Die architektonisch ansprechenden Eigenschaften einer transparenten Dachkonstruktion beziehen sich auf die Reflexion, Absorption und Transmission des Sonnenlichts, insbesondere im Bereich des sichtbaren Spektrums. Die meisten dieser freigeformten Dächer der letzten Jahre entstanden in enger Zusammenarbeit zwischen Architekt und Ingenieur. In mehreren Iterationsschritten wurde dabei die vom Architekten geschaffene Ursprungsform so lange angepasst, bis sich schließlich eine ästhetisch, wirtschaftlich und statisch optimierte Lösung ergab. Aus diesen Wechselbeziehungen zwischen Entwurf und Tragwerk, sowie zwischen Form, Material und Beanspruchung haben die letzten Entwicklungen hauptsächlich in der Glasherstellung und Glasbautechnik dazu beigetragen den Spielraum für die Gestaltung von Konstruktionen in der Architektur wesentlich zu erweitern. Die Formgebung / Formfindung der Dachstruktur ist durch den Einsatz von leistungsfähigen FE-Programmen (= Finite Elemente Programmen) nicht mehr als Kernpunkt der Planung einzustufen. Vielmehr orientieren sich die Planungsbüros heutzutage nach neuen Möglichkeiten Transparentbauten (v. A. Glas) durch signifikante Reduktion der lastabtragenden Sekundärstruktur zu planen. Diese Minimierung des Materialverbrauchs bei gleichzeitiger Maximierung der Transparenz lässt auch die Membrankonstruktion in den Vordergrund treten. Diese spezielle Mischung aus organischer Gestalt und künstlerischer Konstruktion hat einen ganz besonderen Reiz, den auch viele Künstler zu nutzen verstanden haben. So sind bei ihren Projektpräsentationen Schlagwörter, wie etwa Leichtigkeit oder Transparenz als Definition der „textilen“ Innen- und Außenräume entstanden. Trotzdem nimmt in der Baupraxis das Bauen mit Membranen insgesamt nur einen sehr geringen Anteil am umgesetzten Bauvolumen ein. Zudem erfordert membranes-Bauen Spezialwissen, das praktisch an der Hochschule nicht gelehrt wird. Beides sind Gründe, die den Membranbauten eine exotische Note verleihen. Dies zeigte sich auch bei der Recherche nach neuartigen Entwicklungen auf diesem Gebiet. Hinführend auf die gleichen Fragestellungen wie im Glasbau: nach Nutzerkomfort und Langlebigkeit, hat die Forschung im Membranbau die selbigen zu klären.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 URSPRUNG DES MEMBRANBAUS
1.2 DAS PRINZIP DES LEICHTBAUS
1.3 EINTEILUNGSBEREICHE DER MEMBRANEN
2 DAS MATERIAL: MEMBRANE
2.1 UNBESCHICHTETE GEWEBE
2.1.1 Baumwollgewebe
2.1.2 Fluorpolymergewebe
2.2 BESCHICHTETE GEWEBE
2.2.1 Fluorpolymergewebe
2.2.2 PVC besichtete Polyestergewebe (PVC/PES)
2.2.3 PTFE–beschichtete Glasfasergewebe (GF)
2.2.4 Silikonbeschichtete Glasfasergewebe (GF)
2.2.5 PVC–beschichtete Aramidfasergewebe
2.3 FOLIEN
2.3.1 Grundlagen
2.3.2 Fluorpolymerfolien
2.3.2.1 ETFE–Folien (Ethylen-Tetrafluorethylen)
2.3.2.2 THV–Folien
2.3.3 PVC–Folien (Polyvinylchlorid)
2.3.4 Bemerkung
3 VORSPANNUNG
3.1 PRINZIP DER VORGESPANNTEN MEMBRANFLÄCHEN
3.2 STABILITÄT DURCH VORSPANNUNG
3.3 BESCHREIBUNG DER LASTABTRAGUNG
3.4 KRÜMMUNG
3.5 DIE MECHANISCHE VORSPANNUNG
3.5.1 Segel
3.5.2 Wellenfläche
3.5.3 Bogenfläche
3.5.4 Hochpunktfläche
3.6 DIE PNEUMATISCHE VORSPANNUNG
3.6.1 Luftgetragene Konstruktionen (Ballonkonstruktion)
3.6.2 Luftgestützte Konstruktionen
3.6.2.1 Kissenkonstruktionen
3.6.2.2 Schlauchkonstruktionen
3.6.3 Pneus als Gusformen
4 FAZIT:
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung einer wissenschaftlich fundierten Übersicht über den aktuellen Stand der Membranbautechnologie für das Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP). Es wird untersucht, welche Materialien und konstruktiven Prinzipien – insbesondere die Vorspannung – die Grundlage für moderne Membranarchitektur bilden, um das Forschungsfeld für das IBP zu erschließen.
- Grundlagen und Definitionen des Membranbaus
- Klassifizierung und Eigenschaften moderner Membranwerkstoffe (Gewebe und Folien)
- Strukturelle Bedeutung der Vorspannung zur Lastabtragung
- Unterscheidung zwischen mechanischen und pneumatischen Vorspannungssystemen
Auszug aus dem Buch
3.6 Die pneumatische Vorspannung
Die pneumatische Vorspannung wird nicht, wie es bei mechanisch vorgespannten Membranen der Fall ist, durch Randseile und/oder Unterstützung zur Stabilisierung der Fläche hervorgerufen, sondern lediglich durch den Druckunterschied auf den angrenzenden Bereichen der Membran [23]. Das Medium, in den meisten Fällen Luft, mit dem höheren Druck wird durch die Membrane an der weiteren Ausdehnung gehindert und spannt dieselbe.
Die Membrane krümmt sich demzufolge in Richtung des weniger dichten Mediums und wird dadurch flächig in ihrer Lage und Form stabilisiert. Da die Ausdehnung nahezu in alle Richtungen mit gleicher Intensität erfolgt, ist das Idealergebnis eine Kugelkalotte. Die Membrane ist unter allen äußeren Belastungen nur auf Zug beansprucht. Alle auftretenden Kräfte aus den Flächen werden allein über die Zugbeanspruchung in das nächste tragende Bauteil bzw. Fundament abgeleitet. Die Vorspannung muss so groß sein, dass sie allen äußeren Einwirkungen entgegenwirken kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Einleitung beleuchtet die steigende Bedeutung von Membranstrukturen in der modernen Architektur und definiert den Bedarf für eine wissenschaftliche Aufarbeitung dieser Bauweise.
2 DAS MATERIAL: MEMBRANE: In diesem Kapitel werden die mechanischen und physikalischen Eigenschaften verschiedener Membranwerkstoffe wie unbeschichtete Gewebe, beschichtete Gewebe und Folien detailliert gegenübergestellt.
3 VORSPANNUNG: Hier werden die physikalischen Prinzipien der Lastabtragung sowie der mechanischen und pneumatischen Vorspannung erörtert, die zur Stabilisierung von Membranflächen notwendig sind.
4 FAZIT: Das Fazit stellt die wachsende Bedeutung des Membranbaus als eigenständige Bauweise heraus und betont das technologische Entwicklungspotenzial im Bauwesen.
Schlüsselwörter
Membranbau, Membranarchitektur, Leichtbau, Vorspannung, Gewebe, Fluorpolymere, ETFE, pneumatische Konstruktionen, mechanische Vorspannung, Lastabtragung, Materialeigenschaften, Tragwerk, Membrantechnologie, Bauphysik, Zugbeanspruchung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine umfassende Übersicht über den aktuellen Status Quo des modernen Membranbaus, um die technologischen Grundlagen für zukünftige Forschung am Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) bereitzustellen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder umfassen die Materialkunde (Gewebe und Folien), die physikalischen Grundlagen der Vorspannung sowie die verschiedenen konstruktiven Ansätze zur Stabilisierung von Membranflächen.
Welches primäre Ziel verfolgt die Forschungsarbeit?
Das Ziel ist das Aufzeigen der entscheidenden Elemente in der Membranbautechnologie, insbesondere die Analyse des Materials und der Vorspannung, um einen fundierten Einstieg in dieses neue Forschungsgebiet zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer umfassenden Recherche des Stands der Technik hinsichtlich Materialien und Bauweisen im Membranbau, die systematisch zusammengeführt und analysiert wurden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in zwei wesentliche Abschnitte: Die detaillierte Vorstellung der verschiedenen Membranwerkstoffe und die Analyse der konstruktiven Stabilisierung mittels mechanischer und pneumatischer Vorspannung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Zu den prägenden Begriffen zählen Membranbau, Leichtbau, Vorspannung, Materialfestigkeit, pneumatische Systeme und die architektonische Anwendung textiler Strukturen.
Warum ist die Vorspannung für Membranbauten essenziell?
Ohne Vorspannung wären Membranen als biegeweiche Bauteile instabil. Die Vorspannung verleiht ihnen die notwendige Steifigkeit zur Lastabtragung und verhindert das unerwünschte Flattern oder Faltenbildungen unter Windlasten.
Worin liegt der Hauptunterschied zwischen mechanischer und pneumatischer Vorspannung?
Mechanische Vorspannung wird durch den Zuschnitt und die mechanische Dehnung des Materials im Randbereich erzeugt. Pneumatische Vorspannung hingegen basiert auf einem gezielten Druckunterschied (Luftdruck) zwischen den Membranseiten.
- Citar trabajo
- Sabrina Rixler (Autor), 2005, Übersicht über den Status Quo des modernen Membranbaus, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/112639
