Textile Hullen Bauen Mit Biegeweichen Tragelementen: Materialien, Konstruktion, Montage (German Edition)

Textile Hüllen

Bauen mit biegeweichen Tragelementen Michael Seidel

Materialien Konstruktion Montage

Michael Seidel Textile Hüllen Bauen mit biegeweichen Tragelementen

Textile Hüllen

Bauen mit biegeweichen Tragelementen Michael Seidel

Materialien Konstruktion Montage

Dipl.-Ing. Dr. Michael Seidel Institut für Architektur und Entwerfen Abteilung Hochbau 2 – Konstruktion, Installation und Entwerfen Technische Universität Wien Karlsplatz 13, 1040 Wien

Coverabbildung: Detailzeichnung des Forumdachs im Sony-Center, Berlin (Waagner-Biro, Wien)

Dieses Buch enthält 371 Abbildungen. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

ISBN 978-3-433-01865-1 © 2008 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprint, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht eigens markiert sind. Layout und Gestaltung: 29 transfer concept Druck: betz-druck GmbH, Darmstadt Bindung: Litges & Dopf Buchbinderei GmbH, Heppenheim Printed in Germany

1

Geleitwort

Vor uns liegt ein bemerkenswertes Buch. Es stellt die erste umfassende, auf wissenschaftlicher Basis erarbeitete Beschreibung aller der zum Bauen mit biegeweichen Tragelementen, also Seilen und Gurten, Geweben, Gewirken und Folien, erforderlichen Kenntnisse und Zusammenhänge dar. Das Wort „Bauen“ ist dabei wörtlich zu nehmen: Der Autor Michael Seidel betrachtet die Herstellungs- und Montageprozesse bei zugbeanspruchten Tragwerken, aber auch deren Wechselwirkungen mit der architektonischen und ingenieurtechnischen Planung einerseits sowie der Qualität des Endprodukts „Bauwerk“ andererseits. Er stößt damit in einen Bereich vor, der von den mit dem Leichtbau befassten Fachleuten zwar als solcher gekannt, mit Ausnahme weniger jedoch weder in seinen Einzelheiten überblickt, gar beherrscht wird. Die Folgen davon sind mehr oder weniger arbeitstäglich zu sehen: Aus Montagegründen oder aus Gründen der Montierbarkeit überhaupt müssen immer wieder bereits fertig vorliegende Planungen verändert, teilweise grundlegend umgearbeitet werden oder, noch folgenreicher, kann das Endprodukt„Bauwerk“ nicht in der intendierten Qualität hergestellt werden. Es war seit langem notwendig, die beim Bauen mit biegeweichen Tragelementen zur Anwendung kommenden Herstellungs- und Montageprozesse zusammenzutragen, zu kategorisieren und zu bewerten. Nicht nur die so entstandene Übersicht ist für alle diejenigen, die mit dem Bauen biegeweicher und zugbeanspruchter Tragwerke zu tun haben, von großem Wert. Vielmehr ist es auch das Aufzeigen der Interdependenzen zwischen Planung, Montage und der Qualität des fertigen Bauwerks, die das vorliegende Buch, das eine tiefe Lücke in der bisher vorliegenden Literatur zum Leichtbau füllt, so wichtig macht.

Stuttgart, im Oktober 2007

Werner Sobek

für Maggie & Esther Olivia

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Vorwort

Kaum ein Bereich im Bauwesen erfordert eine derart enge Zusammenarbeit aller an der Planung, Herstellung und Ausführung Beteiligten wie das Bauen mit Textilen Materialien. Von der Formfindung und Zuschnittsermittlung bis zur Detail- und Montageplanung ist das Zusammenwirken von Architekt, Ingenieur, Fertigungsbetrieben und Montageunternehmen notwendig. Dies ist vor allem auf die Besonderheiten des mechanischen Verhaltens der verwendeten Werkstoffe zurückzuführen. Ihre Anordnung und Ausbildung als Tragelement, die im Bauteil herrschenden Kraftverhältnisse und vor allem das Vermögen des Materials, verhältnismäßig große Verformungen zuzulassen, werfen bei der Entwicklung von Textilen Hüllen – sogenannten Membrankonstruktionen – zwingend die Frage nach der „Baubarkeit“ auf. Hier wird deutlich, dass Fragen der Materialherstellung und der Montage einen grundsätzlichen Einfluss auf den Entwurfs- und Planungsprozess ausüben. Im hoch spezialisierten Gebiet der weitgespannten, leichten Flächentragwerke findet seit vielen Jahrzehnten eine stetige Forschung und Weiterentwicklung statt. Die Einflüsse der Herstellung und Montage auf den Entwurfs- und Planungsprozess werden jedoch meist nur anhand aktueller Bauaufgaben von einzelnen Betrieben und Planungsbüros untersucht. Mit dem vorliegenden Buch wird versucht, diese Wissenslücke zu schließen und mit der Untersuchung des gegenwärtigen Standes der Technik im Realisierungsprozess weitgespannter, leichter Flächentragwerke eine wesentliche Ergänzung zu den computergestützten Berechnungsverfahren zur Formfindung und Statik zu bilden. Mit der Orientierung an der realen Konstruktion und deren Errichtung werden in diesem Buch grundsätzliche Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen der Herstellung und der Montage biegeweicher Tragelemente beleuchtet. Dazu wurde umfangreiches Fachwissen zusammengeführt und praxisgerecht strukturiert. In einzelnen Bereichen werden ferner Optimierungspotenziale für den Planungsprozess von Membrantragwerken hinsichtlich der Montage aufgezeigt. Ausgehend vom stofflichen Aufbau und strukturellen Gefüge der biegeweichen Materialien werden im ersten Hauptteil des Buches deren Fertigungsprozess sowie deren Funktion und Wirkungsweise als Trag- und Verbindungselement erläutert. Dem mechanischen Verhalten beschichteter Gewebe sowie den Kriterien zur Zuschnittsermittlung ist dabei ein besonderes Augenmerk gewidmet. Darüber hinaus wird auf Füge-

und Verbindungstechniken der textilen Flächenelemente und die Besonderheiten hinsichtlich Handhabbarkeit und Montierbarkeit eingegangen. Im zweiten Hauptteil des Buches werden die Bedeutung und Aufgaben der Montageplanung anhand deren wirtschaftlichen und technologischen Ziele erläutert. Maßnahmen zur Abschätzung und Prüfung von Montageabläufen werden dabei ebenso vorgestellt wie die Einfluss- und Aufgabenbereiche der Montageplanung in den einzelnen Projektphasen. Eine Beschreibung der verwendeten Montagemittel gibt einen Überblick der in Transport-, Hebe- und Spannprozessen eingesetzten Vorrichtungen, Geräte und Werkzeuge. Eingehend behandelt werden dabei die Spannsysteme für Linien- und Flächenelemente. Aufbauend auf fertigungs- und bautechnischen Parametern und deren Einflussgrößen werden Montageverfahren zur Errichtung charakteristischer Strukturformen mechanisch gespannter Membrankonstruktionen vorgestellt und anhand ausgewählter Beispiele veranschaulicht. Mit der Beschreibung der Montagedurchführung mit biegeweichen Tragelementen werden die wesentlichen Vorgänge von den Vorbereitungsarbeiten, der Vormontage und der Montage an der Baustelle untersucht und kommentiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Verfahren zur Krafteinleitung in Membranflächen. Darüber hinaus wird ein Überblick über die Verfahren zur Kraftbestimmung in den biegeweichen Tragelementen gegeben. Damit liegt ein Buch vor, dass sich sowohl an Ingenieure und Architekten, die sich mit der Planung und Realisierung von Membrantragwerken befassen, wendet, als auch an Studierende der entsprechenden Fachrichtungen, für die das Buch als Unterrichtsmittel und zum Selbststudium geeignet ist. Ohne die Erfahrung von Planern, Herstellern und Ausführenden wäre die Entstehung dieses Buches nur schwer möglich gewesen. Es ist mir daher ein Anliegen, all jenen meinen speziellen Dank auszudrücken, die mich in den vergangenen Jahren mit Hinweisen und Material unterstützt haben. Für persönliche Gespräche bin ich den Herren Dr.-Ing. habil. Rainer Blum, Dipl.-Arch. Horst Dürr, DI Reiner Essrich und Herrn Univ.Prof. DI Dr. Karlheinz Wagner zu besonderem Dank verpflichtet. Dafür möchte ich mich ferner bei den Herren DI Peter Bauer, Dr.-Ing. E. h. Rudolf Bergermann, Ing. Christian Böhmer,

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DI Wilhelm Graf, Bruno Inauen, Stefan Lenk, DI Dr. Walter Siokola sowie Herrn DI Jürgen Trenkle bedanken. Besonderer Dank gilt hier auch der fachlichen Unterstützung zu Fragen des Seilbaus durch Herrn O.Univ.Prof. i. R. DI Dr. Günter Ramberger. Für eine schriftliche Korrespondenz danke ich den Herren DI Dr. Herbert Fitz, DI Hansruedi Imgrüth, Ing. Wolfgang RudorfWitrin, DI Bernd Stimpfle, DI Rochus Teschner und Herrn DI Jörg Tritthardt. Schließlich sei hier den Personen und Unternehmen Dank ausgesprochen, die die Entstehung dieses Buches mit Material unterstützt und gefördert haben. Dies waren Frau Mag.arch. Silja Tillner, die Herren DI Christoph Ackermann, DI Benoit Fauchon, DI Knut Göppert, DI Hans Gropper, Udo Holtermann, DI Christian Jabornegg, Daniel Junker, DI Rudolf Kirth, DI Roland Mogk, DI Bruno Pirer, Tim Schubert, DI Michael Wiederspahn, DI Jürgen Winkler, DI Dr. Günther Zenkner und Herr DI Dr. Rene Ziegler sowie folgende Unternehmen: Arbeitskreis Textile Architektur, Bilfinger Berger AG, CANOBBIO SPA, CENO TEC GmbH, Covertex GmbH, Eichen-

hofer GmbH, Ferrari S. A., FIAB HF, Form TL Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, gmp – Architekten von Gerkan, Marg und Partner, Hightex GmbH, Histec Engineering AG, IF Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Inauen-Schätti AG, MERO-TSK International GmbH, Montageservice SL-GmbH, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Sattler AG, Schlaich Bergermann und Partner GmbH, Ingenieurbüro Teschner GmbH, Teufelberger GmbH, VSL Schweiz AG, Zeman & Co GmbH und Werner Sobek Ingenieure. Bedanken möchte ich mich an dieser Stelle auch bei Herrn Em.O.Univ.Prof. Arch. Dipl.-Ing. Helmut Richter, dem ehemaligen Leiter der Abteilung Hochbau 2 an der Fakultät für Architektur und Raumplanung der TU-Wien, dessen Vertrauen und Haltung als Architekt und Lehrer eine zusätzliche Motivation beim Verfassen dieser Arbeit waren. Für das Erstlektorat und die kritische Diskussion bei der Entstehung dieses Buches möchte ich mich insbesondere bei Herrn Ao.Univ.Prof. Dipl.-Arch. Dr. habil. Georg Suter herzlich bedanken. Wien, im August 2007

Michael Seidel

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Inhalt

Geleitwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3.2.4 Technische Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.2.5 Montagegerechtes Konstruieren . . . . . . . . . . . . . 103

1

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.3

1.1

Zur Bedeutung von Herstellung und Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.3.1 Krane und Lastaufnahmemittel . . . . . . . . . . . . . . . 105

1.2

Problemstellung, Zielsetzung und Aufbau des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2

Materialien biegeweicher Tragelemente . . . 13

3.3.3 Spanngeräte und Spannhilfen für Membranflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.1

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3.4 Arbeitsgerüste und Hilfskonstruktionen . . . . . . 120

2.2

Struktureller Aufbau und Herstellung . . . . . . . . . . 14

3.4

2.2.1 Linienförmige Tragelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.2 Flächige Tragelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3

Materialverhalten beschichteter Gewebe . . . . . . 47

2.3.1 Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.4

Konfektion beschichteter Gewebe . . . . . . . . . . . . 59

Montagemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.3.2 Spanngeräte und Spannvorrichtungen für Seile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Montageverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.4.1 Das Montageprinzip beeinflussende Kriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.4.2 Anmerkungen zur Errichtung der Primärkonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.4.3 Montageverfahren zur Errichtung von Membrantragwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

2.4.1 Abwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.5

2.4.2 Kompensation, Bahnenlayout . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.5.1 Vorbereitungsarbeiten und Vormontage . . . . . 164

2.4.3 Kriterien zur Zuschnittsermittlung . . . . . . . . . . . . . 61 2.4.4 Herstellung des Zuschnitts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.5.2 Einheben und Einhängen der Tragelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

2.5

3.5.3 Einbringen von Lasten – das Vorspannen . . . . . 184

Arten der Fügung in der Fläche . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.5.1 Nicht lösbare Flächenverbindungen . . . . . . . . . . . 73

3.6

2.5.2 Lösbare Flächenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Montagedurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Kontrolle der Kräfte in biegeweichen Tragelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Arten der Krafteinleitung am Rand . . . . . . . . . . . . 81

3.6.1 Kraftbestimmung in Seilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

2.6.1 Geometrie der Berandung und Auswirkungen auf das Tragverhalten . . . . . . . . . . 81

3.6.2 Messung von Membranspannungen . . . . . . . . . 203

2.6.2 Zur Detaillierung von Rändern und deren Verankerung im Eckbereich . . . . . . . . . . . . . 82

Literaturverzeichnis

2.6.3 Randausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Projektverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

2.6

2.7

Eckausbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3

Montage biegeweicher Tragelemente

3.1

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.2

Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

. . . . . 93

3.2.1 Rolle und Aufgaben der Montageplanung . . . . 95 3.2.2 Terminplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.2.3 Modellierung von Montageabläufen . . . . . . . . . . 99

4

Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . 205 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

9

1 Einleitung

Ein gedankliches Modell zu analysieren, formulieren und letztlich zu konkretisieren, bedarf komplexer Vorgänge und Entscheidungen. Wenngleich sich diese, in Wechselbeziehung stehenden Abläufe mit dem Ziel, etwas zu machen oder herzustellen, nur schwer in Diagrammen festhalten lassen, müssen dennoch Lösungen gesucht und entwickelt werden sowie Prozesse im Voraus gedanklich festgehalten, dargestellt und erklärt werden.1 Im Bauwesen, wo Materialien zu Strukturen angeordnet werden, bezeichnet man diese Prozesse für gewöhnlich als Entwerfen, Planen und Konstruieren. Der Begriff des Bauens steht dabei für den im Entwurfs-, Planungs- und Konstruktionsprozess entwickelten Weg zur Materialisierung von Gedankenmodellen. Das Bauwerk entspricht demzufolge einem erdachten und materialisierten Gebilde. Im vorliegenden Buch wird das Bauen daher als materielles Gestalten der Umwelt verstanden und der Beschreibung der verwendeten Materialien der entsprechende Umfang eingeräumt. Die Gesetze des Bauens allein auf die Überwindung von Material und Methode zu reduzieren, ist wenig zielführend. Der grundsätzliche Einfluss von Herstellungs- und Montagefragen auf die Festlegung des bestgeeigneten Bau- oder Tragwerkstypus sollte jedoch nicht unterschätzt werden. Es ist daher sinnvoll, die Technologie des Bauens als fundamentale Erwerbsquelle zu betrachten, die mit jeder wiederholten Anwendung reicher wird.2

1.1 Zur Bedeutung von Herstellung und Montage Die Errichtung eines Bauwerks macht vielschichtige Überlegungen hinsichtlich Methoden, Verfahren und Umsetzung der erforderlichen Arbeitsschritte notwendig. Ziel dieser Überlegungen ist die Schaffung qualitativ hochwertiger Bauwerke und die Realisierung kurzer Errichtungszeiten. Erreicht werden kann dies durch einen hohen Grad an Bauteil-Vorfertigung und die Entwicklung effizienter Montagekonzepte.

maßgeblich an der Umsetzung des materiellen Gestaltens beteiligt. Angesichts der fortschreitenden Material- und Bauteilentwicklung im Bauwesen gewinnt die Kenntnis um Fertigungsund Fügetechniken der Werkstoffe und deren bautechnische Vorgaben für den planenden Ingenieur und Architekten zunehmend an Bedeutung. Die Herstellung und die Montage können demzufolge als Kernprozesse in der Entwicklung von Tragsystemen betrachtet werden. Das Beachten von Aspekten der Herstellung und Montage hat eine lange Tradition in der Bauteilplanung. Im Stahl-, Holzund Fertigteil-Massivbau wird die Gestaltung von Bauteilen neben der architektonischen Formulierung und den statischkonstruktiven Bedingungen auch von Grundsätzen der Fertigungs- und Montagetechnik wesentlich mitbeeinflusst. Die Bauteile werden im Werk vorbereitet, teilweise vormontiert, nummeriert und zur Baustelle befördert, wo sie durch weitere Vormontagen zu Montageeinheiten zusammengefügt werden. Im Bereich der Membrantragwerke, einem Spezialgebiet des Ingenieurbaus, wo textile Konstruktionen aus Geweben und Seilen große Spannweiten überdachen, ist dies ebenfalls gängige Praxis in der Bauausführung. Eine Ursache dafür liegt in den hohen Anforderungen an die Herstellung und Prüfung der Werkstoffe, die eine bauseitige Fertigung unmöglich machen und eine besondere Montagetechnik verlangen. Membrantragwerke werden aufgrund ihrer äußeren Form und ihres geringen Gewichts den weitgespannten, leichten Flächentragwerken zugeordnet. Hinsichtlich ihres Tragverhaltens unterscheiden sie sich von konventionellen Tragwerken vor allem dadurch, dass äußere Kräfte ausschließlich durch Zugkräfte umgelenkt werden. Man bezeichnet sie daher auch als Formaktive Zugsysteme. Bei entsprechender Materialwahl, Krümmung und Krafteinleitung entspricht ihre Strukturform im Idealfall genau dem Kräfteverlauf.3

In den verschiedenen Projektphasen jeweils die besten Entscheidungen hinsichtlich der Optimierung von Zeit, Aufwand und Energie treffen zu können, setzt umfangreiches Fachwissen und Erfahrung voraus. Der wirkungsvollen Zusammenarbeit aller an der Planung und Ausführung beteiligten Fachleute kommt dabei eine bedeutende Rolle zu. Sie alle sind

Als textile Flächenelemente kommen bei mechanisch gespannten Membrantragwerken vor allem beschichtete Gewebe zum Einsatz. Zur Verbesserung ihrer Werkstoffeigenschaften werden sie aus Materialien unterschiedlicher Stofflichkeit zusammengesetzt. Die als linienförmige Tragelemente eingesetzten Seile und deren Anschlüsse werden aus Funktionsgründen ebenfalls aus mehreren Teilelementen industriell gefertigt.

1 Ferguson, E. S. (1993)

3 Engel, H. (1997)

2 Buckminster Fuller, R. (1973)

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Die zugbeanspruchten Flächen- und Randelemente besitzen eine vernachlässigbare Biegesteifigkeit, sie gelten als biegeweiche Werkstoffe. Ihre geometrische Anordnung und Ausbildung als Tragelement, die im Bauteil herrschenden Kraftverhältnisse und vor allem das Vermögen des Materials, verhältnismäßig große Verformungen zuzulassen, werfen bei der Entwicklung eines Membrantragwerks zwingend die Frage nach der „Baubarkeit“ eines solchen Tragwerksentwurfs auf.

grundlegender Parameter ein weitgehend systematisches Entwickeln dieser textilen Konstruktionen. Will man heute jedoch Antworten zu Fragen der baupraktischen Umsetzung von Membrantragwerken, erhält man diese fast ausschließlich über Projektberichte, in denen der Zusammenbau auf der Baustelle sehr verkürzt beschrieben wird. Ausnahmen davon bilden einige wenige, der einschlägigen Fachwelt präsentierte Beispiele.

Neben den örtlichen Bedingungen auf der Baustelle und der Wahl der geeigneten Mittel sind es vor allem die Grundsätze der Konstruktionsmethodik zur Montage der zugbeanspruchten Tragelemente, die auf den Kenntnissen des strukturellen Aufbaus und des mechanischen Materialverhaltens der verwendeten Werkstoffe beruhen und eine entsprechende Umsetzung des gewählten Montageverfahrens ermöglichen.

Ziel des vorliegenden Buches ist daher die systematische Untersuchung des gegenwärtigen Standes der Technik im Realisierungsprozess des Bauens weitgespannter, leichter Flächentragwerke.

Anders als bei konventionellen Bauverfahren, wo die Montage durch additive Aneinanderreihung einzelner Bauelemente erfolgt, kann bei Membrantragwerken erst durch das Einleiten von Kräften in die Linien- und Flächenelemente ausreichend Steifigkeit im Tragelement und im Tragsystem aufgebaut werden. Das auf Membrantragwerke anzuwendende Montageverfahren unterliegt daher in entscheidendem Maße der Fertigungsqualität der eingesetzten Materialien. Urform-, Umform- und vor allem Fügeverfahren stehen in starker Wechselwirkung mit der Montagetechnik und bilden ein wichtiges Optimierungspotenzial für den Realisierungsprozess zum Bau eines solchen Tragwerks.

1.2 Problemstellung, Zielsetzung und Aufbau des Buches

Die Orientierung an der realen Konstruktion und deren Errichtung soll grundsätzliche Zusammenhänge erkennen lassen, wie die Vorgänge Fertigen, Zubringen und Fügen ineinanderfließen und Optimierungspotenziale für den Planungsprozess bilden können. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Beleuchtung der Wechselwirkungen zwischen der Fertigung der einzelnen Materialien, deren mechanischem Verhalten als Werkstoff und dem anzuwendenden Montageverfahren. Eine Methodenlehre zur Herstellung und Montage von Membrantragwerken ist nicht Gegenstand dieses Buches. Sie stellt auch keine rein kompilatorische Beschreibung dieser Technologien dar. Den Schwerpunkt bildet vielmehr die Vergegenwärtigung der komplexen Einflussbereiche, Abhängigkeiten und Zusammenhänge zwischen der Planung und der Realisierung von Membrantragwerken, wobei auf analytische Fragen der Formfindung und ökonomische Aspekte hinsichtlich Ressourcenplanung, Kapazitätsmanagement und Kalkulationsfragen nur bedingt eingegangen werden kann.

Das jahrtausendealte Thema des Bauens mit Membranflächen wurde in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts erneut aufgegriffen. In Europa waren es vor allem Ingenieure, Architekten und Naturwissenschaftler um den deutschen Architekten Frei Otto, die im Rahmen des von 1970 bis 1985 wirkenden Sonderforschungsbereichs 64 in Stuttgart mit zahlreichen wissenschaftlichen Kooperationen im In- und Ausland einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung und Entwicklung weitgespannter Flächentragwerke geleistet haben. Nicht unerwähnt sollen auch die Unternehmen bleiben, die diese Entwicklungen unterstützt haben.

Das Buch ist in seinem Aufbau in zwei Hauptteile gegliedert. Im ersten Hauptteil wird über Tragelemente bildende Materialien und deren Herstellungsverfahren berichtet. Gliederungskriterium dafür ist eine bauteilorientierte Einteilung nach Geometrie und Funktion der Tragelemente. Ausgehend vom stofflichen und strukturellen Aufbau der Materialien werden die verwendeten Werkstoffarten beschrieben und deren Fertigungsprozesse erläutert. Überlegungen zu deren Funktion als Tragelement und den prinzipiellen Zusammenhängen aus den Anforderungen von Geometrie und Tragverhalten des Tragwerks fließen ebenso beispielhaft ein wie Erläuterungen zu dessen Zusammenbau.

Seit dieser Zeit gibt es im Membranbau eine stetige Weiterentwicklung. Der Einsatz computergestützter Berechnungsverfahren zu Fragen der Formfindung und Statik dünnwandiger Flächen sowie die Entwicklung neuer Werkstoffe und Verbindungsmittel ermöglichen heute unter Berücksichtigung

Zur Verdeutlichung des komplexen Materialverhaltens beschichteter Gewebe werden die grundlegenden mechanischen Eigenschaften der überwiegend eingesetzten Gewebetypen zusammenfassend beschrieben und die Kriterien zur Zuschnittsermittlung und deren Einfluss auf die baupraktische

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Umsetzung dargestellt. Ferner werden Möglichkeiten zur Ausführung von Flächenverbindungen, Randausbildungen und Anschlüssen an andere Bauteile besprochen und diese exemplarisch veranschaulicht. Der zweite Hauptteil des Buches behandelt die Montage von Membrantragwerken und deren Tragelementen. Ausgehend von der planenden Vorausschau des Bauablaufs werden die wichtigsten Montagemittel dargestellt. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Beschreibung der Spanngeräte und Spannvorrichtungen für Seile und Membranen. Aufbauend auf die das Montageprinzip beeinflussenden Parameter werden Verfahren zur Errichtung von Membrantragwerken vorgestellt und Montageoperationen systematisch untersucht. Dabei werden die für das einzelne Verfahren jeweils charakteristischen Montageschritte beschrieben und zeichnerisch dargestellt. Ergänzt wird dies durch Abbildungen von Montagearbeiten an umgesetzten Tragwerken. Schließlich werden der Prozess der Montagedurchführung und die Vorgänge an der Baustelle beschrieben. Von den Vorbereitungsarbeiten und der Vormontage über das Einheben, Einhängen und Vorspannen werden die wesentlichen Abläufe zur Montage der Tragelemente erläutert. Den Schwerpunkt bilden hier die Ver fahren zur Krafteinleitung in die Membranfläche. Im letzten Abschnitt findet sich schließlich eine zusammengefasste Übersicht der Methoden und Verfahren zur Messung von Seilund Membrankräften. Mit einer abschließenden Diskussion wird zu offenen Fragen Stellung genommen und ein Ausblick über mögliche künftige Entwicklungen gegeben.

13

2 Materialien biegeweicher Tragelemente 2.1 Einleitung Kennzeichnend für Flächentragwerke sind im Wesentlichen die großen Spannweiten, mit welchen weite, stützenfreie Räume sehr ökonomisch überdacht werden können. Abgesehen von Schalentragwerken haben sich in diesem Spezialgebiet des Hochbaus als Konstruktionsformen vor allem Systeme bewährt, bei denen äußere Kräfte ausschließlich durch Zugkräfte umgelenkt werden. Solche formaktiven Zugsysteme haben gegenüber herkömmlichen Tragwerken den Vorteil, dass bei entsprechendem Zusammenwirken von Form, Kraft und Material bei voller Querschnittsnutzung ein minimaler Volumenaufwand erreicht wird, ohne die Tragfähigkeit, Steifigkeit oder Stabilität einer Tragstruktur zu schmälern. In formaktive Tragwerke eingebaute Membranflächen setzen sich aus Tragelementen unterschiedlicher Stofflichkeit, Konstruktionsart und Geometrie zusammen. In der Regel sind dies großformatige, zusammengesetzte Flächenelemente und linienförmige Randelemente. Beide Elementarten sind nur in einer besonderen Form (Krümmung) tragfähig und müssen bestimmte technische Kriterien erfüllen. Neben dem Schutz vor Witterungseinflüssen müssen sie resistent gegen chemische

und biologische Einflüsse und im Brandfall schwer entflammbar sein. Hinsichtlich der statischen Sicherheit müssen sie neben den gewichtsspezifischen Anforderungen und den Gleichgewichtsbedingungen vor allem den Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen entsprechen sowie die Abstimmung der Spannungsverteilung auf die äußeren Lastverhältnisse ermöglichen. Fragen der Kräfteeinleitung müssen hinsichtlich der Steifigkeitsverhältnisse zufriedenstellend gelöst werden. Diesen Anforderungen entsprechend, muss das Konstruktionsmaterial der Tragelemente zweckgerichtet aufgebaut und dimensioniert sein. Die Abmessungen der Flächenelemente sind ausgesprochen zweidimensional. Zur Lastabtragung über die Ränder werden linienförmige Tragelemente eingesetzt. Die mechanischen Materialeigenschaften beider Arten der Tragelemente müssen die Lastabtragung der mehrfach gekrümmten Flächenformen ausschließlich über hohe Zugkräfte ermöglichen. Solcherart eingesetzte Materialien besitzen in der Regel eine hohe Dehnsteifigkeit sowie eine vernachlässigbare Biegesteifigkeit. Das mechanische Materialverhalten hinsichtlich seines Knick- und Beulverhaltens ist in Abhängigkeit der Beanspruchung zum Tragsystem relativ biegeweich.

Flächige Tragelemente

Linienförmige Tragelemente

Abb. 1: Biegeweiche Tragelemente in weitgespannten Flächentragwerken

–

Gewebe beschichtet

–

Folie

–

Seil

–

Keder

–

Gurt

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Als flächige Tragelemente stehen heute zwei überwiegend eingesetzte Werkstoffgruppen als Membranmaterialien zur Verfügung (Abb. 1). Zum einen textile Kompositwerkstoffe als beschichtete oder unbeschichtete Gewebe mit synthetisch hergestellten und veredelten Fasern, die den Technischen Textilien zuzuordnen sind, sowie andererseits Fluorpolymere als extrudierte Folien, die als Technische Kunststoffe gelten. Die linienförmigen Tragelemente bilden Zugglieder aus Stahldrahtseilen sowie aus gewebten Textilgurten und extrudierten Kederschnüren. Die oben genannten Materialien werden in der Regel mit industrialisierten Fertigungsverfahren durch Ur- bzw. Umformung und Fügung zu Werkstoffen verarbeitet. Zum Gelingen der baulichen Umsetzung eines weitgespannten, leichten Flächentragwerks spielt das Verhalten des Materials bei seiner Verwendung als Tragelement eine entscheidende Rolle. Für die mechanischen Verhaltensweisen der Tragelemente sind deren Dimension, deren stoffliche Qualität sowie deren Konstruktion maßgeblich. Daraus lässt sich ableiten, dass die Kenntnisse der Herstellungsprozesse und Werkstoffeigenschaften der verwendeten Materialien Grundvoraussetzung für das Erreichen eines in Gestalt und Funktionalität überzeugenden Entwurfs sind. Zur inhaltlichen Gliederung des vorliegenden Kapitels Das vorliegende Kapitel ist in seinem Aufbau am Material des biegeweichen Tragelements ausgerichtet. Gliederungskriterium ist eine bauteilorientierte Einteilung nach Geometrie und Funktion des Tragelements. Mit dieser Gliederung wird versucht, auf die komplexen Zusammenhänge zwischen Fertigung, Fügung und deren Einflussparametern auf das mechanische Materialverhalten einzugehen. Ausgehend vom stofflichen Aufbau und strukturellen Gefüge werden die Materialarten der bei weitgespannten Flächentragwerken am häufigsten eingesetzten Werkstoffe vorgestellt und deren Fertigungsverfahren erläutert. Dabei wird einerseits auf die unterschiedlichen Zustandsformen in den verschiedenen Herstellprozessen eingegangen sowie die wechselseitige Beeinflussung der mechanischen Materialeigenschaften zwischen Herstellung und Montage betrachtet. Zum Verständnis des komplexen Materialverhaltens des biegeweichen Flächenelements wird das zur Charakterisierung der Verformungen relevante mechanische Verhalten der überwiegend eingesetzten beschichteten Gewebe hinsichtlich der Beanspruchungen unter Last, Zeit und Temperatur systematisch dargestellt. Ein Planungsschritt mit großem Einfluss auf die baupraktische Umsetzung ist die Zuschnittsermittlung. Die aus der Form, dem Tragverhalten und der Montage resultierenden Randbedingungen zur Mechanik des biegeweichen Flächenelements

stehen in enger Beziehung und Wechselwirkung mit der Zuschnittsart. Dazu werden die topologischen und statischen sowie die herstellungs- und montagetechnischen Kriterien zur Zuschnittsermittlung biegeweicher Flächenelemente beschrieben und hinsichtlich der Auswirkungen auf die Montierbarkeit untersucht. Die unterschiedlichen Arten der Krafteinleitung in das Membranmaterial verlangen entsprechende Ausführungen der Ränder und Eckbereiche sowie spezielle Befestigungstechniken an die biegesteifen Konstruktionsteile, um die Membranfläche in der vorgesehenen Form zu stabilisieren. Auf die wichtigsten Parameter und Gestaltungsprinzipien zur Geometrie und Art der Berandung wird deshalb ebenso eingegangen wie auf deren Auswirkungen auf das Tragverhalten der Membranfläche. Darüber hinaus werden Anschlusskonstruktionen im Rand- und Eckbereich der Teilflächen an benachbarte Elemente sowie Fügetechniken von Montagestößen in der Fläche beschrieben und exemplarisch dargestellt.

2.2 Struktureller Aufbau und Herstellung 2.2.1 Linienförmige Tragelemente Membranflächen müssen über eine geschlossene Berandung in ihrer Lage stabilisiert werden. Die in der Membranfläche wirkenden Zugkräfte werden an benachbarte Bauteile weitergegeben, von wo sie in die Fundamente eingeleitet werden können. Als Randausbildung der Fläche können zur Verstärkung des Randes oder zur alleinigen Führung der Randlasten tangential zur Berandungskurve der Membranfläche biegeweiche, linienförmige Zugglieder eingesetzt werden. Man spricht dann vom biegeweichen Rand. Bei solcherart eingesetzten Zuggliedern ist eine der Hauptabmessungen um ein Vielfaches größer als die sonstigen Abmessungen. Sie besitzen nur eine Dehnsteifigkeit in Achsrichtung und werden gleichmäßig über ihre Querschnittsfläche ausschließlich auf Zug beansprucht. Bei weitgespannten Flächentragwerken sind sie immer eben, in Sonderfällen räumlich gekrümmt. Bei entsprechender Geometrie und Ausführung können durch Verformung dieser biegeweichen Randelemente Deformationen in der Membranfläche mitaufgenommen werden. Diese Randelemente bilden in der Regel spiralförmige Stahldrahtseile und bandförmige textile Gurte. Zur Verstärkung des Randes einer Membranfläche kann dieser auch starr ausgeführt werden. Man spricht dann vom biegesteifen Rand. Bei solchen Randausbildungen werden zur Kraftübertragung auf die biegesteifen Metallformteile schnurförmige Kunststoff-Keder eingesetzt. Der folgende Abschnitt gibt eine Übersicht über den Aufbau und die Arten der linienförmigen Tragelemente, wie sie bei weitgespannten Flächentragwerken eingesetzt werden,

15

sowie eine Beschreibung zu den industriellen Fertigungsprozessen in der Herstellung. Darüber hinaus werden deren konstruktive Verankerungsmöglichkeiten an benachbarte Bauteile besprochen.

2.2.1.1 Seile Das Drahtseil ist ein vielseitig beanspruchtes Maschinenelement.1 Es besteht aus gerichteten und gestreckten Drähten und kann Zugkräfte im Zustand der Ruhe oder im Zustand der Bewegung über große Entfernungen übertragen.2 Im Bereich der Fördertechnik eingesetzte, hoch flexible Zugglieder, die über Rollen, Scheiben oder Trommeln laufen, bezeichnet man als laufende Seile. Laufende Seile kommen bei weitgespannten Flächentragwerken meist nur bei wandelbaren Konstruktionen zur Anwendung; auf sie wird hier nicht näher eingegangen. Auch Kabel bzw. Seilbündel, wie sie im Brückenbau verwendet werden, finden hier keine Berücksichtigung. Zugglieder aus Stahldrähten, wie sie im Bauwesen zur Übertragung statischer Kräfte zur Anwendung kommen, werden als stehende Seile bezeichnet. Sie können in ebenen und räumlichen Zugsystemen ver wendet werden. Für stehende Seile werden Drähte mit Zugfestigkeiten bis ca. 1.770 N/mm2 verwendet.3 Dies wird durch eine thermische und mechanische Behandlung in der Fertigung erzielt. Neben den erreichbaren hohen Festigkeiten hat der Einsatz von Seilen vor allem große Vorteile hinsichtlich ihrer Montageeigenschaften. Mit ihnen kann praktisch unter allen klimatischen Bedingungen effizient gebaut werden. In zugbeanspruchten Tragwerken, wo wenigstens ein Teil der Belastung über die Umlenkung von Zuggliedern aufgenommen wird, erfüllen stehende Drahtseile und Drahtseilbündel sowohl als einzelne Tragelemente wie auch im Tragsystem wichtige Aufgaben. Als Zugelemente für Ränder, Abspannungen sowie Über- und Unterspannsysteme müssen sie hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer mechanischen Eigenschaften auf die zu erfüllenden Anforderungen ausgelegt werden. Bereits während der Herstellung erfahren die Seildrähte erhebliche Beanspruchungen, die sich aus Zug, Biegung, Torsion und Pressung überlagern. Im Tragwerk müssen stehende Seile für eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten eine hohe Dehnsteifigkeit aufweisen, eventuell auftretende Kräfte aus Umlenkung und Querpressung aufnehmen und ausreichend vor Korrosion geschützt werden. Diese Erfordernisse haben im Zuge der tech-

Runddraht

Taillendraht

Keildraht

nischen Weiterentwicklung zu unterschiedlichen konstruktiven Ausführungen geführt, die im Folgenden zusammenfassend dargestellt und beschrieben werden. Der erwähnte Sonderforschungsbereich 64 „Weitgespannte Flächentragwerke“ hat in verschiedenen Projektbereichen einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung des Einsatzes von Drahtseilen in Bauwerken geleistet. Ergebnisse aus dem SFB 64 flossen wiederholt in deutsche Regelwerke ein. Konstruktion von Seilen Seile bestehen im Wesentlichen aus Drähten, Einlagen und Litzen. Die Einlage (Seele) liegt im Querschnittmittelpunkt von Litzen und Seilen und dient der Bettung und Stützung von Drähten, Litzen oder Seilen. Man unterscheidet zwischen Fasereinlagen und Stahleinlagen. Stehende Seile erhalten meist Stahleinlagen, die für einen steiferen Drahtverband sorgen.4

Seileinlage (Faseroder Stahleinlage)

Litzeneinlage (Litzenkern) Seil

Litze

Abb. 2: Seilaufbau

Der Stahldraht als kleinstes Konstruktionselement des Seiles (D = 0,5 – 7,0 mm) wird überwiegend aus unlegierten Kohlenstoffstählen hergestellt. Ausgangsmaterial für Seildrähte ist der Walzdraht, der mit unterschiedlichen Formgebungsverfahren verfestigt werden kann. Diese Verfahren sind Kaltziehen, Gleitziehen oder Walzziehen. Mit der kontrollierten Wärmebehandlung vor oder zwischen den einzelnen Ziehvorgängen und der darauffolgenden Abschreckung (Patentierung) werden höhere Festigkeiten erreicht. Die Kombination beider Herstellungsverfahren sowie die erzielte Oberflächengüte verbessern die Qualität des Seildrahts wesentlich. Litzen sind schraublinienförmig um eine Einlage (Litzenkern) verseilt und bestehen aus einer oder mehreren Lagen von Drähten. Litzeneinlagen bestehen entweder aus einem Draht (Kerndraht), aus mehreren Drähten oder aus Fasergarnen. Der

Z-Profildraht

Dreikantdraht

Abb. 3: Drahtformen

1 Stauske, D. (1990) 2 Scheffler, M. (1994) 3 Stauske, D. (2000)

Draht

4 Gabriel, K. (1990)

Flachdraht

Ovaldraht

16

Rundlitze

Flachlitze

Dreikantlitze

verdichtete Litze

Rundseil

Flachseil

Abb. 4: Litzenformen

Grundform eines Rundseils

Abb. 5: Seilformen

Litzenaufbau hat großen Einfluss auf die Eigenschaften eines Seiles. Nach ihrer Form können Litzen unterschieden werden in Rundlitzen, Formlitzen und verdichtete Litzen. Seile bestehen aus einer oder mehreren Lagen von Drähten oder Litzen, die schraublinienförmig um eine Einlage verseilt sind. Nach ihrer Form können Seile unterschieden werden in Rundseile und Flachseile.1 Parallel verlaufende Einzelglieder aus Drähten oder Litzen, zusammengesetzt zu größeren Einheiten, werden Bündel genannt. Unterschieden wird demnach in Paralleldrahtbündel und Parallellitzenbündel (Litzenbündel). Eingesetzt werden

Paralleldrahtbündel

Abb. 6: Draht-, Litzen- und Seilbündel

1 Definitionen gemäß ÖNORM M 9500

Parallellitzenbündel

Bündel vor allem als Abspannseile für Brücken. Bauseits gefertigte Paralleldrahtbündel werden in Abständen mit Weicheisenrunddraht gebändselt (umwickelt) oder mit Schellen geklemmt, um die Bündel zusammenzuhalten.

Parallel verlaufende Einzelglieder aus Seilen oder Bündeln, zusammengesetzt zu größeren Einheiten, können auch Kabel (Seilbündel) genannt werden. Kabel werden im Hochbau hauptsächlich bei großen Stützweiten eingesetzt, wie etwa als Ringseilbündel bei als Speichenradkonstruktion ausgeführten Dächern.

Kabel als Seilbündel

Die Schlagart bezeichnet die Schlagrichtung der Drähte in den Litzen zu jener der Litzen im Seil. Litzenseile können im Kreuzschlag (sZ oder zS), bei dem die Drähte in den Litzen entgegengesetzte Schlagrichtung zu den Litzen im Seil haben, oder im Gleichschlag (zZ oder sS), bei dem die Litzendrähte gleiche Schlagrichtung zu den Litzen im Seil haben, geschlagen werden. Seile mit Gleichschlag sind außerordentlich widerstandsfähig gegen Abnutzung durch Reibung und flexibler als Seile mit Kreuzschlag. Diese haben eine geringere Neigung zum Verdrehen und Aufspringen, sind unempfindlicher gegen Druck und Verformung und weniger biegsam als Seile mit Gleichschlag.

P tanA L

Schlagwinkel

P

KL =

dL

Die Schlagrichtung der Litze (z oder s) ist die Richtung der Schraublinie der Außendrähte, bezogen auf die Längsachse der Litze. Die Schlagrichtung des Seiles (Z oder S) ist die Richtung der Schraublinie der Litzen, der Außendrähte in einem Spiralseil oder der Schenkel in einem Kabelschlagseil, bezogen auf die Längsachse des Seiles.1

Schlaglänge I L

AL

Schlagart, Schlagrichtung Die Technik des Verseilens wird auch mit dem Begriff Schlagen bezeichnet. Unterschieden wird zwischen der Schlagrichtung der Litze und der Schlagrichtung des Seiles.

dL

17

I L = K L dL

Abb. 8: Schlagwinkel und Schlaglänge

Als Schlagzahl KL wird der Quotient aus Schlaglänge und Teilkreisdurchmesser der betrachteten Lage bezeichnet. Seilarten Bei den Zuggliedern aus kaltverformten, hochfesten Drähten, wie sie im Bauwesen bei leichten Flächentragwerken Verwendung finden, unterscheidet man Spiralseile und Litzenseile. Folgende Seilarten kommen überwiegend zum Einsatz: Offene Spiralseile (OSS) bestehen aus schraubenförmig gewundenen Runddrähten mit annähernd gleichen Durchmessern, die in einer oder in mehreren Lagen, überwiegend in Gegenverseilung, um einen Kerndraht verseilt sind. Sie haben einen mittleren Völligkeitsgrad (Anteil der Stahlfläche im Gesamtquerschnitt) und eine je nach Drahtdicke mehr oder weniger unebene Außenoberfläche. Offene Spiralseile werden aus bis zu 91 Einzeldrähten hergestellt. Bei höheren Drahtzahlen nimmt die geometrische Festigkeit des Seilverbandes deutlich ab, und es werden vollverschlossene Seile bevorzugt. Offene Spiralseile sind geeignet für kleine bis mittlere Kräfte und werden häufig als Randseile bei Membrankonstruktionen, als Unterspannungen oder bei Seilbinderkonstruktionen eingesetzt. Halbverschlossene Spiralseile (HVS) haben eine halbverschlossene Lage aus Rund- und Taillendrähten. Sie waren eine Vorstufe zum vollverschlossenen Spiralseil und werden heute für stehende Seile nur noch selten verwendet.

sZ Kreuzschlag rechtsgängig

zS Kreuzschlag linksgängig

zZ Gleichschlag rechtsgängig

sS Gleichschlag linksgängig

Abb. 7: Schlagart und Schlagrichtung

Schlaglänge, Schlagwinkel Als Schlaglänge wird die Länge, die der Draht in einer Umdrehung bezogen auf die Seilachse zurücklegt, bezeichnet. Zwischen der Schlaglänge lL und dem Schlagwinkel αL besteht folgender Zusammenhang: 1 Definition gemäß ÖNORM EN 12385-2

Vollverschlossene Spiralseile (VVS) bestehen aus einem Kern aus Runddrähten und einer oder mehreren Lagen Formdraht. Die meist z-förmige Profilierung der außen liegenden Formdrähte ergibt einen dichten Verschluss der Seiloberfläche, wodurch gute Voraussetzungen für Korrosionsschutzmaßnahmen vorliegen. Sie haben eine äußerst glatte Außenkontur und schützen das Seilinnere gegen eindringendes Wasser oder aggressive Medien ebenso wie gegen Austreten der Seilinnenverfüllung. Die außen liegende Anordnung von Formdrähten verbessert auch den mechanischen Schutz. Ihr hoher metallischer Querschnitt erlaubt die Aufnahme großer Lasten bei geringem Eigengewicht. Aufgrund ihrer Konstruktion können sie praktisch drehungsfrei hergestellt werden. Bei permanenten Tragwerken finden sie vor allem Verwendung als Trag- und Spannseile bei Flächentragwerken oder Abspannseile für Masten.2 2 Westerhoff, D. (1989)

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offenes Spiralseil

halbverschlossenes Spiralseil

Rundlitzenseile werden gebildet durch mehrere Litzen, die im Kreuzschlag oder Gleichschlag in einer Lage oder in mehreren Lagen schraubenförmig um die Einlage verseilt werden. Nebeneinander angeordnete Litzen können unterschiedliche Schlagrichtungen aufweisen. Grundsätzlich werden Litzenseile eingesetzt, wenn biegsamere Seile benötigt werden. Sie haben jedoch einen relativ kleinen Völligkeitsgrad und eine zerklüftete Außenoberfläche, was sie zwar leicht hantierbar macht, sie reagieren jedoch empfindlicher auf Korrosion und Verschleiß als Spiralseile. Rundlitzenseile finden aufgrund ihrer guten Handhabbarkeit häufig Anwendung als Ver-, Ab- oder Unterspannung bei temporären Bauten oder als Geländerseile in Treppen-, Balkon- und Brückengeländern.

vollverschlossenes Spiralseil

Spiral-Rundlitzenseil

Seileinlagen: Bei stehenden Seilen werden in der Regel Stahleinlagen (SE) verwendet. Bei laufenden Seilen werden zwischen den Litzen der einzelnen Lagen meist Fasereinlagen (FE) angeordnet, um ein Verschieben der Litzen gegeneinander zu verhindern.1 Herstellung von stehenden Seilen und Bündeln Zugglieder aus metallischen Werkstoffen müssen eine hohe Dehnsteifigkeit erhalten, dürfen sich an Stellen der Umlenkung nicht auflösen und müssen vor Korrosion geschützt werden. Dazu wird in der Herstellung eine möglichst hohe Packungsdichte angestrebt.

Litzenseil

Spiralseil (Litze)

Abb. 9: Seilarten

Die Herstellung von Drahtseilen erfolgt in Teilschritten. Die einzelnen Fertigungsvorgänge erstrecken sich vom Abspulen des Drahts über das Verlitzen der Drähte und Verseilen der Litzen zum Seil bis zur Konfektionierung. Sie erfordern größte Sorgfalt sowie Fertigungskontrollen und umfangreiche Qualitätssicherungsmaßnahmen in jeder Verarbeitungsstufe. Verseilvorgang, Verseilungsart Seile werden durch lagenweises Verdrehen von Drähten um einen Kerndraht hergestellt. Bei diesem Vorgang spricht man von Verseilen. Der Arbeitsgang des Verseilens erfolgt auf Ver-

1 Hauptantrieb

6 Verseilkopf

2 Spule

7 Verlegeplatte

3 Verseilkorb

8 Verseillager

4 Hohlwelle

9 Stützrollen

5 Antrieb für Abzug

Abb. 10: Verseilkörper einer Korbverseilmaschine

1 Gabriel, K. (1990)

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Abb. 11: Rohrverseilmaschine

1 Verseilrohr 2 Einlaufspule 3 Antriebswelle

seilmaschinen, wo die Drähte die Form einer Schraubenlinie erhalten. Je nach Seilart, Seilquerschnitt und geforderter Fertigungsgeschwindigkeit sind dies mit vorgefertigten Litzen verspulte Korbverseilmaschinen (Abb. 10), Rohrverseilmaschinen oder Bügelschlagverseilmaschinen. Die Verseilung der einzelnen Drahtlagen erfolgt in eigenen Arbeitsgängen. Zur weitgehenden Aufhebung der während des Verseilvorgangs entstehenden Drehmomente werden die Drahtlagen abwechselnd links- und rechtsgängig verseilt.

Seile mit kleineren Querschnitten können auf Rohrverseilmaschinen, auch Schnellverseilmaschinen genannt, mit Geschwindigkeiten bis ca. 3.000 U/min verseilt werden (Abb. 11). Dort werden die Drahtspulen hintereinander in der Längsachse eines rotierenden Rohres angeordnet. Die Lagerung der Spulen ist so ausgeführt, dass sie die Rohrdrehung nicht mitmachen. Die Drahtführung erfolgt zur Drehachse des Rohres, wird dort umgelenkt, um entlang des Rohres zum Verseillager geführt zu werden.

Mehrlagige Seile mit größeren Durchmessern werden meist auf mit geringen Drehzahlen (bis ca. 50 U/min) laufenden Korbverseilmaschinen verseilt. Dazu wird der auf Spulen aufgewickelte Seildraht an den um die Längsachse rotierenden Verseilkorb befestigt. Die Seileinlage läuft durch eine Hohlwelle zum Verseillager, von wo die vom Verseilkorb ablaufenden Drähte um die Seileinlage geschlagen werden. Der Vorteil bei der Verseilung mit Korbseilmaschinen liegt vor allem darin, dass große Drahtspulen verwendet werden können.

Die Zusammenführung der Drähte erfolgt bei beiden Maschinentypen am Verseillager. Dort werden sie durch Verdrehung der einzelnen Litzen in einem Rollensystem in ihrer Lage fixiert. Dabei erhalten die Litzen eine plastische Verformung, die als Vorformung bezeichnet wird. Das Durchlaufen eines Rollenrichtwerks unmittelbar hinter dem Verseilkopf nennt man Nachformung. Beim Nachformen erhält das Seil seine endgültige Form und wird nach dem Passieren der Abzugsscheibe auf eine Seiltrommel gewickelt. Diese beiden Richtprozesse sind geeig-

Abb. 12: links: Abzugscheibe; mitte: Korbverseilmaschine; rechts: Modell eines Verseilkörpers

4 Spule 5 Spulenbügel 6 Ablaufarm

7 Verseillager 8 Abzugsscheibe 9 Aufwickler

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Endverseilung – die Außenlitzen geschlagen werden. Je nach Schlaglänge und Schlagwinkel der unterschiedlichen Lagen zueinander wird unterschieden zwischen Parallel- und Kreuzverseilung (Standardverseilung).

A

dB

Bei Litzen in Kreuzverseilung (a in Abb. 14) haben alle Drähte die gleiche Schlagrichtung und den gleichen Schlagwinkel bei unterschiedlicher Schlaglänge der Drahtlagen. Die Verseilung erfolgt mit Runddrähten gleichen Durchmessers. Durch die Überkreuzung der Drähte erfolgt eine punktförmige Lastübertragung unter den übereinanderliegenden Drahtlagen (c in Abb. 14). Bei parallel verseilten Litzen (b in Abb. 14) haben alle Drähte gleiche Schlaglänge und gleiche Schlagrichtung. Schlagwinkel, Drahtdurchmesser und Drahtlängen sind unterschiedlich. Die Lastübertragung erfolgt linienförmig (d in Abb. 14). Weitere Unterscheidungen nach Verseilungsart sind die erweiterte Parallelverseilung, die Verbundverseilung, die erweiterte Verbundverseilung und die Gegenverseilung.2 Abb. 13: oben: Schema Rollenrichtprozess; unten: Anordnung Spule-Richtapparat

net, den Seilen die durch den Verseilvorgang hervorgerufenen inneren Spannungen zu nehmen und spannungsarme bzw. spannungsfreie Seile zu erzeugen.1 Beim Aufspulen, Abwickeln, Umlenken, Richten und Verseilen wird die Endqualität des Drahts wesentlich beeinflusst. Beim Verseilvorgang werden die einzelnen Stahldrähte zu Litzen verarbeitet. Anschließend können die Litzen in weiteren Verseilvorgängen miteinander verseilt werden. Nach der Anzahl der aufeinanderfolgenden Verseilprozesse spricht man von ein-, zwei-, drei- und vierfach verseilten Drahtseilen. Einfach verseilte Litzen und Spiralseile können in nachfolgenden Arbeitsgängen zu Litzenseilen oder zu Litzenspiralseilen weiterverarbeitet werden. Dabei werden mehrere Litzen zu einem Seilkern verseilt, um den in dem abschließenden Prozess – der

Durch die schraublinienförmige Anordnung der Drähte im Seil ergeben sich zusätzliche Spannungen, Dehnungen und Pressungen. Die Differenz zwischen rechnerisch ermittelter Bruchkraft und wirklicher Bruchkraft wird als Verseilverlust bezeichnet. Der Verseilfaktor ist eine Rechengröße zur Berechnung der realen Bruchkraft, berücksichtigt den Verseilverlust und wird vom Hersteller angegeben. Hohe Bruchkräfte bei Seilen können nur erreicht werden, wenn die Festigkeit des Drahtmaterials, der Verseilfaktor und der metallische Seilquerschnitt möglichst hoch sind. Das Verhältnis der metallischen Querschnittsfläche eines Seiles zum Flächeninhalt des umschriebenen Kreises wird als Füllfaktor angegeben. Dreh- und Biegeverhalten von Seilen Herkömmliche Drahtseile versuchen, unter Last aufzudrehen. Die Drehneigung eines Seiles setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, dem Herstellungsdrall und dem Belastungsdrall. Einerseits

a Kreuzverseilung

b Parallelverseilung

c Kreuzverseilung

Abb. 14: Verseilungsarten nach Thyssen

1

Trurnit, P. D. (1981)

2 Westerhoff, D. (1989)

d Parallelverseilung

21

a Parallellitzenbündel

b Längenänderung der Litzen bei Biegung

c geschlagenes Seil

d Spannungsabbau im Seil

Abb. 15: Längenänderung und Spannungsabbau bei umgelenkten Seilen

verbleiben während des Herstellvorgangs infolge plastischer Verformungen elastische Restspannungen im Seil. Andererseits führt die Belastung eines Seiles, also eine Verformung in Längsrichtung der Drahtachse, zur Verkleinerung des Schlagwinkels, was ein Drehmoment um die Mittelachse verursacht.1 Um die Drehneigung eines Seiles unter Beanspruchung mit hohen Lasten zu vermeiden, können durch gegenläufiges Verseilen der einzelnen Drahtlagen die Drehmomente gegeneinander kompensiert und bis nahezu null geführt werden. Hinsichtlich der Richtung, in der die Drähte verseilt werden, spricht man von links- bzw. rechtsgängiger Verseilung. Je nach lastabhängigem Drehverhalten bzw. je nach Ausübung eines Drehmoments des Seiles auf seine Endbefestigung, spricht man vom drehungsarmen bzw. drehungsfreien Seil. Ein drehungsfreies Seil besitzt ein Kernseil, welches entgegengesetzt zur Richtung der äußeren Litzen geschlagen ist. Von einem drehungsarmen Seil spricht man vor allem dann, „… wenn sich die ungeführten Seilenden unter Lasteinwirkung nur wenig drehen bzw. wenn die geführten Seilenden nur ein kleines Drehmoment auf die Führung ausüben.“ 2 Ein Seil wird als drehungsfrei bezeichnet, „… wenn sich die ungeführten Seilenden unter Lasteinwirkung nicht drehen bzw. wenn die geführten Seilenden kein wesentliches Drehmoment auf die Führung ausüben.“ 3 Bei Bündeln mit parallelen Litzen, die umgelenkt (gebogen) werden, sind die außen liegenden Litzen zusätzlich gedehnt

Runddrahtlitze vor der Verdichtung

und die innen liegenden Litzen gestaucht und daher teilweise oder vollständig entlastet. Bei Seilen, die schraublinienförmig um einen Kern geschlagen sind, wird jede Litze nur streckenweise gedehnt bzw. streckenweise gestaucht (d in Abb. 15). Dadurch kann ein großer Teil dieser durch Biegung erzeugten Längenänderungen und Kräfte abgebaut werden. Das Biegeverhalten von geschlagenen Seilen ist daher wesentlich besser als jenes von Bündeln mit parallelen Drahtlagen.4 Paralleldrahtund Litzenbündel können im Werk oder an der Baustelle zusammengebaut werden. Maßgebliche Parameter für das Biegeverhalten verseilter Zugglieder sind die Umlenklänge, der mechanische Verschluss, der Drahtdurchmesser, die Schlaglänge und die Höhe der Querpressung.5 Verdichten Die Tragfähigkeit eines Seiles steigt mit der Größe der Querschnittsfläche und der Höhe der Festigkeit. Bei erwünschten kleinen Außendurchmessern und großer metallischer Querschnittsfläche können verdichtete Seile eingesetzt werden. Mit verdichteten Seilen können Füllfaktoren bis 95 % erreicht werden. Um die Lufthohlräume zwischen den Drähten zu verkleinern, können Seile nach dem Verseilprozess in Längsrichtung gezogen oder gewalzt und zusätzlich mit hydraulischen Pressen in Querrichtung gepresst und verformt werden. Bei solcherart hergestellten Seilen spricht man von verdichteten Seilen.6

verdichtete Litze

Runddrahtlitze mit gleichem Ø

Abb. 16: Verdichtete Litze

1 Scheffler, M. (1994)

4 Verreet, R. (1996-1)

2

5 Gabriel, K.; Wagner, R. (1992)

Singenstroth, F. (1998)

3 Singenstroth, F. (1998)

6 Ramberger, G. (2003)

22

Verdichtete Seile kommen vor allem als Laufende Seile zum Einsatz. Beim Führen über Seilscheiben wird der Vorteil der größeren Auflagerfläche und der geringeren Reibung in der Seilscheibenrille deutlich. Weitere Vorteile sind die Steigerung der Bruchkraft sowie die kontinuierliche Flächenpressung und eine geringere Reibung zwischen den inneren und den äußeren Seillagen. Vorrecken Wird ein Seil belastet, treten bleibende Dehnungen auf. Um diese Dehnungen vorwegzunehmen, das Seilverformungsmodul zu erhöhen und die exakte Länge eines Seiles unter Last festzulegen, werden Seile in Reckanlagen mit der Gebrauchslast oder höher vorgespannt. In bis zu 250 m langen Recktunneln können Seile mit einer Reckkraft bis ca. 6.000 kN vorgespannt werden. Die notwendige Zugkraft wird dabei über Klemmen auf das Seil übertragen. Längere Seile werden abschnittsweise vorgereckt. Um ein einheitliches Dehnverhalten und somit eine ausreichende Dehnsteifigkeit der Seile unter Zuspannung zu erreichen, werden Seile mehrmals hintereinander in einer Reckanlage belastet (ausgeschwellt).1 Durch die beim Vorrecken aufgebrachte Zugkraft nehmen die Drähte im Seil ihre spannungstechnisch optimale Lage ein. Dabei wird an einzelnen hoch beanspruchten Stellen die Fließgrenze des Materials überschritten. Dieser Vorgang hilft, lokale Spannungsspitzen abzubauen und die Drahtlängen auszugleichen.2

ist, wird das Seil nach dem Vorrecken und Ausschwellen unter einer vereinbarten Last vermessen, markiert und abgelängt. Unter Last muss auch der genaue Sitz der Endverbindung markiert werden, ebenso wie eine Längsmantellinie, die ein verdrehungsfreies Montieren der Endverbindung und des Seiles ermöglicht.3 Zu erwartende (plastische) Kriechverformungen werden beim Ablängen berücksichtigt. Korrosionsschutz von Seilen Hochfeste Drähte reagieren sehr empfindlich auf mechanische Einwirkungen (Kerben) und Materialabtrag (Reibung, Korrosion). Schädigungen sind schwer bis gar nicht reparabel, weshalb man die Zugglieder einerseits schon so gut schützen sollte, dass das Auftreten von Korrosion möglichst vermieden wird, und andererseits bei der Konzeption des Tragwerks die Auswechslung von Zuggliedern berücksichtigt wird.4 Die Korrosionsschutzmaßnahmen für Seile werden im Wesentlichen in vier Bereiche gegliedert: So können der einzelne Draht, das Seilinnere und die Seiloberfläche geschützt werden. Des Weiteren kann ein Korrosionsschutz durch konstruktive Maßnahmen erreicht oder verbessert werden.

Ablängen von Seilen Nach dem Verseilprozess werden die Seile konfektioniert. Dazu müssen sie im spannungslosen Zustand um das Maß der Dehnung infolge Vorspannung gekürzt werden. Neben den Seildehnungen aus der Vorspannung müssen auch Verkürzungen aus allfälligen Mast- und Fundamentbewegungen berücksichtigt werden. Die dazu notwendigen Kompensationsdaten werden in verzerrungsfreien Zuschnittsplänen vom Ingenieur geliefert. Weil die Länge eines spannungslosen Seiles nicht messbar

Korrosionsschutz des einzelnen Drahts Der übliche Korrosionsschutz für Seildrähte wird mit der Feuerverzinkung erreicht. Manche Hersteller bieten Seile an, deren Drähte mit einer Galfanverzinkung, einer eutektischen Zink (95 %)-Aluminium (5 %)-Legierung, versehen sind. Aufgrund des erheblich günstigeren Korrosionsverlaufs bei Galfanbeschichtungen bietet die Galfanverzinkung gegenüber der normalen Feuerverzinkung unter gleichen Bedingungen eine längere Beständigkeit. Bei Beschädigung der äußeren Schutzschicht regenerieren sich die Korrosionsschutzwirkungen aus den darunterliegenden Schichten neu. Die besondere Geschmeidigkeit und gute Haftung des Galfanüberzugs erleichtern überdies den Verseilvorgang.5 Runddrähte bis ca. 3 mm können auch aus rostfreien Drähten in Edelstahl hergestellt werden.

Abb. 17: Schema einer Reckanlange

1 2 3 4 5

1 Stauske, D. (2000)

3 Stauske, D. (2000)

2

4 Klopfer, H. (1981)

Oplatka, G. (1983)

Vergußturm Haspel, Abwickelgestell Spannzylinder Klemmenwagen Reckanlage

5 Stauske, D. (1995)

6 7 8 9 10

Längenmesssystem Winde Seil Gegenlager Haspel, Abwickelgestell Messtation Vorspannung

23

Korrosionsschutz der Seiloberfläche Sind für die Montage von Seilen größere Beschädigungen des Korrosionsschutzes zu erwarten, können sie nach der Montage mit einem zusätzlichen Korrosionsschutz versehen werden. Dazu werden meist 4–6 Farbschichten aus pigmentierten oder unpigmentierten Kunststoffen nach Lastaufnahme des Seiles aufgetragen. Laut Herstellerangaben kann bei Seilen mit Galfanbeschichtung auf einen zusätzlichen Korrosionsschutz der Seile verzichtet werden.1 Korrosionsschutz durch konstruktive Maßnahmen Auf die konstruktive Durchbildung von korrosionsschützenden Detailanschlüssen ist besonderer Wert zu legen. Schwer zugängliche Hohlräume und Spalten im Bereich von Klemmen, Umlenksätteln, Endverankerungen und Bändseln etc. sollten mit dauerelastischem Material abgedichtet werden.2 Prinzipiell ist darauf zu achten, dass am Seil entlanglaufendes Regenwasser vom Austritt aus der Verankerungshülse bis zur Eintrittsstelle des Seiles in die Endverankerung so abgewiesen werden kann, dass es dauerhaft frei ablaufen kann und es zu keiner Korrosionsbildung kommt.

Abb. 18: Zugabe des Schmiermittels

Korrosionsschutz des Seilinneren Drahtseile aus verzinkten Einzeldrähten verlieren ohne weitere Korrosionsschutzmaßnahmen in absehbarer Zeit ihre Zinkschicht. Mit dem Einbringen von geeigneten Seilverfüllmitteln (Pasten) in die Hohlräume zwischen die Drähte und Litzen kann dies verhindert und der Korrosionsschutz des Seilinneren gewährleistet werden. Dieser Vorgang wird als Verfüllen oder Schmieren bezeichnet. Durch die Innenverfüllung wird auch die innere Reibung zwischen den einzelnen Drähten und Litzen verringert. Als Schmiermittel kommt meist in synthetischen Ölen gelöster Zinkstaub zur Anwendung. Das Schmiermittel wird unmittelbar vor der Verseildüse zugegeben und so dosiert, dass ein späteres Austreten unter Vorspannung verhindert werden kann (Abb. 18). Beim Verseilvorgang von Edelstahlseilen wird meist ein dünner Film Leinöl als Schmiermittel verwendet, um ein Erhitzen der Seildüsen zu verhindern.

Bei der Verwendung von Seilen mit hochlegierten, nicht rostenden Stählen ist auf die Umweltbedingungen zu achten. Bei Beschädigung der Schutzschicht besteht in Kombination mit Feuchtigkeit und Sauerstoff Korrosionsgefahr. Seilverankerungen Die Kräfte, die in gespannten Drahtseilen wirken, müssen in der freien Seillänge weitergeführt oder in Verankerungen eingeleitet werden. Die Kraftübertragung kann reib- und form- oder stoffschlüssig über Zwischenverankerungen und Endverankerungen auf andere Konstruktionsteile, meist Stützen, Randträger oder Fundamente, erfolgen. Die Ausführungsform der Verankerung richtet sich nach der Art und dem Durchmesser der Seile, der Höhe der anzuschließenden Kräfte, der Art der Anschlusskonstruktionen, dem Montageverfahren und den Erfordernissen künftiger Wartung.

a

a

A

A

1

2

3

4 1 2 3 4

Abb. 19: Herstellen eines Langspleißes

1 Pfeifer-Firmenschrift (2003) 2 Peil, U. (2002)

Abbinden der Stoßstellen Auflößen der freien Seilenden Knoten am Litzenstoß Verstecken der Litzenenden

24

a

b

c d

a ursprüngliche Fasereinlage c Knoten d Spleißdorn

e

b eingelegte Litze e bewickelte Litze

Abb. 20: links: Spleißknoten: rechts: Spleißbock

Längsverbindungen Die älteste Form der Längsverbindung eines Seiles ist der Spleiß. Damit können Seile mit sich selbst oder untereinander verbunden werden. Beim Spleißen werden die freien Seilenden aufgelöst und mit den anderen Seilenden verflochten. Dabei werden die Litzen der Seilenden wechselseitig ausgetauscht, indem eine herausgelöste Litze durch die entsprechende Litze des zu verbindenden Seilstücks ersetzt wird. Freie Seilenden werden mit einem dünnen Draht umwickelt (gebändselt) (A in Abb. 19) und in das Seilinnere gesteckt (1–4 in Abb. 19). Die Stelle, an der die Litzen im Seilinneren liegen, heißt Spleißknoten (links in Abb. 20). Spleißausführungen für Zwischen- oder Längsverbindungen sind nur bei Litzenseilen möglich. In der Regel wird das Spleißen ohne besondere Maschinen hergestellt. Für Stahlseile werden als Hauptwerkzeuge meist flache Spleißdorne verwendet, mit denen in das Seil eingestochen und der Weg zum Durchführen der Litze freigemacht werden kann. Schwere Seile sind schwierig zu öffnen. Zu diesem Zweck sind Spleißböcke entwickelt worden, in die das Seil eingespannt wird (rechts in Abb. 20). Durch gegenseitiges Verdrehen der Seileinspannstellen kann das Seil geöffnet werden.1 Das Spleißen von Seilen ist arbeitsintensiv und erfordert eine spezielle handwerkliche Ausbildung.

stränge gegeneinander, wodurch bei Belastung der Seilenden sowohl Reibschluss als auch Formschluss durch Verzahnung entsteht. Die Anzahl der notwendigen Seilklemmen wird mit 3–8 angegeben, wobei je nach Seildurchmesser im Abstand von mindestens einer Klemmenbreite 2–5 weitere Klemmen aufgeschraubt werden. Bei 7 mm Seildurchmesser werden meist 3 Klemmen gesetzt, bei Seilen ab 28 mm Durchmesser 8 Klemmen. Über 40 mm Seildurchmesser können keine Seilklemmen mehr verwendet werden.4 Zur Montage werden die Gewinde der Klemmbügel und die Auflageflächen der Muttern geschmiert, um ein reibungsloses Anziehen zu gewährleisten. Nach der Befestigung von Hand werden die Klemmen mit einem Drehmomentschlüssel angezogen. Weil der Seildurchmesser bei Belastung abnimmt, muss die Klemme nach Aufbringen der Last nachgespannt werden.5

Langspleiße kommen vor allem dort zum Einsatz, wo Endlosseile benötigt werden. Dies ist meist bei laufenden Seilen der Fall. Der Vorteil dieser Verbindungsart liegt darin, dass der Spleiß zu keiner Verdickung des Seiles führt und über Rollen oder Scheiben geführt werden kann. Längere Seile mit örtlich konzentrierter Beschädigung können mit der Spleißtechnik repariert werden.2 Längsverbindungen stehender Seile können für temporäre Zwecke mit zusammengeschraubten, mehrteiligen Drahtseilklemmen ausgeführt werden. Die Größe der übertragbaren Kräfte wird bestimmt von der Größe der Gleitlast, die einem Gleiten der Klemme auf dem Seil entgegensteht.3 Durch Anziehen der Muttern pressen die Klemmbacken die beiden Seil-

Abb. 21: oben links: Klemmensystem Heuer-Hammer; oben rechts: Seilklemme nach DIN 1142; unten: Langstoß mit Seilklemmen

1 Feyrer, K.. (1986)

4 Peil, U. (2002)

2 Scheffler, M. (1994)

5 Verreet, R. (1996-1)

3 Stauske, D. (2002)

25

Feder

Längsverbindung mit Gabelseilhülse und Lasche

Längsverbindung mit Vergusshülse und Zugstange

Hülse

Keile

Seil

Längsverbindung mit Keilen

Abb. 22: Koppelungen von Seilen mit hohen Kräften

Die Koppelung von Tragseilen mit hohen Kräften in ihrer Längsachse kann mit Vergusshülsen und Zwischenstücken wie Laschen, Zugstangen oder Keilhülsen hergestellt werden. Endverbindungen Zur Kraftübertragung auf andere Konstruktionsteile müssen Kräfte aus den verhältnismäßig dünnen Drähten der Seile an den Seilenden in möglichst kurze Verankerungen ein- und ausgeleitet werden. Bei diesen sogenannten Seil-Endverbindungen wird im Wesentlichen unterschieden zwischen reibund stoffschlüssigen und reib- und formschlüssigen Verbindungen (Abb. 23).

Die Endverbindungen für stehende, hochfeste Seil-Zugglieder weitgespannter Flächentragwerke sind meist als nicht lösbare Vergussverankerungen oder Pressklemmen ausgeführt. Spleißund Keilverbindungen werden nur in seltenen Fällen verwendet, weshalb diese hier nicht weiter behandelt werden. Seilhülsen Offene Spiralseile über 36 mm Durchmesser und vollverschlossene Seile werden üblicherweise in kegeligen Seilhülsen durch Verguss verankert. Die Hülsen bestehen aus dickwandigem, hochfestem, geschmiedetem Stahl oder Stahlguss mit konischen Innenwänden. Die Kraftübertragung vom

Metallverguss reib- u. stoffschlüssig

nicht lösbar

Seilhülsen Kunststoffverguss

Spleiß Spleißverbindungen

Seil-Endverbindungen

Flämisches Auge

nicht lösbar AluminiumPressverbindung Pressverbindungen BolzenPressverbindung reib- u. formschlüssig

Keilschloß Keilverbindungen Klemmkopf lösbar

Abb. 23: Seil-Endverbindungen nach Verreet

Schraubverbindungen

Drahtseilklemme

26

Gabelseilhülse

Zylindrische Hülse

Zylindrische Hülse mit Außengewinde

Zylindrische Hülse mit Innengewinde

Zylindrische Hülse mit Innen- u. Außengewinde

Konische Hülse mit Innengewinde

Abb. 24: Ausführungsformen von Vergusshülsen

Drahtseil auf den Konus des Vergusskörpers erfolgt durch Reibschluss und chemisch-metallischen Stoffschluss sowie vom Vergusskörper auf die Hülse durch Formschluss. Bei den Vergussarten wird unterschieden zwischen metallischem Verguss und Kunststoffverguss.

dass ein Durchfließen des Materials in untere Zonen gewährleistet und die Bildung von Hohlräumen verhindert wird. Beim Vergussvorgang wird darauf geachtet, dass die Vergussmasse langsam und stetig in die Hülse gegossen wird, um die Bildung von Lufteinschlüssen zu verhindern.3

Die verschiedenen Ausführungsformen und Abmessungen der Seilhülsen richten sich in erster Linie nach den zu übertragenden Zugkräften. Weitere Kriterien sind: Montagebedingungen, Nachspannerfordernis, Korrosionsschutz und Wartung.

Um die Kraftübertragung aus jedem Draht in den Verguss zu gewährleisten, muss der Vergussvorgang besonders sorgfältig ausgeführt werden.

Hohe Seilbruchkräfte können mit Endverbindungen mit metallischen Vergusshülsen erreicht werden. Beim Zerreißversuch von Seilen mit metallisch vergossenen Hülsen kommt es in der Regel zum Seilbruch in der freien Seillänge.1 Das Seil wird am Ende besenförmig aufgefächert und in einer Seilhülse konusförmig vergossen. Mit zunehmender Belastung zieht sich der Metallkonus immer tiefer in die Hülse, es entstehen immer größere Klemmkräfte. Die Vergüsse können mit verschiedenen Vergusswerkstoffen ausgeführt werden. Heute wird fast ausschließlich mit Zink (Zn 99,9) oder Zamak Z 610 (Zn Al6 Cu1) vergossen.2

Eine Alternative zum metallischen Verguss von Seilhülsen ist der Kunststoffverguss. Dies ist eine sehr zuverlässige Seilendverbin-

Zur Herstellung des Vergusses wird die Hülse auf Oberflächenverletzungen und Gefügeveränderungen durch Temperatureinfluss untersucht. Das zu verankernde Seil wird im Bereich der Trennstelle und am Ende des späteren Vergusskegels abgebunden und nicht verschweißend durchtrennt. Nun wird das Seilende und anschließend jedes Litzenende aufgetrennt und mit Rohrstücken ein Besen geformt. Stahleinlagen von Seilen werden ebenfalls mit aufgedreht und Fasereinlagen herausgeschnitten. Der so entstandene Seilbesen wird mit einem Kaltentfettungsmittel sorgfältig gereinigt und entfettet. Blanke, nicht verzinkte Seildrähte müssen mit einem Beizmittel aufgeraut und verzinnt werden.

Seilbesen

Der Seilbesen wird nun in die Hülse gezogen und am Hülsenaustritt mechanisch fixiert. Die Hülse wird vertikal aufgehängt, sodass das Seil lotrecht aus der Hülse austritt und im gestreckten Zustand vergossen werden kann. Vor dem Vergießen wird die Hülse mit regelbaren Brennern vorgewärmt, um die Schmelztemperatur des Vergussmaterials so lange aufrechtzuerhalten,

Abb. 25: Herstellen einer zylindrischen Vergusshülse

1 Mogk, R. (2000)

3 Verreet, R. (1996-2)

2 Gabriel, K.; Wagner R. (1992)

Vorwärmen der Hülse

Vergießen der Hülse

27

vergleichsweise geringes Gewicht angegeben und dass er ohne besondere Hilfsmittel auf der Baustelle ausgeführt werden kann. Das Langzeitverhalten des Kunststoffvergusses ist für Einsatzzeiten von mehr als 10 Jahren noch nicht hinreichend untersucht, weshalb er als Endverbindung für Abspannseile nicht sehr verbreitet ist.2

Abb. 26: Gabelseilhülse mit Zamak-Verguss

dung, mit der, bei richtiger Herstellung, höhere Bruchkräfte im Zerreißversuch erreicht werden können als mit metallischen Vergüssen. Die elastischere Fixierung bewirkt ein Nachgeben der Drähte im Bereich der Bruchkraft und somit ein gleichmäßigeres Tragen aller Drähte.1 Das Kunststoff-Vergussmaterial besteht in der Regel aus Polyester- oder Epoxidharz, einem Härter und einem Füllstoff, der während der Vernetzungsreaktion die Überhitzung des Vergusskegels verringert und das Schwinden beim Erkalten reduziert. Zur Verbesserung der Druckfähigkeit wird ein Füllstoff (Quarzmehl, Stahlkugeln) verwendet. Der Vorteil beim Vergussvorgang mit Kunstharzen liegt vor allem darin, dass im Vergleich zum metallischen Verguss nur eine unwesentliche Wärmebeeinflussung der Seildrähte stattfindet. Als weitere Vorteile des Kunststoffvergusses werden sein

Pressverbindungen Offene Spiralseile und Rundlitzenseile können Kräfte an Hülsen aus Aluminium oder Stahl weitergeben, welche unlösbar auf das Seil gepresst werden. Die Übertragung dieser Seilkräfte erfolgt über Reib- und Formschluss. Ausgeführt werden Pressverbindungen als exzentrische Verbindungen, bei der die Seilöse (Schlaufe) in einer Kausche liegt. Zentrische Verbindungen mit mittiger Krafteinleitung werden als Flämisches Auge oder als Bolzenverpressung, bei der das gerade Seilende mit einem Gabel- oder einem Ösenfitting versehen ist, hergestellt. Die meistverwendete unlösbare Endverbindung in Europa ist die Aluminium-Pressverbindung. Sie ist einfach und kostengünstig herzustellen. Durch Kaltverformung wird die Hülse aus Aluminiumknetlegierung so verengt, dass zwischen den Seilsträngen sowie zwischen Seilstrang und Hüllenwand ein Reibschluss entsteht. Im Zugschwellversuch erreichen Aluminium-Pressverbindungen die notwendige Bruchkraft sowie eine gute Lebensdauer.3 Zum Schutz der Seile gegen zu hohe Querpressung können die Seilösen in Formstahlkauschen oder Vollkauschen gelegt werden. Für Kauschenausführungen sind relativ große Spreizwinkel der Seilöse notwendig. Um ein Aufreißen der Pressklemmen zu vermeiden, sind Schlaufendurchmesser, Seildurchmesser und Pressklemmenabstand der Kausche richtig zuzuordnen. Zur Herstellung von Aluminium-Pressverbindungen muss zunächst die gewünschte Form der Pressklemme ausgewählt

Auge/Öse

a

b

a Aluminium-Pressverbindung b Aluminium-Pressverbindung mit Formstahlkausche c Aluminium-Pressverbindung mit Vollkausche

c

d

d Flämisches Auge mit Stahlpressklemme e Flämisches Auge mit Aluminiumpressklemme f Bolzenverpressung

Abb. 27: Pressklemmen

1 Beck, W. (1990)

2 Verreet, R. (1996-2) 3

Hemminger, R. (1990)

e

f

Gabel

28

h 2

h

Abb. 28: Pressvorgang/ Aluminiumhülse

a

b

c

werden. Hier stehen zylindrische, zylindrisch-abgerundete und zylindrisch-kegelige Klemmenformen mit Sichtfenster zur Erkennung der Lage des Totseilendes an der fertigen Pressverbindung zur Auswahl (a, b, c in Abb. 27). Die Klemmengröße wird entsprechend des Seildurchmessers, der Seilkonstruktion und des Füllfaktors des Seiles ausgewählt. Nach dem Ablängen des Seiles wird das Seil durch die Presshülse geschoben, zur Schlaufe gebogen oder in eine Kausche gelegt und wieder zurück durch die Pressklemme geführt. Anschließend werden der „lebende“ (tragende) und der „tote“ Seilstrang mit der übergeschobenen, unverpressten Hülse in das hydraulische oder pneumatische Presswerkzeug gelegt, in Pressrichtung ausgerichtet und in einem Durchgang verpresst, bis die Pressbacken aufeinanderliegen (b in Abb. 28). Überstehende Grate werden mit einer Feile entfernt.1 Nach Abschluss des Pressvorgangs muss der tote Seilstrang bei zylindrischen und abgerundeten Pressverbindungen mit dem Klemmenrand abschließen bzw. aus der Hülse herausschauen. Bei kegeligen Hülsen muss das Seilende mit dem zylindrischen Hülsenteil abschließen.

Gabelfitting

Ösenfitting

Bei der Verpressung von Kreuzschlagseilen legen sich die Außendrähte nach dem Verpressen nebeneinander (c in Abb. 28). Bei verpressten Gleichschlagseilen überkreuzen sich die Außendrähte und können sich gegenseitig Kerben zufügen; dies führt in der Regel zu keinen großen Abminderungen der Bruchkraft.2 Bei kleineren Seildurchmessern und gewünschter schlanker Ausführung der Endverbindung können auf offene Spiralseile und Rundlitzenseile Bolzen aufgepresst, aufgezogen, aufgewalzt oder aufgehämmert werden. Ausführungsformen mit Gabel, Öse, Gewinde und Kugel sind möglich. Die Vorteile dieser Verbindung liegen in der schlanken Bauform, den vielfältigen Anschlussmöglichkeiten, der zentrischen Krafteinleitung und der leichten Herstellbarkeit. Die Kraftübertragung vom Drahtseil auf den Bolzen (Terminal) erfolgt durch Formschluss (Verzahnung). Mit Bolzenverpressungen lassen sich Seilbruchkräfte von 90–100 % erreichen. Als Verfahren zur Herstellung von Bolzen-Endverbindungen sind im Bauwesen vor allem das Verpressen und Aufwalzen (Aufrollen) von Fittingen verbreitet. Mit verpressten oder aufge-

Gewindefitting

Endpressklemme

Abb. 29: Ausführungsformen/Bolzenpressverbindung

1

Verreet, R. (1996-2)

2 Verreet, R. (1996-2)

Gabelspannschloss

Ösenspannschloss

29

Abb. 30: Aufpressen von Bolzen

a Terminalwalzmaschine

walzten Fittingen sind bis zu einem Seildurchmesser von 20 mm auch Ausführungen als einstellbare Spannschlösser zum Ausgleich von Toleranzen möglich (rechts in Abb. 29). Für verzinkte oder galfanverzinkte offene Spiralseile werden verzinkte Fittinge verwendet. Spiralseile aus hochlegierten Stählen werden mit Fittingen aus ebenfalls hochlegiertem Material verankert.1 Zur Herstellung einer verpressten Bolzen-Endverbindung wird das glatt und rechtwinklig abgetrennte, markierte Seilende in den aufgebohrten und entgrateten Bolzen gesteckt. Die Einstecklänge entspricht in der Regel dem Betrag des 4- bis 6fachen Seildurchmessers. Der Verpressvorgang wird meist auf einer stationären Kniehebelpresse oder auf einer hydraulischen Presse durchgeführt (Abb. 30).

b Schema Aufwalzvorgang

Ein zunehmend verbreitetes Verfahren ist das Aufwalzen oder Aufrollen von Bolzenverbindungen. Dabei wird der Bolzen hydraulisch durch eine mit Zahnrädern synchronisierte Terminalwalzmaschine gezogen und Stück für Stück auf das Seil gepresst (a, b in Abb. 31). Der Vorteil bei diesem Verfahren ist der relativ geringe Kraftbedarf der Maschinen, weshalb gewalzte Verbindungen auch auf transportablen Maschinen direkt auf der Baustelle hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem Verpressen von Bolzen liegt darin, dass sich der Bolzen beim Aufwalzen verlängert, ohne das Seil mitzuverlängern, was auch positive Auswirkungen auf den Zugschwellversuch hat.2 Mit einer konischen Gestaltung der Presshülse im Auslaufbereich werden scharfe Übergänge und korbartige Aufweitungen der Litzen weitgehend vermieden (c in Abb. 31).3 1 Mogk, R. (2000) 2 Verreet, R. (1996-2) 3 Vogel, W. (2002)

c Bolzengeometrie vor und nach der Umformung

Abb. 31: Aufwalzen von Bolzen

30

Drahtseilklemme nach DIN 1142

Abb. 32: Kraftverlauf in einer Seilklemmen-Endverbindung

Seilklemmen Für Seildurchmesser bis 40 mm können verschraubbare Drahtseilklemmen als Endverbindung verwendet werden. Seilklemmen-Endverbindungen werden mit und ohne Kausche ausgeführt. Wegen ihrer leichten Lösbarkeit eignen sie sich vor allem für temporäre Bauten. Durch Pressung des „lebenden“ auf den „toten“ Seilstrang wird eine Kraftübertragung durch Reibschluss und Formschluss erreicht. Jede Klemme überträgt in etwa die gleiche Kraft, bis der tote Seilstrang an seinem Ende unbelastet ist.

Fundamentanschlüsse, Anschlüsse an andere Bauteile Die Kräfte, die in gespannten Drahtseilen wirken, müssen an den Seilenden in eine Verankerung eingeleitet werden, von wo sie auf andere Bauteile, meist Stützen oder Randträger, übertragen oder in ihrer Längsachse gekoppelt werden können. Bei direkt zum Boden abgespannten Tragwerken müssen diese Kräfte über Zugverankerungen in den Baugrund eingeleitet werden, der in den meisten Fällen auch die Funktion des Druckgurts übernimmt. Dort werden in der Regel auch die Toleranzen ausgeglichen.

Bei Ausführungen ohne Kauschen sollte die Schlaufenlänge mindestens den 15-fachen Seildurchmesser betragen, der freie Abstand zwischen den Klemmen die 1- bis 3-fache Klemmenbreite.

Der Anschluss kann direkt an das Fundament erfolgen oder über Augplatten. Vollverschlossene Seile werden üblicherweise mit Gabelseilhülsen in eine Augplatte gebolzt. Der Toleranzausgleich kann mithilfe eines Mörtelbetts unter der Augplatte erfolgen.1

Für die Montage ist es wichtig, die Klemmbacke auf das tragende Seil und den Bügel auf das Totseilende zu setzen. Die Gewinde der Klemmbügel und die Auflageflächen sind zu schmieren und die erste Klemme dicht an die Kausche zu schrauben. Die Muttern sind in angemessenen Zeitabständen nach der Erstbelastung mit dem Drehmomentschlüssel nachzuziehen.

Zum Anschließen der Augplatten werden meist Gewindestangen einbetoniert. Die Augplatten mit den eingebolzten Seilen lassen sich dann hydraulisch vorspannen (rechts in Abb. 34).2 Bei kleineren Seildurchmessern können die Kräfte auch durch verstellbare aufgepresste Gewindefittinge oder Spannschlösser aufgebracht werden. Für große Tragseile bietet ein Joch mit Gewindestangen Verstellmöglichkeiten (links, mitte in Abb. 34).3 Als Zugverankerung im Baugrund kann eine Kombination aus bewehrtem Grundkörper und miteinander am Kopf biegesteif

Abb. 33: Endverbindungen am Fundament

1 Mogk, R. (2000) 2 Stauske, D. (2002) 3 Stauske, D. (1990)

31

Abb. 34: links: Joch mit Gewindestangen; mitte: Toleranzausgleich bei größeren Seilkräften; rechts: Spannvorrichtung

Abb. 35: Herstellung von Hochankern für Abspannseile

Seilverankerung auf Randträger

Zylindrische Vergusshülse mit Innengewinde und aufgeschraubter Gewindestange

Abb. 36: Anschluss an andere Bauteile

verbundenen Pfählen eingebaut werden. Je nach Anforderung kann der Grundkörper am Gelände versenkt oder als Hochanker ausgeführt werden. Die Tragfähigkeiten der Verankerungen werden maßgeblich von der Neigung der Zugkraft und der Lage des Lastangriffspunkts bestimmt.

Müssen die Kräfte aus Seilen an andere Bauteile weitergegeben werden, kann der Längen-Toleranzausgleich über nachspannbare Einstellmöglichkeiten in Form von zylindrischen Seilhülsen mit Distanzscheiben oder Gewindestangen und Außenmuttern vorgenommen werden.1 1 Detaillierte Beschreibungen zu Spannwerkzeugen und Spannvorrichtungen für Seile finden sich im Abschnitt 3.3.2

32

2.2.1.2 Gurte Biegeweiche Ränder textiler Membranflächen können parallel zum Rand durch das Anbringen von gewobenen Gurten verstärkt werden. Entlang des Membranrandes auftretende Tangentialspannungen können bei biegeweichen Randausführungen mit in Taschen liegenden Seilen Verschiebungen zwischen dem Seil und der Membrane hervorrufen. Bei Randausführungen, wo die Reibungskräfte zwischen Seil und Tasche nicht ausreichen, um diese Verschiebungen aufzunehmen, wird zusätzlich ein Gurt angebracht. Über die unverschiebliche Verbindung mit der Gewebemembrane können von den Randgurten, je nach Größe der zu erwartenden Tangentialkräfte, diese vollständig oder zusätzlich aufgenommen werden. Für die Übertragung dieser Kräfte ist demnach die Verbundfestigkeit zwischen Gurt und Membrane maßgebend. Zu berücksichtigen sind die Steifigkeitsrelationen zwischen Membrane und Randgurt. Die elastischen Eigenschaften der Gurte unterscheiden sich meist von denen der Membrane. Gurte sind in der Regel dehnweicher als Gewebemembranen und werden deshalb vor dem Aufbringen auf die Membrane vorgereckt. Insbesondere bei biegeweichen Randausbildungen, wo bei Beanspruchung ausschließlich Gurte die Tangentialkräfte aufnehmen, darf der Randgurt die Deformation des Membranrandes nicht behindern. Außer zur Verstärkung von Rändern werden Gurte auch als Montagehilfen bei der Errichtung weitgespannter Flächentragwerke verwendet. Dort werden sie vor allem als Abspannelemente zur temporären Stabilisierung von Primär- oder Substrukturteilen eingebaut (s. Abschn. 3.3.4). Darüber hinaus können Gurte in Kombination mit Ratschensystemen zum Spannen biegesteifer Membranränder eingesetzt werden (s. Abschn. 3.3.2). Zum Einsatz kommen Gurte aus Polyester und Polyamidgurte. Die Gurte werden ein- oder zweilagig an den Membranrand genäht oder geschweißt. Gurte aus Polyesterfasern haben eine höhere Reißfestigkeit und weisen ein deutlich besseres Schrumpfverhalten auf als Gurte aus Polyamid, weshalb sie überwiegend eingesetzt werden. Die offen liegenden Gurte sind vor UV-Strahlung und Feuchtigkeit zu schützen.

Abb. 37: Polyamid- und Polyestergurte

Abb. 38: oben: Websystem mit gleichzeitigem Schusseintrag unten: Nadelwebmaschine

33

Abb. 39: Gurtverankerung an Eckbeschlägen

Beide Gurtarten werden in Gurtwebereien hergestellt. Dort werden die meist z-förmig verdrehten Garne auf Nadelmaschinen verwebt. Bei diesen mit hohen Geschwindigkeiten laufenden Webautomaten erfolgt der Schusseintrag von beiden Seiten gleichzeitig durch Nadelgreifer. Verwebt wird meist in Leinwand- oder Köperbindung.

sation vorgereckt, abgelängt und unter Spannung schubfest mit dem Membranrand vernäht werden.

Bei Bedarf werden die Garne imprägniert und wasserabstoßend oder flammhemmend ausgerüstet. Fäulnisbefall kann mit einer Fungizidausrüstung weitgehend verhindert werden. Zur Erhöhung der Geschmeidigkeit können Gleitmittel zugesetzt werden. Bei hochzugfesten Ausführungen können auch Aramidgurte verwendet werden.

An Eckausbildungen, bei denen die Membrane zum in Position gehaltenen Beschlag gezogen wird, können die Gurte über Zwischenglieder mit Gurtspannern vorgespannt werden. Als Zwischenglieder werden gelochte und geformte Bleche verwendet.

Nach dem Weben werden die Gurte auf Haspeln dem Konfektionär geliefert, wo sie entsprechend der geplanten Kompen-

Abb. 40: Loch- und Flachtriangel als Verankerungs-Zwischenglied

Abb. 41: links: Eckausbildung mit Gurtspannern; rechts: Spannen der Randgurte

Je nach Montageanforderung und Einbringung der Vorspannung können die Gurte entweder mit ankonfektionierten Kedern über Bügeln an den Endbeschlägen verankert oder durch Öffnungen im Beschlag gezogen werden (Abb. 39).

Die Anordnung von Gurtspannern (Abb. 41) ist insbesondere bei schweren Gewebetypen für ein dosiertes Spannen und Nachspannen vorteilhaft für die Montage.

34

2.2.1.3 Keder Bei biegesteifen Randausführungen von Membranen werden die Teilflächen an ihren Rändern durch Metallformteile (Klemmplatten, Kederschienen) begrenzt. Dort erfolgt die Kraftübertragung von der Membrane auf den Metallbeschlag über einen am Ufer der Metallplatte anliegenden, schnurförmigen Keder. Die Aufgabe des Keders ist es, das Rutschen der Membrane aus dem Beschlag zu verhindern (unten in Abb. 42). Der Keder übernimmt so die Funktion eines linienförmigen Tragelements in einer kraft- und formschlüssigen Verbindung. Er muss daher entsprechend der zu übertragenden Zugkraft dimensioniert sein. Die Durchmesser der Kederschnüre liegen bei 5–12 mm. Im textilen Bauen werden meist Keder aus PVC-Monofilen, Polypropylen oder aus Polyurethan eingesetzt. Die Keder mit kreisrundem Querschnitt werden im Extruderverfahren hergestellt, mit speziellen Mundstücken kalandriert und anschließend auf Spulen aufgewickelt. Die Materialart des Keders richtet sich auch nach der Materialund Bindungsart des verwendeten Gewebes. Bei der Materialwahl sind unterschiedliche Dehnungseigenschaften von Membrane und Keder zu berücksichtigen. Je nach Anforderung an die Dehnung werden Kederschnüre mit unterschiedlichen Shore-Härten eingesetzt, üblich sind SH 50–SH 90. PU-Keder weisen eine höhere Abriebfestigkeit auf als PVC-Keder und werden beschichtet, um UV-beständig zu sein. Bei leichteren Gewebetypen (Typ 1–Typ 2) kann der eingesäumte Keder als Kederfahne fertig zum Konfektionär geliefert und an die Membrane geschweißt werden. Bei Randausführungen mit schwereren Geweben wird die Membrane vom Konfektionär um die Kederschnur geschlagen und verschweißt.

Abb. 43: Abgeschweißter Keder in einem PES/PVC-Gewebe Typ 5

Bei der Montage von Randausführungen mit einteiligen Kederschienen muss die Kederschnur durch das Metallprofil gezogen werden. Um dabei ein Gleiten des Keders in der Kederschiene zu gewährleisten, sollte die Kedernaht sorgfältig abgeschweißt sein. Kederschnüre mit zu geringen Shore-Härten erwärmen sich bei Reibung leichter als härtere Schnüre. Ein reibungsloses Gleiten beim Einziehen der Membrane in das Kederprofil wird meist durch Gleitmittel unterstützt. Je nach Randgeometrie, Montagetechnik und Höhe der zu übertragenden Kräfte können alternativ zu Kunststoffkedern auch Keder aus Stahlseilen oder Aluminiumstäben ausgeführt werden.

2.2.2 Flächige Tragelemente Weitgespannte, leichte Flächentragwerke aus Werkstoffen, die zugleich Tragfunktionen übernehmen und vor Umwelteinflüssen schützen können, nennt man im Allgemeinen auch Membrankonstruktionen. Diese Bezeichnung (lat. membrana = Haut) impliziert einerseits eine Funktion sowie andererseits eine Dimension und weist damit auf einen hautartigen, dünnen Werkstoff hin. Ein solcher Werkstoff wird im Bauwesen allgemein auch als Technische Membrane bezeichnet. Zu dieser Gruppe werden sowohl Technische Textilien (beschichtete und unbeschichtete Textilgewebe) wie auch Technische Kunststoffe (extrudierte Folien) gezählt. Technische Membranen, wie sie zum Bauen weitgespannter, leichter Flächentragwerke verwendet werden, sind Werkstoffe aus großformatigen, zusammengesetzten Flächenelementen, die eine Lastabtragung ausschließlich über Zugkräfte ermöglichen. Dazu müssen sie in geeigneter Weise gekrümmt, berandet und verankert werden.

PU-Keder

Abb. 42: Stoß mit ein- und zweiteiliger Kederschiene

Große Spannweiten und die Beständigkeit gegen Beanspruchungen unter Last, Zeit und Temperatur verlangen nach einem zweckgerichteten Aufbau der Technischen Membranen. Wird ein solcher Aufbau durch die Anordnung von Einzelelementen oder Schichten erreicht, spricht man auch von Verbundkonstruktionen oder Kompositwerkstoffen. Beschich-

35

Textile Gewebekonstruktion

Thermoplastische Folie

Abb. 44: Schematischer Schnitt durch Flächenelemente

tete Textilgewebe sind solcherart zusammengesetzte Werkstoffe. Sie bestehen im Wesentlichen aus künstlich erzeugten Stoffen (Kunststoffen), die durch Molekülverknüpfungen oder -abwandlungen im atomaren Bereich hergestellt werden. Beschichtete Textilgewebe bestehen aus drei Lagen synthetischer Polymere. Sie erfüllen die oben genannten Anforderungen an weitgespannte Flächentragwerke und bilden die am häufigsten eingesetzte Werkstoffgruppe bei den Membrankonstruktionen (links in Abb. 44). Eine zweite Werkstoffgruppe bilden technische Kunststoffe aus Fluorthermoplasten in Folienform. Aufgrund ihrer weitgehenden Transparenz erfreuen sich diese einlagigen Fluorpolymer-Folien unter den Architekten zunehmender Beliebtheit. Sie unterscheiden sich jedoch von beschichteten Geweben vor allem dadurch, dass mit ihren vergleichsweise niederen Festigkeiten nur geringe Spannweiten bewältigt werden können. Sie müssen daher an ihren Rändern durch biegesteife oder biegeweiche Primär- oder Substrukturtragelemente gestützt werden. In der Fläche werden sie in der Regel mehrlagig, luftgestützt ausgeführt, was hinsichtlich des Wärmedämmverhaltens gegenüber den textilen Geweben deutliche Vorteile zeigt. Vorstellungen über konventionelle Werkstoffe und Bauweisen reichen zum Beschreiben des Materialverhaltens der biegeweichen Flächenelemente sowie zur baulichen Umsetzung von Membrankonstruktionen nicht aus. Ihr mechanisches Verhalten unterscheidet sich von dem herkömmlicher Werkstoffe wesentlich. Im folgenden Abschnitt wird daher versucht, eine Übersicht über den strukturellen Aufbau, die Arten sowie die Herstellung der Flächenelemente, wie sie bei Membrankonstruktionen zum Einsatz kommen, zu geben. Eine wichtiger Aspekt beim Bauen Formaktiver Tragsysteme ist das Deformationsverhalten der eingesetzten Werkstoffe. Dementsprechend werden die wichtigsten mechanischen Eigenschaften des biegeweichen Flächenelements zusammenfassend erläutert. Großen Einfluss auf die baupraktische Umsetzung hat auch die Zuschnittsermittlung zur Anordnung und Fügung der biegeweichen Teilflächenelemente zu Tragelementen. Auf die den Zuschnitt beeinflussenden Randbedingungen wird deshalb hier näher eingegangen. Mit welchen Ausfüh-

rungen Fragen der Krafteinleitung über die Berandung in der Praxis begegnet wird, sei hier ebenfalls ausgeführt. Beschichtete Gewebe bilden die überwiegend eingesetzte Werkstoffgruppe bei den weitgespannten Flächentragwerken, weshalb sie in diesem Abschnitt den Schwerpunkt bilden.

2.2.2.1 Beschichtete Gewebe Textile Gewebe bilden ein System aus im ungespannten Zustand orthogonal zueinander stehenden, verwobenen Fäden, die aus parallelen oder miteinander verdrehten Einzelfasern bestehen. Sie kommen seit Jahrhunderten in vielen Bereichen zur Anwendung und erfuhren durch engagierte Ingenieure und Architekten, vor allem aber durch den Architekten Frei Otto, im letzten Jahrhundert im Bauwesen eine Renaissance. Das symmetrisch strukturierte Rohgewebe wird mit Zusatzstoffen ausgerüstet, speziellen Pasten beschichtet und oberflächenbehandelt, um es vor äußeren Einflüssen zu schützen. Zwei Werkstoffarten von beschichteten Geweben kommen beim Textilen Bauen überwiegend zum Einsatz: Polyestergewebe mit einer Beschichtung aus PVC und Glasfaser-Hochfestgewebe mit PTFE-Beschichtung. Darüber hinaus werden noch silikonbeschichtete Glasfasergewebe eingebaut. Selten zur Anwendung kommen mit Fluorpolymeren oder Polyolefinen beschichtete Polyestergewebe, beschichtete Fluorpolymergewebe sowie PVC-beschichtete Aramidgewebe. In Abhängigkeit der Anforderungen aus den einzuleitenden Kräften erfolgt die Unterscheidung der Werkstoffgruppen textiler Membranen nach den eingesetzten Fasertypen, der Art der Flächenbildung und der Beschichtungsart. Bei PVC-beschichteten Polyestergeweben kommen im Trägergewebe vor allem Fasern aus synthetischen Polymeren (Polyethylenterephthalat = PET)1, deren Feinheit (Titer) in dtex2 gemessen wird, zum Einsatz. Die Faser hat entscheidenden Einfluss auf das Materialverhalten eines Gewebes. Die Vorteile der PET-Faser liegen vor allem in der Formbeständigkeit gegenüber chemischer und physikalischer Belastung sowie in ihrer Verrottungsfestigkeit. PET gehört zur Gruppe der teilkristallinen Thermoplaste, der Schmelzpunkt liegt bei 265 °C.3 Über dieser Temperatur erweicht das Material und erhält viskose Eigenschaften. 1 Die von Konfektionären genannte Bezeichnung PES-Gewebe, wie sie für weitgespannte Flächentragwerke zum Einsatz kommen, ist auf das international vereinbarte Kurzzeichen PES für Polyester zurückzuführen, nicht zu verwechseln mit PES als Polyethersulfon aus der Gruppe der Polysulfone. Die chemische Nomenklatur benutzt für Polyester das Kürzel PET. 2 1 decitex = Gewicht in Gramm pro 10.000 m Garnlänge, 10 dtex = 1 tex 3

Fritz, C. P. (1999)

36

geschmolzene Spinnmasse

Molekülketten wenig geordnet

Spinnpumpe Spinndüse

Verstrecken

Kaltluft

Molekülketten teilweise geordnet

Aufwickeln

Verstrecken

Abb. 45: Schematische Darstellung – links: Spinnvorgang; mitte: Streckvorgang; rechts: Kristallstruktur von PET-Polymerketten

Ausschlaggebend für die Festigkeit der Faser sind die Orientierung und die Bindung der Molekülketten untereinander sowie deren Polymerisationsgrad (Kettenlänge). Die Polymerkettenanordnung der PET-Faser liegt in trikliner Symmetrie vor (rechts in Abb. 45). Trikline Kristallsysteme haben die geringste Symmetrie, keine gleichen Winkel und keine gleich langen Achsen. Um die mechanischen Eigenschaften der Faser zu verbessern, sind Prozesse notwendig, um lang gestreckte, nahezu parallele Molekülanordnungen zu erhalten. Dazu werden die Monomere polymerisiert, das erhaltene Granulat zur Faser gesponnen und danach in einem Streckprozess gleichmäßig verstreckt. Nach Gewinnung des Ausgangsstoffes wird das Granulat im Schmelzspinnverfahren aufgeschmolzen, gefiltert und zu einem beheizten Spinnbalken geführt. Dort wird die Spinnmasse bei einer Verarbeitungstemperatur von 280–300 °C unter Druck durch Düsenbohrungen in einen Spinnschacht gepresst und zu Filamenten verformt. Nach dem Austritt aus der Düse wird das flüssige Filament durch gleichmäßige Anblasung an der Luft verfestigt. Im vorliegenden Zustand sind die Makromoleküle der Faser vororientiert. Ihre Orientierung annähernd parallel zur Faserachse erhalten sie durch den Streckprozess. Dazu wird der rohe, bereits feste Faden durch ein unter-

A

schiedlich schnell laufendes Walzensystem geführt und auf ein Mehrfaches seiner Länge ausgezogen (links in Abb. 45). Anschließend werden die Fasern miteinander verdreht. Unterschieden wird dabei nach der Faserdrehung in S- und Z-Schlag. Die Summe der aus der Düse ausgesponnenen und verdrehten Fasern heißt Faden. Arten der Flächenbildung Die Flächenbildung eines Rohgewebes erfolgt durch die gegenseitige Einbindung der Kett- und Schussfäden, wobei die Fadendichte die Fadenanzahl in Kette und Schuss angibt. Unterschiedliche Methoden der Verkreuzung von Kett- und Schussfäden führen zur charakteristischen Welligkeit (Ondulierung) des dreidimensionalen Gewebes. Bei Flächengebilden für Membrankonstruktionen kommen zwei Bindungsarten zur Anwendung: die Leinwandbindung, als einfachste und engste Verkreuzung von Kett- und Schussfaden, und die Panamabindung, eine Abwandlung der Leinwandbindung. Bei beiden Bindungsarten verläuft der Kettfaden in Gewebelängsrichtung. Aufgrund des Webprozesses und des Beschichtungsvorgangs weisen Kett- und Schussfäden unterschiedliche Geometrien auf. Während der unter Spannung gehaltene Kettfaden einen gestreckteren Fadenverlauf hat, weist der Schuss-

A

A-A Abb. 46: Schematisches Bindungsbild der Grundbindungsarten mit Kett- und Schussschnitt

37

0

K

zK K

K

0

zS

S

S S

A

A-A

Abb. 47: Schematischer Gewebeschnitt mit unterschiedlichen Amplitudenauslenkungen in Kett- und Schnussschnitt

faden eine stärkere Ondulierung in der eingebetteten Beschichtung auf (links in Abb. 47). Infolge dieses Schusssprungs ist der Schussfaden weicher als der Kettfaden und weist geringere Moduli auf.1

Je nach Bindungsart, Fadenstärke und Rollenbreite dauert der Webvorgang im Greiferwebverfahren pro 1.000 lfm 1–3 Tage und ist der zeitintensivste Vorgang beim Herstellen von Geweben.

Webvorgang Die meisten Gewebetypen der Polyester-Hochfestgewebe werden im Greiferwebverfahren gewebt. Dabei wird das parallele oder gedrehte Faserbündel des Kettfadens vom Kettbaum abgerollt und unter Spannung in den Webautomaten geführt, wo der Schussfaden über starre Greiferstangen zwischen die geöffneten Kettlagen (Webfach) eingetragen wird. Der Schussfaden wird vom linken Greifer in das geöffnete Webfach eingeschossen und in Gewebemitte über die Greiferklemme an den rechten Greifer übergeben, welcher den Faden an den rechten Rand führt. Die Spannung des Schussfadens wird über eingebaute Fadenbremsen gesteuert. Beim Lagewechsel der Kettfäden erfährt der Schussfaden die typische Wellenform.

Verfahren zur Beschleunigung des Produktionsprozesses sind noch in der Entwicklung. So prüft man den Einsatz des Luftwebverfahrens bei Bautextilien, bei dem der Rohfaden durch Stützluft ausgestreckt wird. Der Vorteil beim Weben auf Luftdüsen-Webmaschinen ist die Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit; der Eintrag einer höheren Schusszahl pro Minute wird möglich.

Verwebt wird in Breiten bis ca. 5 m. In Österreich hergestellte Gewebe können bis maximal 3,2 m Breite hergestellt werden. Übliche Rollenbreiten sind 2,05 m und 2,5 m. Abhängig von der Gewebebreite und dem Flächengewicht der Rohgewebe sind Rollenlängen von maximal 2.200 lfm, mit zunehmendem Flächengewicht darunter, üblich.

Abb. 48: links: Greiferwebautomat; rechts: Greiferklemme mit Schussfaden

1

Blum, R. (2000)

Beschichten, Vergüten, Prägen Textile Gewebe sind zahlreichen Einwirkungen ausgesetzt, die den Alterungsprozess und somit die Qualitätsanforderungen beeinflussen. Neben den lastabhängigen Einflüssen wie etwa Lastwechsel, -höhen und Kriechen sind bei textilen Geweben vor allem lastunabhängige Einwirkungen wie Alter, natürliche, klimatische und atmosphärische Einwirkungen, die durch Schadstoffausstoß hervorgerufen werden, zu beachten. Textile Gewebe müssen neben der Übernahme der statischen Funktion vor Witterungseinflüssen schützen, resistent gegen chemische und biologische Einflüsse und im Brandfall schwer entflammbar sein.

38

5PQDPBU'JOJTI Topcoat/Finish

4DIV•GBEFO Schußfaden

Finish und Prägung 'JOJTI
VOE
1SµHVOH

#FTDIJDIUVOH*OOFOTFJUF Beschichtung/Innenseite

Beschichtung/Außenseite #FTDIJDIUVOH"V•FOTFJUF

Kettfaden ,FUUGBEFO

Abb. 49: Konstruktion eines beidseitig beschichteten Polyestergewebes mit Topcoating

Die Beständigkeit der Materialien gegen äußere Einwirkungen wird durch verschiedenste Maßnahmen in der Fertigung erreicht. Textile Gewebe, wie sie zum Bau weitgespannter Flächentragwerke eingesetzt werden, sind daher als Kompositwerkstoffe konstruiert und zweckgerichtet aufgebaut. Mit unterschiedlichen Materialkombinationen und -stärken hinsichtlich Trägergewebe, Beschichtung und Finish lässt sich auf die vielfältigen Einwirkungen reagieren. Bei beschichteten Membranen übernimmt das Gewebe die Funktion der Lastabtragung. Die Beschichtung schützt das Gewebe vor Beschädigungen. Im Zusammenwirken mit der Oberflächenbehandlung (Topcoating, Finishing) gewährleistet sie die Dichtigkeit gegen Feuchtigkeit und Luft.1 Beschichtungsmaterial bei Polyestergeweben ist PVC-P (Polyvinylchlorid-Plastisol mit Weichmacheranteilen und Zusatzstoffen), ein Thermoplast aus Polymeren mit linearer, unverzweigter Molekülkettenbildung. Es ist unter Wärmezufuhr verformbar und fließfähig. Um das Austreten des Weichmachers aus der Beschichtung zu verzögern und somit die Gewebebeschichtung vor Versprödung zu schützen, werden bei PVC-beschichteten Polyestergeweben Coatings aufgetragen. Ein nicht mehr vorhandener Schutz des Trägergewebes vor UV-Strahlung würde kurzfristig zu einer rapiden Abnahme der Festigkeit führen. Außerdem werden durch diese Oberflächenbehandlung das Ansiedeln von Ablagerungen und Mikrobenbildung sowie die damit verbundene Beeinträchtigung des optischen Erscheinungsbildes verhindert.

PVC-beschichtete Polyestergewebe werden in Europa vorwiegend im Streichverfahren beschichtet. Ausnahmen bilden Beschichtungsverfahren von in Schussrichtung vorgespannten Polyestergeweben im Precontraint-Verfahren (Fa. Ferrari). Bei einem in den USA angewandten Verfahren (Seaman-Verfahren) wird der Schussfaden auf den Kettfaden gelegt und auf dieses Gelege die Beschichtungsmasse aufgetragen. Beim Streichverfahren wird auf das Rohgewebe als erster Strich der Haftstrich aufgebracht. Das Auftragen des Haftstriches erfolgt in pastöser Form mit dem Luftrakel. Ein dem Plastisol (PVCP, amorphes Thermoplast) beigemengter Haftvermittler (isocyanathaltige Verbindung) garantiert den für die weitere Verarbeitung notwendigen Verbund zwischen Rohgewebe und Beschichtung (Haftfestigkeit). Im Gelierkanal wird der Haftstrich einer Temperaturbeanspruchung von ca. 180 °C ausgesetzt. Dabei dringt der Weichmacher sehr rasch in die PVC-Körnchen ein, die dabei aufquellen und sich untereinander vereinen. In der gallertartigen PVC-Weichschicht vermengen sich die PVCund Weichmachermoleküle zu einer homogenen Masse. Um die den Gelierkanal verlassende, beschichtete Bahn aufrollen zu können, wird sie über mehrere wassergekühlte Walzen geführt und gekühlt. Nach dem Abkühlen liegt der Haftstrich folienförmig am Rohgewebe. In einer zweiten Streicheinheit wird mit dem Walzenrakel der Deckstrich appliziert, in dem die gleichen Bestandteile wie beim Haftstrich enthalten sind, jedoch ohne Haftvermittler. Es folgt das neuerliche Angelieren und Abkühlen. Weil textile Gewebe in der Regel beidseitig beschichtet werden, muss der gesamte Vorgang auf der Rückseite wiederholt werden. Ein Kriterium zur dauerhaften Erhaltung der mechanischen Eigenschaften von Polyester/PVC-Geweben ist die Beschichtungsstärke auf dem Fadenrücken. So besteht eine direkte proportionale Abhängigkeit des Gewebeschutzes von der Beschichtungsstärke: „The higher the thickness of the covering, the better the protection of the thread.“2 Die üblichen Beschichtungsstärken betragen zwischen 0,08 mm und 0,25 mm. Beim Gewebetyp 1 (Leinwandbindung) mit einem Gesamtbeschichtungsgewicht von 500 g/m2 sind an der Gewebeunterseite

Abb. 50: Durch Beschichtungsablösung freigelegtes Polyestergewebe

1 Folien aus Fluorkunststoffen, die hauptsächlich als Kissenkonstruktionen zur Anwendung kommen, müssen hingegen alle Funktionen übernehmen.

2 Blum, R. (2002-1)

39

6 2

5

3

1

3

4

4

1 Rohgewebe 2 Luftrakel 3 Gelierkanal

Abb. 51: Beschichtungsvorgang im Streichverfahren

200 g/m2 und an der Gewebeoberseite 300 g/m2 Beschichtungsmasse appliziert. Der Grundstrich jeder Gewebeseite beträgt dabei ca. 100 g/m2. Das restliche Gewicht wird durch den Deckstrich abgedeckt. Bei Rohgeweben mit höheren Flächengewichten (Panamabindung) liegt der Grundstrichauftrag bei ca. 200 g/m2. Die Anzahl der Beschichtungslagen ist abhängig vom Gewebetyp. Je nach Lagenanzahl liegt die Beschichtungsgeschwindigkeit bei ca. 10–15 m/min.1 Manche Hersteller verfügen über sogenannte 4-Strichanlagen, wo die PVC-Beschichtung auf beiden Seiten in einem Produktionsdurchgang erfolgt. Die ersten drei Striche werden über vertikale Beschichtungseinrichtungen aufgebracht, der letzte Strich, im Regelfall der Deckstrich der Oberseite, mit einem Horizontalstreichwerk (Walzenrakel).

4 Kühlwalzen 5 Walzenrakel 6 beschichtetes Gewebe

Während der Produktionsschritte Weben und Beschichten ist der Kettfaden unter Spannung gehalten. Die Beschichtungsanlagen sind so gesteuert, dass eine gleichmäßige Kettspannung aufgebracht werden kann. Entlang des Randes wird das Beschichtungsträgergewebe mit Nadeln oder Kluppen während des Gelierprozesses im Spannrahmen gehalten. Aufgrund der Schrumpfkräfte in Schussrichtung besteht die Gefahr des Abnadelns, weshalb ausgeschrumpfte Garne verwendet werden, deren Heißluftschrumpf bei maximal 2,5 % liegt.2 Mit der Oberflächenvergütung der Beschichtung, dem sogenannten Topcoating oder Finishing, wird ein zusätzlicher Schutz vor zu rascher Verschmutzung und Feuchtigkeitseinwirkung erzielt. Auch wird durch das Vergüten die Weichmacherwanderung aus der Beschichtung verzögert. Zwei Verfahren stehen für das Aufbringen der Topcoat-Beschichtung zur Verfügung, welche die Eigenschaften der fertigen Membrane unterschiedlich beeinflussen: das Auflaminieren von Folien (Folienkaschierung) und das Aufbringen von Lacken. Beim Laminieren wird der Schutz vor äußeren Einwirkungen durch Aufbringen einer 0,03–0,08 mm dicken, festen und transluzenten Folie auf die PVC-Beschichtung erreicht. Ein in den Primer eingebauter Absorber macht die Folie beständig gegen UV-Einwirkung, eine weiße Pigmentierung sperrt und reflektiert das UV-Licht zusätzlich. Nachteilig wirkt sich diese Technik jedoch auf die Handhabbarkeit des Gewebes aus. Durch das Auflaminieren der Folie wird die Winkelverschieblichkeit zwischen Kett- und Schussfaden zusätzlich behindert (s. Abschn. 2.4.1).

Abb. 52: Deckstrich mit Walzenrakel

Beim Aufbringen von Lacken auf Basis von PVDF (Fluorkunststoff ) und Acrylaten wird das Gewebe nur unwesentlich versteift. Die Lacke, die aus Lösemittelsystemen appliziert werden, sind in Schichtdicken von ca. 5–10 μm an der Innen- und Außenseite aufgetragen. Bei PVDF-Lacken wird unterschieden in nicht verschweißbare Lacke, die vor dem Schweißvorgang abgeschliffen werden müssen, und verschweißbare Derivate aus

1 Graf, W. (2004)

2 Graf, W. (2004)

40

Abb. 53: Wicking-Effekt an Polyester/PVC-Geweben

PVDF-Lacken und Acrylaten. PVDF-Lackierungen werden auf der Außenseite in mindestens 2 Strichen appliziert. TopcoatBeschichtungen aus PVDF-Lacken garantieren längerfristig eine im Aussehen unveränderte Oberfläche, wogegen Acryllacke Verfärbungen langfristig nicht verhindern können. Wie wichtig das Vergüten beschichteter Gewebe ist, zeigen verschiedene Auswirkungen infolge Feuchtigkeit, die an Gewebestellen mit beschädigter Beschichtung entstehen können. In diesem Zusammenhang ist die Dochtwirkung (WickingEffekt), eine Randerscheinung des osmotischen Drucks, zu erwähnen. An schadhaften Stellen der Beschichtung kann sich Wasser an der Faser entlangsaugen und das Gewebe nachhaltig beschädigen (Abb. 53). Neben den Veränderungen, die durch das Einwirken von Temperatur, Licht und natürlichen Medien entstehen, sind oft zusätzliche Materialschwächungen durch Angriffe von Mikroorganismen und Chemikalien zu erwarten. Pilze, Flechten und Wurzelspitzen scheiden Stoffwechselprodukte in Form von Säuren (Oxalsäure, Schwefelsäure), Enzymen und Farbstoffen aus, welche die Eigenschaften der Werkstoffe nachhaltig verändern können. Die dadurch hervorgerufene biogene Alterung kann

Abb. 54: Beschichtungsablösung bei einem Polyester/PVC-Gewebe durch Pilzbefall

zur Beschichtungsablösung vom Gewebe führen (Abb. 54). Bei Glas/PTFE-Geweben wirkt die gute antiadhäsive Wirkung der beidseitig aufgetragenen PTFE-Beschichtung vorbeugend gegen Ablagerungen auf der Beschichtung. Im letzten Arbeitsgang wird das beschichtete und vergütete Gewebe an der Außenseite geprägt. Durch diesen Vorgang wird durch die erzielte glattere Oberfläche das Anschmutzverhalten zusätzlich verbessert. Die Prägung erfolgt über Stahlwalzen, die das Gewebe gegen gummibeschichtete Gegenwalzen pressen. Bei erhöhten Anforderungen an Dauerhaftigkeit und Brandverhalten kommt vorwiegend die Werkstoffgruppe der PTFEbeschichteten Glasgewebe zum Einsatz. Bei diesen Geweben werden Steifigkeit und Festigkeit vorwiegend durch das Glasgewebe bestimmt. Ihre schützende PTFEBeschichtung besteht aus fluoriertem Kunststoff, einer der stärksten Bindungen in der organischen Chemie. PTFE ist ein wenig steifer, aber sehr fester Kunststoff. Er ist in hohem Grade chemisch resistent, temperatur-, licht- und witterungsbeständig und verfügt über sehr gute antiadhäsive Eigenschaften. Ohne Zusätze von Stabilisatoren und Weichmachern ist PTFE

41

Aufsinterung von PTFE-Partikeln hinterlässt eine zerklüftete Oberfläche, die mit einem Finish aus FEP ausgeglichen werden kann. Während des gesamten Beschichtungsvorgangs wird die Kettrichtung mit einer definierten Kraft gespannt. In Schussrichtung ist ein Festhalten des Gewebes aufgrund der starken Hitzeeinwirkung beim Sintern nicht möglich. Die durch den Webvorgang entstandene Ondulierung der Schussfäden bleibt bestehen und wird durch das Spannen in Kettrichtung noch verstärkt. Nach Abschluss des Beschichtungsvorgangs wird das Gewebe abgekühlt. Der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient von Glasgewebe und PTFE sowie das schnellere Abkühlen der äußeren Schichten führen zu einer Vordehnung des PTFE gegenüber dem Glasgewebe. Die bei 19 °C einsetzende Kristallumwandlung des PTFE wird durch diesen Effekt bei tiefen Verarbeitungstemperaturen verstärkt. Aufgrund des Karamellisierens während des Beschichtens verfärbt sich die Beschichtung zunächst hellbraun. Infolge UV-Bestrahlung verschwindet diese Verfärbung durch Ausbleichen innerhalb weniger Monate wieder. Außer dieser Farbänderung von Beige zu Weiß sind bei Glas/PTFE-Membranen keine nennenswerten Auswirkungen aus lang anhaltenden Strahlungsintensitäten feststellbar.3 Abb. 55: oben: Glasfaden, Glasgewebe und beschichtetes Gewebe; unten: Gewebeaufbau

außerdem nicht brennbar und in einem Temperaturbereich von -270 °C bis +300 °C einsetzbar.1 Die tragenden Glasfasern des Gewebes sind UV- resistent. Bei Beschichtungsverletzungen ist hauptsächlich der Kontakt mit Feuchte hinsichtlich des Festigkeitsverlusts problematisch. Glasfasern werden aufgrund ihrer Spröde in Einzelfilamenten ausgesponnen, die dann mehrfach zu dickeren Fäden zusammengedreht werden. Während des Spinnens und Zusammendrehens zum Zwirn werden die Fäden in eine Schlichte getaucht. So werden die mechanische Beanspruchung und der Widerstand der Filamente im Sinne einer Schmierung während der Verarbeitung reduziert.2 Zum Beschichten wird das Glasgewebe in bis zu 5 m breiten Bahnen in 6–10 Durchgängen durch eine wässrige PTFE-Dispersion gezogen und anschließend einer Infrarotbestrahlung ausgesetzt, bei der das Wasser vollständig verdampft. Nach dem ersten Beschichtungsvorgang muss das PTFE aufgrund seiner geringen Fließfähigkeit nach dem Aufschmelzen bei 370–380 °C gesintert werden, wobei ein Teil der aufgebrachten Stoffe karamellisiert. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die Beschichtung die gewünschte Dicke aufweist. Die schichtweise 1

Oberbach, K. (2001)

2

Baumann, Th. (2002)

Ein Nachteil der PTFE-beschichteten Glasgewebe liegt in der Knickempfindlichkeit, die eine besondere Randausbildung bei der Detaillierung erfordert. Auch für die Vorbereitungsarbeiten zum Montieren (Verpacken und Transportieren) sowie bei der Montage selbst müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden, die das Entstehen von Beschichtungsbrüchen verhindern. Solche Beschädigungen können Ausgangspunkt für Weiterreißen sein. Als Tragelemente in fliegenden Bauten und wandelbaren Konstruktionen sind diese Gewebe deshalb nicht einsetzbar. Überdies sind diese annähernd schubsteifen und harten Gewebe schwer zu handhaben und lassen sich nur bei Temperaturen über 5 °C zerstörungsfrei spannen. Wegen des starken Kriechens ist für den Spannvorgang ein wesentlich höherer Zeitbedarf notwendig. Eine seltener eingesetzte Werkstoffgruppe sind silikonbeschichtete Glasfasergewebe. Als Trägermaterial werden bei diesem Werkstoff Filamente aus Silikatglas verwoben. Beschichtungsmaterial ist ein mit Zusatzstoffen aufbereitetes, klares bis opak durchscheinendes Silikon. Vorteil dieser Gewebe ist, dass sie besonders flexibel und nicht knickanfällig sind. Sie erfüllen sämtliche Festigkeitsanforderungen und haben ein günstiges Weiterreißverhalten. Sie sind weitgehend beständig gegen chemische Einwirkungen und können bei Temperaturen von -60 ° bis +180 °C eingesetzt werden. Außerdem sind sie UV-beständig, verspröden nicht 3

Baumann, Th. (2002)

42

und können beliebig eingefärbt werden. Als Nachteil kann das Anschmutzverhalten der Beschichtung angeführt werden. Silikone sind zwar beständig gegen chemische Einwirkungen, ihre Oberfläche lädt sich jedoch statisch auf und zieht dadurch Schmutz an.1 Zur Aufbereitung muss der Silikonkautschuk geknetet, angelöst und gemischt werden. Zur Beschichtung wird das aufbereitete Silikon im Streichverfahren auf das Glasgewebe aufgebracht. Dazu wird das in pastöser Form vorliegende Silikongemisch mit dem Rakel in mehreren Strichen beidseitig auf das Glasgewebe aufgetragen und mit einem Topcoat aus einer Silikonmischung versehen. Zur Untersuchung und Bewertung des Anschmutzverhaltens werden von den Herstellern laufend Bewitterungsversuche durchgeführt. Silikon kann nicht thermisch verschweißt werden. Es hat keinen ausgeprägten Schmelzpunkt und härtet zu einem Elastomer mit räumlich vernetzten Molekülen aus. Die bis zu 2 m breiten Gewebebahnen werden laut Herstellerangaben vernäht, verklammert oder vulkanisiert. Das Vulkanisieren der Bahnen wird mit Balkenpressen durchgeführt. Dabei wird ein Silikonklebeband zwischen die zu verschweißenden Stellen gelegt und auf 150–170 °C erhitzt. Die dabei entstehende Vernetzungsreaktion zwischen dem Klebstoff aus synthetischen Polymeren mit organischen Silikonverbindungen und den Kautschukmolekülen der Silikonbeschichtung führt zu einer hochfesten Verbindung. Die Schweißdauer liegt bei diesem Vorgang zwischen ca. 30 sec und 2 min.2 Zu beachten ist bei dieser Fügetechnik die Temperaturbeständigkeit der Klebenaht. Um Formstabilität und Schrumpffreiheit zu erreichen, müssen Lagerzeiten bei bestimmten Temperaturen eingehalten werden, die ein Entformen bis zum Reaktionsende gewährleisten. 1

Blum, R. (2002-2)

2

Funk, J. (2005)

Abb. 56: oben links: Silikonbeschichtetes Glasgewebe oben rechts, unten: Fertigung

43

2.2.2.2 Folien Die wirtschaftliche Bedeutung von Kunststofffolien ist seit Mitte des vergangenen Jahrhunderts enorm gewachsen. Sie bieten bis heute rationelle und zunehmend ökologische Lösungen für technische Anwendungen. Zum witterungsbeständigen Einsatz in der Architektur kommen vorwiegend transparente Fluorpolymer-Folien. Das dünne, flächige Material liegt nach Herstellung und Verarbeitung in Rollenform vor. Fluorpolymer-Folien werden als Flach- oder Blasfolien hergestellt. Die Dicken bei Flachfolien betragen zwischen 50 und ca. 250 μm, bei Blasfolien zwischen 50 und 150 μm. Flachfolien sind in Breiten von 1,5–2,2 m, Blasfolien bis maximal 1,7 m (aufgeschnitten 3,4 m) erhältlich. Die Flexibilität der Folien ist abhängig von der Dicke der Bahnen und von der Art der eingesetzten Rohstoffe. Sie sind langfristig UV-stabil, UV-transparent und unterliegen keiner erkennbaren Alterung. Als Folien bei leichten Flächentragwerken werden wärmebeständige, teilkristalline Fluorthermoplaste, wie ETFE (Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymere) mit einem Schmelzbereich von 265–275 °C, oder das 1983 von Hoechst entwickelte THV (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Terpolymer), das in einem Temperaturbereich von 160–185 °C (Hostaflon® TFB) schmilzt, eingesetzt.1 ETFE wurde 1972 von DuPont (Tefzel®) in den USA und 1974 von Hoechst (Hostaflon® ET) am europäischen Markt eingeführt. Später folgten Asahi-Glass (Aflon® COP) und Daikin (Neoflon® ETFE) am japanischen Markt sowie Nowofol (Nowoflon® ET) in Deutschland. Die nächste Generation von Folien im Bauwesen könnten Produkte aus EFEP sein, wie sie von Daikin (Neoflon® EFEP) angeboten werden. EFEP ist ein mit Hexafluorpropen stark modifiziertes ETFE mit einem Schmelzbereich von 180–220 °C; die extrudierten EFEP-Folien sind praktisch glasklar.2 Chemischer Aufbau, physikalische Struktur, Polymerisation Thermoplastische Kunststoffe haben besonders geordnete Molekülbereiche. Der Ordnungszustand (räumliche Lage) ihrer Molekülketten ist amorph oder teilkristallin. Die Molekülketten können unverzweigt oder stark verzweigt sein. Stark verzweigte Ketten vergrößern den Kettenabstand und vergrößern die Lichtdurchlässigkeit (Transparenz). Teilkristalline

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Abb. 58: oben: Klares und bedrucktes Muster einer ETFE-Folie unten: Tetrafluorethylen / Ethylen-Copolymer (E/TFE)

Thermoplaste sind opak, die Ursache für deren Trübung liegt in der Kristallitgröße; mit zunehmender Kristallinität nimmt die Transparenz ab. Der Großteil synthetischer Thermoplaste wird durch Polymerisation hergestellt. Dieses chemisches Reaktionsverfahren wird eingeleitet durch Temperatur, Druck und Katalysatoren und führt zu einer Vervielfachung von kleinen Molekülen (Monomeren) zu großen Molekülen (Makromolekülen). Das atomare Bindungsvermögen (Primärkräfte) der Kohlenstoffatome bildet die Grundlage zur Polymerisation von Makromolekülen. Die Verkoppelung von gleichen Monomeren ergibt ein Polymer, die von ungleichen ein Copolymer. Thermoplaste sind Copolymerisate, die durch Copolymerisation linearer Makromoleküle entstehen. Die Kettenlänge der Polymere wird durch den Polymerisationsgrad angegeben. Dieser entspricht der Anzahl der zu einer Monomerkette vereinigten monomeren Bausteine. Der Polymerisationsgrad hat wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen. Der Polymerisationsgrad der linearen und verzweigten Makromoleküle beträgt 10–6–10–3 mm.3

Abb. 57: links: Lineare (a) und verzweigte (b) Kettenmoleküle; mitte: Amorpher (ungeordneter) Ordnungszustand; rechts: Teilkristallin

1 Domininghaus, H. (1992) 2 Fitz, H. (1989)

3 Domininghaus, H. (1992)

44

ETFE ist ein Copolymer in thermoplastischer Zustandsform, dessen molekulare Struktur durch Copolymerisation von ungleichen Monomeren erreicht wird. Es besteht aus 50 % Ethylen und 50 % Tetrafluorethylen-Monomereinheiten. Durch Zugabe einer dritten Komponente C (3–5 %) als Modifizierung werden die Kristallinität und Kristallitgröße mit beeinflusst. Ohne diese Komponente, eine perfluorierte Vinylverbindung, würde ETFE eine unerwünschte Spannungsrissanfälligkeit, insbesondere bei Temperaturen von 150–200 °C, zeigen. ETFE ist teilkristallin, die Kristallinität des Rohpolymerisats beträgt 50–60 %. Die weitgehende Transparenz von ETFE lässt sich durch eine hohe Abkühlgeschwindigkeit erreichen.1 ETFE wird vorwiegend in wässriger Flotte polymerisiert. Während der Kristallisation eingeschlossene Verunreinigungen werden durch Rühren unter Zugabe eines Fällungsmittels (Nichtlösungsmittel) ausgefällt. Anschließend wird die Dispersion gewaschen und getrocknet.2 Aufbereitung, Granulierung Die notwendigen Verfahrensschritte zur Herstellung einer verarbeitbaren Kunststoff-Formmasse aus dem Rohpolymerisat werden als Aufbereitung bezeichnet. Diese Vorgänge beinhalten das Zerkleinern (Mahlen, Granulieren) und das Mischen im festen und plastischen Zustand.3 Dabei wird der Kunststoff durch Zugabe von Additiven und einer Homogenisierung aufbereitet. Hierzu wird er gemischt,

Abb. 59: links: ETFE-Granulat (100–200nm); rechts: Granulatpartikel

wobei zwischen Kaltmischen (bei Raumtemperatur) und Heißmischen (bei 140 °C) unterschieden wird. Bei dieser Temperatur schmelzen bestimmte Zusatzstoffe und diffundieren in den Kunststoff. Nach der Aufbereitung wird der Kunststoff in eine verarbeitungsfreundliche Form gebracht. Dazu wird er zunächst plastifiziert und anschließend granuliert. Nach dem Zerkleinern, Mischen und Plastifizieren (durch Erhitzen) bei 265–285 °C wird das pulverförmige ETFE in Granulatform gebracht, d. h. in rieselfähige Stücke zerschnitten. Die Granulierung erfolgt im Heißabschlagverfahren, in dem die aufbereitete Schmelze zu einer Lochleiste gelangt, aus deren Düsen sie gleichmäßig austritt. Nach dem Austreten werden die Stränge von einer rotierenden Messerwalze geschnitten (abgeschlagen). In der Granulierhaube zugeführtes Wasser wird von den Rotationsklingen zu einem Luft-Wasser-Gemisch verwirbelt, zusätzlich wird Sprühwasser eingedüst. Die geschnittenen Granulate werden so in dem Wassernebel gekühlt, zusammen mit dem Granulierwasser ausgetragen und in einer Kühlstrecke dem Trockner zugeführt.4 Thermoplastische Verarbeitung, Extrusion und Extrusionswerkzeuge Die thermoplastische Verarbeitung der pulver- oder granulatförmigen Kunststoff-Formmasse über ihre zähflüssige Schmelze zur Folie als Rollenware wird als Extrusion bezeichnet. Zur ETFEFolienextrusion kommen im Wesentlichen zwei Verarbeitungsverfahren zum Einsatz. Bei der Blasfolienextrusion wird die aus dem Extruder austretende Schmelze durch eine Ringdüse zu einem Schlauch geformt, der sich durch Einblasen von Luft aufweitet. Verläuft die durch Extrusion erhaltene Folienbahn flach in der Produktionsebene, spricht man von der Flachextrusion. Nach dem Gesichtspunkt der Produktqualität ergeben sich für Flachfolien Vorteile hinsichtlich Transparenz, Glanz, Kristallinität, Steifigkeit, Homogenität in Längs- und Querrichtung und Dickentoleranz, während Blasfolien Vorteile hinsichtlich der

1 Extruder 2 Mehrlochdüse 3 Messer Granulat im Wasserstrom

Wasserzufluss

Abb. 60: Heißabschlag Granulierung

1 Fitz, H. (2004) 2 Fitz, H. (2004) 3 Schwarz, O.; Ebeling, F.-W.; Furth, B. (1999)

4 Herrmann, H. (1986)

45

a b c d e f f

Extruder Filter Mischer Formwerkzeug Schlauch-Flachlegung Abquetschen Aufwickeln

a b c d e f f

Extruder Filter Breitschlitzdüse Kühlwalze Luftbürste Dickenkontrolle Aufwickeln

Abb. 61: links: Flachfolienextrusion; rechts: Blasfolienextrusion

Festigkeit in beiden Richtungen sowie eine einfache Veränderung der Folienbreite durch die Variation des Aufblasverhältnisses ermöglichen.1 Ein wesentlicher Nachteil der Blasfolien liegt in der Rissanfälligkeit an der „Quetschfalte“.

ßend wird die Schmelze über ein formgebendes Werkzeug aus dem Extruder getragen.2 Bei der Flachfolienextrusion kommen ausschließlich Breitschlitzwerkzeuge zum Einsatz, welche die homogenisierte Schmelze zu einem Flächengebilde formen.

Eines der wichtigsten Geräte zur thermoplastischen Verarbeitung ist der Extruder. Darin wird das Granulat kontinuierlich aufgeschmolzen und zum Ausgang befördert (Abb. 62). Anschlie-

Die Schwierigkeit bei der Gestaltung des Breitschlitzwerkzeugs liegt darin, eine gleichmäßige Fließfrontgeschwindigkeit für die Schmelze über die gesamte Austrittsbreite zu erreichen.3

Stellschrauben 1

2

6

3

Lippen

4 Staubalken

Verteilerkanal Bestandteile eines Extruders

Zentrierschraube

Düsenring

1 Schnecke 2 Zylinder 3 Einfülltrichter

4 Motor 5 Getriebe 6 Heizung

Abb. 62: links oben: Breitschlitzwerkzeug; links unten: Blaskopf; rechts: Schema eines Schneckenextruders

1 Herrmann, H. (1986)

2 Nentwing, J. (2000) 3 Schwarz, O.; Ebeling, F.-W.; Furth, B. (1999)

5

46

Bei den Blasfolienwerkzeugen wird die Schmelze in einem Winkel von 90° umgelenkt und tritt nach oben oder unten als Schlauch aus. Neben Blaskopfwerkzeugen mit radialer Anströmung werden auch solche mit zentraler Anströmung eingesetzt. Die erforderlichen Verfahrensschritte und relevanten Einflussgrößen zum Flachfolienextrusionsprozess sind unten abgebildet und den Anlagenelementen in Materialflussrichtung zugeordnet. Das durch die zuvor beschriebenen thermoplastischen Verarbeitungsverfahren extrudierte Folienmaterial wird mittels Walzenkontakt gekühlt, stabilisiert, geschnitten und als Rollenware aufgewickelt. Abb. 64: Flachfolienextrusionsanlage

Abb. 63: Verfahrensschritte – Flachfolienextrusion nach Bogaerts

47

2.3 Materialverhalten beschichteter Gewebe An die Materialien der biegeweichen Tragelemente werden in den verschiedensten Anwendungsbereichen komplexe Ansprüche gestellt. Beim Bauen von weitgespannten, leichten Flächentragwerken sind es neben den Linienelementen, wie Seilen und Gurten, vor allem die textilen Flächenelemente, die neben der Übernahme der statischen Funktion auch bei lastunabhängigen Einwirkungen wie dem Alterungsprozess und den natürlichen, klimatischen und atmosphärischen Einwirkungen bestehen müssen. Sie müssen vor Witterungseinflüssen schützen, resistent gegen chemische und biologische Einflüsse und im Brandfall schwer entflammbar sein. Verschiedenste Maßnahmen in der Fertigung dienen dazu, die Beständigkeit der Materialien gegen lastunabhängige Einwirkungen zu gewährleisten. Die wichtigsten Maßnahmen für linienförmige und flächige Tragelemente sind im Abschnitt 2.2.2 beschrieben.

figkeiten und Festigkeiten und erfahren unterschiedliche Spannungen und Verformungen. Im Verbund bilden sie ein statisch unbestimmtes System. Beim herkömmlichen Bauen mit konventionellen, biegesteifen und biegestarren Werkstoffen werden die einzelnen Tragelemente für die am ungünstigsten beanspruchte Stelle bemessen und haben meist aus fertigungstechnischen Gründen über die gesamte Länge denselben Querschnitt und eine Steifigkeit. Eine zu geringe Biegesteifigkeit hat bei diesen Tragsystemen große Verformungen zur Folge. Die Sicherheitskonzepte sind so ausgelegt, dass unter Belastung nur vernachlässigbar geringe Verformungen auftreten.1 Bei den auf Zug beanspruchten Konstruktionen ist es aufgrund der Lastübertragung über Normalkräfte möglich, die Werkstoffe effizient auszunutzen und leichte Tragwerke zu bauen, die das Tragverhalten widerspiegeln. Für die Tragelemente in solchen Konstruktionen ist eine bestimmte Nachgiebigkeit bei

Mechanische Einwirkungen Äußere Lasten Abrieb Wechselbiegung

Biologische Einwirkungen Mikroorganismen Pilze Blätter Nager Farben

Textiles Flächenelement

Physikalische Einwirkungen Feuer Schall Strahlung Feuchte Hitze/Kälte

Chemische Einwirkungen Säuren Gase Chemische Alterung Flüssigkeiten Beschriftung

Abb. 65: Kategorien der Lang- und Kurzzeiteinwirkungen auf PVC-beschichtete Polyestergewebe nach Dürr

2.3.1 Mechanische Eigenschaften Zur Charakterisierung der Verformungen von beschichteten Geweben unter Lasteinwirkung hat vor allem das mechanische Verhalten des Materials bei Beanspruchungen unter Last, Zeit und Temperatur grundlegende Bedeutung. Weil es sich bei beschichteten Geweben um zweckgerichtet aufgebaute Komposite aus Kunststoffen handelt, ist deren mechanisches Verhalten mit dem Materialverhalten herkömmlicher Werkstoffe nur schwer vergleichbar. Gewebefasern und Beschichtung haben als Einzelelemente unterschiedliche Stei-

Lasteinwirkung sehr vorteilhaft für das Bauwerk. In statischer Hinsicht werden dort die Tragwerke so ausgebildet, dass der Belastung ausgewichen werden kann und Deformationen zugelassen werden können.2 Die Verformungen der biegeweichen Tragelemente helfen, Spannungsspitzen über das biegeweiche Material abzubauen. Eine größere Verformbarkeit (Duktilität) des Materials lässt unter bestimmten Bedingungen kleinere Verformungen im Gesamtsystem erwarten. Am deutlichsten zeigt sich der Unterschied zu herkömmlichen Werkstoffen beim Elastizitätsverhalten synthetischer Kunststoffe. 1 Schlaich, J.; Wagner, A. (1988) 2 Blum, R. (1990)

48

Konventionelle Werkstoffe zeigen hinsichtlich der SpannungsDehnungsfunktion mit wenigen Ausnahmen ein nahezu elastisches Verhalten. Aufgrund des chemischen Aufbaus und der physikalischen Struktur der Polymere sind unter Belastung auftretende Deformationen in Abhängigkeit vom Temperaturbereich teils elastischer (reversibler), teils viskos-plastischer (irreversibler) Natur. Dies hat zur Folge, dass wichtige mechanische Eigenschaften nicht nur von der Beanspruchungsart und der Temperatur abhängen, sondern unter anderem auch von der Zeit, der Belastungsdauer und der Beanspruchungsgeschwindigkeit.1 Verhaltensweisen nach mechanischen Belastungen in Abhängigkeit von der Zeit wie das Kriechen und Relaxieren sind bei Kunststoffgeweben gegenüber anderen Werkstoffen wesentlich ausgeprägter. Demzufolge muss jede Beschreibung der Werkstoffeigenschaften und deren Kennwertfunktionen auch den Zeitmaßstab enthalten. Von großer Bedeutung zur Beschreibung des Gewebeverhaltens ist auch die Abhängigkeit der Deformation von der Strukturierung der Einzelelemente hinsichtlich ihrer Ausrichtung im Verbund. Aus dieser Richtungsabhängigkeit ergeben sich bei Belastung unterschiedliche Nachgiebigkeiten längs, quer sowie diagonal zur Faserorientierung. Die Überlagerung all dieser Eigenschaften und zusätzliche Effekte, wie etwa die Temperaturabhängigkeit oder das Weiterreißverhalten, fallen aus dem Rahmen konventioneller Materialeigenschaften. Sie sind charakteristisch für die Werkstoffgruppe der Gewebemembranen und erfordern eine ganze Reihe von geometrischen und statischen Analysen sowie Material-, Geometrie- und Kraftprüfungen an ein- und zweiachsigen Gewebestreifen in Lang- und Kurzzeitversuchen. Zur Beschreibung der physikalischen, geometrischen und stofflichen Merkmale des biegeweichen Flächenelements unter mechanischer Belastung bilden daher das Elastizitätsverhalten, die Festigkeiten und Steifigkeiten, das Weiterreißverhalten, die Knickbeständigkeit sowie das Kriech- und Relaxationsverhalten die wichtigsten Materialeigenschaften. Auf Fragen der Stabilität,

des Schwingungsverhaltens und der statischen Sicherheit leichter Flächentragwerke kann hier nicht eingegangen werden. PVC-beschichtete Polyestergewebe stellen mengenmäßig den größten Anteil beim Textilen Bauen dar. Der vorliegende Abschnitt widmet sich deshalb vorwiegend den für die baupraktische Anwendung wichtigsten last-, zeit- und temperaturabhängigen mechanischen Eigenschaften der biegeweichen Werkstoffe der Gruppe der Polyester/PVC-Membranen.

2.3.1.1 Elastizitätsverhalten Stofflich nicht lineares und anelastisches Verhalten Grundsätzlich kann die Deformation eines synthetischen Gewebes als stofflich nicht linear beschrieben werden, weil sie nicht durch das Hooke´sche Elastizitätsgesetz beschrieben werden kann. Demzufolge besteht kein linearer Zusammenhang zwischen der in das Gewebe eingeleiteten Kraft und den daraus resultierenden Dehnungen. Dies lässt sich im einachsigen Zugversuch nachweisen (links in Abb. 66). Das Gewebeverhalten kann durch einen nicht linearen Lösungsansatz mathematisch beschrieben werden. Führt man einen einachsigen Zugversuch an einem Gewebestreifen durch, lässt sich feststellen, dass der Widerstand des Materials gegen Deformation mit größerer Krafteinwirkung wächst und sich die Entlastungskurve von der Belastungskurve unterscheidet. Wiederholt man diese Versuche, erkennt man, dass sich alle folgenden Be- und Entlastungskurven von allen vorangegangenen Be- und Entlastungskurven unterscheiden (rechts in Abb. 66). Überdies treten nach Be- und Entlastung bleibende Dehnungen im Material auf, deren Größe von der Belastungsgeschichte abhängt. Das Gewebeverhalten ist demzufolge abhängig von der Höhe, der Geschwindigkeit und der Dauer und Anzahl der Lasteinwirkung. Mit steigender Belastungsdauer oder Belastungshöhe nimmt der Widerstand gegen Deformation zu.2 Beim Aufbringen von Zugspannung lässt sich also eine ausgeprägte zeitliche Entwicklung der Dehnung beobachten. Folgt

Abb. 66: links: Geometrische Nichtlinearität; mitte: Dehnungen bei wiederholter Belastung; rechts: Be- und Entlastungskurven

1 Domininghaus, H. (1992)

2 Blum, R. (1990)

49

Abb. 67: Abhängigkeit des Gewebeverhaltens von der Streifenorientierung

auf eine angelegte Spannung eine unmittelbare instantane Dehnung (ohne Zeitverlust), die aber nicht zur Enddehnung führt, spricht man von anelastischem Verhalten. Folgt einem rein elastischen und anelastischen Verformungsteil eine plastische (irreversible) Komponente, spricht man von der viskoelastischen Verformung.1 Anisotropes Verhalten Werden bei unterschiedlicher Drehung einer Werkstoffprobe relativ zu einem Koordinatensystem unter Aufbringung einer Kraft ungleiche mechanische Werte erzielt, so spricht man von einer Anisotropie der mechanischen Eigenschaften. Das Rohgewebe von verwebten, textilen Flächenelementen ist symmetrisch strukturiert und besteht aus näherungsweise orthogonal zueinander stehenden, verwebten Fäden. Aufgrund dieser Strukturierung zeigen die mechanischen Eigenschaften von Geweben eine bevorzugte Richtung relativ zu einem Koordinatensystem, ihr Werkstoffverhalten bezeichnet man als orthogonal anisotrop oder orthotrop. Die Abhängigkeit des aus einer in einen Gewebestreifen eingeleiteten Kraft resultierenden Spannungs-Dehnungs-Verhältnisses von der Orientierung des Streifens zu seiner Achse beeinflusst die Steifigkeitsverteilung einer Gleichgewichtsfläche wesentlich (Abb. 67). Die mechanischen Kennwerte zur Ermittlung von Festigkeit und Steifigkeit müssen daher in mehrere Geweberichtungen ermittelt werden.

Einfluss der Fadengeometrie auf das Dehnverhalten Verwobene Gewebestrukturen besitzen aufgrund der Prozesse in der Herstellung (s. Abschn. 2.2.2.1) eine charakteristische Welligkeit der Gewebefäden. Schuss- und Kettfäden sind in Abhängigkeit der Webart, des Webverfahrens und des Beschichtungsverfahrens gekrümmt. Werden in ein solches Gewebe Zugkräfte eingeleitet, finden aufgrund der Änderung der Fadenkrümmung Verschiebungen in der Gewebestruktur statt, die auch als Konstruktionsdehnung bezeichnet werden. Demzufolge finden beim Spannen beschichteter Gewebe Überlagerungen aus zuvor beschriebenen stofflichen Dehnungseigenschaften der Gewebefäden sowie Dehnungen aus der geometrischen Lage der Gewebefäden im Verbund statt. Darüber hinaus stehen stoffliche Dehnungsanteile der Beschichtung in Wechselwirkung mit der Fadendehnung. Das von Blum erstellte Strukturmodell stellt die periodische Wiederholung der Fadengeometrie im undeformierten Zustand dar. Zur Veranschaulichung und Berechnung der Gewebefunktionen ist das Modell in Einheitszellen unterteilt, wobei die Gewebefäden durch Linien abstrahiert sind (Abb. 68).2 Bei den im Textilen Bauen eingesetzten, konventionell verwebten Geweben ist aufgrund des Webvorgangs in der Herstellung der Kettfaden im spannungslosen Zustand weniger stark gekrümmt als der Schussfaden (Abb. 69 a, b).3 Die Unterschiede der Fadengeometrie von Kett- und Schussfäden bewirken, dass

Abb. 68: links: Strukturmodell; rechts: Modell der Einheitszelle

1

Föll, H. (2005)

2 Blum, R. (1990) 3 Anm.: Ausnahmen davon bilden Gewebe, die während des Webvorgangs in Schussrichtung gehalten werden und deren Fadenondulierung in Kett- und Schussrichtung annähernd gleich ist.

50

xK

zK

xK

K

K K

Fx

Fx

K

a

+ zs - zK

c

S

S

ys

S

S

VK

S

zK

K

K

b

VK

S

ys

zS

d

Abb. 69: Schematisches Lagemodell der Gewebefäden im undeformierten (links) und einachsig gespannten (rechts) Zustand

sich weniger gekrümmte Fäden unter Zugbelastung weniger stark krümmen als stark gekrümmte. Die wesentlich stärkere Fadenkrümmung des Schussfadens ist Ursache für die niedrigere Dehnsteifigkeit des Gewebes in Schussrichtung. In der Gewebelängsrichtung besitzt das Material die höhere Zugsteifigkeit als in Schussrichtung; die steifere Kettrichtung dehnt sich daher bei Lasteinleitung geringer als die Schussrichtung. Interaktion der Geweberichtungen Wird ein solches anisotropes Gewebe in der weicheren Schussrichtung gedehnt, strecken sich die Schussfäden, und das Gewebe verlängert sich in Schussrichtung (xK in Abb. 69 c). Aufgrund der Interaktion zwischen Schuss- und Kettfäden über die Kreuzungspunkte und den Verlauf der Fadenlinie ändert sich bei Dehnung der Schussrichtung auch die Krümmung der Kettfäden, die vom Kettfaden aufgenommene zusätzliche Krümmung bewirkt eine Verkürzung (Vk in Abb. 69 d) des Gewebes in Kettrichtung.

Gewebe zeigen eine ausgeprägte Abhängigkeit der Dehnungen in Querrichtung von den Dehnungen in Längsrichtung. Eine auf ein Gewebe aufgebrachte Zugspannung σ(F) führt neben den primär entstehenden Dehnungen ε1 quer zu ihrer aufgebrachten Richtung zu Verkürzungen ε2. Der Zusammenhang von Längsdehnung zur Querdehnung drückt sich über das Verhältnis von der Dehnung ε1 aus der primär aufgebrachten Last zur resultierenden Verkürzung in Querrichtung ε2 aus; es heißt Querdehnzahl μ.

Steht auch die Kettrichtung unter Zugbeanspruchung, setzt sie dem Strecken der Schussfäden einen Widerstand entgegen. Daran lässt sich erkennen, dass die Veränderung der Fadenkrümmung im Gewebe nicht nur von der Lasthöhe, sondern auch vom Lastverhältnis zwischen Kette und Schuss abhängt.

Bei herkömmlichen Werkstoffen sind die Querkontraktionen über eine Materialkonstante mit der primären Spannung und dem Elastizitätsmodul verknüpft. Bei Geweben ist die Querdehnzahl nicht konstant, sondern abhängig von den aufgebrachten Kraftniveaus und wird meist in Zugversuchen in beide Geweberichtungen experimentell ermittelt. Maßgeblich für die Querdehnung sind die Orientierung der Fadenlage im Gewebe und die E-Moduli. Die unterschiedlichen Steifigkeiten von Kett- und Schussfaden führen dabei zu unterschiedlichen Verkürzungen. Die Wechselwirkung zwischen den Fadenrichtungen kann bei Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften so weit führen, dass die Kettrichtung bei starker Belastung der Schussrichtung negative Dehnungen erfährt.

Unter Einwirkung von Zugkraft verlängert sich jeder elastische Körper. Diese Verlängerung führt auch zu Verkürzungen senkrecht zur einwirkenden Kraft, der Querkontraktion oder Querdehnung.

Wesentlich für die Querdehnung ist auch die Art der Randausbildung der Membranfläche. Um Gewebe als Tragelemente entlang ihrer Ränder in Position zu halten, müssen entgegengesetzte Kräfte die Querdehnung beschränken oder behin-

Abb. 70: Skizze zur durch Längsdehnung hervorgerufenen Querdehnung bei Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften

51

dern. Dies kann durch biegeweiche oder biegesteife Randausführungen geschehen. In beiden Fällen übt die Querdehnung Kräfte quer zur Berandung aus. Lokale Spannungsverhältnisse zwischen Kett- und Schussrichtung bestimmen die Zug- und Querkontraktionsnachgiebigkeiten. Für die statische Bemessung ist es daher von zentraler Bedeutung, wie stark bei Krafteinwirkung in einer Geweberichtung die Kräfte und Dehnungen in der anderen Geweberichtung beeinflusst werden. Der Einfluss der Querdehnung auf die Interaktion von Kett- und Schussrichtung wird in zweiachsigen Versuchen ermittelt.

2.3.1.2 Festigkeit und Steifigkeit des Gewebes Die Bestimmung des mechanischen Verhaltens von beschichteten Geweben ist in entscheidender Weise abhängig vom Fadenverhalten und von der Geometrie der im Gewebe liegenden Kett- und Schussfäden. Zur Beurteilung der Festigkeit und Steifigkeit eines Gewebes sind vor allem die Festigkeit und die Dehnsteifigkeit der im Gewebe liegenden Kett- und Schussfäden relevant. Zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von Gewebemembranen sind die Beanspruchungen in kurzzeitig wirkenden Spitzenlasten sowie in Dauerlasten aufgeteilt. Aus der Langzeitfestigkeit, der langfristigen ein- und zweiachsigen Belastung des Materials unter lastabhängigen und lastunabhängigen Einwirkungen, wird die Spannung rechnerisch ermittelt, die nach 11,4 Jahren zum Bruch des Gewebes führt. Die aus der Festigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb der projektierten Lebensdauer mit unterschiedlicher Belastungsgeschichte des Materials berechnete Spannung wird als Rest-

Stahlrahmen

Hydr. Presse aktiv

Abb. 71: links: Einachsiger Zugversuch rechts: Biaxmaschine an der Universität Stuttgart

festigkeit (Zeitstandsfestigkeit) bezeichnet. Diese Spannung im Gewebe muss geringer sein als die maximal zulässige Spannung, die zum Bruch des Gewebes führt. Langzeitig wirkende Lasten können in bis zu 1.000-stündigen Laborversuchen unter zeitlich konstanter Last ermittelt werden. Die Kurzzeitfestigkeit ist bei Kunststoffen erheblich höher als die Langzeitfestigkeit und somit auch höher als die Restfestigkeit. Die Ausgangswerte zur Berechnung der zulässigen Tragkräfte eines Gewebes bilden die Kurzzeitbruchlasten. Die Ermittlung der Kurzzeitfestigkeit wird an Gewebestreifen im einachsigen Zugversuch durchgeführt. Dabei wird ein Gewebestreifen bei kontinuierlichem Anstieg der Zugbelastung bis zur Bruchlast gedehnt. Das Kurzzeitverhalten von Gewebemembranen wird in Kurzzeitversuchen ermittelt und gibt Aufschluss über das Gewebeverhalten in unterschiedlichen Belastungssituationen. Zur Ermittlung des Dehnungsverhaltens von Gewebemembranen unter Belastung werden biaxiale Zugversuche durchgeführt. Um prüfen zu können, ob das verwendete Gewebe die statischen Erfordernisse erfüllen kann, müssen die Spannungsverhältnisse im Material in den jeweiligen Lastfällen untersucht werden. Dazu wird das Spannungs-Dehnungs-Verhalten

Spannung [kN/m]

Die Überlagerung all dieser Wechselwirkungen zwischen den beiden Fadenrichtungen mit teils reversiblen, teils irreversiblen Verformungsanteilen lässt ein sehr komplexes Gewebeverhalten entstehen, das in mechanischen Modellen untersucht werden muss und eine sehr genaue Bemessung für den Gebrauchslastzustand erfordert.

30

Kette

Schuss

25

20

15

10

Dehnungsmesser

5

Hydr. Presse passiv 0 0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Dehnung [%]

Abb. 72: links: Skizze einer biaxialen Prüfeinrichtung; rechts: Spannungs-Dehnungsdiagramm eines Glas/PTFE-Gewebes

52

Abb. 73: Lastbild eines Glas/PTFE-Gewebes

des Gewebes mit unterschiedlichen Belastungen in Kett- und Schussrichtung geprüft (rechts in Abb. 72). Die Höhe der anzusetzenden Kräfte und Dauer der Lasteinwirkung erfolgten dabei nach den statischen Vorgaben. Biaxiale Zugversuche lassen sich auch mit der zu erwartenden Belastungsgeschichte und den entsprechenden Dehnungen darstellen.1 Die aus dem Zugversuch resultierenden Daten liefern genaue Angaben zum Materialverhalten unter Lasteinwirkung in einem definierten Zeitintervall bei einer bestimmten Prüftemperatur und Belastungsgeschwindigkeit. Zugversuch in Abbildung 73: Material: Fibertech-Glas/PTFE-Gewebe 1028/EC3, Dicke: 0,9 mm, Flächengewicht 1.500 g/m2 1. Belastung der Kett- und Schussrichtung mit der Sollvor-

spannung von 4 kN im Verhältnis 1:1 (Simulation der Lasteinwirkungen bei der Montage) 1 Der in der Abbildung 73 dargestellte Zugversuch wurde vom Labor Blum in Stuttgart durchgeführt (Projektingenieure IF-Group, Reichenau).

2. Stehenlassen der Last (Kraftumlenkungen im Glasfaser-

gewebe während der Montage) 3. Ansteigen der Belastung auf 8 kN (Überspannung/

Montage) 4. Stehenlassen der Last auf der Sollvorspannung 5. Ziehen der Kettrichtung in Intervallen mit 28 kN

(Windbelastung) 6. Stehenlassen der Last auf der Sollvorspannung 7. Simulation der Schneelasten mit 28 kN in Kett- und 25 kN

in Schussrichtung 8. Zurückfahren und Stehenlassen der Last bei Sollvorspan-

nung bis zum Prüfungsende, zeitliches Abbauen der Last (Kriechen) bei zurückgehenden Dehnungen In besonderen Fällen kann das Lastbild auch diagonal zur Kettund Schussrichtung erstellt werden.

53

Abb. 74: Längs- und Querbeanspruchung der Naht

2.3.1.3 Festigkeit und Steifigkeit der Naht Gekrümmte Membranflächen können nicht in beliebiger Breite verarbeitet werden. Die Herstellungstechnik erzwingt die Aufteilung in Bahnen, die miteinander verbunden werden müssen. Fügungen bei Flächentragwerken haben in der Regel die Funktion, Kräfte einzuleiten oder überzuleiten. Bei Gewebemembranen erfolgt dies meist durch geschweißte Überlappungen, wo die Kräfte aus den Gewebefasern über die Beschichtung in die Fasern der benachbarten Gewebebahn eingeleitet werden.

absetzt. Bei pneumatisch gestützten Flächen verursacht die verminderte Dehnfähigkeit der Naht gegenüber dem angrenzenden Membranmaterial Einschnürungen. Wird die Naht in Querrichtung beansprucht, muss mit Festigkeitseinbußen von ca. 20–25 % gegenüber dem Gewebe gerechnet werden. Je nach Ausführung und Konstruktionshöhe stellt sich die Naht schräg zu der Nahtachse (Abb. 75). Kritische Beanspruchungen des Gewebes findet man häufig neben der Naht, weshalb bei Überbeanspruchung von dort oft der Gewebebruch ausgeht.

Die Festigkeit einer Membranfläche ist nur so groß wie die Festigkeit ihrer Verbindungen, wobei jede Verbindung das Tragverhalten der Membrane störend beeinflusst. Die Ursache dafür liegt einerseits im stofflichen und konstruktiven Aufbau der Naht und andererseits darin, dass die Naht als linienförmiges Tragelement eine geometrische Diskontinuität im Kraftfluss der gekrümmten Membranfläche darstellt.

Zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens einer geschweißten Naht bildet die Nahtfestigkeit eine wichtige Materialkenngröße. Die Qualität der Beschichtung und deren Interaktion mit dem Gewebe sind maßgebend für die Nahtfestigkeit. Bei Krafteinleitung in das Gewebe quer zur Naht wird die Beschichtung auf Schub beansprucht (Abb. 76). Die Festigkeit gegen diese Schubbeanspruchung verlangt eine hohe Haftung der Beschichtung am Gewebe. Für die Festigkeit der Naht ist deshalb die Haftfestigkeit der Beschichtung am Fadenrücken entscheidend.1

Die Beanspruchung der Naht ist von ihrer Lage in der Fläche abhängig. Liegt sie in Längsrichtung, verursacht sie aufgrund der Erhöhung der Materialkapazität eine Steifigkeitszunahme gegenüber dem Membranmaterial (links in Abb. 74). Ist sie in Querrichtung angeordnet, muss mit Festigkeitseinbußen gegenüber dem Gewebe gerechnet werden (rechts in Abb. 74).

Der notwendige Verbund zwischen Rohgewebe und Beschichtung wird in der Fertigung durch den der Beschichtungsmasse beigemengten Haftvermittler erreicht. Je höher die Haftfestigkeit der Beschichtung, desto besser die Nahtfestigkeit.

In beiden Fällen bildet die Naht einen Problembereich, zumal von ihr Faltenbildung durch Spannungskonzentrationen ausgehen kann, was die Lebensdauer der Verbindung deutlich her-

Neben der Festigkeit zwischen Beschichtung und Gewebe sind auch die Art der Schweißung sowie die Schweißgeschwin-

Abb. 75: Schrägstellung einer geschweißten Überlappnaht (links) und einer genähten Doppelkappnaht (rechts) bei Querbeanspruchung

Schweissnaht

F

F

Abb. 76: Skizze zur Interaktion von Beschichtung und Gewebe an einer Schweißnaht

1

Bögner, H. (2004)

54

Abb. 77: Nahtversuch/HF-Schweißnaht

digkeit entscheidend für die Qualität der Verbindung. Eine günstige Verteilung der Schubspannung hängt auch von der Nahtbreite, dem Elastizitätsverhalten des Gewebes und der Beschichtung ab. Die Haftfestigkeit der Beschichtung am Gewebe, die Bestimmung der optimalen Schweißparameter und die für die Schubspannungsverteilung optimale Nahtbreite können in ein- und zweiachsigen Kurzzeitversuchen geprüft werden (Abb. 77). Die Kennwerte aus diesen Versuchen sind auch von der Prüftemperatur abhängig. Mit steigender Temperatur erweicht die Beschichtung zunehmend, Haftungseffekte und mechanische Verknüpfung werden in ihrer Wirkung reduziert.1 Die Daten der

Abb. 78: Nahtverläufe, Stoßausbildungen

Abb. 79: Biaxversuch an einem Schnürstoß

1 Minte, J. (1981)

Versuche, erstellt auf Grundlage des von der Statik abhängigen Nahterfordernisses, fließen in die Bemessung ein. Werden breitere Nähte angeordnet, um die Steifigkeitsrelation zwischen Membrane und Naht zu verbessern, muss darauf geachtet werden, dass die Naht auch alle zu einer gegensinnigen Krümmung notwendigen Elementverformungen mitmacht. Um unübersichtliche Spannungsverhältnisse zu vermeiden, sollte die Bahnenrichtung der Fläche möglichst nicht gewechselt werden. Lässt sich dies nicht vermeiden, wirken entlang der Stöße, wo die Kett- auf die Schussrichtung trifft, unterschiedliche Kräfte. Dies muss in der Zuschnittsermittlung berücksichtigt werden.

55

Abb. 80: links: Weiterreißversuche für die Membranüberdachung des Sony-Centers in Berlin; rechts: Schema einachsiger Versuch

Während des Schweißprozesses schrumpft die Naht in Längsrichtung. Der dabei entstehende Schweißschrumpf wird beim Zuschnitt durch Nahtzugaben berücksichtigt. Wird die Naht während des Schweißvorgangs vorgespannt, werden entlang der Naht Markierungen aufgetragen, die Bahnen unterschiedlich vorgedehnt und zur Deckung gebracht. Nach dem Setzen von Haftpunkten wird die Naht verschweißt. Die Festigkeit der Naht hängt demnach auch von den Fertigungsbedingungen ab (s. Abschn. 2.5.1.1). Biaxiale Nahtprüfungen werden auch an Schnürstößen durchgeführt. In Laststeigerungsversuchen lassen sich Rissgeometrie und Orte der Rissbildung feststellen. Solche Versuche bilden die Grundlage, um Maßnahmen zur Verbesserung des Zusammenwirkens von Öse, Schweißnaht und Schnur zu setzen.

2.3.1.4 Weiterreißverhalten Werden die unter Zugbeanspruchung stehenden Fäden eines Gewebes durch äußere Einwirkungen beschädigt, besteht die Gefahr der Rissfortpflanzung. Setzen sich die Anfangsrisse im Gewebe fort, spricht man vom Weiterreißen. Die meisten bekannten Schadensfälle bei beschichteten Geweben beruhen

auf Weiterreißen, das als eine der wichtigsten Versagensarten von Geweben bekannt ist. Spannungsrisskonzentrationen durch Weiterreißen unter Gebrauchs- und Bruchlasten lassen sich in zweiachsigen Weiterreißversuchen erfassen, welche jedoch in Europa selten durchgeführt werden. In einachsigen Versuchen lassen sich Vergleichswerte ermitteln, sie dienen jedoch nicht als Bemessungsgrundlage.1

2.3.1.5 Schubsteifigkeit Werden über Flächenberandungen Kräfte in ein Gewebe eingeleitet, die nicht in Gewebehauptrichtung verlaufen, spielt die Schubsteifigkeit des Materials eine wesentliche Rolle. Dort muss das Gewebe Schubdeformationen zwischen Kett- und Schussfäden zulassen. Diese Deformation entspricht einer Schubverzerrung zwischen Kett- und Schussfäden, die nur sehr geringe Spannungen im Material erzeugen darf. Solange sich Kett- und Schussfäden beim Schieben nicht behindern, bilden sie über die Beschichtung nur geringen Widerstand gegen diese Verzerrung, ohne dass allzu große Spannungen entstehen. Wird die Verschiebung fortgesetzt, klemmen sich Kett- und Schussfäden gegenseitig. Der Widerstand gegen eine weitere Verschiebung steigt abrupt an, man spricht von der Jamming Condition.

τ

γ = Verzerrungswinkel, Scherwinkel τ = Schubspannung γ

Abb. 81: Gewebeverzerrung bei ebener Schubbelastung

1

Blum, R. (1990)

γ

γ - Glas/PTFE Gewebe = 8° γ - Polyester/PVC Gewebe = 12°

56

Dieser Sachverhalt hat auch für den Zuschnitt von Geweben zentrale Bedeutung, weil der Grenzwinkel, bei dem der Widerstand gegen die Verschiebung ansteigt, die Bahnenbreite im Verhältnis zur jeweiligen Krümmung begrenzt.

der Ausführung von Anschlussdetails an biegesteife Tragelemente müssen die Endtangentenwinkel der ankommenden Kräfte aufeinander abgestimmt oder über bewegliche Teile aufgenommen werden.

Die Größe der Winkelverdrehung ist in erster Linie abhängig von der Bindungsart und der Beschichtung. Zur Abschätzung des Einflusses der Verschiebung zwischen Kett- und Schussfaden wird die Relation zwischen Kraft und Schubdeformation in Versuchen und Berechnungen ermittelt. Unterschiedliche Gewebematerialien erlauben unterschiedliche Verzerrungswinkel. PTFE-beschichtete Glasfasergewebe haben ein zu Polyester/PVC-Geweben vergleichsweise hohes Schubmodul.

Beschichtungsbrüche können das tragende Gewebe freilegen. Den Umwelteinflüssen ausgesetzte Gewebefäden führen zu frühzeitigem Versagen der Konstruktion. Glas/PTFE-Gewebe sind aufgrund der spröden Glasfasern wesentlich knickempfindlicher als PVC-beschichtete Polyestergewebe. In Versuchsanordnungen mit geknickten Gewebeproben kann mit einer Rolle mit definiertem Gewicht über das Gewebe gerollt und der Festigkeitsabfall gemessen werden.

Die bei der Verzerrung auftretende Schubdehnung lässt sich im ein- oder zweiachsigen Schubversuch ermitteln. Bei der biaxialen Versuchsanordnung wird die Anisotropierichtung des Gewebes mit einem Winkel von 45° zur Hauptspannungsrichtung belastet. Aus den Dehnungen lassen sich die Schubspannung und das Schubmodul berechnen. Im einachsigen Versuchsaufbau wird ein Gewebestreifen in eine Prüfmaschine eingespannt und von 3 Klemmen gehalten. Die mittlere Klemme wird horizontal gezogen und die Verschiebung der zur Auslenkung benötigten Kraft gemessen (Abb. 81).1

2.3.1.6 Knickbeständigkeit Beschichtete Gewebe unterliegen während der Montage erheblichen mechanischen Einwirkungen. Vor allem beim Falten, Einheben und Anklemmen loser Teilflächen an die Primärkonstruktion muss darauf geachtet werden, dass es nicht zu lokalen Verletzungen der Beschichtung kommt. Auch bei

2.3.1.7 Festigkeitsmindernde Einflüsse aus Last, Zeit und Temperatur Die Beanspruchbarkeit von beschichteten Geweben wird durch langzeitige Lasteinwirkung gemindert. Erfolgt bei konstanter Lasteinwirkung über einen gewissen Zeitraum eine Dehnungszunahme, spricht man vom lastabhängigen Kriechen (Retardation) des Materials. Thermoplaste zeigen schon bei Raumtemperatur ein mehr oder weniger starkes Kriechen. Ein wesentlicher Faktor beim Kriechen ist der Zeitmaßstab. Bei konstant gehaltener Spannung σ nimmt die Verformung ε im Laufe der Zeit τ zu (links in Abb. 82). Je länger die Beanspruchungsdauer, desto kleiner wird die Belastbarkeit. Dazu wird in Zeitstands-Zugversuchen die Spannung konstant gehalten und die Dehnung in Abhängigkeit von der Zeit durch Aufnahme von Kriechkurven ermittelt. Wird bei einer Langzeitbeanspruchung auch die Verformung ε konstant gehalten, dann nimmt die Spannung σ

Kriechkurve (Retardationskurve)

Entspannungskurve (Relaxationskurve)

Abb. 82: Thermoplast-Verhalten bei Lasteinwirkungen über Zeit, Prinzipskizze

1

Bögner, H. (2004)

57

Abb. 83: Thermische Zustandsbereiche für amorphe (links) und teilkristalline Thermoplaste (rechts)

im Laufe der Zeit t ab, und es tritt eine Entspannung ein; man spricht von der Relaxation (rechts in Abb. 82). Demzufolge tritt bei konstant gehaltener Dehnung eine zeitlich verzögerte Lastabnahme ein. Zeitabhängige Deformationen sind auch vom thermischen Verhalten der Kunststoffe abhängig. Thermoplaste verspröden bei tiefen Temperaturen. Bei Temperaturerhöhung erleiden sie strukturbedingt eine verhältnismäßig große Volumenausdehnung. Dies hat einen stetigen Abfall des Elastizitätsmoduls und eine Abnahme der Steifigkeit zur Folge. Die Kenntnisse der Vorgänge zwischen den definierten Zuständen der Glasübergangstemperatur Tg und der Schmelztemperatur Tm bzw. dem Zersetzungsbereich Tz bilden den Schlüssel zum Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen bei verschiedenen Temperaturen (Abb. 83).1

bedingungen zur Herstellung des Spannungszustandes, das Vorspannen, hat dieses Verhalten wesentliche Bedeutung. Gespannte Gewebe befinden sich in einem ebenen Spannungszustand, die Spannungen können sich in der Fläche lokal verschieben. Wird ein solches Gewebe montiert und die Vorspannkraft aufgebracht, kann die Spannungsverteilung in Abhängigkeit vom verwendeten Gewebematerial aufgrund des Kriechverhaltens unter Umständen mehrere Wochen dauern. Bei den vergleichsweise steifen Glas/PTFE-Membranen ist dieser Vorgang besonders ausgeprägt. Eingebaute Nachspanneinrichtungen können die Membranmontage bei erwartetem Kriechen erleichtern.

Das temperatur- und lastabhängige Kriechverhalten wird allerdings vom gewählten Materialtyp und der angewandten Verbindungstechnik entscheidend mitgeprägt. Für die Montage-

PTFE-beschichtete Glasgewebe sind bei tiefen Temperaturen wesentlich kriechempfindlicher als Polyester/PVC-Gewebe. Bei ca. 19 °C findet beim Werkstoff PTFE eine Kristallumwandlung statt, die eine Verkürzung der Molekülketten bewirkt. Diese Verkürzung verstärkt die bei niedrigen Temperaturen eintretende Versteifung des Gewebes durch die Herstellung

Zeitstandsverhalten von Lasteinleitungen

Zeitstandsverhalten von geschweißten Flächennähten

Abb. 84: Zeitstandsverhalten von Membranverbindungen bei Raumtemperatur nach Minte

1

Domininghaus, H. (1992)

58

noch zusätzlich, was sich auf die Verarbeitungstemperatur von Glas-PTFE-Geweben während der Montage auswirkt. So ist die Montage bei niedrigen Temperaturen nur mit wesentlich größerem Kraftaufwand durchzuführen als bei höheren. Nach Messungen an der Universität-GH-Essen ist bei niedrigen Temperaturen etwa die doppelte Kraft zum Spannen eines Glas/ PTFE-Gewebes notwendig, um den geforderten Dehnwert zu erzielen. Bei einer Montage mit unzureichendem Kraftpotenzial könnte sich nach starker Windeinwirkung die Vorspannung abbauen. Dies könnte zum Flattern des Gewebes führen, was eine hohe dynamische Beanspruchung bewirkt und zur Zerstörung der Konstruktion führen kann. Es ist daher angebracht, außer der Vorspannkraft auch die Spannwege zu kontrollieren. Sollten keine Temperaturmesswerte vorliegen, ist es außerdem ratsam, die Membrane zu einem späteren Zeitpunkt nachzuspannen. Demzufolge ist die Temperatur also eine für den Spannvorgang relevante Größe.1 Aufgrund der zeit- und temperaturabhängigen Einwirkungen auf das mechanische Spannen von Geweben ist eine Abschätzung des zeitlichen Verlaufs zum Einbringen der Vorspannung daher von zentraler Bedeutung.

werden und die geometrischen Abmessungen der Membrane korrigiert werden (s. Abschn. 2.4.2). Zur Bestimmung der für die Kett- und Schussrichtung unterschiedlichen Korrekturwerte für den Zuschnitt der Bahnen sind also Daten der Kriechdehnung unter der aufgebrachten Vorspannung und des Spannungsabfalls über die Lebensdauer maßgebend. Zur Ermittlung des Kriech- und Relaxationsverhaltens sind Langzeitversuche erforderlich. Ein maßgeblicher Parameter zur Einschätzung des Tragverhaltens einer Membranfläche unter Zeit ist auch die Art von deren Verbindung. Dazu werden Flächen- und Randverbindungen mit normierten Zeitstandslasten beansprucht und deren Zeitstandsverhalten anhand von Zeitstandskurven beurteilt.2 Dem komplexen Materialverhalten aus Zeit und Temperaturbeanspruchung zufolge macht es für die Bemessung einen großen Unterschied, ob für eine Standzeit von einigen Jahren oder mehreren Jahrzehnten projektiert wird.

Weil sich bei konstanter Dehnung aufgrund der Relaxation die eingeleitete Vorspannung innerhalb der Lebensdauer abbaut, müssen die verbleibenden Dehnungen in Versuchen ermittelt

Zur Dimensionierung und Festlegung der Beanspruchbarkeiten textiler Gewebemembranen und deren Verbindungen kommt ein aus den im Versuch ermittelten Bruchlasten abgeleitetes System von Abminderungsfaktoren zur Anwendung, das die festigkeitsmindernden Einflüsse aus Last (A0), Zeit (A1), UV-Strahlung (A2), Temperatur (A3) und fertigungstechnischen Qualitätsstreuungen (A4) berücksichtigt.3

1 Saxe, K.; Kürten, R. (1992)

2 Minte, J. (1981) 3 Sobek, W.; Speth, M. (1995)

59

2.4 Konfektion beschichteter Gewebe Um Gewebemembranen und Folien als lastabtragende Elemente verwenden zu können, müssen sie nach geometrischen und statischen Vorgaben in Bahnen eingeteilt, geschnitten und miteinander verbunden werden. Die Fertigung von Bahnenlagen aus dem Rollenmaterial und deren stoff- oder kraftschlüssige Verbindung werden als Konfektion (lat. confectio = Anfertigung) bezeichnet. Die aus der Form, dem Tragverhalten und der Montage resultierenden Randbedingungen für den Zuschnitt stehen in Wechselwirkung mit diesem Arbeitsgang und haben großen Einfluss auf die baupraktische Umsetzung von Membrankonstruktionen.

2.4.1 Abwicklung Aus dem von der Weberei gelieferten Rollenmaterial, das in Bahnenbreiten bis ca. 5 m vorliegt, muss die aus der Statik errechnete und in Versuchen geprüfte Gleichgewichtsform der gekrümmten Membranfläche in Streifen eingeteilt und verebnet (in der Ebene abgebildet) werden. Dieser Vorgang des Einebnens wird als Abwicklung bezeichnet. Mit der Abwicklung der einzelnen Streifen in die Ebene werden die Bahnenlagen und damit die Anisotropieachsen zur Steifigkeitsverteilung in der Membrane festgelegt. Geometrische Flächen gelten nur dann mathematisch als in die Ebene abwickelbar, wenn deren Gauß´sche Krümmung an jedem Punkt gleich null ist. Formgefundene, nicht ebene Flächentragwerke haben stets eine negative Gauß´sche Krümmung und sind daher nicht abwickelbar. Zur Verebnung der Bahnen müssen deshalb die sich aus den mathematischgeometrischen Randbedingungen ergebenden, differenten Bahnenlängen über eine Zuschnittsberechnung ausgeglichen werden. In diese Berechnung fließen Materialkennwerte ein, die aussagen, wie sich das Material unter Verformung verhält.

Bedingung zum Aufbringen einer Verformung ist dabei, dass im Werkstoff keine oder nur sehr wenige Falten entstehen. Weil das Aufbringen dieser Verformung materialabhängig ist, existieren dazu für ebene Flächenelemente zwei grundsätzlich unterschiedliche Methoden der Abbildung in die Ebene: die längentreue Abbildung für gewebte Flächengebilde und die winkeltreue Abbildung für Folien (s. Abb. 85). Bei Geweben wird durch Aufbringen einer Schubverformung, bei der eine Kante parallel zur gegenüberliegenden verschoben wird, die Fläche in zwei Richtungen längentreu abgebildet. Diese Parallelverschiebung darf keine oder nur sehr geringe Spannungen im Material erzeugen. Das Aufbringen dieser Art der Verformung gelingt nur bei Materialien mit geringer Schubsteifigkeit. Gewebte Flächengebilde haben eine geringe Schubsteifigkeit und eignen sich deshalb für eine Winkelverdrehung von Kett- und Schussfäden zueinander. Solange sich Kett- und Schussfäden beim Schieben nicht behindern, bilden sie über die Beschichtung nur einen geringen Widerstand gegen Schubverzerrung, ohne dass allzu große Spannungen entstehen.1 Die Größe der Winkelverdrehung ist in erster Linie abhängig von der Bindungsart und der Beschichtung. Zur Abschätzung des Einflusses der Verschiebung zwischen Kett- und Schussfaden wird die Relation zwischen Kraft und Schubdeformation in Versuchen und Berechnungen ermittelt. Unterschiedliche Gewebematerialien erlauben unterschiedliche Verzerrungswinkel. Von zentraler Bedeutung für das Herstellen von Gewebebahnen ist die physikalische Größe des Schubmoduls (s. Abschnitt 2.3.1.5). Bei isotropen Folien wird durch die winkeltreue Abbildung eine inhomogene Dehnung im Material erzeugt, bei der sich jeder Punkt der Fläche in einem anderen Spannungszustand befindet. Bei dünnen Folien liegt dieser Spannungszustand unterhalb des Fließbereiches, bei dicken Folien wird so viel Span-

'

'

AnG

A

A

'

A

G a

b

' a

' längentreue Abbildung

winkeltreue Abbildung

Abb. 85: Abbildungsmethoden

1 Blum, R. (1990)

b

60

Abb. 86: In Kett- und Schussrichtung kompensierter Membranstreifen vor und nach dem Verankern an Festpunkten

nung erzeugt, bis das Material fließt.1 Beim Einsatz von Folien als Pneumatische Hülle geschieht das Aufbringen dieser Dehnung durch das Herstellen von Druckunterschieden. Bei beiden Abbildungsverfahren wird erkennbar, dass erst durch das Ausnutzen der Materialeigenschaften die Verzerrungen richtig beurteilt werden und das Einebnen der Fläche möglich wird. Die Dehnfähigkeit des verwendeten Materials steht in direktem Zusammenhang mit der möglichen Krümmung einer Membrankonstruktion. Weil unterschiedliche Materialien auch unterschiedliche Verzerrungswinkel zulassen, muss beim eingesetzten Material untersucht werden, welche Elementverformungen der Werkstoff bei welcher Krümmung vollziehen muss. Steife Gewebe, die nur geringe rautische Verschiebungen zulassen, erfordern eine sehr präzise Zuschnittsermittlung. Größere Verformbarkeit des biegeweichen Materials hilft, Spannungsspitzen abzubauen, und hat meist kleinere Verformungen im Gesamttragsystem zur Folge.

Neben der Vorgabe, den Zuschnitt möglichst verschnittarm zu gestalten, spielt die Bahnenbreite der Gewebe eine maßgebliche Rolle für die Zuschnittsberechnung. So ist die Berechnung für kleinere Konstruktionen im Allgemeinen schwieriger als für größere. Der Anteil der Streifen mit maximaler Breite ist für kleinere Ober flächen in Relation zu der Gesamtabmessung höher als bei größeren Konstruktionen, bei denen die Längenverzerrungen zur Verebnung des räumlichen Zuschnitts für jeden einzelnen Streifen relativ gering ausfallen.2

2.4.2 Kompensation, Bahnenlayout Weil sich biegeweiche Werkstoffe unter dem Einfluss von Belastung (Konstruktionsdehnung) und Temperatureinwirkung (Kriechen, Relaxation) verformen, müssen die daraus resultierenden Dehnungen in Versuchen ermittelt und die geometrischen Abmessungen des Materials so korrigiert werden, dass am Ende der Lebensdauer noch die statischen Erfordernisse erfüllt werden. Die Korrektur der geometrisch abgewickelten

Abb. 87: Gekrümmter Bahnenschnitt bei synklastischen (oben) und antiklastischen Flächen (unten)

1 Blum, R. (2004)

2 Moncrieff, E.; Gründig, L.; Ströbel, D. (1999)

61

Abb. 88: Bahnenlayout, Bahnenschnitt und Sollgeometrie

Fläche um die sich aus den statischen Randbedingungen ergebenden Dehnungen wird als Kompensation bezeichnet. Treten aufgrund der errechneten Spannungsverteilung in bestimmten Bereichen negative Dehnungen auf, muss Material zugegeben werden. Man spricht dann von Dekompensation. Bei Membranflächen wird dies oft in Befestigungsbereichen mit erhöhter Steifigkeit notwendig. Auftretende Belastungen bewirken bei Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften in Kett- und Schussrichtung auch unterschiedliche Verschiebungen in den Hauptanisotropieachsen. Dort wird die steifere Kettrichtung meist wesentlich geringer als der Schuss kompensiert. Zur Bestimmung der für die Kett- und Schussrichtung unterschiedlichen Kompensationswerte sind die Daten der Kriechdehnung unter der aufgebrachten Vorspannung und des Spannungsabfalls über die Lebensdauer maßgebend. Die Lastabtragung bei leichten Flächentragwerken kann über gleichsinnig oder gegensinnig gekrümmte Flächen erfolgen. Die Art der Krümmung bestimmt auch den Zuschnitt der einzelnen Bahnen. Um aus den einzelnen Gewebebahnen zweiseitig gleichsinnig oder zweiseitig gegensinnig gekrümmte Membranflächen herstellen zu können, werden die Bahnen entlang der Ränder gekrümmt geschnitten. Oberflächen mit positiver Gauß´scher Krümmung erhalten Bahnen mit konvex geschnittenen Randlinien, Flächen mit negativer Gauß´scher Krümmung Bahnen mit konkav geschnittenen Rändern (Abb. 87). Um die Sollgeometrie einer doppelt gekrümmten Fläche zu erhalten, muss die Membrane entlang vorgegebener Nahtlinien (in der Regel geodätische Linien) in Bahnen geschnitten werden. Dazu sind die Bahnenbreiten auf die Krümmung, die statischen Erfordernisse und die verfügbaren Rollenbreiten abzustimmen. Durch Zusammensetzen der um die Kompensationswerte korrigierten, eben hergestellten Bahnen entsteht die planmäßige Geometrie.

2.4.3 Kriterien zur Zuschnittsermittlung Die Festlegung des räumlichen Zuschnitts mit der Ermittlung der Anordnung und Dimensionierung einzelner Membranbahnen auf der Membranoberfläche wird als Zuschnittsermittlung bezeichnet. Sie ist primär von der Form der Fläche, die hergestellt werden soll, abhängig. Modelltechnische Verfahren zur Zuschnittsermittlung mit empirisch geschätzter Kompensation der Dehnungszunahme im Vorspannungszustand eignen sich nur für das Vorentwurfsstadium. Im weiteren Projektablauf muss die Zuschnittsermittlung analytisch durchgeführt werden. Dabei werden die rechnerischen Kompensationswerte auf Basis von durchgeführten Biaxialversuchen unter Dauerlast der eintretenden Dehnungen im Vorspannungszustand durch Verkleinerung der Einzelzuschnitte vorweggenommen.1 Zur Festlegung der Bahnenlage ist neben dem optischen Eindruck des Membrantragwerks eine möglichst hohe Ausnutzung der vorhandenen Materialfestigkeiten – unter Einhaltung der maximal zulässigen Verformungen und der Montierbarkeit – ein wichtiger Parameter. Die Zuschnittsermittlung hat nicht zuletzt auch entscheidende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit eines Membrantragwerks. Sie sollte deshalb integraler Bestandteil der Formfindung sein. Ziel der Zuschnittsermittlung ist es, die gerechnete Gleichgewichtsform hinsichtlich der oben genannten Aspekte möglichst genau nachzuvollziehen. Zusammengefasst lassen sich die Kriterien zur Zuschnittsermittlung einteilen in: optische Kriterien, topologische Kriterien, statische Kriterien, montagetechnische Kriterien und Verarbeitungskriterien (Abb. 89).

1 Mühlberger, H. (1984)

62

Topologische Kriterien Flächenkrümmung Bahnenkrümmung Bahnenlängen Bahnenbreiten Form der Berandung

Optische Kriterien Formbild Nahtbild Randbild

Verarbeitungskriterien Zuschnittstechnik Verbindungstechnik Randausbildung Verschnitt Transportvorbereitung

Statitsche Kriterien Tragwirkung, Steifigkeitsverteilung Spannungsverteilung Gewebe- und Nahtfestigkeit Lastbild Kompensation

Montagetechnische Kriterien Mechanische Einwirkungen Zeitmaßstab Temperatur Platzbedarf/Spannvorgang Spannrichtung, Spannfolge

Abb. 89: Kriterien zur Zuschnittsermittlung

2.4.3.1 Topologische und statische Kriterien Steifigkeitsverteilung – Bahnenlage Aufgrund des anisotropen Verhaltens von Geweben wird mit der Festlegung der Bahnenlage (Streifeneinteilung) die Steifigkeitsverteilung in der Membrane festgelegt. Die Zuschnittsrichtung spielt daher eine wesentliche Rolle für die Richtung der Lastabtragung in der Membranfläche und hat Einfluss auf die Statik des Tragsystems bis zur Verformung der Primärkonstruktion. Die Zuschnittsermittlung ist primär von der Form der Fläche, die hergestellt werden soll, abhängig. Bevor das Gewebe in Bahnen zugeschnitten werden kann, müssen daher auf er-

rechneter Grundlage die Hauptanisotropierichtungen des Gewebes relativ zu den Hauptkrümmungsrichtungen bestimmt werden. Maßgebend für die Wahl der Bahnenlage sind die in der Membranoberfläche und an ihren Rändern entstehenden Spannungen und die daraus resultierenden Dehnungen im Gewebe. Wenn die herzustellende Membranoberfläche einer Minimalfläche entspricht, bei der die Spannungen nach allen Richtungen gleich groß sind, ist bei Verwendung von Geweben mit gleichen Dehnungen in den beiden Fadenrichtungen die Bahnenlage frei wählbar. Das Material wird so optimal ausgenutzt und lokale Überspannungen werden weitgehend ver-

K1

K2 Abb. 90: Steifigkeitsverteilung / Bahnenlage in Hauptkrümmungsrichtungen

K1

K2

63

Hochpunktfläche, radial

Bogenfläche, parallel

Sattelfläche, parallel

Abb. 91: Bahnenlagen mit Kette in Haupttragrichtung

mieden. In der Praxis ist dies allerdings äußerst selten der Fall; dort kommen meist Membranflächen zur Anwendung, deren Membranhauptspannungen voneinander abweichen. Bei solchen Formen werden die Bahnen meist in Richtung der Hauptbeanspruchungen gelegt, um die auftretenden Flächenspannungen durch Kompensation der Hauptanisotropierichtungen optimal ausgleichen zu können. Die Hauptkrümmungen müssen dabei so gewählt werden, dass die unter den äußeren Lasten auftretenden Membranspannungen vom jeweiligen Gewebetyp aufgenommen werden können. Die Haupttragrichtung einer Membranoberfläche ist die Richtung der größten Ausdehnung. Weil in gewebten Flächengebilden der Kettfaden aufgrund der Gewebeherstellung einen

höheren E-Modul als der Schussfaden hat, das Material also in der Gewebelängsrichtung die höhere Zugsteifigkeit als in Schussrichtung besitzt, wird darauf geachtet, dass zur Festlegung der Bahnenlage die Kette meist in Haupttragrichtung gelegt wird, weil dann ein geringerer Durchhang der Konstruktion bei Lastangriff zu erwarten ist. Ein weiterer Vorteil dieser Streifeneinteilung ist, dass die weniger belastbaren Nähte nicht die höchstmöglichen Zugspannungen in Querrichtung aufnehmen müssen. Die Anordnung der Streifen in die Haupttragrichtungen kann parallel, radial oder in Kombination dieser beiden Zuschnittsarten erfolgen. Bei Konstruktionen mit parallel angeordneten Streifen lässt sich meist eine gute Spannungsverteilung er-

Hochpunktfläche, radial

Hochpunktfläche, parallel

Abb. 92: Mögliche Bahnenlagen bei Hochpunktmembranen

64

Abb. 93: Hauptspannungen und Bahnenlayout einer Schwimmbadüberdachung in Malaysia

zielen. Radialschnitte sind aufgrund des höheren Verschnitts materialintensiver als Parallelzuschnitte und wesentlich schwieriger zu bemessen und zu kompensieren. Weil durch die zunehmende Steifigkeit einer Konstruktion die Verformungen reduziert werden, spielt beim Festlegen der Bahnenlage auch das Material eine wesentliche Rolle. Nur wenig dehnfähige Membranen bewirken demnach eine Steifigkeitszunahme. Ziel ist es, die Bahnenlage so zu wählen, dass der Zuschnitt die geringsten Verzerrungen bringt. Die Festlegung der Hauptanisotropierichtungen unterliegt bei Flächen, die über Hochpunkte gestützt werden, besonderen Bedingungen. Durch die stetige Verkleinerung der Fläche in Richtung des Hochpunkts entstehen dort Spannungskonzentrationen und hohe Ringkräfte. Daraus ergeben sich im Bereich des Hochpunkts höhere Festigkeitsanforderungen bei geringerer Materialkapazität. Bei Hochpunktkonstruktionen ergibt sich die Möglichkeit, die Bahnen entweder parallel oder radial um den Hochpunkt anzuordnen. Liegt die steifere Kettrichtung in der Haupttragrichtung (oben in Abb. 92), ist zwar ein geringerer Durchhang der Konstruktion zu erwarten, bei stärkeren Materialien muss die Schussrichtung aber wesentlich stärker kompensiert werden, um eine homogene Spannungsverteilung zu erreichen.1 Legt man die Kette in Richtung der Ringkräfte (unten in Abb. 92), kann zwar über die steife Richtung Kraft in den Ring gebracht werden, ein hoher Verschnitt kann diese Lösung aber unwirtschaftlich machen.

anzuordnen (Abb. 93). Dabei spielt die Spannungsverteilung bei unterschiedlichen Lastzuständen eine maßgebliche Rolle. Bei einer 9.000 m2 großen Schwimmbadüberdachung in Kuala Lumpur (Malaysia) sind die in den Hochpunkten wirkenden Kraftkonzentrationen beim Lastfall „Schnee“ deutlich zu sehen, es erfolgt eine stetige Spannungszunahme zum Mittelpunkt hin (links in Abb. 93). Beim Lastfall „Windsog“ laufen die Kräfte wellenförmig um die Hochpunkte (mittig in Abb. 93). Aus der Analyse der Spannungsverteilungen mit den maßgebenden Lastfällen ergab sich die optimale Bahnenlage mit kombinierten Parallel- und Radialzuschnitten (rechts in Abb. 93). Die Spannungskonzentrationen bei Lasteinwirkungen nach unten bedingen die radial angeordneten Membranstreifen. Um ein möglichst ungestörtes Durchlaufen der Kräfte zu ermöglichen, achtete man auf die Anordnung möglichst weniger Quernähte oder quer liegender Bahnen.2 Flächenkrümmung – Bahnenlage – Bahnenform Weil die Zuschnittsbahnen an den Hauptkrümmungen ausgerichtet werden, hat die Zuschnittsermittlung großen Einfluss auf die Krümmungseigenschaften einer Membranfläche. Die sich aus der nicht abwickelbaren Form ergebenden Winkelfehler müssen über die Zuschnittsberechnung so ausgeglichen werden, dass eine der zur Verfügung stehenden Materialkapazität angepasste, möglichst gleichmäßige Spannungsverteilung in der Fläche erzeugt wird. Diese wird meist dann erreicht, wenn die Hauptspannungsrichtungen Übereinstimmung mit den Hauptkrümmungsrichtungen finden.

Bei zusammenhängenden Hochpunktkonstruktionen treffen Flächen mit stark ausgeprägten Krümmungen auf schwach gekrümmte Flächen. Dort ist es aufgrund der Geometrie sinnvoll, eine Kombination aus parallelen und radialen Bahnenlagen

Die Größe der Flächenkrümmung steht in direktem Zusammenhang mit der Zuschnittsart der einzelnen Bahnen und der Streifeneinteilung zur Steifigkeitsverteilung. Stark gekrümmte Flächen beeinflussen zwar das Tragverhalten positiv, erschweren aber die Zuschnittsermittlung. Bei starker Flächenkrümmung und hoher Materialsteifigkeit ist eine präzise Zuschnittsberechnung notwendig, um eine homogene Spannungsverteilung in der Membranfläche zu erreichen. Dabei spielt die Streifeneinteilung eine wesentliche Rolle. So ist es bei flach gekrümmten Membranflächen (fk in Abb. 94) eher möglich, Kett- und Schuss-

1 Moncrieff, E.; Gründig, L.; Ströbel, D. (1999)

2 Schlaich, J.; Bergermann, R.; Göppert, K. (1999)

Aus statischen und herstellungstechnischen Gründen ist die parallele Bahnenlage allerdings nur bei Hochpunktkonstruktionen mit gerader, biegesteifer Berandung und eckiger Hochpunktausbildung sinnvoll.

65

fk = Stich in Kettrichtung

Abb. 94: Mögliche Streifeneinteilung bei Bogenmembranen mit flacher und starker Krümmung

richtung im Zuschnitt zu drehen als bei größeren Stichhöhen (fs in Abb. 94), weil kleinere Krümmungen geringere Winkelfehler der Gewebeverzerrung hervorrufen.1

fs = Stich in Schussrichtung

Je stärker die Krümmung einer Fläche ist und je länger die zugeschnittene Bahn, desto größer werden die Verzerrungen, die rechnerisch ausgeglichen werden müssen.2 Eine günstige Spannungsverteilung lässt sich daher bei stark gekrümmten Flächen durch die Anordnung kürzerer und schmälerer Streifen erzeugen. Das Verhältnis der Bahnenbreite zur Bahnenlänge spielt demzufolge ebenfalls eine wesentliche Rolle zur Lastabtragung.3

Geweberichtung ab, wo sie zu einer Fadenverkürzung führen. Das Gewebe wird so weich, bis es durchschlägt. Es findet eine Formänderung von einer antiklastischen zu einer synklastischen Fläche statt. An der Innen- oder Außenseite der Membranfläche eingearbeitete Windsogseile können ein solches Durchschlagen verhindern. Die Sogseile können in die Membranfläche konfektioniert oder lose an die Fläche gespannt werden. Eine solche Maßnahme kann auch bei stärker gekrümmten Flächen in Gebieten mit zu erwartendem dauerhaften, gleichmäßigem Windangriff sinnvoll sein (Abb. 95).

Bei der Festlegung der Bahnenlage für flach gekrümmte Flächen ist insbesondere auf einen möglichen Wechsel der Lastabtragungsrichtungen während eines Windangriffs zu achten. Die Spannungen im Material bauen sich dann in die andere

Weil die Längendifferenzen aus der Kompensation nur in den Ecken der zugeschnittenen Streifen aufgenommen werden können, muss das Material in diesem Bereich über Winkelverdrehungen zwischen Kett- und Schussfäden teils große Ver-

Abb. 95: Diagonal verlaufende Sogseile an der Unterseite einer Segelfläche

1 Essrich, R. (2004) 2 Ziegler R.; Wagner, W. (2001) 3 Anm.: Dem Autor sind keine Veröffentlichungen bekannt, in denen das Verhältnis von Stichhöhen und Hauptkrümmungen zu möglichen Spannweiten und Bahnenlagen anisotroper Membranflächen untersucht wurde. Allgemeingültige Aussagen über die ideale Bahnenlage können daher an dieser Stelle nicht getroffen werden.

66

Abb. 96: Singuläre Beanspruchung in Abhängigkeit von der Zuschnittsbreite

zerrungen ermöglichen. Bei großen Bahnenbreiten sind in spitzwinkeligen Eckbereichen aufgrund fehlender Materialkapazitäten Lastsingularitäten zu erwarten. Dort müssen dann Verstärkungsmaßnahmen angeordnet werden. Um singuläre Überbeanspruchungen in den Eckbereichen zu verhindern, kann es auch sinnvoll sein, die Zuschnittsbreite der einzelnen Bahnen zu verringern. Die Anordnung von Zweioder Dreifachbahnen kann ein Auftreten unerwünschter Spannungen in den Eckbereichen deutlich reduzieren. Der errechnete Gesamtkompensationswert kann so über mehrere Eckpunkte der zusammengefügten Bahnen aufgeteilt werden. Auch der Umstand, dass der Zuschnitt kleiner Membranflächen im Allgemeinen schwieriger zu bemessen ist als der größerer Flächen, ist auf diese Tatsache zurückzuführen, weil eine große Membranfläche meist aus einer Vielzahl von Zuschnittsbahnen besteht. Die bei der Abwicklung entstehenden Verzerrungen fallen somit für jeden einzelnen Streifen relativ gering aus.1 Für den Spannvorgang ist die damit verbundene Anordnung vieler Nähte jedoch nicht ideal. Ungünstige Steifigkeitsverhältnisse zwischen Naht und Gewebematerial erschweren das Spannen erheblich.

Randseilkraft = S

Randseilkraft = 0,5 S

Form der Berandung Wie die Flächenkrümmung hat auch die Geometrie der Berandung einer Membranfläche Einfluss auf ihr Trag- und Verformungsverhalten. Tragelemente aus Membranmaterialien können mit biegeweichen oder biegesteifen Berandungen begrenzt werden (s. Abschn. 2.6). Bei mechanisch vorgespannten Membranen mit gekrümmter Teilflächenberandung gilt, dass die Krümmung der Randlinie konkav sein muss. Eine Änderung des Krümmungsradius der Randlinie bewirkt auch eine Änderung der Krümmungseigenschaften der Membranfläche. Bei gekrümmten, biegeweichen Rändern sind die Geometrie der Fläche beeinflussenden Parameter die Randseilkraft (SS), der Randseilradius (R) und die sich aus der Last und dem Material ergebende Membranspannung (SM).2 Das Verhältnis der Randseilkraft zur Membranspannung bestimmt die Geometrie des Randes; die Form der Membrane ist demnach eine Funktion der Randgeometrie.3 Je stärker die Krümmung des Randseilradius ausgeprägt ist und je weniger Kraft im Randseil wirkt, umso höher wird die maximale und umso kleiner die minimale Gauß´sche Krümmung. Mit der Vergrößerung des Randkrümmungsradius erfolgt auch eine Spannungszunahme im Material. Ideale Bedingungen ergeben sich bei einer Minimalfläche, in welcher der Betrag der minimalen und maximalen Hauptkrümmungen ident ist.

Randseilkraft = 0,25 S

Abb. 97: Änderung der Hauptkrümmungen eines Vierpunktsegels durch Variierung von Randseilradius und Randseilkraft

1 Moncrieff, E.; Gründig, L.; Ströbel, D. (1999)

2 Ziegler, R.; Wagner, W. (2001) 3 Ziegler, R. (2001)

SS = R • SM

67

2.4.3.2 Montagetechnische Kriterien Neben der Festlegung der für das Deformationsverhalten günstigsten Bahnenlage nach statischen und topologischen Kriterien sowie herstellungstechnischen Einschränkungen, wie Bahnenbreiten, Verschnitt und Nahtverbindungen, unterliegt die Streifeneinteilung einer Membranfläche auch Randbedingungen der Montage. Insbesondere beim Spannvorgang wird deutlich, welche Bedeutung das verwendete Material, dessen Zuschnitt, die Flächenform und die Form der Berandung für die Montage hat. So wird insbesondere das Spannkonzept zur ökonomischen Größe einer Montagedurchführung, die sich wesentlich auf die Montagekosten des Projekts auswirken kann.

Weil je nach Kompensation und Länge des Spannwegs unterschiedliche Kräfte aufzuwenden sind, um eine Membrane in Position zu ziehen, spielt die Zuschnittsrichtung eine wesentliche Rolle für den Spannvorgang. Die errechnete Verkürzung der wesentlich stärker kompensierten Schussrichtung wird meist über die Längs- oder Querrichtung aus der Membranfläche gezogen (Abb. 98). Zur Festlegung der primären Spannrichtung ist abzuwägen, wie groß das für die Zurücklegung des Spannwegs notwendige Kraftniveau und der damit verbundene Montageaufwand sind.

Spannweg, Spannrichtung – Zuschnittsrichtung Um eine Membrane ausreichend tragfähig zu machen, muss sie in entsprechender Krümmung biaxial gespannt und fixiert werden. Der berechnete Anteil an Kompensation muss über die Berandung und deren Ecken aus dem Material gezogen werden.

Bei Krafteinwirkung verkürzen sich die Hauptanisotropierichtungen gegenseitig. Für den Spannvorgang ist es daher von zentraler Bedeutung, wie bei Krafteinwirkung in die eine Geweberichtung die Kräfte und Dehnungen in die andere Geweberichtung beeinflusst werden. Bei Flächenformen, bei denen beim Spannvorgang keine Interaktion zwischen Kett- und Schussrichtung stattfinden kann, wird man die Lage der Bahnen überdenken müssen.

Der Aufwand zur Durchführung des Spannvorgangs wird vor allem von der Streifeneinteilung der einzelnen Teilflächen bestimmt. Außer dem optischen Erscheinungsbild des Nahtverlaufs und den statischen Verhältnissen in einer Membranfläche hängen sämtliche Montagemaßnahmen, wie das Dimensionieren und Installieren von Spannvorrichtungen, Maßnahmen zur Stabilisierung der Primärkonstruktion oder das Anordnen von Montagegerüsten, von der Orientierung der Bahnen in der Fläche ab.

Für Geometrien mit unterschiedlichen Längen in Kett- und Schussrichtung kann der Einsatz von Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften sehr vorteilhaft für die Montage sein. Bei solchen Geweben wird man im Idealfall den größeren Anteil der Kompensation in die weichere Schussrichtung legen. Die Dehnung in der steiferen Kette ist sehr gering, sie wird deshalb möglichst wenig kompensiert. Nach Möglichkeit wird man die Streifeneinteilung nach Prüfung aller bisher besprochenen Kriterien dann so vornehmen, dass ausschließlich über das

Abb. 98: Skizze zum idealisierten Spannvorgang bei Behinderung der Querdehnung

68

Abb. 99: Spannrichtung und Spannfolge von Bogenmembranen in Abhängigkeit von der Zuschnittsrichtung

Spannen in Schussrichtung die gewünschte biaxiale Vorspannung erzeugt wird. Um ausreichende Spannung in Kettrichtung durch alleiniges Spannen in Schussrichtung aufzubauen, muss eine Randverformung senkrecht zur Spannrichtung verhindert werden. Diese Spannmethode kann montagetechnisch ein großer Vorteil sein, weil sich Arbeitszeit und Vorspanneinrichtungen einsparen lassen.

Muss die Fläche zwischen zwei Bögen aufgespannt werden, wie es oft bei Tribünenüberdachungen von Sportstätten der Fall ist, kann die Membrane parallel oder senkrecht zum bogenförmigen Binder abgewickelt werden. In Abhängigkeit von Material, Bogenkrümmung, Randgeometrie und Randausbildung macht die Richtung des Bahnenverlaufs jedoch einen großen Unterschied für den Spannvorgang und die damit ver-

Abb. 100: Einziehen und Spannen der Membrane für die Tribünenüberdachung im Stadion Wolfsburg

Abb. 101: Einziehen und Spannen der Membrane für die Tribünenüberdachung im Stadion Faro, Portugal

69

bundenen Maßnahmen. Nach Aussagen von Montageunternehmen liegt hier unter Berücksichtigung des Platzbedarfs für Spannvorrichtungen ein beträchtliches Einsparungspotenzial bei den Montagekosten vor. Vergleicht man eine parallel zum Bogenbinder und eine senkrecht dazu abgewickelte Membranfläche, lässt sich leicht feststellen, dass beim Spannen der Bahnen senkrecht zum Bogen (links in Abb. 99) die Vorspannung in mehr Punkten eingebracht werden muss, als bei der Variante (rechts in Abb. 99). Ein höherer Arbeits- und Geräteaufwand wird dadurch erforderlich. Abgesehen vom Einrichten und Bedienen der Montagemittel an den Stellen der Krafteinleitung, wird dieser Mehraufwand auch oft durch die Art der Randausbildung verursacht. Lässt sich die Verwendung einzelner Klemmplatten-Randelemente aufgrund des statischen Erfordernisses nicht vermeiden, müssen die Kräfte sukzessive von der Mitte weg eingeleitet und die Randelemente einzeln montiert, verschoben und fixiert werden (Abb. 100). Liegt die Kettrichtung senkrecht zum Bogenbinder, lässt sich die Fläche bei geeigneter Krümmung und KederschienenRandausbildung gut und schnell durch die Schiene ziehen und spannen (Abb. 101). Beim Spannen von zwischen biegesteifen Rändern gespannten Membranflächen ist auch auf die Beanspruchung der Nähte zu achten. Wird in Kettrichtung gespannt, müssen die Steifigkeitsverdoppelung in Nahtrichtung sowie der Schweißschrumpf berücksichtigt werden. Liegt die Zuschnittsrichtung quer zur Spannrichtung, müssen geeignete Maßnahmen überlegt werden, die eine Überbeanspruchung der Naht in Querrichtung verhindern.

Bei stark gekrümmten Flächen sind hohe Verzerrungen im Gewebematerial zu erwarten, die Bahnen müssen wesentlich stärker kompensiert werden als bei flach gekrümmten Flächen. Deutlich wird dies vor allem bei Hochpunktkonstruktionen mit schweren Geweben. Dort hat man die Wahl, die Streifeneinteilung so vorzunehmen, dass die Kettrichtung der Bahnen radial um den Hochpunkt oder parallel zur unteren Berandung angeordnet ist. Liegt die steifere Kettrichtung in Haupttragrichtung, ist bei schweren Geweben eine weitaus höhere Kompensation der Schussrichtung erforderlich, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu erreichen (links in Abb. 103). Dort ist beim Spannen zu den Rändern ein höheres Kraftniveau erforderlich als bei paralleler Bahnenlage (rechts in Abb. 103).1 Bei parallel zur Berandung verlaufenden Bahnen ist allerdings deren Nahtbeanspruchung beim Spannvorgang zu beachten. Wird ausschließlich durch vertikales Verschieben des Hochpunkts gespannt, muss darauf geachtet werden, dass während des Spannvorgangs die zulässige Membranspannung in diesem sensiblen Bereich nicht überschritten wird. Wird peripher zur Berandung gespannt, ist ein geringerer Kraftaufwand erforderlich, und die Spannungen können sich besser im Gewebe verteilen. Der Aufwand, entlang der Ränder oder an den Ecken Dehnwege einzubauen, kann jedoch hohe Kosten verursachen. Zur Festlegung der primären Spannrichtung ist daher abzuwägen, wie groß das für den Spannvorgang notwendige Kraftniveau ist. Meist ist es besser, eine Membranfläche über lange Wege mit geringen Kräften zu ziehen, als kurze Spannwege mit hoher Kraft zu bewältigen. Die Entscheidung, aus welcher Richtung die Verkürzung einfacher und somit kostengünstiger

Abb. 102: Nahtbeanspruchung beim Spannvorgang

1

Moncrieff, E.; Gründig, L.; Ströbel, D. (1999)

70

Abb. 103: Spannen von Hochpunktflächen bei unterschiedlicher Streifeneinteilung

zu ziehen ist, hängt daher auch von der Bahnenlänge ab. Beim Ziehen über große Längen sollten die Dehnungen möglichst gleichmäßig von der Mitte weg eingeleitet werden. Dies berücksichtigt die Interaktion zwischen Kett- und Schussfäden; ein seitliches Abwandern der Kräfte aufgrund von Kraftumlenkungen in der Fläche wird so erschwert.1 Bei Topologien, bei denen das Membranmaterial über gleich lange Spannwege mit gleichem Kraftniveau gespannt werden muss, kann die Verwendung von Geweben mit annähernd gleichen Dehnungseigenschaften in Kett- und Schussrichtung (Precontraint-Gewebe, Fa. Ferrari) vorteilhaft für die Montage sein. Zu beachten ist allerdings ein generell höherer Kraftaufwand für das Spannen solcher Gewebe, was ihren Einsatz eher für flach gekrümmte Membranflächen mit geringeren Gewebeverzerrungen begünstigt. Überspannen stark gekrümmte Flächen große Spannweiten, sind stark kompensierte, lange Bahnenlängen notwendig. Dort muss insbesondere darauf geachtet werden, dass in allen Bereichen der Zuschnittsbahnen ausreichend Materialkapazität zur Verfügung steht.

Abb. 104: Vorbereiten von Membranrandausbildungen zum Spannvorgang

1 Essrich, R. (2004)

Platzbedarf und Zugänglichkeit beim Spannvorgang Ein wichtiges baupraktisches Kriterium für die Zuschnittsermittlung ist der Platzbedarf für zu montierende Spanngeräte, Hilfskonstruktionen und Gerüste. Die Festlegung der Bahnenlage und somit der primären Spannrichtung ist in montagetechnischer Hinsicht auch von den verfügbaren Befestigungsmöglichkeiten für die einzusetzenden Spanngeräte und Hilfskonstruktionen abhängig. Dabei sollte auf die Dimensionierung der Montagehilfsmittel geachtet werden. Eine große Anzahl aufwendig zu montierender Spannvorrichtungen und Hilfskonstruktionen kann mehr Arbeitszeit und letztlich hohe Kosten verursachen. Die Festlegung der für das Deformationsverhalten günstigsten Bahnenlage ist nicht immer optimal für die Montage. So kann es sein, dass die Zuschnittsrichtung geändert werden muss, weil die Teilflächen sonst nur schwer oder gar nicht montiert werden können. Deshalb sollte schon in der Entwurfsphase ein funktionierendes Montagekonzept überlegt und ausreichende Befestigungsmöglichkeiten für Spanngeräte und deren Widerlager für den Spannvorgang berücksichtigt werden. Dies zeigt, dass die Festlegung der Bahnenlage auch mit baupraktischen Überlegungen zum Spannvorgang korrespondieren muss.

71

2.4.4 Herstellung des Zuschnitts Unter Zuschneiden wird in der Konfektion das Zerteilen einzelner oder mehrerer übereinanderliegender textiler Flächen (Lagen) nach Maßen oder Schnittlagenbildern bezeichnet.1 Die Zuschnittsermittlung und -planung werden in der Regel vom Ingenieur durchgeführt. Im Dialog mit dem Architekten werden Flächengrößen, Randausbildungen und Nahtverbindungen festgelegt. Die Durchführung des Zuschnitts sowie die Fügung, Verpackung und Lieferung der Teilflächen erfolgt durch den Konfektionär. Ziel des Zuschnitts ist, die gerechnete Zuschnittsermittlung möglichst genau nachzuvollziehen. Dazu müssen die Zuschnittspläne der einzelnen Bahnen auf die Gewebebahn übertragen und zugeschnitten werden. Die Zuschnittspläne enthalten im Wesentlichen Angaben zum Material, zur konstruktiven Durchbildung der Stöße und Ränder sowie zum Zuschneiden der Bahnen. Zum Verbinden der Bahnen werden Nahtbreiten und Nahtzugaben ebenso angegeben wie die Längentoleranzen der Fertigungslängen.

a

b

Abb. 105: schematischer Zuschnittsplan einer antiklastischen Membranfläche

1 Burkhard, W. (1998)

Die Materialinformationen beinhalten Flächengrößen, maximale Bahnenbreiten, Gewebeart und -typ. Darüber hinaus werden Geweberichtung und Reißfestigkeit in Kett- und Schussrichtung angegeben. In den Plänen mit der Darstellung der Teilflächen sind die Art der Rand- und Eckausbildung sowie Flächenstöße bezeichnet. Dort wird auch auf dazugehörende Detailpläne verwiesen (a in Abb. 105). Aus der Darstellung der einzelnen Bahnenschnitte können die Informationen zur Geometrie des Zuschnitts entnommen werden. Dort finden sich sämtliche Koordinaten und Längen der kompensierten Ränder. Der Einzelschnittplan wird dann vom Konfektionär auf die Gewebebahn projiziert und mit den Angaben zu Verschnitt und Schneidefenster des Automaten versehen (b in Abb. 105). Die darin angegebenen Systemlinien bezeichnen die Naht-, Gurt- und Seilachsen (c in Abb. 105). Zum Fügen der Flächen werden die Bahnenkanten mit Randmarkierungen versehen, sodass beim Nähen, Schweißen oder Kleben keine Verschiebung mit unerwünschter Faltenbildung auftreten kann (Abb. 106).

c

72

Der Bahnenschnitt beschichteter Textilgewebe wird je nach Schneidkapazitäten, Lagenhöhe und Randgeometrie entweder mit Handwerkzeugen oder mit Schneidautomaten durchgeführt. Geschnitten wird meist im mechanischen Schneideverfahren mit definierten Messerschneiden. Abhängig von Radius, Bahnenlänge und Lagenhöhe werden wahlweise Zieh-, Stoß-, Rund- oder oszillierende Messerwerkzeuge im automatischen Schneideverfahren (Cutter) oder im händischen Lagenschnitt bei Handgeräten eingesetzt. Thermische Schneideverfahren sind wegen der Gefahr des Verklebens der Schnittkanten nicht geeignet.1 Der Einsatz von Lasercuttern ist wegen des während des Schneidvorgangs freigesetzten Chlorgas-Luftgemischs problematisch. Ultraschall-Schneideanlagen können, in Verbindung mit einem Vakuumtisch, prinzipiell eingesetzt werden, sind aber wegen der hohen Anschaffungskosten meist keine wirtschaftliche Lösung. Der Einsatz des Wasserstrahl-Schneideverfahrens konnte für den Zuschnitt von Gewebebahnen nicht festgestellt werden.

Abb. 106: Markierung der Bahnenkante

Bei sich wiederholenden Bahnen gleicher Geometrie können vorgeschnittene Schablonen aus stärkerem Gewebematerial verwendet werden. Die Bahnen können je nach Geometrie und Erfordernis aus der Stückzahl auch mehrlagig geschnitten werden. Die Zurichtmaße (Schnittlängen) müssen in jedem Fall überprüft werden.

Abb. 107: Messerformen

Abb. 108: links, mitte: Mechanische Zuschneideanlage mit Rundmesser; rechts: Stoßmesser-Handmaschine

1 Steckelbach, C. (2005)

73

a

d

b

e

Abb. 109: Flächenverbindungen

2.5 Arten der Fügung in der Fläche Um eine tragfähige Fläche zu erhalten, wird das in Bahnen geschnittene Gewebe zu Teilflächen gefügt. Nicht lösbare Flächenverbindungen werden vom Konfektionär hergestellt, lösbare Verbindungen in der Regel bauseitig als Montagestöße ausgeführt. Die wichtigsten Verbindungen sind: •

Nicht lösbare Verbindungen – Schweißnähte, Nähnähte, Kombinationsnähte, Klebenähte

•

Lösbare Verbindungen – Klemmplatten- und Kederschienenstöße, Schlaufen- und Schnürstöße

2.5.1 Nicht lösbare Flächenverbindungen Das zugeschnittene Rollenmaterial wird vom Konfektionär zu tragfähigen Teilflächen gefügt. Je nach Material, statischer und hochbautechnischer Anforderung kommen unterschiedliche Ausführungen permanenter, nicht lösbarer Verbindungen von Gewebebahnen zur Ausführung. Bekannt sind geschweißte, genähte, geschweißt und genähte sowie geklebte Verbindungen. Zur Sicherung der Kraftübertragung müssen beim Verbinden der Bahnen die Kräfte aus den tragenden Fasern des Gewebes herausgeleitet und kraft- oder stoffschlüssig in die Fasern der benachbarten Gewebebahn übergeleitet werden. Nicht lösbare Verbindungen sind in der Regel biegeweich. Es bestehen jedoch Steifigkeitsunterschiede zwischen den zu verbindenden Gewebebahnen und der Naht. Deformationsbehinderungen entlang der Nahtverbindung bilden Unstetigkeitsstellen in der Membrangesamtverformung. Bei der Festlegung solcher Flächenverbindungen muss ein Hauptaugenmerk auf die unterschiedlichen Fadenlagen, bedingt durch das anisotrope Gewebeverhalten, die Haftfestigkeit der Beschichtung am Gewebe, die Nahtbreiten und den Näh- oder Schweißprozess gelegt werden.

c

f

a b c d e f

Überlappschweißnaht Flachnähnaht Doppelkappnähnaht Klemmplattenstoß Schlaufenstoß Schnürstoß

2.5.1.1 Schweißnähte Die Schweißnaht ist die bei Membrankonstruktionen am häufigsten angewendete Flächenverbindung. Bei Membrankonstruktionen können Schweißnähte als Überlappungsstöße mit unterschiedlichen Überlappungslängen oder als Stoßnähte mit Deckstreifen ausgeführt werden. Neben den Verbindungen in der Membranfläche werden Randtaschenausbildungen, Verstärkungen, Keder- und Gurtnähte geschweißt. Schweißverbindungen werden üblicherweise werkseitig hergestellt, wo aus den bis zu 5 m breiten Gewebebahnen Teilflächen bis ca. 5.000 m2 Größe angefertigt werden können. Die Festigkeiten von Schweißnähten liegen je nach Schweißverfahren und Verarbeitungstemperatur bei ca. 60–95 % der Gewebefestigkeit. Die Kraftübertragung erfolgt über eine Schubbeanspruchung der Beschichtung. Die Qualität der Beschichtung und ihre Haftung am Gewebe haben Kraftschlusscharakter und ist maßgebend für die Festigkeit der Verbindung. Schweißnähte bilden eine abrupte Erhöhung der Steifigkeit im Nahtbereich. Schweißnähte sind wasserdicht und in der Regel UV-stabil. Das Schweißen von beschichteten Geweben ist nur mit Thermoplasten möglich. Kunststoffe sind schlechte Wärmeleiter, deshalb bereitet das Schweißen dünner Gewebe geringere Schwierigkeiten als das Verschweißen dicker Schichten. Beim Schweißvorgang werden zwei oder mehrere Gewebeteile gleichen Materials unter dem Einfluss von Wärme ohne Zuhilfenahme eines artfremden Zusatzstoffes miteinander verbunden. Man unterscheidet Verfahren mit oder ohne Anwendung von Druck. Die beiden gängigsten Schweißverfahren zum Verbinden von beschichteten Gewebebahnen sind das Hochfrequenzschweißen und das Heizelementschweißen. Während beim Heizelementschweißen die Oberflächen der zu verbindenden

74

Abb. 110: links; mitte: Schema HF-Schweißen; rechts: HF-Schweißanlage

Teile thermisch angelöst und durch einen definierten Anpressdruck miteinander verbunden werden, stellt das Hochfrequenzschweißverfahren eine weitgehend homogene Verbindung dar, bei der die gesamte Beschichtungsdicke beider Materialseiten beim Schweißen mit einbezogen wird. Hochfrequenzschweißen Die ausgeschnittenen Gewebebahnen (Einzeltemplates) werden bei diesem Serienschweißverfahren unter Anwendung von Druck und Erwärmung miteinander verbunden. Mit diesem Verfahren sind nur Thermoplaste mit polarem Molekülaufbau schweißbar. Kommen solche Thermoplaste unter ein Feld hochfrequenter Strahlung, führen bestimmte Molekülgruppen entsprechend der Frequenz molekulare Schwingungen aus, die zu einer schnellen Wärmeentwicklung im Werkstoff führen. Zwischen einer kalten und einer temperierten Elektrode wird das Thermoplast erwärmt, zum viskosen Fließen gebracht und zusammengedrückt (s. Abb. 110). Nach dem Abschalten der Energiezufuhr muss die Fügenaht unter Druck abkühlen, damit die Schmelze erstarren kann und die Rückstellkräfte im Werkstoff nicht mehr wirksam werden können.1

a

glatte Schweißnaht

b

Da sowohl die Beschichtung als auch das Gewebe erwärmt werden, ist die Qualität der Verbindung abhängig vom Pressdruck, der Form des Press, der Verarbeitungstemperatur und der Schweißgeschwindigkeit. Die durchschnittlichen Schweißnahtbreiten liegen bei 50 – 80 mm. Bei schwereren Gewebetypen kann eine größere Nahtbreite die Festigkeit der Schweißnaht erhöhen. Problematisch bei der Herstellung großer Nahtbreiten ist allerdings das „Herausschwimmen“ der Beschichtung aus dem Schweißbereich. Dies kann durch die Verwendung einer gerieften Schweißelektrode vermieden werden (b in Abb. 111). Eine vollflächige Verschweißung im gesamten Nahtbereich lässt sich mit einer glatten Elektrode erzielen (a in Abb. 111). Mit Sonderelektroden lassen sich gezielte Unterbrechungen in der Nahtfläche bilden, welche die Naht besser kontrollierbar machen.2 Bei PVC-beschichteten Polyestergeweben und Aramidgeweben erreicht die Verbindung mit Hochfrequenzschweißung bei Raumtemperatur ca. 90 %, bei 70 °C ca. 60 % der Gewebefestigkeit. Fluorhaltige Oberflächenlackierungen und aufkaschierte Folien behindern aufgrund ihres höheren Schmelzpunkts eine ho-

geriefte Schweißnaht

c

Schweißraupe

Abb. 111: HF-Nahtausführungen

1 Holtermann, U. (2004)

2

Rudorf-Witrin, W. (2004)

c

Nahtstoß

75

Abb. 112: Abschleifen der PVDF-Lackierung

mogene Verbindung und müssen für den Schweißvorgang im Bereich der Schweißnaht entfernt werden (Abb. 112). Mittlerweile angebotene Gewebe mit modifizierten Fluorlacken können ebenso wie Gewebe mit Acryllacken ohne Abschliff miteinander verschweißt werden. Zur Festlegung der optimalen Schweißparameter werden bei hoch beanspruchten Nähten Probekörper in Kett- und Schussrichtung hergestellt (Abb. 113). Vor allem bei aufgeschweißten Montagehilfen ist es wichtig, solche Vorprüfungen durchzuführen. Vor jedem Arbeitsbeginn, bei Schichtwechseln sowie beim Wechseln der Materialchargen werden Kontrollen zwischengeschaltet. Ist das Gewebe verschweißt, wird das Nahtbild anhand eines Schälversuchs überprüft. Im Rahmen der Qualitätssicherung werden alle Parameter und Prüfergebnisse eines Projekts protokolliert. Die elektronische Erfassung der Schweißparameter ist hilfreich, ersetzt aber keinesfalls die Reißprüfungen.1

Kontrollprüfung

Abb. 113: Nahtprüfungen

1

Rudorf-Witrin, W. (2004)

Abb. 114: Verschweißung unter Vorspannung

Die Hitzeentwicklung während des Schweißvorgangs bewirkt ein Schrumpfen der Schweißnaht in Längsrichtung. Diesem Schweißschrumpf, auch Thermischer Krumpf genannt, wird entweder durch Vorspannen des Gewebes während des Schweißvorgangs Rechnung getragen (Abb. 114), oder er muss rechnerisch kompensiert und während der Montage aus dem Gewebe gezogen werden. In jedem Fall muss der Schweißschrumpf beim Zuschnitt berücksichtigt werden.

Prüfung an der fertigen Naht

Nahtabriss

76

einem Druck von 50 N/cm2 verpresst. Beim Abkühlen kommt es zur chemischen Bindung zwischen den Beschichtungen. Mit dieser Verbindungsart können 80 – 90 % der Gewebefestigkeit erreicht werden. ETFE-Folien können durch thermisches Schweißen mit dem Schweißbalken oder durch Wärmeimpuls-Schweißen miteinander verbunden werden. In beiden Fällen erfolgt das Schweißen ohne Zugabe von Schweißhilfen. Das Schweißen mit Balkenberührung kann kontinuierlich oder im Takt erfolgen. Geschweißt wird in der Regel bei Temperaturen ab 230 °C.

Abb. 115: PTFE-Heizschweißpresse mit einer Heizbalkenlänge von 2 m und einem maximalen Pressendruck von 7 bar

Heizelementschweißen Bahnen aus PTFE-beschichtetem Glasfasergewebe können auch durch Wärmekontaktschweißen, eine Sonderform des Heizelement-Schweißverfahrens, miteinander verbunden werden. Dabei wird die Beschichtungsmasse durch Kontakt mit einem Heizbalken bis 340 °C aufgeheizt. PTFE ist aus linearen Ketten aufgebaut und geht bei Erwärmung in den thermoelastischen Bereich über. Nach dem Schmelzen der kristallinen Bereiche ist es nicht genügend fließfähig, um weiterverarbeitet werden zu können. Deshalb wird als Schweißhilfe zwischen die zu verbindenden Gewebeteile eine Schicht aus thermoplastischer Fluorkunststofffolie aufgebracht. Anschließend wird die zu verschweißende Stelle 30–40 sec lang unter

Bei teilkristallinen Kunststoffen schmelzen die Kristallite bei Schweißtemperatur auf, das Polymer liegt dann als Schmelze vor. Beim Abkühlen aus der Schmelze kristallisiert das Polymer wieder, die Dichte in den kristallinen Bereichen nimmt zu, und das Volumen verringert sich. Zum Erreichen der geforderten Schweißnahtqualität ist daher ein rasches Abkühlen der Naht nach der Erwärmung erforderlich. Die Parameter für die Abkühlbedingungen und die Werkzeugtemperatur ergeben sich aus der Erfahrung der Konfektionäre und haben großen Einfluss auf die Materialeigenschaften. Die Nahtbreiten liegen in Abhängigkeit von den Beanspruchungen bei Kissenkonstruktionen in der Regel bei 5–20 mm. Laut Herstellerangaben liegt die Festigkeit der Naht bei > 90 %.1 Beim thermischen Impulsschweißen wird die Schweißwärme durch Stromimpulse in einem dünnen metallischen Schweißband durch Widerstandserwärmung erzeugt. Die Schweißtemperatur ist dabei präzise regelbar. Durch Nachkühlen unter Druck werden hohe Nahtfestigkeiten erreicht. Vorteil bei diesem Verfahren ist die schnelle Abkühlung des Heizbandes.

Abb. 116: Schweißen von ETFE-Folien

1 Fitz, H. (2004)

77

Abb. 117: links: Handschweißgerät; rechts: mobiles Magnetschweißgerät

Schweißarbeiten an der Baustelle Zu Abdichtungszwecken und bei Ausbesserungs- und Reparaturarbeiten an beschädigten Geweben muss oft auch an der Baustelle geschweißt werden. Dabei kommen verschiedene Handschweißwerkzeuge zum Einsatz. Beim bauseitigen Verschweißen von Deckmembranen aus Glas/ PTFE-Geweben werden heute vorwiegend Handschweißgeräte verwendet, bei denen der Druck über einen Handbügel auf das Gewebe aufgebracht wird. Die zu verbindenden Gewebeteile mit der dazwischenliegenden Schweißhilfe werden bei einer Temperatur von ca. 360 – 420 °C unter Druck miteinander verschweißt. Pro Schweißstelle dauert dieser Vorgang ca. 1–2 Minuten. Eingesetzt werden dabei Geräte mit Temperatursteuerung für einen Temperaturbereich bis 450 °C (links in Abb. 117). Zum Verschweißen von Glas/PTFE-Geweben können auch Magnetschweißaggregate eingesetzt werden. Diese Geräte arbeiten mit einer Schweißtemperatur bis 390 °C, sind mit einem Heizbalken ausgestattet und haben einen Pressendruck wie stationäre Schweißpressen. Sie wiegen allerdings ca. 50 kg und sind deshalb nur am Kran hängend als mobiles Baustellenschweißgerät einsetzbar (rechts in Abb. 117). Abdichtungs- und Ausbesserungsarbeiten an PVC-beschichtenen Polyestergeweben werden üblicherweise mit einem

Heißluftfön durchgeführt (links in Abb. 118). Ein Schweißverfahren, dass früher auch in der Konfektion eingesetzt wurde. Mit den ca. 750 g leichten Handgeräten lässt sich in einem Temperaturbereich von 50– 600 °C arbeiten. Das Verschweißen von Glas/PTFE-Geweben mit Heißluftfön ist zwar möglich, wird jedoch aufgrund der während des Schweißvorgangs freigesetzten, hochgiftigen Dämpfe heute nur selten angewendet. Teilflächenverbindungen zwischen Gewebemembranen werden üblicherweise vom Konfektionär hergestellt und vorgefertigt geliefert. Kann die zu überdachende Fläche nicht in einem Stück geliefert werden, müssen Montagestöße angeordnet werden, um die benachbarten Flächen miteinander zu verbinden. Beim Bau der Carport-Überdachung für das Amt für Abfallwirtschaft in München, einer Hochpunkt-Konstruktion, verzichtete man bewusst auf den Einsatz von biegesteifen Klemmverbindungen als Montagestöße zwischen den Teilflächen. Die ca. 10 x 12 m großen vorkonfektionierten Teilflächen der 8.400 m2 großen Glas/PTFE-Membrane wurden werkseitig in 70 m langen Bahnen verschweißt und so an die Baustelle geliefert, wo sie ausgelegt und mit Handschweißgeräten miteinander verbunden wurden. Um Fehler besser ausgleichen zu können, wurden die bauseitigen Schweißnähte in doppelter Breite ausgeführt (rechts in Abb. 118).1

Abb. 118: links: Ausbesserungsarbeiten mit einem Heissluftfön; rechts: Verschweißen von Teilflächen der Glas/PTFEMembrane beim Amt für Abfallwirtschaft in München

1 Göppert, K. (2003)

78

Abb. 119: links: Durch Nähnaht verstärkte PES/PVC-Gewebeecke eines Zirkuszelts; rechts: Vernähen des Randbereiches eines Glas/PTFE-Gewebes

2.5.1.2 Nähnähte Mit Fadennähten ist eine direkte kraftschlüssige Verbindung von Gewebefaden zu Gewebefaden möglich, sie sind das traditionelle Verbindungsmittel von Geweben im Zeltbau. Beim Bauen leichter Flächentragwerke bilden Fadennähte als Verbindung zweier Teilflächen heute jedoch eher die Ausnahme, zumal sie infolge der durch die Nähnadel hervorgerufenen Perforation der Membrane zu Undichtigkeiten führen und deshalb nachträglich abgedichtet werden müssen. In hoch beanspruchten Randbereichen und Eckausschnitten wird aber auch heute noch in manchen Fällen auf Nähnähte als Verbindungsmittel zurückgegriffen, die Schweißnähte werden in diesen Bereichen zusätzlich vernäht (links in Abb. 119). Bei der Anordnung von Randgurten auf Glas/PTFE-Geweben werden diese mit dem Gewebe ebenfalls vernäht (rechts in Abb.119). In der Herstellung ist beim Nähen einer Naht insbesondere auf deren „Sauberkeit“ zu achten. Zu hohe Nähgeschwindigkeiten erhitzen die Nähnadel stark und brennen Löcher in das Gewebe. Bekannte Fadennahtkonstruktionen sind die Flachnaht, die Kappnaht oder die Saumnaht. Bei den Sticharten wird unterschieden in Stepp-, Zickzack- und Kettstich. Die beste, aber auch aufwendig herzustellende Naht ist die „DoppelKappnaht“. Dabei werden die beiden Säume ineinander ver-

hakt und mit mehreren parallelen Nähten verbunden. Als Bewitterungs- und Lichtschutz kann die Nähnaht mit einer Folie überschweißt und versiegelt werden. Üblicherweise wird bauseits ein an das Gewebe konfektionierter Decklappen über die Nähnaht geschweißt.

2.5.1.3 Klebenähte Klebeverbindungen finden sich im Membranbau heute ausschließlich bei den wenig eingesetzten, silikonbeschichteten Glasfasergeweben. Diese Gewebeart kann aufgrund ihrer Struktur nicht verschweißt werden. Silikon ist ein Elastomer, dessen Moleküle räumlich weitmaschig vernetzt sind. Elastomere können nicht plastifizieren. Will man sie verbinden, muss man sie ähnlich wie Gummi vulkanisieren. Die Gummielastizität bleibt auch bei tiefen Temperaturen erhalten.1 Um die zu verbindenden Teile kleben zu können, muss die Oberfläche der Silikonbeschichtung behandelt werden. Das Lösungsmittel im Klebstoff lässt die Oberfläche aufquellen – die Haftung der Moleküle wird aufgebrochen und so eine bessere Adhäsion erreicht. Anschließend können die benachbarten Teile mit einem vernetzenden Kleber zusammengeklebt werden. Die unter den richtigen Prozessparametern für den Vernetzungsprozess erreichbaren Festigkeiten sind vergleichbar mit der Materialfestigkeit.2

Flachnaht

Blindnaht

doppelte Kappnaht

einfacher Saum

Flachnaht 4-fach

einfache Kappnaht

doppelte Kappnaht 4-fach

Saum mit EInschlag

Abb. 120: Fadennahtarten

1 DVS-Richtlinie 2225 (1991) 2 Blum, R. (2002-2)

79

2.5.2 Lösbare Flächenverbindungen Aufgrund der herstellungsbedingten Begrenzung der Bahnenbreiten werden bei Membranflächen, die nicht in einem Stück transportiert und montiert werden können, lösbare Montagestöße definiert. Je nach Anforderung an Kraftübertragung, Detailausbildung und Montierbarkeit können solche Stöße geschraubt oder geschnürt ausgeführt sein. Über Montagestöße müssen aus der vergleichsweise sehr dünnen Membranfläche hohe Kräfte über geschraubte oder geschnürte Verbindungen in die benachbarte Membranteilfläche übergeleitet werden. Aufgrund seiner Ausführung mit Metallplatten bildet der Montagestoß eine Unstetigkeitsstelle in der Steifigkeitsverteilung der Membranfläche, wo Deformationsbehinderungen der Membrangesamtverformung auftreten.

2.5.2.1 Klemmplattenstöße, Kederschienenstöße Die wichtigsten lösbaren Verbindungen für die Übertragung hoher Kräfte sind der Klemmplattenstoß und die Kederschiene. Beim Klemmstoß, einer Kombination aus kraft- und formschlüssiger Verbindung, werden die Gewebebahnen mit einem Keder

versehen und an der Baustelle mit Schrauben zwischen zwei Aluminium- oder Edelstahlplatten gepresst. Diese Verbindung eignet sich auch als feste Randverankerung der Membrane an die Primärkonstruktion. Bekannt sind Ausführungen als Flächenstoß, Kehlstoß oder Gratstoß. Die Kraftübertragung erfolgt über den am Ufer der beidseitig angeordneten Metallplatten anliegenden Keder, dessen Aufgabe es ist, das Rutschen der Membrane aus der Klemmplatte zu verhindern. Die Festigkeitswerte von Klemmplattenstößen liegen im Bereich der Schweißnähte. Erfolgt die Lastabtragung einer Klemmplattenverbindung ausschließlich in der Membranebene, muss die Länge der Platten auf die Flächenkrümmung abgestimmt werden, um eine Faltenbildung zwischen den Platten zu vermeiden. Ein Problem bei Teilflächenbegrenzungen mit Klemmplatten liegt in der unterschiedlichen Dehnfähigkeit der Membrane innerhalb und außerhalb des geschraubten Stoßes. Bei der Montage muss daher vor dem Verschrauben der Klemmplatten die Membrane in Längsrichtung stückweise vorgedehnt werden,

Membrane

Schweißnaht

Keder

Klemmplatte FEP-Folie

Abb. 121: Klemmplattenstoß

Abb. 122: links: Montage eines Klemmplattenstoßes; rechts: Dehnen der Membrane in einer Kederschiene

80

Abb. 123: Vorgedehnter Montagestoß in einer Bogenfläche

PU-Keder

Abb. 124: links: Kederschiene für Gewebemembrane; rechts: Klemmprofil für ETFE-Kissenanschluss

um die errechnete Kompensation entlang des gesamten Stoßes gleichmäßig auf die Abstände zwischen den geklemmten Profilen aufzuteilen. Alternativ zum Klemmplattenstoß können vorgeformte Kederschienen aus Aluminium oder Kunststoff als Teilflächenbegrenzung verwendet werden. Eingesetzt werden ein- und zweiteilige Schienen, die 1–4 Keder aufnehmen können. Nachteilig für die Montage ist die geringe Gleitfähigkeit der Kedernaht im Kederprofil in Längsrichtung (rechts in Abb. 122). Um ein Festkleben der Beschichtung am Profil zu verhindern, können spezielle, nicht klebende Kederstreifen an den Keder konfektioniert werden.

2.5.2.2 Schlaufen- und Schnürstöße Für weniger belastete Verbindungen, wie sie bei temporären Bauten oder pneumatischen Großkissen ver wendet werden, sind Schlaufen- und Schnürstöße gebräuchlich. Als Schnüre kommen meist Polyesterschnüre zum Einsatz. Die zweiteiligen Ösen sind meist aus verzinktem Stahl oder Edelstahl hergestellt und bestehen aus Ösenloch und Ösenring. Sie werden in einem Arbeitsgang mithilfe einer Schweiß-StanzPresse in die Membrane eingeschweißt, wobei gleichzeitig die Öffnung der Öse ausgestanzt wird. Die Durchmesser und Länge der Schnüre sowie die Form und Durchmesser der Ösen ergeben sich aus den Beanspruchungen. Die Kraftübertragung erfolgt vom Keder über die Öse oder Klemmplattenlochung auf die Schnur, wobei es erforderlich ist, die Ösen dicht am Keder anzuordnen.1 1

Bubner, E. (1997)

Der Vorspannvorgang während der Montage erfolgt in Schritten des Spannens und Entspannens der Schnüre. Das Variieren der Stoßbreite durch Zusammenziehen oder Nachlassen der Schnüre ermöglicht den Ausgleich von Zuschnittsungenauigkeiten. Dem Vorteil der schrittweisen Aufbringung der Vorspannung steht ein hoher Arbeitsaufwand gegenüber. Aufgrund der hohen Flexibilität der Verschieblichkeit in Längsrichtung können Dehnungen von Membrane und Schnürstoß gleichermaßen gut kompensiert werden. Der ungeschützte Stoß kann durch einen einseitig aufgeschweißten oder aufgenähten Membranstreifen abgedeckt und mit einem Klett- oder Riemenverschluss gesichert werden.

Abb. 125: links: Schnürstoß am Großkissen der Arena in Nimes, rechts: Schlaufenstoß an einem Zirkuszelt

81

2.6 Arten der Krafteinleitung am Rand Membranflächen stellen ein- oder zweiseitig gekrümmte Flächen innerhalb eines geschlossenen Randes dar. Um solche Flächen bei Beanspruchungen in ihrer vorgesehenen Form zu stabilisieren, werden über linienförmige Tragelemente am Rand Kräfte eingeleitet.

2.6.1 Geometrie der Berandung und Auswirkungen auf das Tragverhalten Das Trag- und Verformungsverhalten einer Membranfläche wird durch die Geometrie der Berandung wesentlich mitbestimmt. Unterschieden wird in biegesteife und biegeweiche Randausbildungen einer Membranfläche. Während in biegeweichen Rändern die Membranspannungen ausschließlich über Zugkräfte abgeleitet werden, sind biegesteife Randelemente vorwiegend druckbeansprucht und können auch Biegemomenten ausgesetzt sein. Im Zusammenwirken mit den im Randelement wirkenden Kräften beeinflusst die Ausbildung der Berandung die Flächengeometrie und somit die Steifigkeit einer Membrane. Bei Auftreten von Belastung finden in der Membranfläche Deformationen statt. Diese können vom biegeweichen Rand durch Verformung des Randelements aufgenommen werden. Die Nachgiebigkeit des Randelements bewirkt eine Auflagerverschiebung der Membranfläche. Die daraus resultierenden Randverformungen führen zum Abbau von Maximalspannungen.1 Dies kann insofern vorteilhaft für das Tragwerk sein, als man unter günstigen Voraussetzungen Vorspannkraft

und Beton für die Verankerung der Zugseile im Boden sparen kann. Bei biegesteifen Randausführungen hat die Membrane keine Möglichkeit, durch eine Randverformung Spannungsspitzen abzubauen. Abgesehen vom höheren Gewicht des Randelements können Ausführungen mit biegesteifer Berandung in bestimmten Fällen einen stärkeren Materialtyp für die Membranfläche erfordern. Ein höhere Materialfestigkeit führt dann jedoch auch zu einer Erhöhung der geometrischen Steifigkeit der Membranfläche und aufgrund der höheren einzuleitenden Kräfte zu einer geringfügig veränder ten Flächenkrümmung gegenüber der biegeweichen Randausführung. Der frei gekrümmte, biegeweiche Rand liegt in der Regel in einer Ebene. Durch mögliche Querverformungen (Durchhang bei äußeren Lasten) ergeben sich Krümmungsänderungen in der Fläche. Über die Kraft im biegeweichen Randelement, den Radius der Berandung und die Membranspannung lässt sich die Flächengeometrie einer Membrane in folgender Weise beeinflussen: Mit zunehmender Kraft im Randelement (SS) erhöht sich die Membranspannung (SM). Das Verhältnis von Randseilkraft zu Membranspannung bestimmt die Randgeometrie. Bei Vergrößerung des Radius der Berandung (R) verringert sich die Flächenkrümmung, mit zunehmenden Krümmungsradien nehmen demzufolge die Kräfte in den Randelementen zu (Abb. 127). Das Einhalten der maximalen Spannungen im Randelement erfordert eine den Kräften angepasste Dimensionierung des Tragelements.

Abb. 126: biegeweiche und biegesteife Berandung eines Vierpunkt-Segels

R = SM / SS

Abb. 127: Membranform als Funktion der Randgeometrie

1 Essrich, R. (2004)

82

Abb. 128: Form-, kraft- und stoffschlüssige Verbindung im Zwickelbereich

2.6.2 Zur Detaillierung von Rändern und deren Verankerung im Eckbereich Weil biegeweiche und biegesteife Tragelemente bei der Lastabtragung zusammenwirken, müssen sich die Verformungen der einzelnen Tragwerksteile gegenseitig begrenzen und miteinander „kompatibel“ sein. Daraus ergibt sich ein wichtiger Parameter bei der Entwicklung von Rand- und Eckausbildungen – die Berücksichtigung der Steifigkeitsrelationen zwischen Membrane und Randverstärkung. Die Schwierigkeiten beim Detaillieren liegen vor allem darin, hohe Zugkräfte aus den dünnen, hochfesten und biegeweichen Membranen in dehnungsärmere, metallische, biegesteife Bauteile einzuleiten und Bewegungsdifferenzen aufzunehmen. In den randnahen Bereichen gilt es, die Verformungen der Tragelemente unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Deformationsverhaltens der Werkstoffe zu kompensieren. Zur Abstimmung der unterschiedlichen Dehn- und Biegesteifigkeiten der aufeinandertreffenden Elemente können kraftschlüssige, stoffschlüssige und formschlüssige Verbindungen kombiniert werden. Bestehen Randelement und Flächenelement aus demselben Material, lässt sich auch über das Gewichtsverhältnis von Flächen- zu Randelement bei veränderlichem Radius eine Beziehung zur gleichartigen Dehnung der beiden Tragelemente herstellen.1 Aus den Bedingungen der Flächen- und Randgeometrie ergeben sich für die Aufnehmbarkeit von Tangentialkräften infolge Translations- und Rotationsverschiebungen bei Lasteinwirkung Verformungsanforderungen an die konstruk-

Abb. 129: Auf das Randelement wirkende Kräfte

1

Otto, F.; Happold, E.; Bubner, E. (1982)

tive Durchbildung und Materialwahl der Ränder und deren Verankerung. Dies gilt insbesondere für die Montage, wo der Übergang vom entspannten zum gespannten Zustand große Formänderungen verursacht. Für die Festlegung der Freiheitsgrade an den Verankerungspunkten sind die Drehwinkel zur Befestigung der Membrane an den Ecken und Rändern zu berücksichtigen. Bei Schlaffwerden einer Geweberichtung können sich die Auflagerdrehwinkel infolge Wind- und Schneeeinwirkung erheblich vergrößern. Für die Montage spielt die Richtung der Krafteinleitung während des Spannvorgangs vor allem bei den knickempfindlichen PTFE-beschichteten Glasgeweben eine wichtige Rolle, um die Membrane faltenfrei zu spannen und Beschichtungsbrüche zu vermeiden. Hinsichtlich der konstruktiven Durchbildung sind auch die Richtung und Größe der ankommenden Kräfte zu berücksichtigen. Je nach Höhe der eingeleiteten Vorspannung in Kett- und Schussrichtung bzw. in Trag- und Spannseilrichtung wirken unterschiedlich gerichtete und verschieden große Radialkräfte auf den Rand. Trifft eine Gewebebahn schräg auf einen Rand, kommt es bei Belastung zu unterschiedlicher Beanspruchung des Randelements, die aufgenommen werden muss, um ein Rutschen des Gewebes zu verhindern (s. Abb. 129). Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Entwicklung von Randund Eckanschlüssen ist deren Dimension. Wenn möglichst leichte und schlanke Konstruktionen gebaut werden sollen,

83

wird man auch im Detail darauf achten, möglichst gewichtsminimierend zu arbeiten. Die Anschlüsse lassen sich jedoch nur bis zu einer Mindestgröße reduzieren, die den Platzbedarf der unterschiedlichen aufeinandertreffenden Tragelemente und deren Verankerung berücksichtigt.1 Dieser Grenze der Anpassbarkeit der Details an die Größe der Konstruktion sollte auch bei der montagegerechten Detailentwicklung Rechnung getragen werden.

tial zum Rand verlaufendes Tragelement des biegeweichen Randes ist gleichmäßig über seine Querschnittsfläche verteilt ausschließlich auf Zug beanspruchbar. Werden die Tangentialkräfte an linienförmig verlaufende, starre ein- oder mehrteilige Formteile weitergegeben und von dort punkt- oder linienförmig in benachbarte Konstruktionen eingeleitet, spricht man von der biegesteifen Randausführung (e–h in Abb. 130).

Kräfte aus der Membranfläche müssen über die Berandung an das primäre Tragsystem weitergegeben werden. Dabei kommen unterschiedliche Ausführungsvarianten von Randelementen zur Anwendung. Gestaltungskriterium für die Ausführung ist in erster Linie, wie die Kräfte geführt und in das Primärtragwerk eingeleitet werden.

Weitere Gestaltungsparameter zur Entwicklung der Randausführung sind die Steifigkeitsrelationen und das Verformungsverhalten der unterschiedlichen Materialien, die Dimensionierung hinsichtlich eines ökonomischen Verhältnisses von Spannweite und Verbindungsmittel, die Handhabbarkeit während der Montage und das Zeitstandsverhalten unter biologischer, chemischer und physikalischer Einwirkung.

Verläuft entlang des Membranrandes ein Randelement, das die Kräfte aus der Membrane in einer gekrümmten Linie sammelt und bis zum Verankerungsbereich führt, spricht man von der biegeweichen Randausführung (a–d in Abb. 130) Ein tangen-

Im folgenden Abschnitt werden die am häufigsten zur Anwendung kommenden biegeweichen und biegesteifen Randausführungen beschrieben. Dabei wird auch auf Fragen der Montierbarkeit der einzelnen Randausbildungen eingegangen.

2.6.3 Randausführungen

a

b

c

d

e

f

g

h

biegeweiche Berandung

biegesteife Berandung

a b c d

e f g h

Gurtrand Seilrand Seilrand mit Gurt Klemmplattenrand auf Seil montiert

Abb. 130: Membranrandausbildungen

1 Sobek, W. (1994)

Rohrrand Klemmplattenrand Klemmplattenrand mit Bügeln auf biegesteifen Randträger Rohrrand mit Schnürung

84

2.6.3.1 Ausführungen biegeweicher Berandung Beim Seilrand, einer häufig angewendeten biegeweichen Randausbildung, werden die Randkräfte von einem in einer Tasche liegenden Seil aufgenommen. Der Rand ist frei gespannt und verläuft bogenförmig. Die Tasche wird gebildet durch Umschlagen und Verschweißen des Membranrandes. Es entsteht der Hohlsaum. Während der Montage wird durch ihn ein Stahlseil als Randelement hindurchgeschoben (Abb. 131). Um Schäden am Saum zu vermeiden, wird an der Innenseite meist ein Scheuerschutz angebracht. Randseiltaschen können auch als separate Taschen sandwichartig aufgesetzt werden. Werden sie nur einseitig an der Membrane aufgeschweißt, führt dies zu deutlich geringeren Festigkeitswerten.1 Die Länge des Hohlsaums ist abhängig von der rechtwinklig zum Rand auftretenden Zugspannung. Die Saumlänge und der Seildurchmesser sind maßbestimmend für die Aufspreizung des Hohlsaums (α in Abb.131). Bei der Lasteinleitung am Hohlsaum wird die Beschichtung der Membrane auf Normalkraft beansprucht. Die Aufspreizung bewirkt in der Ebene der Naht eine Kombination aus Schäl- und Schubbeanspruchung. Mit größer werdendem Spreizwinkel wächst der Anteil der Schälwirkung bei Zugbeanspruchung, dies kann zur Ablösung der Beschichtungsfläche vom Gewebe führen.2 Seil α FEP-Folie Schweißnaht

In ein- und zweiachsigen Versuchen kann untersucht werden, wie sich die Schälfestigkeit unter zweiachsiger Beanspruchung und bei verschiedenen Winkeln der Geweberichtungen zum Rand verändert. In der Praxis hat sich gezeigt, dass mit der Begrenzung des Spreizwinkels auf maximal 15° ein Aufschälen der Schweißnaht vermieden werden kann. Bei der Seilrandausführung mit PTFE-beschichteten Glasfasergeweben sollte ein Winkel von 6° nicht überschritten werden.3 Wenn die Reibungskräfte zwischen Seil und Tasche nicht ausreichen, um die Verschiebung zwischen Seil und Membrane aufzunehmen, kann im Lasteinleitungsbereich zusätzlich ein Gurt angebracht werden, der diese Tangentialkräfte aufnimmt (Abb. 132). Der Gurt, meist aus Polyester, kann kompensiert oder vor dem Aufbringen auf der Membrane vorgespannt werden, sodass der Gurt die unter Vorspannung auftretenden Dehnungen aufnehmen kann. Für die Übertragung dieser Kräfte ist die Verbundfestigkeit zwischen Gurt und Membrane maßgebend. Bei vergleichsweise geringen abzuleitenden Kräften können auch ausschließlich aufgenähte oder eingeschweißte Gurte verwendet werden. Gurte aus Polyester haben jedoch nur eine begrenzte Tragfähigkeit, weshalb Gurtrandausbildungen meist bei Membranrändern mit geringen Spannweiten verwendet werden. Der Rand kann auch biegesteif ausgeführt werden, wenn als Spannelement ein Rohr verwendet wird. Randausbildungen mit in Taschen verlaufenden Rohren sind schnell zu montieren und relativ kostengünstig. Am Boden mit Erdankern fixiert, war dies lange Zeit die Standardlösung zur Verankerung kleiner Traglufthallen. Für hohe Beanspruchungen ist diese Lösung jedoch nicht geeignet.4

Saumlänge

Abb. 131: Saumtasche mit Seil als Randelement

Abb. 132: Seilrand mit aufgenähtem Gurt

1 Stimpfle, B. (2000)

3 Stimpfle, B. (2000)

2 Minte, J. (1981)

4 Sobek, W. (1994)

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Ist ein Führen des Seiles innerhalb einer Tasche nicht erwünscht, kann das Seil auch nach außen gelegt werden. Die Kräfte aus der Membranfläche müssen dann vom Keder auf die Klemmplatten und von dort über Blechschlaufen an das außen liegende Seil weitergegeben werden. Eine solche Randausführung mit einer Kombination von Seil und Klemmplatten kommt häufig bei Membranflächen mit großen Spannweiten zur Anwendung (Abb.134). Oft wird diese Lösung auch als biegeweiche Berandung von PTFE-beschichteten Glasfasergeweben ausgeführt. Eine Seilrandausführung wie bei den PES/PVC-Geweben ist bei den steifen Glasfasergeweben weniger gebräuchlich, da die PTFE-Beschichtung leicht abgeschält werden kann. Das Auftreten hoher Spreizkräfte an der Tasche muss verhindert werden.1 Bei der in Abbildung 133 dargestellten Ausführung wird das Gewebe durch einen linear geklemmten Kederrand gefasst und in regelmäßigen Abständen mit Blechbügeln an dem Seil befestigt (a in Abb. 133). Ein kontinuierlicher, linienförmiger Formschluss zwischen Keder und Klemmplatten ist nur gegeben, wenn der Abstand zwischen Klemm- und Haltebolzen nicht zu groß bemessen und gleich lang ist (b und c in Abb. 133). Gleiches gilt für die Plattenabstände (d in Abb. 133).

Klemmplatte

Keder

Seil

Dichtgummi Blechlasche l Schweißnaht

u

b

c

d

a

Der Anschluss ist am Rand frei verdrehbar, die Einleitung von Kräften parallel zum Rand ist jedoch wegen der Schiefstellung der Blechschlaufen zu vermeiden. Eine bessere Kraftverteilung in Längsrichtung kann mit einer an der Unterseite versetzten Anordnung erreicht werden (u in Abb. 133).

Abb. 133: Randausbildung mit Blechschlaufen

Der Montageaufwand beim Bügelrand ist wesentlich höher als beim Seilrand, wo das Seil verhältnismäßig einfach mit einem Vorseil durch die Tasche gezogen werden kann. Beim Bügelrand müssen die einzelnen Plattenober- und Unterteile auf die meist

in Längsrichtung stückweise vorgedehnte Membrane vormontiert und danach die einzelnen Schlaufen an dem Seil befestigt werden (links in Abb. 134).

Abb. 134: links: Kehlmontage an der Überdachung im Sony-Center in Berlin; rechts: Kehlausbildung am Gottlieb Daimler Stadion in Stuttgart

1 Stimpfle, B. (2000)

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Abb. 135: Spannbare Randausführung in der Halle Il Grande Bigo in Genua, Italien

Eine spannbare Randausführung findet sich an der 1992 errichteten Halle Il Grande Bigo in Genua (Italien). Dort wurde der von Klemmplatten gefasste Rand eines PTFE-beschichteten Glasfasergewebes über Wantenspanner zum Randseil geführt, wobei eine eigens angefertigte Gabel jeweils zwei Klemmplatten greift (Abb. 135). Sind geringere Kräfte entlang des biegeweichen Membranrandes zu führen, kann dieser als Gurtrand ausgeführt werden. Dabei kommen einfach oder doppelt vernähte Gurte zum Einsatz. Sie können in einer Tasche liegen oder außen an die Membrane geschweißt oder genäht werden (a, b in Abb. 136). In beiden Fällen sind sie unverschieblich mit dem Membranrand verbunden. Offen liegende Gurte müssen vor UV-Strahlung und biologischen Einwirkungen geschützt werden. Dazu können sie mit Membranmaterial umlegt werden. Aufgrund der Schwierigkeiten, die Dehnsteifigkeiten von Membranen und Randverstärkung aufeinander abzustimmen, wurden

Abb. 136: Gurtrandausführungen

von Hans Gropper und Werner Sobek Überlegungen zur Neuentwicklung eines Membranrandelements angestellt. Dabei wurde davon ausgegangen, dass dehnweiche Randelemente in spitzen Eckbereichen günstigere Membrankraftverhältnisse zwischen Zwickellängs- und Querzugkräften hervorrufen als beispielsweise Stahlseile. Im Rahmen der Techtextil-Messe 1985 in Frankfurt am Main wurde dann der Entwurf eines textilen Randelements mit asymmetrischem Querschnitt vorgestellt. Es besteht aus miteinander verwebten Polyesterfasern (PETP) mit einer Gesamtbruchlast von etwa 1.000 kN und kann durch herkömmliche Konfektionierungsmethoden mit dem Membrangewebe verbunden werden. Das Anschlussgewebe leitet Radial- und Tangentialkräfte in den dickeren Querschnittsteil des Randelements über, der lastabtragende Funktion besitzt. Nach der Erstellung eines Prototyps wurden Untersuchungen zu möglichen Verankerungen des textilen Randelements angestellt. Untersucht wurden eine Gleitdorn- sowie eine Kunststoffvergussverankerung.1

a

150

b

150

3

30

c

b

a

a Füllkette b Schlauchgewebe c Anschlussgewebe

Abb. 137: Systemskizze für ein textiles Randelement von Hans Gropper und Werner Sobek

1 Gropper, H.; Sobek, W. (1985) Anm.: Dem Autor sind bisher keine Membrantragwerke mit einer derartigen Randausbildung bekannt.

87

2.6.3.2 Ausführungen biegesteifer Berandung Die wichtigste lösbare Verbindung für die Übertragung hoher Kräfte ist der Klemmplattenstoß, auch Montagestoß genannt. Bei dieser Kombination aus kraft- und formschlüssiger Verbindung werden die zu verbindenden Gewebebahnen mit einem Keder versehen und an der Baustelle mit Schrauben zwischen zwei Metallplatten gepresst. Diese Verbindung eignet sich auch als feste Randverankerung der Membrane an die Primärkonstruktion.

Klemmplatte

Membran

FEP-Folie Grundplatte Schweißnaht PU-Keder

Die Kraftübertragung erfolgt über den am Ufer der Metallplatte anliegenden Keder, dessen Aufgabe es ist, das Rutschen der Membrane aus der Klemmplatte zu verhindern. Werden Klemmplatten als Randausbildung gewählt, muss die Membrane perforiert werden. Dabei ist zu beachten, dass der gewählte Lochabstand für die Schrauben durch die Vorspannung verändert wird. Die gleichmäßige, linienförmige Lastübertragung zwischen Membrane und Primärkonstruktion ist erst dann gewährleistet, wenn die Schraubengröße und die Lochdurchmesser in Klemmplatte und Gewebe aufeinander abgestimmt sind. Bei nicht ausreichender Bemessung der Klemmplattenquerschnitte kann der Randkeder zwischen den Schrauben unter die sich aufbiegende Klemmplatte gezogen werden.

a b

c

c

Die Funktion der formschlüssigen Lastübertragung von der Klemmplatte über den Keder zu den Gewebefäden ist nur dann sichergestellt, wenn der Keder während der Montage direkt an den Klemmplattenrand angelegt wird. Wird dies nicht berücksichtigt, können durch den Schlupf in der Lochleibung Brüche in der Membrane von den gestanzten Löchern ausgehen. Die für die Klemmschrauben ausgestanzten Löcher in der Membrane sollten so groß sein, dass die Lochränder der Membrane die Schrauben nicht berühren (a in Abb. 138). Dies gilt vor allem für Glasgewebe.

Plattenlängen bis 150 mm sind üblich, mit kürzeren Platten liegt man bei stärkeren Krümmungen auf der sicheren Seite. Für biegesteife Klemmplattenränder werden Längen bis 1.000 mm verwendet.1

Für die Längen der Klemmplatten gilt bei Stoßausbildungen: Je geringer die Krümmung der Membrane, desto länger können die Platten sein. Die Dehnung der Membrane in Längsrichtung sollte durch den Klemmstoß nicht behindert werden.

Die Muttern der Klemmplatten werden mit definiertem Drehmoment angeschraubt. Bei tiefen Montagetemperaturen ist auf die Höhe der Vorspannkraft zu achten, um Sprödbrüche der Metallplatten zu vermeiden. Das Drehmoment der Klemm-

Abb. 138: Klemmplattenrand

Abb. 139: Klemmplattenrand und Eckausbildung bei der Überdachung des Bahnhofs in Dresden

1 Bubner, E. (1997)

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Abb. 140: Kederschienenprofile

Abb. 141: links: Eckanschluß und Randausbildung bei der Eingangsüberdachung des Bundeskanzleramts in Berlin; rechts: Detailfoto Klemmprofil

schrauben hat bei richtiger Montage keinen Einfluss auf die Festigkeit der Klemmverbindung. Der Schraubenabstand beeinflusst jedoch die Festigkeit der Verbindung (b in Abb. 138). Der Abstand sollte 200 mm nicht wesentlich übersteigen.1 Der Klemmplattenüberstand sollte so gewählt werden, dass bei stark gekrümmten Membranen die Platten einander nicht berühren (c in Abb. 138).

Schnitt Klemmschraube

Biegesteife Membranränder können auch mit in den Abschnitten 2.2.1.3 und 2.5.2.1 und erläuterten ein- und mehrteiligen Profilschienen aus Leichtmetall ausgeführt werden. Bei Randausführungen mit Kederschienen ist insbesondere auf die Gleitfähigkeit des Gewebes in der Schiene zu achten. Biegesteife Randausführungen bilden in der Regel ein kraftschlüssiges System mit der Primärkonstruktion. Die Ränder verlaufen meist geradlinig. Bildet der Rand eine Kurve, so ist diese herstellungsbedingt meist einachsig gekrümmt.

Schnitt Stoßlasche-Bolzen

Eine Sonderform der biegesteifen Randausbildung findet man bei der 240 m2 großen Überdachung des Eingangs zum Bundeskanzleramt in Berlin. Die Radial- und Tangentialkräfte aus dem PTFE-Glasgewebe werden dort von dreidimensional verformten Klemmprofilen aus Aluminium über Seile auf die Primärstruktur übertragen. Die gekrümmten und tortierten Profile sind zum Erreichen der Längssteifigkeit durch innen liegende verbolzte Laschen aus Stahl miteinander verbunden. Der Randkeder des Gewebes ist als Rundlitzenseil ausgebildet. 1 Minte, J. (1981)

Regelschnitt

Abb. 142: Detail Aluminium-Klemmprofil

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Abb. 143: Schematische Darstellung eines möglichen Kraftverlaufs im Zwickelbereich eines Seilrandes

2.7 Eckausbildungen Membranecken bilden den Endpunkt zweier Membranränder, wo die Enden der lastabtragenden Randelemente durch einen Beschlag unverschieblich zueinander verankert sind. Über den Eckbereich müssen die Kräfte aus der Membrane und aus den Randelementen über Beschläge umgelenkt oder in die Primärkonstruktion geleitet werden. Der Übergang vom spannungslosen in den gespannten Zustand durch das Einbringen der Vorspannung macht den Eckbereich besonders sensibel gegenüber Überspannungen und Faltenbildung. Die Randausbildung und deren Verankerung in den Zwickelbereichen beeinflussen das Tragverhalten von Membranen wesentlich. Dies wird einerseits durch die Richtung der aufzuneh-

menden Membrankräfte und andererseits durch die Steifigkeitsrelationen von Randverstärkung und Membrane deutlich. Bei Membranrandausbildungen sind Höhe und Richtung der aufzunehmenden Kräfte auch abhängig von der Geometrie der Ecke, dem Winkel im sogenannten Zwickelbereich der Membranfläche. Das Randelement verläuft im Zwickelbereich fast parallel zu den Hauptkrümmungen der Membranfläche. Die Membranspannungen, die im randnahen Bereich normal zur Randseiltangente verlaufen, werden im Zwickel nahezu parallel zu ihr eingeleitet. Je spitzer der Winkel der Ecke, desto wichtiger wird demzufolge die Aufnehmbarkeit von tangential zur Randkurve wirkenden Membrankräften, um ein Herausgleiten der Membrane aus dem Zwickel zu verhindern.

Abb. 144: Ecken mit Randseilen in stumpfen und spitzen Winkeln

Abb. 145: links, mitte: Gurtecken mit durchlaufendem und gestoßenem Randgurt; rechts: Seileck mit Tangentialgurten

90

Abb. 146: links: Seileck mit Gittermembrane; mitte: Seileck mit Gurtverstärkung; rechts: Seileck mit Tangentialgurten

Dies kann bei biegeweicher Randausführung durch die Anordnung von Eckbeschlägen erreicht werden. In Abhängigkeit von Gleitkraft und Randgeometrie kann die Membrane so unverschieblich in Position gehalten werden (Abb. 144).1 Eckbeschläge und Randelemente bilden jedoch im Eckbereich ein steifes Bauteil. Dies führt im Zwickelbereich zu einer ungewollten Steifigkeitserhöhung der Ecke. Je spitzer der Winkel im Zwickel, desto höher sind die zu erwartenden Membranspannungen und desto größer wird der Einfluss des Randelements hinsichtlich der Steifigkeit der Ecke. Erfolgt keine Steifigkeitsabstimmung durch die Kompensation möglicher Verschiebungen zwischen Eckbeschlag, Randelement und der Membrane, führt dies im Zwickelbereich zu einem ungünstigen Verhältnis zwischen Zwickelquerzug- und Zwickellängskräften, was zumindest Faltenbildung verursachen kann.2 Sind nur geringe Kräfte über die Ränder aufzunehmen, können textile Randelemente zur Ecke geführt und dort durch Bleche

Membranklemmplatte Blech mit ausgefräster Seilrille

Spannbolzen Sicherungsbügel

Abb. 147: Eckbeschläge mit durchlaufendem Seil

1 Bubner, E. (1997) 2 Sobek, W.; Gropper, H. (1985)

oder Ringe gezogen werden (links, mitte in Abb. 145). Bei solchen Ausführungen verbessern sich zwar die Steifigkeitsrelationen deutlich, die Gefahr der Faltenbildung bleibt jedoch bestehen. In den meisten Fällen wird man jedoch aufgrund der Anforderungen aus den abzuleitenden Kräften biegeweiche Ränder mit Seilen als Randelement ausführen. Dies stellt hinsichtlich der Steifigkeitsverhältnisse zwischen der Membrane und dem vergleichsweise steifen Randelement und Eckbeschlag allerdings ein Problem für den Spannvorgang bei der Montage dar. Dort müssen über die Einleitung der Vorspannung die Kräfte in der Membrane so beeinflusst werden, dass eine Winkelverdrehung im Gewebe stattfinden kann. Ist der Eckbereich nun ausgesprochen spitzwinklig, wird der Grenzwinkel, bei dem der Widerstand gegen diese Verdrehung ansteigt, kleiner, und die geometrische Steifigkeit des Gewebes nimmt zu. Daraus ergibt sich, dass im Zwickelbereich beim Spannvorgang höhere Kräfte eingeleitet werden müssen als in stumpfwinkligen Eckbereichen.

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Abb. 148: Biegesteife Ecken mit spitzem und stumpfem Winkel

Bei biegeweicher Berandung wird die Vorspannung meist durch Verschieben des Eckbeschlags eingebracht. Ankonfektionierte Membranstreifen oder Gurte können die Materialkapazität der Membranfläche in diesem sensiblen Bereich erhöhen, wenn singulär Kräfte eingeleitet werden müssen (Abb. 146). Diese Maßnahme erhöht jedoch wieder die Steifigkeit im Eckbereich. Dies muss einerseits hinsichtlich der Höhe der Kompensationswerte und andererseits bei der Festlegung des Spannkonzepts berücksichtigt werden. Beim stumpfwinkligen, biegeweichen Rand sind beim Spannvorgang deutlich geringere Probleme zu erwarten. Dort kann das Seil um den Beschlag geführt werden (Abb. 147). Ein Nachspannen des kompensierten Randelements kann dort meist ebenfalls einfacher durchgeführt werden. Bei der biegesteifen Berandung ergibt sich durch die Dehnsteifigkeit des Randelements beim Spannvorgang ein Zusammenhang zur Richtung der gewählten Bahnenlage. Dort kann durch Verschieben des Eckbeschlags nicht der ganze Rand gleichmäßig gespannt werden. Die Einleitung der Vorspannung erfolgt durch schrittweises Verschieben der einzelnen

Randelemente. Die im Eckbereich ankommende Zuschnittsrichtung korrespondiert jedoch nicht mit der Achse der einzuleitenden Vorspannkräfte. Auch das Einleiten unterschiedlich hoher Kräfte in die Hauptanisotropierichtungen erschwert das Spannen bei biegesteifer Eckausbildung vor allem in spitzwinkligen Eckbereichen erheblich (Abb. 148). Bei parallel zugeschnittenen Bahnen ändert sich die zur gewünschten Vorspannung notwendige Dehnung entlang der Randkurve. Die Dehnsteifigkeit des Randelements ist jedoch über die gesamte Länge konstant. Die dadurch entstehenden Spannungsunterschiede in der Membrane müssen im Zwickelbereich aufgenommen werden.1 Diese Zusammenhänge machen deutlich, dass der Zuschnitt und die Nahtlage für den Zwickelbereich eine wichtige Rolle spielen und eine sorgfältige Planung dieses Detailbereiches notwendig machen. Der Eckbereich biegesteifer Ränder ist meist als Richtungsänderung der biegesteifen Randelemente konstruiert. Diese bestehen in der Regel aus Klemmplatten-Standardelementen (Abb. 149).

Abb. 149: Biegesteife Eckausführungen

1 Gropper, H.; Sobek, W. (1985)

93

3 Montage biegeweicher Tragelemente

3.1 Einleitung Neben der Tragwerks-, Zuschnitts- und Detailplanung sowie der Fertigung der Werkstoffe bildet die Montage den wichtigsten Abschnitt in der Prozesskette zur Realisierung eines Membrantragwerks. Der Montageprozess dient der Errichtung von Membrantragwerken am Aufstellungsort. Dabei werden einzelne Bauteile zu einer tragenden Konstruktion planmäßig aneinandergefügt. Die Montage umfasst alle Operationen, die zum Zusammenbau nicht zerlegbarer Teile zu größeren Gruppen oder Elementen (Montageeinheiten) sowie zum Ein- oder Aufbau einzelner Teile oder Montageeinheiten geeignet sind. Die Bauteile müssen durch geeignete Handhabung gefügt, kontrolliert, positioniert und justiert werden. Die Fertigstellung der Montage ist dann erfolgt, wenn die geforderte Festigkeit der Verbindungen und Elemente bei gewünschter räumlicher Lage der gefügten Bauteile erreicht ist. Bei Membrantragwerken ist dies der Fall, wenn das Tragwerk und dessen Tragelemente die durch Erreichen des berechneten Vorspannzustandes gewünschte Sollgeometrie einnehmen. Die Fertigung und der Vorzusammenbau der einzelnen Bauteile zu transportfähigen Einheiten erfolgen im Werk. Der weitere Vorzusammenbau sowie alle zur Tragwerkserrichtung notwendigen Operationen der Montagedurchführung finden unter Zu-

hilfenahme der Montagemittel im koordinierten Ablauf an der Baustelle statt. Die Montageoperationen lassen sich einteilen in Hilfsoperationen, Operationen der Montagedurchführung und Verfahren zur Kontrolle und Dokumentation. Die Vorteile der Membranmontage liegen vor allem in der kurzen Ausführungszeit. Begünstigt durch die Fer tigung in hoch spezialisierten Betrieben wird eine hohe Passgenauigkeit mit hervorragenden Güteeigenschaften erreicht. Kennzeichnend für die Montage von Membrantragwerken sind die Besonderheiten in der manuellen und maschinellen Handhabung der biegeweichen Tragelemente an der Baustelle. Die zweckgerichtete stoffliche Zusammensetzung der Rand- und Flächenelemente ergibt ein komplexes mechanisches Verhalten, das in der Montageplanung und -durchführung berücksichtigt werden muss. Die mangelnde Stabilität des nicht vorgespannten Tragelements etwa erfordert, temporäre Lastzustände für das Tragwerk herzustellen, die im vorgespannten Zustand nicht wirksam werden. Die Durchführung notwendiger Stabilisierungsmaßnahmen erfordert eine eingehende Berücksichtigung in der Planung der einzelnen Bauteile. So müssen Stabilitätsberechnungen an den Tragelementen und an der Tragstruktur für die MontageZwischenzustände durchgeführt werden und Anschlag- und Befestigungspunkte, die ein zwischenzeitliches Verankern der instabilen Tragelemente ermöglichen, vorgesehen werden.

MONTAGEOPERATIONEN

HILFSOPERATIONEN

MONTAGEDURCHFÜHRUNG / MONTAGEVORGÄNGE

KONTROLLE und DOKUMENTATION

Transportieren

Vorbereitungsarbeiten

Voraussetzungen / Bedingungen

Abladen

Vormontage

Beschaffenheit der Bauteile

Lagern

Stabilisierungsmassnahmen

Montagedurchführung

Umsetzen

Einheben / Aufrichten

Sicherheitstechnische Aspekte

Baustelleneinrichtung

Auslegen

Arbeits- und Gesundheitsschutz

Ausrüstung

Einhängen

Umweltschutz

Montagemittel

Vorspannen

Kontroll- und Abnahmebedingungen

Abb. 150: Prozesskette der Montageoperationen

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Insbesondere ist auch auf die zeit- und temperaturabhängigen Einwirkungen auf die Materialien während der Montage zu achten. Beim Einbringen von Lasten in die Flächenelemente sind deren Auswirkungen auf die verschiedenen Gewebearten sehr unterschiedlich. Weil die Montage am terminlichen Ende des Projektablaufs angesiedelt ist und meist nur mehr wenig Zeit für Änderungen zur Verfügung steht, werden erst jetzt alle im Planungs- und Fertigungsprozess entstandenen Mängel und Fehler sichtbar. Dies muss frühzeitig im Planungsablauf durch die entsprechende Festlegung der Toleranzanforderungen berücksichtigt werden.

Schwerpunkt liegt dabei auf den Geräten und Vorrichtungen zum Spannen der biegeweichen Tragelemente. Im folgenden Abschnitt wird über die dem Montageverfahren zugrunde liegenden Prinzipien und deren Einflussgrößen berichtet. Besonderes Gewicht wird dabei auf das Wirkprinzip des Tragsystems hinsichtlich seiner Strukturform und Stabilitätsverhältnisse im Montagezustand gelegt. Nachfolgende Anmerkungen zur Errichtung der Primärkonstruktion beschreiben Verfahren zur Errichtung von Masten, Randträgerkonstruktionen und Seiltragwerken.

Zur inhaltlichen Gliederung des vorliegenden Kapitels Das vorliegende Kapitel orientiert sich in seinem Aufbau im Wesentlichen am Projektablauf zur Errichtung eines Membrantragwerks.

Es folgt eine exemplarische Vorstellung der Montageverfahren zur Errichtung charakteristischer Strukturformen mechanisch gespannter Membrankonstruktionen. Einzelne Montageschritte sind zeichnerisch dargestellt und dem Montageablauf entsprechend kommentiert. Ergänzend finden sich Abbildungen von gebauten Projekten.

Beginnend mit einer Übersicht über die Rolle und Aufgaben der Montageplanung werden die einzelnen Bereiche der planenden Vorausschau und deren wirtschaftliche und technologischen Ziele zusammenfassend erläutert. Neben den terminlichen und technischen Kriterien der Montageplanung wird auch über die Modellierung von Montageabläufen und über Aspekte des montagegerechten Konstruierens berichtet.

Ein weiterer Abschnitt widmet sich der Montagedurchführung und den Vorgängen an der Baustelle. Von den Vorbereitungsarbeiten und der Vormontage über das Einheben, Einhängen und Vorspannen werden die wesentlichen Vorgänge zur Montage der Tragelemente anhand ausgewählter Beispiele erläutert. Ein Hauptaugenmerk liegt hier auf den Verfahren zur Krafteinleitung in die Membranfläche.

Eine Beschreibung der verwendeten Montagemittel soll einen Überblick über die zu den Transport-, Hebe- und Spannprozessen eingesetzten Geräte und Werkzeuge geben. Der

Im letzten Abschnitt findet sich eine zusammengefasste Übersicht über Methoden und Verfahren zur Messung von Seil- und Membrankräften.

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3.2 Montageplanung Die planende Vorausschau des Bauablaufs sowie die ökonomische und technische Vorbereitung zur Koordination der Arbeiten auf der Baustelle werden im Bauwesen als Montageplanung bezeichnet. Ziel der Montageplanung ist es, die Bauzeit sowie den Personal- und Geräteeinsatz zur Errichtung eines Bauwerks zu optimieren.1 Trotz eines hohen Grades an Vorfertigung besteht auch im Bereich der leichten Flächentragwerke die Forderung nach immer kürzer werdenden Errichtungszeiten. Komplexe Tragstrukturen und der Einsatz immer weiter entwickelter Materialien lassen auch in technischer Hinsicht die Rolle der Montageplanung im Planungsprozess zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die Machbarkeit und Verhältnismäßigkeit des Fertigungsaufwandes zum Montageaufwand eines Membranprojekts realistisch einzuschätzen ist Erfahrungssache. Dazu sollten bereits im Entwurfsprozess ein Konfektionär und ein Montagefachmann konsultiert werden. Die Montageplanung besteht aus vielschichtigen ökonomischen Aufgabenbereichen. Neben wirtschaftlichen Aufgaben werden an den Montageplaner auch hohe technische Anforderungen zur Erstellung von Montagekonzepten gestellt. Insbesondere im Bereich der Membrankonstruktionen, wo eine Vielzahl sogenannter Sonderkonstruktionen mit immer wieder neuen, voneinander abweichenden Lösungen gebaut wird, spielen die Kenntnisse der Herstellungs- und Fügeprozesse eine entscheidende Rolle zur Optimierung des Montageaufwandes und somit auch zur Erreichung kurzer Bauzeiten. Dies zeigt, dass eine effiziente Montageplanung das Kostenbild zur Errichtung von Membrantragwerken entscheidend mitprägt.

3.2.1 Rolle und Aufgaben der Montageplanung Die Montagevorbereitung für leichte Flächentragwerke steht im Schnittpunkt einer Vielzahl von Arbeitsvorgängen und muss in den Bereichen Planen, Fertigen, Zubringen, Fügen und Kontrollieren Maßnahmen einleiten, die einen störungsfreien Arbeitsablauf gewährleisten. Zu diesen Maßnahmen zählen im Bereich •

Planen

– das Erstellen eines Montagekonzepts und das montagegerechte Konstruieren,

•

Fertigen

– die montagegerechte Fertigung,

•

Zubringen

– die rechtzeitige Anlieferung des Materials in montagegerechter Reihenfolge,

•

Fügen

– der unbehinderte technische Montageablauf an der Baustelle und

•

Kontrollieren – die begleitende messtechnische Kontrolle und Dokumentation.

1 Albrecht, R. (1973)

Die Montageplanung stellt hohe berufliche Anforderungen an den Montageingenieur. Übersicht und Organisationsvermögen sowie eine umfassende technische Ausbildung sind unerlässlich, um den komplexen Aufgabenstellungen gerecht zu werden. Die klassischen Aufgabenbereiche für den Montageplaner beinhalten im Wesentlichen das ökonomische Management und die montagetechnische Begleitung eines Projekts. Zusammengefasst lassen sich die Aufgabenbereiche der Montageplanung einteilen in •

die Terminplanung,

•

die Kapazitätsplanung und das Ressourcenmanagement und in

•

die Technische Montageplanung.

Die Zuständigkeit für die Durchführung der Montageplanung ergibt sich meist aus der Projektgröße und Komplexität der Aufgabe. Je größer oder komplexer die Bauaufgabe, desto eher wird ein erfahrener Ingenieur die Montageplanung vornehmen. Bei kleineren, einfach zu bauenden Membranbauten führt die Montageplanung und die Montage meist das Montageunternehmen oder der Konfektionär durch. Obliegt die Montageplanung und -durchführung dem Konfektionär, so ist die Gefahr des Informationsverlustes zwischen Herstellung und Montage faktisch nicht vorhanden. Fertigung und Montageplanung in einem Haus zu haben, hat auch den Vorteil, dass Fertigungsungenauigkeiten während der Montage leichter ausgeglichen werden können. Das Textile Bauen hat im Bauwesen nur einen geringen Marktanteil. Dementsprechend existiert auch nur eine geringe Anzahl von spezialisierten Montageunternehmen. Diese sind allerdings meist sehr umfangreich mit Werkzeugen ausgestattet und verfügen über große Erfahrung in der Projektabwicklung und -durchführung. Hinsichtlich ihrer Personalkapazität sind sie oft flexibel strukturiert, was insbesondere bei Auslandsaufträgen von Vorteil ist. Bei größeren Projekten wird die Montageplanung in der Regel von Ingenieuren durchgeführt. Dabei arbeitet der Tragwerksplaner meist mit spezialisierten Ingenieurbüros zusammen oder vergibt diese Leistung gänzlich. An der Baustelle begleitet das planende Montagepersonal alle Montageschritte, beginnend mit der Positionierung der Verankerungselemente über das Errichten der Substruktur, ferner die Montage der Membrankonstruktion und das mechanische oder pneumatische Aufbringen der errechneten Vorspannung, bis hin zur Bauabnahme und Übergabe. Das mit den Montagearbeiten betraute ausführende Personal muss für die an der Baustelle zu verrichtenden Vorbereitungsund Fügearbeiten sowie das seilunterstützte Arbeiten in oft

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PROJEKTSTEUERUNG Bauherrenkontakt Genehmigungen Arbeitssicherheit Qualitätskontrolle

MONTAGEKALKULATION

TERMINPLANUNG

KAPAZITÄTSPLANUNG

TECHNISCHE MONTAGEPLANUNG

Kaufmännische Begleitung Abrechnung Versicherungs- und Vertragswesen

Strukturanalyse Rahmenterminplanung Grobterminplanung Bauablaufplanung

Personalkapazität Bauteilliste Transport Montagemittel/Geräteeinsatz Baustelleneinrichtung

Werkstoff- und Bauteilplanung Arbeitsvorbereitung Montageverfahren Montagegerechtes Konstruieren Montageablauf

Abb. 151: Aufgaben der Montageplanung

großer Montagehöhe ausreichend qualifiziert sein. Die mehrheitlich aus metallbearbeitenden Berufen zum Einsatz kommenden Personen müssen ausreichend geschult sein in Handhabung und Bearbeitung der biegeweichen Tragelemente. Für die Montagedurchführung sind die jeweils gültigen rechtlichen Montagebedingungen zu erfüllen.

3.2.2 Terminplanung Die zeitliche Planung des Planungs-, Fertigungs- und Montageablaufs ist Hauptaufgabe der Montageplanung. Sie dient der Ordnung und Zeitbestimmung der einzelnen Teilleistungen und liefert die Grundlage für die Kapazitäts- und Kostenplanung zur Bestimmung von Personal und Gerät.1 Mit der Abstimmung sämtlicher Planungs-, Fertigungs- und Ausführungsaufgaben liefert die Terminplanung die notwendigen Angaben zum zeitlichen Aufwand und zur Dauer der unterschiedlichen Tätigkeiten, zu den Terminen und zum Kapazitätsbedarf an Montagekräften und Montagemitteln. Um bereits zu Beginn des Projekts den Ablauf und Leistungsfortschritt wirkungsvoll leiten, überwachen und kontrollieren zu können, ist es bei größeren Montageprojekten sinnvoll, mehrstufige Terminplanungssysteme zu verwenden. Üblicher weise wird dazu in General-, Grobtermin- und Feinterminplanung gegliedert. Nach der Aufgliederung des Projekts in Teilaufgaben und der damit verbundenen Kostenermittlung kann die Abstimmung der Rahmentermine zu den Planungsarbeiten und den ersten Arbeiten an der Baustelle wie etwa Fundament-, Gründungsund Erdarbeiten erfolgen. Darauf aufbauend lässt sich ein Grobterminplan mit zeitlichen Angaben zu Statik, Werkplanung, Materialbestellung, Fertigung, Materiallieferung und Montage 1 Petzschmann, E.; Bauer, H. (1991)

erstellen (Abb. 153). Mit der Feinterminplanung kann schließlich der genaue Montageablauf vorgegeben werden. Sie beinhaltet im Wesentlichen die Baustelleneinrichtung, die Bereitstellung und Installation der Montagemittel, die Vorbereitungs- und Vormontagearbeiten, die bauteilorientierte Durchführung der Montage und schließlich den Abbau von Kranen und anderen Montagemitteln sowie das Räumen der Baustelle. Der Zeitbedarf zur Realisierung eines Membranprojekts richtet sich im Allgemeinen nach der Größe und der Komplexität des Bauvorhabens. Vom Entwurf, der Planung und der Erlangung der Baugenehmigung über die Herstellung der Materialien bis zum Montageabschluss beträgt die Zeitdauer nach Angaben von Konfektionären in der Regel durchschnittlich 6–9 Monate. Einfachere Strukturen sind schneller realisierbar. Sind die Bauvorhaben größer und die Strukturen komplexer, wie beispielsweise Stadionüberdachungen, kann die gesamte Zeitdauer bis zur Übergabe auch 12–15 Monate in Anspruch nehmen.2 „… Die Planungsphase von der Idee bis zur Genehmigungsplanung nimmt in der Regel 2–3 Monate in Anspruch. Der Zeitraum für die Genehmigung selbst ist oft nur schwer zu beeinflussen … Nach Genehmigung werden nochmals rd. 1–2 Monate für die Werkplanung und je nach Umfang des Projekts 3–6 Monate für die Herstellung im Werk benötigt. Die eigentliche Montage vor Ort ist vergleichbar mit der eines Fertigteilhauses. Die Fundamente werden parallel zur Werksfertigung bauseits hergestellt. Für die Montage z. B. einer ca. 500 m2 großen Fläche sind dann rd. 1–2 Wochen einzuplanen.“ 3 Einen wesentlichen Teil bei der Terminplanung kann der Zeitbedarf für die Projektkoordination einnehmen, wenn viele Entscheidungsträger und Planer an einem Projekt beteiligt sind. Abstimmungen zur vertraglichen und formalen Entscheidungs2 Cenotec (1999) 3 Rudorf-Witrin, W. (1999)

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Abb. 152: Aufgerollter Gabelfitting mit baurechtlicher Zulassung

findung zwischen Bauherrenschaft und Planern sowie Änderungen können dann den Zeitbedarf erheblich mitbestimmen und in manchen Fällen bis zu 50 % des Zeitbudgets für einen Projektdurchlauf betragen. Sind nur ein Bauherr, der Architekt und der Tragwerksplaner beteiligt, ist die Gesamtdauer von Bestellung bis zum Ende der Ausführung in der Regel wesentlich kürzer.1 Zusammenfassend betrachtet ist der Zeitbedarf von Randbedingungen wie der Projektkoordination, der Art, Größe und Menge der zu verwendenden Materialien, der Montagevorbereitung und der montage- und fertigungsgerechten Zuschnitts- und Detailplanung abhängig.

Material- und Konstruktionsart der Seile hinsichtlich der Kapazitäten der Verseilmaschinen zu achten. Die Fertigungsmöglichkeiten zur Herstellung hoher Stückgewichte und Durchmesser sind nicht in jedem Land vorhanden. Bei geringen Bestellmengen sind die Mindestfertigungslängen für die einzelnen Seildurchmesser zu berücksichtigen. Weitere die Lieferzeiten beeinflussende Parameter sind Form und Abmessungen der Endverbindungen. Zur Vermeidung von Terminverzögerungen sollten bauaufsichtlich zugelassene Seile, Verankerungen und Bolzen verwendet werden, um nicht umfangreiche Prüfungen in Kauf nehmen zu müssen.2

Um das wirtschaftliche Ziel der Senkung der Projektlaufzeiten zu erreichen, muss in der Terminplanung auch vorausschauend auf Lieferzeiten des bestellten Materials geachtet werden. Der Zeitbedarf von Bestellung und Planung bis zur Lieferung der Membrane an die Baustelle liegt in Abhängigkeit von der Anzahl der Teilflächen bei einem Projekt durchschnittlicher Größe (ca. 2.000–3.000 m2) und klar abgestimmter Konstruktion bei ca. 2–3 Monaten. Zu den Lieferterminen von Membranen ist anzumerken, dass meist das Rohgewebe vom Konfektionär schon vor der Zuschnittsplanung bestellt wird. Die zu bestellende Rohmaterialmenge wird vom Konfektionär oder von dem die Zuschnittsermittlung durchführenden Ingenieur anhand von Erfahrungswerten festgelegt. Die Dauer der Seilfertigung liegt bei üblichen Seildurchmessern und gängigen Seillängen bei ca. 4 Wochen, bei Sonderanfertigungen bei ca. 8–12 Wochen. Für die Lieferzeiten der Seile ist außer auf die Verfügbarkeit der Stahldrähte, die Maße und Stückgewichte (Verladung und Transport) vor allem auf die 1 Teschner, R. (2004)

2

Stauske, D. (2000)

98

Abb. 153: Möglicher Terminablauf eines Projekts mit einer Membranfläche von ca. 500–1.000 m2 Größe

99

Abb. 154: Montagemodell zur Überdachung der Arena in Nîmes: Auslegen des Kissens

3.2.3 Modellierung von Montageabläufen Die Montage von biegeweichen Flächen und Seilen unterscheidet sich wesentlich von herkömmlichen Methoden der Tragwerkserrichtung. Vorgänge wie das Auslegen, Einheben, Einhängen und Vorspannen erfordern den Einsatz spezieller Montagemittel und -techniken. Ein Hilfsmittel zur Veranschaulichung und Simulation von Montagevorgängen ist das Bauen von Montagemodellen. Speziell bei Großprojekten mit komplizierter Geometrie oder schwierigen örtlichen Bedingungen lassen sich Montageabläufe wie das Auslegen, Einheben und Einziehen von Membranen an solchen Modellen gut bewerten und optimieren. Ferner lassen sich mit dem Bau von Modellen der Platzbedarf für erforderliche Montagegeräte sowie die sich aus dem Montagefortschritt ergebenden Konsequenzen hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Montageeinheiten gut überblicken. Derartige Modelle sind kostengünstig und verhältnismäßig einfach zu bauen. Die räumliche Anschaulichkeit und Überschau-

barkeit zur Reduzierung von Fehlerquellen in den einzelnen Montagephasen sind am Modell gut erkennbar. Je nach Planungsphase können Modelle in verschiedenen Maßstäben angefertigt werden. Speziell zur Simulation der Ausfaltvorgänge von Membranpaketen mit hohen Gewichten oder für das Einziehen komplizierter Teilflächen sind Montagemodelle gut geeignet. Bei der Montageplanung zur Überdachung der antiken Arena in Nîmes wurde die Montage der Kissenkonstruktion unter Zuhilfenahme eines Montagemodells entwickelt. Die Herausforderung für die Montage bestand darin, ein 4.000 m2 großes, elliptisches Gewebekissen sowie das unterstützende Seilnetz in seine Verankerungsposition zu heben, ohne dabei die denkmalgeschützten Tribünen zu beschädigen. Das Gewicht der einzuhebenden unteren und oberen Membrane beträgt jeweils 8 t. Die Sequenz in Abbildung 154 zeigt die Simulation des Ausfaltvorgangs des unteren und oberen Kissenteils. Abbildung 155 zeigt den tatsächlichen Ausfaltvorgang an der Baustelle. Die Montage des Projekts ist im Abschnitt 3.5.2.2 dokumentiert.

Abb. 155: Auslegen der unteren und oberen Membrane für die Überdachung der Arena in Nîmes, Frankreich

100

Abb. 156: Probemontage zur Reichstagsverhüllung in Berlin: Testentfaltung an einer mit Gerüsten simulierten Geometrie der Reichstagsfassade, Konstanz

Für statische Untersuchungen eignen sich Montagemodelle jedoch nur eingeschränkt. So kann für unterstützende Seilsysteme zwar anhand von Kettenmodellen festgestellt werden, an welchen Punkten des Systems Gelenke anzuordnen sind, die Tragfähigkeit einzelner Tragelemente oder ganzer Tragsysteme zu untersuchen und zu simulieren ist jedoch mit einem Montagemodell nicht möglich. Zum Bau eines solchen geometrischen Modells ist es notwendig, Modellähnlichkeitsgesetze einzuhalten und die entsprechenden Steifigkeiten zu berücksichtigen.1 Eine weitere Maßnahme zur Abschätzung und Prüfung von Montageabläufen ist die Durchführung von Probemontagen. Dabei lassen sich einzelne Montageschritte im Originalmaßstab unter naturgetreuen Bedingungen testen, optimieren und bewerten. Eventuell auftretende Fehler in der Koordinationsplanung können so frühzeitig aufgedeckt werden. Zur Kontrolle und Festlegung eventuell erforderlicher Korrekturen an der Geometrie

sind Probemontagen ebenfalls gut geeignet. Die Ergebnisse durchgeführter Messungen an der Geometrie können in CADDateien übernommen und mit der Sollgeometrie verglichen werden (Abb. 156). Auftretende Abweichungen können dann durch Korrekturen an nachfolgenden Elementen korrigiert werden. Vor allem für unter extremem Zeitdruck stehende Montagen sind Probemontagen ein wichtiger Bestandteil der Montageplanung. Um sich optimal für Serienfertigungen oder für Aufträge in Ländern großer Entfernung vorzubereiten, ist es ebenfalls sinnvoll, Probemontagen durchzuführen. Abbildung 157 zeigt ein Modell im Maßstab 1:24 zur Montage einer sternwellenförmigen Stadionüberdachung in Riyadh (SaudiArabien). In einer Lagerhalle in Buffalo wurde das Einziehen der ca. 1.700 m2 großen, innen liegenden Grat- und Kehlflächen an einem Montagemodell simuliert. Eine derartige Einschwebetechnik wurde an diesem Projekt erstmals durchgeführt.2

Abb. 157: Modell zur Montage der Tribünenüberdachung im Stadion in Riyadh, Saudi Arabien

1

Zur Simulation der statischen Wirklichkeit anhand eines geometrischen Modells muss die Relation des Gewichts zum Volumen (8-faches Ansteigen des Gewichts entsprechend des Volumens) auf die Relation der Tragfähigkeit des Tragelements zum Anwachsen des Querschnitts (Faktor 4) abgestimmt werden. Dies erfordert, eine Zusatzbelastung des Modells einzuführen.

2 Philipp Holzmann – Baudokumentation (1988)

101

3.2.4 Technische Montageplanung Ökonomische und technische Aufgabenbereiche lassen sich in der Montageplanung nicht immer eindeutig voneinander getrennt betrachten. Wie etwas zu bauen ist, wird jedoch nicht nur vom zur Verfügung stehenden finanziellen und zeitlichen Budget bestimmt, sondern unterliegt speziell im Bereich der weitgespannten Flächentragwerke weitgehend den Materialeigenschaften sowie der technischen Planung und Arbeitsvorbereitung. Dazu ist es notwendig, auf die Ziele, Aufgabenund Einflussbereiche der technischen Montageplanung näher einzugehen. Die technische Montageplanung umfasst das Erstellen aller notwendigen Unterlagen der einzelnen Montageeinheiten und Bauteile zur technischen Umsetzung des anzuwendenden Montageverfahrens. Dabei muss die Koordination zwischen Planung, Fertigung, Transport und Montage abgestimmt und müssen Entscheidungen zur Größe und Geometrie der Montageeinheiten sowie zu Hubkapazitäten, Hilfskonstruktionen und zum Montageablauf getroffen werden. Dies beinhaltet im Wesentlichen folgende Tätigkeiten: •

Montageberatung im Entwurfsprozess,

•

Erstellen eines Montagekonzepts,

•

Festlegung des Montageverfahrens,

•

Erstellen oder Anordnen sämtlicher erforderlichen statischen Nachweise für die Montagezustände,

•

Prüfen der Zuschnittsrichtungen hinsichtlich der Montagefolge,

•

Prüfen der montagegerechten Detail- und Ausführungsplanung,

•

Erstellen sämtlicher Montagepläne und Montageanweisungen,

•

Erstellen eines Falt- und Verpackungskonzepts,

•

Erstellen sämtlicher Bauteil- und Transportlisten,

•

Festlegung aller Gerüste, Montagegeräte und -hilfskonstruktionen,

•

Organisation der Baustelleneinrichtung sowie

•

Kontrolle und Dokumentation der Montagedurchführung.

Ziel der Maßnahmen in der technischen Montageplanung ist es, die Arbeitsbedingungen an der Baustelle unter Einhaltung aller notwendigen Voraussetzungen zu erleichtern und die Möglichkeiten der industrialisierten Fertigung weitgehend zu nutzen.

Die nachstehende schematische Darstellung soll die Einflussund Aufgabenbereiche der Montageplanung im Planungs- und Ausführungsprozess von Membrantragwerken hinsichtlich der Handhabbarkeit und Montierbarkeit des biegeweichen Tragelements in den Bereichen Planen, Fertigen, Zubringen, Lagern und Fügen verdeutlichen.

102

Beraten

E n t w u r f Montageerstberatung

Konzept-Bahnenlage Spannrichtung, Spannfolge

Planen

Formfindung Spannkraft

Berandungskonzept Spannfolge, Orte der Lasteinleitung

Festlegung Montageverfahren

Statik

Biax-Test/Lastbild Prüfen Kompensationsdaten

Konstruieren

Fertigen

Montagefolge Montagelasten Dimensionierung Spannwerkzeug Spannkonzept Toleranzen Stabilisierungsmassnahmen

Zuschnittsermittlung

Konstruktive Durchbildung

Spannweglänge Spannrichtung Spannfolge Randgeometrie Nahtanordnungen

Handhabbarkeit Randbeschläge Handhabbarkeit Montagestöße Zugänglichkeit Befestigung / Hebezeug Befestigung / Spannwerkzeug Platzbedarf / Spannwerkzeug Spann- und Einziehhilfen Montagegelenke Nachspannmöglichkeit

Konfektion/Membrane

Verpackung

Kontrollieren

Fertigung/Seile

Transport

Transport

Verpackungsgeometrie Transportgewichte / Hebezeuge Schutz vor mechanischer Einwirkung Be- und Entladebedingungen

Seillängen Transportgewichte / Hebezeuge Schutz vor mechanischer Einwirkung Be- und Entladebedingungen

Zwischenlagerung

Zwischenlagerung Flächen- und Platzbedarf Erreichbarkeit Bodenbeschaffenheit Transportweg zum Vormontageort

Vormontage Flächen- und Platzbedarf Erreichbarkeit Bodenbeschaffenheit Schutz vor mechanischer Einwirkung Transportweg zur Montageposition

Montage

Protokollieren

Vormontagebedingungen Bedingungen zum Einheben Bedingungen zum Einbolzen Spannwege Verstellmöglichkeiten

nach Abrollart Abziehachse, Vormontagebedingungen u. Einziehrichtung

Flächen- und Platzbedarf Erreichbarkeit Bodenbeschaffenheit Transportweg zum Vormontageort

Fügen

Werkplanung/Seile

Verpackung

Faltkonzept nach Einhebeart in Montageposition, Flächengeometrie u. Tragwerksart

Lagern

Kompensationsdaten

Einbaurichtung Passgenauigkeit Toleranzen Handhabbarkeit

Nahtkonstruktion Randausbildung Gewebeverstärkungen Zughilfen

Zubringen

Seilprüfungen

Überwachung, Prüfung, Protokoll und Dokumentation der Montagedurchführung

T r a g w e r k

Abb. 158: Einfluss- und Aufgabenbereiche der Montageplanung im Planungs- und Realisierungsprozess biegeweicher Tragelemente

103

3.2.5 Montagegerechtes Konstruieren Einen wichtigen Bestandteil der Technischen Planung von Membrantragwerken bildet das montagegerechte Konstruieren der Membranverbindung. Es ist Grundvoraussetzung zur Verringerung des Montageaufwandes. Dazu müssen die Verbindungen hinsichtlich Gewichtsersparnis, Handhabbarkeit, Passgenauigkeit, Toleranzen und Greifbarkeit für den Werkzeugeinsatz optimiert werden. Die Herstellung der Flächenverbindungen erfolgt in der Regel werkseitig durch den Konfektionär. Mit ihm sollten sämtliche Einbausituationen der Tragelemente beraten werden. Die Randverbindung wird, mit Ausnahme vom Gurtrand, bauseitig durch

Fügeart/Vorfertigung

Fügeart/Montage

den Monteur hergestellt, wobei Randsaum oder Kedernaht vorgefertigt sind. Neben den händisch durchzuführenden Arbeiten in der Vormontage, wo Montagestöße und Membranränder für das Einheben, Einhängen und Vorspannen vorbereitet werden, ist vor allem der Einsatz von Hebe- und Spannwerkzeugen beim Gestalten der Verbindung zu beachten. Montagelasten aus veränderlichen Lasteinleitungspunkten bei den Montagevorgängen dürfen die Verbindung in ihrer statischen Funktion und Handhabbarkeit nicht beeinträchtigen. Toleranzabweichungen sind durch entsprechende konstruktive Maßnahmen auszugleichen.

Verbindungselemente

Schweißen

Schlussart

Ort der Lasteinleitung

Stoffschluss

Fläche

Stoffschluss

Fläche

Kraftschluss

Fläche

Stoffschluss od. Kraftschluss

Fläche od. Rand

Formschluss

Rand

Formschluss Kraftschluss

Rand

Formschluss

Fläche od. Rand

Formschluss Kraftschluss

Fläche od. Rand

Gewebe od. Folie

Kleben Gewebe od. Folie

Nähen Gewebe od. Folie, Nähfaden

Schweißen od. Nähen Gewebe, Gurt (Nähfaden)

Schweißen

Einziehen Gewebe, Seil od. Rohr

Schweißen

Einhängen Klemmen Schrauben Gewebe od. Folie, Keder, Klemmplatte, Schraube Bügel, Seil od. Rohr

Schweißen

Einziehen Gewebe od. Folie, Keder, Kederschiene

Schweißen

Einhängen Klemmen Schrauben Gewebe od. Folie, Keder, Klemmplatte, Schraube

Abb. 159: Herstellen charakteristischer Verbindungen im Membranbau

104

Fertigungsgerecht

Typisierung / Austauschbarkeit, Serienfertigung, Lieferzeiten

Belastungsgerecht

Werkstoffwahl und Ausführung nach stofflich - mechanischem Verhalten, statischer Funktion, Festigkeiten, Steifigkeiten, Beständigkeiten

Montagegerecht

Fügetechnik, Fügeflächen, Fügerichtung, Spannrichtung Toleranzen und Passgenauigkeit im Kraft-, Stoff- und Formschluss Gewichte, Ergonomie / Handhabbarkeit, Greifbarkeit / Werkzeugeinsatz, Zugänglichkeit, Erkennbarkeit

Beständig gegen äußere Einwirkungen

mechanische, biologische, chemische und physikalische Einwirkungen

Abb. 160: Anforderungen an das Konstruieren von Membranverbindungen

Bei der Anordnung und Durchbildung der Montagestöße, Ränder und Ecken ist auch auf ausreichende Montagefreiheit zu achten. Um das Unfallrisiko für den Zusammenbau zu vermindern, ist eine gute Zugänglichkeit zu den Verbindungsstellen notwendig. Die Anforderungen aus der Belastung, Fertigung und Montage sowie der Beständigkeit gegen äußere Einwirkungen an die Verbindungen im Membranbau lassen sich wie folgt zusammenfassen: Aus all diesen Anforderungen müssen die geometrischen Abmessungen, die Gewichte, die Zustandseigenschaften hinsichtlich der Transport-, Montage- und Einbaulagen sowie die Funktionsfähigkeit und stofflichen Eigenschaften der Verbindungen entwickelt werden. Dem ausführenden Montageunternehmen ist ein komplettes Zeichnungsverzeichnis mit Übersichten und den zugehörigen Ausführungszeichnungen zu übergeben. Zur Veranschauli-

Abb. 161: Explosionsdarstellung zweier Membraneckverbindungen

chung der Einbauverhältnisse sind eine montagegerechte Darstellung der Konstruktionsteile in den Ausführungsplänen und eine Beschreibung der Randbedingungen für den Einbau erforderlich. Diese sollte folgende Angaben beinhalten: •

eine klare Bauteilbeschreibung mit Angabe der Gewichte, Abmessungen und zulässigen Höchstlasten,

•

Angaben zur Montageposition, Einbau- und Transportlage,

•

Anzahl und Lage der Fügeflächen und Montagestöße,

•

Angaben zur Fügerichtung, Fügeverfahren und Fügehilfsmittel,

•

Angaben zu Stabilität, Höchstlasten und Festigkeiten,

•

Anschlagmöglichkeiten für das Einheben und den Transport der Bauteile an der Baustelle,

•

Bezeichnung der Ansatzpunkte zur Einleitung der Vorspannung.

105

3.3 Montagemittel Zur Montage von Membrankonstruktionen eingesetzte Flächenund Linienelemente können beträchtliche Abmessungen und erhebliche Gewichte haben. Sie müssen an der Baustelle oft in große Arbeitshöhen bewegt und dort montiert werden. Die für die Montage von Membrankonstruktionen erforderlichen Geräte und Einrichtungen werden hier zusammenfassend als Montagemittel bezeichnet. Das Heben, Senken oder horizontale Bewegen von Lasten wird mit unterschiedlichen Arten von maschinellen Fördermitteln durchgeführt. Bei der Montage von Membrankonstruktionen sind dies in der Regel Krane und Kleinhebezeuge mit geeigneten Lastaufnahmeeinrichtungen. Zum Spannen und Befestigen der biegeweichen Linien- und Flächenelemente müssen diese mit geeigneten Werkzeugen gegriffen, gezogen und fixiert werden. Dazu können manuelle oder maschinelle Geräte zum Einsatz kommen. Darüber hinaus wird der Einsatz geeigneter Hilfskonstruktionen und -vorrichtungen notwendig. Um in oft beträchtlichen Montagehöhen Spannvorrichtungen und Arbeitsplattformen einzurichten, müssen entsprechende Rüstungen gebaut und eingesetzt werden. Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Montagemittel zur Montage von Membrantragwerken vorgestellt und deren Einsatz und Wirkungsweise erklärt. Die Auswahl der geeigneten Montagemittel im Umfeld des Montageorts erfolgt meist in Abhängigkeit des anzuwendenden Montageverfahrens. Die wirtschaftlichen und technischen Kriterien zur Wahl der geeigneten Montagemittel sind im Abschnitt 3.4.1.4 erläutert.

von Werkzeugen und Hilfskonstruktionen verwendet. Darüber hinaus werden sie häufig zur Stabilisierung von PrimärstrukturTragwerksteilen eingesetzt (s. Abschn. 3.3.4). Zum Einsatz kommen alle den Anforderungen aus Tragkraft, Ausladung und Hubhöhe entsprechenden ver fügbaren Kranarten. Krane haben wegen ihrer hohen Investitionskosten einen wesentlichen Einfluss auf die Montagekosten und erfordern eine exakte Abstimmung der erforderlichen Kraneinsatzzeit.1 Die Verwendung von Kranen beeinflusst auch die Montageorganisation und das Arbeitsumfeld an der Baustelle. Der Aufwand zur Kranmontage hängt vom Krantyp und dessen Anlieferungs- und Vorfertigungszustand ab. Die zur Montage von Membrantragwerken am häufigsten eingesetzten Krane sind in Abbildung 162 zusammenfassend berücksichtigt. Darüber hinaus können noch Turmdrehkrane mit Biegebalken-, Knick- und Teleskopausleger sowie seilabgespannte Derrickkrane zum Einsatz kommen. Die wichtigste technische Kenngröße von Kranen ist das Lastmoment (mt). Es lässt sich aus dem Produkt von Ausladung (m) und Traglast (t) ermitteln. Bei großen Hubhöhen werden zum Einheben von Lasten meist Turmdrehkrane eingesetzt. Sind sie feststehend installiert, ihr Anspruch an Grundfläche ist gering. Fest stehende Turmdrehkrane können als Kletterkran ausgebildet, verlängert oder angehoben werden. Fahrbare Turmdrehkrane können am Aufstellungsort auf luftbereiftem Unterwagen, auf Raupen oder auf Schienen fahren.

3.3.1 Krane und Lastaufnahmemittel

Turmdrehkrane besitzen hoch angelenkte Ausleger. Häufig zum Einsatz kommende Auslegertypen sind der Katzausleger und der Nadelausleger. Bei beiden Auslegertypen kann das Drehwerk unter dem Turm (drehbarer Turm) oder über dem Turm (nicht drehbarer Turm) angeordnet sein.2

Krane gelten als Großhebezeuge und werden bei der Montage von Membrankonstruktionen vorwiegend zum Einheben von Tragwerksteilen, Membranflächen und Randelementen sowie

Unten drehende Turmdrehkrane mit Katzausleger werden meist bis zu einem Lastmoment von 120 mt, mit Nadelausleger bis ca. 1.500 mt gebaut. Gegenüber vergleichbaren Kranen

Autokrane Fahrzeugkrane

mit Teleskopausleger

Mobilkrane mit Gitterausleger Raupenkrane

mit unten- u. obendrehendem Katzausleger fahrbar oder feststehend Turmdrehkrane

mit unten- u. obendrehendem Nadelausleger Kletterkrane

Abb. 162: Häufig eingesetzte Kranarten bei Membranmontagen

1 Petzschmann, E.; Bauer, H. (1991) 2 DIN 536-1 bis DIN 15030 (1995)

106

Hakenflasche Ausleger Kabine Halteseil

Mastschüsse

Hubseil

Seilwinde Drehkranz Ballast Unterwagen

Abb. 163: links: Turmdrehkran mit unten drehendem Nadelausleger; rechts: Transportzustand eines Liebherr-Turmdreh-Mobilbaukrans

mit oben liegendem Drehwerk haben sie geringere Antriebsleistungen, einen tiefer liegenden Schwerpunkt und leichtere Mastkonstruktionen. Sie können ohne großen Aufwand mit Winden aufgerichtet und mit Ballast bestückt werden. Durch Klappen und Teleskopieren des Auslegers kann der Transportzustand erreicht werden (rechts in Abb. 163).1

Oben drehende Turmdrehkrane haben meist einen Nennlastbereich bis zu 120 mt. Ihr Ballast und die Hubwinde sind am Ende des Gegenauslegers angeordnet, ein Vorteil bei beengten Platzverhältnissen, wo kein Raum für Drehwerk und Ballast vorhanden ist. Mit Klettervorrichtungen ausgerüstet, lassen sich die Krane ohne Zuhilfenahme eines weiteren Hebezeugs nach oben hin erweitern (rechts in Abb. 164).

Auslegerträger Gegenausleger

Ausleger

Kabine Gegenausleger Ballast

Drehkranz

Laufkatze

1 Hydraulische Presse 2 Führungsteil

Hakenflasche

Mastschüsse

Grundballast

Abb. 164: links: Turmdrehkran mit oben drehendem Katzausleger; rechts: Kletterschema eines oben drehenden Turmdrehkrans

1 Drees, G.; Krauß, S. (2002)

3 neues Kranstück 4 Montagetisch

107

Autokran mit Teleskopausleger

Raupenkran mit Gittermastausleger

Mobilkran mit Gittermastausleger

Abb. 165: Fahrzeugkrane

Krane mit Radfahrwerk sind straßenfahrbar und mit Teleskopoder Gittermastauslegern erhältlich. Fahrzeugkrane sind für Traglasten bis ca. 1.200 t erhältlich und werden für Montagearbeiten meist angemietet. Mobilkrane auf luft- oder vollgummibereiftem Unterwagen haben eine nur mäßige Fahrgeschwindigkeit und finden daher vorwiegend Verwendung im Nahbereichsverkehr. Der Hauptumsatz bei Neukranen wird heute mit geländegängigen AllTerrain-Mobilkranen (AT-Kranen) gemacht. Ihre Maschinen sind hydraulisch gefedert und werden über mehrere Achsen gesteuert.

bau ermöglicht wird. Unter bestimmten Bedingungen kann er unter Last ein- und ausgefahren werden. Die Teleskopausleger bestehen aus beulsteifen Profilen mit rechteckigem oder ovalem Querschnitt und werden durch einen Hydraulikzylinder betätigt. Reichweite und Hubhöhe des Autokrans können durch Verlängerung des Auslegers mit Gittermasten erhöht werden, sodass eine Hakenhöhe von bis zu 150 m erreicht werden kann.2 Gittermastausleger können große Hubhöhen und Ausladungen bei geringem Auslegergewicht bewältigen. Sie eignen sich insbesondere für Langzeiteinsätze, bei denen die Auslegerlänge nicht geändert werden muss.

Raupenkrane sind ähnlich wie Seilbagger aufgebaut. Sie können Lasten anheben und damit zur Baustelle fahren. Raupenkrane werden für Traglasten von 300 –1.200 t Traglast gebaut. Sie sind meist geländegängig und können vor allem dort eingesetzt werden, wo große Steigungen zu überwinden sind. Raupenkrane werden vor allem zur Montage schwerer Elemente verwendet, ihre geringe Bodenpressung macht sie für den Einsatz bei ungünstigen Bodenverhältnissen besonders geeignet. Autokrane haben ihre Unterbauten auf LKW-Fahrgestellen. Sie sind weitgehend selbstaufbauend und daher in der Handhabung sehr flexibel. Diese Flexibilität macht den Autokran auch zum häufigsten verwendeten Großhebezeug im Stahl- und Membranbau. Er wird bevorzugt verwendet bei kurzen und rasch wechselnden Montageeinsätzen.1 Der Autokran ist speziell für die Fahrt auf Asphaltstraßen konstruiert. Er kann Fahrgeschwindigkeiten bis über 60 km/h erreichen. Sein Fahrgestell ist meist 2- bis 9-achsig. Vorder- und Hinterachsen sind als Lenkachsen ausgebildet. Bei größeren Kranen sind für Kran- und Fahrbewegung separate Steuerstände angeordnet. Autokrane werden mit Teleskopausleger oder mit Gittermastausleger angeboten. Der Vorteil des Teleskopauslegers liegt vor allem darin, dass eine schnelle Änderung der Auslegerlänge ohne Auf- und Ab-

Abb. 166: Liebherr-Autokran in Arbeits- und Fahrstellung

1

2 Drees, G.; Krauß, S. (2002)

Petzschmann, E.; Bauer, H. (1991)

108

Anschlagmittel

Lastaufnahmemittel

direkte Kraftwirkung

mechanische, hydraulische, pneumatische und elektrische Kraftwirkung

Haken, Zangen, Traversen, Klemm- und Greifvorrichtungen

Lasthaftgeräte

Magnet-Lasthaftgeräte

Vakuum-Lasthaftgeräte

Ketten, Seile, Schlingen, Bänder und Gehänge

Abb. 167: Lastaufnahmemittel und Anschlagmittel nach Kraftwirkung

Für Arbeiten mit Autokranen sind zulässige Windgeschwindigkeiten zu beachten. Krane und Hebezeuge müssen zum Aufnehmen oder Anschlagen (Festmachen) von Lasten mit entsprechenden Lastaufnahme- oder Anschlagmitteln ausgerüstet werden. Sie befinden sich zwischen der Last und dem Kranhaken und gehören nicht zum Hebezeug.1 Wie in Abbildung 167 dargestellt, können Lastaufnahmemittel von Anschlagmitteln durch die Art der Kraftwirkung, die sie auf die Last ausüben, unterschieden werden.

Lastaufnahmemittel dürfen unter Last keine Deformation hervorrufen. Ebenso müssen Lageveränderungen beim Absetzen der Last ausgeschlossen sein. Elemente, die aus der senkrechten in die waagrechte Lage und umgekehrt geschwenkt werden, müssen mit Gleitsicherungen versehen werden. Beim Heben mit Anschlagmitteln werden diese um das zu hebende Gut gelegt und am Hebezeug direkt oder mit einer Endverbindung eingehängt. Endbeschläge werden in zahlreichen Arten, Stärken und Ausführungen angeboten.

Abb. 168: Lastaufnahme- und Anschlagmittel beim Einheben gerollter Membranflächen

1 Ludewig, S. (1974)

109

3.3.2 Spanngeräte und Spannvorrichtungen für Seile Zum Einleiten der Kräfte in Rand-, Trag-, Spann- und Abspannseile von Membrankonstruktionen müssen entsprechende Geräte und Werkzeuge verwendet werden. Bei der Montage von Membrankonstruktionen bilden sie die Schlüsselgeräte an der Baustelle. Im Bauwesen werden diese meist als auf Zug beanspruchte Hebezeuge bezeichnet. Weil das Spannen der Tragelemente einen zentralen Montagevorgang bildet, werden sie in der vorliegenden Arbeit Spanngeräte genannt. Zum Umlenken, Führen und Ansetzen der Spannkräfte ist es darüber hinaus oft notwendig, geeignete Vorrichtungen einzusetzen, um die Lage der Spanngeräte zum Tragelement zu sichern. Solche Spannvorrichtungen bilden im Zusammenwirken mit den Spanngeräten Zugsysteme, die elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betrieben werden können.

3.3.2.1 Elektrische Zugsysteme Seilwinden, Flaschenzüge Seilwinden finden vielseitige Verwendung. Sie können sowohl zum Steuern von Bewegungen wie auch als Zuggerät für schwere Tragseile eingesetzt werden. Erhältlich sind Hand- und Motorseilwinden, die sich mit umfangreichem Zubehör ausrüsten lassen. Als Zuggerät können Seilwinden auch zur Bedienung von Flaschenzügen verwendet werden. Sie sind stets zu verankern und gegen Überbeanspruchung zu sichern. Eine der ältesten Methoden, um Lasten zu heben und zu senken, ist das Arbeiten mit Flaschenzügen. Das Prinzip des Flaschen-

zugs beruht darauf, dass die Belastung mit der Anordnung von Seilrollen auf mehrere Seilstränge verteilt werden kann. Zum Spannen von Seilen werden Flaschenzüge vor allem dann eingesetzt, wenn lange Spannwege gefordert sind. Bei sehr großen Seillängen kommen sie meist in Kombination mit Winden zur Anwendung, ein Verfahren, wie es auch beim Bau von Seilbahnen angewendet wird. Je nach aufzubringender Kraft sind Flaschenzüge mit 2, 4, 6 oder mehr Rollen im Einsatz. Durch die parallele Anordnung mehrerer Seilstränge werden die durch den Seiltrieb zu übertragenden Kräfte gegenüber der wirkenden Seilkraft vervielfacht. Das Seil läuft abwechselnd über die Seilrollen einer festgehaltenen und einer beweglichen Flasche. Hauptbauformen sind der lange schmale Seilzug mit Rollen unterschiedlicher Durchmesser und die breite, kurze Bauform mit Seilrollen gleicher Abmessungen.1 Flaschenzüge können für Spannkräfte bis ca. 1.200 kN eingesetzt werden. Ihre Montage ist aufwendig, sie können allerdings vielseitig eingesetzt und wiederverwendet werden.

Abb. 169: Elektroseilwinde

Abb. 170: links: Langer und kurzer Faktorenflaschenzug mit festen und losen Rollen; rechts: 600-kN-Flaschenzug

1 Scheffler, M. (1994)

110

Abb. 171: links: Pressenprotokoll; rechts: Hohlkolbenpresse

3.3.2.2 Hydraulische Zugsysteme Hydraulische Pressen Die am häufigsten zum Einsatz kommenden Spanngeräte sind hydraulische Zug- und Druckpressen. Sie bestehen aus zwei miteinander verbundenen Zylindern unterschiedlicher Querschnittsfläche, die von einem Kolben begrenzt werden. Gekoppelt im System mit einem Flüssigkeitszylinder und einer Pumpe funktionieren sie nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße. Durch Vergrößerung der Kolbenfläche wird auch die am Kolben wirkende Kraft vergrößert. Das Spannen mit hydraulischen Pressen ist sehr präzise, bei den Pressenspannvorrichtungen ist ein Gewindespiel von nur wenigen Millimetern möglich. Ein wichtiger Vorteil beim Spannen mit Pressen ist, dass sie untereinander koppelbar sind und einzelne Pressenkreise zentral gesteuert und kontrolliert gespannt werden können.

Zum Einsatz kommen Zug- und Druckpressen von 100 kN bis ca. 7.000 kN Spannkraft. Bis ca. 7.000 kN und entsprechenden Seildurchmessern kann mit Hohlkolbenzylinder gespannt werden, bei höheren Lasten werden Geräte größerer Bauart verwendet. Die einzustellenden Pressendrücke werden für jeden Montagelastfall vorgegeben. An kalibrierten Manometern werden die effektiven Seilkräfte abgelesen und protokolliert. Spannvorrichtungen für hydraulische Pressen Um einzelne Seile und Seilgruppen mit hydraulischen Pressen spannen zu können, müssen Hilfskonstruktionen wie Pressentische und Spannvorrichtungen konstruiert werden, die ein gesichertes Führen der Spannkräfte ermöglichen. Diese Vorrichtungen werden in der Regel von den ausführenden Firmen gebaut und nach statischen Berechnungen bemessen. Sie

Abb. 172: links: Spannvorrichtung für ein Abspannseil; rechts: Spannvorrichtung für eine Seilgruppe

111

Spannstangen mit Gewinde Endverbindung

Pressen Hilfskonsole

Distanzeinlage

Pressen Querträger

Querträger Passlasche

Abb. 173: Vorrichtungen zum Spannen mit hydraulischen Druckpressen in der freien Seillänge (links) und am Fundament (rechts)

bestehen meist aus Gewindestangen, die mithilfe der Pressen durch Gegenblöcke geschoben werden. Für Spannpositionen mit unterschiedlichen Seilneigungen können höhen- und längenverstellbare, verschwenkbare Kipptische mit nachgeschalteten Pressenstühlen eingesetzt werden. Der technische Aufwand zur Herstellung einer Spannvorrichtung sowie der Zeit- und Arbeitsaufwand zur Montage können sehr hoch sein. So kann die Montage und das Umhängen einer Spannvorrichtung für ein Seilpaket mehrere Tage dauern, der Spannvorgang dagegen nur wenige Stunden. Geht man davon aus, dass der Zeit- und Arbeitsaufwand zur Montage der Presseneinrichtung oft ein Mehrfaches des eigentlichen Spannvorgangs beträgt, wird der Vorteil offensichtlich, mit möglichst wenigen Pressen zu spannen. Zu beachten sind der Platzbedarf für eine solche Presseneinrichtung und deren hohes Gewicht. Sie wiegen oft mehrere Tonnen und können dann nur mit

Kranen bewegt werden. Überdies sind solche Vorrichtungen kostspielige Sonderanfertigungen, die meist nur ein einziges Mal gebraucht werden können. Die schematische Darstellung links in Abbildung 173 zeigt eine Spannvorrichtung für ein Abspannseil. Wird das Seil mit Druckpressen-Vorrichtungen vorgespannt, so stützen sich die Pressen einerseits auf das vorzuspannende Zugglied und andererseits auf einen Querträger, an den mit einer Mutter die Endverbindung angeschlossen ist. Muss in der freien Seillänge gespannt werden, so stützen sich die Pressen auf eine Vorrichtung mit 3 Querträgern (rechts in Abb. 173). Nach dem Aufbringen der Vorspannung können die Enden mit einer Lasche verbunden werden.1 Die Darstellungen in Abbildung 174 zeigt die Einrichtung zum Vorspannen eines Pylon-Abspannseiles der Membranüberdachung in Bad Velbert.

Abb. 174: Vorrichtung zum Spannen eines Abspannseiles

1 Ferjencik, P.; Tochacek, M. (1975)

112

Litzenspanngeräte Zum Ziehen großer Lasten werden oft Litzenzuggeräte verwendet. Sie bestehen aus Hubzylindern, Stahllitzen, Zylinder-, Fest- und Gegenanker und Verschlusskeilen (Abb. 175). Die Handhabung ist einfach. Litzenspanner funktionieren ähnlich wie Greifzüge. Einzelne Litzen werden durch Schließkeile, die hydraulisch oder mechanisch schließen, gezogen und mit einer Klemmplatte verbunden. Litzenspanngeräte können bis 7.000 kN Spannkraft eingesetzt werden. Die maximale eingesetzte Spannkraft pro Seil für das links in Abbildung 176 abgebildete VSL-Litzenspanngerät war 3.800 kN. Die größte jemals installierte Spannkraft brachten 88 Geräte für 44 Seile mit einer totalen Spannkapazität von 214.400 kN.1 Mit diesem System sind lange Ziehwege (5 – ca. 200 m Litzenlänge) möglich. Diese Längen sind jedoch abhängig von der Form des Tragwerks und der Art und Weise, wie die Seile ausgelegt werden. Meist liegen die Ziehwege in einer Größenordnung von 25 m. Die Litzenlängen sind, je nachdem, wo die Geräte angebracht werden, um 5–20 m länger. Ein Nachteil dieses Spannsystems ist, dass nur ein relativ langsames Ziehen möglich ist. Je nach Kräften und Größe der Geräte können Ziehgeschwindigkeiten von 3 – ca. 30 m/h erreicht werden. Für die letzte Spannstrecke, wo sich die Spannkraft auf ein Vielfaches erhöht, können Ziehgeschwindigkeiten von maximal 1–2 m/h erzielt werden. Um 25 m Seil ziehen zu können, kann es bis zu 3 Tagen brauchen.2 Während der Zugphase müssen verschiedene Messungen durchgeführt und Zwischenberechnungen gemacht werden.

Abb. 175: Litzenspannsystem

Ein einzelnes Seil wird meist von 1 oder 2 Geräten gezogen, in seltenen Fällen von 4. Bis zu 20 Geräte lassen sich gleichzeitig steuern.

Abb. 176: VSL-Litzenspanngerät und der Einsatz beim Einbau der Seilbinder zum Bau des Stadiondaches im Waldstadion in Frankfurt/M.

1 Junker, D. (2004) 2 Inauen, B. (2003)

113

Abb. 177: links: Montage der Seilklemme und der Umlenkvorrichtung; rechts: Einbau der Führungstraverse und Anhängen des Seils

Seilklemme Lasche Verbindungsstück Kippträger Kippführung

Bolzen

Bolzen

Abb. 178: Konstruktionszeichnung der Litzenheber-Spannvorrichtung mit Umlenkkonstruktion

Steife

Litzenheber

Abb. 179: Fußballstadion in Braga, Portugal nach der Dachmontage

Zur Installation eines Litzenspanngeräts sind bauliche Maßnahmen notwendig. Für die Seilenden werden Anfassstücke oder Traversen benötigt, für die Zuggeräte Auflagerkonsolen oder -wippen. Der technische Aufwand zur Installation eines Litzenspanngeräts ist abhängig von der Lage des Spannankers und der Litzenlänge.1 Wichtig ist, die Zuggeräte genau in der Achse des zu spannenden Seiles anzuordnen. 1 Eberspächer-Firmenschrift (2003)

Um mit Litzenspanngeräten auch in Winkeln zur Seilachse spannen zu können, kommen Klemmen mit Umlenkvorrichtungen zum Einsatz. Diese gewährleisten ein schadloses Spannen des Seiles zur Verankerung. Die Abbildungen 177 zeigen die Vorbereitungsarbeiten zum Spannen der Tragseile der Hängedachkonstruktion des Stadions in Braga (Portugal) im Juli 2002.

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Vorschubhebel

Rückzughebel

Schaltgriff zum Öffnen der Klemmbacken

Scherstift

Abb. 180: links: Mechanischer Greifzug; rechts: Spannen eines Seiles mit Greifzug

3.3.2.3 Mechanische Zugsysteme Greif- und Ratschenzüge Greifzüge sind mechanische Seilzüge, die vor allem zum Ziehen, Spannen, Heben und Verzurren von Lasten für unbegrenzte Seillängen zum Einsatz kommen. Sie funktionieren nach dem Prinzip der Froschklemme. Ein beliebig langes Zugseil wird mithilfe von Klemmbacken durch das Gerät gezogen. Die Backenpaare werden durch Hin- und Herbewegung eines Handhebels angetrieben. Der Wechsel von Vorschub und Rücklauf kann durch Umstecken des Antriebshebels auch unter Last erfolgen. Die Last wird dabei durch selbsttätiges Schließen beider Backenpaare gesichert. Eine Scherstiftsicherung am Vorschubhebel sichert vor Überlastung. Durch Einschalten einer Umlenkrolle kann die Last auf mehrere Seilstränge verteilt werden, wodurch sich die doppelte Zugkraft erreichen lässt.

Während der Montage können Greifzüge für Zuglasten von 3–100 kN eingesetzt werden. Sie haben ein geringes Eigengewicht, ihre Handhabung ist einfach. Bei engen Platzverhältnissen können Lasten auch mithilfe von Ratschenzügen bewegt werden. Sie werden bis ca. 100 kN Einzelkraft eingesetzt und durch Hin- und Herbewegen eines Ratschenhebels bedient. Durch Umlegen eines Hebels auf dem Ratschenarm kann die Bewegungsrichtung umgeschaltet werden. Beide Spanngeräte erfordern einen behutsamen Umgang während des Spannens, weil sie mit hoher Muskelkraft relativ leicht überspannt und beschädigt werden können. Auch Gewebe und Seile können bei unsachgemäßem Einsatz bis zur Bruch-

Abb. 181: links: Ratschenzug; rechts: Verschieben eines Eckbeschlags mithilfe eines Ratschenzugs

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last beansprucht werden und Schaden nehmen. Es ist daher wichtig, die Spannkraft am eingesetzten Messgerät während des Spannvorgangs abzulesen und die Nennlasten der Geräte einzuhalten. Mit Ratschenzügen können auch Kräfte in einzelne Seile eingeleitet werden. Abbildung 182 zeigt das Spannen eines Abspannseiles für eine Hochpunkt-Membrankonstruktion in Zeltweg (Österreich). Das Ausrichten der Pylone zum zeitlich verzögerten Einbringen der Punktlasten in das steife Membrangewebe wurde dort mithilfe von Ratschenzügen durchgeführt. Zum Verkürzen der Seile kamen zwischen Seil und Spannwerkzeug Gurte, Bänder und Schmetterlingsbleche zum Einsatz.1 Seilspannklemmen Spannklemmen sind einfach zu bedienende Spannwerkzeuge für Seile. Neben Ausführungen als Froschklemmen, Seil- und Keilspannklemmen wird noch eine Reihe von Sonderformen angeboten. Spannklemmen bestehen meist aus gehärtetem, geschmiedetem Stahl und Spannfedern. Ihre Einzelteile sind drehbar miteinander vernietet. Aufgrund ihres geringen Gewichts (bis ca. 0,1 kN) sind sie leicht handhabbar. Beim Spannvorgang wirkt ein an der Öse angebrachtes Zuggerät auf die Klemmbacken, welche das Seil durch ihre gerillten Klemmkanäle ziehen. Spannklemmwerkzeuge sind selbstspannend, d. h., mit zunehmender Zugkraft wächst der Klemmdruck und damit die Haltekraft des Werkzeugs. Aufgrund der Federwirkung halten sich Seilspannklemmen auch ohne Zugbelastung auf dem Seil fest. Spannschlösser Wenn die zum Spannen von Seilen notwendige Last durch Muskelkraft aufgebracht werden kann, lassen sich Seile mit Spannschlössern verkürzen. Dazu wird eine am Spannschloss

Keilspannklemme

Abb. 183: Spannklemmen

Abb. 184: links: Gabelspannschloss; rechts: Ösenspannschloss

1 Lenk, S. (2004)

Abb. 182: Spannen eines Abspannseiles mit Ratschenzügen und Schmetterlingsblech

befindliche Mutter mit Gegengewinde zusammengedreht. Die Spannschlösser sind meist in der Nähe der Endverbindung am Seil angebracht.

Seilspannklemme

Seilfrosch

116

Abb. 185: links: Zurrgurtensystem; rechts: Spannratsche

3.3.3 Spanngeräte und Spannhilfen für Membranflächen Zur Krafteinleitung in die Membranfläche muss der Membranrand gefasst, mit definierter Kraft gezogen und fixiert werden. Zu diesem Vorgang werden in Abhängigkeit des Materials, des Spannweges und der Art der Berandung unterschiedliche Spannwerkzeuge benutzt. Dies sind in der Regel elektrische, hydraulische oder mechanische Spanngeräte sowie den Membranrand greifende Spannhilfen. Im Folgenden werden die wichtigsten Spannwerkzeuge zum Einziehen und Spannen von Membranflächen exemplarisch dargestellt und wird deren Funktionsweise erläutert.

Abb. 186: Spannen von biegesteifen Membranrändern mit Zurrgurtensystemen

Abb. 187: links: Spannen mit Seilwinde; rechts: Spannen mit hydraulischer Presse

Mit Zurrgurtensystemen, die meist zur Ladungssicherung verwendet werden, lässt sich der biegesteife Membranrand auf einfache Art spannen (Abb. 185). Dehnungsarme, verwebte Polyestergurte bilden in Verbindung mit Hebelspannratschen ein Zugsystem, das bis ca. 200 kN zulässiger Zugkraft eingesetzt werden kann. Der Vorteil beim Spannen mit Zurrgurten liegt in der einfachen Handhabung und im geringen Gewicht. Bei begrenzten Platzverhältnissen lassen sich die Gurte meist gut einbauen. Wie alle Spanngeräte benötigen sie eine ausreichend bemessene Verankerungsmöglichkeit (Abb. 186). Müssen höhere Kräfte in den Membranrand eingebracht werden, kann mit hydraulischen Pressen gespannt werden. Müssen

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lange Spannwege bewältigt werden, können auch Seilwinden verwendet werden. Um Membranflächen in ihre vorgesehene Verankerungsposition zu bewegen, werden sie eingehoben oder entlang von linienförmigen Tragelementen eingezogen. Dort müssen sie dann nach statischen Vorgaben gespannt und fixiert werden. Dazu werden zwischen den zuvor beschriebenen Spanngeräten und dem Membranrand oft Spannwerkzeuge angeordnet, die ein gesichertes Führen und Einleiten der Spannkraft in das biegeweiche Flächenelement ermöglichen. Zum Einsatz kommen meist Spannhilfen aus Stahlformteilen, die den Keder oder den gesamten Beschlag greifen. Ausschlaggebend für die Werkzeugwahl sind die Beschaffenheit der Randausbildung, die Anforderungen aus der Höhe und Art der aufzubringenden Spannkraft sowie die Spannrichtung und Spannweglänge. Darüber hinaus sind die Platzverhältnisse und die Art der Befestigung der Spannhilfe an der Substruktur für die Wahl der geeigneten Spannhilfe maßgeblich. Ein von vielen Montageunternehmen eingesetztes Werkzeug sind Hilfsklemmplatten. Sie werden sowohl zum Einziehen der Membranflächen als auch zum Spannen verwendet. Sie bestehen aus einem unteren und oberen Klemmplattenteil so-

wie Anschlussmöglichkeiten für Flacheisen, Seile oder Gurte. Je nach Ausführung kann der Keder zwischen die Platten oder an das äußere Ufer der Platten gelegt werden (Abb. 188). Mit den Hilfsklemmplatten kann der Keder in Abständen gefasst und der Rand über die Verankerungsposition gezogen werden. Der freie Kederrand wird dann in die untere Klemmleiste eingelegt und mit der oberen Platte verschraubt. Sind entlang von Bögen Schienen angeordnet, durch welche die Membrane gezogen werden muss, können an die Hilfsklemmleisten Rollenschlitten montiert werden (Abb. 189). Die Schlitten lassen sich mit Greifzügen bewegen. Beim Einziehen von Membranen entlang von auf Bögen montierten Kederschienen ist auf die hohe Reibung zwischen Keder und Schiene zu achten. Für biegesteife Klemmplatten-Randausführungen mit außen liegendem Keder können als Spannwerkzeug Blechlaschen mit aufgeschweißten Bolzen verwendet werden (Abb. 191). Zum Spannvorgang werden sie direkt auf den Oberteil der Klemmplatte geschraubt. In die Laschenbohrungen kann ein Spanngerät eingehängt werden, das die notwendige Kraft in den Rand einleitet. Die Bohrungen sollten daher ausreichend groß sein.

Abb. 188: Hilfsklemmleisten zum Einziehen von Membranen

Abb. 189: Einziehen der Membrane für die Tribünenüberdachung des Gottlieb-Daimler-Stadions in Stuttgart

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Bolzen

Keder Klemmplatte Schnitt A – A

biegesteife Membranrandausführung

Verankerungsposition

Blechlasche mit Bohrung A

A

Abb. 190: Spannwerkzeug für Klemmplattenrand

Die Kraftübertragung während des Spannvorgangs erfolgt vom Bolzen über die Klemmplatte linienförmig auf den Keder. Bei Erreichen der Verankerungsposition werden die Klemmplatten auf die Unterkonstruktion geschraubt und die Laschen entfernt.

Klemmplattenteil Keder

greifbarer Klemmplattenteil

Abb. 191: Klemmplatten-Randausführung bei der Bahnhofsüberdachung in Dresden

119

Abb. 192: Längsspannen eines Kederschienenrandes

Abb. 193: Spannen des Kederschienenrandes am Flughafentower in Wien, Österreich

Ist es aus gestalterischen Gründen denkbar und genügend Platz vorhanden, kann es montagetechnisch sinnvoll sein, die Abmessungen der unteren Klemmplattenteile zu verändern. Die in Abbildung 191 gezeigte Ausführung kann direkt mit dem Spannwerkzeug gegriffen, gezogen und mit der Substruktur verschraubt werden. Ist kein ausreichender Platz für die Verwendung von Hilfsklemmleisten vorhanden, lässt sich der Keder mit zangenartigen Greifwerkzeugen fassen (links in Abb. 192). Zum Längsspannen von Membranrändern, wo an angeschweißten Zuglappen mit einkonfektioniertem Keder gezogen wird, eignen sich diese Werkzeuge besonders gut. Mit Kederprofilen ausgeführte, biegesteife Ränder können mit Werkzeugen gespannt werden, die direkt in das Kederprofil greifen. Mit Zurrgurtensystemen lässt sich der Rand zur Verankerungsposition ziehen. Abbildung 194 zeigt, welches Optimierungspotenzial in der montagegerechten Gestaltung einer Randausführung liegen kann. Bei engen Platzverhältnissen ist die Anordnung von Hilfs-

Abb. 194: Vorrichtungen zur Befestigung von Spanngeräten und Spannhilfen

blechen als temporäre Verankerung für Spanngeräte außerordentlich hilfreich (links in Abb. 194). Nach Fertigstellung des Spannvorgangs können diese demontiert und wiederverwendet werden. An das Primärtragwerk geschweißte Stahlbügel eignen sich ebenfalls zur Verankerung (rechts in Abb. 194).

120

Abb. 195: Verwendung von System-Arbeitsgerüsten beim Einbau von Membranflächen

3.3.4 Arbeitsgerüste und Hilfskonstruktionen Zur sicheren Durchführung der Montagearbeiten an Membrankonstruktionen kommen häufig Arbeitsgerüste zum Einsatz. In Abhängigkeit vom Tragsystem und Montageverfahren werden dazu ortsfeste und ortsveränderliche Arbeitsplattformen installiert. Diese tragen außer dem ausführenden Montagepersonal und dessen Werkzeugen oft auch das Membranmaterial, das dann auf den Belagsflächen zum Einbau vorbereitet wird.

3.3.4.1 Ortsfeste und ortsveränderliche Gerüste und Arbeitsbühnen Der Einsatz von leichten Systemgerüsten ist wirtschaftlich, wenn die Membranmontage achsweise erfolgt. Um einen ökonomischen Montagefortschritt zu begünstigen, sollte allerdings Platz vorhanden sein. In der Regel sind solche Gerüste als ortsfeste oder fahrbare Rahmen- oder Rohrgerüste mit Gerüstbelegen aus Stahl- oder Aluminiumtafeln ausgeführt. Der Vorteil bei der Verwendung von Systemgerüsten liegt darin, dass sie

aufgrund ihrer leichten Bauart verhältnismäßig einfach umgebaut und erweitert werden können und die geschweißten oder gekuppelten Verbindungsmittel durch die Vorfertigung standardisiert sind.1 Dort, wo die Einrichtung eines konventionellen Gerüsts nur schwer möglich oder unwirtschaftlich ist, werden oft mobile Arbeitsbühnen mit scherenartigen, gelenkigen oder gelenkigteleskopierbaren Ausführungen ver wendet. Mit Hublasten bis ca. 500 kg kann damit in Arbeitshöhen bis ca. 35 m gearbeitet werden. Die Arbeitsbühnen sind an LKW-Fahrgestellen montiert oder auf Spinnen-, Raupen- oder Reifenfahrgestellen als eigenes Gerät ausgeführt, wobei sie dann aus der Arbeitshöhe betrieben werden können. Gerätetypen mit besonderen Fahrantrieben können Geländeneigungen bis ca. 25 % bewältigen. Der Vorteil bei der Verwendung von Gelenk-Teleskop- und Scherenbühnen liegt vor allem in der hohen Flexibilität beim Einsatz in beengten Arbeitsbereichen.

Abb. 196: Gelenk-Teleskopbühnen beim Einbau pneumatischer Kissen und beim Aufbau eines Vierpunktsegels

1

Jeromin, W. (2003)

121

Abb. 197: Hängegerüst bei der Membranmontage am Millennium Dome in London, England

Abb. 198: Befahranlagen beim Membraneinbau am Tropical Island in Brand und am Forumdach im Sony-Center in Berlin

Zur Wahl der geeigneten Arbeitsbühne sind die sicherheitstechnischen und ergonomischen Arbeitsbedingungen während der Montagevorgänge zu berücksichtigen. Gesamtgewicht, Geräteabmessungen, Abstützbreiten, Arbeitshöhen, Tragkraft im Arbeitskorb, Dreh- und Schwenkbereiche sowie seitliche Reichweiten sind dabei die wichtigsten Kriterien. Montagearbeiten in großen Höhen können mithilfe von Hängegerüsten durchgeführt werden. Diese werden mit nicht brennbaren Tragmitteln an tragfähigen Bauteilen aufgehängt und gegen Pendeln gesichert. Oft wird die Standsicherheit der Hängekonstruktion durch eine Auflast (Gegengewicht, Ballast) hergestellt.

mit oberem und unterem Podest entwickelt. Um eine stabile Arbeitsplattform zu erhalten, wurden am oberen Podest auskragende Ballastträger montiert, die das untere Podest gegen den unten verlaufenden, kastenförmigen Randträger pressen. Die Fahr- und Einstellvorgänge zur Anpassung an den Kurvenradius wurden händisch vorgenommen.1 Die Kissenmontage der Galets wird im Abschnitt 3.4.2 beschrieben.

Bei Membranmontagen sind Hängegerüste oft fahrbar ausgeführt. Ihre Lage lässt sich dann entlang von Führungselementen wie Seilen oder Randträgern verändern. Senkrechte und waagrechte Bewegungen müssen durch entsprechende Feststell-, Endhalte- und Fangvorrichtungen gesichert werden. Sind sie ortsfest eingerichtet, müssen sie mit Kranen übersetzt werden. Abbildung 199 zeigt die Membranmontage an einem Galet am Ausstellungsgelände der EXPO.02 in Neuenburg (Schweiz). Zur Montage der Membranteile in den Kragenflächen wurde ein am oberen rohrförmigen Randträger fahrendes Arbeitsgerüst

Abb. 199: Fahrbares Arbeitsgerüst bei der Membranmontage in Neuenburg, Schweiz

1 Imgrüth, H. (2002)

122

Abb. 200: Seilunterstütztes Arbeiten bei der Membranmontage

Gerüste fordern einen nicht unerheblichen Zeitaufwand beim Aufstellen und Anbringen an festen Bauteilen. Oft ist der Einsatz von Gerüsten oder Kranen bei der Membranmontage aufgrund der Tragwerksgeometrie, der Platzverhältnisse oder mangelnder Verfügbarkeit auch unmöglich. Für Montagearbeiten, die mit herkömmlichen Gerüsttechniken, mobilen Arbeitsbühnen oder Befahranlagen nicht durchgeführt werden können, bietet sich das seilunterstützte Arbeitsverfahren als Alternative an. Geringe Rüstzeiten, hohe Flexibilität und geringere Kosten werden als Vorteile für das Arbeiten im Seil angeführt. Insbesondere bei Projekten mit Seilsystemen, die als Zugangsstrecke verwendet werden können, ist das seilunterstützte Arbeiten eine sehr effiziente Lösung. Für ein sicheres Arbeiten im Seil ist allerdings ein in sämtlichen Seilzugangstechniken ausgebildetes Montagepersonal Voraussetzung.

3.3.4.2 Hilfskonstruktionen zur Stabilisierung des Primärtragwerks Im nicht vorgespannten Zustand sind biegeweiche Tragelemente nicht ausreichend tragfähig. Tragwerke, bei denen sich biegeweiche und biegesteife Tragelemente im Endzustand gegenseitig stabilisieren, müssen zum Einbau der Membranflächen im Gleichgewicht gehalten werden (s. Abschn. 3.4.1.2). Zur Stabilisierung des Primärtragwerks oder der SubstrukturTragwerksteile während der Montage kommen in Abhängigkeit vom Montageverfahren unterschiedliche Methoden und Hilfskonstruktionen zur Anwendung. Mit Hilfsmitteln wie Seilen, Zurrgurten oder Hilfsstützen können Tragwerksteile zur vorübergehenden Stabilisierung verspannt, abgespannt oder abgestützt werden und so die sichere Durchführung der Montagearbeiten ermöglichen. Zu ihrer Verwendung müssen allerdings entsprechende Verankerungsmöglichkeiten vorhanden sein.

Abb. 201: links: Stabilisierung des Primärtragwerks zur Montage der Überdachung des Carports beim Amt für Abfallwirtschaft in München; rechts: Stabilisierung der Seilkonstruktion am Millennium Dome in London, England

123

Abb. 202: Zwischenzustand bei der Montage einer Hochpunktfläche

Eine kostengünstige Methode, einen stabilen Montagezustand herbeizuführen, ist das Verwenden von Zurrgurten zum Aboder Verspannen der Primärtragelemente. Weil sich die Stabilitätsverhältnisse während des Einbaus der Membranflächen ändern, ist dabei jedoch auf die Zugänglichkeit zu den Hebelspannratschen zu achten. Diese sind entsprechend des Kontrollund Ausgleichskonzepts nachzuspannen oder zu entlasten. Werden Bauteile mithilfe von Kranen gehoben, ist auf die Standsicherheit der Geräte in den Montagezwischenzuständen zu achten (Abb. 202). Um das Tragsystem im Gleichgewicht zu halten, ist es oft notwendig, auf einzelne Tragwerksteile eine Vorbelastung aufzubringen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn sich Membranflächen oder Seile erst durch den Einbau biegesteifer Flächen (Metall-, Glaselemente etc.) in der Sollgeometrie befinden. Die Gleichgewichtslage des Tragsystems kann durch Vorwegnahme des Gewichts dieser Elemente erreicht werden. Dazu wird das Tragwerk in den Montagezwischenzuständen in berechneten Punkten mit Auflasten ballastiert, um es vorübergehend zu stabilisieren.

Abb. 203: oben: Ballastierung einer mit Glastafeln gedeckten Seilkonstruktion mit Sandsäcken in den Knoten; unten: Ballastierung zweier Tragseile mit Wasserbehältern bei der Dachmontage im Gerhard-Hanappi-Stadion in Wien, Österreich

Beim Spannen von Seilen müssen die Zuggeräte zur Einleitung der Spannkräfte eingerichtet werden. Spannstuhl, Pressenstuhl sowie die erforderlichen Pressen werden dabei in der Seilachse positioniert, verankert. Dies kann durch die Installation von begehbaren Montageplattformen erreicht werden.

Die Vorbelastung auf das Tragsystems kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Gebräuchliche Methoden sind das Aufbringen von Wasser- oder Sandsäcken (Abb. 203). Der Vorteil bei diesen Verfahren ist, dass sie kostengünstig und umweltfreundlich sind. Die Behälter können zur Gewichtsreduzierung angestochen werden. Der auslaufende Sand kann an der Baustelle wiederverwendet werden, das Wasser versickert. Wasserbehälter können darüber hinaus bei installierter Wasserzuführung auch nachbeschickt werden, was für die Montage in den Zwischenzuständen vorteilhaft sein kann.

3.3.4.3 Hilfskonstruktionen für Montagegeräte Müssen in großen Höhen schwere Montagegeräte installiert werden, wird die Einrichtung von Traggerüsten notwendig.

Abb. 204: Plattformen für die Litzenspanngeräte beim Neubau der Überdachung des Waldstadions In Frankfurt/M.

124

3.4 Montageverfahren Das Verfahren mit sämtlichen Vorgängen zur Errichtung und Fügung vorgefertigter Montageelemente und -einheiten zu einem Tragwerk kann als Montageverfahren bezeichnet werden. Das Montageverfahren unterliegt immer einem Montageprinzip. Im Bereich der weitgespannten, leichten Flächentragwerke entsteht dieses Prinzip in erster Linie aus praktischen Überlegungen, deren Ziel das Erreichen eines vorgespannten Tragwerks als Endergebnis ist. Der vorliegende Abschnitt widmet sich den auf das Montageverfahren wirkenden Einflussgrößen sowie der Untersuchung einzelner Montageprinzipien und -verfahren zur Errichtung von Membrankonstruktionen.

3.4.1 Das Montageprinzip beeinflussende Kriterien Angesichts der komplexen Aufgaben in den Bereichen Fertigen, Zubringen und Fügen mit immer wieder neuen, voneinander abweichenden Qualitätsansprüchen stellt das Erstellen von Montagekonzepten höchste Anforderungen an Planer und Ausführende. Aus der Vielzahl der Möglichkeiten, Räume weit zu überspannen, ergeben sich im Bereich der leichten Flächentragwerke viele sogenannte Sonderkonstruktionen und somit auch eine Reihe von Möglichkeiten, ein solches Tragwerk zu errichten. Die Einflussgrößen, auf die sich einzelne Montageprinzipien zurückführen lassen, sind im Wesentlichen fertigungstechnischer, bautechnischer und ökonomischer Natur. Grundlage zur Einteilung der das Montageprinzip beeinflussenden Kriterien bilden Material, konstruktive Ausbildung und Tragwirkung, Montagemittel und logistische Parameter eines Projekts. Das Prinzip des anzuwendenden Montageverfahrens an der Baustelle unterliegt daher im Wesentlichen: •

der Art und Fügung der verwendeten Materialien,

•

dem Wirkprinzip des Tragsystems,

•

den örtlichen Verhältnissen an der Baustelle,

•

der Art der eingesetzten Montagemittel und

•

den Fertigungs-, Lieferungs- und Transportmöglichkeiten.

3.4.1.1 Art und Fügung der verwendeten Materialien Die Fertigung und Fügung sowie das Verhalten der verwendeten Materialien unter Belastung, Zeit und Temperatur spielen eine zentrale Rolle für den Einbau von Membranflächen. Wie sich der Einfluss des gewählten Materials, dessen Zuschnitt und Verbindungsmittel auf die einzelnen Montagevorgänge und abläufe auswirkt, ist in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben und lässt sich wie folgt zusammenfassen. Bei Folien und Geweben muss insbesondere auf mechanische Beanspruchungen aus den Herstellungs- und Montagevorgängen geachtet werden. Die Art, wie biegeweiche Flächenelemente ausgelegt, eingehoben und montiert werden, bestimmt, in welcher Weise es verpackt und angeliefert werden muss. Auch beim Arbeiten mit Seilen müssen Vorkehrungen getroffen werden, welche eine Beschädigung des Seiles verhindern. Am deutlichsten wird der Einfluss des Materials auf das anzuwendende Montageverfahren bei der Einleitung der Vorspannung in das biegeweiche Flächenelement. Spannrichtung und Spannfolge hängen dabei in entscheidender Weise vom Materialtyp und der Art der Teilflächenfügung ab. Die Anordnung der Bahnenlage, der Verlauf und die Ausführung der Nähte, die Form der Berandung und die Art der Stützung sind maßgeblich für das anzuwendende Montageprinzip. Anzuführen ist hier auch die montagegerechte Gestaltung der Konstruktionselemente für die Bereiche der Krafteinleitung in die Membranfläche, die den Montageprozess beeinflussen kann. Die Höhe der einzuleitenden Spannkraft, die Dehnwege und die anzusetzenden Spannschritte über einen bestimmten Zeitraum sind ebenfalls materialabhängig. Stoffliche und verarbeitungstechnische Materialmerkmale prägen große Unterschiede im Materialverhalten. So ist auch insbesondere auf die Verarbeitungstemperatur bestimmter Gewebe und Folien zu achten.

125

3.4.1.2 Wirkprinzip des Tragsystems Zur Beschreibung der Kriterien für die Wahl eines geeigneten Montageverfahrens muss dargestellt werden, welche Art von Tragwerken im Bereich der weitgespannten, leichten Flächentragwerke zu errichten ist. Die Strukturform von Konstruktionen mit biegeweichen Tragelementen, die durch feste Berandungen oder Eckpunkte gehalten werden, entspricht im Idealfall genau dem Kräfteverlauf. Bei Auftreten von Belastung finden in den biegeweichen Tragelementen Deformationen statt; die dabei entstehenden Spannungen sind weitgehend Zugspannungen. Um die Spannungsspitzen über die Verformung der biegeweichen Tragelemente abbauen zu können, ist neben der Materialart und der Art der Randausbildung auch die Form des Tragwerks wesentlich für das Tragverhalten. Tragsysteme mit biegeweichen Tragelementen, wie Membrankonstruktionen und Seilnetze, werden deshalb auch als Formaktive Tragsysteme bezeichnet. Tragwerksarten nach Form, Stützung und Berandung Als Ordnungskriterium hat sich eine Klassifikation nach der Geometrie der Tragwerke etabliert. Sie gibt Aufschluss über die Form der biegeweichen Flächenelemente. Unterschieden wird dabei bei mechanisch gespannten, antiklastisch gekrümmten Konstruktionen in: •

Segelflächen – von zwei oder mehreren Hochpunkten abgespannte, hyperparaboloidförmige Flächen,

•

Hochpunktflächen – von innen oder außen punktförmig gestützte, buckelförmige Flächen,

•

Bogenflächen – zwischen bogenförmigen Randträgern gespannte, sattelförmige Flächen, und in

•

Grat- und Kehlflächen – zwischen höhenversetzten, linienförmigen Tragelementen gespannte, wellenförmige Flächen.

Darüber hinaus können Membranelemente auf fachwerkartig ausgebildeten Unterkonstruktionen als raumabschließende Eindeckungsflächen für beliebige Formen eingesetzt werden. Der Gleichgewichtszustand bei auftretender Belastung spielt bei Formaktiven Tragsystemen eine wichtige Rolle, weshalb die biegeweichen flächigen Tragelemente dieser Tragsysteme auch meist nach der Art ihrer Stützung in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: •

punktförmig gestützte Membranflächen – mechanisch gespannte Hochpunkt- und Segelflächen, deren Ränder von innen oder außen punktförmig an der Primärkonstruktion verankert werden,

•

linienförmig gestützte Membranflächen – mechanisch gespannte Bogenflächen und Wellenflächen, die von linienförmigen Randelementen begrenzt werden,

•

flächig gestützte Membranflächen – pneumatisch gespannte Kissenkonstruktionen und Traglufthallen, deren Flächen durch Erhöhung oder Verringerung des Luftdrucks gespannt werden.1

Bei durch Druckunterschiede gespannten, synklastisch gekrümmten Konstruktionen wird unterschieden in: •

Elementkissen – nebeneinander angeordnete, schlauchförmige Luftkissen,

•

Großkissen – großformatige, linsenförmige Luftkissen, und in

•

Traglufthallen – großformatige, kuppelförmige Lufthallen.

Aus den oben angeführten Grundformen lässt sich des Weiteren eine Vielzahl von Mischformen und Abwandlungen von Flächenformen ableiten. Tragwerkssonderformen, deren Hierarchie im Tragsystem nicht eindeutig konstruktiv getrennt betrachtbar ist, lassen sich ebenfalls meist auf diese Grundformen zurückführen. 1 Anm.: Beschwerte Hängedächer aus Geweben werden faktisch nicht gebaut, sind aber ebenfalls dieser Gruppe zuzuordnen.

126

Abb. 205: Tragwerkstypologie: Grundtypen nach ihrer Form und Art der Stützung

127

Stabilitätsverhältnisse im Montagezustand Die zuvor beschriebene und in Abbildung 205 dargestellte Tragwerkstypologie kann allerdings nur zu grundlegenden Überlegungen für die Wahl eines geeigneten Montageverfahrens dienen. Zur Errichtung eines Membrantragwerks ist es auch notwendig, die Festigkeits- und Stabilitätsverhältnisse im Tragsystem und die Art des Zusammenwirkens von Primär- und Substrukturteilen des Tragwerks zu beurteilen. Biegeweiche Tragelemente sind im nicht vorgespannten Zustand nicht formstabil und daher nicht ausreichend tragfähig. Diese Instabilität im Montagezustand unterscheidet die Montageverfahren zur Errichtung Formaktiver Tragwerke wesentlich von der Bauweise konventioneller Tragwerke. Je nach Tragsystem kann es infolge von Beanspruchungen aus der Montage zu großen Verformungen und Schwingungen kommen. Die Bauteilbeanspruchungen sind dann meist höher als die zu erwartenden Beanspruchungen im Endzustand. Stabilität und Standsicherheit der Gesamtkonstruktion im Montagezustand werden beeinträchtigt. Die Instabilität des Gesamt-

tragwerks oder einzelner Tragwerksteile während der Montage ist vor allem dann gegeben, wenn sich biegeweiche und biegesteife Tragelemente im Tragwerk im Endzustand gegenseitig stabilisieren. Ausschlaggebend für die Einbausituation ist daher folgende Unterscheidung in 1. Tragwerke, deren Primärtragstruktur ohne biegeweiche

Tragelemente ausreichend Stabilität besitzt, und 2. Tragwerke, die erst durch das Zusammenwirken biege-

steifer und biegeweicher Tragelemente ausreichend Stabilität besitzen. ad 1: Bei solchen Tragwerken wird die Membranmontage erst nach Fertigstellung der selbsttragenden Primärkonstruktion durchgeführt. Eventuell vorhandene Substrukturen können biegeweich oder biegesteif sein und müssen vor dem Einbau der Membranflächen eventuell stabilisiert, auf Montagebeanspru-

a) Einbau in stabile Schirmkonstruktion

b) Kissenmontage

b

c) Montage – Bogenmembrane

Abb. 206: Membranmontage in eine stabilisierte Primärkonstruktion

d) Montage – Tiefpunktmembrane

128

chungen dimensioniert und gegebenenfalls gelenkig ausgebildet sein. Die Stabilisierungsarbeiten sind dann meist mit Seilen, Gurten oder leichten Geräten durchführbar. Sind auch alle Substrukturteile der Primärkonstruktion formstabil, so ist die Membrane bei geringen Spannweiten raumabschließende Eindeckungsfläche.

muss das Tragwerk bis zu seiner Vollendung in allen wesentlichen Punkten unterstützt, gehalten oder verankert werden.

ad 2:

Werden die biegesteifen Tragelemente der Primärstruktur zeitgleich mit der Membrane in ihre vorgesehene Endlage bewegt (Abb. 207), so sind auch die Tragelemente der Primärkonstruktion auf die Montagebeanspruchungen aus dem Aufrichten zu dimensionieren und auszulegen. Die auftretenden Verformungen müssen dabei durch verschiedene bautechnische Maßnahmen so kompensiert werden, dass die Bauteile in jedem Geometriezustand ausreichende Stabilität besitzen. Dabei ist vor allem darauf zu achten, dass die Beanspruchungen aus der Montage meist anderer Art und Größe als die einwirkenden Kräfte im Endzustand sind.

Bei Tragwerken, deren Tragwirkung auf der gegenseitigen Stabilisierung von Primärstruktur und Membrane beruht, müssen zur Errichtung auch für das Primärtragwerk Stabilisierungsmaßnahmen vorgesehen werden. Die im Tragwerk wirkenden Kräfte stehen ohne diese Maßnahmen nur im Endzustand, mit Erreichen der Sollgeometrie, im Gleichgewicht. Um Überbeanspruchungen in den einzelnen Montagezuständen zu vermeiden,

Hilfsabspannungen oder Ballastierungsmaßnahmen können das Tragwerk in den Montagezwischenzuständen stabilisieren. Für Abspannungen mit Gurten oder Seilen müssen entsprechende Verankerungsmöglichkeiten vorgesehen werden. Dies kann durch zusätzliche Bohrungen an festen Bauteilen oder durch die Anordnung von Montagefundamenten oder Verdübelungen erreicht werden.

a) Montage – Hochpunktkonstruktion

b) Montage – Segelfläche

c) Montage – Bogenmembrane

d) Montage – Hochpunktkonstruktion

Das Einheben, Einhängen und Vorspannen der Membrane bilden hier die wesentlichen Montagevorgänge. Am Primärtragwerk können, je nach Tragfähigkeit, Hilfsmembranen und Netze befestigt und Verankerungsmöglichkeiten für Spanngeräte und -vorrichtungen vorgesehen werden.

Abb. 207: Membranmontage an instabilem Primärtragwerk

129

Um Bauteile in ihre vorgesehene Lage zu positionieren, werden diese oft mit Montagegelenken ausgerüstet. Zu berücksichtigen ist dann der Platzbedarf für die zu bewegenden Elemente. Aufgrund der meist hohen Herstellungskosten für solche Gelenke ist es in solchen Fällen sinnvoll zu prüfen, ob nicht ein alternatives Montageverfahren zur Anwendung kommen sollte.1 Durch Verringerung der Anzahl der Montagegelenke und die Einschränkung der Freiheitsgrade lassen sich Kosten reduzieren. Besondere Vorsicht ist bei der Anordnung von kugelförmigen Gelenken geboten. Um die Kugel während des Spannvorgangs am Auflager zu halten, muss genau auf die Höhe und Richtung der Spannkraft geachtet werden. Ein wichtiger Aspekt sind auch die klimatischen Verhältnisse während des Aufstellens. Starker Wind kann die nicht vorgespannte Membrane erheblich beschädigen und gegebenenfalls auch eine nicht ausreichend verankerte Primärstruktur zum Einsturz bringen. Belastung aus Regenwasser bedeutet Gewichtszunahme und kann bei großen Flächen mehrere Tonnen Mehrbelastung ausmachen. Stabilisieren und belasten sich Membranflächen und Primärkonstruktion gegenseitig im Tragwerk, muss die Spannfolge beim Einbringen der Vorspannung auf die Kräfte und Verformungen im gesamten Tragsystem abgestimmt werden. Die im Tragwerk auftretenden Verformungen aus dem schrittweisen Spannen in Etappen werden als iterativer Prozess in der Montageplanung berechnet.

Abb. 208: Schematische Darstellung einer möglichen Spannfolge

1 Siokola, W. (2004)

Die Höhe der aufzubringenden Vorspannung in den einzelnen Etappen muss so vorgegeben werden, dass die Stabilitätsverhältnisse im Tragwerk während des Spannvorgangs ausgeglichen sind. In Abhängigkeit von Tragwerksart und Montageverfahren ist es dazu auch notwendig, Bereiche für Abweichungen vom jeweiligen Montagezustand zu definieren. Tragwerksbelastungen aus während der Montage auftretenden geometrischen Imperfektionen müssen in der Statik erfasst werden. Zur Montage ebener und räumlicher Seilkonstruktionen wird die Vorspannung schrittweise aufgebracht (oben in Abb. 208). Die Spannfolge wird dann meist sternförmig vorgegeben (unten in Abb. 208). Dabei wird gegebenenfalls auch eine Reduktion der aufgebrachten Vorspannung in Teilbereichen notwendig, die schlaffen und die vorgespannten Bereiche wechseln sich ab. Die Montage von stabilisierenden Membranflächen erfolgt meist zeitlich/räumlich so versetzt, dass in jedem Zwischenzustand ausreichend Stabilität im Gesamtsystem vorhanden ist (Abb. 209). Dabei wird nach dem Einhängen und Anklemmen der Elemente eine Grundvorspannung aufgebracht, um die Fläche bei auftretendem Windangriff zu stabilisieren. Das Aufbringen der endgültigen Vorspannung zum Erreichen der Sollgeometrie erfolgt nach dem Einbau aller Membranflächen. In Abbildung 210 werden konstruktive Maßnahmen zur Stabilisierung aus der Art der Tragwerksbeanspruchung abgeleitet und gegenübergestellt.

Abb. 209: Diagonal versetzter Einbau beim Forumdach des SonyCenters in Berlin (unten) und beim Millennium Dome in London, England (oben)

Abb. 210: Tragwerksbeanspruchungen und Stabilisierungsmaßnahmen bei der Errichtung Formaktiver Tragwerke

ad 1 = Membraneinbau in stabilisierte Primärkonstruktion ad 2 = Gegenseitige Stabilisierung von Primärtragwerk und Membrane

Temperatur

Regenlasten

Schneelasten

Windlasten

Abflußrichtung beim Einheben beachten Einhaltung des vorgegebenen Zeitmassstabs für den Spannvorgang

Ablauf des Regenwassers ermöglichen Berücksichtigung des Temperaturkriechens durch Festlegen der Spannkraft, Spanndauer und Spannfolge

Prüfen der Toleranzen

Kraft- und Dehnungsmessung in den wesentlichen Spannschritten

Positions- und Sicherungskontrolle von Lage und Form der einzelnen Montageeinheiten

Kontrolle und Dokumentation:

Sicherungsmassnahmen im Montagezwischenzustand bei Windangriff

Vorgabe der Spannrichtung

Spannrichtung

Bedingungen zur Windmessung

örtliche Handhabbarkeit für den Einsatz ortsveränderlicher Messgeräte Bedingungen für den Einbau ortsfester Messgeräte

Abstimmung der Spannfolge und Festlegung der Spannschritte

Spannfolge

Definieren der max. zul. Schnee- und Eislasten

Zugänglichkeit der Montageeinheit während des Spannvorganges

Abstimmung der Spannungsverteilung

Spanndauer

Definieren der max. zul. Windstärke

Anzahl, Platzbedarf, Gewicht, Befestigungsund Verankerungsmöglichkeiten für Spanngeräte

Festlegen der Spannwege

Spannweg

Einwirkungen aus den klimatischen Verhältnissen am Montageort

Prüfen der Ballastierungsfolge

Prüfen der Ballastierungsmöglichkeiten (Sand, Wasser, Träger etc.)

Stand- und Bodenfestigkeit, Schwenkradien für Kräne prüfen

Befahrungs- und Sicherungsmöglichkeiten für ortsveränderliche Gerüste und Plattformen Anschlussbleche und Verankerungsmöglichkeiten für Hilfsabspannungen

Verankerungsmöglichkeiten für Hebe- und Spannwerkzeuge

Verankerungsmöglichkeiten für ortsfeste Gerüste und Plattformen

Montagefundamente

Definieren der max. zul. Spannkraft

Prüfen der Imperfektionen und Festlegen der Toleranzen

Erstellen eines Sicherungs- Kontroll- und Ausgleichskonzeptes

Spannkraft

Aufrichten der Primärkonstruktion mitsamt den biegeweichen Tragelementen

ad 2

Montagegelenke und Schwenkradien der Bauteile prüfen

Tragfähigkeit des Baugrundes prüfen

Art, Anzahl, Abmessungen und Gewichte der Hebe- und Spannwerkzeuge

Überprüfen der Belastung und Verformung von Gesamtstruktur, Strukturteilen und Einzelbauteilen unter Montagelasten Stabilitätsuntersuchungen anhand der Verformungen aus der Montage

Bautechnische Berücksichtigung

Sicherungs- und Ausgleichskonzept

Vorspannen der biegeweichen Tragelemente

Einhängen der biegeweichen Tragelemente

ad 1

Einheben/Einziehen der biegeweichen Tragelemente

Aufrichten der Primärkonstruktion

Tragwerks- u. Tragelementbeanspruchungen in den Montagephasen

130

131

3.4.1.3 Örtliche Verhältnisse an der Baustelle Eine ungestörte Anlieferung und Zwischenlagerung sowie optimale Bedingungen für eine reibungslose Vor- und Endmontage sicherzustellen, setzt die genaue Kenntnis der Verhältnisse am Montageort voraus. Diese lässt sich durch eine umfassende örtliche Erkundung, Dokumentation und Vermessung in Erfahrung bringen. Über folgende Punkte sollte diese Erkundung Aufschluss geben. Für die Anlieferung der Bauteile müssen die Zufahrtswege so geregelt sein, dass der Verkehr an der Baustelle nicht beeinträchtigt wird. Die Abladestellen sollten frei von gelagertem Material und Betriebseinrichtungen gehalten werden. Die Flächen zur Zwischenlagerung der Membranflächen müssen befestigt, eben und ohne Störkanten, Gruben oder sonstigen Behinderungen sein. Lagerungsflächen für Seiltrommeln und Membranpakete müssen mit Montagefahrzeugen (Schwerlastfahrzeuge, Mobilkrane, Arbeitsbühnen, Gabelstapler etc.) befahrbar sein. Am Vormontageplatz werden die Membranteilflächen für das Einheben oder Aufrichten und für das Vorspannen vorbereitet. Die angelieferten Membranteile und Randseile sowie Tragelemente der Primärkonstruktion werden dazu je nach Montageverfahren ausgelegt, miteinander verbunden und zum Einheben vorbereitet. Dazu muss der Platz ausreichend groß und eben sein. Außerdem sollte er gereinigt und mit einer Schutzfolie abgedeckt sein, um die empfindlichen Gewebeund Seiloberflächen wirksam vor Beschädigungen zu schützen. Sinnvoll ist es auch, den Vormontageplatz mit Absperrungen zu sichern. Sind Membranflächen in eine bereits vorhandene Primärkonstruktion einzubauen, muss die Zugänglichkeit zu den für die Montagevorgänge relevanten Stellen gewährleistet sein. Insbesondere an den Randbereichen, wo die Vorspannung eingeleitet wird, und an den Stellen, wo die Membrane eingehoben

örtliche Verhältnisse

räumliche Verhältnisse

und ausgerollt oder gefaltet wird, muss ausreichend Montagefreiheit vorhanden sein. Auch muss geprüft werden, ob es an den erforderlichen Stellen möglich ist, Plattformen oder Pressentische zu installieren. Für die Montage der Membranen sind auch oft die Verlegung von Schläuchen und elektrischen Leitungen sowie das Aufstellen von Pumpen notwendig. Eventuell vorhandene Gebläseeinrichtungen und Steuerstände sollten ebenfalls gut zugängig sein. Bei Nachtarbeiten muss für ausreichende und möglichst schattenfreie künstliche Beleuchtung gesorgt werden. Sind Gerüste einzusetzen, ist zu prüfen, ob solche vor Ort vorhanden sind und benutzt werden können. Ziel bei der Membranmontage ist es, mit möglichst wenig Rüstung auszukommen. Bei längerfristigen Montagen sind meist Werkzeug- und Gerätelager sowie Werkstätten für Reparaturarbeiten erforderlich. Für Besprechungs- und Aufenthaltsräume sowie für entsprechende Unterkünfte für das Montagepersonal ist dann ebenfalls zu sorgen. Auch die wirtschaftlichen Verhältnisse am Montageort können die Wahl des Montageverfahrens beeinflussen. In dicht bevölkerten Regionen der Dritten und Vierten Welt sind viele Arbeitskräfte mit geringer Fachkenntnis vorhanden. Dort kann es problematisch sein, notwendiges Hebezeug, wie etwa Krane, zu bestellen. Auch andere Baubehelfe, Werkzeuge und Baustoffe sind in diesen Ländern oft nur in geringem Maße verfügbar. In den hoch industrialisierten Ländern dagegen wird man aufgrund der hohen Lohnkosten mit weniger Arbeitskräften höherer Qualifikation auskommen müssen. So ist es durchaus möglich, dass die Durchführung der Montage für ein und dieselbe Bauaufgabe an verschiedenen Orten sehr unterschiedlich durchgeführt werden muss. Transport, Baustelleneinrichtung, Fertigstellungstermin und damit letztlich auch die Baukosten können durch derartige Einschränkungen und Behinderungen wesentlich beeinflusst werden.

Klima

Materialwahl

Topologie

Tragwerksart -geometrie u. -dimensionen

Bodenbeschaffenheit

Befahrbarkeit und Standfestigkeit der Verkehrs- und Montageflächen

Erreichbarkeit

Transport, Menge u. Abmessungen der Montageeinheiten

Flächen- u. Platzbedarf

Zwischenlagerung Material, Baubehelfe und Werkzeug, Vormontage, Hilfskonstruktionen, Schwenkbereiche für Kräne, Zugängigkeit

Verankerungs- und Befestigungsmöglichkeiten Baustelleneinrichtung

Montagefundamente, Spannvorrichtungen, Absturzsicherungen

Energieversorgung

Anschlußmöglichkeiten - Strom, Gas, Wasser, Druckluft

Verfügbarkeit - Baubehelfe

vorhandene Gerüste, Kräne

Verfügbarkeit - Werkzeuge

vorhandene Hebe- und Spannwerkzeuge

Sicherheitseinrichtungen

Bauzäune, Absperrungen, Beleuchtung

Abb. 211: Verhältnisse an der Baustelle und daraus resultierende Montagebedingungen

132

Bauteile der Primärkonstruktion

Geometrie, Abmessungen

Verfügbarkeit

manuelles Heben

Lagerung / Montageelemente

Platzbedarf / Hebezeug

biegeweiche Tragelemente

Beschaffenheit

Gewicht

Montageverfahren

Mietkosten

elektrischer Antrieb

Bodenbeschaffenheit

pneumatisch, hydraul. Antrieb

Hebewege, Montagehöhe

Hebezeiten

Festlegen des optimalen Hebezeugs

Abb. 212: Kriterien zur Wahl des geeigneten Hebezeugs

3.4.1.4 Art der eingesetzten Montagemittel Hebe- und Spannwerkzeuge sowie die zugehörigen Lastaufnahmemittel und -vorrichtungen bilden den Schwerpunkt bei den verwendeten Montagemitteln zur Errichtung von Membrankonstruktionen. Art, Gewicht, Anzahl, Auslastung und Einsatzzeit der eingesetzten Geräte und Vorrichtungen bestimmen in erheblichem Maße die Effektivität des Montageablaufs mit und damit auch die Montagekosten. Insbesondere der Einsatz von schwerem, auf Zug beanspruchtem Hebezeug verursacht hohe Mietkosten und erfordert eine exakte Abstimmung der Einsatzzeit. Anzahl und Dauer der Hebezeiten sowie damit verbundene notwendige Umsetzungen müssen sich in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen bewegen.1 Die Kriterien zur Wahl des geeigneten Hebezeugs lassen sich, wie in Abbildung 212 dargestellt, zusammenfassen. Die am häufigsten zum Einsatz kommenden Großhebezeuge im Membranbau sind Fahrzeugkrane mit Teleskop- oder Gitter-

mastauslegern. Neben der erforderlichen Traglast und der Geländegängigkeit sind bei diesen Geräten vor allem die Reichweite und Hubhöhe zu beachten. Möglichkeiten zur Veränderung der Auslegerlänge durch Hilfsausleger und das Ein- und Ausfahren des Auslegers unter Last sind ebenfalls zu prüfen.2 Montageeinheiten und Bauteile mit kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht können mit Kleinhebezeugen verschoben, eingeschwenkt, ausgerichtet oder gehoben werden. Die vorwiegend eingesetzten Geräte bei den auf Druck beanspruchten Hebezeugen sind hydraulische Hebeböcke, Winden und Spindeln, bei den auf Zug beanspruchten Hebezeugen Flaschen- und Kettenzüge, Greifzüge und Seilwinden. Durch ihre oft geringe Bauhöhe eignen sich Kleinhebezeuge meist für den Einsatz in beengten Bereichen. Die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes wird durch das Verhältnis vom erforderlichen Kraftaufwand und von der Eigenmasse zur Tragfähigkeit mitbestimmt.

Abb. 213: Kraneinsatz bei Membranmontagen – links: Autokran mit Teleskopausleger, Gittermastkran; rechts: Turmdrehkran

1 Wegener, E. (2003)

2 Petzschmann, E.; Bauer, H. (1991)

133

Membrane

Art der Krafteinleitung

Seile

Flächenkrümmung-Randausbildung

Materialart-Zuschnitt

Spannverfahren

Verfügbarkeit/Spanngeräte

Platzverhältnisse am Montageort

Spannkraft, Spannwege

Spannrichtung

Spannfolge

Festlegen des optimalen Spannwerkzeugs

Abb. 214: Kriterien zur Wahl des geeigneten Spannwerkzeugs

Bei den zur Lasteinleitung verwendeten Spannwerkzeugen für Membrankonstruktionen beeinflussen Art, Gewicht, Anzahl, Auslastung und Einsatzzeit der eingesetzten Geräte und Vorrichtungen die Wirtschaftlichkeit der Montage. Bei diesen Arbeitsmitteln ist es sinnvoll, zu unterscheiden in Spanngeräte und -vorrichtungen zur Seilmontage und Geräten, Werkzeugen und Hilfskonstruktionen zum Einbringen der Vorspannung in Membranflächen. Um Seile mit hohen Kräften spannen zu können, benötigt man vor wiegend Vorrichtungen mit hydraulischen Pressen oder Litzenspanngeräten. Zum Spannen von Membranen kommen je nach Spannverfahren meist hydraulische Pressen, Greif-, Ketten- oder Ratschenzüge und entsprechende Spannhilfen zum Einsatz. Die Kriterien zur Wahl der geeigneten Spannwerkzeuge lassen sich wie in Abbildung 214 dargestellt zusammenfassen. Spannvorrichtungen für Seile können erhebliche Gewichte haben und sind dann nur mit Kranen umsetzbar. Der Aufwand, eine solche Spannvorrichtung zu installieren und umzusetzen, kann mehrere Tage beanspruchen. Für den Spannvorgang von Seilen gilt daher: Je geringer die Anzahl der benötigten Spannvorrich-

tungen und je leichter die Spannvorrichtungen und deren Handhabung sind, desto wirtschaftlicher wird die Montage.1 Bei den den Membranrand greifenden Spannwerkzeugen sind nicht die Gewichte und die damit verbundenen Um- und Einbaumaßnahmen maßgeblich, sondern die Stückzahl und Beschaffenheit der anzufertigenden Spannhilfen. Die Krafteinleitung mit leichten Spannwerkzeugen ermöglicht höhere Flexibilität in der Montage. Die den Membranrand fassenden Elemente sollten einfach montierbar sein. Eine geringe Anzahl von Bauteilen reduziert die Kosten der Baustelle und macht den Membranbau wirtschaftlicher. Oft werden für ein einziges Projekt Hunderte Spannhilfen notwendig. Wird die Kraft über sukzessives Spannen zum Rand eingebracht und sind keine entsprechenden konstruktiven und montagetechnischen Vorkehrungen für den Spannvorgang getroffen worden, müssen diese Spannwerkzeuge extra angefertigt werden. Hier wird deutlich, dass die Art der Krafteinleitung zu einer wirtschaftlichen Frage werden kann. Die Entwicklung der Detailanschlüsse und das Spannkonzept sollten daher in Absprache mit dem Montageunternehmen erfolgen.

Abb. 215: links: Spannvorrichtung/Abspannseil, mitte: Spannvorrichtung/Tragseil; rechts: Spannvorrichtung/Spannseil

1 Inauen, B. (2003)

134

3.4.1.5 Fertigungs-, Lieferungs- und Transportmöglichkeiten Ein wesentlicher Vorteil beim Bauen von leichten Flächentragwerken besteht im hohen Anteil der werkseitigen Vorfertigung. Um diesen Vorteil, der kurze Aufbau- und Montagezeiten mit sich bringt, nutzen zu können, sollten möglichst große Teilflächen und Seillängen gefertigt werden. Je nach Material, Fertigungs- und Lieferbedingungen können heute mehrere Tausend Quadratmeter Gewebemembran in einem Stück vorgefertigt werden. Die Größe der einzelnen Montageeinheiten und das verwendete Material sind maßgeblich für die Herstellung und Lieferzeiten der Materialien. Zur Herstellung großer Flächen, welche die Kapazität eines einzelnen Konfektionärs übersteigt, ist es auch denkbar, die Fertigung in verschiedenen Betrieben durchführen zu lassen. Werden Gewebemembranen während der Montage so stark beschädigt, dass sie vor Ort nicht ausgebessert werden können, müssen sie neu konfektioniert werden. Je nach Verfügbarkeit von Rohware und Herstellungsbedingungen kann die Lieferzeit neuer Gewebeteile bei mehreren Wochen liegen.

eingehoben und ausgelegt als gefaltete Membranflächen. Bauteile der Primärkonstruktion, wie etwa Masten, Randelemente oder Seilbobinen, sind möglichst bis in den Hakenbereich der Hebezeuge zu liefern. Zur Festlegung der optimalen Transportgrößen und Transportmittel ist zu unterscheiden in den Transportvorgang zur Baustelle und den Transportvorgang an der Baustelle. Die Einflussgrößen für die Transportplanung sind die •

örtliche Lage der Baustelle,

•

Art und Zustand der Transportwege, Entfernungen zu und an der Baustelle,

•

Abmessungen, Geometrie, Menge und Gewichte der Bauteile,

•

Verfügbarkeit von Hebezeugen,

•

Möglichkeiten der Transportstabilisierung,

•

Entladungsbedingungen,

•

gesetzliche Bestimmungen,

•

Transportkosten.

Die Fertigung von mehreren Hundert Metern Drahtseillängen ist für Membran- und Seiltragwerke heute keine Seltenheit mehr. Die Grenzen der Drahtseilherstellung liegen innerhalb der Fertigung bei den Kapazitäten der Verseilmaschinen und außerhalb im Bereich der Verladung und des Transports.1 Werden Seile beschädigt, kann der Liefertermin für neue Seile bei mehreren Wochen liegen. Seilhersteller können auch nur dann termingerecht liefern, wenn ausreichend Draht verfügbar ist. Die Zulieferung des Materials vom Konfektionär zur Baustelle steht in der Prozesskette der Montage an erster Stelle. Hier muss darauf geachtet werden, dass Material in geeigneter Weise verpackt und vor äußeren Einflüssen geschützt wird. Hinsichtlich der Verpackungsart muss auch auf den Montageablauf geachtet werden. Gerollte Gewebeteile oder Folien werden anders

Abb. 216: links: Masttransport; mitte: Abladen eines Faltpakets; rechts: Abladen und Einheben von Rollen

1 Verwaayen, J. (2002)

135

3.4.2 Anmerkungen zur Errichtung der Primärkonstruktion Membrankonstruktionen müssen zwischen festen Punkten, Ecken, Rändern oder Ringen gespannt werden, von wo die Belastung in meist vertikale, diagonale oder bogenförmige Druckglieder der Primärkonstruktion übertragen wird. Aufgrund der Notwendigkeit, mechanisch gespannte Membranflächen durch entsprechende Formgebung tragfähig auszubilden, kommt auch der Tragwerksform der Primärkonstruktion und deren Errichtung besondere Bedeutung in der Planung, Herstellung und Montage zu. Masten, Randträger und Seilkonstruktionen bilden die wichtigsten Primärtragelemente für Membrankonstruktionen. Einige wichtige Aspekte und Verfahren zu deren Planung, Herstellung und Errichtung seien deshalb hier vorgestellt. Die biegesteifen, linienförmigen Randträger und deren Stützelemente sind meist vorgefertigt und können beträchtliche Ausmaße und Gewichte haben, sodass sie vor Ort zusammengebaut werden müssen. Die Abmessungen der vorgefertigten Montageeinheiten ergeben sich aus der Transportierbarkeit und den Größenverhältnissen des Vormontageplatzes. Im folgenden Abschnitt werden Verfahren zur Errichtung biegesteifer und biegeweicher Tragwerksteile der Primärkonstruktion anhand ausgeführter Projektbeispiele beschrieben.

3.4.2.1 Zum Aufstellen von Masten Lastabtragende Masten bilden die Haupttragelemente der Primärkonstruktion bei Hochpunktkonstruktionen und Segelflächen. Je nach Geometrie, Gewicht, Verfügbarkeit von Hebezeugen und Verhältnissen am Bauplatz existieren zur vertikalen Aufstellung von Masten unterschiedliche Methoden. Die gebräuchlichsten Ver fahren lassen sich wie in Abbildung 217 dargestellt zusammenfassen.

Ein- oder Mehrkranmontage durch Einheben

In seltenen Fällen werden Masten auch mit Schienenvorrichtungen eingeschwenkt oder mit Helikoptern eingeflogen und aufgesetzt. Vorbereitungsarbeiten Vor dem Aufstellen von Masten in ihre vorgesehene Position müssen meist verschiedene Vorbereitungsarbeiten durchgeführt werden. Sicherungs- und Abspannseile, Anschlagmöglichkeiten für Hebezeuge sowie Winden oder Umlenkvorrichtungen können dort am liegenden Mast vormontiert werden. Wird die biegeweiche Dachfläche zeitgleich mit den Masten eingehoben, müssen die Membranen oder Seilnetze ausgelegt und an die vorgesehenen Aufhängepunkte montiert werden (Abb. 218). Bei Schussmontagen werden die zu verschweißenden Flächen meist überschweißbar konserviert. Das Anbringen von Markierungen ermöglicht ein ordnungsgemäßes Nivellieren. Ein- oder Mehrkranmontage durch Einheben Das Einheben von Stützen in einem Stück in Montageposition wird als Kranmontage bezeichnet und erfolgt mithilfe von Traversen oder Gurten. Bei der Mehrkranmontage werden meist Krantypen gleicher Auslegerlängen und gleicher Ausladung verwendet. Zur Gewährleistung gegen Gefahren infolge Überlastung und unbeabsichtigtem Schrägzug sind die Anschlagpunkte lastverteilend zu bestimmen. Der Hebevorgang sollte möglichst kontinuierlich ohne Stöße oder Pendeln erfolgen. Ungewollte Lastverlagerungen lassen sich durch abgestimmte Arbeitsbewegungen vermeiden.1 Als Beispiel für eine Mehrkranmontage lässt sich das Aufstellen der 90 m langen Masten zum Bau des Millennium Dome in London (England) anführen. Dort wurden 60 vorgefertigte Mastabschnitte vor Ort in 480 Verbindungen miteinander

Ein- oder Mehrkranmontage durch Einschwenken

Abb. 217: Montageverfahren für Stützen in vertikaler Aufstellung

1 Wegener, E. (2003)

Schussmontage durch Aufstocken oder Unterziehen

136

Abb. 218: Vorbereitungsarbeiten links: zum Einschwenken; mitte: zum Einheben; rechts: Pylonkopf mit vormontierter Membrane

Abb. 219: Einheben der Masten beim Millennium Dome in London, England

verschweißt. Die 12 so hergestellten Masten wurden anschließend von einem 200-t-Kran vom Vormontageplatz zum eigentlichen Bauplatz gefahren. Danach erfolgte das Einheben der 95 t schweren Masten mithilfe eines 1.000-t-Krans mit Stützausleger (Abb. 219).1 Ein- oder Mehrkranmontage durch Einschwenken Das Aufrichten von Masten durch Einschwenken funktioniert nach dem Prinzip der Drehung um eine Achse mittels angebautem Kippgelenk, das fest mit dem Fundament verbunden wird.

Abb. 220: Einschwenken eines Masts mit vormontiertem Seilnetz

1 Miller, P. W. (2000)

Abb. 221: Mastmontage beim Millennium Dome

137

Abb. 222: Schema der Mastmontage beim 4-Mast-Chapiteau

Das Einschwenken wird meist mit Kran durchgeführt. Bei kleineren Abmessungen kann das Aufstellen auch mit A-Böcken und Aufziehseil oder Stellscheren mit fester Seilführung erfolgen. Werden zum Aufziehen Seilwinden verwendet, so müssen diese entsprechend verankert werden. Wird für das Aufrichten eine Aussteifung für den Mast notwendig, wie etwa bei Fachwerkskonstruktionen, so ist es günstig, Aussteifung und Kippgelenk miteinander zu verbinden.1

der weg weisend gegenübergelegt und mit Seilwinden nacheinander hochgezogen (Abb. 222). Bei diesem sehr effizienten Verfahren werden nach dem Versetzen der Ankerplatten für Masten und Abspannseile die je zwei gelenkig gelagerten Masten über die Mastköpfe mit Stahlseilen gekoppelt. Über die an den Fußpunkten installierten Elektrowinden (d in Abb. 223) kann die Seillänge zwischen den gegenüberliegenden Mastköpfen über Umlenkrollen (e in Abb. 223) variiert werden.

Nach dem Aufrichten wird die Stütze eingerichtet, provisorisch auf den Fundamenten gelagert und mit mechanischen oder hydraulischen Hubeinrichtungen aus den Kippgelenken gehoben.2

Nach dem Drehen des ersten Mastpaares in Sollposition können auch die gegenüberliegenden Masten durch Betätigung der zwei synchron geschalteten Winden sukzessive eingeschwenkt werden (a, b, c in Abb. 223). Dabei werden die Masten mit Hilfsseilen gegen seitliches Kippen stabilisiert. Über die zwischen die Abspannseile geschalteten Greifzüge kann die Feinjustie-

Eine besondere Form des Einschwenkens kommt beim Aufrichten von Masten für Zirkuszelte zur Anwendung. Beim 4-MastChapiteau werden meist vier Stahlrohr-Gittermaste voneinan-

a

b

c

d

e

f

Abb. 223: Montageablauf und Seilanschlüsse

1 Albrecht, R. (1973) 2 Seliger, P. M. (1989)

138

rung zur lotrechten Ausrichtung vorgenommen werden (f in Abb. 223). Das Aufstellen der Masten mitsamt den Vorbereitungsarbeiten kann in der Regel in weniger als 2 Stunden durchgeführt werden. Die Besonderheit dieser Montageart liegt nicht nur im Verfahren zur Errichtung selbst, sondern auch in der mehrfachen Nutzung der Masten. Wegen der Anforderung im Zirkusbau, große Flächen in kürzester Zeit zu überdachen, werden die Masten nicht nur als lastabtragende Elemente im Endzustand, sondern auch als Hebezeug für Kuppelkonstruktion, Gewebemembran und elektrische Anlagen während der Montage genutzt.

Schussmontage durch Unterziehen Der segmentweise Aufbau von Masten wird im Allgemeinen als Schussmontage bezeichnet. Hinsichtlich Montagekapazität, Baustelleneinrichtung und Montagekosten ist es ein aufwendiges Verfahren. Angewendet wird es daher meist nur bei Elementen größeren Durchmessers, wo eine Kranmontage aufgrund des hohen Mastgewichts nicht möglich ist, oder bei beengten Verhältnissen an der Baustelle. Erforderlich dazu sind spezielle Montagehilfskonstruktionen für das Zusammenstellen und Verschweißen der Segmente sowie Spannvorrichtungen zum Zusammenziehen und Versteifen der Schüsse. Nachteilig sind der hohe Aufwand an Gerüsten zur Herstellung der Arbeitsbühnen und das Arbeiten in großen Höhen.1

Die vertikale Aufstellung von Schüssen kann durch Aufstocken oder Unterziehen erfolgen. Beim Unterziehen wird der Kopfteil des Masts in einem Montageturm aufgebaut. Nach dem Hub des Kopfteils wird das nachfolgende Bauteil darunter eingeschoben, angesetzt und verschweißt. Beim Aufstocken wird mit der Montage des Fußteils begonnen. Die folgenden Bauteile werden eingehoben und aufgesetzt. In beiden Fällen ist eine hohe Passgenauigkeit der vorgefertigten Elemente erforderlich. Die Schusslängen und -gewichte der einzelnen Schüsse sind auf die Transportmöglichkeiten (meist maximal 12 m) abzustimmen. Zur Montage der Hochpunktkonstruktion für die Schwimmbadüberdachung in Kuala Lumpur (Malaysia) wurde der ca. 100 m lange Hauptmast mit variierendem Durchmesser von 900–3.100 mm im Unterziehverfahren hergestellt. Die ca. 12 m langen Maststücke wurden in vertikaler Position in einem temporären 30 m hohen Montageturm verschweißt und mit vier Litzenpressen angehoben. Hydraulisch gesteuerte Stabilisierungsseile hielten den Mast beim Hubvorgang vertikal. Nach Fertigstellung konnte der 300 t schwere Mast mit seiner Pfanne auf die Lagerkugel abgesetzt und mithilfe der Seile in Sollposition geneigt werden (Abb. 224 und Abb. 225).2 Zur Überdachung des im Grundriss elliptischen Platzes des Forums im Sony-Center in Berlin wählte man eine Speichenradkonstruktion mit zu einer innen liegenden Luftstütze ge-

Abb. 224: Schema der Mastmontage beim Schwimmbad-Membrandach in Kuala Lumpur, Malaysia

1 Wegener, E. (2003)

2 Schlaich, J.; Bergermann, R.; Göppert, K. (1999)

139

Abb. 225: Schussmontage im Unterziehverfahren für das Schwimmbad-Membrandach in Kuala Lumpur

spreizten Speichen. Das 4.000 m2 große Dach hat eine Spannweite von 102 m über der Hauptachse und 77 m über der Nebenachse. Die Dachoberfläche bilden zwischen Grat- und Kehlseilen gespannte Glas/PTFE-Gewebe und Glastafeln (rechts in Abb. 227). Beim Bau der Luftstütze wurde ein kombiniertes Aufstockund Unterziehverfahren angewendet. Die 45 m hohe, 8° geneigte und 100 t schwere Stütze besteht aus 5 Teilen (rechts in Abb. 226), deren Zusammenbau in einem 45 m hohen Hilfsgerüst erfolgte. Als erster Teil wurde der komplett vorgefertigte Mittelteil in das Gerüst gehoben und provisorisch verankert. Es folgten

das Aufsetzen, Feinjustieren und Verschweißen des oberen Luftstützenrings. Nach Fertigstellung der oberen beiden Luftstützenteile wurden diese 15 m angehoben und am Gerüst verankert. Anschließend konnte der untere Teil eingebracht, positioniert und mit dem Rest der Stütze verschweißt werden. Danach wurde der Seilverankerungsknoten für den Fußpunkt eingehoben und montiert. Das Hochheben der Luftstütze erfolgte über am Hilfsgerüst montierte Litzenheber, Führungsschienen und Panzerrollen. Nach Abschluss des Hubvorgangs wurde die Stütze über Abspannlitzen in ihre Endlage geschwenkt und wurden die Berg- und Talseile montiert. Das Vorspannen des Systems erfolgte in Teilschritten über mehrere Tage durch Teleskopieren der Luftstütze im Fußpunkt.1

unterer Teil

Mittelteil

oberer Teil

Oberer Luftstützenring

Verankerungsknoten

Abb. 226: links: Fußpunkt der Luftstütze mit Seilverankerungsknoten; mitte: Kopfteil der Luftstütze; rechts: Luftstützenelemente

1 Lindner, J.; Schulte, M.; Sischka, J.; Breitschaft, G.; Clarke, R.; Handel, E.; Zenkner, G. (1999)

140

Abb. 227: links, mitte: Dreigurtiger Ringbalken; rechts: Fertiggestellte Überdachung

3.4.2.2 Zur Montage von Randträgern Ein Beispiel für die Montage von Randträgern für ein Membrantragwerk ist der Zusammenbau des Druckringes für das oben angesprochene Forumdach. Bei dem statisch in sich geschlossenen, vorgespannten Tragwerk wurde der außen liegende Druckring als dreigurtiger, ausgefachter Ringbalken ausgebildet (Abb. 227) und lagert in 7 Punkten auf den umgebenden Gebäuden auf. Er besteht aus 146 geraden Rohren für die Gurte sowie 361 Rohren veränderlichen Durchmessers für die Streben. Die Rohre wurden als Einzelstücke an die Baustelle geliefert und dort verschweißt. Ausschließlich die Knoten mit den angeschweißten Augstäben und die Ringbalkenlager wurden in der Werkstätte gefertigt. Aufgrund der Abmessungen des 520 t schweren Ringbalkens war eine Werksfertigung in Schüssen nicht möglich. Insgesamt 11 Schüsse wurden am Vormon-

tageplatz zu Einheiten von jeweils 50 t zusammengebaut, geschweißt und geprüft.1 Ein Beispiel für den Zusammenbau eines Primärtragwerks für übereinander angeordnete Membranflächen zeigt die segmentweise Montage der Stahlkonstruktion am Neubau des 108 m hohen Kontrollturms am Flughafen in Wien (Österreich). Dort wurde über eine Höhe von ca. 45 m eine Membranhülle eingebaut. Die Membranflächen aus Glas/PTFE-Gewebe sind zwischen 12 horizontal liegenden Stahlringen gespannt, die über jeweils 8 Speichen mit dem zentrisch angeordneten Betonschaft verbunden sind (rechts in Abb. 228). Das Gesamtgewicht des Stahltragwerks beträgt ca. 200 t. Die Membranspannweite zwischen den einzelnen Ringabschnitten beträgt jeweils ca. 4 m. Das Bauwerk stellt mit einer Gesamtoberfläche von ca. 3.300 m2 Österreichs größtes Membrantragwerk dar.2

Abb. 228: links: Viertelausschnitt der Stahltragwerks mit Montage-Hilfskonstruktion; rechts: Stahlkonstruktion am Stahlbetonkern

1 Sischka, J.; Stadler, F. (2003) 2 Zechner, M. (2005)

141

Abb. 229: links, mitte: Montage der ersten beiden Stahlringe; rechts: Fertiggestellte Membranfläche

Die Montage der Hülle erfolgte im Hebeverfahren. Dabei wurden die obersten drei ringförmigen Stahlhohlprofile auf der in 28 m Höhe liegenden Montageplattform mitsamt ihren Verbänden und Abhängungen zusammengebaut und die obersten beiden Membranfelder eingebaut. Anschließend wurden die in den Achtelpunkten gelagerten, ausgesteiften Stahlringe mit den beiden montierten Membranfeldern mithilfe von 4 in 71 m Höhe installierten 700-kN-Litzenhubgeräten um 2 Ringhöhen gehoben.1 Für den Hebevorgang waren die obersten Ringe zur Lastverteilung mit einer Hilfskonstruktion ausgesteift, welche nach Fertigstellung wieder entfernt wurde. Alle darunter liegenden Ringe wurden mit vertikalen Zuggliedern an diesen „Kopfbereich“ angehängt (links in Abb. 228). Für den Hebevorgang wurden am Stahlbetonschaft Konsolen angeschweißt und Führungsschienen montiert. Nach dem Heben der ersten Stahlringe konnten der Zusammenbau des nächsten Rings und die Montage der dazugehörenden

Membranfläche erfolgen. Nach dem Ankoppeln an das fertiggestellte Segment konnte die Konstruktion wieder um 1 Ringhöhe gehoben werden. Dieser stufenweise Hebevorgang wurde so lange wiederholt, bis die gesamte Membrankonstruktion in ihrer endgültigen Lage war. Ein Beispiel für eine Membrankonstruktion mit hybridem Primärtragwerk findet sich im Palais Rothschild in der Wiener Innenstadt. Dort bildet eine Kombination aus Bogen- und Seilkonstruktion das Primärtragwerk für eine 18 x 15 m große Atriumüberdachung mit Luftkisseneindeckung. 6 Bögen überspannen den Hof in Längsrichtung und lagern an den Querseiten auf horizontalen Fachwerken auf. Die werkseits mit X-Nähten in Vollstößen verschweißten Bögen aus EdelstahlVollprofilen mit einer Stichhöhe von ca. 170 cm werden seitlich von diagonalen Druckstäben stabilisiert, die auf ein horizontal gespanntes Seilnetz aufgeständert sind. Das Seilnetz ist gegen die horizontalen Fachwerke an den Querseiten und gegen an Stahlbetondecken montierte Stahlprofile an den Längsseiten

Abb. 230: Atriumüberdachung des Palais Rothschild in Wien, Österreich; links: Schema Tragsystem; rechts: Innenansicht (Foto © Werner Kaligofsky)

1 Lorenz, T.; Mandl, P.; Siokola, W.; Zechner, M. (2004)

142

4 3

5 6

8 9

2 7 1

10

1 Vertikalfachwerk 2 Horizontalfachwerk

3 Bögen 4 Diagonalstäbe

5 Horizontalstab 6 Stützen

7 Längsseil 8 Querseil

9 Randträger 10 Stahlbeton

Abb. 231: Primärtragwerk

gespannt. Waagerechte Druckstäbe an den Längsseiten steifen das Tragwerk in horizontaler Richtung aus. Die Eindeckung der Dachkonstruktion bilden 5 zwischen die Bögen gespannte pneumatische ETFE-Kissen. Nach der Montage der Vertikal- und Horizontalfachwerke wurden die Bögen mit einem Autokran eingehoben, an die Horizontalfachwerke gebolzt und mit Gurten stabilisiert. Nach dem Einziehen und Spannen der Längsseile konnten die Querseile angeschlossen und die Diagonalstäbe auf die Seile gesetzt werden. Mit dem Justieren der Diagonalstäbe und dem Feinspannen der Querseile konnte das Tragwerk in die gewünschte Sollgeometrie gebracht werden.

3.4.2.3 Zur Montage von Seilkonstruktionen Bei großen Spannweiten und gewünschten geringen Bauteilgewichten werden häufig vorgespannte Seiltragwerke als Primärtragwerk für textile Flächenelemente eingesetzt. Vor allem für Stadionüberdachungen werden oft vorgespannte Seilsysteme eingebaut, die mit Membranflächen gedeckt werden. Die vorgespannten Seiltragwerke bestehen in der Regel aus mehreren Einzelseilen, die durch frei hängende Knotenpunkte gekoppelt oder mit druck- und biegesteifen Bauteilen verbunden sind. Die Montage dieser Tragwerke kann daher grundsätzlich in gleicher Weise wie beim Einzelseil erfolgen.

Abb. 232: links: Bogen-Gelenkauflager; mitte: Anschluss der Diagonalstäbe an die Längsseile; rechts: Seilanschluss am Horizontalfachwerk

143

H

S

f1

C

f2 B

a

B

f3 A

A . . . . . Hebephase B . . . . . Spannphase C . . . . . Endlage S . . . . . Spannweg

Abb. 233: Montage des Einzelseiles

Dabei wird das Seil zunächst mit großem Stich an einen Festpunkt gehängt und danach mit geringer Kraft zum Spannpunkt geführt (A in Abb. 233). Dieser Hebevorgang kann beispielsweise mit einem Greifzug oder mit dem Autokran durchgeführt werden. Das schlaff durchhängende Seil kann dann mit entsprechenden Spannwerkzeugen stetig gespannt werden, bis der zurückzulegende Spannweg (S in Abb. 233) bewältigt ist und die planmäßige Seilgeometrie und Vorspannkraft erreicht sind. Prinzipiell ist anzumerken, dass Seile meist an ihren Endpunkten verkürzt werden. Ist dies nicht möglich, wird in der freien Seillänge gespannt. Im Wesentlichen lässt sich dieser Montagevorgang in das Einheben und das Spannen des Seiles einteilen. Beim Einheben erfährt das Seil meist nur geometrische Längenänderungen, beim Spannen vorwiegend elastische Längenänderungen. Hinsichtlich des konstruktiven und zeitlichen Aufwandes ist zu berücksichtigen, dass der zurückzulegende Spannweg von der anfänglichen Einhängekraft abhängt. Bei kurzer anfänglicher Seillänge lassen sich die Phasen „Einheben“ und „Spannen“ aufgrund des benötigten Kraftaufwandes zum Heben des Seiles nicht eindeutig trennen, sie gehen nahtlos ineinander über.1 Beim Einheben wird die Einbaulänge des Seiles verkürzt. Die geometrischen Formänderungen, die anzusetzenden Kräfte

und die elastischen Formänderungen des Seiles sind gering. Beim Spannen des Seiles erfolgt eine weitere Seilverkürzung. In der Anfangsphase liegen die geometrischen Längenänderungen und die elastischen Formänderungen des Seiles noch annähernd in der gleichen Größenordnung wie beim Einheben. In der Endphase des Spannvorgangs, in der sich das Seil in der nahezu geforderten Lage befindet, steigt die Spannkraft auf ein Vielfaches an. Es treten überwiegend elastische Längenänderungen des Seiles auf. Erst in dieser Phase des Spannens müssen oft Spanngeräte umgerüstet oder angeschlossen werden.2 Das Montageprinzip zum Einbau des Einzelseiles kann grundsätzlich auch zur Montage ebener und räumlicher Seiltragwerke angewendet werden. Zum Erreichen der gewünschten Gestalt ebener, vorgespannter Seiltragwerke muss die Art der Krafteinleitung überlegt werden. Für den Spannvorgang von Seilbindern lässt sich dies anhand zweier Methoden darstellen. Sind die Auflager gut zugänglich, lässt sich das Tragsystem durch das Verkürzen des Spannseiles effizient vorspannen. Sind die Spannseilenden nicht oder nur schlecht zugänglich, können die Hängerseile verkürzt werden. Dazu ist zwar ein geringerer Kraftaufwand erforderlich, die Methode ist jedoch mit höherem Arbeitsaufwand und Geräteeinsatz verbunden.

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Abb. 234: Spannen des ebenen Seilbinders

1 Kleinhanß, K. (1981)

H . . . . . Seilkraft f 1 . . . . . Stich in Endlage f 2 . . . . . Stich in Anfangsphase des Spannens f 3 . . . . . Stich in Ausgangssphase des Hebens a . . . . . Seilverkürzung in Hebephase

2 Kleinhanß, K. (1981)

144

Abb. 235: Verschwenken der Maste durch Verkürzen der Abspannseile

Ebene oder räumliche Seilkonstruktionen mit druck- und biegesteifen Traggliedern können bei schwer zugänglichen Anschlussknoten auch durch Verschiebung der Seilwiderlager vorgespannt werden. Bei Seilsystemen mit rückverankerten Masten kann dies durch Verschwenken der gelenkig gelagerten Maste erreicht werden. Zum Aufrichten der Maste und Einheben der Trag- und Spannseile werden Hilfsseile eingezogen und gespannt, die das Tragsystem ausreichend versteifen und seitlich stabilisieren. Weitgespannte räumliche Seilsysteme bilden in statischer und ökonomischer Hinsicht sehr effiziente Primär-Tragsysteme für Membrandächer. Ein charakteristisches Beispiel für die Ausbildung und Montage eines solchen Tragwerks ist ein von David Geiger patentiertes Seilnetzsystem.

ring zu einem innen liegenden Zugring. Die Gratseile sind mit räumlich unterspannten Druckstützen unterstellt. Die Unterspannung dieser Druckelemente bilden einerseits horizontale, polygonförmige Zugringe und andererseits in der Vertikalebene der Gratseile liegende Diagonalseile (Abb. 236).1 Die Montage der Seilkuppel erfolgt wie in Abbildung 236 dargestellt. Die am Boden ausgelegten, radial verlaufenden Seile werden mit dem Kopf der Druckstützen verbunden. Der innere stählerne Zugring wird hochgestellt und mit den Radialseilen verschraubt.

Rotationssymmetrisch angeordnete Gratseile spannen bei dem kuppelförmigen System von einem außen liegenden Druck-

Nach dem Verbinden der Fußpunkte der Stützen mit den Litzen des polygonförmigen Zugrings und den Diagonalen werden die Stützenfüße an die radialen Seile angeschlossen. Dann können nacheinander zunächst die äußeren und dann die inneren Diagonalen sukzessive vorgespannt werden, bis der Ring in seine vorgesehene Position kommt.

a

a – e = Montageprinzip

b

c

d

e

Räumliches System

Abb. 236: Seiltragwerk System Geiger

1 Stavridis, L. (1992)

145

Eine Tragwerksform, bei der aus vertikalen Lasten keine horizontalen Kräfte nach außen abgegeben werden, bildet das Konstruktionsprinzip des Speichenrades. Die auch als Ringseildächer bezeichneten Tragsysteme finden meist Anwendung bei mit Membranflächen eingedeckten Tribünenüberdachungen für Sportstadien. Kennzeichnend für das Konstruktionsprinzip des Speichenrades ist, dass ein innen liegender Zugring mit einem außen liegenden Druckring durch nach außen oder innen gespreizte Speichen gegeneinander verspannt ist. Das Tragverhalten wird dadurch bestimmt, dass normal zur Radebene rotationssymmetrisch angreifende Lasten über Umlenkkräfte von den Ringen aufgenommen und kurzgeschlossenen werden, sodass das System keinerlei Horizontalkräfte nach außen abgibt. Anzumerken ist, dass asymmetrische Lastzustände problematisch für Speichenradkonstruktionen sind, da sie große Verformungen hervorrufen können und das Konstruktionsprinzip dann nur schlecht

genutzt werden kann.1 Ein Abweichen von der Kreisform muss deshalb ebenso sorgfältig geprüft werden wie ein Öffnen des Innenrings oder eine geometrische Nichtentsprechung von Außen- und Innenring. Die Montage von Speichenradkonstruktionen wird wesentlich bestimmt von der Art und den Orten der Lasteinleitung. Bei Ausführungen mit innen liegendem Knotenpunkt und nach außen (A, a1 in Abb. 237) oder nach innen gespreizten Speichen (a2 in Abb. 237) können die Seilebenen mit einer einzigen, zentral eingerichteten Pressenvorrichtung gegeneinander verschoben werden. Bei Konstruktionen mit Innenring werden die Lasten in der Regel durch am Druckring montierte Zugvorrichtungen, d. h. peripher, eingetragen (b1 in Abb. 237), wobei die in den Knotenpunkten angeordneten Pressen zentral gesteuert und synchron gespannt werden können. Ausnahme davon bildet ein Spannprinzip, bei dem die Vorspannung durch Absenken des Innenrings eingeleitet wird (b2 in Abb. 237).

Schnitt

A

B

a1

b1

a2

b2

Grundriss

Spannprinzip

Spannprinzip

Abb. 237: Art und Orte der Lasteinleitung bei Speichenradkonstruktionen

1 Reitgruber, S. (2003)

146

Abb. 238: Primärtragwerk des GottliebDaimler-Stadions in Stuttgart

Abb. 239: links: Primärtragwerk mit Seilbindern; mitte: Anheben des Seiltragwerks; rechts: Bau des Druckrings

Beispiele für ein gleichzeitiges Einbringen der Vorspannkräfte durch Vergrößerung des Randträgerumfangs, wie es bei sattelförmigen Seilnetzkonstruktionen der Fall ist, sind dem Autor nicht bekannt.

Mit den Seilauskreuzungen in den Viertelpunkten am Umfang zwischen den Stützen sowie der Ausbildung größerer Fundamente ist das Primärtragwerk stabil, die Ausfachung durch die Dachhaut wird nicht zur Standsicherheit benötigt.1

Bei mit Membranflächen eingedeckten Ringseildächern für Stadionüberdachungen zählt die Errichtung der biegeweichen Tragwerksteile der Primärkonstruktion zu den wichtigsten Montagevorgängen. Dabei werden die Ringseilbündel sowie die Spann-, Trag- und Hängerseile am Boden vormontiert, gemeinsam hochgezogen und gegen den Druckring gespannt. Danach folgt der Einbau der Membranfelder, die mitsamt ihren begrenzenden Bauteilen das Sekundärsystem bilden.

Nach dem Vormontieren und Einheben der Montageeinheiten der Druckringe (rechts in Abb. 239) wurde mit dem Hubvorgang der Seilkonstruktion begonnen. Die auf der Tribüne ausgelegten 40 Seilbinder wurden gemeinsam mit dem angeschlossenen und auf der 400-m-Bahn ausgelegten Ringseilbündel hochgehoben. Dazu wurden 40 am Druckring montierte, zentral gesteuerte Hubpressen mit einem Pressenweg von ca. 15 m eingesetzt (Mitte in Abb. 239). Danach konnte das Spannseil eingehängt werden.2

Beim Bau des Gottlieb-Daimler-Stadions 1992 in Stuttgart, des damals weltweit größten Membrandachs, konnten mit diesem Montageverfahren wichtige Erfahrungen für die planenden Ingenieure und ausführenden Firmen gesammelt werden. Die beiden elliptisch umlaufenden Stahldruckringe sind auf 40 Stahlstützen im Abstand von 20 m aufgelagert und bilden zusammen mit 40 speichenförmig nach innen laufenden, vorgespannten Seilbindern das Primärtragwerk (Abb. 238 und links in Abb. 239), auf den Spannseilen aufgeständerte Bögen mit dazwischengespannten Membranfeldern das Sekundärsystem.

Zum Spannen des Seiltragwerks wurden die Tragseile mit einem Pressenweg von 1,4 m gespannt. In den Kurvenbindern stieg die Pressenkraft dabei von 450 kN auf 2.300 kN (rechts in Abb. 240). Entscheidend für das Gelingen des Heben und Spannens des Seiltragwerks war das gleichzeitige Spannen aller Binder. Der Hub- und Spannvorgang wurde begleitet von Kraft- und Geometriekontrollen und konnte innerhalb von 3 Wochen abgeschlossen werden.

Abb. 240: links: Schematische Darstellung des Hub- und Spannvorgangs rechts: Kräfteverlauf im Tragseil beim Hub- und Spannvorgang;

1 Bergermann, R.; Göppert, K.; Schlaich, J. (1995) 2 Bergermann, R.; Göppert, K.; Schlaich, J. (1995)

147

3.4.3 Montageverfahren zur Errichtung von Membrantragwerken Zur Ausarbeitung eines Montageprinzips und dessen Umsetzung zu einem Montageverfahren sind vielschichtige Überlegungen hinsichtlich Methoden, Verfahren und Umsetzung der erforderlichen Arbeitsschritte anzustellen. Neben den Einflussgrößen aus Planung und Konstruktion und den in Kapitel 2 angeführten Besonderheiten von Material und Fertigung ist vor allem ein störungsfreier Ablauf der Montagearbeiten an der Baustelle erforderlich. Dieser kann durch eine effiziente Montageorganisation erreicht werden. Wichtiger Bestandteil ist dabei die Festlegung des Montageablaufs, also die Reihenfolge der Montage. Die Einflussgrößen zur

Örtliche Bedingungen Transportmöglichkeiten Örtliche Verhältnisse (örtliche, räumliche und versorgungstechnische Bedingungen) Zugänglichkeiten/Montagefreiheitsbedingungen

Koordination der einzelnen Arbeitsvorgänge für die Durchführung der Montage von Membrankonstruktionen können dabei wie wie in Abbildung 241 dargestellt gegliedert werden: Die folgenden Abschnitte zeigen Montageprinzipien und mögliche Bauabläufe zur Errichtung von charakteristischen Strukturformen mechanisch gespannter Membrankonstruktionen. Kriterien zu Material, Tragwirkung, Montagedurchführung und den verwendeten Montagemitteln sind in tabellarischer Form angegeben. Die einzelnen Montagephasen sind zeichnerisch dargestellt und dem Montageablauf entsprechend kommentiert. Ergänzend finden sich Abbildungen von gebauten Projekten. Die Auswahl der Beispiele ist exemplarisch, mit ihr soll kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben werden.

Ökonomische Bedingungen Montagezeitraum Montagedauer Montageaufwand Montagerichtung Abhängigkeit von anderen Gewerken Anzahl und Qualifikation des Personals

Rechtliche Bedingungen Bau- und Montagevorschriften Normen Sicherheitstechnische Aspekte Arbeitszeitverordnungen

MONTAGEVERFAHREN / MEMBRANTRAGWERKE

Tragwerk Tragwerksart, Tragwirkung Art der einzuleitenden Vorspannung Stabilisierungsart Gleichzeitigkeit/Nichtgleichzeitigkeit

Abb. 241: Das Montageverfahren beeinflussende Größen

Bauteile Materialart, Funktion Masse, Geometrie, Zuschnittsart Art der Fügung, Art der Randausbildung Empfindlichkeit, Handhabung Art und Reihenfolge der Anlieferung Art und Ort der Zwischenlagerung

Montagemittel Art, Gewicht Anzahl EInsatzbedingungen Auslastung Verfügbarkeit Flächenbedarf

148

3.4.3.1 Montage von Segelflächen Segelfläche

Material, Tragwirkung

Montagedurchführung

Montagemittel

Membranmaterial, Zuschnittsrichtung: PES/PVC-Gewebe, parallel

Stabilisierung Primärtragwerk: Kran, Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: LKW-Arbeitsbühne

Stützung: Punktförmig, Maste

Verpackung Membrane: Paket/gefaltet

Hebezeug: Kran

Berandung: Biegeweich/Seilrand, Gurtrand

Krafteinleitung: Punktförmig, Eckbeschläge

Spannwerkzeug: Greif- u. Kettenzüge, Spannratschen

Zur Montage des Vierpunktsegels werden nach Vermessen der Fundamentpunkte die Masten ausgelegt und in die Fundamentbleche eingebolzt. Es folgt das Anschließen der Abspannseile an den Mastköpfen. Nach dem Ausfalten und Auslegen der Membrane werden die Randseile eingezogen und die Eckbeschläge montiert. Das Befestigen der ausgelegten Membranfläche an der Primärkonstruktion erfolgt durch die Montage der Eckbeschläge am Mastkopf. Mit dem aufeinanderfolgenden Einschwenken der Maste wird die Konstruktion aufgerichtet. Bei diesem Vorgang müssen die beiden Maste stabilisiert werden.

1

2

Es folgt das Anschließen der Abspannseile an die Augplatten der Fundamente. Mit dem Verkürzen der Abspannseile erfolgt die erste Krafteinleitung in die Membranfläche. Mit dem Anschließen der Randseile an die Eckbeschläge kann die Fläche feingespannt werden. Bei der Verwendung von Glas/PTFE-Geweben ist bei diesem Verfahren insbesondere darauf zu achten, dass das spröde Gewebe nicht beschädigt wird. Sind mehrere Hochpunkte in ausreichendem Abstand angeordnet, können die gegenüberliegenden Stützen von der Mitte ausgehend kreuzweise eingeschwenkt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass kein Schrägzug auf den Kran aufgebracht wird.

Abb. 243: Montage einer Mehrpunktsegelfläche

3

4

Abb. 242: Montageablauf – Vierpunktsegelfläche

149

3.4.3.2 Montage von Hochpunktflächen Hochpunktfläche

Material, Tragwirkung

Montagedurchführung

Montagemittel

Membranmaterial, Zuschnittsrichtung: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe, radial

Stabilisierung Primärtragwerk: Kran, Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: LKW-Arbeitsbühne

Stützung: Von innen, punktförmig, Hängestütze

Verpackung Membrane: Paket/gefaltet, gerafft

Hebezeug: Autokran

Berandung: Biegeweich/Seilrand, Bügelrand

Krafteinleitung: Punktförmig, Eckbeschläge

Spannwerkzeug: Hydr. Pressen, Greif- u. Kettenzüge

Sind innerhalb von Membranflächen ein oder mehrere Punkte angeordnet, in welchen die Fläche nach außen gestülpt wird, spricht man von Hochpunktflächen. Die Hochpunkte sind meist ring- oder flächenförmig ausgebildet. Sie können von außen abgehängt oder von innen durch stehende oder hängende Masten gestützt werden. Ihre Ränder können biegeweich oder biegesteif ausgebildet sein.

1

Nachfolgend sind verschiedene Prinzipien zur Montage von innen gestützten oder von außen abgehängten, einzelnen oder elementierten Hochpunktflächen vorgestellt. Ein sehr effizientes Prinzip, einzelne oder gekoppelte Hochpunktflächen mit unterspannten Hängestützen und Seilrändern zu errichten, lässt sich durch gleichzeitiges Einheben von Primärstruktur und Membrane umsetzen.

2

Dazu ist eine sorgfältige Vormontage notwendig. An die am Boden ausgelegten Rand- und Hängestützen muss die Membrane so befestigt werden, dass sie während des Hubvorgangs im spannungslosen Zwischenzustand frei von Beschädigungen bleibt. Daran ist auch bei der Planung der Klemmung am Hochpunkt sowie des Montagestoßes der benachbarten Membranflächenteile zu denken. Nach dem Einheben des Hochpunkts durch einen Autokran und dem Einhängen der Unterspannseile können die Randstützen nach außen gedreht und mit Seilen oder Gurten temporär fixiert werden. Die Hängestützen können mithilfe von Pressen verlängert und über das Nachspannen der Unterspannseile in ihrer Lage fixiert werden.

3

Mit dem schrittweisen Spannen der Rand- und Abspannseile kann das errechnete Vorspannniveau erreicht werden.

4

Abb. 245: Montage einer innen gestützten Hochpunktfläche

Abb. 244: Montageablauf – Hochpunktfläche

150

Hochpunktfläche

Material, Tragwirkung

Montagedurchführung

Montagemittel

Membranmaterial, Zuschnittsrichtung: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe, parallel

Stabilisierung Primärtragwerk: Kran, Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: Systemgerüst, LKW-Arbeitsbühne

Stützung: Innen, punktförmig, Maste

Verpackung Membrane: Paket/gefaltet, gerafft

Hebezeug: Autokran

Berandung: Biegeweich/Seilrand, Bügelrand

Krafteinleitung: Punktförmig, Eckbeschläge

Spannwerkzeug: Hydr. Pressen, Greif- u. Kettenzüge

Zur Errichtung einer von innen gestützten, elementierten Hochpunktfläche ist es sinnvoll, die Randstützen zur Vormontage in ihre vorgesehene Position zu stellen, mit Hilfsseilen oder Gurten zu sichern und die Ecken der Membrane an den Stützenköpfen zu befestigen.

1

Dazu muss allerdings ein Gerüst verwendet werden, auf das die Membranfläche ausgelegt werden kann. Mit dem Einziehen der Randseile und Befestigen der Eckbeschläge wird die Membranfläche zum Einheben vorbereitet. Nach dem Befestigen der Membrane an den Stützen und dem Herstellen der Montagestöße kann das Gerüst entfernt werden. Der Hochpunkt hängt nun lose nach unten, was für die Entwässerung der Membranfläche von während der Montage auftretendem Regen vorteilhaft ist. Zur Montage der Hängestützen können diese am Boden in Position gestellt werden. Nach der Befestigung der Membrane können die Stützen nacheinander von außen oder innen eingehoben und kann die Membrane durchgestülpt werden. Dazu sind allerdings ein ausreichend großer Abstand der Hochpunkte sowie ein ausreichend großer Hochpunktradius notwendig. Bei Glas/PTFE-Geweben sollte in dieser Phase besonders darauf geachtet werden, dass keine Beschichtungsverletzungen auftreten.

2

3

Ein leichtes Heben der Hängestütze ermöglicht ein müheloses Einhängen der Unterspannseile. Mit dem schrittweisen Hochdrücken der Hängestützen mithilfe hydraulischer Pressen erfolgt die Krafteinleitung in die Membranfläche. Durch Verkürzen der Anspannseile und Spannen der Randseile wird die Fläche elementweise feingespannt.

Abb. 247: Montage der Carport-Überdachung beim Amt für Abfallwirtschaft in München

4

Abb. 246: Montageablauf – Hochpunktfläche

151

Ein Beispiel für die Montage von innen gestützten, elementierten Hochpunktflächen ist der Bau der Tribünenüberdachung des Jaber Al-Ahmad Stadions in Kuwait. Das Ringseildach ist, wie einige andere Stadien-Tribünenüberdachungen mit Membraneindeckung auch, nach dem Wirkprinzip des liegenden Speichenrades konstruiert. Ein Novum bei dieser Überdachung ist jedoch die Planung und Ausführung als einlagige Seilnetzkonstruktion ohne nach innen oder nach außen gespreizte Seilbinder. Ein stark ondulierter, umlaufender Randträger wirkt als Druckring, von dem Radialseile zum innen liegenden, geometrisch affinen Seilzugring spannen. Gemeinsam mit den quer zu den Radialseilen verlaufenden Seilscharen wird ein räumlich gekrümmtes Seilsystem gebildet, auf dem die Dachhaut aus Glas/PTFE-Membranfeldern aufsitzt. Die Membranfelder spannen zwischen den Radialseilen und werden von unterspannten Stützen an 7–9 Hochpunkten pro Feld aufgestülpt, um gegensinnig gekrümmte Flächen zu erhalten (Abb. 248). Die Ränder des Gewebes sind mit Klemmplatten ausgeführt, die mit Bügeln an den Radialseilen befestigt sind.

Die Montage des Membrandachs erfolgte feldweise nebeneinander (Abb. 250). Nach der Vormontage und der temporären Sicherung der Hängestützen hob man die konfektionierten Membranpakete mit Turmdrehkränen ein. Von einer am Kran hängenden Plattform wurden die Pakete abgezogen, an die Hochpunkte geklemmt und mit temporären Platten an den Radialseilen befestigt (Abb. 251) Das Vorspannen der Hängestützen erfolgte in mehreren Durchgängen. Erst wurden die Hochpunkte mit Kettenzügen in Position gebracht. Nach der Befestigung des Gewebes an den Hochpunkten und Rändern (Abb. 252) wurden die Hängestützen feldweise nacheinander leicht vorgespannt, um in einem weiteren umlaufenden Durchgang in ihre Endposition gebracht zu werden (Abb. 253).1

Nach der Vormontage des Ringseilpaketes und dem Auslegen und Vormontieren des Seilnetzes wurden die Radialseile mit Litzenhebern über mehrere Wochen angehoben und am Druckring eingebolzt (Abb. 249).

Abb. 248: Dachansicht Hochpunktflächen

Abb. 249: einlagige Seilnetzkonstruktion

Abb. 251: Abziehen von Montageplattform

Abb. 252: Bügelrand und Gussknoten für Unterspannseile Abb. 253: Einbringen der Vorspannung

1 Lenk, S. (2006)

Abb. 250: Einheben des letzten Membranfeldes

152

Hochpunktfläche

Material, Tragwirkung

Montagedurchführung

Montagemittel

Membranmaterial, Zuschnittsrichtung: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe, parallel

Stabilisierung Primärtragwerk: Kran, Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: LKW-Arbeitsbühne

Stützung: Innen, punktförmig, Maste

Verpackung Membrane: Paket/gefaltet, gerafft

Hebezeug: Autokran, Winden, Umlenkrollen

Berandung: Biegeweich/Seilrand

Krafteinleitung Punktförmig, Eckbeschläge

Spannwerkzeug: Hydr. Pressen, Greif- u. Kettenzüge

Hochpunktflächen, die durch innen liegende Masten gestützt werden, können ebenfalls sehr effizient montiert werden. Dazu nutzt man eine Technik, die aus dem Zirkusbau bekannt ist.

1

Das Aufstellen der Masten kann, wie im Abschnitt 3.4.2.1 beschrieben, durch gegenseitiges Einschwenken erfolgen. Die Anordnung von Winden in den Fußpunkten der Masten und Umlenkrollvorrichtungen an den Mastköpfen dient dem Einheben der Membranfläche. Nach dem geschützten Auslegen der Membrane und dem Schließen sämtlicher Montagestöße können die Randseile und Eckplatten vormontiert und an die Abspannstützen angeschlossen werden.

2

Nach der Vormontage kann mit dem Hochziehen der Membrane entlang der temporär abgespannten Maste begonnen werden. Während des Hubvorgangs werden die Abspannstützen nacheinander mit Kranen eingeschwenkt und mit Hilfsabspannungen fixiert.

3

Der gesamte Hubvorgang ist in Abhängigkeit von der Anzahl der Randstützen, vom verwendeten Material und von der Spannungsverteilung in der Fläche meist innerhalb weniger Tage abgeschlossen. Mit dem Spannen der Abspann- und Randseile wird die Sollvorspannung eingebracht. Der Spannvorgang wird zur Kontrolle von Kraft- und Geometriemessungen begleitet.

Abb. 255: Montage einer Hochpunktfläche mit innen liegenden Masten

4

Abb. 254: Montageablauf – Hochpunktfläche

153

Hochpunktfläche

Material, Tragwirkung

Montagedurchführung

Montagemittel

Membranmaterial: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe

Stabilisierung Primärtragwerk: Kran, Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: LKW-Arbeitsbühne

Stützung: Außen, punktförmig

Verpackung Membrane: Paket/gefaltet, gerafft

Hebezeug: Autokran, Winden, Umlenkrollen

Berandung: Biegeweich/Seilrand

Krafteinleitung Punktförmig

Spannwerkzeug: Hydr. Pressen, Greif- u. Kettenzüge

Sind bei Hochpunktflächen keine Stützen im Raum erwünscht, können sie von außen über Teller oder Ringe abgehängt werden. Besteht die außen liegende Primärstruktur aus abgespannten Masten, kann die Membranfläche von einem Seilgehänge abgehängt werden. An den Mastköpfen umgelenkte Diagonalseile können so als Hebezeug zum Hochziehen der Dachhaut verwendet werden. Bei dieser Methode des Einhebens ist einerseits auf den Winkel der Seilachsen und andererseits auf die Geometrie der Hochpunkte zu achten.

1

Das Aufstellen der beiden Masten kann mit Autokranen erfolgen, wobei das Tragseil gleichzeitig mit den vormontierten Hängerseilen angehoben wird.

2

Sind die Mastabspannungen fixiert, kann die Membranfläche am Boden ausgelegt werden. Nach dem Vormontieren der Hochpunkte und dem Herstellen der Montagestöße können die Eckplatten montiert und die Randseile eingezogen werden. Mithilfe elektrischer Winden und an den Mastköpfen montierter Umlenkrollen kann die Dachhaut hochgezogen werden.

3

Nach dem Ausdrehen der Randstützen können die Hochpunkte an den Hängerseilen angeschlossen werden. Mit dem Verkürzen der Abspannseile kann durch Verschwenken der Maste die Vorspannung eingebracht werden. 4

Abb. 256: Montageablauf – Hochpunktfläche

Abb. 257: Montage einer abgehängten Hochpunktfläche durch Hochziehen des Seilgehänges

154

Ein Beispiel für die Montage einer von einem außen liegenden Seilnetz gestützten Hochpunktkonstruktion ist der Aufbau des Velodroms (Redesign) in Abuja in Nigeria im Jahr 2006, einer ca. 13.000 m2 großen, elementierten Hochpunktfläche aus fünfund sechseckigen Flächenelementen. 8 Pylonen mit einer Höhe von 50 m spannen ein Seilnetz auf (Abb. 258), das die Hülle aus Glas/PTFE-Gewebe trägt. Die im Parallelzuschnitt gefertigten, „wabenförmigen“ Flächenelemente sind entlang ihrer Kanten durch Randseile miteinander verbunden. Die außen liegenden Eckpunkte der Randfelder werden von 16 geneigten Stützen abgespannt.

Nach dem Einbolzen und leichten Vorspannen der Hochpunkte wurden die benachbarten Membranfelder mit eigens angefertigten Hilfskonstruktionen miteinander verbunden. Anschließend konnten die Feldränder mit Ratschen- und Greifzügen zueinander gezogen und mit temporären Platten an die Randseile geklemmt werden (Abb. 261). Nach der Montage der Randfelder (Abb. 262) wurde jeder einzelne Hochpunkt der Konstruktion mit Hydraulikpressen und ca. 15 t vorgespannt (Abb. 263).1

Zur Montagevorbereitung wurden die einzelnen Flächenteile am Boden ausgelegt (Abb. 259), mit temporären Zughilfen an den Rändern und Verstärkungen an den Eckausschnitten ausgerüstet. Nach Fertigstellung dieser Vormontagearbeiten befestigte man die Flächenteile an eigens angefertigten Hängegerüsten, mit denen man in jedem beliebigen Winkel über Seilwinden und Umlenkrollen zu den einzelnen Guss-Seilknoten der Hochpunkte fahren konnte. Die Anordnung der Hängegerüste entlang der Flächenkanten ermöglichte ein Hochfahren der knickempfindlichen Membranfelder im nahezu ausgebreiteten Zustand (Abb. 260).

Abb. 258: Seilnetzkonstruktion

Abb. 259: Vormontage Membranfeld

Abb. 260: Hochfahren Membranfeld

Abb. 261: Verbinden Membranfeld

Abb. 262: Randfeldmontage

Abb. 263: Einbringen der Vorspannung

1 Lenk, S. (2006)

155

3.4.3.3 Montage von Bogenflächen Bogenförmig gestützte Membranflächen bilden in statischer Hinsicht sehr effiziente Tragsysteme und kommen als Tragwerksform bei Membrantragwerken häufig zur Anwendung. Bei der Anordnung mehrerer Bogenfelder kann die Membranfläche im Tragsystem durch das Zusammenwirken mit den aus der idealen Stützlinie ermittelten Bögen stabilisierend und belastend zugleich wirken und so eine wirksame Sicherung gegen Knicken bilden.1

Nahtrichtung ist besonders auf die Höhe der anzusetzenden Spannkraft zu achten. Andere Arten der Lasteinbringung in Bogenflächen, wie etwa durch Anheben oder Verschwenken der Bögen, sind im Abschnitt 3.4.3 beschrieben.

Bei der Montage von Bogenflächen sind die Bahnenlage und die Form der Berandung maßgeblich für die Einbaurichtung. Verläuft die Kettrichtung parallel zum Bogen und ist die Membranfläche linienförmig an die Bögen geklemmt, kann sie quer zum Bogen gespannt werden (1 in Abb. 264). Dazu wird die Membrane an einen Bogen angeklemmt und zum gegenüberliegenden Bogen, von der Mitte weg, sukzessive nach außen gespannt und geklemmt. Mit dem Spannen der Randseile wird der Rand feingespannt. Typische Bogenrandausbildung bei diesem Bahnenverlauf ist der Klemmplattenrand. Oft verwendete Spannwerkzeuge bei dieser Montageart sind Greifzüge oder Zurrgurtensysteme mit Spannratschen.

1

Ist die Membranfläche punktförmig an den Bogen geklemmt, kann sie durch Verschieben der Eckbeschläge und Verkürzen der Randseile gespannt werden (2 in Abb. 264). Bei dieser Art der Randausbildung ist beim Spannvorgang insbesondere auf die Belastung der Membranspitzen zu achten. Für die Spannfolge und Höhe der einzuleitenden Spannkraft ist die Spannungsverteilung im Gewebe maßgeblich. Punktförmig geklemmte Bogenmembranen können auch quer zur Bogenrichtung abgewickelt werden.

2



Liegt die Kette quer zum Bogen und ist die Membranfläche linienförmig an den Bögen befestigt, kann die Membrane bei entsprechender Randausbildung sehr effizient eingebaut werden (3 in Abb. 264). Lässt es das statische Erfordernis aus der Lastabtragung zu, empfiehlt es sich, den biegesteifen Membranrand mit einer Kederschiene auszubilden. Nach dem Anklemmen der Membrane an die beiden Bogenenden kann der Keder durch die in Bogenrichtung verlaufende Kederschiene gezogen und gespannt werden. Diese Art der Montage erfolgt meist sehr zügig und ist weniger zeitintensiv als die oben beschriebenen Verfahren. Zum Einziehen und Spannen können aufgrund der langen Wege und der hoch anzusetzenden Kräfte allerdings meist keine leichten, mechanischen Spanngeräte verwendet werden. Zum Einsatz kommen dann meist schwerere, elektrische Seilwinden. Seltener wird die quer zur Bogenrichtung abgewickelte Membranfläche auch zum gegenüberliegenden Bogen gespannt (4 in Abb. 264). Beim Spannen in der steiferen Kettrichtung und 1 Alpermann, H.; Gengnagel, C. (2003)



3

4

Abb. 264: Montage von Bogenflächen





156

Bogenfläche

Tragwirkung, Material

Montagevorgang

Montagemittel

Membranmaterial: PVC, Glas/PTFE-Gewebe

Stabilisierungsart: Hilfsseile, Gurte

Gerüstart: Hängegerüst, seilunterstütztes Arbeiten

Berandung: Klemmplatten, Seil in Tasche

Verpackungsart: längsgerafft oder gerollt

Hebezeug: Kran mit Seiltraverse

Stützung: Linienförmig

Einleitung der Vorspannung: Linienförmig, Sukzessive

Spannwerkzeug: Hydraulikpressen, Greifzüge, Gurte

Bogenmembranen werden häufig in Ringseildächer bei Stadionüberdachungen eingebaut, wobei die Bögen gelenkig auf den Tragseilen auflagern und die Kettrichtung des Gewebes meist quer zum Bogen verläuft. Bei der Anordnung mehrerer Bögen hintereinander wird die Membrane meist entlang der Bögen von Seilbinder zu Seilbinder eingezogen.

S

Dazu ist es sinnvoll, an der Unterseite der Membrane einen Keder einzukonfektionieren und das Gewebe entlang einer über die Bogenlänge montierten Sogsicherungs-Kederschiene in Feldquerrichtung zu ziehen (4 in Abb. 265). Zu beachten ist dabei allerdings der Reibungswiderstand im Kederprofil.

1

Der Einbau der Bogen und das Einziehen und Spannen der Membrane erfolgen meist feldweise von unter den Seilbindern hängenden Gerüsten oder mit seilunterstützter Klettertechnik. Zur Stabilisierung der Bögen können während der Montage räumlich diagonal verspannte Hilfsseile eingebaut werden (S in Abb. 265).

2

3

Die gerollten oder gerafften Teilflächen können mit einer am Kran hängenden Seiltraverse eingehoben und in Montagehöhe zwischengelagert werden (1 in Abb. 265). Ist dies nicht möglich und wird quer zum Bogen gespannt, wird das Gewebe meist am Boden entlang der Bögen vormontiert (links in Abb. 266). Beim Einziehen der Membrane in Bogenrichtung wird sie erst an den Endpunkten verankert, um die seitlichen Ränder an den Binder zu montieren. Nach dem Ziehen der Membrane zur gegenüberliegenden Seite kann sie sukzessive von der Mitte weg führend gegen den Binder gespannt und durch Montieren der Randelemente fixiert werden (2, 3 in Abb. 265).

Abb. 266: links: Am Bogen vormontierte Membrane; mitte, rechts: Einziehen entlang der Bögen

4

Abb. 265: Montageablauf – Bogenmembrane und Ausbildung Bogenscheitel

157

Ein Beispiel für die Montage einer Bogenkonstruktion mit quer zur Bogenrichtung abgewickelter Fläche ist der Bau der Bahnsteigüberdachung in Fröttmaning bei München. Als Dachfläche wurde dort ein Glas/ PTFE-Gewebe eingebaut. Die aus bogenförmigen Bindern bestehende Tragkonstruktion überspannt den Bahnsteig und trägt gelenkig aufgelagerte Sekundärbögen, zwischen denen die Membranfläche gespannt ist. Die Kettrichtung verläuft parallel zu den Bogenbindern. Das längs gefaltete Gewebe wurde quer zu den Bogenbindern eingehoben und beidseitig über die Sekundärbögen ausgefaltet (1 in Abb. 268). Ein unterhalb der Bogenbinder montiertes Netz diente als Absturzsicherung.

1

Nach dem Befestigen der Membrane an den Eckpunkten erfolgte die Montage der Klemmplatten entlang der Ränder der Bogenbinder (2, 3 in Abb. 268). Unmittelbar danach wurden die Randseile an den Stirnseiten eingebolzt, was zu einem späteren Zeitpunkt nur mehr schwer möglich gewesen wäre. Das Einleiten der Vorspannung erfolgt quer zu den Bogenbindern durch Verschieben der vormontierten Kederschienenteile. Dies wurde mithilfe von Zurrgurten durchgeführt, wobei die Kräfte sukzessive von der Mitte des Bogenbinders nach außen eingeleitet wurden (Abb. 267).

2

Nach dem Spannen der zuvor eingezogenen Randseile konnte der Flächenrand über die an den Eckbereichen ankonfektionierten Gurte feingespannt und durch Verschrauben der Sogsicherungen am Bogenscheitel fixiert werden (4 in Abb. 268). 3

4

5

Abb. 267: Spannfolge und Spannrichtung

Abb. 268: Montage Bogenmembrane am Bahnhof in Fröttmaning

158

Bogenfläche

Tragwirkung, Material

Montagevorgang

Montagemittel

Membranmaterial: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe

Stabilisierungsart: Hilfsseile

Gerüstart: Seilunterstütztes Arbeiten

Berandung: Klemmplatten

Verpackungsart: Gerafft

Hebezeug: Kran mit Seiltraverse

Stützung: Linienförmig

Einleitung der Vorspannung: Linienförmig, Verschwenken d. Bögen

Spannwerkzeug: Greifzüge, Zurrgurte

Eine Möglichkeit, Grundrisse großflächig zu überdachen, lässt sich mit dem Anordnen seitlich abgespannter Bogenkonstruktionen umsetzen. Die Abspannung kann in Abhängigkeit der Spannweite und des Bogenstichs durch Seilscharen oder Membranflächen erfolgen, wobei sich Abspannelemente und die gelenkig gelagerten Bögen gegenseitig stabilisieren. Sind die sattelförmigen Flächen mit Seilen überspannt, können sie mit Membranflächen eingedeckt werden.

a

Vor der Montage des Primärtragwerks können die Membranflächen entlang der Bögen am Boden vormontiert werden. Ist dies nicht möglich, müssen die Flächen eingehoben werden (a, b in Abb. 269). Dazu empfiehlt es sich, ein Gurtnetz als Lagerungsfläche für die Membrane vorzumontieren.

b

c

Zur Membranmontage müssen die Bögen mit Hilfsseilen stabilisiert werden. Oft werden die Bögen leicht zusammengezogen, um sie nach der Montage wieder zu entlasten (Abb. 269 c). Zum Einheben sind die Flächen so zu raffen, dass sie problemlos am Gurtnetz ausgelegt werden können. Nach dem Vordehnen und Anklemmen der Randelemente entlang der Bögen kann durch sukzessives Spannen der kompensierten Membranränder die Vorspannung eingeleitet werden.

d

Alternativ dazu kann die Last in die Scheitelfläche auch durch Verschwenken der Bögen aufgebracht werden (Abb. 269 d). Nach dem Vordehnen und Anklemmen der Seitenflächen entlang der Bögen können deren Ränder mit Greifzügen zu den unteren Randträgern gespannt werden (Abb. 269 e).

Abb. 270: Montagevariante Bogenkonstruktion

e

Abb. 269: Schema Montage/Bogenfläche

159

Mit einer Oberfläche von ca. 108.000 m2 bilden die Dächer der ca. 3.100 m langen Erschließungsgebäude am„Suvarnabhumi International Airport Bangkok“, die so genannten„Concoursen“, das gegenwärtig größte Membranbauwerk weltweit (Abb. 271). Die Concoursen bestehen aus 104 identischen, paarweise zueinander geneigten Dreigurt-Fachwerkträgern veränderlicher Bauhöhe, zwischen denen eine dreilagige Membrankonstruktion mit einer Spannweite von jeweils ca. 27 m in Gebäudelängsrichtung gespannt ist. Die dazwischen liegenden Seitenflächen sind verglast.1 Die äußere der drei Membranlagen besteht aus einem Glas/PTFE-Gewebe, als Mittellage wurde ein Stahlseilnetz mit Polycarbonatplatten gespannt. Die innere Lage besteht aus einem teilbeschichteten (teilweise offenporigen) Glasfasergewebe, das zur Innenseite hin mit einer Aluminiumschicht bedampft wurde. Diese so genannte Low-E-Beschichtung (low emissivity) funktioniert als Infrarotspiegel und verhindert den Wärmestrahlungsaustausch zwischen der warmen, äußeren Membranlage und den Bauteilen der Aufenthaltszonen im Inneren des Gebäudes.2 Als Besonderheit dieser weltweit patentierten dreilagigen Konstruktion ist anzuführen, dass man neben der Erfüllung der energetischen Raumanforderungen mit der neuartigen Entwicklung der Innenlage in Kombination mit den Polycarbonatplatten der Mittellage eine Schallabsorberwirkung bei gleichzeitiger ausreichender Transluzenz erzielt. Nach dem Anbringen von textilen Hängegerüsten als Zugang zu den Anschlusspunkten entlang der Binder wurde für die Montage der dreilagigen Dachhaut zunächst ein textiles

Gurtnetz mit PVC-Membranabdeckung aufgespannt. Als erste Lage wurde mit dem Stahlseilnetz begonnen, die Mittellage zu montieren (Abb. 272). Nach der Montage des Seilnetzes konnten die Polycarbonatplatten an die Gussknoten des Seilnetzes geschraubt und die Fugendichtungen befestigt werden (Abb. 273). Anschließend erfolgte das Einheben der ca. 1.000 m2 großen Membranfelder der äußeren Gewebemembrane, deren Zuschnittsrichtung (Kette) parallel zur Gebäudeachse verläuft (Abb. 274). Mit dem Einbolzen der 4 Membraneckbeschläge wurde das Glas/PTFE-Gewebe erst in Schussrichtung gespannt. Das Spannen der äußeren Lage in deren endgültige Position erfolgte mit Ratschengurten in Kettrichtung (Abb. 275). Zur Befestigung der Außenmembrane wurden die als Bügelrand ausgeführten Membranränder (Aluminium-Klemmplatten, Edelstahlbügel) an Rohrstücke, die an die jeweiligen Untergurte der Fachwerkbögen geschweißt sind, montiert. Nach dem Verschweißen der Deckmembrane (Abb. 276) war die Montage der Außenlage abgeschlossen und das Membranfeld wasserdicht. Als Randausführung der Membran-Innenlage wurden an deren Kederrand „Klauenprofile“ aufgezogen, die mit speziell angefertigten Wantenspannern an Konsolen am Stahlbau befestigt sind. Mit dem Einbau der Innenlage konnte die Montage eines der 108 Membranfelder abgeschlossen werden.3 Dieser Montageablauf wiederholte sich bei allen 108 Membranfeldern. 5 erfahrene Membranspezialisten leiteten 6 voneinander unabhängig arbeitende Montageteams mit je 70 Monteuren, die – aufgeteilt in Arbeitsgruppen – an sechs Feldern gleichzeitig in einem rollenden Ablauf arbeiteten.4

Abb. 271: Luftbild Flughafen Bangkok, Thailand

Abb. 272: Montage des Seilnetzes

Abb. 273: Montage der Polycarbonatplatten

Abb. 274: Einheben der Außenmembrane

Abb. 275: Spannen der Außenmembrane

Abb. 276: Verschweißen der Deckmembrane

1 Sobek, W.; Linder, J.; Krampen, J. (2004)

3 Seethaler, M. (2007)

2 Holst, S. (2006)

4 Heeg, M. (2007)

160

3.4.3.4 Montage von Grat und Kehlflächen Grat- u. Kehlfläche

Tragwirkung, Material

Montagevorgang

Montagemittel

Membranmaterial: PES/PVC, Glas/PTFE-Gewebe

Stabilisierungsart: Stabilisiertes Primärtragwerk

Gerüstart: Hängegerüst, seilunterstützt

Berandung: Seil in Tasche, Klemmplatten

Verpackungsart: Längsgerafft oder gerollt

Hebezeug: Kran

Stützung: Punktförmig/Eckbeschläge

Einleitung der Vorspannung: Punktförmig, Spannen/Kehlseil

Spannwerkzeug: Hydraulikpressen, Greifzüge

Zwischen Grat und Kehle gespannte Membranflächen können in radialen und parallelen Flächenanordnungen ausgeführt sein. Bei der Parallelausführung verbinden die Gratseile meist die Hochpunkte zweier Mastreihen, während die Kehlseile von Fundament zu Fundament gespannt sind. Bei der radialen Anordnung ist die Primärkonstruktion mitsamt den Substrukturelementen ringförmig angeordnet. Vor allem im Stadionbau finden Grat- und Kehlflächen häufig als Tribünenüberdachung Anwendung. Die faltwerk artigen Membranflächen sind dann meist zwischen einem außen liegenden Druckring und einem innen liegenden Ringseil gespannt. Als Montagebeispiel lässt sich hier die Membranmontage für den Bau der Dachfläche im Olympiastadion in Sevilla (Spanien) anführen. Nach Fertigstellung des Druckrings und der Montage des Ringseiles wurde als Auflagerfläche für die Membrane ein Netz aus Hilfsgurten in die stabilisierte Primärkonstruktion eingebaut. Das Vorbereiten und die Vormontage der Teilflächen und das Einziehen der Randseile erfolgten am Boden. Danach konnten die längs gerafften Membranfelder mit dem Kran eingehoben, am Gurtnetz abgelegt und beiseitig ausgelegt werden (Abb. 277). Nach dem Montieren der Randelemente wurden die Gratseile einhängt. Mit dem Spannen des Kehlseiles gegen den Druckring wurde die Vorpannung in die gesamte Teilfläche eingeleitet (rechts in Abb. 278).

Abb. 278: Montage der Dachfläche beim Olympiastadion in Sevilla, Spanien

Abb. 277: Montageablauf – Grat- u. Kehlfläche

161

Bei der ca. 30.000 m2 großen Dachfläche für das King-FahdStadion in Riyadh (Saudi Arabien) wurden die einzelnen vormontierten Membranflächen vom Boden über Montageseile bis zur Mastspitze hochgezogen und mit ca. 20 % der Sollvorspannung belastet. Nach dem Einziehen aller Teilflächen wurde durch Verschieben der Mastspitze nach oben die Sollvorspannung in die Gratseile eingeleitet und das System vorgespannt.

1 Schussmontage der 58m hohen Masten, Stabilisierung mit Hilfsseilen

2 Hochziehen des innenliegenden Ringseilpaketes 3 Einziehen der innenliegenden, vormontierten Membranflächen

4 Heben der innenliegenden Membranflächen in Endposition

5 Einheben der außen liegenden Membranflächen

6 Vorspannen des Systems

Abb. 279: Dachmontage beim Stadion in Riyadh, Saudi Arabien

Abb. 280: Schema der Dachmontage beim Stadion in Riyadh, Saudi Arabien

162

Eine besondere Form einer Grat- und Kehlkonstruktion wurde beim Umbau der CargoLifter-Werfthalle zum „Tropical Island“, einem Freizeitpark mit tropischem Regenwald und Badebecken in Brand bei Berlin, mit Elementkissen realisiert (Abb. 281). Die neuen Anforderungen an die Nutzung veranlassten den Bauherrn, die 2002 erbaute, 360 m lange und 220 m breite Halle mit einer lichten Raumhöhe von 99 m so umbauen zu lassen, dass der Mittelbereich der Halle mit Tageslicht in möglichst unveränderter Qualität versorgt werden kann, um das Pflanzenwachstum in der Halle zu gewährleisten. Dazu sollten 20.000 m2 der bestehenden ca. 40.000 m2 großen Hüllkonstruktion – ein 2x2-lagiges PES/PVC-Gewebe – an der Südseite durch eine UVlichtdurchlässige Folieneindeckung aus 3-lagigen ETFE-Kissen ersetzt werden.1 Nach Vorlage mehrerer Vorschläge verschiedener Bieter entschied man, die bestehende Grat- und Kehlkonstruktion so umzubauen, dass in den 4 mittleren, 35 m breiten Binderfeldern jeweils 14 rautenförmige Kissen mit tragender Funktion eingebaut werden (Abb. 282). Die 17 x 20 m großen Kissen mit einem Stich von ca. 3 m sind an ihrer Ober- und Unterseite von formgebenden Seilscharen aus Aluminium-Stahlseilen gestützt. Im Kehlbereich in Feldmitte schließen die Seilscharen mit Seilklemmen an das bestehende Kehlseil an, wo auch die Kissenränder von Aluminium-Klemmleisten gehalten werden. An diese Konstruktion sind auch eine wärmegedämmte GFK-Dachrinne sowie eine Kondensatrinne befestigt (Abb. 283). Die Befestigung der äußeren Ränder der Kissen erfolgte an die jeweiligen Obergurte der 8 m hohen Bogenbinder des Primärtragwerks.2 Nach der Demontage der äußeren Gewebelagen der alten Hülle wurde das bestehende Kehlseil gekürzt, mit Hilfsseilen in

Form gebracht und daran die Dachrinne montiert. Die bestehenden inneren Gewebelagen wurden während der Kissenmontage als Montageplattform genutzt und nach Abschluß der Arbeiten zerstörend rückgebaut. Die 62 Rinnenteile pro Achse mit einer Stücklänge von 2,30 m wurden vom Bogenscheitel herab stückweise über einen an der Rinne vormontierten Stahlteil am Kehlseil befestigt (Abb. 284). Parallel zur Rinnenmontage erfolgte der Einbau der umlaufenden Sekundärstahlteile, der unten liegenden Seilscharen und der Rohre für die computergesteuerte Stützluftversorgung.3 Eine Herausforderung für die Montage war der Höhentransport der aus- und einzubauenden Bauteile in Montagehöhen von bis zu 107 m. Dazu wurden einerseits, zusätzlich zu den vorhandenen, weitere Befahranlagen mit hydraulischem Niveauausgleich und Umlenkrollen gebaut, mit denen die Bogenkonstruktion entlang der Feldränder befahren werden konnten, sowie in den jeweiligen Feldbereichen eine ferngesteuerte Seiltraverse installiert (Abb. 285). Die mit Tieflader angelieferten, 16 m langen Membranpakete wurden auf einem Gerüsttisch vorbereitet, mit der Seiltraverse in die jeweilige Montageposition gehoben und auf einem vormontierten Gurtnetz ausgebreitet (Abb. 286). Jedes Kissen wurde in seiner jeweiligen Montagehöhe vorgedehnt, wobei insbesondere auf die vorsichtige Krafteinleitung in das ETFEMaterial im Bereich der Schweißnähte und Kissenecken geachtet werden musste. Nach dem Einbau des äußeren Diagonalseilnetzes konnten die Kissen mit Luft versorgt werden. Mit dem Verschweißen der Deckmembrane über der Rinne war die Montage eines Membranfeldes abgeschlossen.

Abb. 281: Tropical Island, Brand

Abb. 282: Schnitt durch die Kissenkonstruktion

Abb. 283: Schnitt Kehle (Seilknoten)

Abb. 284: Montage der GFK-Rinne

Abb. 285: Befahranlage und Seiltraverse

Abb. 286: Einbau der Folienkissen

1 Blümel, S.; Stimpfle, B.; Rudorf-Witrin, W.; Pasternak, H. (2005) 2 Rudorf-Witrin, W.; Stimpfle, B.; Blümel, S.; Pasternak, H. (2006)

3 Lenk, S. (2005)

163

3.5 Montagedurchführung Um die Probleme beim Bauen weitgespannter Flächentragwerke richtig einschätzen zu können, bedarf es neben der Kenntnis der Randbedingungen aus Form, Kraftverhältnissen und Material auch eines Grundverständnisses der Arbeits-

vorgänge an der Baustelle. Die Durchführung der Membranmontage erfolgt durch die Montagevorgänge. Sie stehen im Zentrum der Montageoperationen und lassen sich wie folgt gliedern:

ANLIEFERN und ABLADEN

EINRICHTEN der BAUSTELLE

Baustelleneinrichtung Montagemittel Bauteile, Material

Allgemeine Baustelleneinrichtung Verkehrsflächen Lagerung / Bauteile Lagerung / Montagemittel Vormontageplatz

MONTAGEVORBEREITUNG Fundamente Auflager Primärkonstruktion Hebezeuge Gerüste und Hilfskonstruktionen Stabilisierungsmaßnahmen Arbeitssicherungen

VORMONTAGE Auslegen – Seile Auslegen – Membrane am Boden Auslegen – Membrane in Montagehöhe Membranstöße Membranränder Membranecken Membranhochpunkte Trag-, Spann-, Abspannseile Sicherungsseile Vorbereiten der Spannstellen

EINHEBEN

EINHÄNGEN

VORSPANNEN

Spanngeräte Hilfskonstruktionen Hängegerüste Substrukturteile Membrane gerollt / gefaltet / lose Vorseile, Seile

Membranränder Membranecken Hochpunkte Seilverankerungen

Einleiten der Grundvorspannung Ausgleichsspannen Feinspannen in den Endzustand

Abb. 287: Arbeitsverrichtungen in der Montagedurchführung

Ziel der Montage ist es, eine Minimierung des Montageaufwandes durch Verminderung oder Erleichterung der einzelnen Montageschritte zu erreichen. Neben den Einflüssen aus Fertigung, Transport und Baustellenbedingungen bilden die

Arbeitsverrichtungen in den Montagevorgängen die Hauptfaktoren zur Optimierung und Rationalisierung des Montageprozesses in der Planungsphase.

164

3.5.1 Vorbereitungsarbeiten und Vormontage Beim Fügen und Komplettieren einzelner Montageelemente zu größeren Montageeinheiten spricht man von der Vormontage. Bevor mit der Vormontage begonnen werden kann, müssen Vorbereitungsarbeiten durchgeführt werden. Die unterschiedliche Handhabung der biegeweichen Tragelemente erfordert eine Unterscheidung in •

Vorbereitungsarbeiten und Vormontage von Seilen des Primär- oder Substrukturtragwerks sowie

•

Vorbereitungsarbeiten und Vormontage der Membranflächen.

Bei den Vorbereitungsarbeiten der Seile für die Vormontage umfassen die wesentlichen Arbeitsschritte das Abladen, Zwischenlagern, Abrollen und Auslegen der Seile. Das Verknüpfen von Seilnetzen sowie das Zusammenfassen in Seilgruppen und Anschließen benachbarter Seile können als Vormontage bezeichnet werden. Die erforderlichen Arbeitsschritte für die Vormontage der Membranteilflächen sind das Vorbereiten der Membranstöße, -ränder, -ecken und -hochpunkte. Zuvor müssen die Membranen abgeladen, zwischengelagert und auslegt werden. Je nach Montageverfahren, Gewicht und Windverhältnissen ist das Arbeitsniveau der Vormontage am Boden oder in Montagehöhe. Darüber hinaus müssen Spannvorrichtungen eingerichtet und Messeinrichtungen installiert werden. In Abhängigkeit vom Montageverfahren sind auch Tragwerksteile der Primärstruktur für die Membranmontage vorzubereiten.

3.5.1.1 Transportieren, Abrollen und Auslegen von Seilen Die Anlieferung von Seilen erfolgt in der Regel in Ringen oder bei längeren Seillängen auf Seiltrommeln oder Haspeln mit den werkseitig hergestellten Seilköpfen an beiden Seilenden. Die mehrlagig bewickelten Haspeln sind die gebräuchlichste Art der Verpackung für hohe Stückgewichte. Sie können mehrere 100 m Seil fassen und um die 30 t wiegen. Die Anlieferung erfolgt mit Spezialtransporter, wobei der Platzbedarf der Hebezeuge für den Be- und Entladevorgang des Fahrzeugs sowie die Transportmöglichkeiten vor Ort zu beachten sind. Das Abziehen der aufgespulten Seilringe erfolgt direkt von der Haspel (links in Abb. 289). Werden die Seile in losen Ringen geliefert, müssen sie auf ein Ablaufgestell aufgesteckt und kontrolliert abgezogen werden. Haspeln und Ablaufgestelle sind in den jeweiligen Seilachsen zu positionieren. Mit hydraulischen Abrollvorrichtungen kann der Abrollvorgang kontrolliert durchgeführt werden, um die Seile nicht zu beschädigen (s. Abb. 290). Abb. 288: oben: Spezialtransport; unten: Seiltrommeln

Seile sind sehr empfindlich gegen Knicken und Drehen. Sie sollten möglichst lange fliegend abgerollt und dann langsam auf

Abb. 289: links: Seilringe ; mitte: Drehbares Ablaufgestell (Wickelteller); rechts: Trommelhaspel mit horizontaler Achse

165

Abb. 290: Abrollen von Seilen mit Bremsvorrichtungen

Abb. 291: links: Auslegen der Tragseile beim Stadion in Braga, Portugal; mitte, rechts: Vormontage des Seiltragwerks im Waldstadion in Frankfurt/M.

den Boden abgelassen werden. Keinesfalls dürfen Seile seitlich von Ringen oder Haspeln abgezogen werden. Um die Seile nicht zu beschädigen, sollte der Radius der Seiltrommeln mindestens den 50- bis 100-fachen Seildurchmesser betragen. Mechanische Einwirkungen durch scharfe Kanten, Werkzeuge etc. können Kerben an der Seiloberfläche bilden, die in späterer Folge zu Korrosionsschäden und Festigkeitsverminderung führen können. Um die Seile geschützt auslegen zu können, sollte der Vormontageplatz deshalb gereinigt oder abgedeckt werden. Auflagestellen, die aufgrund ihrer Form Schäden an den Seilen verursachen können, sind mit Schutzvorrichtungen und Umlenkrollen auszurüsten (links in Abb. 291). Müssen beschädigte Seile ausgetauscht werden, kann dies den Fertigstellungstermin der Montage wesentlich verzögern (s. Abschn. 3.2.2).

3.5.1.2 Vormontieren von Seilen Nach der Anlieferung, dem Zwischenlagern, dem Abrollen und dem geschützten Auslegen der Seile erfolgt die Vormontage der Seile. Sie umfasst alle zum Einheben, Einhängen und Vorspannen erforderlichen Arbeitsschritte an den Seilen. Diese sind im Wesentlichen das Verknüpfen von Seilnetzen, das Herstellen von Längsstößen, das Zusammenfassen in Seilgruppen und das Anschließen benachbarter Seile. Auch Vorbereitungsarbeiten an den Spanngeräten, wie etwa das Anschließen von Litzenzuggeräten oder das Installieren von hydraulischen Presseneinrichtungen, können zur Vormontage gezählt werden. Bei all diesen Montagevorgängen ist auf die Gewichte der anzuschließenden Bauteile und die Wahl der entsprechenden Hebezeuge zu achten.

166

Abb. 292: links: Vormontage des Ringseiles im Gottlieb-Daimler-Stadion; rechts: Vormontage der Hängerseile im Waldstadion

3.5.1.3 Falten, Transportieren und Auslegen von Membranflächen Zum Transport an die Baustelle wird die konfektionierte Membrane in geeigneter Weise gefaltet oder gerollt. Um sie vor äußeren Einflüssen zu schützen, werden die einzelnen Pakete meist in Kisten verpackt. Verpackte Membranpakete wiegen oft mehrere Tonnen, deshalb muss schon beim Abladen auf die Reihenfolge und Ausrichtung der einzelnen Pakete geachtet werden, um diese in richtiger Position einheben und an die Primärkonstruktion montieren zu können. Nach dem Abklären der örtlichen Bedingungen an der Baustelle, wie Lagerungsmöglichkeiten, Klimaund Windverhältnisse, wird daher in Zusammenarbeit mit dem Membrankonfektionär ein Faltkonzept erstellt, in dem angegeben wird, wie die Membrane zu falten ist. Eine nachvollziehbare Bezeichnung von Einzelfeldern und Konstruktionsgruppen, die zusammengefügt werden müssen, ist dabei unumgänglich. Ein auf die gefalteten Pakete angebrachter Faltplan sollte die Achsen, Formen und Gewichte der einzelnen Paneele und Felder, die Bezeichnung der Ränder, Nähte und Ecken sowie

1. Faltung

Abb. 293: Faltpaket für den Transport von Membranteilflächen

die Einbaulage der einzelnen Felder, die Ausfaltrichtungen und Fügestellen, je nach Erfordernis bezeichnet, beinhalten (Abb. 293). So wird ein nachträgliches Bewegen der oft mehrere Tonnen schweren Pakete vermieden. Um Beschädigungen zu vermeiden, sollte die Membrane in möglichst wenigen Faltungen verpackt werden. Bei den knickempfindlichen PTFE/ Glas-Geweben müssen die Faltstellen ausgepolstert werden, um Beschichtungsbrüche zu verhindern. Dazu eignen sich beispielsweise weiche Isolationsschläuche. Prinzipiell wird darauf geachtet, das Faltkonzept aus möglichst wenig Faltvorgängen zu erstellen. Dort, wo es aufgrund schwieriger Transport- und Abladebedingungen oder der Bauweise nicht möglich ist, mit einem Falt- und Ausfaltvorgang auszukommen, wird man die einzelnen Membranfelder vor Ort am Boden auslegen, sie nochmals falten oder rollen, um sie dann in Montageposition einzuheben. Um Arbeitszeit und Kosten zu sparen, wird dies jedoch nach Möglichkeit vermieden. Transparente Folien können meist nur einmal umgeschlagen werden. Zum Entladen und Bewegen der einzelnen Paneele ist es hilfreich, wenn Seile, Ketten oder Gurte angeschlossen werden

2. Faltung

2. Fertiges Versandpaneel

167

Abb. 294: links: Faltpaket – Überdachung Arena in Nímes; rechts: Faltpaket – Überdachung Millennium Dome in London

können. Eine gute Zugänglichkeit zu den ankonfektionierten Beschlägen erleichtert das Einhängen von Hilfsseilen oder Ketten beim Hebevorgang. Die Lagerungsstelle der Pakete und der Auslegeplatz der Membranpakete sollten gesäubert und frei von spitzen Gegenständen und Steinen sein. Eine ausgelegte Schutzfolie schützt die Membrane vor Verschmutzungen. Beschläge und Reißverschlüsse sind besonders zu schützen. Eine andere Möglichkeit, Membranflächen zu transportieren, besteht darin, sie werkseitig aufzurollen. Das Abrollen an der

Baustelle kann sich allerdings aufwendig gestalten. Als Nachteil von gerollten Membranen lässt sich hier anführen, dass sie sich nur in eine Richtung abrollen lassen und dadurch in bestimmten Situationen die Montagefreiheit eingeschränkt ist. Das Rollen von Membranflächen ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Teilflächen großflächig abgezogen und in Montagehöhe an die stabilisierte Primärstruktur gehängt werden können. Eingesetzt wird dieses Verfahren vor allem bei der Montage von Bogenmembranen. Hilfreich ist dabei ein an der Krantraverse montierter Abrollmechanismus (Abb. 296).

Abb. 295: links: Rollenvorbereitung zur Reichstagsverhüllung; rechts: Rollenverpackung

Abb. 296: Gerollte Membranflächen mit Abrollvorrichtung

168

3.5.1.4 Vormontieren von Membranflächen Vor dem Aufstellen, Einheben oder Hochziehen der Membrane in Montageposition müssen an den Membranteilflächen verschiedene Vormontagearbeiten durchgeführt werden. Diese Vormontage umfasst im Wesentlichen alle Tätigkeiten, die dazu dienen, die Teilflächen zu einer größeren Montageeinheit zu verbinden und für die eigentliche Montage vorzubereiten. Dabei werden an Stößen, Rändern und Ecken der Membranteilflächen händische Arbeiten durchgeführt. Die Vormontagearbeiten an Membranflächen können wie folgt zusammengefasst werden: •

Membranstöße – Verbinden der Membranteilflächen (Klemmplatten, Schnüre, Reißverschlüsse)

Abb. 297: Montieren der Eckbeschläge und Einziehen der Randseile eines Vierpunktsegels

Abb. 298: Verbinden der Teilflächen eines Zirkuszelts

Abb. 299: links: Vormontierter Hochpunkt; rechts: Vormontage eines Tiefpunkts

•

Membranränder – Einziehen der Randseile, Montage der Randbeschläge, Vorbereiten der Entwässerung

•

Membranecken – Montage der Beschläge, Anschließen der Keder

•

Membranhoch- und -tiefpunkte – Herstellen der Ränder/ Anschließen von Klemmplatten, Seilen, Keder

Darüber hinaus beinhaltet die Vormontage alle für das Einheben, Einhängen und Vorspannen vorbereitenden Arbeiten, wie etwa Stabilisierungsmaßnahmen, die Montage von Spannhilfen und Spannvorrichtungen, das Verlegen von Schläuchen oder das Installieren von Messeinrichtungen. Die einzelnen Arbeitsgänge werden je nach Montageverfahren am Boden oder in Montagehöhe durchgeführt.

169

3.5.2 Einheben und Einhängen der Tragelemente Nach der Vormontage beginnt mit dem Hubvorgang und dem Ablegen bzw. Einhängen in Montageposition die eigentliche Montage der biegeweichen Tragelemente. Dabei sind Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die eine ausreichende Stabilität der Tragelemente gewährleisten und sie vor Überbeanspruchung schützen.

3.5.2.1 Einheben und Einziehen von Seilen Zum Einheben und Einziehen der Seile in Spannposition stehen Montagehilfen wie Seiltraversen, Umlenkblöcke, Seilwinden oder Litzenspanngeräte zur Verfügung. Dabei ist auf die zulässigen Biegeradien zu achten, um die Seile nicht zu knicken. An den Austrittsstellen der Seilköpfe sind Seile vor Biegebeanspruchungen zu schützen. Oft müssen sie auch gegen Verdrehen gesichert werden.

Abb. 300: links: Einheben eines Seiles mit Vorsatzkopf für Litzenspanngerät; rechts: Einheben eines Abspannseiles mit Vorseil

Abb. 301: links: Einheben der Spannseile im Waldstadion in Frankfurt/M.; rechts: Einheben der Seile im Stadion in Wolfsburg

Abb. 302: links: Klemmenvorrichtung zum Einheben von Seilen; mitte, rechts: VorseilUmlenkvorrichtung

In Position gehoben werden die Seile meist mit Hilfsseilen. Beim Einziehen von Seilen bedient man sich einer Technik aus dem Seilbahnbau. Dort werden die Querschnitte der Vor- oder Ziehseile mehrfach abgestuft, um die Belastungen beim Hebevorgang zu minimieren. Bei Seilbinderkonstruktionen können die Spannseile über an den Tragseilen montierte, ferngesteuerte Laufwägen bewegt und gehoben werden (links in Abb. 301). Eine andere Möglichkeit, Seile in Montagehöhe zu heben und zu verlegen, besteht darin, die Bobinen mittels Kran und Abrollvorrichtung einzuheben und abzurollen (rechts in Abb. 301). Seile unbeschadet einzuheben erfordert oft die Herstellung von lastverteilenden Spezialklemmen. Auch bauseitig müssen oft Maßnahmen getroffen werden, um die Ziehseile umzulenken und zu verankern.

170

Abb. 303: links: „Einfädeln“ der Stützen; rechts: Einheben des Seilnetzes für die Überdachung des Rhön-Klinikums in Bad Neustadt

Einheben von Seilnetzen Bei Seilnetzkonstruktionen kann das werkseitig vorgeknüpfte Netz am Boden ausgelegt und mit Mobilkranen punktweise angehoben werden, um danach die Stützen „einzufädeln“. Im Falle der in Abbildung 303 dargestellten Seilnetzkonstruktion in Bad Neustadt wurde das Netz mit seinen ca. 25.000 Kreuzklemmen und ca. 25 km langen Seilen weitgehend spannungsfrei aufgebaut.1 Dazu wurden die Randstützen nach dem Einfädeln stärker nach innen geneigt als in Endlage, um beim Einheben nicht die volle Spannung in das System einzuleiten. Erst im letzten Arbeitsgang wurden die Stützen in die Endposition gekippt und wurde das System vollständig vorgespannt. Das weitgehend spannungsfreie Anhängen an die Endpunkte hat vor allem den Vorteil, mit kleineren Werkzeugen auszukommen, was die Montage schnell und kostengünstig macht.

trächtigen. Für das Arbeiten unter pendelnden Lasten ist sehr viel Montageerfahrung notwendig. Die Kosten für Helikoptermontagen sind hoch und werden ohne Anflug in Minuten abgerechnet. Für die Wartung und Einweisung des Helikopters muss eine Crew mitbestellt werden. Die Vorbereitungsarbeiten sind umfangreich, es müssen oft Flugsondergenehmigungen eingeholt werden.

Helikoptermontagen In seltenen Fällen werden auch Hubschrauber als Transportund Montagemittel eingesetzt. Als Transportmittel eignet sich der Hubschrauber vor allem für Montageorte im topografisch schwierigen, für Verkehr nicht oder nur unzureichend erschlossenen Gelände. Die Tragfähigkeit ist allerdings eingeschränkt. So können nur Nutzlasten bis 5.000 kg transportiert werden. Im Seilbahnbau kommen Helikopter zur Stützenmontage und beim Seiltransport zum Einsatz, im Freileitungsbau beim Verlegen von Hochspannungskabeln. Fliegende Montagen sind risikoreich und können gefährlich sein. Je höher der Montageort liegt (Luftdichtigkeit) und je wärmer die Temperaturen sind (Thermik), desto schwieriger wird es, mit Helikoptern Lasten zu fliegen. Bereits geringe Windgeschwindigkeiten können die Montage überdies beein1 Inauen, B. (2003)

Abb. 304: Seilnetzmontage in Radolfzell

171

Einheben oder Einziehen in das stabilisierte Primärtragwerk

Zeitgleiches Einheben von Primärtragwerk und Membrane

Einheben in Paketen

Einheben in Rollen

Loses Einheben /Einziehen

Einheben von Grosskissen

Aufrichten /Einheben

einheben

einheben

ausfalten /auslegen

ausfalten /auslegen

ausfalten /auslegen

ablegen

abrollen

einheben /einziehen

aufblasen

einhängen

ausfalten

einhängen

einhängen

einheben

aufrichten

einhängen

vorspannen

vorspannen

einhängen

vorspannen

vorspannen

Abb. 305: Einheben von Membranflächen in Montageposition

3.5.2.2 Einheben und Einziehen von Membranflächen Um die vorbereiteten Membranflächen an der vorgesehenen Stelle einbauen zu können, müssen sie in Montageposition gehoben werden. Der Vorgang des Einhebens erfolgt in Abhängigkeit von Tragwerksgeometrie und Stabilitätsverhältnissen im Montagezustand. Darüber hinaus wird die Art des Einhebens bestimmt von der Montagefolge, der Größe und dem Gewicht der Montageeinheit sowie der Montagehöhe. Das Einheben von Teilflächen aus der Luft in das stabilisierte Primärtragwerk kann durch das Einheben von Faltpaketen, gerollten oder losen Teilflächen erfolgen. In manchen Fällen werden Membranen auch entlang des Primärtragwerks oder entlang von Hilfsseilen hochgezogen. Großkissen werden meist in geringer Höhe aufgeblasen und dann eingehoben. Je nach Größe der Membranfläche und Wetterverhältnissen kann der Hebevorgang mehrere Tage dauern. Wird das Primärtragwerk

durch die Membrane stabilisiert, wie es etwa bei Segelflächen der Fall ist, muss das Tragwerk während des Aufrichtens ausreichend stabilisiert und die Membrane vor lokalen Überbeanspruchungen geschützt werden. Das Einheben von Membranflächen ist eine der heikelsten Montagephasen. In diesem Zustand ist das Gewebe meist nicht vorgespannt und kann bei auftretenden Windkräften stark beschädigt werden. Dieser Vorgang kann daher nur bei Windstille oder sehr geringen Windstärken (leichten Brisen) durchgeführt werden, wobei dann je nach Größe und Geometrie der einzuhebenden Fläche eine Bemessung für diesen Montagelastfall zu erfolgen hat. Außer der Berücksichtigung von Windkräften sind auch Überlegungen zu einem Sicherheitskonzept hinsichtlich angreifender Kräfte aus Regen anzustellen. Die Belastung aus Regenwasser bedeutet Gewichtszunahme und kann bei großen

Abb. 306: Einheben und Ausfalten eines Faltpakets zur Montage der Überdachung des Airport-Centers in München

172

Flächen mehrere Tonnen Mehrbelastung ausmachen. Wird die Membrane lose aus der Luft eingehoben oder vom Boden hochgezogen, werden die beim Ziehvorgang beanspruchten Membranspitzen, Berandungen, Schlaufen oder Ösen bei entsprechender Größe für diesen Montagelastfall ebenfalls bemessen. Einheben von Faltpaketen Beim Einheben von Faltpaketen werden diese meist auf zwischen biegesteife Tragelemente gespannte Gurte, Netze oder Hilfsmembrane zwischengelagert, dort ausgefaltet, eingehängt und zum Vorspannen vorbereitet. Diese Methode ist insofern

vorteilhaft, als sich die Flächen in mehrere Richtungen ausfalten lassen und keine Abrollvorrichtung verwendet werden muss. Einheben von Rollen Das Einheben von gerollten Membranflächen wird meist mit einer geeigneten Abrollvorrichtung durchgeführt. Ein Nachteil beim Einheben in Rollen ist, dass nur in eine Richtung ausgerollt werden kann, was den weiteren Montageverlauf erschweren kann. Zum Einheben wird meist eine Traverse an einem Seil- oder Gurtgehänge verwendet, welche ein Knicken der Rolle durch deren Eigengewicht verhindert.

Abb. 307: Einheben von gerollten Membranteilflächen mit (links) und ohne Abrollvorrichtung (rechts)

Abb. 308: Einheben gerollter Membranflächen zur Montage der Reichstagsverhüllung in Berlin

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Einheben und Einziehen von losen Teilflächen Wo es aufgrund der Tragwerksgeometrie nicht möglich ist, Faltpakete oder Rollen einzuheben, werden die Teilflächen lose eingehoben oder entlang von linienförmigen Tragelementen eingezogen. Die Möglichkeiten zur Durchführung des Einhebens oder Einziehens von losen Teilflächen ist stark von den Witterungsbedingungen abhängig. Die losen Membransegmente bieten Windangriffsfläche und sind dann besonders empfindlich. Zum Hebevorgang sind daher Wetterdaten einzuholen. Sind die Randbeschläge an die Teilfläche vormontiert, ist insbeson-

dere auf die Windverhältnisse zu achten. Dann müssen auch Seiltraversen beim Einheben verwendet werden. Beim Einziehen von Membranflächen ist insbesondere auf die Belastbarkeit der Membranspitzen, Schlaufen und Ösen zu achten. Einkonfektionierte Beschläge erleichtern das Einhängen von Hilfsseilen oder Ketten beim Ziehvorgang. Große Flächen, die über mehrere Tage hochgezogen werden, sollten immer so gezogen werden, dass sich Flächenformen bilden, die ein Ablaufen des Regenwassers ermöglichen. Bilden sich während des Einziehens dennoch Wassersäcke, müssen diese aufgeschnitten oder abgesaugt werden.

Abb. 309: links: Einheben einer Hochpunktfläche; mi, rechts: Einheben der Segmente für das Forumdach im Sony-Center in Berlin

Abb. 310: Einziehen der 11.000 m2 großen Teilflächen für das Membrandach über das EXPO-Gelände in Brisbane, Australien

Abb. 311: links: Einheben einer an Bögen vormontierten Membranfläche; rechts: Einheben einer wandelbaren Membranfläche

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Einheben von Großkissen Beim Überdachen großer Flächen mit pneumatisch gestützten Kissen stellt der Hubvorgang des Kissens eine besondere Herausforderung für die Montage dar. Mehrere Tonnen Gewebe und Seile müssen in ihre Position gehoben und gespannt werden. Dies erfordert eine präzise logistische und technische Vorbereitung. Das Einheben des Kissens in seine Endlage kann durch loses Einziehen der Kissenlagen entlang von Hilfskonstruktionen oder durch Einheben im aufgeblasenen Zustand erfolgen. Das Montageverfahren bestimmende Parameter sind die Kissengröße, die Lage und Ausbildung des Druckrings, die örtlichen Gegebenheiten, die zur Verfügung stehenden Montagemittel sowie die klimatischen Verhältnisse. Im Folgenden werden das lose Einziehen von Großkissen und das Einheben im aufgeblasenen Zustand anhand dreier Beispiele dargestellt. Erstmontage/Überdachung der Arena in Nîmes (Frankreich): Zur temporären Überdachung der antiken Arena in Nîmes entschied man sich, die elliptische, in den Hauptachsen 62 x 91 m große Grundfläche mit einem leichten Luftkissen zu überdachen. Das von Girlandenseilen eingefasste Kissen wird über den umlaufenden, auf 30 gelenkigen Stützen ruhenden Druckring vorgespannt. Die äußere und innere Kissenmembrane besteht aus einem PVC-beschichteten Polyestergewebe (oben TYP IV, unten TYP II) und liegt auf einem Seilnetz mit Seildurchmessern von d = 22 mm bis d = 45 mm. Der Stich der oberen Membrane beträgt 8,2 m, der an der Unterseite 4,2 m. Eine transparente Membrane deckt den seitlichen Girlandenrand ab.1

Abb. 312: Luftbild, Schnitt und Grundriss der Arena in Nîmes, Frankreich

Der gesamte Zuschnitt erfolgte computergestützt. Er besteht aus 500 Bahnen mit einer Länge von bis zu 84 m und einer Breite der Einzelbahnen bis zu 2,5 m. Die ca. 4.000 m2 große obere Membrane und die annähernd gleich große untere Mem-

Abb. 313: links: Konzept zum Hubvorgang der oberen und unteren Membrane; rechts: Schnittansicht

1 Habermann, K. J.; Schittich, C. (1994)

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Montageablauf: Montage der Stützen und des Druckrings. Montage der Brücken und Hilfskonstruktionen. Vormontieren der Seilnetzgruppen. Auslegen und Hochziehen des Seilnetzes zum Knick. Ausfalten der unteren Membrane. Ausfalten der oberen Membrane. Vorbereiten der Membranlagen zum Einziehen. Hochziehen des Pakets mit Greif- und Flaschenzügen entlang von Hilfsbrücken bis zum Knick in ca. 8 m Höhe, dort Montage an Seilnetz- und Ringseilbeschläge. Ziehen des Gesamtpakets bis 50 cm vor Endposition. Fixieren und Umhängen auf hydraulische Pulleys. Ziehen bis zur Endlage am Druckring. Fixieren der Beschläge an den Stützen. Anschließen der Gebläsestutzen und Aufblasen des Kissens.

Abb. 314: links: Gleitbrücke; rechts: Montageablauf

brane wurden jeweils in einem Stück gefertigt.1 Das Kissen ist zu Wartungszwecken begehbar. Die Herausforderung bei der Erstmontage bestand darin, die äußere und innere Kissenlage sowie das Seilnetz in Spannposition zu heben, ohne dabei die historischen Tribünen zu beschädigen.

Erste Konzepte, die beiden Kissenlagen zu heben, wie etwa durch Aufblasen einer untergelegten Kissenkonstruktion (links in Abb. 313), wurden geprüft und wieder verworfen.2 Das letztlich umgesetzte Montageverfahren sah vor, das unterstützende Seilnetz und die losen Kissenlagen entlang von 30 an die Masten montierten, stählernen Gleitbrücken in Etappen

Abb. 315: Hilfskonstruktionen zum Einziehen des Kissens entlang der Maste

Abb. 316: Einziehen des Kissens entlang der Gleitbrücken

1 Bergermann, R.; Sobek, W. (1992)

2 Dürr, H. (2003)

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1 Montage der Hilfsbrücken

6 Umhängen, Hochziehen Phase 2

2 Auslegen des Seilnetzes und der unteren Membrane

7 Spannen der Girlandenseile zum Druckring

3 Auslegen der oberen Membrane

8 Anschließen der Gebläseeinheiten

4 Hochziehen Phase 1

9 Aufgeblasenes Kissen mit Girlandenmembrane

5 Detail / Girlandenspitze

10 Demontage der Hilfsbrücken

Abb. 317: Erstmontage des Kissens über die Arena in Nîmes, Frankreich

177

hochzuziehen, gegen den umlaufenden Druckring zu spannen und die Kissenlagen durch Zuführung der Druckluft aufzublasen. Die Darstellungen in Abb. 314 bis 316 zeigen die Gleitbrückenkonstruktion, die Montagephasen und Hilfsmittel zum Hubvorgang.

Litze 0.6“

Ringträger Stütze

An den Ring angeschlossenes luftleeres Kissen

Die Paketgröße der auszufaltenden Membranflächen betrug 10 x 7 x 2,5 m bei einem Gewicht von ca. 8 t pro Paket. Das Gewicht des gesamten Membranpakets mitsamt dem Seilnetz betrug ca. 40 t. Zum Hubvorgang waren umfangreiche konstruktive Maßnahmen und die Installation zahlreicher Hilfskonstruktionen notwendig. Die Montage des Kissens dauerte ca. 2 Wochen.1

Tribüne Arenaboden

Um das Kissen in den Sommermonaten wieder zu entfernen, wurde ein Konzept zur wirtschaftlichen Durchführung der jährlichen Montage und Demontage des gesamten Bauwerks entwickelt.

Obere Membrane Untere Membrane Seilnetz

Dieses Konzept sieht vor, die Stützen mit einer hydraulischen Hebe- und Senkvorrichtung auszurüsten. Zum Heben der Kissenlagen mitsamt des Seilnetzes werden vom Stützenkopf abgespannte Gittermastausleger eingesetzt. Die vorderen Ecken eines aus Stütze, Distanzträger und Teleskopausleger gebildeten Dreiecks bilden die Ruhepunkte der Ausleger (Abb. 318, Abb. 319). Zur millimetergenauen Justierung der Ruhepunkte sind die Teleskopträger durch zwei Stellschrauben längenverstellbar. Dadurch kann gewährleistet werden, dass am Ende des Hubvorgangs (bei Erreichen des Druckrings) die Bolzenlöcher an den Knoten des Druckrings mit den Bolzenlöchern der Kissenbeschläge genau übereinanderliegen.2

Hydraulische Hubeinheit Litze 0,6“ Distanzträger Teleskopträger Drehpunkt Ausleger

Die biegeweiche Randausbildung des Kissens mit je 30 Girlandenseilen pro Kissenlage sowie die Bündelung der Montageanschlüsse an den Stützenköpfen erleichtern die Montageund Demontagearbeiten. Der Hebevorgang des Kissens beträgt ca. 5 Stunden. Die Demontage erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. In Abbildung 319 ist der Montageablauf zum Heben der Kissenteile zusammenfassend dargestellt.

ausgelegtes Kissen Arenaboden

Montageablauf: Aufstellen und Abspannen jeder zweiten der 30 Stützen. Heben des Druckrings mit den auf den Stützen installierten Hubeinrichtungen. Verbinden des Rings mit den Stützen. Montage der restlichen 15 Stützen. Einbau der Auslegerträger. Montage der Gebläseeinrichtung. Auslegen des Seilnetzes und der unteren und oberen Membrane auf dem Arenaboden. Schließen der Verschlussmembrane, Montage der Girlandenseile, Befestigung des Kissens an den Auslegerträgern. Heben des Kissens. Befestigen des Kissens am Ring. Aufblasen des Kissens. Einbau der Fassade und Ausbau der Auslegerträger.

Abb. 318: Distanzträger, Teleskopträger und Gittermastausleger

1 Dürr, H. (1988) 2 Bergermann, R.; Sobek, W. (1992)

Abb. 319: Schema Hubvorgang

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a Auslegen der Kissenteile und Einrichten der Ausleger

b Anschließen der Kissenteile an die Ausleger

c rund 1/3 des Hubweges

d rund 2/3 des Hubweges

e Kissenteile ohne Bodenkontakt

f Zustand unmittelbar nach dem Aufblasen

Abb. 320: jährlicher Hubvorgang des Kissens

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Mobile Überdachung für die Arena in Vista Alegre: Ein Beispiel für das Einheben eines Kissens im aufgeblasenen Zustand ist die Großkissen-Montage zur Überdachung einer Stierkampfarena in Vista Alegre bei Madrid (Spanien). Ein auf einer bestehenden Dachkonstruktion eingebautes, wandelbares Luftkissen kann innerhalb von 5 Minuten geöffnet werden, um die Arena mit ihren 14.000 Sitzplätzen zu belüften. Das Kissen mit einem Durchmesser von 50 m besteht aus einem im Schnitt trapezförmigen Druckring, einer äußeren, transluzenten PVC-Polyester-Membrane und einer inneren, von einem Seilnetz gestützten transparenten ETFE-Folie (Abb. 323). Am Stich liegen die Membranlagen 12 m auseinander. Die Öffnung für das Kissen in der fest stehenden GitterschalenDachkonstruktion bildet ein im Schnitt rautenförmiger Druckring, auf dem 12 abgespannte 12 m hohe Pendelstützen stehen. Die Stützen aus quadratischen Hohlprofilen mit 300 x 300 x 10 mm, die auch das Horizontallager für das Kissen bei Windangriff bilden, sind an den Köpfen mit Ringseilen kreisförmig verbunden (Abb. 324). Das 60 t schwere Kissen hat eine Grundfläche von 1.960 m2 und wird von 12 am Stützenfuß stehenden Seilwinden über Umlenkrollen am Stützenkopf gehoben und gesenkt (Abb. 321). Es lässt sich 10 m hoch heben und kann in verschiedenen Positionen geparkt werden.1

Abb. 322: Grundriss und Schnitt der Arena in Vista Alegre, Spanien

Abb. 323: Schema Kissenüberdachung

Abb. 321: Detailanschluss

1 Schlaich, M. (2000)

Abb. 324: Perspektive

180

Zum Heben des Kissens in seine Endlage musste es durch die feste Dachöffnung in 30 m Höhe gehievt werden. Der Spielraum betrug dabei nur wenige Millimeter. Diese Vorgabe er-

forderte, dass die Stützen für den Hubvorgang über die Seilabspannungen exakt ausgerichtet werden mussten, um die Kissenführungen nicht an den Stahlstützen zu verklemmen.1

Montageablauf: 1 Aufstellen der seilverspannten Stützen auf dem festen Außendach. Montage des Kissendruckrings aus vorgefertigten Segmenten auf einem Gerüst in 5 m Höhe.

4 Aufblasen des Kissens und Überprüfen der Funktion der Gebläse und des Kissens auf Dichtigkeit.

2 Einbau der oberen Membrane und Stabilisierung durch Hilfsseile zu den Stützenfüßen.

5 Einheben des Kissens mit temporären Hilfsseilen in seine endgültige Position.

3 Einbau der unteren Folie und Einhängen des Seilnetzes am Kissendruckring.

6 Befestigung der Auflagerknaggen am Kissendruckring und Befestigen der Regenschutzbleche.

Abb. 325: Schema Hubvorgang

Abb. 302: Schema Hubvorgang

Abb. 326: Hubvorgang des Kissens

1 Schlaich, M. (2000)

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Abb. 327: links: Grundrisse Galets Nr. 1–3; rechts: Schnitt Galet Nr. 1

Montage der Galets für die EXPO.02: Ein Beispiel für das Einheben von Kissen im Freien ist die Montage der sogenannten Galets, dreier pneumatischer Großkissenstrukturen, die anlässlich der Schweizer Nationalausstellung EXPO.02 auf der Arteplage von Neuenburg als Ausstellungsüberdachung aufgebaut wurden. Die Ränder der zweilagigen, linsenförmigen Kissen mit Durchmessern von 61–92 m sind in ca. 15–21 m Höhe an einem umlaufenden Druckring aus Stahl verankert. Der kastenförmige Druckring ruht auf Stahlstützen, die gelenkig auf in den See gerammten Gründungspfählen lagern.1 Eine auf einem Randrohr befestigte Kragenmembrane bildet den oberen Abschluss der Bauwerke und verkleidet an den Druckringen geschweißte Kragarme (links in Abb. 329). Aufgrund der Dimension der drei Großkissen, die eine Fläche von jeweils 3.500, 4.000 und 9.000 m2 überdecken, musste die Fertigung der PES/PVC-Membranen für die Galets Nr. 2 und Nr. 3 in 2 Teilen und für das Galet Nr. 1 in 4 Teilen erfolgen und mit Montagestößen vor Ort geklemmt werden. Die verschweißten Bahnbreiten der Teilflächen betrugen zwischen 1,8 m und 2,3 m.

Abb. 329: links: Schnitt durch den oberen Ring; rechts: Kastenträger mit Kragarmen

1 Bukor, S. (2003)

Abb. 328: Galets auf der Arteplage in Neuenburg, Schweiz

Um eine glatte Untersicht zu gewährleisten, wurde bei den Kissen auf ein unterstützendes Seilnetz verzichtet. Dazu musste der Innendruck je nach Witterungslage auf einen Bereich von 0,25– 0,4 kN/m2 beschränkt werden, um das Gewebe schadenfrei zu halten. Weil mit einem solch geringen Druck die angesetzten Lasten nicht abzutragen waren, mussten die Galets mit einem von Gas betriebenen Heizsystem ausgerüstet werden, um nicht abtragbaren Schneelasten mit erwärmter Druckluft zu begegnen. Die um die Druckringe der Galets montierten Heizungen wurden automatisch über eine in jedes Galet eingebaute Wetterstation

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Abb. 330: links: Vormontierter Druckring; mi: Einheben der Stützen; rechts: Vormontiertes Kissen

geregelt, die Windgeschwindigkeit, Außendruck und Außentemperatur messen konnte und mit der festgestellt werden konnte, ob Schnee fällt. Für die Sicherheit der Bauwerke wurde die doppelte Anzahl der notwendigen Gebläseeinheiten installiert und mit einem Notstromaggregat gekoppelt, um die drei Galets bei Stromausfall mit ausreichend Strom zu versorgen.1 Für den Vorzusammenbau der drei Kissen samt Stahlkonstruktion konnte die Ausstellungsplattform genutzt werden. Nach dem Einrammen der Gründungspfähle wurden die vorgefertigten Abschnitte der Stahlkonstruktion auf Hilfsböcke gelegt und dort verschweißt. Die Böcke waren so ausgelegt, dass sie die Stützen für die Vormontage und den Hubvorgang stabilisieren konnten.2

Nach dem Aufblasen des Kissens und dem Einbau aller elektromechanischen Installationen konnte der Druckring mitsamt dem angeschlossenen Kissen mithilfe von hydraulischen Pressen in Sollposition gehoben werden. Dazu wurde bei Galet Nr.1 jede dritte Stütze mit einer Hebevorrichtung ausgestattet, die mit jeweils 2 Pressen ausgerüstet war, um die 4.700 kN schwere Konstruktion anzuheben (Abb. 332). Während des Hubvorgangs wurden jeweils 2 Stützen durch außerhalb der Galets stehende, abgespannte Hilfsmaste stabilisiert, die mit den Stützen über horizontale Streben verbunden waren.4 Mit Erreichen der Sollhöhe wurde der Druckring mit den Stützen verschweißt und die Stützen mit Seilen ausgekreuzt.

Danach konnten durch 1,2 m x 1,2 m große Öffnungen im Druckring die Stützen nacheinander mit dem Autokran eingefädelt werden. Nach dem Anbringen von Markierungen konnten die Membranteilflächen ausgerollt, ausgefaltet und zur Vormontage vorbereitet werden. Mit dem Schließen der Klemmplatten-Stöße von der Mitte nach außen wurden die einzelnen Teilflächen der unteren und oberen Membrane miteinander verbunden. Danach wurde erst die obere und dann die untere Membrane von den Flächenstößen nach außen an den umlaufenden Druckring geklemmt (Abb. 331).3 Dazu waren bei Galet Nr.1 ca. 150 Greifzüge notwendig, die rund um den Ring verteilt wurden.

Kragarme Druckring Flächenklemmung Randklemmung

Abb. 331: Montagestöße Galet Nr. 1

Abb. 332: Hebevorrichtung

1 Ryser, R.; Badoux, J.-C. (2002)

4 Ryser, R.; Badoux, J.-C. (2002)

2 Ryser, R.; Badoux, J.-C. (2002) 3 Dürr, H. (2002)

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Abb. 333: links: Montage der Abfertigungshalle am Passagierkai in Warnemünde; rechts: Montage einer Bühnenüberdachung in Travemünde

Gleichzeitiges Errichten von Primärkonstruktion und Membrane Zur Errichtung von Membrantragwerken, die erst im Endzustand ausreichende Stabilität besitzen, müssen Maßnahmen getroffen werden, welche die Standsicherheit des Tragwerks und die Stabilität der Tragwerksteile in allen Zwischenlagen und -zuständen gewährleisten (s. Abschn. 3.4.1.2). Die Errichtung eines solchen Tragwerks erfolgt meist durch Einschwenken oder Einheben des Primärtragwerks mitsamt den daran vormontierten Membranflächen und Seilen (Abb. 333).

Wird das Primärtragwerk mitsamt der daran vormontierten Membranfläche eingehoben, ist vor allem die Belastbarkeit der Membranspitzen für diesen Montagelastfall zu beachten (links in Abb. 333). Ein Knicken der Randseile muss ebenso verhindert werden wie ein Klemmen der Stützenfüße am Gelenk. Zwischenzustände sind mit Hilfsabspannungen zu sichern, die schnell entfernt werden können. Die Montage ist bei Windstille durchzuführen.

Dazu müssen umfangreiche Vorbereitungsarbeiten durchgeführt werden. Die Membranflächen müssen so an die biegesteifen Tragwerksteile der Primärkonstruktion vormontiert werden, dass das Gewebematerial und die Seile in jedem Zwischenzustand frei von Beschädigungen bleiben. Dazu ist es notwendig, die Montagefreiheit aller Bewegungsrichtungen genau zu prüfen.

Beim Aufrichten der Konstruktion durch Einschwenken müssen die biegesteifen Tragwerksteile in ihrer Ausgangslage so positioniert werden, dass exakt in einer Auflagerebene verschwenkt werden kann. Am Mastfuß aufgeschweißte Augbleche dürfen keine Verformungen erleiden. Werden Masten verschwenkt, sind diese seitlich zu stabilisieren. Das in Abbildung 334 dargestellte Beispiel zeigt den Ablauf zur Montage eines Glas/PTFEGewebes für eine Marktplatzüberdachung in Zeltweg (Österreich). Dort wurde eine Segelfläche durch diagonal versetztes Einschwenken errichtet.

a Ausgangslage mit vormontierter Membrane

b Einschwenken des ersten Mastes

c Diagonal versetztes Einschwenken

d Innenansicht mit Hilfsabspannungenn

Abb. 334: Montage der Marktplatzüberdachung in Zeltweg, Österreich

184

3.5.3 Einbringen von Lasten – das Vorspannen Das Tragverhalten weitgespannter, leichter Flächentragwerke wird weitgehend von der Vorspannung und ihrem Zusammenwirken mit Geometrie und Material bestimmt. Die Art, wie die Vorspannkräfte eingeleitet werden, ist für die Durchführung der Montage von zentraler Bedeutung. Aufgaben und Wirkungsweise der Vorspannung Biegeweiche Tragelemente in Formaktiven Tragsystemen müssen in Tangentialrichtung gespannt werden, um bei Einwirken äußerer Lasten eine ausreichende Steifigkeit des Tragsystems zu erreichen. Mit dem Spannen der Tragelemente soll einer möglichen Verformung des Tragwerks entgegengewirkt und dessen gewünschte Gestalt aufrechterhalten werden. Um die notwendige Formstabilität des Tragsystems zu erreichen, müssen deshalb vor Auftreten dieser Lasten Zugkräfte in das Tragsystem eingeleitet werden. Ebene oder räumliche Strukturen oder Bauteile, welche im gewichtslosen Zustand unter Spannung stehen, werden daher als unter Vorspannung stehend bezeichnet.1 Mit dem Einleiten der Vorspannkräfte wird ein innerer Spannungszustand erzeugt, der das Tragwerk im Gebrauchslastbereich stabilisiert. Die Höhe der einzuleitenden Kräfte zum Erreichen des Vorspannungszustandes muss im Gleichgewicht mit den zu erwartenden Belastungen sein. Die Spannungsverteilung muss so erfolgen, dass sich im Tragsystem eine Gleichgewichtsform einstellt. Aus diesen Verformungsbedingungen für Formaktive Tragsysteme geht die Abhängigkeit der Belastung von der Geometrie der Fläche, ausgedrückt durch die Krümmung, hervor – Form und Spannungsverteilung bedingen sich gegenseitig. Eben gespannte Flächen und Tragelemente besitzen keine ausreichende Steifigkeit bei Auftritt von Belastungen. Die Verformung zum Zeitpunkt des Auftretens der Belastung ist groß,

es ist kein Gleichgewicht möglich. Erst mit wachsender Krümmung der Fläche bzw. mit wachsendem Winkel zwischen den Seilachsen lässt sich ausreichende Steifigkeit aufbauen. Bei zunehmender Krümmung reduzieren sich die resultierenden Auflagerkräfte, der Einfluss der Größe der Vorspannung wird geringer (links in Abb. 335). Weist die Flächengeometrie einer Membranfläche eine positive Gauß´sche Krümmung auf, spricht man von synklastischen Flächen, bei gegensinniger Krümmung der Fläche von antiklastischen Flächen. Für antiklastische Membranflächen ergibt sich im Vorspannungszustand ohne äußere Belastung (q = 0) für beide Krümmungsrichtungen ein festes, nicht mehr frei wählbares Verhältnis (rechts in Abb. 335). Sie bilden schon aufgrund ihrer Geometrie einen höheren Anfangswiderstand gegen Belastung als gleichsinnig gekrümmte Flächen. Neben der geometrischen Steifigkeit beeinflusst die Größe der Flächenkrümmung der Flächenelemente auch direkt die Ausbildung der Fundamente, welche die Kräfte in den Baugrund ableiten. Sinnvoll ist es daher, aus der möglichen Vielfalt die Formen so zu wählen, dass die Vorspannkräfte zur Begrenzung der Verformungen nicht unnötig hoch werden und durch die geschickte Kombination von Druck- und Zugfundamenten in den Baugrund abzuleiten.2 So können Kräfte ausgeglichen und Kosten reduziert werden. Die Umordnung der inneren Kräfte und Spannungen durch die Vorspannung bewirkt eine günstige Änderung des statischen Systems hinsichtlich der Reduzierung von Verformungen und eine Verbesserung der Stabilitätsverhältnisse. Ein wichtiger Aspekt bei der Anwendung der Vorspannung liegt auch in der vollen Ausnützung der Querschnitte durch die Zugbelastung. Die weitgehend zugkraftbeanspruchten Tragelemente können wesentlich schlanker als etwa biegebeanspruchte Bauteile dimensioniert werden, was eine deutliche Gewichtsreduzierung des Tragwerks zur Folge hat.

Abb. 335: Gleichgewichtsmodelle: Wachsender Widerstand gegen Belastung durch Winkeländerung der Systemachsen zueinander

1 Palkowski, S. (1990)

2 Leonhardt, F.; Schlaich, J. (1973)

185

Anwendung der Vorspannung bei leichten Flächentragwerken Aufgrund der vernachlässigbaren Biegefestigkeit der Flächenund Linienelemente und der verhältnismäßig sehr kleinen Masse leichter Flächentragwerke kann es infolge von Windkräften zu großen Verformungen und Schwingungen kommen, die das Tragwerk gefährlich beanspruchen. Mit dem Vorspannen der biegeweichen Tragelemente zwischen festen Punkten, Rändern oder Ecken werden die Quersteifigkeit der einzelnen Tragelemente und die Stabilität der gesamten Tragstruktur vergrößert und so wird der Gefahr der Verformung entgegengewirkt. Durch die Vorspannung wird die Querbelastung so übertragen, dass die lastabtragenden, biegeweichen Tragelemente überwiegend zugbeansprucht sind und die notwendige Steifigkeit im belasteten Zustand erhalten bleibt. Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass bei gewünschten schlanken Bauteilen und großen Spannweiten auch biege- oder drucksteife Tragelemente, wie Stützen, Pylone oder Randträger, vorgespannt werden können. Je nach Werkstoff, Bauteilgeometrie, Gewicht und Tragverhalten kommen dabei unterschiedliche Verfahren mit und ohne Spannglieder zum Einsatz. Die bestgeeigneten Werkstoffe zum Einleiten von Vorspannkräften sind Stahlbeton und Stahl. Das Herstellen vorgespannter Tragelemente aus Holz ist aufgrund des Schwindens des Werkstoffs schwierig und wird gegenwärtig noch erforscht. Die bekannten Vorspannarten für biegeweiche Tragelemente sind das mechanische Vorspannen von Seilen, Gurten, Geweben und Folien und das pneumatische Vorspannen von Geweben und Folien. Eine weitere Möglichkeit, Formstabilität zu erreichen, ist das Vorspannen durch Belastung, wie es bei Hängedächern mit Auflasten der Fall ist, deren Gewicht höher als der zu erwartende Windsog ist. Das Vorspannen mittels dy-

namischer Kräfte, wie es etwa an Rotationsschirmen1 untersucht wurde, spielt aufgrund der mangelnden Formstabilität im Bauwesen zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine Rolle. Spannverfahren Der sukzessive Aufbau des Vorspannzustandes bis zum Erreichen der Sollgeometrie wird als Spannverfahren bezeichnet. Es entsteht nach Abwägen sämtlicher statischer und montagetechnischer Überlegungen, deren Ziel das Erreichen eines vorgespannten Tragwerks als Endergebnis ist. Die wichtigsten Kriterien zur Wahl des geeigneten Spannverfahrens können wie in Abb. 336 dargestellt beschrieben werden: Während des Spannvorgangs können hohe Bauteilbeanspruchungen auftreten. Die zu spannenden Tragelemente, ihre benachbarten Substrukturbauteile und die Gesamtstruktur unterliegen beim Einleiten von Kräften teils großen Ver formungen. Die dosierte Einleitung der Spannkraft, die Spannrichtung und die Spannfolge sind für den Vorgang des Vorspannens daher sorgfältig zu planen. Die Stabilität des Tragwerks und seiner Tragelemente während des Spannvorgangs darf nicht gefährdet und das Spannelement nicht überbeansprucht werden. Mit der Überprüfung der Verformungen, Stabilitätsuntersuchungen und der statischen Berechnung der Gesamtstruktur sowie der Struktur- und Einzelbauteile für die einzelnen Montagezustände werden die Spannschritte und Spannrichtungen festgelegt und das geeignete Vorspannver fahren gewählt. Das für den Spannvorgang erarbeitete Spannkonzept legt die notwendigen Kontroll- und Ausgleichsmaßnahmen fest und definiert die Toleranzbereiche. Die wichtigsten Spannverfahren zur Einleitung der Vorspannkräfte in biegeweiche Tragelemente werden im folgenden Abschnitt dargestellt und beschrieben.

Höhe der aufzubringenden Spannkraft

Material

Tragsystem

Spannwerkzeuge

Festigkeit, Steifigkeit Zuschnittsrichtung Deformationsverhalten unter Last, Zeit und Temperatur

Stabilitätsverhältnisse Art der Randausbildung Form der Randausbildung Form der Flächenkrümmung

Auf Zug oder Druck beansprucht Anzahl, Gewicht, Verfügbarkeit Paltzbedarf Zugänglichkeit

Art und Orte der Krafteinleitung

Abb. 336: Kriterien zur Wahl des Spannverfahrens

1 Baumüller, D. (2000)

186

Spannrichtung biegeweicher Flächenelemente in Abhängigkeit vom Material Die Dehnungseigenschaften des verwendeten Materials, dessen Beschichtung sowie dessen Zuschnitt sind von maßgeblicher Bedeutung für den Spannvorgang (s. Abschn. 3.4). Die vorwiegend zum Einsatz kommenden Materialien sind Polyester/PVC-Gewebe und PTFE/Glas-Gewebe mit ungleichen Dehnungseigenschaften in Kett- und Schussrichtung sowie Polyester/PVC-Gewebe mit gleichen Dehnungseigenschaften und isotrope Fluorpolymerfolien. Bei Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften besitzt das Material in Gewebelängsrichtung eine höhere Zugsteifigkeit als in Schussrichtung, die steifere Kettrichtung dehnt sich bei Lasteinleitung kaum. In der Zuschnittsberechnung wird man daher darauf achten, dass der berechnete Anteil der Kompensation in der steifen Kettrichtung wesentlich geringer als in der weicheren Schussrichtung ist. Aus diesem Umstand kann sich ein Vorteil für den Spannvorgang ergeben. Bei günstigen Krümmungsverhältnissen, idealer Spannungsverteilung im Gewebe und biegesteifer Randausbildung kann durch alleiniges Spannen in einer Geweberichtung die andere Richtung mitgespannt werden. Dabei verkürzen sich auch die Gewebefäden in Querrichtung, und die Membrane wird in dieser Richtung mit vorgespannt.1 Bei Randausführungen mit Klemmplatten ist darauf zu achten, dass die Membrane vor Montage der Randbeschläge entlang der Ränder ihre endgültige Länge haben muss. Beim Spannen der Ränder spielt die Schubsteifigkeit der Beschichtung eine maßgebliche Rolle. Vor

allem bei der Verwendung von PTFE-beschichteten Glasfasergeweben ist beim Spannvorgang besondere Sorgfalt und Vorsicht in den sensiblen Randbereichen erforderlich. Bei Flächengeometrien, deren Abmessungen in den Anisotropierichtungen gleich lang sind, kann es sinnvoll sein, Gewebe mit gleichen Dehnungseigenschaften in Kett- und Schussrichtung zu verwenden. Die annähernd gleichen Fadenlängen können den Spannvorgang dann insofern begünstigen, als die gleich langen Spannwege mit demselben Kraftaufwand zurückgelegt werden können. Weil die Schussfadenkrümmung dieser Gewebe praktisch der Kettfadenkrümmung entspricht und die Beschichtungsdicke am Fadenrücken deutlich höher als bei konventionellen Geweben gleichen Flächengewichts ist, wird zum Spannen jedoch ein höheres Kraftniveau erforderlich. Die Eignung solcher Gewebe für den Spannvorgang ist vor allem bei Geometrien mit geringer Flächenkrümmung gegeben. Das Bauen von antiklastischen Flächen mit einlagigen, isotropen Fluorpolymerfolien ist auf wenige Meter Spannweite begrenzt. Das Spannen solcher Folien erfolgt ausschließlich durch linienförmiges Aufbringen von Lasten über biegesteife Berandungen. Folien finden vermehrt Anwendung als mehrlagige Kissen. Diese werden mit und ohne Seilunterstützung ausgeführt. Aufgrund der Relaxationseigenschaften und des Kriechverhaltens von Flachfolien müssen solche Flächen meist nachgespannt werden. In den folgenden Ausführungen liegt das Hauptaugenmerk aufgrund der Häufigkeit der Anwendung beim Spannen von Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften.

Folien ETFE THV

Fx

Fx

Fy

Fy

Fx, y

Fx, y

Gewebe K=S PES/PVC

FS

FS

FK

FK

FK, S

FK, S

FS

FS

FK

FK

FK, S

FK, S

Gewebe K=S PES/PVC Glas/PTFE

Abb. 337: Schema Elastizitätsverhalten von Membranmaterialien mit gleichen und ungleichen Dehnungseigenschaften

1 Grundsätzliche Aussagen zum Einfluss des Zuschnitts auf das Spannen von Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften wurden im Abschnitt 2.4.3.1 formuliert.

187

Höhe der aufzubringenden Spannkraft, Spannungsverteilung und Spannfolge Neben der Richtung der Krafteinleitung sind die Höhe der anzusetzenden Spannkraft und die zeitliche Abfolge der Spannschritte für das Gelingen der Montage von zentraler Bedeutung. Zum Erreichen der Entwurfsspannungen muss die Kompensation vollständig aus dem Gewebe gezogen werden. Voraussetzung dafür sind die richtige Höhe der anzusetzenden Spannkraft und das Einhalten der vorgegebenen Toleranzen der Primärkonstruktion. Die Länge der Dehnwege ergibt sich aus den berechneten Kompensationswerten in Abhängigkeit der Vergrößerung bei Krafteinleitung sowie des Relaxationsverhaltens aus Last, Zeit und Temperatur. Abhängig von Material, Geometrie, Zuschnitt und Spannrichtung können während des Spannens von Geweben und Folien spannungslose Bereiche in der Fläche entstehen, die sich über Kraftumlenkungen in der Fläche verteilen. Um die errechnete Spannungsverteilung in der Fläche zu erzielen, muss das Gewebe in manchen Bereichen überspannt werden. Die Spannwerkzeuge können daher nicht nach der für den Gleichgewichtszustand errechneten Vorspannkraft ausgelegt werden, sondern müssen in manchen Fällen um ein Mehrfaches erhöht werden. Beim Überspannen der Gewebe darf jedoch nicht die jeweilige Material-Bruchspannung überschritten werden, was zu Membranversagen führen könnte. Um die Überspannungen möglichst gering zu halten und nicht aus den Überlasten eine zusätzliche Relaxation zu erzeugen, muss der Spannvorgang langsam erfolgen. Die Spannungsverteilung während des Spannvorgangs kann sich in Abhängigkeit des Materials über einen längeren Zeitraum hinziehen. Bei PES/ PVC-Membranen verteilen sich die einzelnen Spannschritte über mehrere Stunden, bei Glas/PTFE-Geweben aufgrund der geringeren Dehnung der Glasfasern oft über mehrere Tage. Auch die Montagetemperatur spielt eine Rolle für die Spannungsverteilung im Gewebe. Unter 8 °C sollte keine PTFE-Membrane eingebaut werden.

werden kann. Die Auswirkungen auf das Material sowie auf das Tragverhalten in den Montagezwischenzuständen sollten daher frühzeitige Berücksichtigung im Entwurfs- und Planungsprozess finden. Das Protokollieren aller Spannschritte bei der Umsetzung der planmäßigen Vorspannung ist Voraussetzung für eine kalkulierbare Lastabtragung und eine faltenfreie Membrane. Zur Berücksichtigung von Nachspannvorrichtungen Zur Abschätzung des Faltenrisikos muss das Relaxationsverhalten in Abhängigkeit der auftretenden Lasten untersucht werden. Dabei sind die Relaxationswege und die geometrische Dehnung in Abhängigkeit der Materialsteifigkeit zu bewerten und gegebenenfalls Methoden zu überlegen, wie ein Nachspannen der Membranflächen erfolgen kann. Gewebemembranen mit biegeweichen Rändern können im Allgemeinen durch ein Verkürzen der Randseile oder durch ein nachträgliches Verschieben der Eckbeschläge nachgespannt werden. Ist das Gewebe zwischen starre Ränder gespannt, können nachträgliche Korrekturen der Vorspannung durch ein Verschieben des Randbeschlags durchgeführt werden. Ist dies nicht möglich und verursachen angenommene elastische Materialkennwerte erhebliche Abweichungen von den errechneten Schnittgrößen, dann „… hängt die erzielbare Genauigkeit der Spannkräfte direkt von der Genauigkeit der Prognose für die Längenänderung der Membrane beim Vorspannen ab.“2 Umfangreiche (biaxiale) Materialversuche und sorgfältige Bemessungen sind dann unumgänglich. Das Nachspannen von Folien kann, abhängig vom Lastverhalten, einen größeren Dehnweg als bei Membranen erforderlich machen. Bei mechanisch gespannten Folien lässt sich darauf mit dem Einbau von Druckfedern reagieren. Bei pneumatisch gestützten Konstruktionen wird meist auf eine separate Nachspannmechanik verzichtet. Für Elementkissen-Konstruktionen wären Nachspannvorrichtungen wie etwa Federmechanismen sehr aufwändig herzustellen und einzubauen. Das Nachspannen erfolgt dann meist durch Steuerung des Luftdrucks.

Ist es nicht möglich, langsam zu spannen, und muss das Gewebe oder die Folie schnell eingebaut werden, müssen die Biaxversuche entsprechend realitätsnah durchgeführt werden. Dabei wird eine starke Dehnung aufgebracht und werden die Relaxation sowie die verbleibende Vorspannung ermittelt. Führt dies nicht im ersten Versuch zur gewünschten Vorspannung, wird der Versuch iterativ durchgeführt.1 Wann welches Element mit welcher Kraft in welche Richtung gespannt wird, ist oft auf praktische Überlegungen zurückzuführen. Für die Montage gilt prinzipiell, wie und in welchem Stadium mit möglichst geringem Aufwand effizient gespannt 1 Stimpfle, B. (2004-2)

2 Baumann, Th. (2002)

188

Arten der einzubringenden Vorspannung Um eine konfektionierte Membranfläche in Trag- und Spannrichtung ausreichend tragfähig zu machen, muss sie gespannt und somit vergrößert werden. Zum Erreichen der Sollgeometrie ist die Bewältigung der Wegstrecke vom kompensierten Membranrand bis zum Erreichen der Verankerungspunkte notwendig. Das Bewältigen dieser Spannwege kann durch das Aufbringen von Randlasten tangential in die Fläche oder durch das nichttangentiale Aufbringen von Flächenlasten geschehen. Beim tangentialen Spannen von Rändern bestimmen Geometrie und Steifigkeit der Randausbildung, ob die Lasten linienoder punktförmig aufgebracht werden. Ist die Membranfläche

Verfahren zum Einbringen von Randlasten

Spannen der biegeweichen Tragelemente durch

Direktes Ziehen

Lageveränderung der biegesteifen Tragelemente durch

Verschwenken

biegesteif berandet, werden die Lasten linienförmig verteilt aufgebracht. Ist der Rand biegeweich und gekrümmt, wird die Vorspannung punktförmig eingeleitet. Das Aufbringen von Flächenlasten kann durch Erzeugen von Druckunterschieden oder durch mechanisches Belasten geschehen. Im folgenden Abschnitt sind unterschiedliche Prinzipien und Verfahren zur Einleitung der Vorspannung in Membranflächen dargestellt, vom direkten Ziehen der Ränder oder Ecken des Membranelements mit Spannhilfen bis zur Lage- und Formveränderung der Primär- oder Substrukturteile (Abb. 338). Die Zeichnungen sind als Prinzipskizzen zu verstehen. In der praktischen Anwendung werden meist mehrere der erläuterten Prinzipien während der Montage miteinander kombiniert.

linienförmig

punktförmig

pneumatisch

mechanisch

Verschieben

Formveränderung der biegesteifen Tragelemente durch

Vergrößern

Verkleinern

Verfahren zum Einbringen von Flächenlasten

Abb. 338: Spannprinzipien

189

Fl

Fl

Keder Fk

u Fq

Abb. 339: Linienförmiges Einbringen von Randlasten bei biegesteifer Klemmplattenberandung

3.5.3.1 Linienförmiges Einbringen von Randlasten Das Spannen von Membranflächen mit biegesteifer Randausbildung erfolgt durch das Aufbringen linienförmig verteilter Lasten. Die Kraftübertragung erfolgt dabei vom Spannwerkzeug – meist Ratschengurte, Greifzüge oder hydraulische Pressen – über das Randelement linienförmig auf den Keder (Fk in Abb. 339). Je kleiner die Abstände zwischen den Punkten der Krafteinleitung sind, umso gleichmäßiger ist die Kraft- und Spannungsverteilung in der Membrane. Je nach Klemmplattenlänge und Randkrümmung ist zu entscheiden, wie oft die Kraft über die Länge des Randes angesetzt werden muss, um die Lasten gleichmäßig auf den Keder zu verteilen. Das Spannen des biegesteifen Randes erfolgt in mehreren Etappen. In Abhängigkeit von Gewebetyp, Materialart, Zuschnitt und Form der Berandung wird nach dem sukzessiven Einleiten der Grundvorspannung die Fläche feingespannt. Bei schwierigen Flächengeometrien, Materialtypen oder klimatischen Verhältnissen, bei denen beim stufenweisen Spannen Vorspannverluste zu erwarten sind, wird man in mehreren Zwischenschritten auch Ausgleichsspannen vornehmen. Für den Spannvorgang kommen verschiedene Spannhilfen zum Einsatz, die den Keder entweder direkt greifen oder zwischen den Randbeschlägen und dem mechanischen oder hydraulischen Spannwerkzeug eingebaut werden (s. Abschn. 3.3.3). Mit fix eingebauten Spannvorrichtungen oder verschieblichen Randelementen lässt sich die Fläche fein- und nachspannen. Spannrichtung, Spannweg und Spannfolge Einen Schwerpunkt bei der Erstellung des Spannkonzepts für Gewebe mit biegesteifer Randausbildung bilden Richtung und Reihenfolge der einzuleitenden Kräfte in Abhängigkeit zur Lage der Anisotropieachsen. Für den Spannvorgang bei der Montage ist es daher von zentraler Bedeutung, wie bei Krafteinwirkung in einer Geweberichtung die Kräfte und Dehnungen in der anderen Geweberichtung beeinflusst werden. Neben dem Einfluss der Querdehnung und der Schubsteifigkeit der Gewebe sind auch die unterschiedlichen Steifigkeiten von Klemmplatten und Gewebe sowie die Behinderung der Verdrehung am biegesteifen Rand maßgebend und erfordern ein sorgfältiges

Fl Fq Fk u

Spannkraft in Längsrichtung Spannkraft in Querrichtung linienförmige Kraftverteilung Spannweg

Vorgehen beim Spannvorgang. Um ein Knicken des Klemmbereichs relativ zur Kraftrichtung zu vermeiden, muss daher bei biegesteifen Randausführungen insbesondere auf die tangentiale Lasteinleitung geachtet werden. In Abhängigkeit zur Länge des Spannweges sind unterschiedliche Kräfte aufzuwenden, um die Membrane in Position zu ziehen. Die Höhe der anzusetzenden Spannkraft hat Auswirkungen auf die zu verwendenden Montagemittel und die Arbeitszeit. Im Montagezustand können punktuell höhere Kräfte anzusetzen sein als diejenigen, die in diesen Bereichen im Endzustand wirken. Zur Festlegung der primären Spannrichtung ist daher abzuwägen, wie groß das für die Zurücklegung des Spannweges notwendige Lastniveau ist. Hier stellt sich die prinzipielle Frage, aus welcher Richtung es einfacher ist, die Kompensation aus dem Gewebe zu ziehen. Dabei spielen neben der Höhe der aufzubringenden Kräfte auch die räumlichen Verhältnisse für den Spannvorgang eine wesentliche Rolle. Ausreichend Platz zur Befestigung der Spannvorrichtungen ist ebenso erforderlich wie Überlegungen, gegen welche Tragwerksteile gespannt werden kann. Dazu sind auch Stabilitätsuntersuchungen durchzuführen. Bei Geweben mit ungleichen Dehnungseigenschaften werden die beiden Anisotropierichtungen unterschiedlich verkürzt hergestellt. Dieser Umstand kann für das Spannen solcher Gewebe eine Erleichterung bedeuten. Im Idealfall lässt sich durch alleiniges Ziehen des Gewebes in Schussrichtung die weniger kompensierte Kette vollständig mitspannen. Kann dieser montagetechnische Vorteil nicht genützt werden, muss in beiden Richtungen gezogen werden. Dabei wird in der Zuschnittsermittlung darauf geachtet, die Kompensation parallel zum biegesteifen Rand möglichst gering zu halten. Bei Geometrien, wo mit Materialien ungleicher Dehnung in Kett- und Schussrichtung beim Spannvorgang keine Interaktion zwischen Kett- und Schussrichtung stattfinden kann, wird man die Lage der Bahnen ändern müssen. Ein typisches Beispiel für die Anwendung des Prinzips der linienförmig verteilten Einbringung von Randlasten ist die Montage von zwischen Bögen gespannten Membranflächen (Abb. 340).

190

Abb. 340: Spannwege bei unterschiedlicher Zuschnittsrichtung einer Bogenmembrane mit biegesteifer Berandung

Üblicherweise bringt ein Abwickeln der Membrane quer zum Bogen die geringsten Verzerrungen für den Zuschnitt mit sich. Die Kettrichtung verläuft dann in der Bogenebene, und in Schussrichtung wird gespannt. Kann entlang des Randes (beispielsweise aus Platzgründen) nicht gespannt werden, wird man den Zuschnitt drehen müssen. Meist wird jedoch die Zuschnittsrichtung über die kürzere Seite der Fläche gelegt.1

dem Gewebe zu ziehen, kann für die Einbausituation sinnvoll sein. Um ein seitliches Abwandern der Kräfte bei langen Spannwegen zu vermeiden, sind die Dehnungen möglichst gleichmäßig von der Mitte weg einzuleiten. Ist dies aus Platzgründen nicht möglich und muss die Membrane von einer Seite über die ganze Länge gespannt werden, wird man dementsprechend groß dimensionierte Spannvorrichtungen benötigen.

Das Gewebe wird nach dem Einheben an einen Bogen angeklemmt, danach zum gegenüberliegenden Bogen gezogen und von der Mitte nach außen in nacheinander folgenden Schritten sukzessive gespannt und geklemmt.2

In jedem Fall ist schon beim Entwerfen der Randausbildung der erforderlichen Platzbedarf zum Einbau der Spannvorrichtungen zu berücksichtigen.

Bei vielen Tragwerksgeometrien empfiehlt es sich, die Schussrichtung über einen längeren Weg mit kleineren Kräften zu spannen. Die wesentlich steifere Kettrichtung sollte dagegen über möglichst kurze Wege gespannt werden. In Kettrichtung nicht zu kompensieren und nur die konstruktive Dehnung aus

Ist bei aufeinandertreffenden biegesteifen Rändern zwischen den benachbarten Kederschienen oder Klemmplatten kein ausreichender Abstand vorhanden (links in Abb. 341), wird man das Gewebe nicht von der Mitte weg spannen können. In solchen Fällen muss eine andere Art der Krafteinleitung überlegt

b

b

Abb. 341: Platzbedarf beim Spannvorgang

1 Essrich, R. (2004) 2 Böhmer, C. (2004)

191

Abb. 342: Spannen eines Klemmplattenrandes (PES/PVC-Gewebe)

werden. Anders verhält es sich bei Klemmplattenstößen, die spannungslos vormontiert werden, oder Randausführungen für zweilagige Kissenkonstruktionen, bei denen die volle Vorspannung erst durch Einblasen von Luft wirksam wird (rechts in Abb. 341). Beim Einbau einer Kissen-Mittellage ist ausreichend Platz zum Spannen notwendig. Die errechnete Verkürzung der wesentlich stärker kompensierten Schussrichtung kann parallel oder quer zum biegesteifen Rand aus der Membranfläche gezogen werden. Wenn dies jedoch nicht möglich ist und die Membranfläche in beide Wirkrichtungen gespannt werden muss, um ein faltenfreies Ergebnis zu erzielen, werden Maßnahmen getroffen, die es ermöglichen, die Membranfläche auch in Längsrichtung zu spannen. Je nach Material, Randausführung und Bahnenlage wird die Fläche dann gleichzeitig oder vor bzw. nach dem Querspannen in Längsrichtung gespannt.

Abb. 343: Querspannen eines Kederschienenrandes (Glas/PTFE-Gewebe)

Abb. 344: Längsspannen eines Kederschienenrandes (Glas/PTFE-Gewebe)

Bei Klemmplattenrändern kann der Geweberand vor dem Aufschrauben der Klemmplatten parallel zum Rand vorgedehnt werden. Dies wird entweder händisch durch stückweises Vordehnen in Längsrichtung oder durch Ansetzen von Pressen über die Länge des Randes erreicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Fläche zuerst in Querrichtung zu ziehen und dann in Längsrichtung zu spannen. Dazu wird der Keder in den unteren, fest montierten Teil der Klemmplatte eingehängt, der obere Plattenteil lose aufgeschraubt und in Längsrichtung gespannt. Wird der biegesteife Rand montiert, ohne das Gewebe parallel zu spannen, kann sich der errechnete Kompensationswert bei Einleitung der Vorspannkräfte nur auf die Abstände zwischen den Klemmplatten aufteilen. Das Gewebe droht an dieser Stelle aufzureißen. Zum Längsspannen von Rändern mit einteiligen Kederschienen empfiehlt es sich, Membrane und Kederschie-

192

ne zu markieren, um den Membranrand in die richtige Position zu ziehen. Zum besseren Gleiten in der Kederschiene können Gleitmittel oder Federweiß verwendet werden. Die Kedernaht sollte sorgfältig abgeschweißt sein. Das nachträgliche Spannen in Längsrichtung kann Probleme verursachen, wenn das Profil zu eng ist oder die Membrane geknickt aus dem Profil austritt. Kederschnüre mit zu geringen Shore-Härten verhindern ein reibungsloses Gleiten. Zuglappen mit eingearbeiteten Kedern können das Längsspannen unterstützen. Für temporäre Membranflächen zwischen biegesteifer Berandung und gewünschter sichtbarer Ausführung der Randelemente können die Ränder, wie nachfolgend abgebildet, ausgeführt werden. Ein rascher Austausch der Membrane wird hier durch die leicht zugänglichen Spannelemente ermöglicht. Bei der Randausbildung als Rohrrand übernimmt ein durch die Tasche geschobenes Stahlrohr die Funktion des Keders. Die Lasteinleitung erfolgt durch gleichmäßiges Ziehen über die gesamte Rohrlänge. Als Verankerungsmöglichkeit bieten sich an die Primärkonstruktion geschweißte Stehbolzen an.

Abb. 346: links: Spannen eines Rohrrandes; rechts: Rohrrand gegen Stehbolzen

Abb. 347: Spannen eines Klemmbügelrandes

Abb. 345: Biegesteife Randausbildung am Flughafentower in Graz, Österreich

Mit Spannstangenvorrichtungen können Rohrränder nachgespannt werden. Beim Spannen von Klemmplattenrändern, die mit Blechschlaufen auf ein Randseil montiert werden, stellt die Verschieblichkeit in Längsrichtung ein Problem dar. Hier muss darauf geachtet werden, dass sich die Blechschlaufen bei Lasteinleitung in Längsrichtung nicht schrägstellen, verkanten oder das Seil beschädigen.

193

2 1

2 3 1

3

2 1

2

3

1

2

3

1

Abb. 348: Einleiten der Vorspannung durch Verschwenken des Randträgers

Einbringen von Lasten durch Verschwenken der Randträger Das Einbringen linienförmiger Randlasten in die Membranfläche kann auch durch Lageveränderung der biegesteifen Randträger erreicht werden. Ein Beispiel dafür ist das Verschwenken von bogenförmigen Randträgern. Dies ist eine effiziente Spannmethode, die vor allem bei Bogenkonstruktionen mit mehreren, nebeneinander angeordneten Randbögen angewendet wird.

Abb. 349: Bogenauflager im Stadion in Al Ain, Dubai

Abb. 350: Montage der Tribünenüberdachung beim Stadion in Al Ain

Dabei wird die Membranfläche in Bogenrichtung vorgedehnt und an die Bögen geklemmt (1 in Abb. 348). Nach dem Einziehen und Einbolzen der Randseile können die Bögen über Hilfsseile oder Gurte mit Greifzügen auseinandergezogen und fixiert werden (2 in Abb. 348). Durch Verkürzen der Randseile lässt sich die Fläche feinspannen (3 in Abb. 348). Zum Spannen mehrerer Bogenfelder wird jedes Feld einzeln gespannt und mit Hilfskonstruktionen gesichert.

194

2

3

1 3

2

3 1 3 1

Abb. 351: Vorspannen einer Gewebemembran durch vertikales Verschieben von Bögen

Einbringen von Lasten durch Verschieben der Randträger Lineare Verschiebungen in der Membranfläche lassen sich bei Bogenkonstruktionen auch durch das Hochdrücken der Randbögen erzielen.

Ob diese Methode angewendet werden kann, ist abhängig vom zur Lasteinleitung notwendigen Kraftaufwand im Verhältnis zu den Stichhöhen, der Form der Talausbildung und der Zuschnittsrichtung.

Dazu wird die Membranfläche nach dem Vordehnen des Randes in Bogenrichtung an den Bogen geklemmt (1 in Abb. 351). Nach dem Einziehen und Einbolzen der Randseile lassen sich die Bögen mit hydraulischen Pressen stufenweise hochdrücken und die Membranflächen vorspannen (2 in Abb. 351). Mit dem Verkürzen der Randseile können die Ränder abschließend feingespannt werden (3 in Abb. 351).

Müssen aufgrund von stark verkürzten Membranflächen hohe Kräfte zum Hochdrücken der Bögen angesetzt werden, ist diese Methode unwirtschaftlich.1 Sind mehrere Bogenfelder nebeneinander angeordnet, wird die Membrane meist ohne Befestigung am Bogenscheitel über die Bögen gelegt.

Abb. 352: Montage der Tribünenüberdachung im Fenerbahce-Stadion in Istanbul, Türkei

1 Lenk, S. (2004)

195

B

y2 y1

y3

1 2

Abb. 353: Spannen eines Seilrandes

P Verankerungsposition/Primärkonsruktion B Eckbeschlag

P

3.5.3.2 Punktförmiges Einbringen von Randlasten Bei biegeweichen Randausbildungen mit in Taschen liegenden Seilen oder Gurten können die Lasten über die Verschiebung der biegesteifen Eckbeschläge (B in Abb. 353) punktförmig angesetzt werden. Dies kann durch direktes Ziehen oder Verschieben des Beschlags zur Verankerungsposition erfolgen. Bei Segelflächen findet die Verschiebung meist durch Verkürzen der Abspannseile statt, was eine Verdrehung der Stützen bewirkt. Beim direkten Ziehen oder Verschieben erfolgt der Spannvorgang in mehreren Etappen. Nach dem Einziehen der Randseile und der Vormontage der Eckbeschläge werden diese in Richtung des fixierten, primären Konstruktionselements verschoben (1 in Abb. 353). Nach Lageveränderung um die Strecke y1

bzw. y2 und mit dem Erreichen der Verankerungsposition (P in Abb. 353) können die Eckbeschläge an die Primärkonstruktion gehängt werden. In einer zweiten Etappe werden die Randseile zur Ecke hin feingespannt (2 in Abb. 353). Der Seilrand hat dann an seinem Scheitel eine Verschiebung um die Strecke y3 zurückgelegt. Eckausführungen mit Konstruktionselementen wie Spannbolzen oder Rollen können den Spannvorgang erleichtern. Schwere Ausführungen werden meist verschieblich gelagert (rechts in Abb. 355). Zum punktförmigen Einbringen von Lasten in Membranflächen ist die Geometrie der Ecke zu beachten. Je spitzer der Winkel im Zwickelbereich, desto geringer ist die vorhandene Materialkapazität (s. Abschn. 2.7). Hohe Spannungen im Gewebe können dort aufgrund der geringen Distanzen zu den Rändern nicht über Dehnungen und Winkelverdrehungen im Gewebe abgebaut werden. Unsensibles Spannen oder ein ungenauer Zuschnitt im Zwickelbereich kann deshalb in spitzen Ecken zu singulären Spannungsspitzen beim Spannvorgang führen. Die Gefahr des Gewebebruchs in der Ecke ist meist auf diese Singularitäten und nicht auf die Größe des zu spannenden Membranfeldes zurückzuführen. Eine beim Spannen auftretende Überschreitung der Bruchspannung würde das Gewebe erheblich beschädigen. Hier kann eine Erhöhung der Materialkapazität durch Anordnen von Gewebeverstärkungen sinnvoll sein.

Abb. 354: Spannen eines Seilrandes

Abb. 355: Vorspannen einer Gewebemembrane durch Verschieben des Eckbeschlags

196

2

2

1 1

1

Abb. 356: Verschwenken von Masten durch Verkürzen der Abspannseile

Einbringen von Lasten durch Verschwenken der stabförmigen Stützelemente Punktförmige Lasten können in Membranflächen auch durch Verschieben oder Verdrehen der biegesteifen Primärtragelemente eingeleitet werden. Häufig angewendet wird dieses Spannverfahren beim Montieren von Segelflächen, wo das Gewebe durch das Verdrehen der Masten und das Verkürzen der Abspann- und Randseile vorgespannt wird (Abb. 356). Mit dem Anschließen des Randbeschlags und dem Einhängen der Randseile wird das Gewebe am Mastkopf befestigt. Zum Einleiten der Grundvorspannung kann der Mast, je nach Höhe der einzuleitenden Kräfte, durch Ansetzen von Spannvorrichtungen mit hydraulischen Pressen oder unter Zuhilfenahme von Ratschenzügen verschwenkt werden (Abb. 357). Dabei muss darauf geachtet werden, dass exakt in einer Ebene verschwenkt wird, sodass die am Mastfuß aufgeschweißten Augbleche keine Verformungen erleiden. Während des Verschwenkens der Masten sind diese seitlich zu stabilisieren. Die Spannfolge erfolgt nach Vorgaben aus der Montageplanung und ist abhängig von den örtlichen Verhältnissen, der

Abb. 357: Montage der Platzüberdachung in Zeltweg, Österreich

Zuschnittsrichtung und vom Gewebematerial. Bei beschichteten Glasfasergeweben ist insbesondere auf die Spanndauer und Spannfolge zu achten. Mit einem zeitverzögerten Spannen wird die Spannungsverteilung in der Fläche ermöglicht. Durch wechselseitiges Spannen und Nachlassen kann das Kraftniveau ausgeglichen werden. Aufgrund der großen Verformungen bilden die am Mastkopf eingehängten Seilköpfe einen besonders sensiblen Bereich beim Eindrehen der Masten. Hier ist darauf zu achten, dass keine Seilknicke an den Austrittsstellen entstehen. Die Anordnung von Bohrungen in den Fundamentlaschen der Abspannseile zur Befestigung der Spanngeräte kann den Drehvorgang erheblich vereinfachen (links in Abb. 357). Auch Zwischenglieder und Hilfsabspannungen können dort temporär befestigt werden. Zur Feinjustierung der Masten werden die Abspannseile durch Verstellen der Spannschlösser verkürzt. Das Feinspannen der Ränder erfolgt durch Verkürzen der Randseile.

197

y1

1

1

3

3

y2 2

Abb. 358: Zentrales Spannen eines unterspannten Hochpunkts durch Verlängerung der Stabachse

Einbringen von Lasten durch Vergrößern der stabförmigen Stützelemente Mit Spannverfahren, bei denen durch direktes Einlegen von Vorrichtungen in die Konstruktion die wirksame Stabachse von Bauteilen verlängert oder verkürzt wird, lassen sich im Stahlbau Tragelemente vorspannen.1 Mit dieser Methode kann auch im Membranbau sehr effizient gespannt werden. Hochpunktkonstruktionen mit stehenden oder hängenden Stützen sind geeignet, die Vorspannung über die vertikale Verschiebung der Stützen zentral aufzubringen und über die angeschlossenen Ränder Kräfte in die Membranfläche einzuleiten. In Abbildung 358 sind die Verschiebungen der Stützenendpunkte y1 und y2 beim Spannvorgang veranschaulicht. Sie ergeben sich aus der Geometriesteifigkeit, durch die Krümmung, aus den unterschiedlichen Dehnsteifigkeiten von Seilen und Gewebe und aus der Höhe der einzuleitenden Kräfte.

fußteil verbunden oder der Stützenfuß übergeschoben werden. Nach dem Fixieren der Membrane an ihren Rändern oder Ecken (1 in Abb. 358) wird die Stütze mit hydraulischen Pressen schrittweise auseinandergedrückt und die Stützenlänge durch Verbolzen fixiert (2 in Abb. 358). Sind keine Pressen verfügbar, können am Kran hängende Stützen an ihrem Fußpunkt ballastiert werden. Durch Nachspannen der Unterspannseile kann die Lage der Stütze fixiert werden (3 in Abb. 358). Als Nachteil dieser Spannmethode lässt sich anführen, dass die gesamte Vorspannkraft in einem Punkt aufgebracht wird. Dabei müssen relativ große Kräfte aufgewendet werden.

Zur Verlängerung der wirksamen Stabachse muss die Stütze in mehreren Teilen gefertigt werden. Dazu kann die Stütze entweder über ein Zwischenglied mit einem justierbaren Stützen-

Eine andere Möglichkeit, Hochpunktkonstruktionen vorzuspannen, besteht darin, die Membrane ausschließlich durch peripheres Ziehen der Ecken und Ränder zu spannen (b, d in Abb. 359). Dazu ist zwar ein geringerer Kraftaufwand erforderlich und eine bessere Spannungsverteilung in der Fläche zu erwarten, jedoch kann der Aufwand, entlang der Ränder oder an den Ecken Dehnwege einzubauen, hohe Kosten verursachen.

a

b

c

Abb. 359: Zentrales und peripheres Spannen von Hochpunktkonstruktionen

1 Ferjencik, P.; Tochacek, M. (1975)

d

198

Um Spannungskonzentrationen im Hochpunkt zu vermeiden, sollte bei beiden Spannmethoden der Hochpunktradius entsprechend groß gewählt werden. Andernfalls wird man das Gewebe in diesem Bereich verstärken müssen. Ein Beispiel für die zentrale Einbringung von Vorspannkräften in eine unterspannte Hochpunktkonstruktion ist die Montage der Carport-Überdachung für das Amt für Abfallwirtschaft in München (links, rechts in Abb. 360). Das Glas/PTFE-Gewebe für die Überdachung wurde im Werk in 10–12 m breiten und 70 m langen Bahnen mit Flächennähten von 60 mm vorkonfektioniert. Vor Ort wurden die Bahnen in Querrichtung ausgelegt und mit Handschweißgeräten mit den Nachbarbahnen verschweißt (s. Abschn. 2.5.1.1). Um Fehler ausgleichen zu können, wurden die Schweißnähte bauseits in 150 mm Breite hergestellt. Während der Schweißarbeiten wurden die Hüte der Hochpunkte nach innen gestülpt und gegen Windsoglasten nach unten verankert, um Wassersackbildung durch Regen und Schnee zu vermeiden (rechts in Abb. 361).

Danach wurden die invertierten Hüte nach oben durchgestülpt und die Hängestützen von unten eingefahren (diese Methode des Einhebens ist allerdings nur bei ausreichenden Hochpunktradien und -abständen sinnvoll). Nach dem Einheben der Luftstützen (rechts in Abb. 361) konnten die Unterspannseile eingezogen und an der Baumstütze verankert werden. Mit dem schrittweisen Auseinanderdrücken der Luftstützen um bis zu 300 mm wurde die Vorspannung in Gewebe und Seile eingeleitet. Nach dem Justieren der Seile konnten die Stützen in ihrer Endlage fixiert werden. Während des Spannvorgangs wurde das Tragwerk mit Greifzügen und Ratschengurten stabilisiert, die nach Beendigung des Spannvorgangs wieder entfernt wurden. In die Membrane wurde am oberen Ring ein Endlosseil einkonfektioniert und durch 3 Zapfen gesichert. Bei seitlicher Verschiebung kann bei einer solchen Ausführung keine scharfe Kante das Gewebe beschädigen und das Seil je nach Beanspruchung am Ring abrollen. Zwischen den einzelnen 10 x 12 m großen Teilflächen gibt es keine Klemmplattenstöße.

Abb. 360: Montage der elementierten Hochpunktfläche beim Amt für Abfallwirtschaft in München PVC/PES

PTFE/Glas

3950

Knoten/Stahlguss

Längenjustierung 300mm

Abb. 361: Luftstützeneinbau beim Amt für Abfallwirtschaft in München

199

Abb. 362: Vorspannen durch Herstellen von Druckdifferenzen

3.5.3.3 Einbringen von Flächenlasten Synklastische Flächen lassen sich nicht durch tangentiales Verschieben von in der Fläche liegenden Elementen vorspannen. Sie müssen durch Aufbringen von Flächenlasten normal auf die Ebene gespannt werden. Bei Seilhängedächern wird die Vorspannung durch Auflasten erzeugt. Dabei wird ein Belastungszustand erzeugt, der sicherstellt, dass bei äußeren Lasteinwirkungen wie Windsog und Schnee in den auf Zug beanspruchten Tragelementen kein Druck auftritt. So gesehen handelt es sich beim Einbringen von Flächenlasten durch Ballast nicht um ein Vorspannen im eigentlichen Sinn, sondern um einen Belastungszustand. Bei pneumatischen Konstruktionen wird das Medium Luft als druckabtragendes Element für die Hülle genützt. Die Flächenbelastung ergibt sich aus geringen Luftdruckunterschieden vom Außen- zum Innenraum. Die Formen pneumatischer Konstruktionen folgen immer der allgemeinen Kesselformel. Nach innen wirkende Lasten stützen sich an der pneumatischen Hülle ab und führen zu einer Reduktion der Membranspannung. Nach außen gerichtete Lasten werden in der Hüllenebene abgebaut und wirken meist spannungserhöhend.1 Gebaut werden Traglufthallen, Großkissen und Elementkissensysteme. Als Hüllenmaterial gut geeignet sind PVC-beschichtete Polyestergewebe sowie für begrenzte Spannweiten ETFE-Folien. Traglufthallen müssen entlang der Fundamentlinie umlaufend verankert werden. Die Form der Fundamentlinie muss mit der

Sollform der Hüllenberandung unter Dauerspannung übereinstimmen. Maßgebliche Kriterien für die Randausbildung sind die Dehnungseigenschaften des Hüllenmaterials und die Flächenkrümmung im Randbereich. Während des Aufblasvorgangs vergrößert sich die Hülle in alle Richtungen. Die Vergrößerung erfolgt jedoch nicht gleichmäßig. So kommt es vor, dass die Dehnungen in einer Richtung sehr groß werden, während das Material in der anderen Richtung zum Schrumpfen neigt.2 Für das Aufblasen ist daher das Faltenrisiko im Randbereich abzuschätzen. Ein hoher Bogenstich und steil ansteigende Seitenwände führen bei Lastangriff zu starken Verformungen, die die Verankerungselemente im Randbereich beanspruchen. Dabei entstehende Verdrehungen am Auflager müssen vom Randelement aufgenommen werden. Standard-Randausführung bei Traglufthallen ist das in der Membrantasche liegende Stahlrohr. Darüber hinaus kann auch mit Klemmplatten-Randausführungen und Schnürrändern am Fundament verankert werden. Flache Kuppelformen können an einen Auflagerdruckring angeschlossen werden, der auch Horizontalkräfte aufnehmen kann. Ballastkörper für temporäre Fundamente können als mit Erde, Sand, Kies oder Aushubmaterial gefüllte Gewebeschläuche oder wassergefüllte Fertigteilelemente ausgeführt sein (Abb. 363). Zur Aufrechterhaltung des Luftdrucks werden bei pneumatischen Konstruktionen regel- und kontrollierbare Gebläse einheiten eingesetzt, welche die Membranhülle über ein Rohr-

Abb. 363: Verankerung an Wasserbehältern

1 Stimpfle, B. (2004-1)

2 Otto, F.; Happold, E.; Bubner, E. (1982)

200

Abb. 364: links: Ausblasstutzen für eine Traglufthalle; rechts: Gebläseaggregat für ein Großkissen

system mit einem Überdruck von 200 – ca. 500 Pa versorgen. Ausnahmen bilden Hochdruckpneus, die mit Drücken von ca. 0,5 bar versorgt werden. Zur Luftversorgung von Traglufthallen und Kissenkonstruktionen werden meist mehrere Gebläse zusammengeschaltet, die abwechselnd oder über einen gemeinsamen Ausblasstutzen Luft in die Hülle blasen. Bei abwechselndem Betrieb werden Rückschlagklappen in die Ausblasstutzen eingebaut, sodass bei Ausfall eines Gebläses die Luft nicht durch das stehende Gebläse entweichen kann. Um das Hüllenmaterial zu schonen, sollten höhere Innendrücke nur bei den entsprechenden Lastfällen erzeugt werden. Bei Unterschreitung des geforderten Minimaldrucks können zur Volumenvergrößerung weitere Gebläse zur Unterstützung zugeschaltet werden. Zur Druckmessung kann ein Drucktransmitter eingebaut werden. Um eine möglichst hohe Transparenz zu erreichen, werden bei Kissenkonstruktionen als Kissenmaterial immer häufiger ETFEFolien eingesetzt. Einströmende Feuchtigkeit kann die Durchsicht aber empfindlich stören. Um möglichst wenig Feuchtigkeit in die Kissen gelangen zu lassen, sollte den Gebläsen ein Entfeuchter (Trockner) vorgeschaltet werden. Mit dem Einbau eines Kondensatabscheiders, der regelmäßig überprüft und entleert wird, kann Regenwasser- oder Kondensatbildung in den Druckmessschläuchen verhindert werden. Die Montage von Traglufthallen beginnt mit dem Herstellen der Fundamente und dem Aufbau der Lüftungsaggregate.

Nach dem geschützten Auslegen der Membranhülle werden die Montagestöße geschlossen und die Membrane an die Schleusenberandung und die Ringe der Ausblasstutzen geklemmt. Mit dem Befestigen der umlaufenden Berandung und dem Befüllen eventuell vorhandener Ballastkörper können die Vorbereitungsarbeiten zum Aufblasen abgeschlossen werden. Nach dem Einstellen der Drucküberwachung kann mit dem Aufblasen der Hülle begonnen werden. Während des Aufblasens muss der Druck ständig mithilfe einer Druckanzeige kontrolliert werden. Der Aufblasvorgang bei Traglufthallen durchschnittlicher Größe ist meist in weniger als 1 Stunde abgeschlossen. Zu beachten ist die Belastung der Verbindungen. Bei starkem Wind kann nicht aufgeblasen werden. Ein Knicken der Hülle während des Aufblasens muss verhindert werden. Bei Regen oder Schneefall während des Aufblasvorgangs besteht die Gefahr der Sackbildung. Für Hüllenmaterialien, die sich beim Aufblasen unterschiedlich dehnen, sind Biaxversuche und daraus resultierende Maßnahmen für den Aufblasvorgang notwendig. Zur optischen Beurteilung der Dachkonstruktion sollte das Dach periodisch besichtigt und überprüft werden. Dabei wird die Membrane auf Dichtigkeit, Luftdruck und Materialbeschaffenheit geprüft. Ferner sollten der Eintrittsfilter im Schaltschrank und der Trocknerfilter gegebenenfalls gesäubert oder ersetzt werden. Auch die Druckmessschläuche sollten auf Kondensatbildung und Verstopfung geprüft werden.1

Abb. 365: Gewebemembrane während des Aufblasvorgangs einer Traglufthalle

1 Nolting-Firmenschrift (1999)

201

3.6 Kontrolle der Kräfte in biegeweichen Tragelementen Das Fügen unterschiedlicher Werkstoffe und das Ansprechen aller Tragwerksteile bei der Lastabtragung stellen hohe Anforderungen an die Geometrie leichter Flächentragwerke. Die durch das formaktive Zusammenwirken entstehenden Ver formungen an den zugbeanspruchten Tragelementen begrenzen sich gegenseitig. Die Abstimmung der unterschiedlichen Dehnungen der Materialien aufeinander ist deshalb wesentlich für das Tragverhalten der zugbeanspruchten Konstruktionen. Dieser Umstand verlangt, dass während des Spannvorgangs Kraft- und Geometriemessungen an den einzelnen Tragwerksteilen durchgeführt werden. Im Zuge der Kraftaufbringung können durch ungewünschte Lastumlagerungen Zwängungskräfte entstehen, die zu lokaler Überbeanspruchung und Zerstörung der Seile führen würden. Um dies zu verhindern, werden während der Montage zwischen der Primärkonstruktion, den Spannwerkzeugen und den biegeweichen Tragelementen Kraftmessglieder vorgesehen und der Spannvorgang mit den Sollwerten verglichen und protokolliert. Auch müssen Endzustand und die Geometrie überprüft werden. In Fällen, bei denen eine Langzeitüberwachung gefordert ist, übernehmen fest eingebaute Messgeräte eine dauerhafte Prüfung. Für die Messung von Seilkräften existiert eine Vielzahl von Messverfahren. Es lässt sich jedoch nicht immer eine ideale Messmethode bestimmen. Die Eignung der Messverfahren ist vor allem von den Seilabmessungen, dem Vorspanngrad, dem Montageaufwand und den örtlichen Randbedingungen zur Kraftmessung abhängig. Oft werden bei einem Bauwerk mehrere Messverfahren kombiniert, um ein wirtschaftlich vertretbares und hinreichend genaues Messergebnis zu erzielen. Bei den Seilkraftmessungen zur Errichtung des Forumdaches beim Sony-Center in Berlin kamen beispielsweise vier verschiedene Messverfahren zum Messen der Seilkräfte zum Einsatz.1 Außer der Seilart, dem Seildurchmesser und der zu erwartenden Seilkraft können auch Montagetemperatur, Windverhältnisse und Handhabbarkeit der Messeinrichtung Kriterien zur Wahl der geeigneten Messmethode sein.

mechanische, hydraulische oder elektrische Messgeräte die zu messenden Kräfte über Deformation der Messelemente auf. Die Kraftmessung kann dabei mit Messelementen vorgenommen werden, die auf Längung, Biegung oder Scherung arbeiten.2 Weitere Methoden zur Kontrolle von Seilkräften sind die Anfachung von Seilschwingungen, wobei die Kräfte aus der gemessenen Eigenfrequenz errechnet werden, und die Messung des statischen Durchhangs, bei dem mit Kenntnis der Seillänge, des Querschnitts und der Materialdaten die Seilkraft ermittelt wird. Das wohl bekannteste Verfahren in der Dehnungsmesstechnik ist das Messen mit Dehnmessstreifen (DMS). DMS ertragen eine hohe Anzahl von Lastwechseln, weisen nur eine geringe Eigenmasse auf und werden für eine Vielzahl von Anwendungen als Messwertaufnehmer eingesetzt. Sie werden durch Aufkleben auf den zu messenden Körper aufgebracht. DMS arbeiten nach dem Prinzip der Widerstandsänderung eines gedehnten Drahts bzw. einer Metallfolie. Der mäanderförmig auf eine Trägerfolie aufgebrachte Widerstandsdraht oder eine entsprechende Metallfolie, die durch Ätzen oder Aufdampfen in gleicher Weise strukturiert ist, wird bei Auftreten von Dehnung verlängert. Der Querschnitt des Drahtes wird dabei verkleinert und seine kristalline Struktur verändert. Diese Auswirkung auf den Draht verändert den elektrischen Widerstand und kann somit aus dem spezifischen Widerstand des Materials und seiner Länge, bezogen auf den Querschnitt, berechnet werden. Die Nachteile der DMS bei der Dehnungsmessung von Seilen liegen zum einen in der Handhabung auf den oft unebenen Oberflächen und bei den Messwertergebnissen. Oft ist unklar, welche Dehnung gemessen wird, da die Oberfläche eines Seiles eine andere Dehnung aufweisen kann als die Litzen- oder Seileinlagen. Bei der Dehnungsmessung von Seilen kommen DMS daher meist nur in Kraftmessdosen eingebaut zum Einsatz.

3.6.1 Kraftbestimmung in Seilen

Eine verbreitete Methode zur Messung von Kräften ist die Ausnutzung der elastischen Deformation von Festkörpern. Bei dieser Methode nehmen direkt in den Kraftfluss geschaltete

Eine Methode zur Bestimmung von Kräften in Seilen ist die Dehnungsmessung, bei der das Seil selbst als Kraftmesselement benützt wird. Dazu wird auf das Seil im spannungslosen Zustand ein Dehnungsmesser aufgebracht, der die Ausgangslänge und die gespannte Länge misst. Daraus lassen sich die Dehnung und mit der Dehnsteifigkeit des Seiles die Kraft bestimmen. Für dieses Verfahren können verschiedenste potenziometrisch oder induktiv arbeitende Messwertaufnehmer oder auch Schwingungsaufnehmer eingesetzt werden. Wesentlich ist, dass die Aufnehmer im spannungslosen Zustand an das Seil geklemmt und während der Montage nicht verschoben werden (a in Abb. 366).3

1 Lindner, J., Breitschaft, G., Thaten, J. (2000)

2 Labor Blum-Firmenschrift

Kräfte in Tragelementen sind nicht direkt messbar, sie lassen sich erst durch ihre Wirkung auf dafür ausgelegte Messgeräte definieren. Aufgrund der Abhängigkeit der Kraft von der Masse und Beschleunigung eines Körpers besteht bei Kräften ein direkter Zusammenhang zu definierten physikalischen Größen wie etwa Elastizität (Dehnung, Längenänderung), Druck oder Piezoelektrizität.

3 Labor Blum-Firmenschrift

202

Montage im ungespannten Zustand

Abb. 366: Messmethoden zur Seilkraftbestimmung über Dehnungsmessung

a

Messung im gespannten Zustand

b

Entlastungsmethode

Eine andere Methode zur Seilkraftbestimmung besteht darin, den Dehnungsmesser auf dem vorgespannten Seil zu montieren und danach das Seil zu entlasten (b in Abb. 366). Die Kraft wird analog zum oben angeführten Verfahren ermittelt. Diese Methode lässt sich jedoch nur mithilfe einer geeigneten Zugvorrichtung anwenden und ist deswegen auf relativ dünne Seile und Seilkräfte beschränkt. Randseile in Seilnetzen haben meist große Durchmesser und hohe Seilkräfte, die eine Entlastung unmöglich machen. Dort kann man die Kräfte der in das Randseil einlaufenden Netzseile mit der Entlastungsmethode messen und mit den Geometrieund Belastungswerten für Netz- und Randseil aus den Gleichgewichtsbedingungen die Kraft ermitteln.1 Zur Ermittlung der Zugkräfte von Seilen lässt sich prinzipiell in direkte oder indirekte Messmethoden unterscheiden. Eine direkte Methode zur Messung der Spannkräfte am Seil kann mit zwischen hydraulische Pressen geschalteten Dynamometern oder über die Messung des Pressendrucks mit Manometern durchgeführt werden. Indirekte Methoden lassen sich über die Messung des geometrischen Durchhangs oder über die Messung der Eigenfrequenzschwingung anwenden.2 Messen mit hydraulischen Kraftaufnehmern Die im Stahlbau bekannteste Methode zur Seilkraftermittlung während des Vorspannvorgangs ist die Messung des Drucks von in den Kraftfluss geschaltenen Hydraulikzylindern. Im Zuge der Krafteinleitung in das Seil durch kraft- und weggesteuerte hydraulische Pressen werden verschiedene Zwischenmessungen durchgeführt. Die Pressendruckkraft wird dabei bis zum Erreichen des in der Montageanweisung angegebenen zulässigen Pressenhubs an einem geeichten Manometer abgelesen und mit dem jeweiligen Kolbenweg protokolliert. Bei Kenntnis der Gerätedaten (Fläche des Druckzylinders) kann die aufgebrachte Kraft berechnet werden. Nach Erreichen der vollen 1 Labor Blum-Firmenschrift 2 Ramberger, G. (1978)

Vorspannung und Abfallen des Pressendrucks auf null kann die Spannvorrichtung wieder entfernt werden. Oft ist bei diesem Verfahren ein Nachjustieren der Seillänge erforderlich. Ein Nachteil dieser Methode liegt in der Größe und dem Gewicht der Pressen und dem damit verbundenen Umbauaufwand. Hohe Pressengewichte können einen Kraneinsatz erfordern. Schwingsaitenverfahren Bei diesem elektrischen Messverfahren wird die Eigenfrequenz einer eingespannten Messsaite bei Längenänderung gemessen und verändert. Bei Auftreten von Zugspannung ändern sich auch die Spannung der Saite und deren Eigenfrequenz. Dazu kann die Saite durch einen piezoelektrischen oder elektromagnetischen Bauteil quer zur Längsachse angeregt, die gemessene Schwingfrequenz in elektrische Spannung umgewandelt und einem elektronischen Zählgerät zugeführt werden.

Abb. 367: Schwingsaitenaufnehmer

203

Die Schwingsaitenaufnehmer werden im spannungslosen Zustand an die Seile geklemmt. Spannungslose Seile weisen eine leichte Biegung auf. Um diese Biegung zu kompensieren und exakte Messwertergebnisse zu erzielen, ist es bei diesem Verfahren notwendig, 2 in einer Ebene liegende Aufnehmer zu montieren (Abb. 367). Die Seildehnung ergibt sich dann aus dem Schwingfrequenzmittelwert der verkürzten und der verlängerten Saite. Der Vorteil dieser Messmethode sind die Langzeitstabilität und die hohe Genauigkeit. Sie wird daher gerne zur Dauerüberwachung eingesetzt. Als Nachteil wird angegeben, dass der Aufnehmer zur Einstellung eine relativ große Stellkraft benötigt.1 Dreipunkt-Biegemessung Bei dieser Messung wird eine Durchbiegung definierter Größe auf das Seil aufgebracht und die zugehörige Kraft gemessen. Das Seil wird dabei auf Sätteln aufgelegt und erhält durch eine handbetätigte, mittlere Spannbacke einen definierten Winkel. Bei Belastung des Seiles wirkt die auftretende Kraft dem Auslenkwinkel entgegen und beaufschlagt eine eingebaute elektrische Kraftmessdose, die ein kraftproportionales Signal an ein prozessgesteuertes Digitalanzeigegerät abgibt (Abb. 368). Diese Messung eignet sich nicht für den dauerhaften Einsatz. Für die Messungen an der Seilfassade des Flughafens in Köln wurde ein auf dem Dreipunkt-Biegeversuch beruhender Seilkraftmesser weiterentwickelt, mit dem neben der Kraft auch die Durchbiegung vermessen werden kann. Dies ermöglicht, mit kleineren Durchbiegungen zu arbeiten. Des Weiteren versuchte

man, mit verdrehbaren Sätteln die unvermeidbare Dehnungserhöhung an dieser Stelle gleichmäßiger über die ganze Seillänge zu verteilen. Ein eingebauter Mikroprozessor digitalisiert die Messdaten von Kraft und Durchbiegung und stellt die Daten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Mit diesem Gerät lassen sich Seile bis zu einem Durchmesser von 38 mm und Kräfte bis ca. 250 kN messen.2

3.6.2 Messung von Membranspannungen Um zu verhindern, dass die zulässigen Spannungen überschritten werden, müssen an der eingebauten, gespannten Membranfläche Kontrollmessungen durchgeführt werden. Das Messen von Membranspannungen wirft jedoch mehrere Probleme auf. Eine Dehnungsmessung mit DMS ist schwierig zu handhaben und auszuwerten. Die Streifen müssten auf die Membranfläche aufgebracht werden, wenn sich diese noch im spannungslosen Zustand befindet, um nach Aufbringen der Lasten die Dehnungen ermitteln zu können. Ein Schutz der sensiblen DMS während der Montage ist nur schwer zu realisieren. Auch die Auswertung der Dehnungen, um die zugehörigen Spannungen zu ermitteln, ist aufgrund des anisotropen und viskoelastischen Gewebeverhaltens sehr schwierig. Probleme bei anderen Verfahren zum Messen der Membranspannungen sind auch durch die Krümmung der Membranfläche und durch die inhomogenen (örtlich nicht konstanten) Spannungszustände zu erwarten.3

Funktionsprinzip

Spannbacke

Sattel

Sattel

Messdose Display Seilkraftmesser

Abb. 368: Dreipunkt-Biegemessung

1 Labor Blum-Firmenschrift

2 Dürr, H. (2000) 3 Blum, R. (1982)

204

Beschleunigungsaufnehmer

Aufschlagpunkt

π/2

π

ϕ

Abb. 369: links: Anordnung der Beschleunigungsaufnehmer; rechts: Wellendurchlauf in Abhängigkeit vom Strahlwinkel

Im Folgenden werden drei von dem Labor Blum entwickelte Methoden zur Spannungsmessung beschrieben. Die erste Methode beruht auf der Beobachtung der Fortpflanzung von Beschleunigungswellen, die von einem durch einen kurzen Schlag auf die Membranfläche erzeugten Impuls ausgehen. Dabei werden um den Aufschlagpunkt zwei konzentrische Kreise in definiertem Abstand gezogen und an den Schnittpunkten der Kreise mit vom Mittelpunkt ausgehenden Strahlen Beschleunigungsaufnehmer auf die Membranfläche geklebt (Abb. 369). Nach Aufbringen des Impulses wird der Bewegungszustand der Membrane aufgenommen, als elektrisches Signal an einen Oszillografen weitergeleitet und auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Aus drei Messungen in beliebiger Richtung lassen sich die maximale und minimale Zeit und daraus die Geschwindigkeit der ellipsenförmigen Wellenausbreitung errechnen, die als Grundlage zur Spannungsberechnung benötigt wird.1 Beim zweiten Verfahren zur Bestimmung des Spannungszustandes wird durch Aufbringen einer definierten Kraft eine

Eindrückmulde in der Membranfläche erzeugt. Dazu wird ein tellerförmiges Gerät benutzt, bei dem innerhalb eines Kreisrings mithilfe eines Stempels gegen die Membranfläche gedrückt wird (Abb. 370). Die in der Membranfläche entstehenden Durchbiegungen und Spannungen können dann rechnerisch ermittelt werden. Die dritte Messmethode beschreibt eine im Labor Blum zu Versuchszwecken entwickelte Messeinrichtung, die mit zwei Potenziometern, einem Ringkraftmesser, einer drehbaren Kreisscheibe und einem Kreisring mit Unterdruckring konstruiert ist. Beim Messvorgang wird der Kreisring durch Unterdruck an die Membrane angepresst und in der Achse des Kreisrings eine definierte Einzellast aufgebracht. Die drehbare Kreisscheibe mit zwei daran montierten Potenziometern wird in Rotation versetzt und die Durchbiegung der konzentrischen Kreisringe gemessen. Während des Rotationsvorgangs zeigen die beiden Potenziometer die Durchbiegungskurve als Funktion des Radius an, womit sich das Verhältnis zur definierten Last berechnen lässt (Abb. 371).2

1 2 3 4 5 6

1

Stempel drehbare Kreisscheibe Rinkraftmesser Kreisring mit Unterdruckring Potenziometer Membran

2 5

3 4 6

Abb. 370: Tellermethode

Abb. 371: Ringkraftmesser

1 Blum, R. (1982)

2

Labor Blum-Firmenschrift

205

4 Zusammenfassung und Ausblick Mit dem vorliegenden Buch wurde versucht, einen Überblick über den gegenwärtigen Stand der Technik im Realisierungsprozess weitgespannter, leichter Flächentragwerke zu geben. Ziel der Arbeit war es, grundsätzliche Zusammenhänge zwischen der Vorfertigung und der Montage biegeweicher Tragelemente erkennen zu lassen. Mit der Untersuchung der dem Montageprozess zugrunde liegenden Parameter aus der Fertigung der biegeweichen Tragelemente wurden die Wechselwirkungen zwischen den Produktions- und Montagevorgängen beleuchtet. Schwerpunkt dabei bildete die Herstellungs- und Montagetechnik des beschichteten, textilen Flächenelements. Grundlage für diese Untersuchungen bildete die Zusammenführung und Strukturierung des hoch spezialisierten Fachwissens von Planern, Herstellern und Ausführenden. Darin und in den Klassifizierungen und Definitionen der für die Montagedurchführung relevanten Kriterien ist auch der Hauptbeitrag dieses Buches zur baupraktischen Umsetzung weitgespannter, leichter Flächentragwerke zu sehen. Ausgehend vom stofflichen und strukturellen Aufbau der biegeweichen Werkstoffe wurde im ersten Hauptteil des Buches deren Zusammensetzung und Herstellung beschrieben und auf fertigungsbedingte Ursachen des komplexen Materialverhaltens sowie deren Funktion als Tragelement eingegangen. Für die Einschätzung der Bedeutung des Materials des biegeweichen Flächenelements im Montageprozess war eine zusammenfassende Beschreibung des mechanischen Verhaltens beschichteter Gewebe notwendig. Neben dem stofflichen Aufbau zur zweckgerichteten Konstruktion beschichteter Gewebe ist es vor allem die Art der Flächenbildung in der Herstellung, die das für die Montage relevante Deformationsverhalten unter Last, Zeit und Temperatur maßgeblich beeinflusst. Die Interaktion der Geweberichtungen in Abhängigkeit der errechneten Kompensationswerte ist für den Einbau von Membranflächen von zentraler Bedeutung. Als Beispiel für die wechselseitige Beeinflussung der mechanischen Materialeigenschaften zwischen Herstellung und Montage ist auch die Zuschnittsermittlung textiler Flächenelemente anzuführen. Mit der Definition von Kriterien zur Zuschnittsermittlung wurde gezeigt, wie sich die Festlegung des räumlichen Zuschnitts einzelner Gewebebahnen auf der Membranoberfläche auf die Lastabtragung und die Montage auswirkt. Hier zeigte sich, welche Auswirkungen einerseits die Materialwahl und andererseits die Festlegung der Spannrichtung und

der Spannfolge auf die Montage von Membranflächen hat. Hinsichtlich der topologischen und statischen Kriterien kann gesagt werden, dass Materialart, Flächenform, Bahnenlage, Bahnenform, Bahnenlänge, Nahtgeometrie und -anordnung sowie die Geometrie und Art der Berandung in einem Verhältnis zueinander stehen, welches das Verhalten und Zusammenwirken der Tragelemente wesentlich mitbeeinflusst. Aussagen über diese Verhältnisgrößen sind jedoch nur nach eingehenden Untersuchungen und Versuchen möglich. Hinsichtlich der die Zuschnittsermittlung beeinflussenden Parameter aus der Form und dem Tragverhalten besteht in diesem komplexen Arbeitsgebiet Bedarf für tiefer gehende analytische Untersuchungen. Ein möglicher Ansatzpunkt wäre, das Verhältnis von Stichhöhen und Hauptkrümmungen zu möglichen erzielbaren Spannweiten und Bahnenlagen anisotroper Membranflächen zu erforschen. In einem weiteren Abschnitt sind im ersten Hautteil die Arten der Fügung in der Fläche und die Ausführungen der Krafteinleitung am Rand exemplarisch dargestellt und deren Auswirkungen auf das Tragverhalten sowie Besonderheiten hinsichtlich Handhabbarkeit und Montierbarkeit beschrieben worden. Ansatzpunkt für weiter führende Überlegungen in diesem Bereich wären montage- und handhabungsgerechte Detaillösungen von Eck-, Rand- und Flächenverbindungen. Der zweite Hauptteil hat die Montage der biegeweichen Tragelemente behandelt. Mit der Beschreibung der ökonomischen und technologischen Bedingungen zur Montageplanung wurde auf die planende Vorausschau des Bauablaufs eingegangen. Hier wurden fertigungsbedingte Einflussgrößen auf die Terminplanung und die Einflüsse und Aufgabenbereiche der Montageplanung hinsichtlich der Planung und Realisierung von Membrantragwerken besprochen. Möglichkeiten zur Modellierung von Montageabläufen und Aspekte des montagegerechten Konstruierens wurden dabei ebenso aufgezeigt. Eine Darstellung und Beschreibung der verwendeten Montagemittel beschreibt die Rolle der in den Transport-, Hebe- und Spannprozessen eingesetzten Geräte, Werkzeuge und Vorrichtungen und verdeutlicht daraus resultierende Parameter für den Planungsprozess. Aufbauend auf der Grundlage fertigungs- und bautechnischer Parameter wurden dem Montageverfahren zugrunde liegende Montageprinzipien und Einflussgrößen definiert und untersucht. Neben der Art und Fügung der verwendeten Materialien, den örtlichen Verhältnissen an der Baustelle, der Art der

206

verwendeten Montagemittel und den Fertigungs-, Lieferungsund Transportmöglichkeiten ist es vor allem das Wirkprinzip des Tragsystems, das die Wahl des geeigneten Montageverfahrens entscheidend mitbeeinflusst. Schwerpunkt in diesem Abschnitt bildet daher eine Beschreibung der Montagezustände bei der Errichtung Formaktiver Tragsysteme aus baupraktischer Sicht. Dabei wurde auf die Art des Zusammenwirkens von Primär-, Sub- und Sekundärstrukturteilen hinsichtlich der Montagetechnik eingegangen. Mit der Gegenüberstellung von Tragwerks- und Tragelementbeanspruchungen in den Montagephasen und Parametern aus dem Sicherungs- und Ausgleichskonzept mit der bautechnischen Berücksichtigung wurden Stabilisierungsmaßnahmen für die Errichtung Formaktiver Tragwerke besprochen. In einem weiteren Abschnitt wurden Montageverfahren für mechanisch gespannte Membrankonstruktionen beschrieben und exemplarisch dargestellt sowie die zur Errichtung charakteristischer Strukturformen relevanten Montagefolgen und Bauabläufe erläutert. Dazu war es auch notwendig, auf bautechnische Problemstellungen in den Bereichen Zubringen, Handhaben und Fügen einzugehen und die einzelnen Prozesse der Montagedurchführung zu strukturieren und zu beschreiben. Die Dokumentation ausgeführter Projekte und schematische Darstellungen veranschaulichen diese Inhalte. Schwerpunkt bei der Besprechung der Montagedurchführung bildete die Gliederung und Beschreibung der Verfahren zur Einleitung der Vorspannkräfte in die biegeweichen Tragelemente aus bautechnischer Sicht. Das Spannen der biegeweichen Tragelemente hat für die Montage von Membrantragwerken zentrale Bedeutung. Erst mit dem Einleiten der Vorspannung in die Linien- und Flächenelemente kann ausreichend Steifigkeit im Tragelement und im Tragsystem aufgebaut werden. Das Wachsen und Entstehen des gesamten Tragwerks in Verbindung mit dem sukzessiven Einleiten und stetigen Steigern der Vorspannkräfte unterscheidet die Montage weitgespannter, leichter Flächentragwerke wesentlich von konventionellen Bauverfahren, bei denen die Errichtung des Tragwerks durch additive Aneinanderreihung einzelner Bauelemente erfolgt. Neben den Vorbereitungsarbeiten, der Vormontage, dem Heben und dem Zusammenbau bildet der Spannvorgang daher ein Hauptwesensmerkmal der Montage von weitgespannten, leichten Flächentragwerken. Abschließend wurde ein Überblick über Verfahren zur Messung von Seil- und Membrankräften an der Baustelle gegeben. Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine Gesamtbewertung der Montage von weitgespannten, leichten Flächentragwerken aufgrund der vielfältigen Einflüsse sehr komplex ausfällt. Mit dem Flächentragwerk als „Einzelerzeugnis“ (Unikat) entstehen jedes Mal neue Bedingungen für die Montage, wo-

mit unterschiedliche Zielkriterien auftreten. Wesentliche, die Montage von Membrantragwerken beeinflussende Parameter sind das Deformationsverhalten der verwendeten Materialien, deren Fügung und Randausbildung sowie die Festlegung des räumlichen Zuschnitts. Für den Einbau der biegeweichen Tragelemente und alle vorbereitenden Maßnahmen zur Tragwerkserrichtung ist auch deren Art des Zusammenwirkens mit den Primärtragelementen im Tragwerk maßgeblich. Großes Potenzial zur Optimierung der Montage liegt nach Ansicht des Autors in der Herstellung des textilen Flächenelements. Neue Werkstoffentwicklungen, die das Elastizitäts- und Tragverhalten unter Last, Zeit und Temperatur, die Fügetechnik sowie Erfordernisse aus den lastunabhängigen Materialeinwirkungen zufriedenstellender lösen, könnten die Montagetechnik erheblich vereinfachen. Bedenkt man vor allem das Deformationsverhalten beschichteter Gewebe und dessen Auswirkungen auf den Spannvorgang, lässt sich erahnen, welches Potenzial in künftigen Materialentwicklungen liegt. Abschließend kann festgehalten werden, dass die Montage Formaktiver Tragsysteme ein überaus komplexes Aufgabengebiet darstellt. Um Fehler und Unzulänglichkeiten bei der baulichen Umsetzung weitgehend zu vermeiden, sollte ihrer Stellung im Entwurf- und Planungsprozess weitgespannter, leichter Flächentragwerke von Architekten und Ingenieuren möglichst frühzeitig angemessene Bedeutung zugemessen werden.

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213

Abbildungsverzeichnis Abb. 45:

links, mitte: Burkhard, W. (1998), Textile Fertigungsverfahren, Hanser Verlag, München, S. 35, S. 56 rechts: Fritz, C. P. (1999)

Abb. 46:

links: Blum, R. (1990), S. 212

Abb. 48:

rechts: Dornier-Greiferwebmaschine Typ PS, S. 7, Dornier-Firmenschrift

Abb. 50:

links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 53:

links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 54:

links, rechts: Casar-Spezialdrahtseile. Über das Drehverhalten von Seilen (1996), S. 2, S. 3, Casar-Firmenschrift

links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 55:

oben, unten: Baumann, Th. (2002), S. 159

Abb. 16:

Seilbahnrundschau, 5/1981, S. 243

Abb. 56:

Abb. 17:

Stauske, D. (1990), S. 76, überarbeitet

Abb. 18:

Full-Locked Coil Ropes for Bridges (1988), S. 14, Thyssen-Firmenschrift

oben links: Kaltenbach, F. (Hg.) (1994), Detail-Band Praxis, Transluzente Materialien, Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München, S. 68 oben rechts, unten: Interglas Technologies AG, Erbach

Abb. 19:

Scheffler, M. (1994), S. 45

Abb. 57:

links, mitte, rechts: Domininghaus, H. (1992), S. 9

Abb. 20:

links, rechts: Feyrer, K. (1986), S. 102, S. 104

Abb. 58:

oben: Kaltenbach, F. (Hg.) (1994), Detail-Band Praxis, S. 69

Abb. 21:

links, mitte, rechts: Scheffler, M. (1994), S. 46

Abb. 59:

Abb. 22:

links, mitte: Mogk, R. (2000), S. 154 rechts: Egger, G. (1999); Seile und Paralleldraht- bzw. Litzenbündel im Bauwesen; Diplomarbeit am Institut für Stahlbau, TU Wien, S. 183

links, rechts: Ebnesajjad, S. (2000); Fluoroplastics, Volume 1: Non-Melt Processible Fluoroplastics William Andrew Publishing/Plastics Design Library

Abb. 60:

Schwarz, O.; Ebeling, F.-W.; Furth, B. (1999), S. 19

Abb. 23:

Casar-Spezialdrahtseile, Seilendverbindungen (1997), S. 3, Casar-Firmenschrift

Abb. 61:

links, rechts: Nentwing, J. (2000), S. 49, S. 53

Abb. 62:

Abb. 25:

oben: Industrieseile (1991), S. 92, Thyssen-Firmenschrift unten links, unten rechts: Günter Ramberger, Wien

oben links, unten links, rechts: Schwarz, O.; Ebeling, F.-W.; Furth, B. (1999), S. 52, S. 52, S. 41

Abb. 63:

Abb. 26:

http://www.bridon.de

Abb. 27:

in Anlehnung an Hemminger, R. (1990), S. 132

Bongaerts, H. (1986), in: Hensen, F.; Knappe, W.; Potente, H. (Hg.), Kunststoff-Extrusionstechnik II, Extrusionsanlagen, Carl Hanser Verlag, München, Wien, S. 147

Abb. 28:

links: Hemminger, R. (1990), S. 136 mitte, rechts: Casar-Seilendverbindungen (1997), S. 33, S. 36

Abb. 64:

Nowoflon ET®, Technische Informationen, NowofolFirmenschrift, Siegsdorf 2004, S. 10

Abb. 29:

Mogk, R. (2000), S. 148

Abb. 66:

Blum, R. (1990), S. 205, überarbeitet

Abb. 30:

Casar-Seilendverbindungen (1997), S. 46

Abb. 67:

Blum, R. (1990), S. 204, überarbeitet

oben: Casar-Seilendverbindungen (1997), S. 48 mitte: Hemminger, R. (1990), S. 166 unten: Casar-Seilendverbindungen (1997), S. 48

Abb. 68:

Blum, R. (1990), S. 212

Abb. 71:

rechts: Systemleichtbau I: Mechanisch vorgespannte Membranen; Vorlesungen am Institut für Leichtbau Enwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart, S. 5

Abb. 72:

links: Blum, R. (1990), S. 219 rechts: Im Labor Blum durchgeführter Versuch-Abbildung erhalten von: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Reichenau

Abb. 73:

Im Labor Blum durchgeführter Versuch-Abbildung erhalten von: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Reichenau

Abb. 2:

Praxishelfer Heben (1998), S. 27, Carl-Stahl-Firmenschrift, überarbeitet

Abb. 5:

links: Scheffler, M. (1994), S. 25

Abb. 7:

Scheffler, M. (1994), S. 27

Abb. 10:

Scheffler, M. (1994), S. 24

Abb. 11:

Scheffler, M. (1994), S. 24

Abb. 13:

links, rechts: Zeitschrift Draht 1/98, S. 37, S. 38, überarbeitet

Abb. 14:

links: Westerhoff, D. (1989), S. 17 rechts: Casar-Spezialdrahtseile, Technische Eigenschaften (1997), S. 6, Casar-Firmenschrift

Abb. 15:

Abb. 31:

Abb. 32:

links: Hemminger, R. (1990), S. 180 rechts: Casar-Seilendverbindungen (1997), S. 5

Abb. 33:

links: Mogk, R. (2000), S. 156

Abb. 34:

links: Mogk, R. (2000), S. 156 mitte: Stauske, D. (1990), S. 80 rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 35:

links, mitte: Zeman GmbH, Walter Siokola, Wien rechts: Architekturbüro Silja Tillner, Wien

Abb. 80:

links: Forum-Dach Sony-Berlin, Potsdamer Platz, Waagner-Biro-Firmenschrift

Abb. 36:

links: Forum Dach Sony-Berlin, Potsdamer Platz; Waagner-BiroFirmenschrift rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 82:

links, rechts: Hellerich, W.; Harsch, G.; Haenle, S. (2001), S. 344, überarbeitet

Abb. 83:

links, rechts: Hellerich, W.; Harsch, G.; Haenle, S. (2001), S. 33

Abb. 38:

oben, unten: Bandwebmaschine NG3 (2003), Jakob Müller-Firmenschrift

Abb. 84:

links, rechts: Minte, J. (1981), S. 27, S. 28

Abb. 93:

Bauen mit Textilien, Heft 2/1999, S. 18

Abb. 39:

Covertex GmbH, Obing

Abb. 42:

IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 101: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

214

Abb. 100: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 104: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: Projekt, Realisation und Foto © Skyspan (Europe) GmbH

Abb. 171: links: Waagner-Biro-Firmenschrift rechts: Eberspächer-Firmenschrift Abb. 172: links, rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 107: Zünd-Firmenschrift (2004)

Abb. 173: links, rechts: Ferjencik, P.; Tochacek, M. (1975), S. 115, überarbeitet

Abb. 108: rechts: Magnus Malin NHZ GmbH

Abb. 174: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 109: Sobek, W.; Speth, M. (1995), S. 248, überarbeitet

Abb. 175: Eberspächer-Firmenschrift

Abb. 110: links: Holtermann U. (2004), überarbeitet mitte: Fügetechnik; DVS-Fachgruppe 8.1, S. 184, überarbeitet Abb. 111: a – d: Ceno Tec GmbH, Wolfgang Rudorf-Witrin, Greven

Abb. 176: links: VSL (Switzerland) Ltd., Daniel Junker, Subingen mitte, rechts: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 112: Ceno Tec GmbH, Wolfgang Rudorf-Witrin, Greven

Abb. 177: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 113: links, mitte, rechts: Ceno Tec GmbH, Wolfgang Rudorf-Witrin, Greven

Abb. 178: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 114: Ceno Tec GmbH, Wolfgang Rudorf-Witrin, Greven

Abb. 179: links, rechts: architektur.aktuell, 3/2004, S. 88, S. 81

Abb. 116: links, rechts: Covertex GmbH, Obing

Abb. 180: rechts: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 62

Abb. 117: links, rechts: Eichenhofer GmbH, Illertissen Abb. 118: links: Birdair, Inc., Amherst rechts: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart Abb. 123: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 181: links: Meili-Firmenschrift rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 125: links: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 182: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 128: links, rechts: Detail, 8/1996, S. 1243, Coverabbildung, überarbeitet

Abb. 184 links, rechts: Pfeifer-Firmenschrift 2003, überarbeitet

Abb. 130: Rein, A; Wilhelm, V. (2000), Detail, Nr. 6, S. 1047, überarbeitet; und: Sobek, W.; Speth, M. (1995), S. 248, überarbeitet Abb. 134: links: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 89 Abb. 137: Gropper, H.; Sobek, W. (1985), Tagungsband SFB-64, Hans Gropper, Werner Sobek, S. 7

Abb. 183 Vetter-Firmenschrift

Abb. 185 links: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau rechts: Pfeifer-Firmenschrift 2003 Abb. 187 links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: Videostill-Leichtes Spiel der Kräfte, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen Abb. 188 mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 146: links: Covertex GmbH, Obing rechts: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 189 links, rechts: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen

Abb. 147: links: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 190: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 152: Pfeifer-Firmenschrift

Abb. 194: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 153: Ceno Tec GmbH, Wolfgang Rudorf-Witrin, Greven

Abb. 195: links: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart rechts: Architekturbüro Silja Tillner, Wien

Abb. 154: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau Abb. 155: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 196: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 156: IPL, Ingenieurplanung Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 197: links, rechts: Birdair, Inc., Amherst

Abb. 157: links, rechts: Phillip Holzmann AG, Saudia Arabia

Abb. 198: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 161: links, rechts: IPL Ingenieurplanung Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 199: links, rechts: Histec Engineering AG, Hansruedi Imgrüth, Buochs

Abb. 163: links: Drees, G.; Krauß, S. (2002), S. 35 rechts: Liebherr-Firmenschrift

Abb. 200: rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 164: links: Liebherr-Firmenschrift rechts: Drees, G.; Krauß, S. (2002), S. 38 Abb. 165: Wegener, E. (2003), S. 305 – 306 Abb. 166: Drees, G.; Krauß, S. (2002), S. 45 Abb. 167: in Anlehnung an: Ludewig, S. (1974), S. 404 Abb. 168: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: Christo and Jeanne-Claude, Wrapped Reichstag, Berlin 1971 – 95, Taschen Verlag, Köln 2001; Fotos: Wolfgang Volz

Abb. 201: links: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart rechts: Birdair, Inc., Amherst Abb. 202: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 203: oben: Günter Ramberger, Wien unten: Zeman GmbH, Walter Siokola, Wien Abb. 204: links, rechts: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 169: Meili-Firmenschrift, überarbeitet

Abb. 206: a, b, d: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos c: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 170: links: Grundlagen der Fördertechnik, Vieweg, 1994 rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 207: a, b, c: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos d: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

215

Abb. 209: oben: Birdair, Inc., Amherst unten: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 73

Abb. 248: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 213: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 66

Abb. 251: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 215: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos mitte: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden Abb. 216: links: Zeman GmbH, Walter Siokola, Wien mitte: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: Christo and Jeanne-Claude, Wrapped Reichstag, Berlin Abb. 218: links: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell mitte: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 219: Birdair, Inc., Amherst Abb. 220: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell Abb. 221: Barnes M., Dickson, M. (2000); Widespan Roof Structures, Thomas Telford Publishing, London, S. 160 Abb. 224: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart Abb. 225: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart Abb. 226: links: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 55 mitte: Forum-Dach Sony-Berlin, Potsdamer Platz; Waagner-Biro-Firmenschrift rechts: Lindner, J.; Schulte, M.; Sischka, J.; Breitschaft, G.; Clarke, R.; Handel, E.; Zenkner, G. (1999); S. 984 Abb. 227: links: Lindner, J.; Schulte, M.; Sischka, J.; Breitschaft, G.; Clarke, R.; Handel, E.; Zenkner, G. (1999); S. 980 mitte: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 20 rechts: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 113

Abb. 249: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 250: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 252: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 253: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 255: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 257: links, rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden Abb. 258: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 259: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 260: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 261: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 262: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 263: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 265: 4: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart, überarbeitet Abb. 266: links: Architekturbüro Silja Tillner, Wien mitte, rechts: Birdair, Inc., Amherst Abb. 268: 1, 2: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 270: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 271: Hightex GmbH Abb. 272: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Abb. 273: Hightex GmbH Abb. 274: Hightex GmbH Abb. 275: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Abb. 276: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Abb. 278: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 279: Phillip Holzmann AG, Saudia Arabia Abb. 281: Ceno Tec GmbH, Greven Abb. 282: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 228: links: Zeman-Firmenschrift rechts: Stahlbau Rundschau, Oktober 2004, S. 48

Abb. 283: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 229: links, mitte, rechts: Zeman GmbH, Walter Siokola, Wien

Abb. 285: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 230: links: Ingenieurbüro Karlheinz Wagner, Wien rechts: Foto: © Werner Kaligofsky, Wien

Abb. 286: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 231: links: Ingenieurbüro Karlheinz Wagner, Wien oben rechts: Jabornegg & Pálffy Architekten, Wien unten rechts: RW Tragwerksplanung, Wien Abb. 232: links, mitte: Ingenieurbüro Karlheinz Wagner, Wien Abb. 236: Stavridis, L. (1992); S. 420 Abb. 238: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart, überarbeitet Abb. 239: links, mitte, rechts: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen Abb. 240: links, rechts: Bauingenieur 70, (1995), Springer-Verlag, S. 258, Düsseldorf Abb. 243: links, mitte, rechts: Tensoforma Trading, Bergamo

Abb. 284: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 288: oben: www.reber-montagen.ch unten: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden Abb. 289: links: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH mitte: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen rechts: Günter Ramberger Abb. 290: links: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden rechts: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen Abb. 291: links: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden mitte, rechts: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 245: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 292: links: Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen rechts: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 247: links, mitte, rechts: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart

Abb. 293: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

216

Abb. 294: links: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau rechts: Birdair, Inc., Amherst

Abb. 324: Leicht Weit – Light Structures, Jörg Schlaich and Rudolf Bergermann, Ausstellungskatalog Deutsches Architekturmuseum Frankfurt am Main, Prestel Verlag, 2004

Abb. 295: links: Christo and Jeanne-Claude, Wrapped Reichstag, Berlin rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 325: Deutsche BauZeitschrift, 4/2003

Abb. 296: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 299: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 327: links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 300: links: Videostill, Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen rechts: Günter Ramberger, Wien

Abb. 328: www.if-group.de; IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Reichenau

Abb. 301: links: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH rechts: Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH, Memmingen, Jürgen Winkler

Abb. 329: links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 302: links: Barnes M., Dickson, M. (2000); Widespan Roof Structures, Thomas Telford Publishing, London, S. 165 mitte, rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 331: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau, überarbeitet

Abb. 303: links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 333: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 304: links, rechts: formTL, Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH, Radolfzell

Abb. 343: links, rechts: Birdair, Inc., Amherst

Abb. 306: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 344: rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos, überarbeitet

Abb. 307: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 308: links, rechts: Christo and Jeanne-Claude, Wrapped Reichstag, Berlin Abb. 309: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos mitte: Forum-Dach Sony-Berlin, Potsdamer Platz; Waagner-Biro-Firmenschrift rechts: Stahl und Licht, Das Dach des Sony Center am Potsdamer Platz, Fotografien von Roland Horn (2000), Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin, S. 70

Abb. 326: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart

Abb. 330: links, mitte: Ryser, R.; Badoux, J.-C. (2002); S. 555 rechts: www.tensinet.com

Abb. 332: Ryser, R.; Badoux, J.-C. (2002); S. 556, überarbeitet

Abb. 342: links, rechts: Covertex GmbH, Obing

Abb. 346: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 347: links, rechts: Projekt, Realisation und Foto © Skyspan (Europe) GmbH Abb. 349: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau Abb. 350: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 352: links, mitte, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos Abb. 354: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 310: links, rechts: Inauen-Schätti AG, Bruno Inauen, Schwanden

Abb. 355: links, rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 311: links: Ingenieurbüro Teschner, Rochus Teschner, Kosel rechts: Umbaudokumentation Neues Frankfurter Waldstadion: © fantasticweb new media GmbH

Abb. 360: links, rechts: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart

Abb. 312: Leicht Weit – Light Structures, Jörg Schlaich and Rudolf Bergermann, Ausstellungskatalog Deutsches Architekturmuseum Frankfurt am Main, Prestel Verlag, 2004 Abb. 313: links: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau rechts: Detail 6/1994, S. 822

Abb. 361: links, rechts: Schlaich Bergermann & Partner GmbH, Stuttgart Abb. 363: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Reichenau Abb. 364: links: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Reichenau Abb. 365: links, rechts: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 314: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 366: Blum, R. (2000), überarbeitet

Abb. 315: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 367: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos, überarbeitet

Abb. 316: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 368: RTM 20D Seilkraftmesser, PIAB-Firmenschrift

Abb. 317: 1 – 10: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 369: links, rechts: Blum, R. (1982); S. 271, S. 272

Abb. 318: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau

Abb. 371: Labor-Blum-Firmenschrift

Abb. 370: rechts: Montageservice SL GmbH, Stefan Lenk, Hallbergmoos

Abb. 319: Structural Engineering Review Band 6, Nr. 3 – 4, Elsevier Science, 1994, S. 211 – 213 Abb. 320: a: IF, Ingenieurgemeinschaft Flächentragwerke, Horst Dürr, Reichenau b – f: Structural Engineering Review Band. 6, Nr. 3 – 4, Elsevier Science, 1994, S. 210 Abb. 321: Deutsche BauZeitschrift, 4/2003 Abb. 322: Deutsche BauZeitschrift, 4/2003 Abb. 323: Deutsche BauZeitschrift, 4/2003

Nicht aufgeführte Abbildungen wurden vom Autor erstellt.

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Projektverzeichnis

218

01 | Forumdach Sony Center Berlin Ort: Berlin Mitte Fertigstellung: 2000 Membranfläche: ca. 5.800 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: SONY, Kajima, Tishman Speyer, New York-Berlin Architektur: Murphy/Jahn, Chicago Tragwerksplanung: Ove Arup & Partner, New York Montageplanung: Zenkner & Handel, Graz Stahlbau: Waagner Biro, Wien Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: Birdair, Amherst Montage Membrane: Birdair, Amherst Foto: © Roland Horn, Berlin

02 | Atriumüberdachung Forum Kirchberg Ort: Kirchberg, Luxemburg Fertigstellung: 1997 Überdachte Fläche: ca. 2.700 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Forum Kirchberg s.a., Auchan, Luxemburg Architektur: Martin Lammar (atelier a+u) Luxemburg in Partnerschaft mit Lars Iwdal (arkitektbyran ab) Göteborg und in Zusammenarbeit mit Murray Church (HT-Lux) Luxemburg Generalübernehmer Membrandach: CENO TEC, Greven Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: IPL, Radolfzell Stahlbau: Stahlbau Zwickau, Zwickau Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: CENO TEC, Greven Foto: © CENO TEC, Greven

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Textile Leichtbauten von CENO TEC: traditionsreich und zukunftsweisend Bahnhof Flughafen Leipzig

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Das Traditionsunternehmen CENO TEC aus Greven/Westfalen ist eines der führenden Unternehmen im Bereich der Textilen Architektur und realisiert weltweit anspruchsvolle Membranbauten. Architekturmembranen aus hochfesten Textilgeweben und Folien aus ETFE sind ideale Baustoffe, denn in Verbindung mit Tragstrukturen aus Stahl und Stahlseilen lassen sich hoch beanspruchbare und dennoch filigrane Dach- und Fassandenkonstruktionen realisieren. Das hohe Maß an Ästhetik, Transluzenz und Leichtigkeit macht die eigentliche Faszination dieser Bauweise aus. Zudem überzeugen die kurzen Planungs- und Montagezeiten, eine lange Haltbarkeit und die kostengünstige Realisierung. CENO TEC bietet als Full-Service-Anbieter eine hochqualifizierte Ausführung – von der Projektplanung über die Konstruktion und Produktion bis hin zur Montage vor Ort.

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220

03 | Überdachung EKZ Grossfeldsiedlung Wien Ort: Wien Floridsdorf Fertigstellung: Bauphase 1: 2005; Bauphase 2: 2007 Oberfläche: ca. 3.500 m2 (Bauphase 1 und 2) Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe, Glasgittergewebe Bauherr: Ekazent Immobilien Management GmbH, Wien Generalunternehmer: DELTA Projektconsult, Wien Architektur: DELTA Projektconsult, Wien Tragwerksplanung: Teschner, Kosel Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Werkplanung Stahlbau: Teschner, Kosel Brandschutzplanung: Ingenieurbüro für Brandschutz und Sicherheit Düh, Wien Stahlbau und Montage: Profilstahl, Judenburg Konfektionär Membrane: Cenotec, Greven Montage Membrane: Velabran, München Foto: © Michael Seidel, Wien

04 | Überdachung Urban Loritz Platz Wien Ort: Wien Fertigstellung: 1999 Überdachte Fläche: ca. 2.000 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Magistrat der Stadt Wien Architektur: Silja Tillner, Wien Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Stahlbau: Stuag Bau, Wien Lieferung Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: Skyspan Europe, Rimsting Montage Membrane: Skyspan Europe, Rimsting Foto: © Herbert Schlosser/DIGI-TEL, Oggau

221

05 | Platzüberdachung Zeltweg Ort: Zeltweg, Steiermark Fertigstellung: 2004 Überdachte Fläche: 408 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Verein Zeltweg Attraktiv Architektur: Fabi & Krakau Architekten, Regensburg Generalübernehmer Membrandach: Covertex, Obing Tragwerksplanung: Teschner, Kosel Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Stahlbau: Sgardelli, Knittelfeld Konfektionär Membrane: KfM, Wallhausen Montage Membrane und Seile: Montageservice SL, Hallbergmoos

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Foto: © Michael Seidel, Wien

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222

06 | Carportüberdachung Amt für Abfallwirtschaft München Ort: München Fertigstellung: 1999 Überdachte Fläche: 8.400 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Landeshauptstadt München Architektur: Ackermann & Partner, München Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: Tensys, Bath Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner Stahlbau: Seele, Gersthofen Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär: Birdair Europe Stromeyer, Konstanz Montage Membrane: Birdair Europe Stromeyer, Konstanz Foto: © Michael Seidel, Wien

07 | Schirme IHK Würzburg Ort: Würzburg Fertigstellung: 2003 Überdachte Fläche: ca. 475 m2 Materialtyp Membrane: ETFE-Folie, seilunterstützt, bedruckt Bauherr: IHK-Würzburg-Schweinfurt Architektur: Franz Göger/Georg Redelbach, Marktheidenfeld Generalübernehmer Membrane: Covertex, Obing Tragwerksplanung: SMP Schöne/Maatz + Partner (IPZ, Berlin) Konfektionär Membrane: KfM, Wallhausen Seile: Görlitzer Draht- und Hanfseilfabrik, Görlitz Montage Membrane und Seile: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Covertex, Obing

223

08 | Hofüberdachung Rathaus Wien Ort: Innere Stadt, Wien Fertigstellung: 2000 Überdachte Fläche: 1.050 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Magistrat der Stadt Wien Architektur: Silja Tillner, Wien Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: Tensys, Bath Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Projektleitung: Vasko & Partner, Wien Stahlbau: Filzamer, Wien Seile: Audra, Augsburg Konfektionär Membrane: Spandome Center Kft, Budapest Montage Membrane: Covertex, Obing Foto: © Michael Seidel, Wien

09 | Atriumüberdachung Schöllerbank Wien Ort: Innere Stadt, Wien Fertigstellung: 2000 Überdachte Fläche: ca. 270 m2 Materialtyp Membrane: ETFE-Kissen, dreilagig Bauherr: Schöllerbank Architektur: Jabornegg Pálffy, Wien Tragwerksplanung: Karlheinz Wagner, Wien Stahlbau und Seile: Ma-Tec, Neutal Konfektionär Kissen: Skyspan, Rimsting Montage Kissen: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Werner Kaligofsky, Wien

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10 | WM Fußballglobus Ort: Köln Fertigstellung: 2003 Dachfläche: 736 m2 Materialtyp Membrane: ETFE-PVC Pneukissen, dreilagig, bedruckt Bauherr: DFB Architektur: Art Event, Wien Generalübernehmer Membrane: Covertex, Obing Tragwerksplanung: Mero, Würzburg Werkplanung Zuschnitt: Covertex, Obing Materialgutachten, Zustimmung im Einzelfall: Labor Blum, Stuttgart Stahlbau: Mero, Würzburg Konfektionär Kissen: KfM, Wallhausen Montage Kissen: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Frank Rümmele, Alfter

11 | Kissenüberdachung Galets Expo 2002 Ort: Neuchâtel Fertigstellung: 2002 Überdachte Fläche (Galets 1, 2, 3): ca. 14.900 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebekissen Bauherr: Expo 02 Architektur: Multipack, Neuchâtel Tragwerksplanung Kissen: IF-Group, Reichenau Werkplanung Zuschnitt Kissen: IF-Group, Reichenau Werkplanung Stahl: Zwahlen & Mayr, Aigle Montageplanung Kissen: IF-Group, Reichenau Materialüberwachung, Monitoring – Luftdruck, Spannung und Temperatur: Labor Blum, Stuttgart Stahlbau: Zwahlen & Mayr, Aigle Konfektionär Membrane: CANOBBIO, Castelnuovo Scrivia Montage Kissen: Inauen-Schätti, Schwanden Foto: © CANOBBIO, Castelnuovo Scrivia

225

12 | Christo and Jeanne-Claude: Wrapped Reichstag, Berlin 1971–95. © Christo 1995 Ort: Platz der Republik, Berlin Fertigstellung: 1995 Verhüllte Oberfläche: ca. 50.000 m2 Materialtyp Membrane: PP-Gewebe, aluminiumbedampft (ca. 100.000 m2) Bauherr: Verhüllte Reichstag GmbH, Geschäftsführung: Roland Specker und Wolfgang Volz Konzept und Entwurf: Christo und Jeanne-Claude Javacheff Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: IPL, Radolfzell Stahlbau: Stahlbau Zwickau, Zwickau Konfektion Seile: Gleistein Tauwerk, Bremen Konfektionär Membrane: Spreewald Planen, Vetschau; Zeltaplan, Taucha; Canobbio, Serravalle Scrivia Konfektionär Luftkissen: Heba, Emsdetten Montage Membrane: Reichstagverhüllungsmontage GmbH Foto: © Wolfgang Volz, Düsseldorf

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226

13 | Konzertsegel Radolfzell Ort: Uferpromenade Radolfzell Fertigstellung: 1989 Überdachte Fläche: 340 m2 Material: Seilnetz mit Polycarbonatplatten-Eindeckung Bauherr: Stadt Radolfzell Architektur: IPL, Radolfzell Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: IPL, Radolfzell Montageplanung: IPL, Radolfzell Stahlbau: Späth, Steißlingen Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Platten: Carl Nolte, Greven Montage Seilnetz: Schätti, Tschuggen Foto: © Michael Seidel, Wien

14 | Überdachung Rhönklinikum Ort: Bad Neustadt/Saale Fertigstellung: 1998 Überdachte Fläche: ca. 1.200 m2 Material: Seilnetz, Glaseindeckung Bauherr: Rhön-Klinikum AG, Bad Neustadt Architektur: Lamm, Weber, Donath & Partner, Stuttgart Tragwerksplanung: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Glasschindelsystem: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt Seilnetz: IF-Group, Reichenau Montageplanung Seilnetz: IF-Group, Reichenau Stahlbau: Mero, Würzburg Seile und Seilnetz: Brugg (Fatzer AG), Romanshorn Montage Seilnetz: Inauen-Schätti, Tschachen Foto: © MERO-TSK International, Würzburg

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15 | Kissenüberdachung Tropical Island Berlin Ort: Brand, Brandenburg Fertigstellung: 2005 Überdachte Fläche: ca. 20.000 m2 Materialtyp Membrane: ETFE-Großkissen, dreilagig Bauherr: Tropical Islands Asset Management, Krausnik Architektur: CL Map, München Generalübernehmer Membrandach: CENO TEC, Greven Tragwerksplanung: form TL, Radolfzell Werkplanung Zuschnitt: CENO TEC, Greven; form TL, Radolfzell Montageplanung: Montageservice SL, Hallbergmoos Stahlbau: Thyrolf & Uhle, Dessau Seile: Berndorf FAS, Berndorf Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Kissen, Seilnetz, Sekundärstahl und Rinne: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

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16 | Überdachung Airport Center MAC München Ort: FLughafen München Fertigstellung: 1999 Überdachte Fläche: ca. 7.500 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Flughafen München Architektur: Murphy/Jahn, Chicago Tragwerksplanung: Ove Arup Stahlbau: Stahlbau Wolf, Rosenheim Lieferung Seile: Redaelli, Cologno Monzese Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Engelhardt/Sellin, Aschau

17 | Überdachung Erschließungsgebäude Suvarnabhumi International Airport Bangkok Ort: Samut Prakarn Province, Bangkok Fertigstellung: 2005 Oberfläche: ca. 108.000 m2 Materialtyp Membrane (dreilagig): Außen: Glas/PTFE-Gewebe; Mitte: Polycarbonatplatten auf Seilnetz; Innen: Glasfasergewebe, PTFE-Ter-Polymer-beschichtet und aluminiumbedampft (Low-e beschichtet) Bauherr: Royal Thai Government, Thailand Generalunternehmer: ITO Joint Venture Architektur: Murphy/Jahn, Chicago; ACT Consultants, Bangkok; TAMS Consultants/Earth Tech, New York Tragwerksplanung: Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart Generalübernehmer Membrandach: Hightex, Rimsting Werkplanung Zuschnitt: Tensys, Bath Akustik/Materialentwicklung und Materialüberwachung: Labor Blum, Stuttgart Klima Engineering: Transsolar Energietechnik, Stuttgart Beschichtung Low-E-Membrane: Polymade ITT, Bergheim Glasfasergewebe: Interglas, Erbach Konfektionär Membrane: Hightex Montage Membrane: Hightex Foto: © Rainer Viertlböck, Architecture Photographie

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18 | Fassade Flughafentower Wien Ort: Wien Schwechat Fertigstellung: 2005 Oberfläche: 3.324 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Flughafen Wien Architektur: Zechner & Zechner, Wien Generalübernehmer Membrane: Covertex, Obing Tragwerksplanung: Lorenz Consult, Graz Membranstatik und Formfindung: Peter Mandl, Graz Werkplanung Zuschnitt: form TL, Radolfzell Materialgutachten: Labor Blum, Stuttgart Montageplanung Stahlbau: Zeman, Wien Stahlbau und Montage: Zeman, Wien Konfektionär Membrane: KfM, Wallhausen Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Herbert Schlosser/DIGI-TEL, Oggau

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19 | Überdachung Bahnhof Fröttmanning Ort: Fröttmanning, München Fertigstellung: 2005 Überdachte Fläche: ca. 7.200 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Landeshauptstadt München, Baureferat Architektur: Bohn Architekten, München Generalübernehmer Membrandach: Covertex, Obing Tragwerksplanung: Christoph Ackermann, München Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Kompensationsversuche und Zustimmung im Einzelfall: Labor Blum, Stuttgart Stahlbau: Maurer Söhne, München Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: KfM, Wallhausen Montage Membrane und Seile: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Florian Scheiber, München

20 | Überdachung Bahnhof Dresden Ort: Hauptbahnhof Dresden Fertigstellung: 2006 Überdachte Fläche: ca. 30.000 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Deutsche Bahn AG Architektur: Foster & Partners, London Tragwerksplanung: Happold, Berlin und London Konfektionär Membrane: Skyspan Europe, Rimsting Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Michael Seidel, Wien

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21 | Tribünenüberdachung Formel-1-Ring Istanbul Ort: Istanbul Fertigstellung: 2005 Überdachte Fläche: ca. 18.000 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: FIYAS Formular Istanbul Yatirim A.S., Istanul Architektur: ORION Insaat & Dekorasyon, Istanbul; Teschner, Kosel Generalübernehmer Membrandach: CENO TEC, Greven Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Montageplanung: Montageservice SL, Hallbergmoos Stahlbau: Evren, Istanbul Seile: Görlitzer Draht- und Hanfseilfabrik, Görlitz; Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

22 | Tribünenüberdachung Estádio Intermunicipal Faro-Loulé Ort: Faro, Portugal Fertigstellung: 2003 Überdachte Fläche: 10.168 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe (precontraint) Bauherr: Stadtverwaltungen Faro und Loulé Architektur: HOK Sport, London; AARQ Atelier de Arquitectura, Lissabon; W.S. Atkins, London Tragwerksplanung: W.S. Atkins, London; Tensys, Bath Generalübernehmer Membrandach: Somague, Sintra Werkplanung Zuschnitt: IPL, Radolfzell Montageplanung Seile: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Stahlbau: SIMI, Lissabon Seile: Pfeifer, Memmingen Montage Seiltragwerk: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

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23 | Tribünenüberdachung Volkswagen Arena Ort: Allerpark, Wolfsburg Fertigstellung: 2002 Überdachte Fläche: ca. 15.000 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Wolfsburg AG, Wolfsburg Architektur: Büro Hpp, Düsseldorf Generalübernehmer Membrandach: CENO TEC, Greven Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart; CENO TEC, Greven Stahlbau: dbn–Planungsgruppe Dröge-Baade-Nagaraj, Salzgitter Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: CENO TEC, Greven; Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

24 | Tribünenüberdachung Stadion Fenerbahce Ort: Istanbul Fertigstellung: 2002 Überdachte Fläche: ca. 20.400 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Fenerbahce, Istanbul Architektur: Teschner, Kosel (Membrandach); A & Z Akzu, Istanbul (Tribünen) Generalübernehmer Membrandach: CENO TEC, Greven Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: Teschner, Kosel Kompensationsversuche: Labor Blum, Stuttgart Montageplanung: Montageservice SL, Hallbergmoos Stahlbau: Temsan, Ankara Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

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25 | Tribünenüberdachung Sheikh Khalifa Bin Zayed Stadium Ort: Al Ain Emirates Fertigstellung: 2004 Überdachte Fläche: ca. 7.500 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Government of Abu Dhabi Architektur: Rice Perris Elli, Dubai; Crang & Boake, Toronto Generalübernehmer Membrandach: Mero, Würzburg Tragwerksplanung: Mero, Würzburg Werkplanung Zuschnitt: If-Group, Reichenau Montageplanung: CENO TEC, Greven; If-Group, ReichenauStahlbau: Mero, Würzburg Sekundärstahl: Montageservice SL, Hallbergmoos Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Montage Seile: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © MERO-TSK International, Würzburg

26 | Überdachung Amphitheater Nîmes Ort: Nîmes, Frankreich Fertigstellung: 1988 Überdachte Fläche: ca. 4.000 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebekissen, seilunterstützt Bauherr: Ville de Nîmes Architektur: Finn Geipel & Nicolas Michelin, Paris Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart (Rudolf Bergermann, Werner Sobek, Jochen Bettermann) Werkplanung Zuschnitt: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart; IF-Group, Horst Dürr, Konstanz Stahlbau: Baudin Chateauneuf, Nîmes Konfektionär Membrane: Stromeyer, Konstanz Textile Akustikmodule: Koch Hightex, Rimsting Foto: © Pfeifer, Memmingen

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27 | Tribünenüberdachung Estadio Olimpico Ort: Sevilla Fertigstellung: 1999 Überdachte Fläche: ca. 25.000 m2 Materialtyp Membrane: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Sociedad Estadio Olimpico de Sevilla; Junta de Andaluciá Architektur: Cruz `Y Ortiz, Sevilla Generalübernehmer Membrandach: ACS, Sevilla Tragwerksplanung und Werkplanung Zuschnitt: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Stahlbau: ACS, Sevilla Lieferung und Montage Seiltragwerk: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CENO TEC, Greven Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © CENO TEC, Greven

28 | Überdachung Waldstadion Frankfurt Ort: Frankfurt am Main Fertigstellung: 2005 Überdachte Fläche: ca. 27.000 m2 Wandelbarer Teil: ca. 8.000 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Wandelbarer Teil: PES/PVC-Gewebe Bauherr: Waldstadion Frankfurt am Main, Gesellschaft für Projektentwicklung mbH Architektur: gmp – Architekten von Gerkan, Marg und Partner Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: IF-Group, Reichenau Zustimmung im Einzelfall: Labor Blum, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung Membrane: IF-Group, Reichenau Stahlbau: Max Bögl, Neumarkt Seile: Pfeifer, Memmingen; Augsburger Drahtseilfabrik, Friedberg/Derching Konfektionär Membrane: Skyspan Europe, Rimsting Montage Seiltragwerk: Inauen-Schätti, Tschachen; VSL, Subingen Montage Membrane: Skyspan Europe, Rimsting Foto: © Heiner Leiska, Kiel

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29 | Tribünenüberdachung Gottlieb Daimler Stadion Ort: Stuttgart Fertigstellung: 1992 Überdachte Fläche: ca. 34.000 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Sportamt/Hochbauamt Stuttgart Architektur: Weidleplan Consulting, Stuttgart; Siegel & Partner, Stuttgart Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Stahlbau: Haslinger, München Seiltragwerk: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: Koch Hightex, Rimsting Montage Membrane: Koch Hightex, Rimsting Foto: © Pfeifer, Memmingen

30 | Überdachung Stierkampfarena Vista Alegre Ort: Calle de Nueva Contrucción, Madrid Fertigstellung: 2000 Überdachte Fläche: ca. 1.960 m2 Materialtyp Kissen: PES/PVC-Gewebe (außen), ETFE-Folie, seilunterstützt (innen) Bauherr: Arturo Beltrán, Palumi S.A., Madrid Entwurf und Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Werkplanung Zuschnitt: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Montageplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Seile: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: Skyspan, Rimsting Montage Membrane: Skyspan, Rimsting Foto: © Roland Halbe Fotografie, Stuttgart

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31 | Überdachung Velodrom Abuja (Redesign) Ort: Abuja, Nigeria Fertigstellung: 2006 Überdachte Fläche: 10.649 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Federal Government of the Federal Republic of Nigeria Generalunternehmer: Bilfinger Berger AG, Wiesbaden / Julius Berger Nigeria Plc., Abuja Tragwerksplanung: form Tl, Radolfzell Werkplanung Zuschnitt: form Tl, Radolfzell Materialprüfung: Labor Blum, Stuttgart Montageplanung: IF-Group, Reichenau Stahlbau: Pfeifer, Memmingen Seile: Pfeifer, Memmingen Montage Seilnetz: Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: CANOBBIO, Castelnuovo Scrivia Montage Membrane: Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Bilfinger Berger Nigeria GmbH, Wiesbaden

32 | Tribünenüberdachung Jaber Al-Ahmad Stadion Ort: Kuwait Fertigstellung: 2007 Überdachte Fläche: ca. 40.000 m2 Materialtyp Membrane: Glas/PTFE-Gewebe Bauherr: Ministry of Public Works, Kuwait Architektur: Weidleplan Consulting, Stuttgart Tragwerksplanung: Schlaich Bergermann & Partner, Stuttgart Consulting Ringträger, Membrane, Seile: IF-Group, Reichenau (für Weidleplan) Werkplanung Zuschnitt: Birdair, Amherst, USA Seile: BRIDON/BTS Drahtseile, Doncaster und Gelsenkirchen Montage Seile: Montageservice SL, Hallbergmoos; Pfeifer, Memmingen Konfektionär Membrane: Birdair, Amherst, USA Montage Membrane: Birdair, Amherst, USA; Montageservice SL, Hallbergmoos Foto: © Montageservice SL, Hallbergmoos