Zum Bauen mit biegeweichen Tragelementen : unter besonderer Berücksichtigung der Herstellung und Montage beschichteter Gewebe

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Promotionsschrift ist die Untersuchung des gegenwärtigen Standes der Technik im Realisierungsprozess weitgespannter, leichter Flächentragwerke.<br />Kaum ein Bereich im Bauwesen erfordert eine derart enge Zusammenarbeit aller an der Planung, Herstellung und Ausführung Beteiligten. Von der Formfindung bis zur Zuschnittsermittlung und Detailplanung ist das Zusammenwirken von Architekt, Ingenieur, Fertigungsbetrieben und Montageunternehmen notwendig. Dies ist vor allem auf die Besonderheiten des mechanischen Verhaltens der verwendeten Werkstoffe zurückzuführen.<br />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 eines Membrantragwerks 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.<br />Im hochspezialisierten 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. Die vorliegende Arbeit versucht, diese Wissenslücke zu schließen und eine wesentliche Ergänzung zu den computergestützten Berechnungsverfahren zur Formfindung und Statik zu bilden.<br />Mit der Orientierung an der realen Konstruktion und deren Errichtung werden grundsätzliche Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen der Herstellung und der Montage biegeweicher Tragelemente beleuchtet. Dazu wird umfangreiches Fachwissen in dieser Arbeit zusammengeführt und strukturiert. Darin und in den Klassifizierungen und Definitionen, der für die Montagedurchführung relevanten Kriterien ist auch der Hauptbeitrag dieser Arbeit zur baupraktischen Umsetzung weitgespannter, leichter Flächentragwerke zu sehen. In einzelnen Bereichen werden Optimierungspotenziale für den Planungsprozess von Membrantragwerken hinsichtlich der Montage aufgezeigt.<br />Ausgehend vom stofflichen Aufbau und strukturellen Gefüge der biegeweichen Materialien wird im ersten Hauptteil der Arbeit deren Fertigungsprozess und deren Funktion und Wirkungsweise als Trag- und Verbindungselement erläutert. Dem mechanischen Verhalten beschichteter Gewebe sowie den Kriterien zur Zuschnittsermittlung ist dabei besonderes Augenmerk gewidmet. Darüber hinaus wird auf Füge- und Verbindungstechniken der textilen Flächenelemente und die Besonderheiten hinsichtlich Handhabbarkeit und Montierbarkeit eingegangen.<br />Im zweiten Hauptteil der Arbeit 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.<br />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.<br />Aufbauend auf fertigungs- und bautechnischen Parametern und deren Einflussgrößen werden Montageverfahren zur Errichtung charakteristischer Strukturformen mechanisch gespannter Membrankonstruktionen vorgestellt und anhand ausgewählter Beispiele verdeutlicht.<br />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.<br />Die Arbeit schließt mit einer Diskussion der offenen Fragestellungen in diesem anspruchsvollen Arbeitsgebiet und gibt Ausblick über mögliche Entwicklungen.