4. Seilmembrankonstruktion – Ein flexibler Pionier in der Architekturmodellierung

SSystemzusammensetzung and Krafttragendes Prinzip
Bestehend aus hochfesten Stahlkonstruktionskabeln (φ12–φ100), gespannten Membranmaterialien (PTFE-Membran/ETFE-Membran) und tragenden Stahlkonstruktionen (Masten/Rundträger), die durch Vorspannung eine stabile hyperboloide Form bilden. Das Membranmaterial ist nur 0,5–1,5 mm dick und hat ein Eigengewicht von weniger als 1 kg/m², seine Zugfestigkeit kann jedoch 50–150 MPa erreichen. In Verbindung mit dem Kabelnetz können freitragende Spannweiten von über 200 Metern erreicht werden.

Innovative Anwendungsfelder
Landschaftsarchitektur: Stahlkonstruktionen, Stadionüberdachungen (wie z. B. der Sonnenschutz des Shanghai-Stadions), Überdachungen für kommerzielle Plätze.
Ökologische Architektur: Stahlkonstruktionen für Gewächshäuser im botanischen Garten (The Eden Project in Großbritannien), die die hohe Lichtdurchlässigkeit (95 %) von ETFE-Membranen nutzen, um eine natürliche Beleuchtung zu erreichen.
Temporäre Gebäude: Stahlkonstruktionen für große Ausstellungshallen (Nationalpavillons der Weltausstellung), abnehmbar und wiederverwendbar (Lebensdauer des Membranmaterials: 15–30 Jahre).

Kernüberlegungen für die Auswahl
Auswahl des Membranmaterials: PTFE-Membranen (selbstreinigend, hohe Witterungsbeständigkeit) eignen sich für dauerhafte Stahlkonstruktionen; PE-Membranen (kostengünstig) eignen sich für temporäre Einrichtungen.
Belastungsbedingungen: Die Oberflächenspannung der Membran unter extremen Wetterbedingungen sollte überprüft werden (Taifungebiete müssen einem Winddruck von 1,2 kPa standhalten, Schneegebiete benötigen eine Schneelast von 1,0 kPa).
Formfindungsdesign: Bestimmen Sie die Krümmung der Membranoberfläche durch 3D-Modellierung und stellen Sie eine Entwässerungsneigung von ≥ 5 % sicher, um die Bildung von Wasseransammlungen (Wassertaschen) zu vermeiden.

5. Rohrfachwerkkonstruktionen – ein grenzüberschreitender Akteur in der Industrie und im Brückenbau

Strukturelle Eigenschaften und Materialvorteile
Durch die Verwendung kreisförmiger Stahlrohre (nahtlose Rohre/Rohre mit gerader Naht) werden diese durch sich kreuzende Schweißverbindungen (direkte Kreuzung und Schnitte von Elementen bei Stahlkonstruktionen) oder Knotenbleche verbunden und bilden so ein fachwerkartiges Krafttragsystem. Die Biegesteifigkeit des Stahlrohrabschnitts ist 30–50 % höher als die von H-Profilstahl, und der geschlossene Abschnitt weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf (Lebensdauer bis zu 50 Jahre nach der Verzinkung), wodurch er sich besonders für feuchte/korrosive Umgebungen eignet.

Vielfältige Anwendungsszenarien
Industriehallen: Dächer von Fabriken mit Stahlkonstruktionen für Schwermaschinen (Spannweite 40–60 Meter), die eine hängende Last von mehr als 30 Tonnen tragen können.
Brückenbau: Autobahnbrücken mit Fachwerkkonstruktionen aus Stahl (wie die Wuhan-Gutian-Brücke) mit einer Spannweite von bis zu 150 Metern sind 60 % leichter als Betonbrücken.
Ausstellungsgebäude: Ausstellungshallen mit weitgespannten Stahlkonstruktionen (Canton Fair Pavilion), die mit rechteckigen Rohrfachwerken eine schlichte, lineare Ästhetik erreichen.

Technische Spezifikationen zur Auswahl
Fachwerkform: Dreieckige Fachwerke für kurze Spannweiten (<30 Meter), trapezförmige Fachwerke für mittlere Spannweiten und parallele Gurtfachwerke für lange Spannweiten (erleichtert die Knotenstandardisierung).
Anordnung der Stegelemente: Die Plattenlänge sollte auf 1,5–3 Meter begrenzt werden, um ein übermäßiges Schlankheitsverhältnis der Elemente zu vermeiden (Druckelemente λ≤150, Zugelemente λ≤300).
Verbindungstechnologie: Kreuzungsverbindungen müssen mit CNC-Kreuzungslinienschneidemaschinen bearbeitet werden, und der Winkel zwischen Abzweigrohren und Hauptrohren sollte ≥30° betragen, um die Schweißqualität sicherzustellen.

Auswahlentscheidung in fünf Schritten – Ein praktischer Leitfaden für Anfänger

Spannweitengrade klären:
Geringe Spannweite (<30 Meter): Leichte Stahlkonstruktionen mit Portalrahmen (Vorrang auf Wirtschaftlichkeit).
Mittlere Spannweite (30–60 Meter): Stahlrahmen/Rohrfachwerk (Balance zwischen Funktion und Kosten).
Große Spannweite (>60 Meter): Stahlkonstruktionen, Gitter-/Seil-Membran-Struktur (dominiert durch räumliche Leistung).

Lasteigenschaften analysieren:
Statische Last dominiert (Dachlast): Vorrang für Gitter/Fachwerk.
Dynamische Belastung dominiert (Kran/Erdbeben): Stahlrahmen hat Vorrang (gute Duktilität).
Wind-/Schneelastempfindlich: Kabelmembran-Stahlkonstruktionen müssen durch Vorspannung verstärkt werden.

Match-Building-Funktionen:
Flexible Trennwandanforderungen: Stahlrahmen (kleine Balken- und Säulenabschnitte, hohe Raumausnutzung).
Anforderungen an die visuelle Transparenz: Stahlkonstruktionen Kabel-Membran-Konstruktion (Lichtdurchlässigkeit des Membranmaterials optional 20 %–90 %).
Schwerlastlager: Stahlkonstruktionen Rohrfachwerk (Vorteil der hohen Steifigkeit).

Bauliche Gegebenheiten berücksichtigen:
Werkseitige Vorfertigungsquote: Geschraubte Kugelgitter (80 % werkseitige Verarbeitung) eignen sich für den vorgefertigten Stahlbau.
Hebekapazität vor Ort: Für sehr große Komponenten (wie etwa 50-Tonnen-Stahlkonstruktionsfachwerke) sind 500-Tonnen-Kräne erforderlich.

Ausgewogene Wirtschaftsindikatoren:
Referenzstückkosten: Leichter Stahlportalrahmen (800–1200 Yuan/m²) < Stahlrahmen (1500–2500 Yuan/m²) < Rohrfachwerk (2000–3000 Yuan/m²) < Stahlgitter (2500–4000 Yuan/m²) < Kabelmembran-Stahlkonstruktionen (3000–8000 Yuan/m²).

Der Reiz von Stahlkonstruktionen liegt in der perfekten Einheit von Kraft und Form – unterschiedliche Stahlkonstruktionsformen sind nicht nur Produkte mechanischer Gesetze, sondern auch Träger architektonischer Kreativität. Anfänger sollten bedenken: Es gibt nicht die beste Stahlkonstruktion, sondern nur die am besten geeignete. Durch die dreidimensionale Abstimmung von Spannweite, Belastung und Funktion, kombiniert mit Baubedingungen und wirtschaftlichen Kennzahlen, können in konkreten Projekten wissenschaftlich fundierte Entscheidungen getroffen werden.