[Textile Engineering – Innovative FEM-Berechnung]

Spannmembranen

Innovative FEM-Berechnung zum Design von Sonnensegeln

Spannmembranen sind vorgespannte Flächentragwerke. Deren Form kann nicht geometrisch festgelegt werden, sondern entsteht vielmehr als Gleichgewichtsform in Abhängigkeit der jeweiligen inneren und äußeren Kräfte, die auf der Struktur liegen.

Die endgültige Form der fertigen Membran entsteht in unserem Konstruktionsbüro durch einen Prozess, den wir analytische Formfindung nennen. Wir arbeiten über die Bestimmung von Kraftdichten, mit deren Optimierung uns unsere Textile Engineering-Software innerhalb eines komplexen Berechnungsvorganges eine Gleichgewichtsfigur für die Struktur ermittelt. Diese Gleichgewichtsfigur wird dann im Rechenmodell verschiedensten Belastungsszenarien ausgesetzt, und die Auswertung dieser Lastfälle gibt uns exakte Daten zum Verhalten der Struktur in der Praxis.

Bei der Konstruktion ist das oberste Beurteilungskriterium ein immer und unter allen Umständen stabiler Stand der Struktur. 

Diese FE-Berechnungen geben uns weiterhin exakte Informationen zu den tatsächlich auftretenden Kräften für jeden einzelnen Befestigungspunkt der Membran, geben uns Aussagen über die Verformung der Membran unter Last, untersuchen den Wasserfluss auf der Membran, und – wenn gewünscht – Schneelast-Szenarien. 

Bei der Konstruktion wird aus den äußeren Einwirkungen (Eigengewicht, Vorspannung, Wind, Wasser, Eis, Schnee) auf die inneren Spannungen und Verformungen geschlossen, und das Ergebnis optimiert. Bei der Berechnung textiler Membranen oder Folien kommt zur Vorbereitung der Herstellung abschließend noch die Zuschnittsermittlung hinzu.

Sonnensegel und Wasser

Sonnensegel und Wasser? Absolut ein Thema! Für permanent eingesetzte Strukturen ist es erforderlich, dass sie unter allen Wetterbedingungen gesicherten Wasserablauf gewährleisten, um die Bildung von Wasseransammlungen auszuschließen.

Die Abbildungen zeigen Wasserablauf-Darstellungen eines Sonnendaches. Das Sonnensegel wird von oben gezeigt und ist so verformt, wie es bei einer Windbelastung und Regen auftreten würde. Die kleinen grauen Pfeile zeigen abfließendes Wasser. Die Länge der Pfeile beschreibt die Ablauf-Geschwindigkeit.

Das obere Bild zeigt die kundenseitig zunächst vorgegebene Konstruktion. Die durchgehende handgezeichnete graue Linie verdeutlicht eine Wasseransammlung. Das untere Bild zeigt die gleiche Struktur von Reckmann optimiert, mit vier eingebrachten Unterstützungs-Rohren für die Membran. Diese Rohre sorgen dafür, dass das Wasser sauber über die Außenkante abläuft. Mit dieser kleinen Veränderung ist das System nun langfristig und unter allen Bedingungen sicher einsetzbar.