Membran und Traglufthallen – Formfindung, Statik und Material

Membran | Traglufthalle

Die Berechnung einer Membran als Dachkonstruktion ist ein relativ junges Spezialgebiet des Bauingenieurwesens, bei dem, anders als bei vielen anderen Ingenieuraufgaben, die Form zu Beginn der Berechnung noch unbekannt ist, und erst durch Vorgabe bestimmter Randbedingungen (Spannungen, Zwangspunkte wie Hoch- und Tiefpunkte) gefunden werden muss. Charakteristisch für das Tragverhalten einer Membran ist, dass das Material ausschließlich unter Zug steht. Druck- und Schubspannungen können dabei nicht aufgenommen werden.

Als Materialien kommen beschichtete Gewebemembrane (Polyester- oder Glasfasergewebe) oder Folien zum Einsatz. Bei ersteren übernimmt das Gewebe die tragende Funktion, während die Beschichtung die Membran vor Umwelteinflüssen wie Regen und chemische Angriffe schützt. Durch die Kett- und Schussrichtung des Gewebes ist ein anisotropes (also ein in die Hauptrichtungen unterschiedliches) Tragverhalten die Folge. Bei den Folien hingegen muss sowohl die Abtragung der Kräfte als auch die Widerstandsfähigkeit von einem einzigen Material ( in der Regel thermoplastische Kunststoffe) übernommen werden. Zu dem maßgeblichen Vorteil gehört die, im Vergleich zu den Geweben, erhöhte Dichtigkeit gegenüber Luftdruck, so dass dieses Material meist bei Traglufhallen eingesetzt wird.

Schwierig erweist sich bei der Dimensionierung einer Membran die korrekte Form der einzelnen Segmente im spannungsfreien Ausgangszustand, dem sogenannten Zuschnitt. Denn nach dem Vernähen und Spannen muss die Membran die korrekte Geometrie und eine konstante Spannung in alle Richtungen ihrer Ebenen aufweisen. Dies ist entscheidend, damit die Membran im Endzustand keine Falten wirft oder bei starkem Wind zu flattern beginnt. Das bedeutet, dass die, durch die Vorspannung der Membran hervorgerufenen, Zugspannung während der gesamten Lebensdauer nicht durch äußere Lasten wie Schnee oder Wind zum Ausfall gebracht werden darf. Damit Membrane dennoch bei starkem Wind eingesetzt werden können, stehen unterschiedliche Festigkeitsklassen (I bis V) der Membran zur Auswahl, die unterschiedliche Vorspanngrade zulassen.

Auch gibt es nur wenige normative Regelungen zur Windlastermittlung bei unregelmäßigen Geometrien. Neben dem Wissen aus der Fachliteratur stützen wir uns auch auf Ergebnisse aus fluid-dynamischen Computerberechnungen (CFD), um die Windverhältnisse möglichst realistisch abbilden zu können.

Der Membranbau ist ein anspruchsvolles Gebiet des Bauingenieurwesens und es  sind vor allem fundierten Kenntnisse im Bereich der Finiten Elemente Methode entscheidend. Von großem Vorteil sind hier die Forschungsarbeiten im Bereich der Finiten Plattenelemente von Herrn Wittmann während seiner Tätigkeit an der Fakultät für Bauingenieurwesen der Technischen Universität München.

Membrane kommen bei dem B&W Statik Ingenieurbüro häufig im Bereich des Zeltbaus zum Einsatz. Wir helfen Ihnen gerne bei der Formfindung, Berechnung und dem Zuschnitt ihrer Membran sowie deren Komponenten wie Randseile und Verbindungselemente!

 

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