Membranversteifte Tragwerke

  • Die Arbeit "Membranversteifte Tragwerke" befasst sich mit dem Tragverhalten von membranversteiften Tragwerken. Membranen tragen äußere Lasten über Zugkräfte ab und werden aufgrund ihres geringen Eigengewichts oft im Leichtbau und für große Spannweiten verwendet. Bei Anwendungen im Bauwesen werden Membranen in der Regel multifunktional eingesetzt und dienen sowohl als Tragelement als auch als Wetterschutz. In Anlehnung an Anwendungen wie Segel oder als Hüllmaterial für Luftschiffe werden in membranversteiften Tragwerken die Membranen ausschließlich als tragendes Element eingesetzt. Dies ermöglicht eine freie Anordnung der Membranen und eine monofunktionale Optimierung für das Tragverhalten. In membranversteiften Tragwerken bildet die Membran mit weiteren Druck-, Zug- und Biegeelementen ein hybrides Tragwerk. Die Membran ist dabei unverzichtbarer Teil des Tragwerks, ohne die die Tragfähigkeit nicht gegeben oder deutlich herabgesetzt ist. Während bei linearen Zugelementen die Kräftepfade vorgegeben sind, ermöglichen Membranen durchDie Arbeit "Membranversteifte Tragwerke" befasst sich mit dem Tragverhalten von membranversteiften Tragwerken. Membranen tragen äußere Lasten über Zugkräfte ab und werden aufgrund ihres geringen Eigengewichts oft im Leichtbau und für große Spannweiten verwendet. Bei Anwendungen im Bauwesen werden Membranen in der Regel multifunktional eingesetzt und dienen sowohl als Tragelement als auch als Wetterschutz. In Anlehnung an Anwendungen wie Segel oder als Hüllmaterial für Luftschiffe werden in membranversteiften Tragwerken die Membranen ausschließlich als tragendes Element eingesetzt. Dies ermöglicht eine freie Anordnung der Membranen und eine monofunktionale Optimierung für das Tragverhalten. In membranversteiften Tragwerken bildet die Membran mit weiteren Druck-, Zug- und Biegeelementen ein hybrides Tragwerk. Die Membran ist dabei unverzichtbarer Teil des Tragwerks, ohne die die Tragfähigkeit nicht gegeben oder deutlich herabgesetzt ist. Während bei linearen Zugelementen die Kräftepfade vorgegeben sind, ermöglichen Membranen durch ihre zweidimensionale Geometrie eine freie Einstellung der Kräftepfade. Die Membranen können auch ohne Krümmung eingesetzt werden und sind in der Regel einachsig beansprucht. Das Tragwirkung der Membran kann nach dem Prinzip der Formstabilisierung oder dem Prinzip der Kopplung beschrieben werden: Das Prinzip der Formstabilisierung wirkt den Verformungen des Gesamtsystems entgegen. Beim Prinzip der Kopplung stellt die Membran eine kraftübertragende Verbindung zwischen zwei Tragelementen her und erzeugt einen zusammengesetzten Querschnitt. Meist überlagern sich beide Tragprinzipien. Als Anwendungen werden ein membranversteifter Bogen, eine membranversteifte Stütze und ein membranversteifter Träger untersucht. Die Untersuchungen erfolgen sowohl numerisch als auch experimentell. Die äußere Belastung, die Geometrie und Anordnung der Struktur, die Materialsteifigkeit der Membran und der übrigen Tragelemente, die Orientierung der orthotropen Membran, der Randanschluss der Membran und eine Vorspannung der Membran beeinflussen sich gegenseitig. Die Interaktion und der Einfluss der einzelnen Parameter werden beschrieben. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen membranversteiften Strukturen werden aufgezeigt. Die vorliegende Ergebnisse ermöglichen ein tieferes Verständnis über das Tragverhalten membranversteifter Tragwerke.zeige mehrzeige weniger
  • The work "Membranversteifte Tragwerke" investigates the structural behaviour of membrane-restrained structures. Membranes transfer loads via tension forces and are often used in lightweight and wide-span structures due to their low self-weight. In building structures, membranes are predominantly multi-functional being used as both structural and as weather-protection elements. In membrane-restrained structures, the membrane is used exclusively as a structural element as in applications such as sails or airships. This permits a free design of the membrane and a single-functional optimisation with regard to its structural behaviour. In membrane-restrained structures, the combination of membranes together with compression-, tension- or bending-elements forms a hybrid structure. Subsequently, the membrane is an indispensable component of the structure and without it, the load-bearing capacity is nonexistent or at least significantly reduced. Linear tension-elements have a given force-path whereas membranes, due to their two-dimensionalThe work "Membranversteifte Tragwerke" investigates the structural behaviour of membrane-restrained structures. Membranes transfer loads via tension forces and are often used in lightweight and wide-span structures due to their low self-weight. In building structures, membranes are predominantly multi-functional being used as both structural and as weather-protection elements. In membrane-restrained structures, the membrane is used exclusively as a structural element as in applications such as sails or airships. This permits a free design of the membrane and a single-functional optimisation with regard to its structural behaviour. In membrane-restrained structures, the combination of membranes together with compression-, tension- or bending-elements forms a hybrid structure. Subsequently, the membrane is an indispensable component of the structure and without it, the load-bearing capacity is nonexistent or at least significantly reduced. Linear tension-elements have a given force-path whereas membranes, due to their two-dimensional geometry, enable a free orientation of the force in two dimensions. Membranes can be used without curvature and they are normally only uniaxially stressed. The structural behaviour of the membrane can be categorized by the principle of form-stabilisation and the principle of coupling. Form-stabilisation limits the deformation of the structure. The goal of coupling structural elements by means of a membrane is to transfer shear forces between the elements and to create a composite cross-section. Most of the time, both principles are employed simultaneously. A membrane-restrained arch, a membrane-restrained column and a membrane-restrained girder are researched as applications in this work. The investigations are performed both numerically and experimentally. The external loads, the geometry and arrangement of the structure, the material-stiffness of the membrane and of the other structural elements, the orientation of the orthotropic membrane, the detailing of the membrane-edge as well as the pre-stress of the membrane all influence one another. The interaction and the influence of the individual parameters are described. The similarities and differences between different membrane-restrained structures are described. The presented results offer a deeper understanding of the structural behaviour of membrane-restrained structures.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Verfasserangaben:Dr.-Ing. Holger Alpermann
URN:urn:nbn:de:kobv:b170-8489
Gutachter*in:Prof. Dr.-Ing. Christoph Gengnagel, Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich, Dr.-Ing. Rolf Luchsinger
Dokumentart:Dissertation
Sprache:Deutsch
Datum der Veröffentlichung (online):27.01.2015
Datum der Erstveröffentlichung:04.02.2015
Veröffentlichende Institution:Universität der Künste Berlin
Titel verleihende Institution:Universität der Künste Berlin, Fakultät Gestaltung
Datum der Abschlussprüfung:18.06.2014
Datum der Freischaltung:04.02.2015
Freies Schlagwort / Tag:Membran; hybride Tragwerke; zugversteifte Struktur
GND-Schlagwort:MembranGND; TragwerkGND
Seitenzahl:214
Fakultäten und Einrichtungen:Fakultät Gestaltung
DDC-Klassifikation:7 Künste und Unterhaltung / 70 Künste / 700 Künste; Bildende und angewandte Kunst
Lizenz (Deutsch):Keine Lizenz – Urheberrechtsschutz
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