Membranbau Technologie

Textiles Bauen in der modernen Architektur

MEMBRANEN UND ETFE-FOLIE

Im Vergleich zu den bekannten und bewährten Baustoffen wie Stein, Holz, Stahl, Beton und Glas sind Membranen und ETFE-Folie baugeschichtlich betrachtet ein noch verhältnismäßig junges Produkt. Obwohl bereits unsere Vorfahren in der Urzeit auf die Idee gekommen sind, ihre Behausungen oder Vorräte mit Tierhäuten oder später mit geknüpften Decken zum Schutz gegen Wind und Wetter zu bespannen.

Heute ist die Membran Architektur, auch unter dem Begriff Textiles Bauen bekannt, eine hochentwickelte Technologie und eignet sich für die verschiedenartigsten Anwendungen wie Überdachungen, Gebäudefassaden oder als Gebäudehüllen, vorwiegend als Wetterschutz, aber auch als architektonisches Gestaltungselement.

Definitionsgemäß sind Membranen dünne, gespannte Folien, wie beispielsweise das Trommelfell oder die Flügelbespannung der Fledermaus. Weitere unzählige, von der Natur geschaffene Formen und Gesetzmäßigkeiten haben die Wissenschaftler um den Architekten Frei Otto dazu geführt und motiviert, die Grundlagen für eine neue Tragwerkstechnologie zu erforschen und diese für die Anwendung in der Praxis zu entwickeln.

Neben einer Vielzahl von bautechnischen Neuentwicklungen sind leichte Flächentragwerke aus auf Zug beanspruchten Membranen entstanden, bei welchen die Belastungen aus Wind und Schnee über die gegensinnig gekrümmte (antiklastische) Form der Flächen abgetragen werden. Meistens sind textile Bauten räumliche Tragwerke, bestehend aus einer Kombination von tragenden Elementen aus Membran, Stahl und Seilen, wobei letztere zur Unterstützung der Befestigung und Spannung der Membran dienen. Die einfachste und klassische Grundform ist dabei das sogenannte Vierpunktsegel, dessen typische Form ähnlich einem Sattel ist.

VIERPUNKTSEGEL

Auch luftgestützte Membranstrukturen wie Traglufthallen oder Kissen finden häufig Anwendung. Dabei handelt es sich um gleichsinnig gekrümmte (synklastische) Formen, welche mittels eines Luftüberdruckes statisch stabil gehalten werden. Als Werkstoff haben sich beschichtete Gewebe bewährt und durchgesetzt. Unterschieden werden im Wesentlichen hochreißfeste Polyestergewebe mit PVC-Beschichtung und hochreißfeste Glasgewebe mit PTFE-Beschichtung, aber auch Anwendungen mit ETFE-Folien als pneumatische Kissen oder einlagig gespannt. Je nach Anwendung wird die entsprechende Materialqualität gewählt. Die wichtigsten Qualitätseigenschaften sind die hohe Reißfestigkeit, das geringe Gewicht, die hohe Lichtdurchlässigkeit, die widerstandsfähige Oberflächenbeschaffenheit, das Brandverhalten und die große Dauerhaftigkeit.

GewebePES/PVC
Acrylfinish
PES/PVC
PVDFfinish
Glas/PTFE
Durchschnittl. Lebensdauer10–15 Jahre15–20 JahreÜber 25 Jahre
Witterungsbeständigkeitxxxxxxx
Anschmutzverhaltenxxxxxx
Transluzenzxxxxxxxxx
Brandverhaltenxxxxxxx
Knickbeständigkeitxxxxx(x)
Kosten (Basis: 100)100110200/250
EinsatzgebieteTemporäre und
permanente
Bauten
Temporäre und
permanente
Bauten
Permanente
Bauten

BEWERTUNGSKLASSIFIZIERUNG:

(x) = unbefriedigend; x = befriedigend; xx = gut; xxx = sehr gut Die Planung von Membranbauten ist ein interdisziplinärer Prozess wie bei konventionellen Bauvorhaben, der sich zwischen Bauherr und Nutzer, Architekt, Ingenieur und Unternehmer abspielt. Wichtig ist die Kenntnis der Anforderungen an das Bauwerk sowie die sachlich und fachlich richtige Berücksichtigung der gesetzmäßigen Eigenschaften und Möglichkeiten der Membran-Architektur. Für die Formfindung, die statische Berechnung und die Detailplanung stehen dem Planer hochwertige Berechnungsprogramme zur Verfügung, welche eine große Hilfe darstellen und somit eine sichere und wirtschaftliche Projektierung ermöglichen. Die Planungsphasen unterscheiden sich kaum von der Planung konventioneller Bauvorhaben.

Was die Ausführung betrifft, kann von einer Montagebauweise gesprochen werden, da die einzelnen Tragwerkselemente im Werk vorgefertigt und am Montageort zusammengebaut werden. Die Membranen werden im Werk konfektioniert, d. h., aus ebenem Material von der Rolle zugeschnitten und zur vorberechneten, räumlichen Form verschweißt – wobei alle Details zur sach- und fachgerechten Befestigung und Vorspannung ausgeführt werden.

WANN IST MEMBRAN-ARCHITEKTUR RICHTIG

Textile Gewebe aus hochfestem Polyester- oder Glasgewebe und ETFE-Folien eröffnen vollkommen neue Dimensionen im Baubereich. Bedingt durch die hohe Flexibilität, das geringe Flächengewicht bei zugleich extrem hoher Zugfestigkeit sowie Lichtdurchlässigkeit des Materials ist es möglich, ...

  • große Flächen stützenfrei zu überdachen
  • lichtdurchflutete Räume zu gestalten
  • vollkommen neue Formen baulich umzusetzen
  • durch Gestaltung und Farbe ein einprägsames Erscheinungsbild zu geben
  • temporäre Strukturen und Bauwerke zu erstellen und sie an anderer Stelle wiederzuverwenden
  • ressourcenschonend zu bauen
  • vollkommen neue Baubereiche zu erschließen

Die Möglichkeiten dieser Bauweise sind sehr vielseitig. Membranen, meistens als Dach- oder Fassadenkonstruktion konzipiert, sorgen für den sicheren Schutz vor Wind und Wetter und mehr als das. Membranen in mehrlagiger Ausführung haben einen guten Wärmedämmwert und bieten zusätzlichen Schallschutz. Zudem gibt es Membrankonstruktionen, welche mit einer zusätzlichen Wärmedämmung versehen sind. Membranen gibt es mit hoher Lichtdurchlässigkeit, aber auch in lichtundurchlässiger Ausführung. Während kunststoffbeschichtete Polyestergewebe in allen Farben erhältlich sind, werden beschichtete Glasgewebe hauptsächlich in weißer Farbe ausgeführt. Weiße oder helle Farben werden häufiger gewählt, da diese optisch eine gute Wirkung haben und zudem die Lichtdurchlässigkeit optimal ist.

BOGENDACHMEMBRANE

HOCHPUNKTDACHMEMBRANE

Obwohl die physikalisch geforderten Gesetzmäßigkeiten eingehalten werden müssen, sind die formalen Gestaltungsmöglichkeiten in der Membran-Architektur äußerst vielseitig. Oft hat neben der Erfüllung der funktionalen Anforderung die Formwahl einer Membran einen rein architektonisch gestalterischen Hintergrund, nicht selten motiviert durch das Marketingkonzept des Auftraggebers. Daher kann eine gut gelungene Membranbaustruktur zum Image eines Bauwerkes oder eines Unternehmens einen nicht unwesentlichen Beitrag leisten. Für den temporären Einsatz eignen sich Membranen aus kunststoffbeschichtetem Polyestergewebe geradezu ideal. Der Auf- und Abbau ist wegen des geringen Gewichts und der Flexibilität des Materials einfach und leicht möglich. Auch die sogenannten wandelbaren Dächer, dies sind Dachkonstruktionen mit automatischem Öffnungs- und Schließmechanismus, werden ausschließlich aus kunststoffbeschichtetem Polyestergewebe gefertigt.<br/> Die Kosten sind ein wichtiges Kriterium, wenn es darum geht, sich für eine Bauart zu entscheiden. Bekanntlich gibt es bis heute keine Baukonstruktion, die in jedem Fall immer die preiswerteste ist. Dies gilt genauso für die Membran-Architektur. Allgemein kann gesagt werden, dass Membranbauten dann preislich günstig sind, wenn große Spannweiten und Flächen überdacht werden sollen oder die Konstruktion einen großen Wiederholungsfaktor hat.<br/> Ein wichtiger Hinweis ist die Tatsache, dass die Membran als Werkstoff in Deutschland bisher keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung hat und daher fallweise die Erlangung der Zustimmung im Einzelfall zu erfolgen hat. Obwohl dieser Prozess allmählich zur Routine geworden ist, kann es bei unsorgfältiger Aufbereitung der Unterlagen und bei Versuchen zu unliebsamen Zeitverzögerungen kommen.

MEMBRAN-ARCHITEKTUR HEUTE

Die Membran-Architektur hat sich zu einer Hightech-Bauweise entwickelt, welche sich einer großen Beliebtheit erfreut. Im Folgenden soll dargestellt werden, in welchen Bereichen oder in welchen Marketingfeldern die Membran-Architektur häufig zur Anwendung kommt, was die Trends und deren vordergründige Argumente dafür sind. Wie bereits in der Vergangenheit, so sind auch heute textile Bauwerke vermehrt dort anzutreffen, wo sich irgendetwas mit Freizeit abspielt oder wo sich Menschen in ihrer Freizeit treffen. Membranbaustrukturen mit ihren speziellen, oft etwas verspielten Formen sind nicht nur leicht und hell, sondern wirken leicht und vermitteln etwas Einladendes und fordern dazu auf, sich zu freuen. Die Erfahrung zeigt, dass tatsächlich die meisten Menschen diese Atmosphäre unter einem Membrandach schätzen und sich wohlfühlen. Oft ist es die originelle Idee, der besondere Einfall, der dazu führt, mit etwas nicht Alltäglichem erfolgreich zu werden und zu sein. Die Membran-Architektur hat inzwischen einen festen Platz in der Bautechnik eingenommen, was die Vielzahl von praktischen Anwendungen unter Beweis stellt.

KULTUR

Als Wetterschutzdächer sind leichte Flächentragwerke aus Membranen für Theater und Konzerte die ideale Lösung. Da Veranstaltungen in Amphitheatern meistens technisch und finanziell sehr aufwendig sind, möchte man diese vom Wetter unabhängig durchführen und versieht die Stätten vorzugsweise mit einer Überdachung. Die Montage und Demontage von temporären (mobilen) Dächern sind relativ einfach und daher wird diese Lösung für den Sommerbetrieb von Kulturveranstaltungen sehr oft gewählt. Die Schneebelastung muss bei der Berechnung und Konstruktion nicht berücksichtigt werden und es entstehen relativ leichte und somit wirtschaftliche Lösungen. Aber auch als festes Bauwerk für den Schutz von Denkmälern oder Museen und auch als Theaterbau ist die Membran-Architektur sehr gut geeignet. Für die Wärmedämmung und den Schallschutz sind von den Planern und Unternehmen geeignete Systeme entwickelt worden, welche sich sehr gut bewährt haben. Hier profitiert der Bauherr nicht nur von der funktionalen Zweckerfüllung, sondern auch vom Zusatznutzen des Bauwerkes als ausgezeichneten Imageträger.

Anwendungsbeispiele:
Musicaltheater: Musicaltheater König der Löwen, Hamburg

TRANSPORT

Membranbauten als Überdachung von Terminalgebäuden bei Flughäfen, von Bahnhofshallen oder Busstationen sind mehr als eine Alternative zu Dachkonstruktionen aus Blech oder Glas. An diesen Orten, wo sich Menschen tagtäglich begegnen, hat die Architektur den Anspruch, etwas Spezielles, ja Fröhliches zu sein. Wiederum sind es die Leichtigkeit der Struktur und das Spiel mit dem Licht, welche Begeisterung auslösen und problemlos Akzeptanz finden. Bei der Wahl des geeigneten Materials ist besondere Aufmerksamkeit angebracht. Um schnelles und unschönes Anschmutzen der Membranoberfläche zu vermeiden und auch einen erhöhten Brandschutz zu erreichen, empfiehlt sich der Einsatz von PTFE-beschichtetem Glasgewebe.

Flughafen: Denver Airport, USA

SPORT

Seit über 30 Jahren werden Membrandächer für Sportstadien und Sportarenen geplant und gebaut. Das Olympiastadion in München ist zwar kein Membrandach, gehört aber auch zur Familie der sogenannten leichten Flächentragwerke. Inzwischen gibt es weltweit eine ansehnliche Anzahl gut gelungener Sportstadien-Überdachungen, die mit dem Tragwerksprinzip von räumlichen Seiltragwerken mit Membranbespannung konzipiert sind. Es sind die Faszination der Leichtigkeit von Struktur und Form sowie das geringe Konstruktionsgewicht, welche für diese Lösung sprechen und vermehrt Architekten und Bauherrn überzeugen. Membrandächer lassen sich stützenfrei über große Spannweiten bauen. Es entfallen störende Stützen, welche den Blickwinkel der Zuschauer einschränken. Die Besucher von Stadien wollen die Sportveranstaltung bequem und von Wind und Wetter geschützt genießen. Auch Besucher von Kunsteisbahnen möchten bei schlechtem Wetter ihren geliebten Sport ausüben. Ein Membrandach kann dies sicherstellen und hilft zusätzlich noch, Energie einzusparen.

Sportstadien: Daimlerstadion, Stuttgart

ARCHITEKTUR

In zunehmendem Maße verstehen es Architekten, Membranbaustrukturen im Rahmen von komplexen Bauaufgaben in das Gesamtkonzept zu integrieren. Meistens als Dachkonstruktion über Eingängen oder Zugängen, Terrassen oder auch als Hofüberdachung oder Fassadenbespannung kann die Membran-Architektur die richtige Lösung sein. Auch die Überdachung von Carports mit Membranen ist eine von Architekten viel diskutierte Idee, welche bereits mehrmals erfolgreich umgesetzt wurde. Des Weiteren findet die Kombination von Glas und Membranen immer öfter Anwendung. Es entsteht dabei ein interessantes Wechselspiel zwischen Transparenz und Transluzenz und damit ein lebendiges und ständig veränderndes Lichttheater. Allgemein besteht bei Architekten etwas Nachholbedarf, was die Ausbildung über die Kenntnis von Membran-Architektur betrifft. Nicht an allen Instituten wird dieser Bauweise dieselbe Bedeutung zugemessen.

Membrane-Glas: Sony Center, Berlin

EINKAUFSZENTREN

Schon seit längerer Zeit ist Einkaufen nicht nur das Besorgen von lebensnotwendigen Gütern, sondern für viele Menschen zum Zeitvertreib in der zunehmenden Freizeit geworden. Der Konsument hält sich immer länger in Shoppingcentern auf und diese sind zu einer Art Freizeitanlage geworden. Es versteht sich, dass Architekten und Bauherrn im Rahmen des großen Wettbewerbs in der freien Marktwirtschaft immer mehr dafür tun, die bauliche Gestaltung und das Ambiente von solchen Centern möglichst attraktiv und einladend auszubilden. Hier ist die Membran-Architektur ein willkommenes Konzept. Wiederum sind es der zulässige Spielwitz für Form und Gestaltung sowie die Lichtdurchlässigkeit, welche sich großer Beliebtheit erfreuen. Auch die Eignung für die indirekte Beleuchtung und das Leuchten der Membranstruktur bei Dunkelheit sind eine der wesentlichen Eigenschaften dieser Architektur.

EVENTS

Immer wenn ein besonderer Anlass ansteht wie zum Beispiel eine EXPO, eine Olympiade oder Weltmeisterschaft, wird mindestens geprüft, ob mit der Idee der Membran-Architektur nicht etwas Einzigartiges errichtet werden kann. Bei einer solchen Anwendung haben die Faktoren Zeit und Kosten eine übergeordnete Bedeutung. Mit Membranen ist es möglich, Baustrukturen, Dächer und Hallen in sehr kurzer Zeit zu realisieren. Ein einfaches und klares Konzept und die dem Verwendungszweck entsprechende Materialwahl sind die Voraussetzung für eine kostengünstige Lösung. Wenn solche Konstruktionen für einen einmaligen Einsatz erstellt werden, empfiehlt sich der Einsatz von kunststoffbeschichtetem Polyestergewebe. Inzwischen haben sich einige Bauherren, auch Kommunen, zur Anschaffung einer mobilen Dachstruktur entschieden, welche jeweils für eine oder mehrere Veranstaltungen oder für die Sommerzeit aufgebaut wird und für den Rest des Jahres eingelagert ist.

Anwendungsbeispiele:
Millennium: Millennium Dome, London

MARKETING

Die Imagepflege hat vor allem beim Marketing von prestigeträchtigen Konsumgütern wie beispielsweise dem Auto eine sehr große Bedeutung. Nicht nur deshalb hat die Membran-Architektur in diesem Segment große Verbreitung. Die Fahrzeuge werden nicht nur in toller Atmosphäre präsentiert, sondern zusätzlich vor Verschmutzung und Hagel geschützt. Auch im Winter gibt es kein Einschneien oder Vereisen der Ausstellungsobjekte. Immer wieder kommen Marketing-Agenturen auf die Idee, bei der Konzeption von Events die Membran-Architektur sinnvoll einzusetzen.

Messepavillon: Coca-Cola, Olympiade London 2012

MEMBRAN-ARCHITEKTUR MORGEN

Es kann davon ausgegangen werden, dass sich auch in Zukunft die Architektur und Bautechnik weiterentwickeln werden und der Anspruch nach neuen Ideen zunehmen wird, was für die Membran-Architektur eine große Chance ist, an Bedeutung hinzuzugewinnen.

NEUE MATERIALIEN

Um die Membran-Architektur weiterentwickeln zu können, sind neben den bewährten Materialien neue zukunftsorientierte Materialien gefordert, welche die technischen Anforderungen noch besser erfüllen. Vor allem die Oberflächenbeschaffenheit bezüglich des Anschmutzverhaltens von preiswerteren Materialien und die Verschweißbarkeit müssen verbessert werden. Auch die Lichtdurchlässigkeit soll weiter optimiert werden. Es wird sogar nach hochreißfesten, transparenten Materialien gefragt. Ein weiterer Aspekt ist die Umweltverträglichkeit der Materialien und die Entsorgung. Eine gute Entwicklung zu diesem Fragenkomplex sind die Polyolefine auf speziellen Polyestergeweben. Wenn es den Entwicklungsteams gelingen wird, alle Parameter der Kunststoffbeschichtung so einzustellen, dass Schweißnahtfestigkeit, Anschmutzverhalten und Brandverhalten optimal sind und somit den Vorstellungen der Anwender entsprechen, sind wir einen bedeutenden Schritt weitergekommen.

NEUE ANWENDUNGSGEBIETE

Der Trend mit dem Wachstum im Freizeitbereich wird auch im nächsten Jahrtausend anhalten. Das Geschäft mit Unterhaltung und Sport wird weiter an Bedeutung hinzugewinnen und der Anspruch an komfortable Stadien mit teilweiser oder kompletter Überdachung wird sich verstärken. Bei den Sportstadien und Arenen gibt es in Europa zur Zeit einen großen Nachholbedarf. Viele Stadien sind komplett veraltet und genügen den heutigen Ansprüchen kaum mehr. Es wird notwendig sein, neue Stadien zu bauen und diese mit großzügigen Dächern zur versehen.
Im Transportbereich geht die Entwicklung unaufhaltsam weiter. An sämtlichen Flughäfen Europas sind Baustellen vorzufinden. Es werden neue Parkhäuser, Terminals und Verwaltungsgebäude erstellt mit Millionen an überdachten Flächen. Auch der Schienenverkehr wird weiter ausgebaut werden und es sind neue Stationen und Bahnhöfe erforderlich. Neu aufleben werden Luftschiffe für den Gütertransport (siehe Cargolifter), welche umfangreiche Bauinvestitionen für Werft- und Wartungshallen, aber auch für Lagerhallen nach sich rufen werden. Hier werden Bauwerke mit großen Spannweiten gebaut, wofür sich Membranen sehr gut eignen. Zum Millennium wurde in London das größte Membranbauwerk der Welt erstellt. Die Ausmaße und Möglichkeiten lassen nur erahnen, wie vielfältig und spannend sich Membran-Architektur in Zukunft entwickeln wird.