbereichen. Dies kann entweder
durch entsprechend gewählte
Flachmaterialien sowie durch widerstandsfähigere Sollbruchstellen oder
kleiner bemessene Flächenelementgrößen realisiert
werden.
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Werden
insbesondere transparente Folien als Flächenelemente eingesetzt, so
gewinnt die lösungsgemäß ausgebildete
Membranfassade an optische Attraktivität und eröffnet architektonische gestalterische
Freiheiten, die mit bisherigen massiven Schutzvorkehrungen nicht
umsetzbar waren.
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Auch
wird beim Einsatz folienartig ausgebildeter Flächenelemente jegliche Splitterbildung
bei der detonationsbedingten Zerstörung der Flächenelemente vermieden, so
dass keinerlei Gefährdungen, vergleichbar
zu Bauteiltrümmern
mit großer
Masse oder Glasfragmenten, auftreten.
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Zur
Schadensbehebung einer detonationsbedingten Schädigung an einer lösungsgemäß ausgebildeten
Membranfassade sind lediglich einfache Reparaturmaßnahmen
erforderlich, die sich letztlich auf einen bloßen Austausch der einzelnen
Flächenelemente
beschränken.
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Durch
die vorstehend skizzierte architektonische Attraktivität der lösungsgemäß ausgebildeten Membranfassade
durch den Einsatz transparenter Flächenelemente ist es überdies
möglich
ein zu schützendes
Gebäude
gesamtheitlich zu umhüllen, wodurch
neben dem der Erfindung zugrunde liegenden Aspekt des Gebäudeschutzes
vor detonationsbedingten Druckwellen ein weiterer technisch interessanter
Vorteil in Bezug auf die Schaffung eines künstlichen eingeschlossenen
Klimas geschaffen werden kann. Eine derartige Klimahülle mit
den vorstehend beschriebenen bauphysikalischen Vorteilen stellt
nicht notwendigerweise eine gegenüber der äußeren Umgebung vollkommen abgeschlossene
Klimahülle
dar, vielmehr sorgen die in vorteilhafter Weise perforiert ausgebildeten
Flächenelemente
für einen
ständigen
Gas- bzw. Luftaustausch zwischen dem Innenbereich der Klimahülle und
der die Klimahülle
umgebenden, äußeren Atmosphäre. Auch
sei in dem Zusammenhang auf die schallakustische Wirkung einer lösungsgemäß ausgebildeten
Membranfassade verwiesen, die insbesondere unter Verwendung von
aus elastischem Material bestehenden Flächenelemente eine effektive
Schalldämmung
bzw. Dämpfung
bewirken.
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Neben
der vorstehend beschriebenen Einsatz von elastischem Material bestehenden
Flächenelementen
ist es gleichsam möglich,
flächenstarre Flächenelemente einzusetzen,
beispielsweise aus Blechen oder Hartstoffelementen, beispielsweise
aus Holz oder Gipskarton etc., zu deren gezielten Einstellung ihrer
Bruchfestigkeit geeignet dimensionierte Perforationsöffnungen
in die jeweiligen Flächenelemente
eingebracht werden können.
Derartige Flächenelemente
können überdies
mit weiteren technischen Funktionsschichten versehen werden. So
bietet es sich beispielsweise an, Anstriche oder zusätzliche
Fasergeflechtmatten auf die Flächenelemente aufzubringen,
beispielsweise im Sinne einer hitzebeständigen Feuerschutzschicht,
einer schallabsorbierenden Dämmschicht,
einer optisch wirksamen Reflexionsschicht oder ähnlichem.
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Insbesondere
in Verbindung mit dem Aufbringen einer zusätzlichen Feuerschutzschicht,
beispielsweise im Wege eines Feuerschutzanstriches, ist es neben
dem Einsatz der lösungsgemäß ausgebildeten
Membranfassade zum Schutz von außerhalb auf Gebäuden einwirkenden
detonationsbedingten Druckwellen, auch möglich, entsprechende Gebäudeinnenwände, so
auch Tunnelinnenwände
mit einer entsprechenden lösungsgemäßen Membranfassade
auszurüsten.
So ist es denkbar, durch entsprechend an Größe und Form von Innenbandbereichen,
beispielsweise an Tunnelinnenwände
angepasste, gitterartig ausgebildete Trägerkonstruktionen, vorzugsweise
mit Feuerschutzanstrichen versehene Flächenelemente vorzusehen, die
vorzugsweise über
eine Perforation verfügen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Maßnahme lassen
sich jedoch nicht nur Gebäude
im vorstehenden Sinne schützen,
gleichsam ist es möglich,
Einzelbauteile, wie beispielsweise Pfeiler, Stützen, Masten, Balken oder Seile
von Brücken
oder Strommasten etc. durch eine entsprechende, das Einzelbauteil
vorzugsweise vollständig
umgebende Membranfassade zu schützen.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es
zeigen:
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1 schematisierte
Darstellung einer Membranfassade vor einem Gebäude,
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2a,
b Illustrationen zur Druckminderung einer detonationsbedingten Druckwelle
mit und ohne Schutzvorkehrung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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In 2a sind
vier Bild-Sequenzen, in der zeitlichen Abfolge von rechts nach links,
dargestellt, die eine sich bodennah ausbreitende Druckwelle D zeigen,
die sich in Richtung einer vor einem Gebäude 2 befindliche
Schutzwand 1 ausbreitet. In der Bildsequenzfolge von links
nach rechts ist ersichtlich, dass die sich bodennah ausbreitende
Druckwelle D entscheidend von der Schutzwand 1 irritiert
wird, so dass die unmittelbar auf das Gebäude 2 auftreffende Druckwelle
erheblich geschwächt
wird. In der in 2b dargestellten Diagrammdarstellung
ist ersichtlich, welch entscheidenden Beitrag eine Schutzwand 1 im
Vergleich zu einem Szenario hat, bei dem keine Schutzwand vorhanden
ist. Längs
der Abszisse ist der Spitzendruckwert [bar] und längs der
Ordinate ist die Höhe
[m] angegeben. Die Funktion a) verdeutlicht den Druckverlauf mit
Schutzwand, die Funktion b) den Druckverlauf ohne Schutzwand.
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In 1 ist
eine lösungsgemäß ausgebildete Membranfassade 3 schematisch
dargestellt, die beabstandet zu einem Gebäude 2 errichtet ist.
Die Membranfassade 3 weist eine gitterförmige Trägerstruktur 4 auf, über deren
Maschenfelder perforierte Flächenelemente 5 angebracht
sind, die über
ein kontrolliert vorgegebenes Bruchverhalten verfügen. Durch
die Ausbildung der Trägerkonstruktion
mittels Seile, Gitter oder in Form einer Gewebekonstruktion ist
eine leichte und nachgiebige aber dennoch feste Unterkonstruktion
möglich,
die eine kontrollierte Perforation von an der Trägerkonstruktion angebrachten Flächenelementen
unterstützt.
Durch unterschiedliche Abstände
und Geometrien der einzelnen Flächenelemente 5 sowie
durch die entsprechende Materialwahl für die Flächenelemente können unterschiedliche
Festigkeiten bzw. Festigkeitsbereiche längs der Membranfassade 3 erreicht
werden. Beispielsweise ist es möglich,
bodennahe Flächenbereiche
der Membranfassade 3 stabiler auszubilden als dachnahe
Bereiche. Grundsätzlich
gilt es, ein günstiges
Verhältnis
zwischen geschlossener und geöffneter,
im Sinne von perforierter Flächenelementflächen zu
schaffen, so dass einerseits der auf das Gebäude einwirkende Druck erheblich
gemindert wird, andererseits soviel Druck durch die Membranfassade durchgelassen
wird, so dass die Trägerkonstruktion selbst
keinen Schaden erleidet.
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- 1
- Schutzwand
- 2
- Gebäude
- 3
- Membranfassade
- 4
- Trägerkonstruktion
- 5
- Flächenelement