EP0288936B1 - Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen - Google Patents

Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen Download PDF

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EP0288936B1
EP0288936B1 EP88106523A EP88106523A EP0288936B1 EP 0288936 B1 EP0288936 B1 EP 0288936B1 EP 88106523 A EP88106523 A EP 88106523A EP 88106523 A EP88106523 A EP 88106523A EP 0288936 B1 EP0288936 B1 EP 0288936B1
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EP
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double
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concrete
concrete walls
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Rüdiger Danisch
Norbert Krutzik
Otto Dr. Schad
Wolfgang Prof. Zerna
Friedhelm Prof. Stangenberg
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a building made of concrete walls, in particular for nuclear plants, which includes plant components as protection against external influences, the concrete walls of the building being at least partially constructed in two layers and forming a cavity which may be filled with damping material (DE-C 689 501).
  • the concrete walls usually consist of reinforced concrete and are designed, at least in the areas that fulfill protective functions, in such a way that they can withstand the underlying external influences, e.g. can withstand a plane crash.
  • the so-called secondary shielding of a nuclear power plant e.g. is designed for this purpose in the form of a concrete cover up to 2 m thick.
  • the concrete is of course reinforced.
  • the invention is based on the task of further minimizing the vibrations that are to be expected in the event of an impulse-like load (special case of an aircraft crash). As a consequence, higher security of components and systems against external influences can then be obtained with comparable effort.
  • An economically particularly promising embodiment of the invention which is also suitable for retrofitting, consists in the fact that a two-layer wall area is designed as a prefabricated component and is attached to the outside of a solid concrete wall.
  • the word "attach” means that the prefabricated components have the necessary stability during normal operation. It can e.g. already be given by the weight with which the wall elements rest on the top of a concrete wall.
  • a further embodiment of the invention which is particularly suitable for the construction of new buildings of this type, consists in the fact that the outer contours of the two-layer wall areas in the area of exposed locations advantageously protrude beyond adjacent wall areas and that the thickness of the cavity is approximately equal to the thickness of a shell or two-layer wall areas .
  • This construction method offers the possibility of maintaining the interior of the building as a whole despite the two-layer construction and therefore thicker construction.
  • the two-layer wall areas can advantageously be provided at the corners of the building. You can round off the corners there so that the load-bearing behavior of the shells can be used to increase the energy disposition.
  • an exposure from outside is no longer absorbed rigidly, but rather flexibly with targeted plasticization and the greatest possible energy consumption.
  • the impulse load to be absorbed is thus distributed over time, so that impact loads reduce the forces that are locally introduced into the structure. This is also the prerequisite for reducing the loads on the components housed in the building due to induced acceleration forces, both in terms of stability and the expected voltages.
  • the invention thus also differs from the prior art known from DAS 1 052 095 and 1 299 404 and EP-OS 0 009 654, according to which the building is constructed differently and is not able to enclose comparatively large components in a non-destructive manner.
  • the invention also reduces the need to provide costly functional evidence for components and buildings that is stressed by shock-induced vibrations. This applies in particular to all electrical and I&C components.
  • the functionality of these systems has so far been proven for a frequency range up to approx. 35 Hz, as is e.g. is expected during earthquakes.
  • the now existing requirement to prove functionality even at high acceleration values in the frequency range up to 80 Hz, as appears to be possible in particular in the event of an aircraft crash, is largely made superfluous by the above-mentioned reduction in accelerations.
  • the outer layer of the two-layer wall areas can advantageously consist of steel fiber concrete with appropriate reinforcement. In this way, a tough, energy-consuming, flexible structure can be achieved which allows the plastic behavior of the steel fiber concrete and the damping effect of the lined cavity to be fully exploited.
  • the reactor building 1 of a pressurized water reactor shown in FIG. 1 surrounds a steel safety container 2 in the form of a sphere, for example 50 m, as a so-called secondary shield Diameter.
  • the ball 2 is enclosed at its upper area by a hemispherical roof section 3 of the reactor building 1.
  • the reactor building is guided as a vertical cylinder 4 to the base plate 5 of the reactor building, which is embedded in the ground 6.
  • the thickness D of the reactor building wall 3, 4 is, for example, 2 m in the case of an embodiment as strongly reinforced reinforced concrete. This ensures that aircraft hitting the reactor building 1 cannot cause serious destruction, which could lead to the safety container 2 enclosing the radioactive parts being opened, for example.
  • a so-called armature chamber 10 is connected to the outer wall 4 of the reactor building 1 and comprises armatures for shutting off the live steam lines leading from the safety container 2. Since these fittings must be protected from destruction, the walls 11 of the fitting chamber 10, which e.g. a cuboid shape is at least as thick as that of the reactor building 1. In a typical rectangular building, e.g. the emergency feed building of a reactor system, the edges and corners represent the exposed impact areas analogous to the armature chamber.
  • the upper, outer corner 12 of the armature chamber 10 is formed in two layers in the region 14.
  • An outer shell 16 runs parallel to an inner shell 15, which corresponds approximately to the shape of the original wall 11 with half the wall thickness, at a distance from the thickness of the layer 15, so that a cavity 17 is formed.
  • the outer shell 16 consists of a concrete reinforced with steel fibers. It is quasi homogeneously compliant. Its outside 18 protrudes, as can be clearly seen in FIG. 1, by about half the original wall thickness, that is to say about 1 m above the wall plane 19.
  • the cavity 17 is formed in three parts because it is divided by two supports 20 and 21. Rigid foam is accommodated in the cavity 17 as a filling material with a damping effect. It is thus achieved in the exposed wall area of the corner 12 that when exposed to external loads, forces are only weakened into the armature chamber 10 and are transmitted from there into the reactor building 1.
  • corner 12 is again provided with a two-layer wall area 14.
  • the outer shell 16 is supported here only by a single support 23, so that a cavity 17 with two chambers is created. It contains metal wire bodies as a damping filler.
  • the cavities 17 can also be ordered by means of prefabricated thin-walled shaped bodies without filling with steaming material.
  • FIG 3 it is shown that at the corner 12 of the fitting chamber 10, the inner shell 15 of the two-layer wall region 14 is designed with practically the same wall thickness as the wall 11, but with an outer rounding 24.
  • the outer shell 16 rises above it this time without internal support, so that a single-chamber space 17 is formed.
  • the reactor building 1 is shown in the area 35 at the height of an inner ceiling 36 on which components 37 are supported.
  • the blanket 36 closes e.g. a room 38 with electrical systems, which are indicated by cable routes 39.
  • the outer shell 40 of the two-layer region 35 is rounded, so that it rises as a curvature over the surface of the reactor building 1.
  • the intermediate space 41 in turn contains a filling material.
  • the reactor building 1 in an area 50 in the vicinity of the ceiling 36 can also be constructed in two layers over a greater height. This not only protects the ceiling 36, but also the ceiling 51 underneath.
  • the outer shell 52 made of fiber concrete forms with the inner shell 53 made of reinforced concrete two adjoining cavities 54 and 55, which contain an insulating material.
  • the intermediate support 56 is dimensioned in such a way that no considerable forces are transmitted in the event of direct action from the outside, since the inner shell 53 exhibits greater flexibility when the load is applied.
  • the reactor building 1 is protected in the area of a corner 60 and an underlying load-bearing ceiling 61 by prefabricated components.
  • the component 63 assigned to the corner 60 has a structure which is adapted to the corner and is rectangular in cross section.
  • the two layers 64 and 65 consist equally of steel fiber concrete with great toughness.
  • the cavity 66 contains a filler material.
  • the component 63 sits sufficiently firmly on the reactor building 1 solely due to its weight. It forms an insulating protective layer there, which reduces the introduction of impact loads into the building 1 at the exposed point in the event of external influences.
  • the component assigned to the ceiling 61 covers the attachment of the ceiling 61 to the vertical concrete wall 71. There it is let into a corresponding recess 73 with a dovetail-like extension 72.
  • the gap 75 present after insertion can be filled in to increase the strength in order to achieve a form-fitting hold of the component 70.
  • other attachments of the components 63, 70 to the reactor building 1 are also conceivable.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen, das Anlagekomponenten als Schutz gegen Einwirkung von außen einschließt, wobei die Betonwände des Gebäudes mindestens teilweise zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlraum bilden (DE-C 689 501).
  • 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 weiter zu minimieren, die im Falle einer impulsartigen Belastung (Spezialfall Flugzeugabsturz) zu erwarten sind. In der Konsequenz kann dann mit vergleichbarem Aufwand eine höhere Sicherheit der Komponenten und Systeme gegen Einwirkungen von außen erhalten werden.
  • Eine wirtschaftlich besonders vielversprechende Ausführungsform der Erfindung, die sich auch für Nachrüstungen eignet, besteht darin, daß ein zweilagiger Wandbereich als vorgefertigtes Bauelement ausgebildet und an der Außenseite einer massiven Betonwand befestigt ist. In diesem Zusammenhang ist mit dem Wort "befestigen" gemeint, daß die vorgefertigten Bauelemente bei Normalbetrieb die notwendige Standsicherheit aufweisen. Die kann z.B. schon durch das Eigengewicht gegeben sein, mit dem die Wandelemente auf der Oberseite einer Betonwand aufliegen.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders beim Neubau derartiger Gebäude eignet, besteht darin, daß die Außenkonturen der zweilagigen Wandbereiche im Bereich von exponierten Stellen vorteilhaft über benachbarte Wandbereiche hinausragen und daß die Dicke des Hohlraumes etwa gleich der Dicke einer Schale oder zweilagigen Wandbereiche ist. 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.
  • 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 Voraussetzung für die Reduktion der Belastungen der in dem Gebäude untergebrachten Komponenten durch induzierte Beschleunigungskräfte sowohl in bezug auf Standsicherheit als auch die zu erwartenden Spannungen. Damit unterscheidet sich die Erfindung auch von dem aus den DAS 1 052 095 und 1 299 404 sowie der EP-OS 0 009 654 bekannten Stand der Technik, nach dem Gebäude anders aufgebaut und nicht in der Lage sind, vergleichbar große Komponenten zerstörungssicher zu umschließen.
  • Mit der Erfindung verringert sich auch die Notwendigkeit, für Komponenten und Gebäude kostenintensive Funktionsnachweise zu liefern, die durch stoßinduzierte Erschütterungen beansprucht sind. Dies gilt besonders für alle elektrotechnischen und leittechnischen Komponenten. Die Funktionsfähigkeit dieser Systeme wurde bisher für einen Frequenzbereich bis ca. 35 Hz nachgewiesen, wie dies z.B. bei Erdbeben zu erwarten ist. Die nunmehr bestehende Forderung, die Funktionsfähigkeit auch bei hohen Beschleunigungswerten im Frequenzbereich bis 80 Hz nachzuweisen, wie dies insbesondere beim Flugzeugabsturz möglich erscheint, wird mit der Erfindung durch die oben genannte Reduktion der Beschleunigungen weitgehend überflüssig gemacht.
  • Die vorstehend angesprochene Einleitung von Kräften, die von außen aufgebracht werden, ins Innere der Gebäude, wird besonders günstig verhindert, wenn die zweilagige Ausbildung im Bereich der im Gebäudeinneren angeordneten tragenden Decken vorgesehen ist.
  • Die äußere Lage der zweilagigen Wandbereiche kann vorteilhaft aus Stahlfaserbeton mit entsprechender Bewehrung bestehen. Damit kann eine zähe, energieverzehrend nachgiebige Struktur erreicht werden, die das plastische Verhalten des Stahlfaserbetons sowie die Dämpfungswirkung des ausgekleideten Hohlraumes voll auszunutzen gestattet.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt
    • FIG 1 einen Teilschnitt durch das Reaktorgebäude eines Druckwasserreaktors mit einer an einer Ecke vorgesehenen zweilagigen Ausbildung der Betonwand,
    • FIG 2 eine geänderte zweilagige Ausbildung der gleichen Ecke,
    • FIG 3 eine nochmals andere Ausbildung der Ecke,
    • FIG 4 in einem Teilschnitt durch das Reaktorgebäude die zweilagige Ausbildung der Betonwand im Bereich einer im Gebäudeinneren liegenden tragenden Decke,
    • FIG 5 eine zweilagige Ausbildung der Betonwand des Reaktorgebäudes die über zwei im Gebäudeinneren gelegene Decken reicht und
    • Fig 6 die Verwendung von vorgefertigten Bauelementen zur Verwirklichung der Erfindung in einem Teilschnitt.
  • Das in FIG 1 gezeichnete Reaktorgebäude 1 eines Druckwasserreaktors umschließt als sogenannten Sekundärabschirmung einen stählernen Sicherheitsbehälter 2 in der Form einer Kugel mit z.B. 50 m Durchmesser. Die Kugel 2 wird an ihrem oberen Bereich von einer halbkugelförmigen Dachpartie 3 des Reaktorgebäudes 1 eingeschlossen. Unterhalb des Kugeläquators ist das Reaktorgebäude als vertikaler Zylinder 4 zur Grundplatte 5 des Reaktorgebäudes geführt, die in den Erdboden 6 eingelassen ist. Die Dicke D der Reaktorgebäudewand 3, 4 beträgt bei einer Ausführung als stark armierter Stahlbeton z.B. 2 m. Damit ist sichergestellt, daß auf das Reaktorgebäude 1 aufprallende Flugzeuge keine gravierende Zerstörung verursachen können, die etwa zu einem Öffnen des die radioaktiven Teile einschlie- Benden Sicherheitsbehälters 2 führen könnte.
  • An die Außenwand 4 des Reaktorgebäudes 1 ist eine sogenannte Armaturenkammer 10 angeschlossen, die Armaturen zur Absperrung der aus dem Sicherheitsbehälter 2 führenden Frischdampfleitungen umfaßte. Da diese Armaturen vor Zerstörung geschützt werden müssen, sind die Wände 11 der Armaturenkammer 10, die z.B. eine Quaderform hat mindestens ebenso dick wie die des Reaktorgebäudes 1. Bei einem typischen rechteckigen Gebäude, z.B. dem Notspeisegebäude einer Reaktoranlage, stellen analog zu der Armaturenkammer die Kanten und Ecken die exponierten Aufprallbereiche dar.
  • Die obere, äußere Ecke 12 der Armaturenkammer 10 ist gemäß der Erfindung im Bereich 14 zweilagig ausgebildet. Dabei verläuft parallel zu einer inneren Schale 15, die etwa der Form der ursprünglichen Wand 11 mit der halben Wanddicke entspricht, eine äußere Schale 16 in einem Abstand von der Dicke der Lage 15, so daß ein Hohlraum 17 gebildet wird. Die äußere Schale 16 besteht aus einem mit Stahlfasern verstärkten Beton. Sie ist damit quasi homogen nachgiebig. Ihre Außenseite 18 ragt, wie die FIG 1 klar erkennen läßt, um etwa die Hälfte der ursprünglichen Wanddicke, also etwa 1 m über die Wandebene 19 hervor.
  • Der Hohlraum 17 ist dreiteilig ausgebildet, weil er durch zwei Stützen 20 und 21 unterteilt wird. In dem Hohlraum 17 ist als Füllmaterial mit Dämpfungswirkung Hartschaumstoff untergebracht. Damit ist in dem exponierten Wandbereich der Ecke 12 erreicht, daß bei einer Einwirkung von von außen aufgebrachten Belastungen Kräfte nur abgeschwächt in die Armaturenkammer 10 und von dieser in das Reaktorgebäude 1 übertragen werden.
  • Bei der Ausführungsform nach FIG 2 ist Ecke 12 wiederum mit einem zweilagigen Wandbereich 14 versehen. Die äußere Schale 16 ist hier aber nur aurch eine einzige Stütze 23 abgestützt, so daß ein Hohlraum 17 mit zwei Kammern entsteht. Er enthält Metalldrahtkörper als dämpfendes Füllmaterial. Die Hohlräume 17 können aber auch mittels vorgefertigter dünnwandiger Formkörper ohne Füllung mit dampfendem Material bestellt werden.
  • In FIG 3 ist dargestellt, daß an der Ecke 12 der Armaturenkamner 10 die innere Schale 15 des zweilagigen Wandbereiches 14 mit praktisch der gleichen Wanddicke wie die Wand 11 ausgeführt ist, allerdings mit einer äußeren Abrundung 24. Darüber erhebt sich die äußere Schale 16, die diesmal ohne innere Abstützung ausgeführt ist, so daß ein einkammeriger Zwischenraum 17 gebildet wird.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach FIG 4 ist das Reaktorgebäude 1 im Bereich 35 in der Höhe einer inneren Decke 36 dargestellt, auf der Komponenten 37 abgestützt sind. Die Decke 36 schließt z.B. einen Raum 38 mit elektrischen Anlagen ein, die durch Kabeltrassen 39 angedeutet sind. Die äußere Schale 40 des zweilagigen Bereiches 35 ist gerundet geformt, so daß sie sich als Wölbung über die Oberfläche des Reaktorgebäudes 1 erhebt. Der Zwischenraum 41 enthält wiederum ein Füllmaterial.
  • Die FIG 5 zeigt, daß das Reaktorgebäude 1 in einem Bereich 50 in der Nähe der Decke 36 auch über eine größere Höhe zweilagig ausgebildet sein kann. Hierdurch wird nicht nur die Decke 36, sondern auch die darunterliegende Decke 51 geschützt. Die äußere Schale 52 aus Faserbeton bildet mit der inneren Schale 53 aus Stahlbeton zwei aneinandergrenzende Hohlräume 54 und 55, die ein Dämmaterial enthalten. Die dazwischenliegende Abstützung 56 ist so dimensioniert, daß bei unmittelbarer Einwirkung von außen keine beachtlichen Kräfte übertragen werden, da beim Lastangriff die innere Schale 53 die größere Nachgiebigkeit aufweist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach FIG 6 ist das Reaktorgebäude 1 im Bereich einer Ecke 60 und einer darunterliegenden tragenden Decke 61 durch vorgefertigte Bauelemente geschützt. Das der Ecke 60 zugeordnete Bauelement 63 hat eine der Ecke angepaßte, im Querschnitt rechtwinklige Struktur. Die beiden Lagen 64 und 65 bestehen gleichermaßen aus Stahlfaserbeton mit großer Zähigkeit. Der Hohlraum 66 enthält ein Füllmaterial. Das Bauelement 63 sitzt allein durch sein Gewicht ausreichend fest auf dem Reaktorgebäude 1. Es bildet dort eine dämmende Schutzschicht, die bei Einwirkungen von außen an der exponierten Stelle das Einleiten von Stoßbelastungen in das Gebäude 1 verringert.
  • Das der Decke 61 zugeordnete Bauelement überdeckt den Ansatz der Decke 61 an der vertikalen Betonwand 71. Dort ist es mit einem schwalbenschwanzähnlichen Fortsatz 72 in eine entsprechende Ausnehmung 73 eingelassen. Der nach dem Einsetzen vorhandene Spalt 75 kann zur Erhöhung der Festigkeit ausgefüllt werden, um einen formschlüssigen Halt des Bauelementes 70 zu erreichen. Daneben sind aber auch andere Befestigungen der Bauelemente 63, 70 an dem Reaktorgebäude 1 denkbar.

Claims (6)

1. Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für eine kerntechnische Anlage, zur Umhüllung von Anlagekomponenten als Schutz gegen Einwirkung von außen, wobei die Betonwände des Gebäudes (1) mindestens teilweise zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit einem Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlraum (17, 31, 41, 54) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweilagiger Wandbereich als vorgefertigtes Bauelement (63, 70) ausgebildet und an der Außenseite einer Betonwand (71) befestigt ist.
2. Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für eine kerntechnische Anlage, zur Umhüllung von Anlagekomponenten als Schutz gegen Einwirkung von außen, wobei die Betonwände des Gebäudes (1) mindestens teilweise zweilagig ausgebildet sind und einen gegebenenfalls mit einem Dämpfungsmaterial gefüllten Hohlraum (17, 31, 41, 54) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (18) der zweilagigen Wandbereiche (14) im Bereich (14, 25, 35, 50) von exponierten Stellen (12, 27, 60) gegenüber benachbarten Wandbereichen (19) hinausragt, und daß die Dicke des Hohlraumes (17) etwa gleich der Dicke einer Schale (15,14) der zweilagigen Wandbereiche (14) ist.
3. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß zweilagige Wandbereiche (35, 50) im Bereich von im Gebäudeinneren gelegenen tragenden 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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalen des vorgefertigten Bauelementes (63, 70) so gestaltet und dimensioniert sind, daß bei lokalen Impulsbelastungen ein großes plastisches Deformationsvermögen mit Energieverzehr vorliegt.
EP88106523A 1987-04-29 1988-04-22 Gebäude aus Betonwänden, insbesondere für kerntechnische Anlagen Expired - Lifetime EP0288936B1 (de)

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DE19873714354 DE3714354A1 (de) 1987-04-29 1987-04-29 Gebaeude aus betonwaenden, insbesondere fuer kerntechnische anlagen
DE3714354 1987-04-29

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EP0288936A2 EP0288936A2 (de) 1988-11-02
EP0288936A3 EP0288936A3 (en) 1989-05-31
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