DE3714354A1 - Gebaeude aus betonwaenden, insbesondere fuer kerntechnische anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebäude aus Betonwänden, insbeson­ dere 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 (Spe­ zialfall 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 Ge­ bäudes im Bereich von exponierten Stellen zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit einem Dämpfungsmaterial ge­ füllten Hohlraum bilden. Der Hohlraum kann auch mit einer zu­ sätzlichen 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 Beschleunigungs­ kräfte sowohl in bezug auf Standsicherheit als auch die zu er­ wartenden Spannungen. Damit unterscheidet sich die Erfindung von dem aus den DAS 10 52 095 und 12 99 404 sowie der EP-OS 00 09 654 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 leit­ technischen Komponenten. Die Funktionsfähigkeit dieser Systeme wurde bisher für einen Frequenzbereich bis ca. 35 Hz nachge­ wiesen, wie dies z.B. bei Erdbeben zu erwarten ist. Die nun­ mehr bestehende Forderung, die Funktionsfähigkeit auch bei hohen Beschleunigungswerten im Frequenzbereich bis 80 Hz nach­ zuweisen, 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 vorteil­ haft 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 Einleitunn von Kräften, die von außen aufgebracht werden, ins Innere der Gebäude, wird beson­ ders 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 Stahlfaser­ betons 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 opti­ miert werden und durch das Füllmaterial bestimmt sein.

Eine wirtschaftlich besonders vielversprechende Ausführungs­ form der Erfindung, die sich auch für Nachrüstungen eignet, besteht darin, daß ein zweilagiger Wandbereich als vorgefer­ tigtes 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 Zeich­ nung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch das Reaktorgebäude eines Druck­ wasserreaktors 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 im Dachbereich des Reaktorgebäudes,

Fig. 5 in einem Teilschnitt durch das Reaktorgebäude die zwei­ lagige Ausbildung der Betonwand im Bereich einer im Gebäude­ inneren liegenden tragenden Decke,

Fig. 6 eine zweilagige Ausbildung der Betonwand des Reaktor­ gebäudes die über zwei im Gebäudeinneren gelegene Decken reicht und

Fig. 7 die Verwendung von vorgefertigten Bauelementen zur Ver­ wirklichung der Erfindung in einem Teilschnitt.

Das in Fig. 1 gezeichnete Reaktorgebäude 1 eines Druckwasser­ reaktors 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 Be­ reich von einer halbkugelförmigen Dachpartie 3 des Reaktorge­ bäudes 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 Aus­ führung als stark armierter Stahlbeton z.B. 2 m. Damit ist sichergestellt, daß auf das Reaktorgebäude 1 aufprallende Flug­ zeuge 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 Frischdampfleitun­ gen 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 Reaktorge­ bäudes 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 ur­ sprünglichen 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 unterge­ bracht. 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 Form­ körper ohne Füllung mit dampfendem Material bestellt werden.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß an der Ecke 12 der Armaturenkam­ mer 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 ge­ bildet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist aus 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 der 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 expo­ nierten Ecke 27 angreifen können, abgemindert sind und somit nur geringere Beschleunigungskräfte im Inneren des Reaktor­ gebäudes 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 zwei­ lagigen 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 Ab­ stützung 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 Nach­ giebigkeit 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 Zähig­ keit. Der Hohlraum 66 enthält ein Füllmaterial. Das Bau­ element 63 sitzt allein durch sein Gewicht ausreichend fest auf dem Reaktorgebäude 1. Es bildet dort eine dämmende Schutz­ schicht, die bei Einwirkungen von außen an der exponierten Stelle das Einleiten von Stoßbelastungen in das Gebäude 1 ver­ ringert.

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 entspre­ chende Ausnehmung 73 eingelassen. Der nach dem Einsetzen vor­ handene 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.

Claims (8)

1. Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für eine kerntechni­ sche Anlage das Anlagekomponenten als Schutz gegen Einwirkung von außen einschließt , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betonwände des Gebäudes (1) im Bereich (14, 25, 35, 50) von exponierten Stellen (12, 27, 36) zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit einem Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlraum (17, 31, 41, 54) bilden.

2. Gebäude nach Anspruch 1 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenseite (18) der zweilagigen Wandbereiche (14) über benachbarte Wandbereiche (19) hinausragt.

3. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweilagigen Wandbereiche (14) an Kanten und Ecken (12) des Gebäudes (1) vorgesehen sind und dort eine Abrundung bilden.

4. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß zweilagige Wandbereiche (35, 50,) im Bereich von im Gebäudeinneren gelegenen tragen­ den Decken (36) vorgesehen sind.

5. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (16) der zweilagigen Wandbereiche (14) aus Beton mit einem fasrigen Füllmaterial besteht.

6. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Hohlraumes (17) etwa gleich der Dicke einer Schale (15, 14) der zwei­ lagigen Wandbereiche (14) ist.

7. Gebäude nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweilagiger Wandbereich als vorgefertigtes Bauelement (63, 70) ausgebildet und an der Außenseite einer Betonwand (71) befestigt ist (Fig. 7).

8. Gebäude nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenschalen des vorge­ fertigten Bauelementes (63, 70) Elemente so gestaltet und dimensioniert sind, daß bei lokalen Impulsbelastungen ein großes plastisches Deformationsvermögen mit Energieverzehr vorliegt.