Wussten Sie, dass sich aus Textilien Fußballstadien erstellen lassen? Architekten für textile Architektur (für Membranbau) heißen die Designer hinter dieser sehr komplexen Bauweise. Wir erklären Ihnen, was Membranbau eigentlich ist, wo Sie Membranbau vorfinden können und wer diese Architektur in Deutschland anbietet.
Textile Architektur – Membranbau
Wenn man von textiler Architektur, dem Membranbau, spricht, meint man das Konstruieren von Gebäudehüllen.
Anstelle von Stein oder Holz werden für Wände und Dächer Textilien, also Gewebestoffe, verwendet.
Als Baumaterialien kommen hauptsächlich Membranen und als Stütze Seile zum Einsatz.
Membran
Das Besondere einer Membran ist ihre Fähigkeit, unter Belastung Zugkräfte aufzunehmen und an ihre Außenseiten abzugeben. Die Kraft, die auf die Membran einwirkt, wird von der Membran selbst verteilt. Dieser Zustand wird Membranspannungszustand genannt. Durch ihn erreicht sie eine enorme Widerstandsfähigkeit
Seile
Seile sind elastische und biegsame Elemente, die bei der textilen Architektur zur Übertragung der Zugkräfte verwendet werden. Die Seile sorgen durch ihre Zugkraft für die Membranspannung. Die Kunst dabei ist, die Zugkraft so zu bemessen, dass weder das Seil noch die Membran durch diese Kraft Schaden nehmen.
Materialien für textiles Bauen
Membranbau besteht aus sogenannten technischen oder industriellen Textilien. Die Definition soll diese Materialien gegenüber den Modetextilien abgrenzen.
Zu den technischen Textilien zählen:
Technisches Baumwollgewebe, Acryl- & Polyesterfaser Stoffe und Sonnensegeltuch:
Diese Materialien eignen sich für den Innenbereich und für das Überspannen eines begrenzten Areals. Je nach Art des Materials ist es wasserabweisend oder wasserdurchlässig.
Mehr Infos zu den Eigenschaften vom Sonnensegeltuch finden Sie auf www.sonnensegel-pina.de.
Polyestergewebe mit PVC-Beschichtung (PES-PVC):
Diese Membran kann für innen und außen verwendet werden. Sie ist wandelbar und demnach falt- und raffbar und besitzt eine geringe Knick- empfindlichkeit. Außerdem ist das Material schwer entflammbar und besitzt einen hohen UV-Schutz.
PVC ist generell schmutzanfällig und sollte mit einer Schutzschicht (wie Fluorlack) versehen werden.
Dafür ist die Reißfestigkeit sehr hoch. Auch wenn das Material angerissen ist, ist die Gefahr gering, dass es weiter aufreißt. Eine Entsorgung von PES-PVC ist aufgrund giftiger Zusätze sehr problematisch.
Glasfasergewebe mit PTFE:
PTFE steht für Polytetrafluorethylen. PTFE–beschichtetes Glasfasergewebe ist nicht wandelbar, das heißt, es lässt sich nicht falten oder raffen. Die Weiterreißfestigkeit ist geringer als bei Polyester mit PVC. Die Knickempfindlichkeit ist hoch. Als Konstruktion, die auf- und abgebaut werden soll (wie zum Beispiel Eventhallen), eignet sich Glasfasergewebe mit PTFE-Beschichtung nicht. Stattdessen wird es für langfristig stehende Bauten verwendet.
Silikon-beschichtetes Glasfasergewebe:
Im Gegensatz zu PTFE ist Silikon als Beschichtung sehr flexibel. Daher ist die Knickempfindlichkeit sehr gering.
Die Silikonbeschichtung hält UV-Strahlung stand und Temperaturen bis zu 70 Grad Celsius aus. Silikon besitzt ebenso eine geringe Weiterreißfähigkeit, sodass ein Riss nicht unbedingt zum Verfall des Baus führt. Auch die Entsorgung ist unproblematisch, sowohl Glas als auch Silikon lassen sich wiederverwerten. Bei der Reinigung ist zu beachten, dass sich Silikon auflädt und Staubpartikel anzieht. Daher ist hier ein antistatischer Lack empfehlenswert.
Folien:
ETFE-Folie: Ethylen-Tetrafluorethylen findet als Folienkissen beispielsweise Verwendung bei Freihallen wie Schwimmbäder oder Gewächshäuser. Diese Folien verfügen über geringes Eigengewicht und eine hohe Lichtdurchlässigkeit. Das in Leipzig neu gebaute Gondwanaland wird beispielsweise von ETFE-Folien überdacht. Eine der berühmtesten ETFE-Folien-Bauten ist der Water Cube in Peking, der aus 100 Tonnen dieser Folien besteht. Das Material ist schmutzunanfällig und lässt sich umweltgerecht entsorgen.
Diese als technische Textilien bezeichneten Materialen werden bei der textilen Architektur verwendet. Im Gegensatz zu Stahl oder Beton haben sie ein wesentlich leichteres Gewicht. Während Metall und Stein Wind und Wetter unter anderem auch aufgrund der schweren Bauweise trotzen, halten Bauten aus Membranen aufgrund ihrer besonderen Materialstruktur und der bis aufs Kleinste durchdachten Statik den Umwelteinflüssen stand. In der Regel wiegt ein Membranbau etwa ein Drittel eines herkömmlichen Baus.
Für die textile Architektur wird am meisten Polyestergewebe mit PVC (PES-PVC) genutzt. Das Material ist zum einen kostengünstig. Zum anderen ist es leicht zu verarbeiten bzw. zu schweißen und, wie bereits erwähnt, knickunempfindlich. PES-PVC ist langlebig und erreicht eine Lebensdauer von 15 Jahren.
Regeln für Membranbau zum Nachlesen
Wann welche Membranen beim Bau zum Einsatz kommen sollten, steht in der „Fibel“ für textile Architektur: Tensinet European Design Guide for Tensile Surface Structures. Dieser Guide wird herausgegeben von der TensiNet Association. Die Organisation beschäftigt sich mit allen Themen rund um den Bau mit spannbaren Materialien, wie Membranen und Seile.
Methoden
Getragen wird textile Architektur durch Stützen und Seile. Dabei können durchaus auch Stützen oder Seile aus Stahl zum Einsatz kommen. Drei Stützungsarten sind beim Membranbau entscheidend. Je nach Material und Größe der Fläche werden folgende Stützungsarten für Seilkonstruktionen verwendet:
Punktförmige Stützung: Membrane mit Hoch- und Tiefpunkten
Linienförmige Stützung: Membrane in Bogenform gestützt
Flächige Stützung: Membrane mit Kehl-/Gratseilen
Quelle: Melanie Schmidt, TU München
Grundregeln beim Membranbau
Segelfläche: Segelflächen werden mithilfe vier angelegter diagonal zueinander verlaufender Befestigungspunkte geschaffen. Die sich jeweils gegenüberliegenden Punkte sind identisch oder ähnlich, unterscheiden sich aber von den jeweils anderen beiden Punkten. Zum Beispiel könnten sich bei einem Rechteck die gegenüberliegenden Punkte A und C auf dem Boden befinden und B und D je an einem Mast. Das Ergebnis wäre eine Sattelfläche, bestehend aus zwei niedrigeren und zwei höheren Seiten. Die Sattelfläche besitzt mindestens vier Eckpunkte. Je nach gewählter Form können es auch mehr sein.
Bogenfläche: Bei dieser textilen Architektur werden Folien oder andere fasergebundenen Gewebe in einen Stahlrahmen gefasst, der wiederum mit Stahlbögen versehen wird. Die Stahlbögen bilden die Stütze für die Membranen.
Hochpunktfläche: Liegen die Stützen punktuell oder linear unter bzw. über den Membranen, entstehen sogenannte Hochpunktflächen, ähnlich wie beim einem Schirm die Spitze.
Konstruktionsprinzipien
Tragwerkgestützte Membranen: Wenn Membranen vom Tragwerk anstelle von Seilen getragen werden, spricht man von diesem Konstruktionsprinzip. Ein Beispiel wäre das mit ETFE-Folien-Kissen montierte Dach des Leipziger Gondwanalandes. Die Folien sind dabei in eine Stahlkonstruktion eingepasst.
Spannkonstruktionen: Membranen werden mithilfe von Seilen und Masten linienförmig bzw. punktuell gespannt (siehe zum Beispiel Grundregel Sattelfläche oder Höhenpunktfläche).
Luftgestützte Konstruktionen: Mittels eines Luftstützgebläses wird unter die Membrankonstruktion ein Überdruck erzeugt und somit die Konstruktion zum Schweben gebracht. Diese sogenannte Traglufthalle kommt ohne weitere Tragwerke aus. Die Membrankonstruktionen bestehen zumeist aus mehreren Membran- sowie Isolier- und Dämmschichten.
Luftgestützte Konstruktionen werden häufig als temporäre Überdachung bei Sportveranstaltungen genutzt. Zunehmend werden sie als Schutzhülle für außenliegende Schwimmbecken verwendet, sodass auch in kälteren Monaten hier Schwimmen möglich sein kann.
Stahlbau bei der textilen Architektur?
Ein Blick auf die Konstruktionsprinzipien zeigen, dass auch Stahlbau bei der textilen Architektur eine Rolle spielen kann. Ob es sich nun um einen Stahlbau mit textilen Bauelementen handelt oder ein textiler Bau mit Trägerelementen aus Stahl, da sind sich selbst die Experten nicht immer einig. Ob das Textil oder die Folie noch das bestimmende Merkmal der Konstruktion sind, hänge von vielen Faktoren ab, so Dr.-Ing. W. Haase vom ILEK – Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren. Dabei scheine ihm eines jedoch von besonderer Relevanz zu sein: „Nämlich die Frage, ob dieses das flächenbildende oder flächenumschließende Element der Konstruktion darstellt oder nicht.“
So besteht beispielsweise das Tropendach vom Leipziger Gondwanaland aus 441 ETFE-Folien, die durch einen mittels Druckluft erzeugten Überdruck zu Zweikammer-Kissen geformt werden. Träger des Daches sind jedoch keine industriellen Textilien, sondern ein aus Stahl bestehendes Sekundärtragewerk.
Holz statt Stahl als Alternative
Dass es auch natürlicher geht, zeigt die HP Gasser AG aus der Schweiz. Ihr Spezialgebiet sind die Holz-Membran-Hallen. Dieser Bau wird durch Holzmasten getragen. Das Dach besteht aus einem Holzgerüst mit gespannter Membran. Als Bodenträger kann je nach Zweck und Optik auch Stahl verwendet werden, wie zum Beispiel als Terrassenüberdachung. Das bleibt eine Frage der eigenen Ästhetik.
Beispiele für Textile Architektur
Die Halle und Hallen-Fassaden bestehen aus 100 Tonnen ETFE-Folien.
Soccer City Stadium Johannesburg (Südafrika, Fußballweltmeisterschaft), konstruiert von der Firma Hightex aus Bernau.
Membranbau-Architekten in Deutschland
In Deutschland gibt es das Netzwerk „Textile Architektur“, dessen Mitglieder Firmen und Architekten aus Deutschland sind, bei denen Membranbau zum Berufsalltag gehört. Die Homepage zum Netzwerk lautet: www.textile-architektur.de. Unter Netzwerk-Partner werden die Mitglieder alphabetisch aufgelistet.
Dazu gehört unter anderem auch die Agentur 3dtex GmbH aus Berlin, die Planex Technik aus Ludwigshafen.
Geführt wird das Netzwerk durch den Leichtbau-Experten Dr.-Ing. Lars Meeß Olsohn aus Nordrhein-Westfalen. Auf seiner Webpräsenz sind zahlreiche seiner Projekte näher beschrieben. Meeß-Olsohn ist zudem im Netzwerk RAIV, Ruhrländischer Architekten- und Ingenieur-Verein, aktiv.
Weitere Architekten bzw. Bauunternehmen, die sich mit Textiler Architektur beschäftigen, sind zum Beispiel:
A. Arnegger GmbH – Unternehmen aus Leutkirch, das unter anderem Bühnenüberdachungen, Wind- und Sonnenschutz, Zeltplanen oder textile Fassaden-Kleidungen konfektioniert und repariert.
Kiefer. Textile Architektur – der freie Architekt Dr.-Ing. Michael Kiefer und sein Team aus Radolfzell sind für Planung und Berechnung von leichten bzw. textilen Flächentragwerken zuständig.
Koch Membranen GmbH – das Unternehmen war unter anderem am Bau der Olympiade-Stätten 1972 in München beteiligt. Seither werden Projekte in der textilen Architektur realisiert. So werden beispielsweise Fassaden oder Dächer mit Membranen gestaltet. Darüber hinaus beschäftigt sich Koch Membranen ebenso mit einer optimalen Licht- und Akustik-Technik für den Membranbau.
3dtex GmbH – das Berliner Unternehmen 3dtx hat sich auf textile Architektur spezialisiert. Hier werden nicht nur die Membranbauten entworfen, sondern es können auch alle benötigten Teile von Membran bis Seile durch 3dtex gefertigt werden. Außerdem übernimmt das Unternehmen ebenso die Beratung, Projektsteuerung und Montageplanung und führt die Montage vor Ort aus.
Flontex – das Beratungsunternehmen ist hauptsächlich in Projekte mit PTFE-Glas-Gewebe involviert. Bei mehr als 200 dieser Vorhaben wurden von Flontex betreut. Einer der Meilensteine des Unternehmens war das Qualitätsmanagement und die Steuerung für Pilgerzelte in Mina, Saudi-Arabien – insgesamt mussten dafür rund 3,5 Millionen qm entworfen, gefertigt und montiert werden.
Schneidewind – das Unternehmen unter Ralf Schneidewind fertigt Trichter. Dachplanen und andere Membranbauten. Darunter sind Bauten für Freibäder, Fahrgeschäfte wie Scooter. Die Schneidewind-Trichter hatten ihren Einsatz zum Beispiel als Überdachung für die Gartenschau 2009 in Schwerin. Auch die Terrassen am Berliner Restaurant Spindler & Klatt sind mit textilen Überdachungen von Schneidewind versehen.
MDT-Tex – haben ihre Standorte in der Schweiz, in Deutschland und in den USA. In Deutschland sind MDT Tex im baden-württembergischen Hardheim stationiert. Seit mehr als 20 Jahren fertigen sie textile Architektur vom Sonnenschirm bis zum Membrandach. Die textile und zu 100 Prozent wasserdichte Überdachung des Restaurants Aqua Luna in Riga zählt zu ihren Referenzen. Dort wurde eine Fläche von 160 qm überdacht.
Software für textile Architektur
Im Membranbau gibt es einzelne Programme, die den Planern und Architekten in ihrer Kalkulation unterstützen sollen.
Formfinder ist eine solche Software, von den Herstellern als Design-Software bezeichnet. Genauer gesagt, ist die Software für Projekte im Bereich des Tensil-Membranbaus geeignet. Dafür wurde sie konzipiert und entwickelt. Die Planer erhalten Unterstützung beim Gestalten, in den Planungsschritten und ebenso in der Kosten-Nutzen-Analyse. Tensil meint grob gesprochen: Spannkonstruktion, bestehend aus Textilien und entsprechenden Zughilfen, den Seilen.
Entwickelt und vertrieben wird diese Software für Formfindung von der österreichischen Firma Formfinder Software GmbH, deren Standort sich in der Hauptstadt Wien befindet. Die Entwicklungsabteilung selbst sitzt in Lienz, Osttirol. Neben den beiden Standorten hat Formfinder Software in gut zehn Ländern weltweit eigene Trainingscenter aufgebaut.
Mehr über die Firma und die Software Formfinder können Sie unter www.formfinder.at nachlesen.
Letztendlich handelt es sich wie bei jeder Bau-Software um Statikberechnungen, nur dass diese konkret für textile Architektur bzw. Spannkonstruktionen Verwendung finden. Weitere Softwares dieser Art sind zum Beispiel RFEM oder RSTAB. Beide stammen von der Dlubal Software GmbH aus Tiefenbach, Deutschland. Der Bau der Fassade an der Münchner Allianz-Arena wurde beispielsweise mit Dlubal-Software berechnet. Die Arena ist mit ETFE-Kissen versehen.
Während die Software RSTAB die Primärkonstruktion für Membranbau bemisst, modelliert und berechnet RFEM die Membrane gemeinsam mit der tragenden Struktur, zum Beispiel Anschlussbleche oder Fittinge, wie es auf der Webseite der Firma heißt. Die RSTAB kann zusammen mit Easy (Softwaremodul von Technet) nicht lineare Membranen und pneumatische Kissen, wie zum Beispiel solche an der Allianz-Arena, berechnen.
Mehr über die beiden Software-Typen von Dlubal erfahren Sie unter www.dlubal.com.
Forschung Textile Architektur
In verschiedenen Instituten der Universitäten in Deutschland wird an neuen und effizienteren Methoden und Materialen für Membran- und Leichtbau gearbeitet. Zu diesem gehören unter anderem das ILEK – Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren.
Auch das Forschungskuratorium Textilforschung widmet sich neben anderen Themenfeldern dem Textilen Bauen.
Literatur über textile Architektur
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Neben dem bereits erwähnten Gemeinschaftswerk „Tensinet European Design Guide for Tensile Surface Structures“ gibt es weitere Bücher, die sich mit der Thematik Membranbau beschäftigen.
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In Deutschland wurde das Buch „Textile Architektur“ von Sylvie Krüger im September 2009 im Jovis Verlag Berlin veröffentlicht, das inzwischen zu den Standardwerken zählt.
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Ebenso zählt das Buch „Das Gesamtwerk: Leicht bauen – natürlich gestalten“ zum Grundrepertoire. Dieses Fachbuch wurde von Otto Frei verfasst, dem maßgeblichen Architekten der textilen Überdachung des Münchner Olympiastadions.
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Ein weiterer Literaturtipp ist das Buch „Textile Hüllen. Bauen mit biegeweichen Tragelementen“ von Michael Seidel. Es wurde 2008 veröffentlicht und befasst sich eingehend mit Materialien, Konstruktionen und Montage textiler Gebäudehüllen.
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„BAUEN MIT FASERN“ Textilbeton und - membranen für die Architektur des 21. Jahrhunderts - » Online hier verfügbar «
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"Textile Überdachungen von Kinderspielplätzen" - Bauforschung, Fraunhofer IRB Verlag - » Online hier verfügbar «
Autor: Siegfried Bühner
