Praktische Aspekte von Design und Materialspezifikationen
Dr. Ken Price, BSc (Hons), DIC, PhD, FIStructE, FICE, PrEng, CEng - Direktor, Tension Structures, Kapstadt
Konzeption und Kriterien zur Formfindung
Das Konzeptdesign ist die wichtigste Phase des Designprozesses - ein schlechtes Konzept wird während des gesamten Design-, Herstellungs- und Installationsprozesses wiederholt und beeinträchtigt das Erscheinungsbild und die Leistung des Endprodukts. Eine Reihe von Faktoren muss berücksichtigt werden, einschließlich, aber nicht notwendigerweise beschränkt auf die folgenden:
a) Geometrische Einschränkungen des Standorts und der angrenzenden Gebäude
b) Erforderliche Sonnenschutzstufen und Sonnenwinkel
c) Luftstrom und Belüftung des Raumes
d) Lichtdurchlässigkeitsanforderungen für den darunter liegenden Raum
e) Verfügbarkeit und Positionen der Verankerungspunkte
f) Notwendigkeit kontinuierlich versiegelter Umfangsverankerungen
g) Ästhetische Überlegungen und Kompatibilität mit benachbarten Elementen
h) Erreichen einer angemessenen Krümmung, um Stoffspannungen und -bewegungen zu minimieren
i) Entwässerung von Regenwasser und Vermeidung von Teichbildung
j) Geeignete Stoffhänge, um eine ausreichende Selbstreinigung zu gewährleisten
k) Art der Tragstruktur und der Zugelemente
Methoden zur Konzeption
a) Drahtrahmen-Computermodelle - Diese einfachen Computermodelle sind der Ausgangspunkt für die Untersuchung verschiedener Stoffformen und die Entwicklung des Konzeptdesigns zu einer praktischen Form, um sicherzustellen, dass die Designkriterien erfüllt sind.
b) Vollständig gerenderte Computermodelle - Modelle des endgültigen Entwurfs der Gewebestruktur können dem Modell des gesamten Gebäudes hinzugefügt werden und sind daher sehr nützlich für endgültige Präsentationen für Kunden.
Anker, Fundamente und tragende Strukturen
Die Bereitstellung angemessener Verankerungen und Stützstrukturen muss in den frühesten Phasen des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden. Wenn diese Probleme nicht frühzeitig angegangen werden, kann dies dazu führen, dass die Zugstrukturen nicht mehr berücksichtigt werden können, sobald die Planung und der Bau eine bestimmte Phase überschritten haben. Selbst kleine Überdachungsstrukturen üben erhebliche Kräfte auf die Unterbauten aus, und große Strukturen erfordern spezielle Konstruktionsmerkmale, um den Zugkräften standhalten zu können. Zuggewebestrukturen üben Kräfte aus, die erhebliche horizontale und vertikale Aufwärtskomponenten aufweisen, und dies sind nicht die Arten von Kräften, für die Gebäude normalerweise ausgelegt sind. Wenn für diese Kräfte keine besonderen Vorkehrungen getroffen wurden, ist es entscheidend, dass die Zugstruktur unter Berücksichtigung dieser ausgelegt wird.
Stoffoptionen - PVC und PTFE
Grundsätzlich gibt es zwei generische Gewebearten, die üblicherweise für dauerhafte Außenstrukturen verwendet werden, nämlich PVC-beschichtetes Polyester und PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe. Beide Gewebearten sind in verschiedenen Arten von Maschenformaten erhältlich. Für Kurzzeit- und Innenstrukturen stehen viele weitere Optionen zur Verfügung, einschließlich verschiedener Arten von Baumwolle und anderen synthetischen Materialien, einschließlich Stretch-Stoffen wie Lycra oder Spandex.
Faktoren, die die Stoffleistung beeinflussen
Die Beobachtung von Gewebestrukturen in verschiedenen Situationen in verschiedenen Teilen der Welt zeigt, dass die besondere Umgebung, in der sich das Gewebe befindet, einen sehr signifikanten Einfluss auf seine Leistung hat.
Die Hauptfaktoren, die die Stoffleistung zu beeinflussen scheinen, sind die folgenden:
a) Geografischer Breitengrad und damit die Temperatur des Gewebes
b) UV-Strahlung, die den Stoff erreicht
c) Luftfeuchtigkeit
d) Verschmutzungsgrad sowie Art der Schadstoffe
e) Staubstand
f) Häufigkeit und Art der Reinigungsvorgänge
g) Ablagerung von pflanzlichen Stoffen (Blätter usw.) auf dem Stoff
h) Fleckenbildung durch Regenwasserabfluss über anderen Baustoffen
i) Direkter Regen, um Schmutz und Staub zu entfernen
Die Auswirkungen der Punkte a) bis e) können von den Designern, Auftragnehmern oder Eigentümern nicht beeinflusst werden, die Punkte f) bis i) sollten jedoch vom Designteam bewertet werden.
PVC / Polyestergewebe - Eigenschaften und Eigenschaften
PVC / Polyester-Gewebe besteht aus einem gewebten Polyester-Grundgewebe, das anschließend mit PVC und einer weiteren Deckbeschichtung beschichtet wird. Je nach Art der Schutzdeckbeschichtung können sie wie folgt in 2-Grundkategorien eingeteilt werden:
a) Acryllack
b) PVDF / Acryllack-Legierungsbeschichtungen in unterschiedlichen Anteilen
Diese Deckbeschichtungen haben einen großen Einfluss auf die Leistung und das Aussehen des Gewebes, da sie dem Gewebe nicht nur einen Teil seiner UV-Beständigkeit verleihen, sondern auch seine Selbstreinigungseigenschaften erheblich verbessern.
Im Allgemeinen haben sich Stoffe mit Acrylbeschichtung in tropischen Ländern langfristig nicht so gut bewährt, und die meisten Beispiele scheinen nach relativ kurzen Betriebszeiten erhebliche Mengen an Schmutz und Staub anzuziehen und zurückzuhalten. An Standorten mit hohen UV-Werten zersetzen sich die Acrylbeschichtungen relativ schnell, so dass die Verschlechterung des Aussehens innerhalb weniger Jahre nach der Installation auftreten kann. Wenn die Luftfeuchtigkeit hoch ist, kann die Verschlechterung des Aussehens noch schlimmer sein, da kurz nach dem Zerfall der Beschichtung ein Schwarzschimmelwachstum in den Fasern auftreten kann.
Die Stoffe mit PVDF / Acryllegierungsbeschichtungen werden am häufigsten verwendet und sind nun seit etwa 25 Jahren in Betrieb. Die PVDF / Acryl-Beschichtung wird im Rahmen des Herstellungsprozesses auf das Grundgewebe wärmegeschmolzen. Die Oberseite des Stoffes fühlt sich glatt und rutschig an und ist daher sehr effektiv, um Schmutz abzuwehren und Schimmelbildung zu widerstehen. Mit diesen Stoffen wird eine Nutzungsdauer von 15 bis 25 Jahren erreicht, wobei die erwartete Lebensdauer direkt proportional zur Menge an PVDF in der Deckbeschichtung ist.
PTFE / Glasfasergewebe - Eigenschaften und Eigenschaften
Die erste PTFE / Glasfaser-Außenkonstruktion wurde vor 40 Jahren in Kalifornien, USA, errichtet und arbeitet noch immer gut. Es ist daher wahrscheinlich, dass Strukturen, die mit heutigen PTFE- / Glasfasergeweben hergestellt werden, eine Nutzungsdauer von mehr als 50 Jahren erreichen. PTFE- / Glasfasergewebe sind sehr wirksam bei der Schmutzabweisung, und einige Strukturen, die nach Jahren im Betrieb geprüft wurden, weisen perfekt saubere Oberflächen auf obwohl sie noch nie Reinigungsarbeiten hatten.
Drei der neuen Stadien, die für die Fußball-Weltmeisterschaft in Südafrika in 2010 gebaut wurden, hatten PTFE- / Glasfaser-Dächer, aber der Hauptnachteil von PTFE-Geweben sind die hohen Kosten - die Gesamtkosten für Konstruktionen, in denen dieses Gewebe verwendet wird, sind fast doppelt so hoch wie bei PVC-Konstruktionen.
Licht- und Wärmeübertragung
Einer der Hauptvorteile von Stoffen sind seine durchscheinenden Eigenschaften - im Durchschnitt lassen Architekturstoffe etwa 13% des auf die Oberseite fallenden Lichts durch. Dies führt zu einem sehr angenehmen Licht und einem luftigen Gefühl im darunter liegenden Raum und kann auch zu erheblichen Kosteneinsparungen bei der Beleuchtung führen.
Gewebe ist auch sehr effektiv bei der Reduzierung der Übertragung von Strahlungswärme von der Sonne, und es ist ein Material, das unter den in Südafrika vorherrschenden klimatischen Bedingungen erheblich nicht ausreichend genutzt wurde. Die globale Erwärmung dürfte jedoch in Zukunft zu einer verstärkten Nutzung von Zuggewebestrukturen führen.
Beleuchtung aus Stoff
Die Beleuchtung betont sehr effektiv das ästhetische Erscheinungsbild von Gewebestrukturen und sollte nach Möglichkeit immer einbezogen werden. Je nach gewünschtem Effekt können sowohl Hintergrundbeleuchtung als auch Frontbeleuchtung verwendet werden.
Stoff und Feuer
PVC hat feuerhemmende Eigenschaften und erreicht eine Brandklasse 2 - was bedeutet, dass der Stoff selbstverlöschend ist und keine Tropfen geschmolzenen Gewebes erzeugt. Diese Brandklasse wird von den meisten Zulassungsbehörden allgemein für die Verwendung als Dacheinfassung akzeptiert.
PVC hat im Brandfall den zusätzlichen Vorteil, dass sich die Stoffnähte bei etwa 100ºC lösen und so giftige Dämpfe und Rauch sehr frühzeitig ablassen können.
Dies ist ein wesentlicher Vorteil für die Rettung von Menschenleben, die möglicherweise in dem Gebäude gefangen sind.
Reinigungstuch
Der Stoff ist leicht zu reinigen und kann mit ähnlichen Methoden wie das Auto gereinigt werden, z. B. mit weichen Bürsten, leichten, säurefreien Reinigungsmitteln und reichlich Spülwasser. Das Personal kann mit Seilen auf den Stoff zugreifen und mit Schuhen mit weichen Sohlen auf dem Stoff laufen.
Strukturelle Materialien - Auswahlmöglichkeiten für zugfeste Strukturen
Alle üblichen Konstruktionsmaterialien (Stahl, Beton, Aluminium, Verbundwerkstoffe usw.) wurden für zugfeste Konstruktionen verwendet. Im Allgemeinen liegt der Schwerpunkt jedoch auf der Erzielung eines minimalistischen Erscheinungsbilds für die tragenden Konstruktionen. Da Stahl die höchsten Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweist und auch relativ billig ist, ist er das am häufigsten verwendete Material.
Zugsysteme - Design & Materialien
Die Auswahl und Auslegung der Zugsysteme ist einer der wichtigsten Aspekte von Zuggewebestrukturen. Eine Vielzahl von Materialien und Beschichtungen sind erhältlich, angefangen von 316-Edelstahl in Marinequalität über feuerverzinkten Stahl bis hin zu einfach lackiertem Stahl. Die besondere Umgebung, in der sich die Struktur befindet, ist für die Auswahl der zu verwendenden Materialien von größter Bedeutung, da die Zugkomponenten im Allgemeinen den Witterungseinflüssen voll ausgesetzt sind. Leider gibt es zahlreiche Beispiele für unzureichend spezifizierte Materialien, die für kurzfristige Kostenvorteile verwendet werden.
Die Konstruktion und Auswahl von Zugverbindungen ist ein Bereich, der Fachwissen erfordert, und diese Arbeiten sollten nicht ohne ausreichende technische Erfahrung und Kenntnisse durchgeführt werden. Der Hauptaspekt der Konstruktion, der sorgfältige Aufmerksamkeit erfordert, sind die Sekundäreffekte - diese haben häufig einen großen Einfluss die Leistung der Komponenten in der Praxis. Lokale Windlasteffekte, Exzentrizitäten, ungleiche Lastverteilung in mehreren Verbindungen, Winkeldiskontinuitäten (was zu Biegebeanspruchungen führt), Ermüdungsbelastung usw. müssen berücksichtigt werden. Der visuelle Einfluss dieser Verbindungen auf das Gesamterscheinungsbild der Struktur ist erheblich, und es muss gebührend darauf geachtet werden, dass sie dazu beitragen, die inhärente ästhetische Attraktivität von Zugstrukturen zu verbessern.
SPANNSTRUKTUREN
Von der Konzeption zu atemberaubenden Strukturen
Tension Structures, führender Konstrukteur von Gewebestrukturen, verwandelt die Skyline mit einer Vielzahl von Zugstrukturen, die die Architektur revolutionieren. Tension Structures ist in ganz Afrika, im Nahen Osten und auf Mauritius tätig und arbeitet mit Integrität an der Schaffung ästhetisch ansprechender Strukturen, die in der heutigen Welt des turbulenten Klimawandels sicher und solide sind.
Technologie
Die Ingenieure von Tension Structures arbeiten Hand in Hand mit Architekten und Designern, um ein Entwurfskonzept zu einem fotorealistischen 3-D-Modell für die vollständige Visualisierung zu entwickeln. Dies stellt sicher, dass Designs nicht nur ästhetische Absichten erfüllen, sondern auch strukturell stabil und funktional sind. Alle Projekte werden von professionellen Ingenieuren genehmigt, die sich ausschließlich auf die Konstruktion von Flächentragwerken spezialisiert haben. Das Endergebnis ist eine Zusammenstellung von umfassenden Konstruktionszeichnungen, von Fundamenten über Stahl- und Kabelelemente bis hin zu Geweben.
Fertigung
Tension Structures verwendet nur Stoffe der besten internationalen Hersteller. Diese Stoffe ermöglichen die Kontrolle der Lichtintensität, bieten Wind-, Regen- und Sonnenschutz und verfügen über geeignete feuerhemmende Eigenschaften. Endlose Stoffformen sind möglich. Das Rückgrat dieser Strukturen bilden Stahl- und Kabelsysteme. Kabel und Formstücke bestehen normalerweise aus Edelstahl 316, um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten. Stahlkomponenten werden aus feuerverzinktem Stahl hergestellt, der mit zweiteiligem Epoxidharz beschichtet ist Anstrichfarbe zur Bekämpfung der korrosiven Umgebungen an der Küste und in verschmutzten städtischen Situationen. Spannungsstrukturen achten sehr darauf, dass die Konstruktionen von Stahl- und Kabelverbindungen kostengünstig, ästhetisch ansprechend und funktional sind.
Frucht
Nach einem streng geplanten Installationsprozess unter Anwendung strenger Qualitätskontroll- und Sicherheitsmaßnahmen entfaltet sich die majestätische Struktur zu einem facettenreichen und funktionalen Meisterwerk. Die Zugstruktur transformiert die Architektur und verlängert und erhebt die Wände in den Raum dahinter.
Vertrauen Sie Ihre Stoffarchitektur dem Fachwissen des Tension Structures-Teams an und erschaffen Sie mit uns Magie. Wenn Sie weitere Informationen wünschen, kontaktieren Sie uns bitte.
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