Elastische Gitterschalen - Stabilisierung durch Gewebemembrane

Elastische Gitterschalen können durch die Anwendung einer biege-elastischen Formgebung in einem schnellen Aufrichtungsprozess ihre räumliche Geometrie aus einem ebenen Ausgangszustand einnehmen. Dieser spezielle Formgebungsprozess bietet das Potenzial einer deutlichen Zeitersparnis in der Montage, da die Gitterstäbe nicht einzeln sondern das gesamte Gitter gebogen wird und alle Verbindungsknoten der übereinander liegenden Stabscharen im ebenen Zustand am Boden hergestellt werden können. Allerdings besteht die Notwendigkeit, nach Abschluss der Formgebung eine ausreichende Schubsteifigkeit der bis dahin beweglichen Struktur durch eine weitere Stabschar oder diagonale Zugstäbe herzustellen. Die Montage dieser Aussteifungselemente erfordert in der Regel einen hohen Zeitaufwand und zusätzliche Hilfsmittel wie Hubsteiger und Rollgerüste. Damit wird ein großer Vorteil der Bauweise - der schnelle Aufbauprozess elastischer Gitterschalen - deutlich eingeschränkt. Zur Lösung dieses Konflikts in der Montage elastischer Gitterschalen schlagen die Verfasser den Einsatz einer Gewebemembran als Aussteifungselement vor, die zugleich die Raumhülle der Gitterschale bildet. In diesem Aufsatz werden grundsätzliche Überlegungen zur Entwicklung elastischer Gitterschalen insbesondere aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) und das Tragverhalten membranversteifter Gitterschalen am Beispiel eines Stabwerks in Form einer Halbkugel vorgestellt. Es werden verschiedene Varianten der Verbindung von Stabwerk und Membran untersucht und die Resultate numerischer Simulationen (FEM) mit den Messergebnissen am physischen Prototyp verglichen.

Elastic gridshells - Restrained by membrane.
Elastic gridshells making use of a rapid construction process, in which the spatial geometry of the gridshell is obtained by bending an initially flat grid. This particular shaping process saves time during the erection of the structure, as the grid members must not be bent individually but the grid can be shaped as a whole. Moreover, the assembly of the connections between the superposed rod layers of the grid can be done on the ground on a flat geometry. Nevertheless, in order to introduce shear stiffness to the initially unstable grid lattice, an additional layer of beam elements or diagonal cables must be added. The assembling of this bracing layer is usually time-consuming and requires additional supplies such as cherry-pickers or movable scaffolds. In this manner one of the great advantages - the rapid deployability of elastic gridshells - is clearly reduced. In order to accelerate the construction process of deployable elastic gridshells, we propose to use covering textile membranes as stiffening and at the same time cladding surfaces. In this paper we explain the design space for the development of elastic shells mainly made of GFRP and the structural behaviour of an elastic hemispheric gridshell braced with a membrane layer. Different connection configurations between membrane and grid have been analysed in FE-simualtions and the results have been compared with the load bearing behavior of a physical Prototype.