EP3510217A1 - Schutzsystem zum schutz von gebäuden vor flugzeugabstürzen - Google Patents

Schutzsystem zum schutz von gebäuden vor flugzeugabstürzen

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EP3510217A1
EP3510217A1 EP18709476.8A EP18709476A EP3510217A1 EP 3510217 A1 EP3510217 A1 EP 3510217A1 EP 18709476 A EP18709476 A EP 18709476A EP 3510217 A1 EP3510217 A1 EP 3510217A1
Authority
EP
European Patent Office
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protection system
lattice plane
protective grid
building wall
building
Prior art date
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Application number
EP18709476.8A
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English (en)
French (fr)
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EP3510217B1 (de
Inventor
Adam Fila
Viktor Vlaski
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Framatome GmbH
Original Assignee
Framatome GmbH
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Publication date
Application filed by Framatome GmbH filed Critical Framatome GmbH
Publication of EP3510217A1 publication Critical patent/EP3510217A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3510217B1 publication Critical patent/EP3510217B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/24—Armour; Armour plates for stationary use, e.g. fortifications ; Shelters; Guard Booths
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/02—Anti-aircraft or anti-guided missile or anti-torpedo defence installations or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/08—Barbed-wire obstacles; Barricades; Stanchions; Tank traps; Vehicle-impeding devices; Caltrops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D5/00—Safety arrangements
    • F42D5/04—Rendering explosive charges harmless, e.g. destroying ammunition; Rendering detonation of explosive charges harmless

Definitions

  • the invention relates to a protective system for protecting a building from aircraft crashes and similar high-energy impacts of large-volume objects according to the preamble of claim 1.
  • Such a protection system is known from the patent DE 10 2010 037 202 B4 of HOCHTIEF Construction AG.
  • a protective sheath is provided with a distance in front of the outer shell of the structure to protect a structure from impacting flying objects, wherein the protective sheath is formed as a grid shell, wherein the bars of the mesh shroud are at least partially made of steel, wherein the protective sheath is formed as a self-supporting structure, and wherein the protective jacket is not or not connected via supporting elements with the outer shell of the building.
  • the object of the invention is to develop a protection system of the type mentioned in such a way that even a collision heavy four-engine aircraft, such as the Boeing 747 or Airbus A380, does not destroy the integrity of the protected building.
  • the protective grid is supported on the building wall via a plurality of plastically deformable, energy-absorbing elements-and preferably exclusively via such elements.
  • a support is advantageously provided on the ground.
  • the invention is based on the consideration that in departure of the technical teaching disclosed in DE 10 2010 037 202 B4, a support of the protective grid the building wall is quite desirable to better distribute the impact loads. Indeed, as recognized in the context of the present invention, some of these loads can and should be absorbed by the building itself, to the extent that its structure endures or tolerates damage without being catastrophically damaged. For this purpose, the transfer of force, pressure and deformation energy into the building wall takes place in a subdued manner with the aid of energy- and vibration-absorbing (damping) elements.
  • the respective energy absorbing element comprises a tube made of steel, which is arranged between the protective grid and the building wall such that the force transmitted to the protective grid upon impact of an aircraft acts at least predominantly on the tube in the radial direction and squeezes it in cross section.
  • a predominantly plastic, non-linear deformation by acting in the radial direction on the circumference of the tube force In contrast to ordinary shock absorbers of cylindrical shape, which are installed so that they are resiliently compressed in the longitudinal direction under load, so here is a predominantly plastic, non-linear deformation by acting in the radial direction on the circumference of the tube force.
  • the tube inside the tube may have a core or installation of crossed steel plates.
  • the protective grille comprises an inner lattice plane arranged parallel to the building wall and formed of steel beams, and an outer lattice plane arranged parallel thereto and formed of steel beams, the inner lattice plane and the outer lattice plane being connected to one another by steel beams.
  • both the inner lattice plane and the outer lattice plane comprise a regular rectangular lattice, whose unit cells have the same dimensions, and which are shifted relative to one another by at least one lattice constant in a main direction of the lattice. It is preferred that the inner lattice plane and the outer lattice plane are connected to each other by diagonal support, each extending from a node of a lattice plane to a node of the other lattice plane.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a protection system installed in front of a building wall for protecting the building from aircraft crashes
  • FIG. FIG. 2 is a top plan view of the protection system according to arrow I in FIG.
  • FIG. 1 including a plan view from the front according to arrow II in FIG. 1, and below a cross section (side view) according to line A-A,
  • FIG. 3 is an enlarged top view of the protection system from above
  • FIG. FIG. 4 shows a cross section through a tube which serves as an energy-absorbing.
  • the same or equivalent parts are provided in all figures with the same powerssseichen.
  • the protection system shown in the figures 20 with a protective grid 22 is placed in the manner of a protective cover in front of a building wall 24 or other section of a building shell and protects them from airplane crashes or similar high-energy and large-scale impacts of rockets, components or debris due to attacks, explosions, Cyclones and the like.
  • the protective grid 22 is formed of interconnected, in particular welded (steel) carriers or struts or bars and includes a first, the building wall facing lattice plane, also referred to as inner lattice plane E1, and a second, facing away from the building wall lattice plane, as an outer Lattice plane E2 denotes.
  • Each of the two lattice planes E1, E2 is formed by interconnected longitudinal members and cross members, which span a preferably regular surface grid.
  • the two lattice planes E1, E2 are connected to one another by carriers arranged between them, in particular diagonal carriers, so that overall a three-dimensional space lattice is realized.
  • the outer lattice plane E2 is likewise arranged parallel to the building wall 24 and thus also parallel to the inner lattice plane E1.
  • the two lattice planes E1, E2 thus form spaced-apart vertical planes with the distance b.
  • the outer lattice plane E2 is as already mentioned realized by a plurality of longitudinal and transverse beams, which are connected to each other at the intersections or junctions 30.
  • the vertical support 1 are arranged at regular intervals d to each other like a column and aligned vertically according to their name.
  • the horizontal beams 3 running perpendicular to the vertical beams 1 are aligned horizontally according to their designation and are regularly gene intervals h to each other, so arranged at different heights one above the other.
  • the horizontal beams 3 and the vertical beams 1 at each of the intersections or junctions 30 are firmly connected to each other, in particular welded. Overall, thus a regular rectangular grid is realized, whose unit cell has a width d and a height h.
  • the inner lattice plane E1 is constructed analogously to the outer lattice plane E2. It thus also forms a regular rectangular lattice of vertical beams 2 and horizontal beams 3 ', whose unit cell preferably has the same width d and the same height h as the unit cell of the outer lattice plane E2.
  • Protective grid 22 is designated b.
  • the two lattice planes E1, E2 are advantageously arranged in the plan view from the front not congruent lying one behind the other, but they are in the horizontal direction, ie in the longitudinal direction of the horizontal beam 3, 3 'preferably offset by half a grid width d / 2 against each other or offset.
  • the nodes of the outer lattice plane E2 lie in the middle between two nodes of the inner lattice plane E1.
  • the two lattice planes E1, E2 are preferably not shifted relative to each other, so that one horizontal support 3 'of the inner lattice plane E1 is assigned to one horizontal support 3 of the outer lattice plane E2.
  • This embodiment creates horizontal planes between the vertical lattice planes E1 and E2, which can be used as floor surfaces.
  • the lattice planes E1, E2 are offset from each other by half a storey height h / 2, thereby additionally compacting the vertical grid area.
  • the two lattice planes E1, E2 are, as already mentioned, connected to one another by additional supports, which are preferably realized as diagonal supports 4, 5, and which are preferably connected to the nodes of the lattice planes E1, E2, in particular by welding.
  • additional supports which are preferably realized as diagonal supports 4, 5, and which are preferably connected to the nodes of the lattice planes E1, E2, in particular by welding.
  • each - with the exception of some arranged on the edge of the grid surface - node of the outer lattice plane E2 four diagonal support 4, 5 to respectively associated nodes of the inner lattice plane E1.
  • Two of the four diagonal supports, namely those with reference numeral 4 lie in a horizontal plane and extend to the two nearest nodes at the same height of the inner lattice plane E1.
  • the other two of the four diagonal carriers extend spatially diagonally, namely obliquely downwards to the nodes of the inner lattice plane E1 arranged directly below the aforementioned nodal points (alternatively, they can also extend obliquely upward, or in addition to the four diagonal supports mentioned above have two obliquely upwardly extending diagonal supports).
  • the four diagonal beams 4, 5 according to the offset of the two lattice planes E1, E2 to each other, starting from the respective node of the outer lattice plane E2 quasi star-shaped or pyramid-shaped and make the connection to the inner lattice plane E1 ago.
  • the vertical beams 1 of the outer lattice plane E2 are preferably all arranged on the same side of the horizontal beam 3, namely preferably inside, that is directed towards the building wall 24.
  • the vertical beams 1, 2 are preferably integral, that is made in one piece and preferably have a double-T-shaped cross section, alternatively a rectangular cross section. The same applies to the horizontal beams 3, 3 'and the diagonal beams 4, 5.
  • the supports are preferably dimensioned with respect to their cross-sectional width B and their cross-sectional height H as follows:
  • Preferred materials for the carriers are steel grades with high ductility and plastic deformation capability.
  • the structural dimensioning of the protective grid 22 is preferably as follows:
  • Width of the protective grid b 10 - 15 m
  • the overall height and width of the protective grid 22 is adapted to the dimensions of the building or building section to be protected.
  • the protective grid 22 is preferably carried out self-supporting and is supported advantageously at least with some, preferably with all vertical beams 1, 2 at the bottom 26 from.
  • the vertical beams 1, 2 are anchored in a suitable manner to the ground 26 and founded on a foundation.
  • the vertical beams 1, 2 can therefore also be referred to as columns or columns.
  • the protective grid 22 is connected to the building wall 24 via a plurality of shock or energy absorbing elements 32 or dampers.
  • These energy-absorbing elements 24 are preferably tubes 6 or hollow cylinders made of steel, which are arranged between the protective grid 22 and the building wall 24 in such a way that they are impacted from the front upon impact of an object on the protective grid 22 (impact direction essentially in FIG Direction of the arrow II in FIG. 1) perpendicular to its longitudinal axis, ie viewed in cross-section in the radial direction 34, compressed or crushed and thereby plastically deformed.
  • the respective pipe 6 is arranged between the vertical supports 2 of the inner lattice plane E1 directed towards the building wall 24 and the building wall 24, that is to say in the gap 28 lying therebetween.
  • the pipe diameter D is accordingly at most as large as the gap width a.
  • the longitudinal axis of the tube 6 is preferably vertical, that is arranged parallel to the vertical support 2.
  • the tube 6 is on the one hand on the outer circumference fixedly connected to the associated vertical support 2, in particular welded, and on the other hand ajar against the building wall 24.
  • the tube 6 then represents an energy absorbing (connection) element or a holder / attachment / suspension / support or a support between the protective grid 22 and building wall 24.
  • the energy absorbing tube 6 is fixed, for example, to a horizontal support 3 'of the inner lattice plane E1.
  • the required pipe length and arrangement depends on the energy absorption requirement and depends on the (expected) impact impulse.
  • a plastically deformable core 36 is arranged, which preferably consists of cruciform welded together steel plates.
  • the core 36 forms a cross within the pipe circumference, with the center of the cross coinciding with the longitudinal axis of the pipe 6.
  • the core 36 is preferably clamped only in the tube 6 and not attached to the pipe inner wall in any other way.
  • Preferred dimensions of the tubes 6 used as energy absorbing elements are as follows:
  • Thickness of the plates in the core T 10 - 50 mm
  • Preferred materials for the tubes 6 and cores 36 are steel grades with high ductility and plastic deformability
  • a particular advantage of the design is that the entire building does not have to be rebuilt, but the protective cover can be limited spatially to the particularly vulnerable or sensitive sections of the building wall or building envelope.
  • the holder of the protective grid 22 can be made on the building wall 24 exclusively via the energy absorbing elements 32, without support on the floor, which is useful, for example, for the protection of ceiling sections.
  • the position and orientation of the protective grid 22 in the room is of course then adapted to the installation situation. That is, the "vertical beams" and “horizontal beams” are then aligned differently in space than previously described and as suggested by the term used herein.
  • the protective grid 22 in its shape of the outer contour of a building, such as a circular or otherwise curved outer circumference of a z.
  • dome-shaped power plant building follows. This is expediently realized by sectionally rectilinear sections as described above with interposed kinks.
  • a particularly important area of application is the protection of power plant buildings or building shells of nuclear power plants or other nuclear installations.
  • many other applications for protection against industrial installations or military objects from aircraft crashes and the like are also possible.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzsystem (20) zum Schutz eines Gebäudes vor Flugzeugabstürzen und ähnlichen hochenergetischen Einschlägen mit einem vor einer Gebäudewand (24) mit Abstand zu ihr errichteten dreidimensionalen Schutzgitter (22) aus miteinander verbundenen Trägern (1 bis 5). Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Schutzsystem dahingehend zu auszulegen, dass auch ein Aufprall schwerer vierstrahliger Flugzeuge, etwa vom Typ Boeing 747 oder Airbus A380, die Integrität des von ihm geschützten Gebäudes nicht zerstört. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Schutzgitter (22) sich über eine Mehrzahl von plastisch deformierbaren, energieabsorbierenden Elementen (32) an der Gebäudewand (24) abstützt.

Description

Beschreibung
Schutzsystem zum Schutz von Gebäuden vor Flugzeugabstürzen
Die Erfindung betrifft ein Schutzsystenn zum Schutz eines Gebäudes vor Flugzeugabstürzen und ähnlichen hochenergetischen Einschlägen großvolumiger Objekte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Ein derartiges Schutzsystem ist aus der Patentschrift DE 10 2010 037 202 B4 der HOCHTIEF Construction AG bekannt. Dort ist zum Schutz eines Bauwerks vor aufprallenden Flugobjekten ein Schutzmantel mit einem Abstand vor der äußeren Hülle des Bauwerks vorgesehen, wobei der Schutzmantel als Gittermantel ausgebildet ist, wobei die Gitterstäbe des Gittermantels zumindest teilweise aus Stahl bestehen, wobei der Schutzmantel als selbsttragendes Tragwerk ausgebildet ist, und wobei der Schutzmantel nicht bzw. nicht über abstützende Elemente mit der äußeren Hülle des Bauwerks verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schutzsystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auch ein Aufprall schwerer vierstrahliger Flugzeuge, etwa vom Typ Boeing 747 oder Airbus A380, die Integrität des von ihm geschützten Gebäudes nicht zerstört.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schutzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Erfindungswesentlich ist demnach, dass das Schutzgitter sich über eine Mehrzahl von plastisch deformierbaren, energieabsorbierenden Elementen - und bevorzugt ausschließlich über derartige Elemente - an der Gebäudewand abstützt. Zusätzlich ist vorteilhafterweise eine Abstützung am Boden vorgesehen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in Abkehr der in DE 10 2010 037 202 B4 offenbarten technischen Lehre eine Abstützung des Schutzgitters an der Gebäudewand durchaus wünschenswert ist, um die Aufpralllasten besser zu verteilen. Ein Teil dieser Lasten kann und sollte nämlich, wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, durchaus durch das zu schützende Gebäude selber aufgenommen werden, und zwar in dem Maß, wie seine Struktur es aushält oder toleriert, ohne katastrophal beschädigt zu werden. Zu diesem Zweck erfolgt der Übertrag von Kraft, Druck und Verformungsenergie in die Gebäudewand in gedämpfter Weise mit Hilfe von energie- und schwingungsabsorbierenden (Dämp- fungs-) Elementen.
Vorteilhafterweise umfasst das jeweilige energieabsorbierende Element ein Rohr aus Stahl, welches derart zwischen dem Schutzgitter und der Gebäudewand angeordnet ist, dass die beim Aufprall eines Flugzeuges auf das Schutzgitter übertragene Kraft zumindest überwiegend in Radialrichtung auf das Rohr einwirkt und es im Querschnitt betrachtet zusammenquetscht. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Stoßdämpfern von zylindrischer Gestalt, die so eingebaut sind, dass sie im Belastungsfall in Längsrichtung federnd zusammengestaucht werden, erfolgt hier also eine überwiegend plastische, nichtlineare Deformation durch eine in Radialrichtung auf den Umfang des Rohrs wirkende Kraft. Zur Erhöhung der Energiedissipa- tion kann das Rohr im Rohrinneren einen Kern oder Einbau aus gekreuzten Stahlplatten aufweisen.
Es konnte durch numerische Simulationen nachgewiesen werden, dass die genannten energieabsorbierenden Elemente einen entscheidenden Beitrag von bis zu 60% der Gesamt-Energiedissipation durch das erfindungsgemäße Schutzsystem erbringen und die aufprallbedingten Vibrationen im Gebäude erheblich minimieren.
Vorteilhafterweise umfasst das Schutzgitter eine parallel zur Gebäudewand angeordnete, aus Stahlträgern gebildete innere Gitterebene und eine parallel dazu angeordnete, aus Stahlträgern gebildete äußere Gitterebene, wobei die innere Gitterebene und die äußere Gitterebene durch Stahlträger miteinander verbunden sind. In bevorzugter Ausgestaltung umfassen sowohl die innere Gitterebene als auch die äußere Gitterebene ein regelmäßiges Rechteckgitter, deren Elementarzellen dieselben Abmessungen aufweisen, und die zumindest in einer Hauptrichtung des Gitters um eine halbe Gitterkonstante gegeneinander verschoben sind. Dabei ist es bevorzugt, dass die innere Gitterebene und die äußere Gitterebene durch Diagonalträger miteinander verbunden sind, die sich jeweils von einem Knotenpunkt einer Gitterebene zu einem Knotenpunkt der anderen Gitterebene erstrecken.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen hervor aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen in schematischer, vereinfachter Darstellung:
FIG. 1 eine perspektivische Ansicht eines vor einer Gebäudewand installierten Schutzsystems zum Schutz des Gebäudes vor Flugzeugabstürzen,
FIG. 2 eine Draufsicht auf das Schutzsystem von oben gemäß Pfeil I in
FIG. 1 , darunter eine Draufsicht von vorne gemäß Pfeil II in FIG. 1 , und darunter einen Querschnitt (Seitenansicht) gemäß Linie A-A,
FIG. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf das Schutzsystem von oben, und
FIG. 4 einen Querschnitt durch ein Rohr, welches als energieabsorbierende
Befestigung für das Schutzsystem an einer Gebäudewand dient, oben für sich genommen, darunter in Einbaulage des Rohrs im Schutzsystem.
Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugseichen versehen. Das in den Figuren dargestellte Schutzsystem 20 mit einem Schutzgitter 22 ist nach Art einer Schutzabdeckung vor einer Gebäudewand 24 oder einem sonstigen Abschnitt einer Gebäudehülle aufgestellt und schützt diese vor Flugzeugabstürzen oder ähnlich hochenergetischen und großflächigen Einschlägen von Raketen, Bauteilen oder Trümmern infolge von Anschlägen, Explosionen, Wirbelstürmen und dergleichen.
Das Schutzgitter 22 ist aus miteinander verbundenen, insbesondere verschweißten (Stahl-) Trägern oder Streben oder Gitterstäben gebildet und umfasst eine erste, der Gebäudewand zugewandte Gitterebene, auch als innere Gitterebene E1 bezeichnet, und eine zweite, von der Gebäudewand abgewandte Gitterebene, auch als äußere Gitterebene E2 bezeichnet. Jede der beiden Gitterebenen E1 , E2 ist durch miteinander verbundene Längsträger und Querträger gebildet, die ein vorzugsweise regelmäßiges Flächengitter aufspannen. Die beiden Gitterebenen E1 , E2 sind miteinander durch zwischen ihnen angeordnete Träger, insbesondere Diagonalträger verbunden, so dass insgesamt ein dreidimensionales Raumgitter verwirklicht ist.
Im hier gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass der zu schützende Abschnitt der Gebäudewand 24 eine vertikale Ebene über dem Boden 26 aufspannt. Die innere Gitterebene E1 ist unter Ausbildung eines Zwischenraumes oder Spaltes 28 mit Spaltbreite (= Abstand) a parallel zur Gebäudewand 24 angeordnet. Die äußere Gitterebene E2 ist ebenfalls parallel zur Gebäudewand 24 und somit auch parallel zur inneren Gitterebene E1 angeordnet. Die beiden Gitterebenen E1 , E2 bilden damit voneinander beabstandete vertikale Ebenen mit dem Abstand b.
Die äußere Gitterebene E2 ist wie bereits erwähnt durch eine Mehrzahl von Längs- und Querträgern verwirklicht, die an den Kreuzungs- oder Knotenpunkten 30 miteinander verbunden sind. Hier im Beispiel handelt es sich um Vertikalträger 1 und Horizontalträger 3. Die Vertikalträger 1 sind in regelmäßigen Abständen d zueinander säulenartig angeordnet und entsprechend ihrer Bezeichnung vertikal ausgerichtet. Die senkrecht zu den Vertikalträgern 1 verlaufenden Horizontalträger 3 sind entsprechend ihrer Bezeichnung horizontal ausgerichtet und in regelmäßi- gen Abständen h zueinander, also in verschiedenen Höhen übereinander angeordnet. Bevorzugt sind die Horizontalträger 3 und die Vertikalträger 1 an jedem der Kreuzungs- oder Knotenpunkte 30 fest miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Insgesamt ist damit ein regelmäßiges Rechteckgitter verwirklicht, dessen Elementarzelle eine Breite d und eine Höhe h aufweist.
Die innere Gitterebene E1 ist analog zur äußeren Gitterebene E2 aufgebaut. Sie bildet also ebenfalls ein regelmäßiges Rechteckgitter aus Vertikalträgern 2 und Horizontalträgern 3', dessen Elementarzelle vorzugsweise dieselbe Breite d und dieselbe Höhe h wie die Elementarzelle der äußeren Gitterebene E2 besitzt. Der Abstand zwischen den beiden Gitterebenen, also die Breite oder Tiefe des
Schutzgitters 22 ist mit b bezeichnet.
Die beiden Gitterebenen E1 , E2 sind vorteilhafterweise in der Draufsicht von vorne nicht deckungsgleich hintereinander liegend angeordnet, sondern sie sind in horizontaler Richtung, also in Längsrichtung der Horizontalträger 3, 3' bevorzugt um eine halbe Gitterbreite d/2 gegeneinander verschoben oder versetzt. Damit liegen in der Projektion die Knotenpunkte der äußeren Gitterebene E2 in der Mitte zwischen zwei Knotenpunkten der inneren Gitterebene E1 . In vertikaler Richtung hingegen sind die beiden Gitterebenen E1 , E2 vorzugsweise nicht gegeneinander verschoben, so dass je einem Horizontalträger 3 der äußeren Gitterebene E2 ein auf derselben Höhe liegender Horizontalträger 3' der inneren Gitterebene E1 zugeordnet ist. Diese Ausführungsvariante erschafft horizontale Ebenen zwischen den vertikalen Gitterebenen E1 und E2, die als Etagenflächen nutzbar sind. In einer alternativen Ausführung, wie in FIG. 1 dargestellt, werden die Gitterebenen E1 , E2 um eine halbe Geschoßhöhe h/2 gegeneinander versetzt und dadurch die vertikale Gitterfläche zusätzlich verdichtet.
Die beiden Gitterebenen E1 , E2 sind wie bereits erwähnt durch zusätzliche Träger miteinander verbunden, die bevorzugt als Diagonalträger 4, 5 verwirklicht sind, und die bevorzugt an den Knotenpunkten der Gitterebenen E1 , E2 angeschlossen sind, insbesondere durch Verschweißung. Konkret erstecken sich hier im Ausführungsbeispiel von jedem - mit Ausnahme von einigen am Rand der Gitterfläche angeordneten - Knotenpunkt der äußeren Gitterebene E2 vier Diagonalträger 4, 5 zu jeweils zugeordneten Knotenpunkten der inneren Gitterebene E1 . Zwei der vier Diagonalträger, nämlich diejenigen mit Bezugszeichen 4, liegen in einer horizontalen Ebene und erstrecken sich zu den beiden nächst gelegenen Knotenpunkten auf gleicher Höhe der inneren Gitterebene E1 . Die anderen zwei der vier Diagonalträger, nämlich diejenigen mit Bezugszeichen 5, erstrecken sich räumlich diagonal, nämlich schräg nach unten zu den direkt unterhalb der vorgenannten Knotenpunkte angeordneten Knotenpunkten der inneren Gitterebene E1 (alternativ können sie auch schräg nach oben verlaufen, oder es können zusätzlich zu den vier genannten Diagonalträgern zwei schräg nach oben verlaufende Diagonalträger vorhanden sein). Dadurch fächern sich die vier Diagonalträger 4, 5, entsprechend dem Versatz der beiden Gitterebenen E1 , E2 zueinander, vom jeweiligen Knotenpunkt der äußeren Gitterebene E2 ausgehend quasi sternförmig oder pyramidenförmig auf und stellen die Verbindung zur inneren Gitterebene E1 her. Von den Knotenpunkten der inneren Gitterebene aus betrachtet ergibt sich eine spiegelbildliche Anordnung. Von oben betrachtet (FIG. 3) sieht man eine Dreiecks-Partitionierung. Von den randseitigen Knotenpunkten gehen aufgrund der Randlage unter Umständen weniger als vier Diagonalträger aus.
Wie aus der Draufsicht auf das Schutzgitter 22 von oben gemäß FIG. 3 hervorgeht, sind die Vertikalträger 1 der äußeren Gitterebene E2 vorzugsweise alle auf der derselben Seite der Horizontalträger 3 angeordnet, nämlich vorzugsweise innenliegend, das heißt zur Gebäudewand 24 hin gerichtet. Entsprechendes gilt für die innere Gitterebene E1 , bei der die Vertikalträger 2 innenliegend zu den Horizontalträgern 3' angeordnet sind.
Die Vertikalträger 1 , 2 sind bevorzugt integral, also aus einem Stück hergestellt und weisen vorzugsweise einen doppel-T-förmigen Querschnitt, alternativ einen rechteckigen Querschnitt auf. Entsprechendes gilt für die Horizontalträger 3, 3' und die Diagonalträger 4, 5. Die Träger sind bezüglich ihrer Querschnittsbreite B und Ihrer Querschnittshöhe H bevorzugt wie folgt dimensioniert:
Vertikalträger B/H= 500 - 1000 / 500 - 1000 mm Horizontalträger B/H= 500 - 1000 / 500 - 1000 mm Diagonalträger (horizontal) B/H= 400 - 800 / 400 - 800 mm Diagonalträger (diagonal) B/H= 400 - 800 / 400 - 800+ mm
Bevorzugte Materialien für die Träger sind Stahlsorten mit großer Duktilität und plastischem Verformungsvermögen.
Die strukturelle Dimensionierung des Schutzgitters 22 ist bevorzugt wie folgt:
Abstand zwischen den Vertikalträgern d = 10 - 15 m
Abstand zwischen den Horizontalträgern h = 5 - 10 m
Breite des Schutzgitters b = 10 - 15 m
Abstand des Schutzgitters von der Gebäudewand a = 0,3 - 2,0 m
Die Gesamthöhe und Gesamtbreite des Schutzgitters 22 ist an die Dimensionen des zu schützenden Gebäudes oder Gebäudeabschnitts angepasst.
Das Schutzgitter 22 ist bevorzugt selbstragend ausgeführt und stützt sich vorteilhafterweise zumindest mit einigen, bevorzugt mit allen Vertikalträgern 1 , 2 am Boden 26 ab. Die Vertikalträger 1 , 2 sind dazu in geeigneter Weise am Boden 26 verankert und auf einem Fundament gegründet. Die Vertikalträger 1 , 2 können daher auch als Säulen oder Stützen bezeichnet werden.
Des Weiteren ist das Schutzgitter 22 über eine Mehrzahl von schock- oder energieabsorbierenden Elementen 32 oder Dämpfern mit der Gebäudewand 24 verbunden. Bei diesen energieabsorbierenden Elementen 24 handelt es sich bevorzugt um Rohre 6 oder Hohlzylinder aus Stahl, die derart zwischen dem Schutzgitter 22 und der Gebäudewand 24 angeordnet sind, dass sie beim Aufprall eines Objektes auf das Schutzgitter 22 von vorne (Aufprallrichtung im Wesentlichen in Richtung des Pfeils II in FIG. 1 ) senkrecht zur ihrer Längsachse, also im Querschnitt betrachtet in Radialrichtung 34, zusammengestaucht oder gequetscht und dabei plastisch deformiert werden.
In einer bevorzugten Einbauvariante ist das jeweilige Rohr 6 zwischen den zur Gebäudewand 24 hin gerichteten Vertikalträgern 2 der inneren Gitterebene E1 und der Gebäudewand 24, also in dem dazwischen liegenden Spalt 28 angeordnet. Der Rohrdurchmesser D ist demgemäß maximal so groß wie die Spaltbreite a. Die Längsachse des Rohres 6 ist bevorzugt vertikal, also parallel zum Vertikalträger 2 angeordnet. Bevorzugt ist das Rohr 6 einerseits am Außenumfang fest mit dem zugehörigen Vertikalträger 2 verbunden, insbesondere verschweißt, und andererseits an der Gebäudewand 24 angelehnt. Das Rohr 6 stellt dann ein energieabsorbierendes (Verbindungs-) Element oder eine Halterung / Befestigung / Aufhängung / Abstützung oder ein Auflager zwischen Schutzgitter 22 und Gebäudewand 24 dar.
Alternativ kann sich sogar ein Spalt zwischen der Gebäudewand 24 und dem Rohr 6 befinden. Im zuletzt genannt Fall ist es zweckmäßiger, einfach von einem energieabsorbierenden Element anstelle eines energieabsorbierenden Auflagers zu sprechen.
Es sind aber auch andere Einbauvarianten möglich, bei denen das energieabsorbierende Rohr 6 beispielsweise an einem Horizontalträger 3' der inneren Gitterebene E1 befestigt ist. Weiterhin kann eine Art von Serien- oder Reihenanordnung mit mehreren parallel ausgerichteten, aneinander anliegenden Rohren, die innerhalb des Spaltes 28 zwischen innerer Gitterebene E1 und Gebäudewand 24 angeordnet sind, verwirklicht sein. Die erforderliche Rohrlänge und ihre Anordnung richtet sich nach dem Energieabsorptionsbedarf und ist vom (erwarteten) Aufprallimpuls abhängig.
Zur Erhöhung der Energieabsorptionskapazität ist in dem jeweiligen Rohr 6 vorteilhafterweise ein plastisch deformierbarer Kern 36 angeordnet, der bevorzugt aus kreuzförmig zusammengeschweißten Stahlplatten besteht. In der Quer- Schnittsdarstellung gemäß FIG. 4 bildet der Kern 36 ein Kreuz innerhalb des Rohrumfangs, wobei das Zentrum des Kreuzes mit der Längsachse des Rohres 6 zusammenfällt. Der Kern 36 ist bevorzugt nur in das Rohr 6 eingeklemmt und nicht auf andere Weise an der Rohrinnenwand befestigt.
Bevorzugte Dimensionen der als energieabsorbierende Elemente eingesetzten Rohre 6 sind wie folgt:
Rohrdurchmesser D = 300 - 1000 mm
Wanddicke t = 10 - 25+ mm
Dicke der Platten im Kern T = 10 - 50 mm
Die hier und weiter oben genannten Dimensionsangaben sind auf die Anforderungen beim Schutz eines Kernkraftwerksgebäudes vor Flugzeugabstürzen, insbesondere von vierstrahligen Passagiermaschinen, abgestimmt und wurden im Rahmen numerischer Simulationen verifiziert. Die Dimensionierung variiert im Einzelfall mit den Anforderungen.
Bevorzugte Materialien für die Rohre 6 und Kerne 36 sind Stahlsorten mit großer Duktilität und plastischem Verformungsvermögen
Durch die Verankerung am Fundament wird ein Teil der bei einem Aufprall oder Einschlag eines Objektes auf/in das Schutzgitter 22 aufgenommenen Energie über das Fußauflager abgeleitet. Ein weiterer Teil der Energie wird durch die plastische Deformation des Schutzgitters 22 selber aufgenommen und auf eine größere Aufprallfläche verteilt. Weiterhin wird ein beträchtlicher Teil der Energie von den beim Aufprall nichtlinear deformierten energieabsorbierenden Elementen 32 aufgenommen und nur zu einem kleinen Teil, in stark reduzierter Form auf das Gebäude übertragen. Dadurch wird die Energieweiterleitung auf das zu schützende Gebäude auf ein akzeptables Niveau verringert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gebäude strukturell nicht überlastet wird und aufprallbedingte Schwingungen und Vibrationen auf ein akzeptables Maß begrenzt bleiben. Schließlich wird ein aufprallendes Objekt durch das Schutzgitter 22 in mehrere kleine Trümmerteile zerlegt, die in verschiedene Richtungen abgelenkt werden und mit abgebremster Geschwindigkeit auf verschiedene Stellen der Gebäudewand 24 treffen.
Ein besonderer Vorteil der Konstruktion ist schließlich, dass nicht das gesamte Gebäude umbaut werden muss, sondern die Schutzabdeckung sich räumlich auf die besonders schutzbedürftigen oder sensitiven Abschnitte der Gebäudewand 24 oder Gebäudehülle beschränken kann.
In einer zweckmäßigen Abwandlung der bislang beschriebenen Konstruktion kann die Halterung des Schutzgitters 22 an der Gebäudewand 24 ausschließlich über die energieabsorbierenden Elemente 32 erfolgen, ohne Abstützung am Boden, was beispielsweise beim Schutz von Deckenabschnitten sinnvoll ist. Die Lage und Ausrichtung des Schutzgitters 22 im Raum ist dann natürlich an die Einbausituation anzupassen. Das heißt, die„Vertikalträger" und„Horizontalträger" sind dann anders im Raum ausgerichtet, als es bislang beschrieben ist und als es die hier verwendete Bezeichnung suggeriert.
Schließlich ist es denkbar, dass das Schutzgitter 22 in seiner Formgebung der Außenkontur eines Gebäudes, etwa einem kreisförmigen oder anderweitig gebogenen Außenumfang eines z. B. kuppeiförmigen Kraftwerksgebäudes, folgt. Dies wird zweckmäßigerweise durch abschnittsweise geradlinige Abschnitte wie oben beschrieben mit dazwischen liegenden Knickstellen verwirklicht.
Soweit in der vorstehenden Beschreibung von Stahl die Rede ist, ist damit gemeint, dass die betreffende Komponente zumindest teilweise aus Stahl besteht. Verbundwerkstoffe aus Stahl und anderen Werkstoffen sind damit ausdrücklich eingeschlossen.
Ein besonders wichtiger Anwendungsbereich liegt im Schutz von Kraftwerksgebäuden oder Gebäudehüllen von Kernkraftwerken oder anderen kerntechnischen Anlagen. Selbstverständlich sind auch viele andere Anwendungen zum Schutz vor Industrieanlagen oder militärischen Objekten von Flugzeugabstürzen und dergleichen möglich. Vertikalträger
Vertikalträger
Horizontalträger
Horizontalträger
Diagonalträger
Diagonalträger
Rohr
Schutzsystem
Schutzgitter
Gebäudewand
Boden
Spalt
Knotenpunkt
energieabsorbierendes Element Radialrichtung
Kern innere Gitterebene
äußere Gitterebene

Claims

Ansprüche
1 . Schutzsystem (20) zum Schutz eines Gebäudes vor Flugzeugabstürzen und ähnlichen hochenergetischen Einschlägen mit einem vor einer Gebäudewand (24) mit Abstand zu ihr errichteten dreidimensionalen Schutzgitter (22) aus miteinander verbundenen Trägern (1 bis 5),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schutzgitter (22) sich über eine Mehrzahl von plastisch deformierbaren, energieabsorbierenden Elementen (32) an der Gebäudewand (24) abstützt, wobei das jeweilige energieabsorbierende Element (32) ein Rohr aus Stahl (6) umfasst, welches derart zwischen dem Schutzgitter (22) und der Gebäudewand (24) angeordnet ist, dass die beim Aufprall eines Flugzeuges auf das Schutzgitter (22) übertragene Kraft zumindest überwiegend in Radialrichtung (34) auf das Rohr (6) einwirkt und es im Querschnitt betrachtet zusammenquetscht.
2. Schutzsystem (20) nach Anspruch 1 , wobei sich das Schutzgitter (22) ausschließlich über die energieabsorbierenden Elemente (32) an der Gebäudewand (24) abstützt.
3. Schutzsystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchmesser (D) des Rohrs (6) im Bereich zwischen 0,3 und 1 ,0 m liegt und die Dicke (t) der Rohrwand im Bereich zwischen 10 und 50 mm liegt.
4. Schutzsystem (20) nach Anspruch 3, wobei das Rohr (6) im Rohrinneren einen Kern (36) aus gekreuzten Stahlplatten aufweist.
5. Schutzsystem (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schutzgitter (22) eine parallel zur Gebäudewand (24) angeordnete, aus Stahlträ- gern (2, 3') gebildete innere Gitterebene (E1 ) und eine parallel dazu angeordnete, aus Stahlträgern (1 , 3) gebildete äußere Gitterebene (E2) umfasst, wobei die innere Gitterebene (E1 ) und die äußere Gitterebene (E2) durch Stahlträger (4, 5) miteinander verbunden sind.
6. Schutzsystem (20) nach Anspruch 5, wobei der Abstand (b) der beiden Gitterebenen (E1 , E2) voneinander im Bereich zwischen 10 und 15 m liegt.
7. Schutzsystem (20) nach Anspruch 5 oder 6, wobei sowohl die innere Gitterebene (E1 ) als auch die äußere Gitterebene (E2) ein regelmäßiges Rechteckgitter umfassen, deren Elementarzellen dieselben Abmessungen (d, h) aufweisen, und die zumindest in einer Richtung um eine halbe Gitterkonstante (d/2) gegeneinander verschoben sind.
8. Schutzsystem (20) nach Anspruch 7, wobei die Breite (d) der Elementarzelle im Bereich zwischen 10 und 15 m liegt, und die Höhe (h) der Elementarzelle im Bereich zwischen 5 und 10 m liegt.
9. Schutzsystem (20) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die innere Gitterebene (E1 ) und die äußere Gitterebene (E2) durch Diagonalträger (4, 5) miteinander verbunden sind, die sich jeweils von einem Knotenpunkt (30) einer Gitterebene (E1 ) zu einem Knotenpunkt (30) der anderen Gitterebene (E2) erstrecken.
10. Schutzsystem (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich das Schutzgitter (22) über eine Mehrzahl von Trägern (1 , 2) am Boden (26) abstützt.
1 1 . Schutzsystem (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Träger (1 bis 5) des Schutzgitters (22) einen doppel-T- oder rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Abmessungen im Bereich zwischen 400 und 1000 mm liegen.
12. Schutzsystem (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand (a) des Schutzgitters (22) von der Gebäudewand (24) im Bereich zwischen 0,3 bis 2,0 m liegt.
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