Tragluftbauten: Erstellung eines Nachweiskonzeptes auf Basis der aktuellen Eurocodes und der DIN 4134

Abstract

Membrantragwerke repräsentieren eine relativ neue Bauart im Bauingenieurwesen mit besonderem Tragverhalten im Vergleich zu Bauwerken aus klassischen Materialien wie Stahl, Beton, Holz oder Glas. Diese neue Bauweise hat sich in den letzten 50 Jahren signifikant weiterentwickelt und ist durch ihre Flexibilität sehr populär geworden. Wegen weitgehend fehlender einheitlicher Regelwerke bleiben Planung und Realisierung derartiger Bauwerke bisher nur spezialisierten Büros und Firmen vorbehalten. Die Belastung und das Material beeinflussen die Form und nach der Formänderung bildet sich das aktuelle statische System aus, die gegenseitige Beeinflussung erfordert eine gründliche Untersuchung der Materialien, und der Lastansätze - besonders Windbelastung - weil damit die Ermittlung der Schnittgrößen komplexer wird.Das Materialverhalten von beschichteten Geweben unterscheidet sich von demjenigen herkömmlicher Materialien, weil es von den Lasten, der Lasteinwirkung, der Zeit, der Prüfgeschwindigkeit und der Temperatur beeinflusst wird. Membranmaterialien sind Kompositwerkstoffe, die aus den Fäden und der Beschichtung bestehen, welche unterschiedliche Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen. Beschichtete Gewebe sind viskoelastisch und anisotrop.Die Nachweise und die Anforderungen an raumabschließende Bauteile, die Hüllkonstruktion und deren Verbindungen sind in DIN 18204-1:2018 [5] zusammengefasst. Ein allgemeiner Überblick über Anschlüsse und Verankerungskonstruktionen wird im Rahmen dieser Arbeit gegeben.Die Erfassung der Lastannahmen basiert auf DIN 4134:1983 [4]. Besonders wird die Windbelastung untersucht, die unterschiedlichen Windkanalversuche von Horcic [18], Gerhardt[27] und Kassem [25] und die Normen DIN 4134:1983 [4], EN 1991-1-4:2011 [20] werden vorgestellt und verglichen. Für die Ermittlung der Schnittgrößen und Verankerungskräfte werden zwei Methoden vorgestellt, durch geometrische Berechnungen- DIN 4134:1983 [4] - und durch Diagramme - Herzog [31]. Die Sicherheitsnachweise von DIN 4134:1983 [4] werden auf Basis von DIN 18204-1:2018-11 [5], EN 1993-1-1:2014 [36], ÖNROM EN 1990:2013 [34] unter der Berücksichtigung des semiprobabilistischen Sicherheitskonzepts umformuliert. Zusätzlich werden die aktuellen Vorschriften nach DIN 4134:1983 [4] und beispielhaft die Allgemeinebauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-10.5-35 [39] zusammengefasst.Im Anhang zur Diplomarbeit wird eine Musterberechnung für eine allgemeine Traglufthalle auszugsweise angefügt, um die Ergebnisse der unterschiedlichen Methoden zu dokumentieren.

Membrane structures represent a relatively new type of construction in civil engineering, their load-bearing behaviour sets them apart from other structures made from traditional building materials such as steel, concrete, timber or glass. This new type of construction has been developed significantly over the last 50 years and has become very popular as a result of its flexibility. Due to the lack of standardized norms or requirements, the design and construction of such structures has remained in the scope of specialized offices and companies. The external loads and the material behaviour have significant influence on the form of the structure, as the result of the new shape the structural system also changes continuously. Here by the interrelated influence between the structural system and shape, substantial analysis of the material and the loads are required, since this effect makes the determination of the internal forces more complex.Textile membrane materials with coated fabrics differ from the conventional building materials as their behaviour is determined by several types of factors: the different type of loads, the direction of loading, duration, as well as the speed of tests and the ambient temperature.Membrane fabrics are composite materials, which consist of fibres and layers of coatings. Both of these parts have different stiffness and strength that explains the viscoelastic and anisotropic behaviour of membrane materials. The structural requirement and verification methods of spaceenclosing systems, the building enclosure and their joints are summarised in DIN 18204-1:2018[5]. This thesis gives a general overview of connection details and anchorage systems.Load assumptions are based on DIN 4134:1983 [4], especially the wind load is analysed based on the wind tunnel tests by Horcic [18], Gerhardt [27] and Kassem [25], the available standards DIN 4134:1983 [4] and EN 1991-1-4:2011 [20] are presented and compared. To determine the internal and anchoring forces, two methods are presented: geometric calculations according to DIN 4134:1983 [4] and a method based on design charts by Herzog [31]. The limit states of DIN4134:1983 [4] are revised according to the current technical standards such as DIN 18204-1:2018-11 [5], EN 1993-1-1:2014 [36] and ÖNROM EN 1990:2013 [34] that are based on the semi-probabilistic safety concept. In addition, current regulations according to DIN 4134:1983[4] and European Technical Assessments Nr. Z-10.5-35 [39] are summarised .An exemplary calculation of a regular air-supported structure will be added to the appendix,which considers the different design methods mentioned in this thesis.