Einfluss fiktiver elastischer Konstanten von textilen Gewebemembranen in der Tragwerksanalyse von Membranstrukturen

Architektonisch anspruchsvolle Leichtbaustrukturen aus räumlich gekrümmten textilen Gewebemembranen werden zunehmend eingesetzt, vor allem wenn große Flächen stützenfrei zu überdachen sind, wie z. B. in Stadien oder großen Hallen. Die räumliche Krümmung gibt der Membrane geometrische Steifigkeit. Trotzdem zeigt sich ein Trend zu immer weniger gekrümmten Membranen. Dadurch nimmt die Bedeutung der geometrischen Steifigkeit für die Spannungen und Verformungen von Membrantragwerken ab, während gleichzeitig die Bedeutung der Materialsteifigkeit zunehmend ins Blickfeld gerät. Das hochgradig nichtlineare anisotrope Materialverhalten beschichteter Gewebemembranen wird bei der Berechnung komplexer Membranstrukturen grob vereinfacht linear-elastisch angenommen. Da einheitliche Regelungen zur Bestimmung fiktiver elastischer Konstanten fehlen, ergibt sich ein großes Spektrum an Werten, das einen erheblichen quantitativen Einfluss auf die rechnerische Beanspruchung der Membrane und der stählernen Primärstruktur haben kann. Ziel dieses Beitrags ist es, diese Problematik beispielhaft an einer typischen Membranstruktur zu verdeutlichen und die Tragwerksplaner dafür zu sensibilisieren.

Importance of fictitious elastic constants of textile fabrics on the structural analysis of membrane structures.
Architecturally ambitious lightweight structures made from spatially curved textile membranes are increasingly used, e. g. for roofing of stadia or big halls. The curvature gives geometric stiffness. However, a trend to structures with small curvature can currently be recognised. This trend decreases the importance of the geometric stiffness and highlights the importance of the material stiffness at the same time. Today, the highly nonlinear material behavior of coated fabrics is roughly been modeled linear-elastic. As a consequence of a lack of consistent rules for the determination of fictitious elastic constants, a great variety of stiffness values can be obtained. In the structural analysis this leads to a spectrum of resulting stresses for the membrane and the primary steel structure. The aim of the presented paper is to illustrate this problem exemplary for a typical membrane structure and to sensitize the structural engineers for that issue.