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Europ盲ische Spallationsquelle (ESS): Targetrad-Dachkonstruktion

Lund, Schweden

Die Er枚ffnung der ESS l盲utet eine neue 脛ra der Teilchenforschung ein. Die Anlage umfasst hochmoderne Teilchenbeschleuniger und Spallationstechnologie, die Neutronenstrahlen 100-mal heller als die heute verf眉gbaren aussenden kann, was sie zur leistungsst盲rksten Spallationsquelle der Welt macht.

Eine Spallationsquelle ist ein gro脽er Teilchenbeschleuniger, der geladene Teilchen, wie z.B. Protonen, beschleunigt und sie auf ein feststehendes Target schie脽t. Dabei werden Kernteilchen herausgeschlagen, unter anderem Neutronen, mit denen Forscher:innen ihre Forschungsproben bis ins kleinste Detail analysieren k枚nnen. Dieser Prozess wird dazu benutzt, um die Forschung in verschiedenen Disziplinen, wie z.B. Energie, Physik, Technik, Chemie und Medizin voranzubringen.

Die Vision des Gro脽projekts in Lund ist es, ein bahnbrechendes Forschungsumfeld zwischen zwei gro脽en Forschungseinrichtungen zu schaffen: der MAX IV-Synchrotronstrahlungsanlage und der ESS.

Die beiden Schl眉sselelemente der ESS-Anlage sind der 600 Meter lange lineare Protonenbeschleuniger und ein vier Tonnen schweres Wolfram-Targetrad, die im Tandem arbeiten und Daten generieren, die verschiedene wissenschaftliche Teams f眉r ihre Forschung nutzen k枚nnen. 海角视频 wurde beauftragt, eine au脽erordentlich tragf盲hige und dennoch leichte, gro脽e Dachkonstruktion aus Stahlrahmen zu entwerfen, um das Targetrad und die dazugeh枚rigen Versuchshallen vor extremen Winterwetterlagen und seismischen Aktivit盲ten zu sch眉tzen. Das au脽ergew枚hliche Dach stellt den Mittelpunkt und das ikonische Erkennungsmerkmal der ESS dar.

Die Herausforderung

Angesichts der potenziellen Risiken der Partikelforschung, ist es von gr枚脽ter Bedeutung sicherzustellen, dass das Stahldach so konstruiert ist, dass es extremer Witterung und sogar Erdbeben 眉ber einen Zeitraum standh盲lt, der weit 眉ber die voraussichtliche Lebensdauer des Geb盲udes hinausgeht. Au脽erdem muss die Dachkonstruktion den wechselnden Bed眉rfnissen der Forschungseinrichtung gewachsen sein.

Die schiere Gr枚脽e und Belastung des Daches, das eine Grundfl盲che von 200脳150 Metern hat, waren die erste Herausforderung f眉r unser Konstruktionsteam. Die Auskragungen des Daches ragen bis zu 35 Metern 眉ber den Geb盲udeumfang hinaus, was die Anf盲lligkeit f眉r Witterungsbedingungen wie starken Wind und starken Schneefall erh枚ht.

Die L枚sung

Um die Belastung durch schlechte Witterung zu reduzieren, entwickelte unser Team ein semipor枚ses Rippendach-Fassadensystem. Der zus盲tzliche Vorteil dieses Ansatzes erlaubte es uns, die Menge und damit die Kosten f眉r den Stahlbau zu reduzieren. In enger Zusammenarbeit mit dem Architektenteam und den Fassadenspezialist:innen entwickelten wir ein Design f眉r die Au脽enfassade des freitragenden Dachs mit Aluminiumlamellen. Wir verwendeten parametrische Werkzeuge, um die Form, L盲nge und Dicke der Lamellen zu optimieren. Die auf der Stahlrippenkonstruktion aufliegenden Lamellen sind so geformt, dass sie Wind durchlassen und Schneemengen zu Boden fallen k枚nnen, ohne die Stabilit盲t des freitragenden Dachs zu beeintr盲chtigen. In Zusammenarbeit mit spezialisierten Partnerunternehmen wurden die Auswirkungen von Wind und Schnee durch ma脽stabsgetreue Testmodelle und computergest眉tzte Analysen der Str枚mungsdynamik (CFD) 眉berpr眉ft. Um ein optimales technisches Design zu gew盲hrleisten, entwickelte unser Team zus盲tzlich ein parametrisches Modellierungstool, das, mit dem BIM-Modell verbunden, die Anpassung der H枚hen, Abst盲nde und Neigungen der Stahltr盲ger erm枚glichte.

Der Bauprozess wurde bereits in der Anfangsphase des Projekts ber眉cksichtigt, um dessen Effizienz zu steigern. Zu den L枚sungen geh枚ren die Standardisierung von Stahlbauelementen trotz der komplexen Geometrie des Daches sowie die Spezifikation vorgefertigter Dachpaneele, die eine schnelle und sichere Montage vor Ort erm枚glichen. Unsere Erfahrung bei der Arbeit an komplexen Strukturen half uns, ein spezielles parametrisches Modellierungstool zu entwickeln, mit dem es uns gelang, die Anzahl der verschiedenen Typen von Fassadenplatten, die f眉r das auskragende Dach ben枚tigt wurden, deutlich zu verringern. Dies f眉hrte zugunsten der Nachhaltigkeit zu gro脽en Effizienzen bei der Herstellung und Installation, denn mit diesem System konnte die Materialverschwendung deutlich reduziert werden.

Der Mehrwert

Nach 20 Jahren Planung durch insgesamt 17 L盲nder rund um den Globus ist die Europ盲ische Spallationsquelle dazu bestimmt, unser Verst盲ndnis des Universums zu erweitern und Erkenntnisse zu liefern, die zuvor nicht m枚glich waren. Mit sorgf盲ltiger Planung und technischer Innovation haben wir dazu beigetragen, dass das ESS-Dach die weltweit leistungsst盲rkste Neutronentestanlage vor extremen Wetter sch眉tzt und dabei flexibel genug f眉r die zuk眉nftigen Bed眉rfnisse der Teilchenforschung bleibt.