Die Vorteile des Membranbaus

Unter Membranbau oder auch Textiler Architektur versteht man Konstruktionen mit zugbeanspruchten Membranen, also dünnen, großflächig gespannten Hüllen, die die auftretenden Lasten über Zugkräfte in die Unterkonstruktion ableiten.

Einsatzgebiete für den Membranbau

Der Membranbau bzw. die Membranarchitektur kann in nahezu allen Bereichen eingesetzt werden, jedoch gibt es bestimmte Anwendungsfälle, für die sich der Membranbau besonders eignet und somit Vorteile gegenüber konventionellen Bauweisen aufweist. Vor allem bei weitgespannten Dach- und Fassadenkonstruktionen wie Stadien, Sportstätten oder Flughäfen wird die Membran häufig als Hülle eingesetzt.
Für andere Anwendungen ist die dünne Membran vorteilhaft, weil sie Material spart. So kann die Konstruktion wie bei einem Sonnensegel oder Regenschirm offen sein und gleichzeitig die Funktion eines Witterungs- oder Sonnenschutzes erfüllen. In dieser Form findet man sie an Bushaltestellen, im öffentlichen Raum als Sonnenschirm, als Vordach oder als Verschattungselement für Glasfassaden. In räumlich geschlossener Form kann die Membran oder Folie für Industriehallen, Tropenhäuser, Schwimmbäder oder Einkaufszentren eingesetzt werden. Dabei unterscheidet man Membrankonstruktionen, die ein- oder mehrlagig, mit oder ohne Dämmung oder Luftschicht ausgeführt werden.
Auch Traglufthallen aus Membranen oder pneumatische Kissenkonstruktionen aus ETFE-Folien und anderen Membranmaterialien werden z. B. für Industriehallen, temporäre Sporthallen oder Veranstaltungshallen eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet finden Membranen auch im Innenbereich als Akustikmembranen. Hier werden spezielle Architekturmembranen eingesetzt, die schallabsorbierend wirken und zu einer angenehmen Raumakustik beitragen oder den Schallschutz verbessern.

Geschichte und Entwicklung des Membranbaus

Das Bauen mit Textilien oder Membranen hat eine lange Tradition. Es ist allgemein bekannt, dass einige der frühzeitlichen Behausungen aus Zelten oder Jurten bestanden. Weniger bekannt ist, dass diese traditionsreiche Bauweise erst in den 50er Jahren wieder an Bedeutung gewonnen hat.
In der Architekturszene ist das Bild der dynamischen, leichten Bauweise, wie sie in den modernsten Gebäuden umgesetzt wird, längst angekommen und erfreut sich wachsender Begeisterung. Wir möchten das Wissen über die Entwicklung dieser spannenden Membrankonstruktion teilen und die wichtigsten Etappen in der Geschichte der modernen Membranarchitektur erläutern. Die Grundprinzipien der Membranarchitektur beruhen auf einer Konstruktion, die eine Membran als Gebäudehülle verwendet und diese mit Hilfe von Seilen und Stützen in eine räumliche Form bringt. Diese Konstruktion steht im Gegensatz zur Massivbauweise aus Stein oder Beton, die auf einer vertikalen oder horizontalen Lastabtragung beruht. Die Membranbauweise als statisches Tragwerk funktioniert dagegen nur durch die Erzeugung mehrfach gekrümmter Membranflächen. Durch die gekrümmte Oberfläche können die auftretenden Lasten wie Regen, Wind und Schnee optimal aufgenommen und abgeleitet werden.

Für die zunächst temporären Anwendungsbereiche der Membranarchitektur entwickelte der Architekt und Pionier der modernen Membranarchitektur Frei Otto in den 1950er Jahren eine dauerhafte Lösung. Das wohl bekannteste Beispiel seiner frühen Membranbauten ist das Stadiondach für die Olympischen Spiele 1972 in München, dessen netzartige Struktur seine Begeisterung für Vorbilder aus der Natur wie Skelette, Spinnennetze und Seifenblasen widerspiegelt. Aus diesen Strukturen entwickelte er bereits den deutschen Pavillon für die Expo 1967 in Montreal, später die leichte Gitterschale für die Multihalle in Mannheim 1975 und den japanischen Pavillon für die Expo 2000 in Hannover. Seine Experimente zur Formfindung mit Hilfe von Seifenmodellen für eine „minimale Oberfläche“ oder hängenden Modellen aus Netzen waren lange Zeit eine gängige Methode zur Bestimmung der Raumgeometrie im Membranbau. Die heute übliche computergestützte Formfindung wurde erst viel später entwickelt.
Mit der Weiterentwicklung und Erforschung von Geweben hin zu industriell gefertigten und dauerhaft beschichteten Membranen wurde die Grundlage für die moderne Membranarchitektur gelegt. Die Anwendungsbereiche werden von Jahr zu Jahr vielfältiger und experimenteller und reichen von textilen Fassaden, textilen Überdachungen, textilen Großstrukturen über Traglufthallen und ETFE-Kissendächern bis hin zu wärmegedämmten Anwendungen, die eine vollwertige architektonische Funktion erfüllen.
In den letzten Jahren wurden außergewöhnliche Großbauprojekte mit ETFE oder textilen Membranen realisiert. So wurde 2005 in München die Allianz Arena eröffnet. Sie besitzt eine der größten Gebäudehüllen aus ETFE-Folie. Die bis zu acht Meter hohen Kissen umhüllen die gesamte Fassade und erstrecken sich auch über das Dach der Zuschauertribünen.

Materialien im Membranbau

Aufgrund unserer umfangreichen Marktkenntnisse können wir Architekten und Bauherren über geeignete Membranprodukte beraten. Dabei sind wir immer auf dem neuesten Stand und erhalten über unsere Lieferanten Informationen zu allen auf dem Markt befindlichen Produkten. Welches Material für das jeweilige Bauvorhaben geeignet ist, entscheiden wir anhand der oft sehr individuellen Projektanforderungen. Membranen für textile Überdachungen oder Membrantragwerke erfordern besondere Materialeigenschaften.
Zum Einsatz kommen Beschichtungen aus PVC/PES, PTFE oder Silikon, die auf unterschiedliche Gewebetypen wie Glasfaser- oder Polyestergewebe aufgebracht werden. Man unterscheidet geschlossene, wasserundurchlässige Gewebe von Netz- oder Gittergeweben.
Als Unterkonstruktion wird in vielen Fällen Stahl oder Holz für die tragenden Elemente verwendet. Aber auch andere Baustoffe wie Beton, Stahlbeton oder Leichtbauweisen mit Holz werden für die Konstruktion mit Membranen oder ETFE-Folien verwendet. In der Regel werden die Materialien hochfrequent verschweißt. Andere Materialien müssen genäht oder mit einem Spezialkleber verklebt werden. Wichtige Kenngrößen der Membranmaterialien sind unter anderem ihr Brandverhalten, ihre Knickempfindlichkeit, ihre Lichtdurchlässigkeit und ihre Zugfestigkeit. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Textilien für den Membranbau aufgeführt:

PVC-beschichtete Polyestergewebe

Das mit Abstand am weitesten verbreitete Gewebe in der textilen Architektur ist das PVC-Polyestergewebe. Günstige Herstellungskosten, gute mechanische Festigkeit und eine unempfindliche Oberfläche ermöglichen den Einsatz sowohl für permanente als auch für temporäre Membrankonstruktionen. Das mit PVC (Polyvinylchlorid-Polyester) beschichtete Gewebe ist unempfindlich gegen Sonneneinstrahlung, Wasser oder chemische Einflüsse. Darüber hinaus ist hochwertiges PVC-PES-Gewebe in der Regel mindestens in der Brandschutzklasse B1, schwer entflammbar, erhältlich und damit für ein breites Anwendungsspektrum geeignet. Zudem ist eine einfache Verarbeitung durch HF-Schweißen möglich. Die 3dtex GmbH arbeitet mit den führenden europäischen Herstellern von Geweben für textile Architektur zusammen.
>  mehr zu PVC-beschichteten Gewebe

PTFE- Glasgewebe

PTFE-Glasgewebe zeichnen sich durch eine hohe Lichtdurchlässigkeit aus und eignen sich für dauerhafte und anspruchsvolle Konstruktionen. Einige Ausführungen der PTFE-beschichteten Glasgewebe sind in der Brandschutzklasse A2 (nicht brennbar), andere in B1 erhältlich. Eine Besonderheit des Gewebes ist die nach der Herstellung zunächst beige Oberfläche, die unter Sonneneinstrahlung zu einem strahlenden Weiß reagiert. Für die Verarbeitung der PTFE-Membran muss beim Schweißen ein zusätzliches Bindemittel zugegeben werden.
 > mehr zu PTFE Glasgewebe

ETFE-Folien (Ethylen-Tetrafluorethylen)

Ein in der Welt des Leichtbaus und der textilen Architektur weit verbreitetes Material ist die transparente ETFE-Folie. Das Material ist sehr dünn und leicht, so dass durch den Einsatz von ETFE-Folie die Masse der Baustoffe stark reduziert werden kann. ETFE-Folien sind zudem chemisch stabil, sehr langlebig und haben gute Selbstreinigungseigenschaften. Die Lichtdurchlässigkeit liegt bei 90% und ist damit optimal für leichte Dächer und Fassaden, die eine hohe Lichtausbeute erzielen sollen. Damit ist die ETFE-Folien-Konstruktion ein vollwertiger Ersatz für den Einsatz von Glas. Das Material ist zudem schwer entflammbar (B1) und kann aufgrund seiner sortenreinen Zusammensetzung zu 100% recycelt werden. ETFE-Folie wird häufig in Form von Luftkissen in Fassaden und Dächern eingesetzt. Durch die in den Kissen erzeugte Wölbung wird die Oberfläche trotz des geringen Luftdrucks sehr stabil. Aber auch einlagige, gespannte Folien kommen zum Einsatz. Um die dünne ETFE-Folie über große Spannweiten zu stabilisieren, werden häufig Seil- oder Netzkonstruktionen verwendet.
>  mehr zu ETFE-Folien

Silikon-Glasgewebe

Das silikonbeschichtete Glasgewebe zeichnet sich durch hohe UV-Beständigkeit, Langlebigkeit und Brandschutzklasse B1 aus. Die traditionell eher haftende und statisch aufgeladene Oberfläche des Silikons wird bei den in der Architektur eingesetzten Geweben ständig weiterentwickelt, so dass das Material in Bezug auf die Reinigung inzwischen mit anderen Architekturmembranen mithalten kann.
> mehr über Silikon-beschichtete Gewebe

Häufige Fragen zum Membranbau

Membranbau ist ein sehr komplexes Planungsgebiet, das häufig für Sonderbauten und experimentelle Projekte eingesetzt wird. Für uns ist jedes Projekt einzigartig und wir vereinen Funktionalität, Ästhetik und Technologie in jedem Detail. Dabei nutzen wir die spezifischen Eigenschaften von Textilien und anderen Baustoffen und setzen sie gezielt im Leichtbau ein. Die wichtigsten Fragen rund um den Membranbau werden hier in einer kurzen Auflistung beantwortet.
Im Fertigungs- und Produktionsprozess stehen wir in ständigem Austausch mit unseren Partnerfirmen und nutzen die neuesten Technologien aus Industrie und Wirtschaft. In unserer Arbeit als Architekten für Membranbau und textiles Bauen suchen wir immer nach neuen und kreativen Wegen, in jedem Entwurf steckt Innovation und Forschung. Auch bei der Realisierung und Montage eines jeden Projektes sind oft besondere Wege gefragt. Mit Hilfe von digitalen Formfindungsprogrammen generieren wir die optimale Form im 3D-Modell und stimmen diese mit unseren Statikern ab. Immer wieder kommen aber auch physische Modelle zum Einsatz, an denen das Zusammenspiel bestimmter Elemente verdeutlicht werden kann. Montagearbeiten gehören für uns dazu: Die Erfahrungen auf der Baustelle tragen wesentlich zum Planungserfolg bei. Durch die Montagearbeiten mit der Membran gewinnen wir immer wieder wertvolle Erkenntnisse, die wir für weitere Projekte nutzen können. Auch Wartungsarbeiten gehören zu unserem Service und werden von unserem Team regelmäßig durchgeführt. Die 3dtex GmbH ist ein Unternehmen, das alle Produkte rund um die Textil- und Membranarchitektur realisiert.

Membranhersteller und Partnerfirmen

Membranhersteller: Serge Ferrari group – Mehler Texnologies GmbH – FLONTEX GmbH – NOWOFOL Kunststoffprodukte GmbH & Co. KG – Sioen Industries NV

Konfektion: Karsten Daedler e. K. – NOVUM Membranes GmbH – Planex Technik in Textil GmbH – Albrecht von Bremen

Membran-Ingenieure: Ingenieurbüro Hedler – z3rch

Stahlbau: Metallbau Ulm, IAM Stahlbau