DE102016011572A1

DE102016011572A1 - Bauwerk zur Errichtung an Gewässeroberflächen und Verfahren zu seiner Errichtung

Info

Publication number: DE102016011572A1
Application number: DE102016011572.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Daum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Also published as: WO2018054532A1

Abstract

Es wird ein Bauwerk zur Errichtung an der Oberfläche von Gewässern, insbesondere auf offener See, vorgeschlagen. Das Bauwerk umfasst wenigstens einen schwimmfähigen Auftriebskörper nach Art einer sogenannten ”Tension Leg Platform”, welcher mittels entgegen seiner Auftriebskraft wirksamer Spannmittel am Boden des Gewässers verspannbar ist, sowie wenigstens ein Gebäude, welches an dem Auftriebskörper angeordnet ist. Insbesondere im Hinblick auf eine möglichst einfache und kostengünstige Errichtung eines solchen Bauwerks sieht die Erfindung vor, dass das Gebäude seinerseits schwimmfähig und im schwimmenden Zustand an dem Auftriebskörper anordbar ist, wobei es beispielsweise von einer Tragkonstruktion des Auftriebskörpers getragen oder seinerseits entgegen seines Auftriebs gegen den Auftriebskörper verspannt sein kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Errichtung eines solchen Bauwerks auf offener See.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauwerk zur Errichtung an der Oberfläche von Gewässern, insbesondere auf offener See, umfassend wenigstens einen schwimmfähigen Auftriebskörper, welcher mittels entgegen seiner Auftriebskraft wirksamer Spannmittel am Boden des Gewässers verspannbar ist, sowie wenigstens ein Gebäude, welches an dem Auftriebskörper angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Errichtung eines solchen Bauwerks an der Oberfläche von Gewässern, insbesondere auf offener See.
Bei auf offener See errichteten Bauwerken handelt es sich zumeist um Windkraftanlagen, aber auch um Fernseh-/Rundfunktürme, Brücken- bzw. genauer: Brückenpfeiler- oder dergleichen. Die Montage solcher Bauwerke vor Ort geschieht gegenwärtig in der Regel durch Gießen eines Fundaments auf dem Meeresboden, auf welchem eine Tragplattform errichtet wird, die wiederum als Träger für das jeweilige Gebäude dient. Dies ist insbesondere mit zunehmender Wassertiefe in konstruktiver Hinsicht sehr aufwändig und mit einem hohen Zeitaufwand verbunden, zumal bei den auf hoher See oft herrschenden, widrigen Wetterbedingungen hohe Ausfallzeiten kalkuliert werden müssen.
Darüber hinaus ist es bekannt, auf offener See zu errichtende Bauwerke nicht mittels Fundamenten fest bzw. starr mit dem Meeresboden zu verankern, sondern einen als Tragplattform für das Gebäude dienenden, schwimmfähigen Auftriebskörper vorzusehen, welcher mittels entsprechender Spannmittel, wie beispielsweise Stahlseilen, -tauen bzw. -trossen oder dergleichen, derart am Meeresboden verankert wird, dass der Auftriebskörper entgegen seiner Auftriebskraft unter Wasser gedrückt wird, so dass er gegen den Meeresboden verspannt und dabei stabilisiert wird. Der Auftriebskörper selbst besteht dabei in der Regel aus einer Mehrzahl an miteinander verbundenen Hohlkörpern und weist nach seiner Verspannung gegen den Meeresboden eine vornehmlich horizontale Erstreckung auf. Die Errichtung eines solchen, auch als ”Tension Leg Platform (TLP)” bezeichneten Auftriebskörpers gestaltet sich gegenüber einer fest am Meeresboden verankerten Plattform erheblich einfacher und kostengünstiger, da der beispielsweise modulartig aufgebaute Auftriebskörper einerseits relativ einfach und schnell vor Ort endmontiert werden kann, andererseits kein das gesamte Bauwerk tragendes Fundament einschließlich sich unter der Wasseroberfläche erstreckender Tragstützen vonnöten ist, sondern die Befestigung der Spannmittel am Meeresboden beispielsweise mittels relativ kleiner Fundamente, mittels Gewichten oder mittels geeigneter Bohrpfähle (vgl. z. B. die 10 2014 213 427 A1) oder dergleichen geschehen kann. Zudem übertrifft ihre Stabilität aufgrund des zur Verspannung gegen den Gewässerboden genutzten Auftriebs jene von üblichen Halbtaucherbohrinseln mit an der Gewässeroberfläche schwimmenden Pontons.
Die DE 10 2013 222 081 A1 beschreibt beispielsweise ein zur Errichtung auf offener See vorgesehenes Bauwerk, welches sich eines solchen schwimmfähigen und gegen den Gewässerboden verspannten Auftriebskörpers nach Art einer ”Tension Leg Platform” bedient. Bei dem Gebäude handelt es sich wiederum um eine Windkraftanlage, welche mittels entsprechender Tragstreben fest mit dem Auftriebskörper verbunden ist.
Was die Errichtung des eigentlichen Gebäudes auf hoher See betrifft, so gestaltet sich diese allerdings mehr oder minder unabhängig davon, ob das Gebäude auf einem fest auf dem Gewässerboden verankerten Fundament oder auf einer ”Tension Leg Platform” festgelegt ist, als aufwändig und teuer. Die Montage des Gebäudes vor Ort geschieht hierbei in der Regel mit Hilfe von Montagekranen, welche einzelne, gegebenenfalls vorgefertigte und mittels Schiffen zu ihrem Errichtungsort verbrachte Gebäudeteile, wie beispielsweise Mastelemente einer Windkraftanlage, aufnehmen und auf ihre Montageposition anheben, wobei sie durch den Montagekran in Position gehalten werden müssen, bis sie vollständig aneinander fixiert, insbesondere verschraubt und/oder verschweißt worden sind. Zur Beladung der Schiffe kommen hierbei zu Lande große, mobile Teleskop- oder Gittermastkranen zum Einsatz, welche in der Regel eine besondere Einebnung/Verdichtung des Bodens erfordern. Zu Wasser finden spezielle Hubschiffe Verwendung, auf welchen ein entsprechender Montagekran errichtet ist und welche durch absenkbare Stützen auf dem Meeresgrund aufstellbar sind, so dass der Kran stationär und vom Seegang unabhängig aufgestellt ist. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz solcher Kranen einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt, welcher die An- und Ablieferung des Krans selbst sowie dessen Aufbau einschließt, der beispielsweise bei der Errichtung seines Auslegers einen Einsatz von Gegengewichten erforderlich macht. Hinzukommt, dass am Errichtungsort auf hoher See naturgemäß oft starke Winde bzw. allgemein ungünstige Wetterverhältnisse herrschen, was nicht ausschließlich für eine Errichtung solcher Bauwerke im Offshore-Bereich gilt. Dabei kann es vorkommen, dass für den vorgesehenen Standort des Bauwerks nur wenige Monate eines Jahres überhaupt die Voraussetzungen für eine Montage bieten können. Demgegenüber erfordert jedoch die herkömmliche Errichtung des Bauwerks bzw. des Gebäudes auf der jeweiligen ”Tension Leg Platform” zumeist einige Wochen und kann sich durch ungünstige Wetterverhältnisse, bei welchen jegliche Arbeiten unterbrochen werden müssen, leicht erheblich verlängern. Entsprechendes gilt für den Fall, in dem es sich bei dem auf dem schwimmfähigen Auftriebskörper zu errichtenden Bauwerk nicht um eine Windkraftanlage handelt, sondern beispielsweise um ein bewohnbares Gebäude, wie eine Forschungsstation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauwerk zur Errichtung an der Oberfläche von Gewässern sowie ein Verfahren zu dessen Errichtung der eingangs genannten Art auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass die oben genannten Nachteile zumindest weitestgehend vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Bauwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Gebäude seinerseits schwimmfähig und im schwimmenden Zustand an dem Auftriebskörper anordbar ist.
In verfahrenstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe ferner ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, welches die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen wenigstens eines schwimmfähigen Auftriebskörpers;
– Verspannen des Auftriebskörpers entgegen seiner Auftriebskraft am Boden des Gewässers mittels Spannmitteln;
– Bereitstellen wenigstens eines schwimmfähigen Gebäudes;
– Zuwasserlassen des Gebäudes und Ausrichten desselben in Bezug auf den Auftriebskörper; und
– Anordnen des schwimmenden Gebäudes an dem Auftriebskörper.

Die Erfindung zeichnet insoweit von einer völligen Abkehr vom Stand der Technik aus, als das auf dem schwimmfähigen, gegen den Boden des Gewässers verspannten Auftriebskörper zu errichtende Gebäude des Bauwerks, bei welchem es sich beispielsweise um ein Wohn- oder Bürogebäude, um ein Hotel, eine Forschungsstation oder dergleichen handeln kann, selbst schwimmfähig ist und folglich zu Lande mehr oder minder komplett vormontiert werden kann, wonach es – sei es auf Schiffen oder sei es insbesondere im schwimmenden, mittels eines Schiffes geschleppten Zustand – zum Errichtungsort des Auftriebskörpers verbracht und in sehr kurzer Zeit nur noch in Bezug auf den Auftriebskörper ausgerichtet und an diesem angeordnet werden muss, was beispielsweise auf die weiter unten erläuterten Weisen geschehen kann. Bei dem Gebäude kann es sich folglich um eine Art ”Hybrid” handeln, nachdem es sowohl die Eigenschaften eines – nicht notwendigerweise selbst angetriebenen – Schiffes als auch eines üblichen Gebäudes aufweist.
Das schwimmfähige Gebäude des erfindungsgemäßen Bauwerks kann dabei insbesondere lösbar an dem Auftriebskörper angeordnet sein, wobei es, sofern gewünscht, selbstverständlich auch möglich ist, das Gebäude unlösbar, beispielsweise mittels Schweißen, Betonieren oder dergleichen, unlösbar mit dem Auftriebskörper zu verbinden, nachdem es in Bezug auf diesen ausgerichtet und an diesem angeordnet worden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper eine zumindest abschnittsweise zur Außenkontur des Gebäudes komplementäre Tragkonstruktion aufweist, auf welcher das Gebäude, insbesondere im Wesentlichen formschlüssig, getragen ist. Die Tragkonstruktion kann dabei insbesondere bereits an dem Auftriebskörper – sei es lösbar oder sei es unlösbar – vormontiert sein, wobei sie aufgrund ihrer zur Außenkontur des Gebäudes komplementären Ausgestaltung gewährleistet, dass das Gebäude lediglich auf die Außenkontur aufgesetzt werden muss, um von letzterer in abgestützter Weise, insbesondere formschlüssig, getragen zu sein.
Die Tragkonstruktion des Auftriebskörpers kann in diesem Zusammenhang beispielsweise wenigstens eine Tragschale und/oder wenigstens einen Tragring aufweisen, auf welcher bzw. welchem das Gebäude getragen ist, wobei die tragschale bzw. der Tragring, wie oben erwähnt, insbesondere eine bezüglich der Außenkontur des Gebäudes komplementäre Innenkontur besitzt, welche eine auf der Tragkonstruktion abgestützte Anordnung des Gebäudes an dem Auftriebskörper gewährleistet, ohne das zusätzliche Befestigungsmittel zwingend erforderlich sind. Gleichwohl können solche selbstverständlich kumulativ vorgesehen sein, wobei die Tragstruktur einerseits und das Gebäude andererseits beispielsweise zueinander komplementäre Zentriervorsprünge bzw. -ausnehmungen aufweisen können oder auch miteinander fluchtende Bohrungen oder dergleichen vorgesehen sein können, über welche das Gebäude, z. B. mittels Bolzen oder dergleichen, fest mit der Tragkonstruktion verbunden werden kann, nachdem es auf die Tragkonstruktion aufgesetzt worden ist. Die konkrete Ausgestaltung der Tragkonstruktion muss dabei freilich den statischen und dynamischen Anforderungen (insbesondere gegenüber Windlasten und Wellengang) genügen, kann aber grundsätzlich in beliebig bekannter Weise implementiert sein. Als sowohl statisch als auch dynamisch stabile Tragkonstruktion hat sich beispielsweise eine Mehrzahl an, vorzugsweise mindestens drei oder höchst vorzugsweise mindestens vier, Tragstützen bewährt, welche sich von dem zur Aufnahme des Gebäudes dienenden Tragring bzw. von der Tragschale schräg nach außen und unten fort erstrecken, mit Vorteil im Wesentlichen äquidistant um den Umfang des Tragrings bzw. der Tragschale verteilt angeordnet und an ihrem unteren Ende mit dem Auftriebskörper verbunden sind, welcher seinerseits beispielsweise eine im Wesentlichen ring-, vorzugsweise etwa kreisringförmige, Ausgestaltung besitzen kann.
In Bezug auf ein vorteilhaftes Verfahren zur Errichtung einer solchen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauwerks kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein mit einer zumindest abschnittsweise zur Außenkontur des Gebäudes komplementären Tragstruktur versehener Auftriebskörper verwendet wird, welcher, insbesondere durch Fluten desselben, auf ein Niveau abgesenkt wird, in welchem sich die Tragstruktur gänzlich unterhalb des schwimmenden Gebäudes befindet, wonach das Gebäude oberhalb der Tragstruktur ausgerichtet und der Auftriebskörper, insbesondere durch Entleeren desselben, infolge seines Auftriebs auf ein Niveau angehoben wird, auf welchem seine Tragkonstruktion das Gebäude zu tragen vermag. Wie weiter unten noch näher beschrieben, kann der schwimmfähige Auftriebskörper zu diesem Zweck folglich vorzugsweise einen oder mehrere Hohlkörper umfassen, welche bedarfsweise, z. B. mittels verschließbarer Öffnungen, zumindest teilweise mit Umgebungswasser befüllt und, z. B. mittels geeigneter Pumpen, wieder entleert werden können. Das Gebäude kann sich dabei in seinem an dem Auftriebskörper angeordneten Zustand je nach Wunsch gänzlich oberhalb der Wasseroberfläche befinden, oder es kann auch teilweise unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sein, so dass es einen gewissen Auftrieb erfährt, welcher die auf den Auftriebskörper wirkende Traglast zu vermindern vermag, so dass letzterer z. B. kleiner dimensioniert werden kann. In beiden Fällen ergibt sich eine stabile Anordnung des schwimmfähigen Gebäudes an dem Auftriebskörper, welcher aufgrund seiner Verspannung gegen den Gewässerboden auch bei hohem Wellengang keine nennenswerten Schwankungen vollzieht, was folglich auch für das auf der Tragkonstruktion des Schwimmkörpers ruhende Gebäude gilt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Gebäude seinerseits mittels entgegen seiner Auftriebskraft wirksamer, insbesondere auf Winden aufwickelbarer, Seile gegen den Auftriebskörper verspannt ist. In diesem Fall ist das Gebäude folglich in im Wesentlichen entsprechender Weise gegen den Auftriebskörper verspannt wie letzterer gegen den Boden des Gewässers, so dass sich das Gebäude in seinem an dem Auftriebskörper angeordneten Zustand folglich teilweise unter der Wasseroberfläche befindet, und zwar auf einem solchen Niveau, auf welchem es eine zu seiner Verspannung gegen den Auftriebskörper hinreichenden Auftrieb erfährt.
Insbesondere, wenngleich nicht notwendigerweise, bei letztgenannter Ausführungsform kann überdies vorgesehen sein, dass das Gebäude mit einem Antrieb ausgestattet ist, welcher ihm anlässlich seiner Montage an dem Auftriebskörper eine selbsttätige Ausrichtung in Bezug auf denselben oder auch eine eigenständige Fortbewegung nach Art eines Schiffes ermöglichen kann, so dass es wahlweise zwischen mehreren, am Boden des Gewässers verspannten Auftriebskörpern verkehren und an diesen ”andocken” kann. Ein solcher Antrieb kann vorzugsweise eine oder insbesondere zwei motorisch angetriebene Schrauben nach Art herkömmlicher Schiffsschrauben umfassen, welche mit Abstand voneinander an dem schwimmfähigen Gebäude angeordnet und zweckmäßigerweise um eine, insbesondere im Wesentlichen senkrechte, Achse schwenkbar sind, so dass sowohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen des Gebäudes im Wasser einfach und schnell ausgeführt werden können.
Um die Schwimmstabilität des Gebäudes insbesondere anlässlich der Anordnung an dem Auftriebskörper zu verbessern, kann das Gebäude überdies selbstverständlich mit Schwimmstabilisatoren versehen sein, wie beispielsweise mit solchen, wie sie in Form von Schiffsstabilisatoren bekannt sind (wie z. B. in Form von Schlingerkielen, Flossenstabilisatoren und dergleichen). Dabei kann das schwimmfähige Gebäude insbesondere wenigstens einen, an seiner Unterseits angeordneten und wahlweise mit Umgebungswasser flutbaren bzw. entleerbaren Ballasttank bzw. Tankstabilisator aufweisen, so dass eine einfache und schnelle Ausrichtung des schwimmenden Gebäudes in Vertikalrichtung möglich ist, indem sein Schwerpunkt durch Fluten des Ballasttanks abgesenkt wird, und ferner auch eine Niveauabsenkung bzw. -anhebung des schwimmenden Gebäudes durch Fluten bzw. Entleeren des Ballasttanks gewährleistet ist. Der Ballasttank kann dabei grundsätzlich als abgeschlossener Raum an der Unterseits des schwimmfähigen Gebäudes ausgestaltet sein, wobei er jedoch vorzugsweise, beispielsweise mittels Sicherheitsschleusen, mit dem begehbaren Innenraum des Gebäudes in Verbindung steht, um im entleerten Zustand als zusätzlicher Nutzraum zur Verfügung zu stehen.
In Bezug auf ein vorteilhaftes Verfahren zur Errichtung einer solchen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauwerks mit einem entgegen seiner Auftriebskraft wirksamen Verspannung des Gebäudes gegen den Auftriebskörper kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Auftriebskörper auf einem Niveau unterhalb der Wasseroberfläche gegen den Boden des Gewässers verspannt wird, in welchem er sich zumindest gänzlich unterhalb des schwimmenden Gebäudes befindet, wonach das Gebäude – sei es mittels eines eigenen Antriebs oder sei es von einem Schiff geschleppt – oberhalb des Auftriebskörpers ausgerichtet und entgegen seiner Auftriebskraft mittels Seilen, insbesondere lösbar, gegen den Auftriebskörper verspannt wird. Eine lösbare Verankerung der Seile, worunter im Rahmen der vorliegenden Offenbarung selbstverständlich auch Taue, Trossen und dergleichen verstanden werden, an dem Auftriebskörper und/oder insbesondere an dem schwimmenden Gebäude kann mittele beliebiger bekannter Verbindungen, wie mittels in Ösen eingreifender Haken oder dergleichen, gewährleistet sein.
Die Verspannung des Gebäude gegen den Auftriebskörper kann beispielsweise derart geschehen, indem das Gebäude zunächst, insbesondere durch Fluten eines Ballasttanks desselben der oben genannten Art, auf ein tieferes Niveau abgesenkt (der Auftrieb des schwimmenden Gebäudes wird folglich vorübergehend vermindert), sodann mittels der Seile mit Spiel mit dem Auftriebskörper verbunden und schließlich, insbesondere durch Entleeren des Ballasttanks desselben, auf ein Niveau angehoben wird (der Auftrieb des schwimmenden Gebäudes wird folglich wieder erhöht), in welchem es infolge mittels der Seile gegen den Auftriebskörper verspannt ist. Stattdessen kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Gebäude zunächst mittels der auf Winden aufgewickelten Seile mit Spiel mit dem Auftriebskörper verbunden wird, wonach die Winden betätigt werden, um das Gebäude auf ein Niveau abzusenken, in welchem es wiederum infolge Auftriebs mittels der Seile gegen den Auftriebskörper verspannt ist. Sofern das Gebäude mit einem in Rotation versetzbare Schrauben versehenen Antrieb ausgestattet ist, kann dieser Antrieb beispielsweise zugleich als Antrieb der Winden dienen, um das schwimmende Gebäude gegen den Auftriebskörper zu verspannen. Auch in diesem Fall ergibt sich eine stabile Anordnung des schwimmfähigen Gebäudes an dem Auftriebskörper, wobei der Auftriebskörper aufgrund seiner Verspannung gegen den Gewässerboden sowie das Gebäude aufgrund einer entsprechenden Verspannung gegen den Auftriebskörper auch bei hohem Wellengang keine nennenswerten Schwankungen vollziehen können.
Wie bereits erwähnt, kann die Ausrichtung des schwimmenden Gebäudes in Bezug auf den Auftriebskörper im Übrigen vorzugsweise

– mittels wenigstens eines, das schwimmende Gebäude schleppenden Schiffes; oder
– mittels eines eigenen Antriebs des schwimmenden Gebäudes, welcher insbesondere wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordnete und vorzugsweise schwenkbare Schrauben umfasst,

Um das schwimmfähige Gebäude sowohl anlässlich seines ”Andockens” an den Auftriebskörper als auch in seinem an dem Auftriebskörper angeordneten Zustand gegenüber hieran angreifender Kräfte infolge Windlast, Wellengang und dergleichen möglichst unempfindlich zu machen, kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Gebäude

– einen im Wesentlichen runden, ovalen oder vieleckigen, insbesondere wenigstens sechseckigen, Querschnitt aufweist und/oder
– sich vertikal nach unten und/oder vertikal nach oben verjüngt,

Wie bereits angedeutet, kann der Auftriebskörper zum Zwecke einer einfachen und kostengünstigen Herstellung sowie einer einfachen und schnellen Endmontage mit Vorteil modulartig aufgebaut sein und eine Mehrzahl an miteinander verbundenen Hohlkörpern aufweisen, welche insbesondere einzeln, gruppenweise oder gemeinsam mit Umgebungswasser flutbar sind.
Darüber hinaus kann das schwimmfähige Gebäude zweckmäßigerweise eine Schalung aus einem korrosionsfesten Material, insbesondere aus der Gruppe Textilbeton, Carbonbeton und faserverstärkter Kunststoff einschließlich Verbundmaterialien derselben, aufweisen oder im Wesentlichen gänzlich hieraus gefertigt sein. Entsprechendes gilt weitestgehend für den Auftriebskörper einschließlich seiner gegebenenfalls vorgesehenen Tragkonstruktion, welche selbstverständlich auch aus Metall(legierung)en, wie korrosionsfestem Stahl und dergleichen, gefertigt sein können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische perspektivische Gesamtansicht einer Ausführungsform eines an der Meeresoberfläche errichteten, erfindungsgemäßen Bauwerks mit einem schwimmfähigen Auftriebskörper und einem von dessen Tragkonstruktion getragenen, schwimmfähigen Gebäude;
2 eine schematische perspektivische Detailansicht des auf der Tragkonstruktion des Auftriebskörpers ruhenden Gebäudes des Bauwerks gemäß 1;
3 eine im Wesentlichen der 2 entsprechende Ansicht mit geschnittener Darstellung des Gebäudes;
4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines an der Meeresoberfläche errichteten, erfindungsgemäßen Bauwerks mit einem schwimmfähigen Auftriebskörper und einem mittels Seilen hiergegen verspannten, schwimmfähigen Gebäude in einer Situation, in welcher das schwimmende Gebäude mittels der Seile an dem Auftriebskörper festgelegt, aber noch nicht verspannt worden ist; und
5 eine der 4 entsprechende schematische Seitenansicht desselben Bauwerks nach Verspannen des schwimmenden Gebäudes gegen den Auftriebskörper infolge Auftriebs.
Die in der 1 in ihrer Gesamtheit schematisch wiedergegebene Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, an der Oberfläche von Gewässern, insbesondere auf hoher See, errichteten Bauwerks umfasst als wesentliche Bestandteile vornehmlich ein schwimmfähiges Gebäude 1, einen schwimmfähigen Auftriebskörper 2 und eine Tragkonstruktion 3, welche beispielsweise fest mit dem Auftriebskörper 2 verbunden ist.
Wie der 1 zu entnehmen ist, befindet sich der Auftriebskörper 2 gänzlich unterhalb der Wasseroberfläche 4 und ist mittels einer Mehrzahl von an seiner Unterseite festgelegten Spannmitteln 5, wie beispielsweise in Form von Stahlseilen, -tauen bzw. -trossen oder dergleichen, am Boden 6 des Gewässers verankert. Der Auftriebskörper 2 wird auf diese Weise mittels der Spannmittel 5 entgegen seiner nach oben wirkenden Auftriebskraft unter Wasser gedrückt, so dass er gegen den Gewässerboden 6 verspannt und dabei stabilisiert ist. Die Verankerung des Auftriebskörpers 2 am Gewässerboden 6 kann dabei durch beliebige, aus dem Stand der Technik bekannte Mittel geschehen, wie sie eingangs erwähnt und im Übrigen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist der Auftriebskörper 2 beispielsweise im Wesentlichen (kreis)ringförmig ausgestaltet und besitzt ferner einen etwa (kreis)ringförmigen Querschnitt. Er kann insbesondere modulartig aus einer Mehrzahl an nicht im Einzelnen dargestellten Ringsegmenten in Form von Hohlkörpern zusammengesetzt sein, welche, z. B. mittels mit Sperrventilen ausgestatteter Öffnungen, mit Umgebungswasser geflutet sowie, z. B. mittels geeigneter Pumpen, entleert werden können (ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt). Seine Tragkonstruktion 3 umfasst im vorliegenden Fall mehrere – hier vier – Tragstützen 7, welche z. B. eine etwa stabförmige Gestalt besitzen und sich von der Oberseite des Auftriebskörpers 2 schräg nach innen und oben erstrecken. An den dem Auftriebskörper 2 abgewandten (oberen) Enden der Tragstützen 7 sind letztere mit einem Tragring 8 verbunden, welcher eine zur Außenkontur des Gebäudes 1 komplementäre Innenkontur aufweist. Weist letzteres folglich wie im vorliegenden Fall eine etwa kugelförmige Ausgestaltung auf, so ist der Tragring 8 von im Wesentlichen kugelsegmentförmiger Gestalt, so dass das Gebäude 1 beispielsweise formschlüssig und insbesondere lösbar auf dem Tragring 8 der Tragkonstruktion 3 des Auftriebskörpers 2 getragen ist.
Wie bereits angesprochen, weist das Gebäude 1 eine in Bezug auf eine vertikale Längsmittelachse desselben achssymmetrische Form auf und ist im vorliegenden Fall etwa kugelförmig ausgestaltet, um ihm einerseits eine hohe Schwimmstabilität, andererseits geringstmögliche Angriffsflächen gegenüber Wind- und Wellenlasten zu verleihen. In der 3 ist ferner erkennbar, dass das Gebäude 1 mit Schwimmstabilisatoren ausgestattet sein kann, welche im vorliegenden Fall einen oder mehrere an seiner Unterseits angeordnete Ballasttanks 10 umfassen, welche wahlweise mit Umgebungswasser geflutet bzw. entleert werden können und insbesondere mittels Schleusen mit dem übrigen Innenraum des Gebäudes 1 in Verbindung stehen, um sie im entleerten Zustand einer Nutzung zugänglich zu machen. Das Gebäude 1, welches beispielsweise vornehmlich aus Carbonbeton, also einem carbonfaserbewehrten, sowohl druck- als auch insbesondere zugfesten Beton, gefertigt sein kann, kann im Übrigen einen zeichnerisch nicht wiedergegebenen Antrieb, wie nach Art von Schiffsschrauben oder dergleichen, umfassen oder auch antriebslos sein, so dass es im schwimmenden Zustand mittels Schiffen geschleppt werden kann.
Wie schließlich wiederum aus der 1 hervorgeht, kann der Auftriebskörper 2 auf einem solchen Niveau gegen den Gewässerboden 6 verspannt sein, dass das auf seiner Tragkonstruktion 3 ruhende Gebäude 1 mit seinem unteren Abschnitt teilweise unterhalb der Wasseroberfläche 4 angeordnet ist (das Gebäude 1 erfährt folglich einen gewissen Auftrieb und vermindert dadurch die von dem Auftriebskörper 2 aufzunehmende Last), oder der Auftriebskörper 2 kann auch auf einem demgegenüber höheren Niveau gegen den Gewässerboden 6 verspannt sein, dass seine Tragkonstruktion 3 zumindest größtenteils von der Wasseroberfläche 4 herausragt und sich hierauf ruhende Gebäude 1 praktisch gänzlich oberhalb der Wasseroberfläche 4 befindet (nicht gezeigt).
Die Errichtung des Bauwerks gemäß den 1 bis 3 vollzieht sich in verhältnismäßig einfacher und kostengünstiger Weise beispielsweise dergestalt, dass zunächst der mit der Tragkonstruktion 3 versehene schwimmfähige Auftriebskörper 2 bereitgestellt wird, indem er beispielsweise zu Lande vormontiert wird. Sodann kann er in herkömmlicher Weise mittels geeigneter Schleppschiffe an den vorgesehenen Standort, beispielsweise auf offener See oder auch in einem Binnengewässer, verbracht werden, wo er gemäß dem Stand der Technik mittels der Spannmittel 5 auf dem gewünschten Niveau gegen den Boden 6 des Gewässers verspannt wird, um eine sogenannte ”Tension Leg Platform” zu bilden. Darüber hinaus wird das schwimmfähige Gebäude 1 bereitgestellt, indem es beispielsweise gleichfalls zu Lande vormontiert und zu Wasser gelassen wird, um es – sei es mittels eines eigenen Antriebs oder sei es mittels eines Schleppschiffs – gleichfalls zum Errichtungsort des gegen den Gewässerboden 6 verspannten Auftriebskörpers 2 zu verbringen, wobei Ballasttanks 10 gegebenenfalls geflutet werden können, um dem Gebäude 1 eine höhere Schwimmstabilität zu verleihen. Zwecks Anordnung des schwimmenden Gebäudes 1 auf der Tragschale 8 der Tragkonstruktion 3 des Auftriebskörpers 2 kann letzterer z. B. so lange geflutet werden, bis er infolge Schwerkraft auf ein Niveau absinkt, in welchem er sich gänzlich unterhalb des Niveaus des schwimmenden Gebäudes 1 befindet. Sodann wird das Gebäude 1 – sei es wiederum es mittels eines eigenen Antriebs oder sei es mittels eines Schleppschiffs – derart in Bezug auf den Auftriebskörper 2 ausgerichtet, dass es sich senkrecht oberhalb der Tragschale 8 seiner Tragkonstruktion 2 befindet. Sodann kann das Gebäude dadurch an dem Auftriebskörper 2 angeordnet werden, indem letzterer entleert wird, so dass er wieder einen Auftrieb erfährt und auf sein ursprüngliches Niveau angehoben wird, in welchem er mittels der Spannmittel 5 gegen den Gewässerboden 6 verspannt ist. Das Gebäude 1 wird dabei auf der Tragschale 8 der Tragkonstruktion 3 des Auftriebskörper aufgenommen und kommt, insbesondere unter Formschluss, zur dauerhaften Abstützung, wobei es selbstverständlich zusätzlich mittels beliebiger bekannter Befestigungsmittel, wie Schrauben, Bolzen oder dergleichen, mit dem Tragring verbunden werden kann.
Bei der in den 4 und 5 in stark schematisierter Form wiedergegebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, an der Oberfläche von Gewässern, insbesondere auf hoher See, errichteten Bauwerks sind identische bzw. wirkungsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen und bedürfen keiner nochmaligen Erörterung. Die in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich dabei von jener gemäß den 1 bis 3 vornehmlich dadurch, dass der Auftriebskörper 2, welcher mittels der Spannmittel 5 wiederum eine sogenannte ”Tension Leg Platform” bildet, keine Tragkonstruktion 3 (siehe 1 bis 3) aufweist, sondern seinerseits zum Verspannen des schwimmenden Gebäudes 1 entgegen dessen Auftriebskraft dient. Zu diesem Zweck sind eine Mehrzahl an, beispielsweise etwa gleichmäßig an Umfang des Auftriebskörpers 2 festgelegten, Seilen 11 vorgesehen, welche z. B. im Bereich ihres dem Auftriebskörper 2 entgegengesetzten Endes mittels geeigneter Schwimmkörper, wie Bojen oder dergleichen, an der Wasseroberfläche 4 gehalten sein können, um sie mit geeigneten Befestigungsmitteln des Gebäudes 1, wie Haken, Ösen oder dergleichen, insbesondere lösbar verbinden zu können.
Die Anordnung des Gebäudes 1 an dem Auftriebskörper 2 kann in diesem Fall folglich beispielsweise derart vonstatten gehen, dass, wie in der 4 veranschaulicht, das schwimmende Gebäude 1 – sei es mittels eines eigenen Antriebs oder sei es mittels eines Schleppschiffs – oberhalb des Auftriebskörpers 2 ausgerichtet wird, welcher sich auf einem Niveau gänzlich unterhalb des schwimmenden Gebäudes 1 befindet. Sodann wird das schwimmende Gebäude 1 mittels der Seile 11 mit dem Auftriebskörper 2 verbunden, wonach die Seile 11 verkürzt werden, um das Gebäude 1 entgegen seiner Auftriebskraft gegen den Auftriebskörper 2 zu verspannen (vgl. die 5). Das Verkürzen der Seile 11 kann dabei insbesondere mittels an dem Gebäude 1 angeordneter Winden 12 geschehen, welche zweckmäßigerweise motorisch betätigbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise auch denkbar, dass das Gebäude 1 zunächst durch Fluten seiner Ballasttanks 10 und dadurch bedingtem verminderten Auftrieb auf ein tieferes Niveau abgesenkt und sodann mittels der Seile 11 mit dem Auftriebskörper 2 verbunden wird, wonach die Ballasttanks 10 entleert werden, so dass das Gebäude 1 infolge erhöhten Auftriebs wieder auf ein höheres Niveau angehoben und dadurch gegen den Auftriebskörper 2 verspannt wird.
Das schwimmfähige Gebäude 1 kann im Übrigen zweckmäßigerweise im Wesentlichen energieautark sein, indem seine Oberfläche mit einer Mehrzahl an Photovoltaikzellen versehen ist, welche mit einem Stromspeicher in leitender Verbindung stehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013222081 A1 [0004]

Claims

Bauwerk zur Errichtung an der Oberfläche (4) von Gewässern, insbesondere auf offener See, umfassend wenigstens einen schwimmfähigen Auftriebskörper (2), welcher mittels entgegen seiner Auftriebskraft wirksamer Spannmittel (5) am Boden (6) des Gewässers verspannbar ist, sowie wenigstens ein Gebäude (1), welches an dem Auftriebskörper (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) seinerseits schwimmfähig und im schwimmenden Zustand an dem Auftriebskörper (2) anordbar ist.
Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) lösbar an dem Auftriebskörper (2) angeordnet ist.
Bauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (2) eine zumindest abschnittsweise zur Außenkontur des Gebäudes (1) komplementäre Tragkonstruktion (3) aufweist, auf welcher das Gebäude (1), insbesondere im Wesentlichen formschlüssig, getragen ist.
Bauwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkonstruktion (3) des Auftriebskörpers (2) wenigstens eine Tragschale (8) und/oder wenigstens einen Tragring aufweist, auf welcher bzw. welchem das Gebäude (1) getragen ist.
Bauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) seinerseits mittels entgegen seiner Auftriebskraft wirksamer, insbesondere auf Winden (12) aufwickelbarer, Seile (11) gegen den Auftriebskörper (2) verspannt ist.
Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) mit einem Antrieb ausgestattet ist, welcher insbesondere wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordnete, vorzugsweise schwenkbare, Schrauben umfasst.
Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) mit Schwimmstabilisatoren ausgestattet ist, wobei es insbesondere wenigstens einen, an seiner Unterseits angeordneten und wahlweise mit Umgebungswasser flutbaren Ballasttank (10) aufweist.
Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) – einen im Wesentlichen runden, ovalen oder vieleckigen, insbesondere wenigstens sechseckigen, Querschnitt aufweist und/oder – sich vertikal nach unten und/oder vertikal nach oben verjüngt, wobei es insbesondere im Wesentlichen kugel- oder eiförmig ausgestaltet ist.
Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (2) modulartig aufgebaut ist und eine Mehrzahl an miteinander verbundenen Hohlkörpern aufweist, welche insbesondere einzeln, gruppenweise oder gemeinsam mit Umgebungswasser flutbar sind.
Bauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) und/oder der Auftriebskörper (2) eine Schalung aus einem korrosionsfesten Material, insbesondere aus der Gruppe Textilbeton, Carbonbeton und faserverstärkter Kunststoff einschließlich Verbundmaterialien derselben, aufweist oder im Wesentlichen gänzlich hieraus gefertigt ist.
Verfahren zur Errichtung eines Bauwerks nach einem der vorangehenden Ansprüche an der Oberfläche (4) von Gewässern, insbesondere auf offener See, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen wenigstens eines schwimmfähigen Auftriebskörpers (2); – Verspannen des Auftriebskörpers (2) entgegen seiner Auftriebskraft am Boden (6) des Gewässers mittels Spannmitteln (5); – Bereitstellen wenigstens eines schwimmfähigen Gebäudes (1); – Zuwasserlassen des Gebäudes (1) und Ausrichten desselben in Bezug auf den Auftriebskörper (2); und – Anordnen des schwimmenden Gebäudes (1) an dem Auftriebskörper (2).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer zumindest abschnittsweise zur Außenkontur des Gebäudes (1) komplementären Tragstruktur (3) versehener Auftriebskörper (2) verwendet wird, welcher, insbesondere durch Fluten desselben, auf ein Niveau abgesenkt wird, in welchem sich die Tragstruktur (3) gänzlich unterhalb des schwimmenden Gebäudes (1) befindet, wonach das Gebäude (1) oberhalb der Tragstruktur (3) ausgerichtet und der Auftriebskörper (2), insbesondere durch Entleeren desselben, infolge seines Auftriebs auf ein Niveau angehoben wird, auf welchem seine Tragkonstruktion (3) das Gebäude (1) zu tragen vermag.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (2) auf einem Niveau unterhalb der Wasseroberfläche (4) gegen den Boden (6) des Gewässers verspannt wird, in welchem er sich gänzlich unterhalb des schwimmenden Gebäudes (1) befindet, wonach das Gebäude (1) oberhalb des Auftriebskörpers (2) ausgerichtet und entgegen seiner Auftriebskraft mittels Seilen (11), insbesondere lösbar, gegen den Auftriebskörper (2) verspannt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude (1) dadurch gegen den Auftriebskörper (2) verspannt wird, indem es – zunächst, insbesondere durch Fluten eines Ballasttanks (10) desselben, auf ein tieferes Niveau abgesenkt, sodann mittels der Seile (11) mit Spiel mit dem Auftriebskörper (2) verbunden und schließlich, insbesondere durch Entleeren des Ballasttanks (10) desselben, auf ein Niveau angehoben wird, in welchem es mittels der Seile (11) gegen den Auftriebskörper (2) verspannt ist; oder – zunächst mittels der auf Winden (12) aufgewickelten Seile (11) mit Spiel mit dem Auftriebskörper (2) verbunden wird, wonach die Winden (12) betätigt werden, um das Gebäude (1) auf ein Niveau abzusenken, in welchem es mittels der Seile (11) gegen den Auftriebskörper (2) verspannt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des schwimmenden Gebäudes (1) in Bezug auf den Auftriebskörper (2) – mittels wenigstens eines, das schwimmende Gebäude (1) schleppenden Schiffes; oder – mittels eines eigenen Antriebs des schwimmenden Gebäudes (1), welcher insbesondere wenigstens zwei mit Abstand voneinander angeordnete, vorzugsweise schwenkbare, Schrauben umfasst, geschieht.