Bescherming tegen explosies: geoptimaliseerd ontwerp

Specialist-ingenieur Guido Lori onderzoekt hoe explosiebestendige gevels de nieuwe veiligheidsnorm zijn geworden en hoe de Permasteelisa Group dankzij precisietechniek geavanceerde explosiebestendige technologie kan integreren in gevels van de volgende generatie, zonder afbreuk te doen aan de architectonische visie of de doelstellingen op het gebied van CO₂-reductie.

De geopolitieke situatie heeft geleid tot onvoorspelbare bedreigingen voor de openbare veiligheid in onze bebouwde omgeving, waaronder een toename van het aantal geïmproviseerde explosieven (IED’s). In steeds dichterbevolkte stedelijke centra brengt een explosie elk omliggend gebouw in gevaar, en explosiebestendige gevels – die vroeger voorbehouden waren aan overheidshoofdkwartieren en ambassades – worden in snel tempo een standaardvereiste voor alle toonaangevende bouwprojecten om deze toekomstbestendig te maken.

Wanneer er een explosie plaatsvindt, vormt de gevel de eerste verdedigingslinie van het gebouw. Deze moet de enorme energie van de schokgolf opvangen en afvoeren door middel van snelle bewegingen of opzettelijke vervorming, om de totale schade tot een minimum te beperken en – wat van cruciaal belang is – de mensen binnenin te beschermen.

De nalevingsvalkuil

Bij het beperken van explosierisico’s vallen veel projectontwikkelaars en architecten automatisch terug op standaard regelgevingskaders, zoals de richtlijnen van de National Protective Security Authority (NPSA). Hoewel deze kaders essentiële uitgangspunten bieden, kan het hanteren ervan als ontwerphandleiding leiden tot een kostbare overdimensionering van materialen, met meer staal, dikker glas en zwaardere constructies tot gevolg.

Optimalisatie: een evenwicht vinden tussen esthetiek, duurzaamheid en veiligheid

Onze aanpak bij het ontwerpen van op maat gemaakte, explosiebestendige vliesgevels is gebaseerd op Multi-Degree-of-Freedom (MDOF)-systemen, waarbij we gebruikmaken van nauwkeurige berekeningen om het gedrag van de gevel in de praktijk te voorspellen. Door gebruik te maken van nauwkeurige technische gegevens kunnen we dunnere, lichtere profielen ontwerpen die de ingebouwde koolstof aanzienlijk verminderen in vergelijking met traditionele explosiebestendige specificaties, terwijl we tegelijkertijd valideren dat de gevel op intelligente wijze extreme dynamische belastingen aankan.

Deze op technische prestaties gebaseerde aanpak stelt ons in staat een belangrijk evenwicht te vinden tussen de architectonische reikwijdte en de beschermingsniveaus, zodat een explosiebestendige gevel compatibel kan worden gemaakt met ontwerpkenmerken zoals openingen en glazen lamellen. Door bijvoorbeeld de openingsrichting nauwkeurig te regelen, de maximale openingshoek te beperken, meerdere lagen te gebruiken en plaatselijke verstevigingen aan te brengen, kunnen we zelfs in een gevel die is ontworpen voor het ‘hoogste dreigingsniveau’ te openen ramen integreren.

Materiaalwetenschap en dissipatieve componenten

Bij een explosie komt chemische energie vrij die zich halfrond verspreidt, en materialen gedragen zich onder deze extreme dynamische belastingen totaal verschillend. Onze technische aanpak zoekt een evenwicht tussen drie factoren: het behoud van de structurele integriteit van de constructie-elementen, het beperken van de gevaren van rondvliegend glas en het minimaliseren van de belasting die op de primaire bouwconstructie wordt overgebracht. Om dit te bereiken moeten echter alle componenten tegelijkertijd worden gemodelleerd om hun complexe onderlinge interacties in kaart te brengen.

Modellering en testen van het gehele systeem

Om verder te gaan dan standaardcodes, die elementen afzonderlijk behandelen, registreert ons eigen platform Testudo de dynamische interactie tussen het glas, het kozijn en de bevestigingsbeugels als een samenhangend geheel van het systeem. Deze op maat gemaakte software is gebaseerd op een door vakgenoten beoordeelde methodologie die in diverse conferentieverslagen en wetenschappelijke tijdschriften is gepubliceerd.

Met Testudo kunnen onze teams uiterst realistische en kosteneffectieve oplossingen voor explosieveiligheid ontwerpen voor diverse typologieën, waaronder geprefabriceerde gevels, stick-systemen, kabelstructuren en Closed Cavity Façade (CCF)-systemen. Elk systeem wordt op maat ontworpen en is schaalbaar voor gemiddelde, hoge of extreme dreigingsprofielen, en wordt op verzoek getest om te voldoen aan erkende explosienormen. We kalibreren onze digitale modellen voortdurend aan de hand van fysieke gegevens, variërend van materiaaltests op componentniveau tot explosietests op ware grootte op complete gevelelementen.

Nieuwe componenten

Om de kracht van een inslag weg te nemen van de beglazing of de betonnen hoofdplaten, hebben we bovendien een gepatenteerde ‘Dissipative Bracket’ ontwikkeld, een innovatief onderdeel dat onder dagelijkse windbelastingen stijf blijft, maar zo is ontworpen dat het ‘instort’ onder de extreme impuls van een explosiegolf. Doordat de beugel de energie via gecontroleerde vervorming kan absorberen en afvoeren, wordt de overdracht naar de primaire bouwconstructie en catastrofaal glasbreuk beperkt.

Partnerschappen op het gebied van onderzoek en ontwikkeling

Naast onze eigen gespecialiseerde ingenieurs die op dit gebied werkzaam zijn en rechtstreeks bijdragen aan onze projecten, onderhouden we langdurige samenwerkingsverbanden met universiteiten wereldwijd om ervoor te zorgen dat onze ontwerpen gebaseerd zijn op het meest geavanceerde academische onderzoek en de meest geavanceerde materiaalkunde die er zijn. Dit omvat:

• Imperial College London (VK): Onderzoek naar de eigenschappen van tussenlagen en framematerialen bij hoge belasting.
• HafenCity University Hamburg (Duitsland): Verdieping van de kennis over de ontwerpsterkte van glas en het testen van dissipatieve beugels
  De Universiteit van Melbourne (Australië): Onderzoek naar het gedrag van glas na scheurvorming, interacties tussen structuur en medium (aero-elastische demping) en faalwijzen van gelaagd glas.
• Cranfield University (VK): Onderzoek naar afschuifrelaxatie tussen lagen onder extreme belastingen.
• University of Technology Sydney (Australië): Analyse van thermisch onderbroken profielen.
• TU Dresden (Duitsland): Onderzoek naar de interactie tussen gevel en bouwconstructie bij explosiebelastingen.

De businesscase

Een geoptimaliseerde explosiebestendige gevel is een commerciële langetermijnstrategie die de waarde van een vastgoedobject gedurende de gehele levenscyclus verhoogt. Door een gebouw zo te ontwerpen dat het explosie-energie dynamisch kan absorberen, wordt het risicoprofiel aanzienlijk verlaagd, wat door verzekeraars direct wordt erkend in de vorm van lagere premies op de lange termijn.

Tijdens de bomaanslagen in het financiële centrum van het Verenigd Koninkrijk in de jaren negentig waren de grootste financiële verliezen het gevolg van bedrijfsonderbrekingen en niet zozeer van het instorten van gebouwen. Een geoptimaliseerde gevel beperkt structurele schade tijdens een incident, waardoor het gebouw en – nog belangrijker – mensenlevens worden beschermd. Dit betekent ook dat de bedrijfsactiviteiten snel weer kunnen worden hervat.

Wereldleiders

Met behulp van onze toonaangevende technologie hebben we tot nu toe wereldwijd met succes meer dan 50 grote explosiebestendige gevels ontworpen, geproduceerd en geïnstalleerd, waaronder enkele van de meest iconische en streng beveiligde architectonische monumenten, zoals:

• New York: One Vanderbilt, Hearst Tower, Hudson Yards, 3 World Trade Center, LaGuardia Airport en One Bryant Park.
• Londen: Salisbury Square, London Wall Place, het hoofdkantoor van Bloomberg, 99 Bishopsgate, 52 Lime Street (The Scalpel) en 8 Canada Square.
• Wereldberoemde monumenten: KL118 (Kuala Lumpur), Lex 2000 (Brussel), het gerechtsgebouw van Parijs (Parijs), de Amerikaanse ambassade (Peking), O’Hare International Airport (Chicago), de Commonwealth Law Courts (Melbourne) en de centrale overheidsgebouwen (Hongkong).

Als u meer wilt weten over hoe u verder kunt gaan dan alleen naleving en kunt overstappen op intelligente, geoptimaliseerde engineering, neem dan contact met ons op via g.lori@permasteelisagroup.com.