EP0288936A2 - Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen - Google Patents
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- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/04—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate against air-raid or other war-like actions
- E04H9/06—Structures arranged in or forming part of buildings
Definitions
- the invention relates to a building made of concrete walls, in particular for nuclear plants, which include plant components as protection against external influences.
- the concrete walls usually consist of reinforced concrete and are designed, at least in the areas that fulfill protective functions, in such a way that they can withstand the underlying external influences, e.g. can withstand a plane crash.
- the so-called secondary shielding of a nuclear power plant e.g. is designed for this purpose in the form of a concrete cover up to 2 m thick.
- the concrete is of course reinforced.
- the invention is based on the task of minimizing the vibrations that are to be expected in the event of an impulse-like load (special case of an aircraft crash). As a consequence, higher security of components and systems against external influences can then be obtained with comparable effort.
- the concrete walls of the building are formed in two layers in the area of exposed areas and form a cavity which may be filled with a damping material.
- the cavity can also be provided with an additional thin-walled lining.
- the invention also reduces the need to provide costly functional evidence for components and buildings that is stressed by shock-induced vibrations. This applies in particular to all electrical and I&C components.
- the functionality of these systems has so far been proven for a frequency range up to approx. 35 Hz, as is to be expected in earthquakes, for example.
- the present requirement to prove the functionality even at high acceleration values in the frequency range up to 80 Hz, as appears to be possible in particular in the event of an aircraft crash, is largely made superfluous by the above-mentioned reduction in accelerations.
- the outer contours of the two-layer wall areas can advantageously protrude beyond adjacent wall areas. This enables more extensive protection.
- this construction method offers the possibility of maintaining the interior of the building as a whole despite the two-layer construction, which is therefore thicker.
- the two-layer wall areas can advantageously be provided at the corners of the building. You can round off the corners there so that the load-bearing behavior of the shells can be used to increase the energy disposition.
- the outer layer of the two-layer wall areas can advantageously consist of steel fiber concrete with appropriate reinforcement. In this way, a tough, energy-absorbing, flexible structure can be achieved, which allows the plastic behavior of the steel fiber concrete and the damping effect of the lined cavity to be fully exploited.
- the thickness of the cavity can be chosen approximately equal to the thickness of the outer plasticizing shell. However, it can also be optimized and determined by the filling material.
- a two-layer wall area is designed as a prefabricated component and is attached to the outside of a solid concrete wall.
- attach means that the prefabricated components have the necessary stability during normal operation. This can e.g. already be given by the weight with which the wall elements rest on the top of a concrete wall.
- the reactor building 1 of a pressurized water reactor shown in FIG. 1 surrounds a steel safety container 2 in the form of a sphere with e.g. 50 m diameter.
- the ball 2 is enclosed at its upper area by a hemispherical roof section 3 of the reactor building 1.
- the reactor building is guided as a vertical cylinder 4 to the base plate 5 of the reactor building, which is embedded in the ground 6.
- the thickness D of the reactor building wall 3, 4 amounts to e.g. 2 m. This ensures that aircraft crashing into the reactor building 1 cannot cause serious destruction, which could lead to the safety container 2 including the radioactive parts being opened, for example.
- a so-called armature chamber 10 is connected to the outer wall 4 of the reactor building 1 and comprises armatures for shutting off the live steam lines leading from the safety container 2. Since these fittings have to be protected from destruction, the walls 11 of the fitting chamber 10 are, for example, one
- the cuboid shape is at least as thick as that of the reactor building 1. In a typical rectangular building, for example the emergency feed building of a reactor system, the edges and corners represent the exposed impact areas analogously to the armature chamber.
- the upper, outer corner 12 of the armature chamber 10 is formed in two layers in the region 14.
- an outer shell 16 runs parallel to an inner shell 15, which corresponds approximately to the shape of the original wall 11 with half the wall thickness, at a distance from the thickness of the layer 15, so that a cavity 17 is formed.
- the outer shell 16 consists of a concrete reinforced with steel fibers. It is quasi homogeneously compliant. Its outside 18 protrudes, as can be clearly seen in FIG. 1, by about half the original wall thickness, that is to say about 1 m above the wall plane 19.
- the cavity 17 is formed in three parts because it is divided by two supports 20 and 21. Rigid foam is accommodated in the cavity 17 as a filling material with a damping effect. It is thus achieved in the exposed wall area of the corner 12 that, when exposed to external loads, forces are only weakened into the armature chamber 10 and are transmitted therefrom into the reactor building 1.
- corner 12 is again provided with a two-layer wall area 14.
- the outer shell 16 is supported here only by a single support 23, so that a cavity 17 is formed with two chambers. It contains metal wire bodies as a damping filler.
- the cavities 17 can also be ordered by means of prefabricated thin-walled shaped bodies without filling with steaming material.
- the inner shell 15 of the two-layer wall area 14 is made with practically the same wall thickness as the wall 11 is, however, with an outer rounding 24. Above it rises the outer shell 16, which this time is designed without an inner support, so that a single-chamber space 17 is formed.
- the reactor building 1 is formed in two layers in the area 25 of a roof 26, which forms a corner 27.
- the inner shell 28 of the two-layer region 25 is here reduced to half the original thickness of the solid walls 29.
- the outer shell 30 runs with a parallel curve in the alignment of the outside of the walls 29.
- the cavity 31 is in turn filled with a damping material. Despite the "weakening" of the wall in area 25, there is sufficient resistance to external penetration. In addition, it is achieved that external forces which can act on the exposed corner 27 are reduced and thus only trigger lower acceleration forces in the interior of the reactor building 1.
- the reactor building 1 is shown in the area 35 at the level of an inner ceiling 36 on which components 37 are supported.
- the blanket 36 closes e.g. a room 38 with electrical systems, which are indicated by cable routes 39.
- the outer shell 40 of the two-layer region 35 is rounded, so that it rises as a curvature over the surface of the reactor building 1.
- the intermediate space 41 in turn contains a filling material.
- the reactor building 1 in an area 50 in the vicinity of the ceiling 36 can also be constructed in two layers over a greater height. This not only protects the ceiling 36, but also the ceiling 51 underneath.
- the outer shell 52 made of fiber concrete forms with the inner shell 53 made of reinforced concrete two adjoining cavities 54 and 55, which contain an insulating material.
- the intermediate support 56 is dimensioned so that with immediate on No significant forces are transmitted from the outside, since the inner shell 53 has greater flexibility when the load is applied.
- the reactor building 1 is protected in the area of a corner 60 and an underlying load-bearing ceiling 61 by prefabricated components.
- the component 63 assigned to the corner 60 has a structure which is adapted to the corner and is rectangular in cross section.
- the two layers 64 and 65 consist equally of steel fiber concrete with great toughness.
- the cavity 66 contains a filler material.
- the component 63 sits sufficiently firmly on the reactor building 1 solely because of its weight. It forms an insulating protective layer there, which reduces the introduction of impact loads into the building 1 at the exposed point in the event of external influences.
- the component assigned to the ceiling 61 covers the attachment of the ceiling 61 to the vertical concrete wall 71. There it is let into a corresponding recess 73 with a dovetail-like extension 72.
- the gap 75 present after insertion can be filled in to increase the strength in order to achieve a form-fitting hold of the component 70.
- other attachments of the components 63, 70 to the reactor building 1 are also conceivable.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen, das Anlagekomponenten als Schutz gegen Einwirkung von außen einschließen.
- Die Betonwände bestehen üblicherweise aus Stahlbeton und sind mindestens in den Bereichen, die Schutzfunktionen erfüllen, so ausgebildet, daß sie den zugrundegelegten Einwirkungen von außen , z.B. einem Flugzeugabsturz, standhalten können. Die sogenannte Sekundärabschirmung eines Kernkraftwerkes z.B. ist zu diesem Zweck in Form einer bis zu 2 m dicken Betonhülle ausgeführt. Der Beton ist selbstverständlich armiert.
- Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Erschütterungen zu minimieren, die im Falle einer impulsartigen Belastung (Spezialfall Flugzeugabsturz) zu erwarten sind. In der Konsequenz kann dann mit vergleichbarem Aufwand eine höhere Sicherheit der Komponenten und Systeme gegen Einwirkungen von außen erhalten werden.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Betonwände des Gebäudes im Bereich von exponierten Stellen zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit einem Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlraum bilden. Der Hohlraum kann auch mit einer zusätzlichen dünnwandigen Auskleidung versehen sein.
- Mit der Erfindung wird an exponierten Stellen eine Einwirkung von außen nicht mehr starr, sondern nachgiebig mit gezielter Plastizierung und größtmöglichem Energieverzehr aufgenommen. Damit wird die aufzunehmende Impulsbelastung über die Zeit verteilt, so daß Stoßbeanspruchungen die lokal in das Bauwerk eingeleiteten Kräfte verringern. Dies ist ferner die Voraus setzung für die Reduktion der Belastungen der in dem Gebäude untergebrachten Komponenten durch induzierte Beschleunigungskräfte sowohl in bezug auf Standsicherheit als auch die zu erwartenden Spannungen. Damit unterscheidet sich die Erfindung von dem aus den DAS 10 52 095 und 12 99 404 sowie der EP-OS 0 009 654 bekannten Stand der Technik, nach dem Gebäude anders aufgebaut und nicht in der Lage sind, vergleichbar große Komponenten zerstörungssicher zu umschließen.
- Mit der Erfindung verringert sich auch die Notwendigkeit, für Komponenten und Gebäude kostenintensive Funktionsnachweise zu liefern, die durch stoßinduzierte Erschütterungen beansprucht sind. Dies gilt besonders für alle elektrotechnischen und leittechnischen Komponenten. Die Funktionsfähigkeit dieser Systeme wurde bisher
für einen Frequenzbereich bis ca. 35 Hz nachgewiesen, wie dies z.B. bei Erdbeben zu erwarten ist. Die nunmehr bestehende Forderung, die Funktionsfähigkeit auch bei hohen Beschleunigungswerten im Frequenzbereich bis 80 Hz nachzuweisen, wie dies insbesondere beim Flugzeugabsturz möglich erscheint, wird mit der Erfindung durch die oben genannte Reduktion der Beschleunigungen weitgehend überflüssig gemacht. - Die Außenkonturen der zweilagigen Wandbereiche können vorteilhaft über benachbarte Wandbereiche hinausragen. Damit wird ein weiterreichender Schutz ermöglicht. Außerdem bietet diese Bauweise die Möglichkeit, trotz der stellenweise zweilagigen und deshalb dickeren Bauweise den Innenraum der Gebäude insgesamt beizubehalten.
- Die zweilagigen Wandbereiche können vorteilhaft an den Ecken des Gebäudes vorgesehen sein. Sie können dort eine Abrundung der Ecken bilden, so daß das Tragverhalten der Schalen zur Erhöhung der Energiedisposition genutzt werden kann.
- Die vorstehend angesprochene Einleitung von Kräften, die von außen aufgebracht werden, ins Innere der Gebäude, wird besonders günstig verhindert, wenn die zweilagige Ausbildung im Bereich der im Gebäudeinneren angeordneten tragenden Decken vorgesehen ist.
- Die äußere Lage der zweilagigen Wandbereiche kann vorteilhaft aus Stahlfaserbeton mit entsprechender Bewehrung bestehen. Damit kann eine zähe, energieverzehrend nachgiebige Struktur erreicht werden, die das plastische Verhalten des Stahlfaserbetons sowie die Dämpfungswirkung des ausgekleideten Hohlraumes voll auszunutzen gestattet.
- Die Dicke des Hohlraumes kann etwa gleich der Dicke der äußeren plastizierenden Schale gewählt werden. Sie kann aber auch optimiert werden und durch das Füllmaterial bestimmt sein.
- Eine wirtschaftlich besonders vielversprechende Ausführungsform der Erfindung, die sich auch für Nachrüstungen eignet, besteht darin, daß ein zweilagiger Wandbereich als vorgefertigtes Bauelement ausgebildet und an der Außenseite einer massiven Betonwand befestigt ist. In diesem Zusammenhang ist mit dem Wort "befestigen" gemeint, daß die vorgefertigten Bauelemente bei Normalbetrieb die notwendige Standsicherheit aufweisen. Dies kann z.B. schon durch das Eigengewicht gegeben sein, mit dem die Wandelemente auf der Oberseite einer Betonwand aufliegen.
- Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt
- FIG 1 einen Teilschnitt durch das Reaktorgebäude eines Druckwasserreaktors mit einer an einer Ecke vorgesehenen zweilagigen Ausbildung der Betonwand,
- FIG 2 eine geänderte zweilagige Ausbildung der gleichen Ecke,
- FIG 3 eine nochmals andere Ausbildung der Ecke,
- FIG 4 die integrierte zweilagige Ausbildung der Betonwand imDachbereich des Reaktorgebäudes,
- FIG 5 in einem Teilschnitt durch das Reaktorgebäude die zweilagige Ausbildung der Betonwand im Bereich einer im Gebäudeinneren liegenden tragenden Decke,
- FIG 6 eine zweilagige Ausbildung der Betonwand des Reaktorgebäudes die über zwei im Gebäudeinneren gelegene Decken reicht und
- FIG 7 die Verwendung von vorgefertigten Bauelementen zur Verwirklichung der Erfindung in einem Teilschnitt.
- Das in FIG 1 gezeichnete Reaktorgebäude 1 eines Druckwasserreaktors umschließt als sogenannte Sekundärabschirmung einen stählernen Sicherheitsbehälter 2 in der Form einer Kugel mit z.B. 50 m Durchmesser. Die Kugel 2 wird an ihrem oberen Bereich von einer halbkugelförmigen Dachpartie 3 des Reaktorgebäudes 1 eingeschlossen. Unterhalb des Kugeläquators ist das Reaktorgebäude als vertikaler Zylinder 4 zur Grundplatte 5 des Reaktorgebäudes geführt, die in den Erdboden 6 eingelassen ist. die Dicke D der Reaktorgebäudewand 3, 4 beträgt bei einer Ausführung als stark armierter Stahlbeton z.B. 2 m. Damit ist sichergestellt, daß auf das Reaktorgebäude 1 aufprallende Flugzeuge keine gravierende Zerstörung verursachen können, die etwa zu einem Öffnen des die radioaktiven Teile einschließend Sicherheitsbehälters 2 führen könnte.
- An die Außenwand 4 des Reaktorgebäudes 1 ist eine sogenannte Armaturenkammer 10 angeschlossen, die Armaturen zur Absperrung der aus dem Sicherheitsbehälter 2 führenden Frischdampfleitungen umfaßte. Da diese Armaturen vor Zerstörung geschützt werden müssen, sind die Wände 11 der Armaturenkammer 10, die z.B. eine Quaderform hat mindestens ebenso dick wie die des Reaktorgebäudes 1. Bei einem typischen rechteckigen Gebäude, z.B. dem Notspeisegebäude einer Reaktoranlage, stellen analog zu der Armaturenkammer die Kanten und Ecken die exponierten Aufprallbereiche dar.
- Die obere, äußere Ecke 12 der Armaturenkammer 10 ist gemäß der Erfindung im Bereich 14 zweilagig ausgebildet. Dabei verläuft parallel zu einer inneren Schale 15, die etwa der Form der ursprünglichen Wand 11 mit der halben Wanddicke entspricht, eine äußere Schale 16 in einem Abstand von der Dicke der Lage 15, so daß ein Hohlraum 17 gebildet wird. Die äußere Schale 16 besteht aus einem mit Stahlfasern verstärkten Beton. Sie ist damit quasi homogen nachgiebig. Ihre Außenseite 18 ragt, wie die FIG 1 klar erkennen läßt, um etwa die Hälfte der ursprünglichen Wanddicke, also etwa 1 m über die Wandebene 19 hervor.
- Der Hohlraum 17 ist dreiteilig ausgebildet, weil er durch zwei Stützen 20 und 21 unterteilt wird. In dem Hohlraum 17 ist als Füllmaterial mit Dämpfungswirkung Hartschaumstoff untergebracht. Damit ist in dem exponierten Wandbereich der Ecke 12 erreicht, daß bei einer Einwirkung von von außen aufgebrachten Belastungen Kräfte nur abgeschwächt in die Armaturenkammer 10 und von dieser in das Reaktorgebäude 1 übertragen werden.
- Bei der Ausführungsform nach FIG 2 ist Ecke 12 wiederum mit einem zweilagigen Wandbereich 14 versehen. Die äußere Schale 16 ist hier aber nur durch eine einzige Stütze 23 abgestützt, so daß ein Hohlraum 17 mit zwei Kammern entsteht. Er enthält Metalldrahtkörper als dämpfendes Füllmaterial. Die Hohlräume 17 können aber auch mittels vorgefertigter dünnwandiger Formkörper ohne Füllung mit dampfendem Material bestellt werden.
- In FIG 3 ist dargestellt, daß an der Ecke 12 der Armaturenkammer 10 die innere Schale 15 des zweilagigen Wandbereiches 14 mit praktisch der gleichen Wanddicke wie die Wand 11 ausgeführt ist, allerdings mit einer äußeren Abrundung 24. Darüber erhebt sich die äußere Schale 16, die diesmal ohne innere Abstützung ausgeführt ist, so daß ein einkammeriger Zwischenraum 17 gebildet wird.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach FIG 4 ist das Reaktorgebäude 1 im Bereich 25 eines Daches 26 zweilagig ausgebildet, das eine Ecke 27 bildet. Die innere Schale 28 des zweilagigen Bereiches 25 ist hier auf die Hälfte der ursprünglichen Dicke der massiven Wände 29 verringert. Die äußere Schale 30 verläuft mit einer parallelen Rundung in der Flucht de Außenseite der Wände 29. Der Hohlraum 31 ist wiederum mit einem Dämpfungsmaterial gefüllt. Trotz der "Schwächung" der Wand im Bereich 25 ergibt sich eine ausreichende Festigkeit gegen Penetration von außen. Zusätzlich ist erreicht, daß äußere Kräfte, die an der exponierten Ecke 27 angreifen können, abgemindert sind und somit nur geringere Beschleunigungskräfte im Inneren des Reaktorgebäudes 1 auslösen.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach FIG 5 ist das Reaktorgebäude 1 im Bereich 35 in der Höhe einer inneren Decke 36 dargestellt, auf der Komponenten 37 abgestützt sind. Die Decke 36 schließt z.B. einen Raum 38 mit elektrischen Anlagen ein, die durch Kabeltrassen 39 angedeutet sind. Die äußere Schale 40 des zweilagigen Bereiches 35 ist gerundet geformt, so daß sie sich als Wölbung über die Oberfläche des Reaktorgebäudes 1 erhebt. Der Zwischenraum 41 enthält wiederum ein Füllmaterial.
- Die FIG 6 zeigt, daß das Reaktorgebäude 1 in einem Bereich 50 in der Nähe der Decke 36 auch über eine größere Höhe zweilagig ausgebildet sein kann. Hierdurch wird nicht nur die Decke 36, sondern auch die darunterliegende Decke 51 geschützt. Die äußere Schale 52 aus Faserbeton bildet mit der inneren Schale 53 aus Stahlbeton zwei aneinandergrenzende Hohlräume 54 und 55, die ein Dämmaterial enthalten. Die dazwischenliegende Abstützung 56 ist so dimensioniert, daß bei unmittelbarer Ein wirkung von außen keine beachtlichen Kräfte übertragen werden, da beim Lastangriff die innere Schale 53 die größere Nachgiebigkeit aufweist.
- Bei dem Ausführungsbeispiel nach FIG 7 ist das Reaktorgebäude 1 im Bereich einer Ecke 60 und einer darunterliegenden tragenden Decke 61 durch vorgefertigte Bauelemente geschützt. Das der Ecke 60 zugeordnete Bauelement 63 hat eine der Ecke angepaßte, im Querschnitt rechtwinklige Struktur. Die beiden Lagen 64 und 65 bestehen gleichermaßen aus Stahlfaserbeton mit großer Zähigkeit. Der Hohlraum 66 enthält ein Füllmaterial. Das Bauelement 63 sitzt allein durch sein Gewicht ausreichend fest auf dem Reaktorgebäude 1. Es bildet dort eine dämmende Schutzschicht, die bei Einwirkungen von außen an der exponierten Stelle das Einleiten von Stoßbelastungen in das Gebäude 1 verringert.
- Das der Decke 61 zugeordnete Bauelement überdeckt den Ansatz der Decke 61 an der vertikalen Betonwand 71. Dort ist es mit einem schwalbenschwanzähnlichen Fortsatz 72 in eine entsprechende Ausnehmung 73 eingelassen. Der nach dem Einsetzen vorhandene Spalt 75 kann zur Erhöhung der Festigkeit ausgefüllt werden, um einen formschlüssigen Halt des Bauelementes 70 zu erreichen. Daneben sind aber auch andere Befestigungen der Bauelemente 63, 70 an dem Reaktorgebäude 1 denkbar.
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