Konstruktion & Tragwerkselemente

Die Textile Architektur stellt besondere Anforderungen an Konstruktion, Material und Formgebung.

Membranen können nur auf Zug, nicht auf Druck beansprucht werden. Um die gewünschte und statisch berechenbare Stabilität zu erreichen, ist eine mechanisch aufgebrachte Vorspannung in Verbindung mit einer antiklastischen Formgebung zwingend erforderlich. Je größer die Verformung der Membrane umso geringer sind die aufzubringenden Vorspannkräfte, die sich letztlich aus der äußeren Belastung aus Wind und Schnee im Rahmen der statischen Berechnung ergeben. Kissenkonstruktionen aus ETFE erhalten ihre Stabilität durch eine pneumatisch erzeugte synklastische Formgebung.

Die Wirtschaftlichkeit einer Membranstruktur ist sehr stark abhängig von der Formgebung. Je größer die Verformung, je geringer ist die Belastung der Tragstruktur durch Vorspannung und die resultierenden Kräfte aus Wind und Schnee. Bei geeigneter Formgebung sind freitragende Spannweiten bis 100 Meter möglich.

Leider sind aufgrund baulicher Auflagen oft Kompromisse erforderlich. Mithilfe geeigneter Formfindungsprogramme sind die Ceno-Ingenieure gern bei der Ermittlung der wirtschaftlichsten Lösung behilflich.

Tragwerke aus Stahl und Stahlseilen: Das Rückgrat für „Leichte Flächentragwerke“

Membrane und Tragwerk werden integrativ geplant - nur so lassen sich wirtschaftliche und architektonisch ansprechende filigrane Bauwerke entwickeln. Die Membrane übernimmt neben ihrer abdeckenden Funktion statische Aufgaben und entlastet das Tragwerk. Erreicht wird dies durch Formgebung und die enorme Festigkeit der hochfesten Textilgewebe. Bei vergleichbarer spezifischer Zugfestigkeit wiegt die Membrane nur etwa 1/5 des Stahlgewichtes.

Die Variationsmöglichkeiten mit geeigneten Anschlussdetails und die Chance der werksseitigen Vorfertigung unterstreichen die Vorteile des Stahltragwerks. Seiltragwerke ermöglichen zusätzliche ästhetische und wirtschaftliche Aspekte. Der Flächenbedarf für Abspannungen kann jedoch diese Möglichkeit eingrenzen.

Stahl- Seiltragwerk - Tribünenüberdachung TSV Gersthofen
Luftgestützte Konstruktionen aus ETFE-Folien

Neben mechanisch vorgespannten Membranflächen werden zunehmend pneumatisch vorgespannte, also luftgestützte Kissenkonstruktionen, insbesondere aus ETFE-Folien, eingesetzt.

Hier erfolgt die Lastabtragung aus äußeren Lasten durch den Überdruck. Eine ausreichende Krümmung der Membranfläche ist ebenfalls erforderlich - je kleiner der Radius desto geringer sind die Lasten, die auf das Tragwerk wirken.

Für die gewünschte Sollgeometrie der Kissen erhalten die Ober- und Unterfolien einen Formzuschnitt. Dieser Formzuschnitt garantiert bei einem Innenüberdruck von 300 bis 800 Pa auch bei äußeren Belastungen eine straffe Ober- bzw. Unterfläche.

Der Vorteil luftgestützter Konstruktionen ist die Möglichkeit leichterer Tragkonstruktionen, die neben den äußeren Lasten lediglich für die horizontalen Lasten aus einem Luftkissen auszulegen sind. Zu beachten ist, dass das gewählte Stützluftgebläse mit konditionierter Luft arbeitet und eine redundante Schaltung besitzt.

Aufgrund des geringen Flächengewichts der Kissen kann das Tragwerk sehr filigran und leicht gestaltet werden. Die Kissen werden mittels Aluminiumrahmen über weite Dach- und Fassadenflächen auf den Tragwerkskonstruktionen aus Holz, Stahl oder Aluminium montiert.

 

ETFE-Foliendächer werden individuell auf die bauphysikalischen Ansprüche des Gebäudes abgestimmt.

Zur Erzielung einer Wärmedämmwirkung werden Folienkissen mit Mehrkammersystemen realisiert.
U-Werte (1) :

  • 1,51 W/(m²K)
  • 0,78 W/(m²K)

(1) Projektspezifische Nachweise durch eine hygrothermische Analyse für den Raum Düsseldorf/Duisburg