(57)【要約】本発明は、建物壁（２４）の前に建物壁（２４）に対して距離を置いて設けられた、互いに連結された梁（１〜５）からなる３次元の保護格子（２２）を備えた、航空機墜落および同様の高エネルギーを伴う落下から建物を保護する保護システム（２０）に関する。本発明の課題は、ボーイング７４７型機、またはエアバスＡ３８０型機のような重量のある４発機航空機の衝突によっても、保護システムによって保護された建物の完全性が損なわれないように、この種の保護システムを設計することである。本発明によれば、この課題は、保護格子（２２）が塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素（３２）を介して、建物壁（２４）に支持されることによって解決される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物壁（２４）の前に建物壁（２４）に対して距離を置いて設けられ、互いに連結された梁（１〜５）からなる３次元の保護格子（２２）を備えた、航空機墜落および同様の高エネルギーを伴う落下から建物を保護する保護システム（２０）であって、
前記保護格子（２２）は、塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素（３２）を介して前記建物壁（２４）に支持され、
前記エネルギー吸収要素（３２）は鋼鉄（６）製のパイプを含み、
航空機の衝突時に前記保護格子（２２）に伝達される力の少なくとも大部分が前記パイプ（６）に対して半径方向（３４）に作用して、前記パイプ（６）の断面が圧潰されるように、前記パイプ（６）が、前記保護格子（２２）と前記建物壁（２４）との間に配置されていることを特徴とする保護システム。
【請求項２】
前記保護格子（２２）は、前記複数のエネルギー吸収要素（３２）のみを介して前記建物壁（２４）に支持される、請求項１に記載の保護システム（２０）。
【請求項３】
前記パイプ（６）の直径（Ｄ）は０．３から１．０ｍの範囲であり、パイプの壁厚（ｔ）は１０から５０ｍｍの範囲である、請求項１または２に記載の保護システム（２０）。
【請求項４】
前記パイプ（６）は、パイプ内部に交差した鋼板からなるコア（３６）を有する、請求項３に記載の保護システム（２０）。
【請求項５】
前記保護格子（２２）は、前記建物壁（２４）に対して平行に配置され、鋼鉄製の梁（２、３'）から形成された内側格子面（Ｅ１）と、前記内側格子面（Ｅ１）に平行に配置され、鋼鉄製の梁（１、３）から形成された外側格子面（Ｅ２）とを含み、前記内側格子面（Ｅ１）と前記外側格子面（Ｅ２）とは、鋼鉄製の梁（４、５）によって互いに連結されている、請求項１から４のいずれか1項に記載の保護システム（２０）。
【請求項６】
前記２つの格子面（Ｅ１、Ｅ２）間の距離（ｂ）は１０から１５ｍの範囲である、請求項５に記載の保護システム（２０）。
【請求項７】
前記内側格子面（Ｅ１）および前記外側格子面（Ｅ２）の両方が規則的な矩形の格子を含み、その単位セルは同一の寸法（ｄ、ｈ）を有し、少なくとも１つの方向において、格子定数の半分（ｄ／２）だけ互いにずれている、請求項５または６に記載の保護システム（２０）。
【請求項８】
前記単位セルの幅（ｂ）は１０から１５ｍの範囲であり、前記単位セルの高さ（ｈ）は５から１０ｍの範囲である、請求項７に記載の保護システム（２０）。
【請求項９】
前記内側格子面（Ｅ１）と前記外側格子面（Ｅ２）とは、一方の格子面（Ｅ１）の結合点（３０）から他方の格子面（Ｅ２）の結合点（３０）まで延びている斜め梁（４、５）によって互いに連結されている、請求項７または８に記載の保護システム（２０）。
【請求項１０】
前記保護格子（２２）は、複数の梁（１、２）を介して底部（２６）で支持される、請求項１から９のいずれか1項に記載の保護システム（２０）。
【請求項１１】
前記保護格子（２２）の前記梁（１〜５）は、二重Ｔ字形状の断面、または矩形の断面を有し、その寸法は４００から１０００ｍｍの範囲である、請求項１から１０のいずれか1項に記載の保護システム（２０）。
【請求項１２】
前記保護格子（２２）の前記建物壁（２４）からの距離（ａ）は０．３から２．０ｍの範囲である、請求項１から１１のいずれか1項に記載の保護システム（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部にかかる、航空機墜落および大型の物体の同様の高エネルギーを伴う落下から建物を保護する保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の保護システムは、ホッホティーフ・コンストラクション・アーゲー（ＨＯＣＨＴＩＥＦ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ＡＧ）の特許文献１から知られている。そこでは、衝突する飛行物体から建物を保護するために、建物の外殻から距離を置いて保護カバーが設けられて、保護カバーは格子カバーとして形成され、格子カバーの格子バーは少なくとも部分的に鋼鉄製であり、保護カバーは自己支持型の支持構造として形成され、保護カバーは建物の外殻と連結されていないか、または支持要素を介して建物の外殻と連結されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００３７２０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、ボーイング７４７型機、またはエアバスＡ３８０型機のような重量のある４発機航空機の衝突によっても、保護システムによって保護された建物の完全性が損なわれないように、冒頭に述べた種類の保護システムを開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する保護システムによって解決される。
【０００６】
それによれば、本発明の本質的な点は、保護格子が塑性変形可能な複数のエネルギー吸収要素を介して、有利にはそのような要素のみを介して、建物壁に支持されることである。さらに、好ましくは支持部が底部に設けられている。
【０００７】
本発明は、特許文献１に開示されている技術的教示に反して、衝突荷重をより良好に分散させるために、保護格子を建物壁において支持することが非常に望ましいという考察を前提としている。つまり、本発明の範囲において認められるように、これらの荷重の一部は、建物の構造が壊滅的な損傷を受けることなく荷重に耐え、または許容する程度に、完全に保護されるべき建物自体によって吸収されることができ、また吸収されるべきである。この目的のために、建物壁への力、圧力、および変形エネルギーの伝達は、減衰された方法で、エネルギーおよび振動吸収（減衰）要素を用いて行われる。
【０００８】
好ましくは、複数のエネルギー吸収要素はそれぞれ鋼鉄製のパイプを含み、このパイプは、航空機の衝突時に保護格子に伝達される力について、少なくとも大部分がパイプに対し半径方向に作用し、パイプが断面で見て圧潰されるように、保護格子と建物壁との間に配置されている。つまり、荷重がかかる場合に長手方向に弾性的に圧縮されるように取り付けられている通常の円筒形緩衝器とは対照的に、ここではパイプの円周に対し半径方向に作用する力によって、主に塑性の非線形変形が行われる。エネルギー散逸率を増加させるため、パイプは、パイプ内部に交差した鋼板からなるコア、または内部構造物を有することができる。
【０００９】
数値シミュレーションにより、前述したエネルギー吸収要素が、本発明にかかる保護システムによる全エネルギー散逸率の最大６０％にまで決定的な寄与をもたらし、衝突に起因する建物内の振動を著しく最小化することが証明できた。
【００１０】
好ましくは、保護格子は、建物壁に平行に配置され、鋼鉄製の梁から形成された内側格子面と、内側格子面に平行に配置され、鋼鉄製の梁から形成された外側格子面とを含み、内側格子面と外側格子面とは、鋼鉄製の梁によって互いに連結されている。
【００１１】
有利な構成では、内側格子面および外側格子面の両方が規則的な矩形の格子を含み、その単位セルは同一の寸法を有し、少なくとも格子の主方向において、格子定数の半分だけ互いにずれている。ここで有利には、内側格子面と外側格子面とは、それぞれ１つの格子面の結合点から他の格子面の結合点まで延びている斜め梁によって互いに連結されている。
【００１２】
さらに好ましい構成は、従属請求項、および以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下に、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。図は簡易化した概略図である。
【００１４】
【図１】建物壁の前に設置された、航空機墜落から建物を保護するための保護システムの斜視図である。
【図２】図１の矢印Ｉによる上方から見た保護システムの平面図、その下が図１の矢印ＩＩによる前方から見た平面図、その下がＡ?Ａ線断面図（側面図）である。
【図３】上方から見た保護システムの拡大平面図である。
【図４】建物壁において保護システムのエネルギー吸収固定部として機能するパイプの断面図であって、上がパイプ自体の図、その下が保護システム内のパイプの取付位置である。
【００１５】
全ての図において、同一、または同等の作用を有する部材は同一の参照符号を付する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図に示されている保護格子２２を有する保護システム２０は、建物壁２４または建物外殻の他の部分の前に保護カバーの様式で設置され、飛行機の衝突、または攻撃、爆発、暴風等によるロケット、部品もしくは破片の同様の高エネルギーを伴う広範囲の落下からこれらを保護する。
【００１７】
保護格子２２は、互いに連結された、特に溶接された（鋼鉄製の）梁、支柱または格子バーから形成され、内側格子面Ｅ１とも呼ばれる建物壁に面する第１の格子面と、外側格子面Ｅ２とも呼ばれる建物壁の反対側の第２の格子面とを含む。２つの格子面Ｅ１、Ｅ２のそれぞれは、互いに連結された縦梁および横梁によって形成されており、これらは好ましくは規則的な面格子状に広がる。２つの格子面Ｅ１、Ｅ２は、それらの間に配置された梁、特に斜め梁によって互いに連結されているため、全体で３次元空間格子が実現されている。
【００１８】
ここに示す例では、建物壁２４の保護されるべき部分は、底部２６上方の垂直面に広がると考えられる。内側格子面Ｅ１は、隙間幅（＝距離）ａを有するスペースまたは隙間２８を形成して、建物壁２４と平行に配置されている。外側格子面Ｅ２も同様に建物壁２４と平行に配置され、ひいては内側格子面Ｅ１と平行に配置されている。したがって、２つの格子面Ｅ１、Ｅ２は、距離ｂを空けて互いに離間された垂直面を形成する。
【００１９】
外側格子面Ｅ２は、既に述べたように、交差点または結合点３０において互いに連結されている複数の縦梁および横梁によって実現されている。この例では、垂直梁１と水平梁３である。垂直梁１は、一定の距離ｄで柱のように配置され、その名称通り垂直に整列されている。垂直梁１に対し垂直に延在する水平梁３は、その名称通り互いに一定の距離ｈで水平に整列されており、異なる高さに配置されている。有利には、水平梁３と垂直梁１とは各交差点または結合点３０において固定して連結され、特に溶接されている。したがって、全体として規則的な矩形格子が実現され、その単位セルは幅ｄおよび高さｈを有する。
【００２０】
内側格子面Ｅ１は、外側格子面Ｅ２と同様に構成されている。従って、内側格子面Ｅ１は同様に垂直梁２および水平梁３'からなる規則的な矩形格子を形成し、その単位セルは好ましくは外側格子面Ｅ２の単位セルと同じ幅ｄおよび高さｈを有する。２つの格子面間の距離、すなわち保護格子２２の幅または深さはｂで示される。
【００２１】
２つの格子面Ｅ１、Ｅ２は、好ましくは、前方からの平面視で完全に一致して前後に配置されているのではなく、水平方向、すなわち水平梁３、３'の長手方向に、有利には半分の格子幅ｄ／２分ずれているか、または変位している。したがって、外側格子面Ｅ２の結合点は、投影図で内側格子面Ｅ１の２つの結合点の中間に位置する。これに対し垂直方向では、外側格子面Ｅ２のそれぞれ１つの水平梁３に対し、内側格子面Ｅ１の同じ高さに位置する１つの水平梁３'が対応付けられるように、２つの格子面Ｅ１、Ｅ２は互いにずれていないことが好ましい。この実施形態は、垂直格子面Ｅ１とＥ２との間に水平面を形成し、これを床面として使用可能である。別の実施形態では、図１に示すように、格子面Ｅ１、Ｅ２は半分の階高ｈ／２分ずれており、これにより垂直格子面がさらに圧縮される。
【００２２】
２つの格子面Ｅ１、Ｅ２は、既に述べたように、有利には斜め梁４、５として実現される追加の梁によって互いに連結されており、有利には格子面Ｅ１、Ｅ２の結合点で、特に溶接によって接合されている。
【００２３】
具体的には、この実施例においては、格子面端部に配置されているいくつかの結合点を除いて、外側格子面Ｅ２の各結合点から４つの斜め梁４、５が、内側格子面Ｅ１のそれぞれ対応付けられた結合点に延びている。４つの斜め梁のうちの２つ、すなわち符号４の梁は水平面内に位置し、内側格子面Ｅ１の同じ高さの隣に位置する２つの結合点まで延びている。４つの斜め梁のうちの他の２つ、すなわち符号５の梁は、前述の結合点の下方に配置された内側格子面Ｅ１の結合点に対して空間的に対角線方向に、すなわち斜め下方向に延びている（あるいは、それらは斜め上方向に延びてもよいし、または上述の４つの斜め梁に加えて、斜め上方向に延びる２つの斜め梁があってもよい）。これにより、４つの斜め梁４、５は、２つの格子面Ｅ１、Ｅ２の相互のずれに合わせて、外側格子面Ｅ２のそれぞれの結合点から開始してほぼ星形またはピラミッド形に展開し、内側格子面Ｅ１に連結する。内側格子面の結合点から見た場合、鏡像配置となる。上から見た場合（図３）、三角形の区画が見られる。端部側の結合点からは、端部の位置に基づいて適宜４つ未満の斜め梁が開始する。
【００２４】
図３の保護格子２２を上から見た平面図から明らかなように。外側格子面Ｅ２の垂直梁１は好ましくは全て水平梁３の同じ側に、すなわち好ましくは内側に配置されており、つまり建物壁２４へ向けられている。垂直梁２が水平梁３'の内側に配置されている内側格子面Ｅ１についても同様である。
【００２５】
垂直梁１、２は、有利には一体型であり、すなわち１つの部材から生成され、好ましくは二重Ｔ字形状の断面、あるいは矩形の断面を有する。水平梁３、３'および斜め梁４、５についても同様である
【００２６】
梁は、それらの断面幅Ｂおよび断面高さＨに関して、有利には以下の寸法に定められている。
１、２  垂直梁      Ｂ／Ｈ＝５００−１０００／５００−１０００ｍｍ
３、３'  水平梁     Ｂ／Ｈ＝５００−１０００／５００−１０００ｍｍ
４  斜め梁（水平）  Ｂ／Ｈ＝４００−８００／４００−８００ｍｍ
５  斜め梁（対角）  Ｂ／Ｈ＝４００−８００／４００−８００＋ｍｍ
【００２７】
梁の有利な材料は、高い延性および塑性変形能力を有する鋼鉄種である。
【００２８】
保護格子２２の構造寸法は、有利には以下の通りである。
垂直梁間の距離              ｄ＝１０−１５ｍ
水平梁間の距離              ｈ＝５−１０ｍ
保護格子の幅                ｂ＝１０−１５ｍ
保護格子の建物壁からの距離  ａ＝０．３−２．０ｍ
【００２９】
保護格子２２の全体の高さおよび幅は、保護されるべき建物または建物部分の寸法に適合されている。
【００３０】
保護格子２２は、有利には自立的に実施され、好ましくは少なくともいくつかの、有利には全ての垂直梁１、２によって底部２６で支持される。加えて、垂直梁１、２は適切な方法で底部２６に係止され、基盤上に設置される。したがって、垂直梁１、２は柱または支柱とも呼ばれる
【００３１】
さらに、保護格子２２は、複数の衝突もしくはエネルギー吸収要素３２、またはダンパを介して建物壁２４に連結されている。これらのエネルギー吸収要素２４は、有利には、物体が保護格子２２に衝突した際に、前方（実質的に図１の矢印ＩＩの方向における衝突方向）からその長手方向軸に対して垂直に、すなわち断面で見て半径方向３４に圧縮または圧潰され、かつ塑性変形するように保護格子２２と建物壁２４との間に配置された、鋼鉄製のパイプ６または中空円筒である。
【００３２】
有利な取付変形例では、それぞれのパイプ６は、内側格子面Ｅ１の建物壁２４に向けられた垂直梁２と、建物壁２４との間に、すなわちそれらの間にある隙間２８に配置されている。したがって、パイプ径Ｄは最大で隙間幅ａと同じ大きさである。パイプ６の長手方向軸は有利には垂直であり、すなわち垂直梁２に対して平行に配置されている。有利には、パイプ６は、一方で対応付けられた垂直梁２に対して外周が固定して連結され、特に溶接され、他方で建物壁２４に立て掛けられている。この時、パイプ６は、エネルギー吸収（連結）要素、保持部／固定部／懸架部／支持部、または保護格子２２と建物壁２４との間の支承部を表す。
【００３３】
あるいは、建物壁２４とパイプ６との間に隙間があってもよい。後者の場合には、エネルギー吸収支承部に代えて、単にエネルギー吸収要素について述べる方が適切である。
【００３４】
しかし、エネルギー吸収パイプ６が、例えば内側格子面Ｅ１の水平梁３'に固定されているその他の取付変形例も可能である。さらに、内側格子面Ｅ１と建物壁２４との間の隙間２８内に配置された、平行に整列され互いに当接した複数のパイプを備える一種の連続配置または直列配置を実現することができる。必要なパイプの長さおよび配置構成は、エネルギー吸収需要量、および（予想される）衝突時の衝撃に依存する。
【００３５】
それぞれのパイプ６におけるエネルギー吸収能力を増加させるために、好ましくは塑性変形可能なコア３６が配置され、これは有利には十字溶接した鋼板からなる。図４の断面図では、コア３６はパイプ円周内に十字を形成し、この十字の中心がパイプ６の長手方向軸と一致する。コア３６は、有利にはパイプ６内にのみ挟持され、他の方法でパイプ内壁に固定されない。
【００３６】
エネルギー吸収要素として使用されるパイプ６の有利な寸法は以下の通りである。
パイプ径              Ｄ＝３００−１０００ｍｍ
壁厚                  ｔ＝１０−２５＋ｍｍ
コア内のプレート厚さ  Ｔ＝１０−５０ｍｍ
【００３７】
この寸法表示、および前述の寸法表示は、航空機墜落、特に４発機旅客機の墜落から原子力発電所の建物を保護するための要件に合わせられており、数値シミュレーションにおいて正当性が証明された。寸法は、個々のケースで要件によって異なる。
【００３８】
パイプ６およびコア３６の有利な材料は、高い延性および塑性変形能力を有する鋼鉄種である。
【００３９】
基盤に係止することによって、物体の衝突または落下時に保護格子２２上／保護格子２２内に吸収されたエネルギーの一部は、ボトム支承部を介して伝導される。エネルギーの他の一部は、保護格子２２自体の塑性変形によって吸収され、より大きい衝突面に分散される。さらに、エネルギーの大部分は、衝突時に非線形変形したエネルギー吸収要素３２によって吸収され、ごく一部のみが、大幅に減少した形で建物に伝達される。これにより、保護されるべき建物へのエネルギー伝達が許容レベルにまで減少する。これにより、建物には構造的な過負荷がかからず、衝突による振動・震動が許容程度に制限される。最終的に、衝突物体は保護格子２２によって複数の小さな破片に分解され、異なる方向に偏向され、減速された速度で建物壁２４の異なる箇所に当たる。
【００４０】
最後に、本構成の特別な利点は、建物全体を再建設する必要がなく、空間的に建物壁２４または建物外殻の特に保護が必要な部分、または敏感な部分に保護カバーを限定できる点である。
【００４１】
これまでに説明した構成の有利な変形例では、底部を支持することなく、専らエネルギー吸収要素３２を介して保護格子２２を建物壁２４に支持することができ、これは例えば天井部分の保護に有益である。室内の保護格子２２の位置および向きは、当然ながら取付状況に適合することができる。すなわち、「垂直梁」および「水平梁」は、室内においては、前述の説明および本明細書で使用される符号が示唆するものとは異なるように整列される。
【００４２】
最後に、保護格子２２はその形状が、建物の外側輪郭、例えばドーム型発電所建屋の円形または他の方法で湾曲した外周に従うことが考えられる。これは有利には、一部が直線状の部分に、上述のような湾曲箇所が介在することによって実現される。
【００４３】
上記の説明で鋼鉄について言及されている限りでは、これは、当該構成要素が少なくとも部分的に鋼鉄製であることを意味する。鋼鉄および他の材料からなる複合材料は、これに明確に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
特に重要な適用分野は、原子力発電所もしくはその他の原子力施設の発電所建屋または建物外殻の保護である。当然ながら、産業設備または軍事物体を航空機墜落等から保護するための、その他の多様な用途も可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…垂直梁、２…垂直梁、３…水平梁、３'…水平梁、４…斜め梁、５…斜め梁，６…パイプ，２０…保護システム、２２…保護格子、２４…建物壁、２６…底部、２８…隙間、３０…結合点、３２…エネルギー吸収要素、３４…半径方向、３６…コア、Ｅ１…内側格子面、Ｅ２…外側格子面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2020506312.tif 000008
2020506312.tif 000009
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