Hängende Zugsysteme werden mit Elementen gebaut, die versuchen zu ziehen. Eine Struktur besteht jedoch nicht ausschließlich aus Elementen, die versuchen zu ziehen. Die auf der Membranoberfläche entstehenden Lasten werden auf die druckbeanspruchten, tragenden Elemente wie Streben, Balken und Bögen übertragen, die sich zu biegen versuchen. Zugmembranbausysteme unterscheiden sich von herkömmlichen Bausystemen in Form, Material und Tragverhalten. Zugmembran-Struktursysteme zeigen unter Belastung große Verformungen. Um die zerstörerischen Auswirkungen dieser Verformung zu eliminieren, gibt es spezifische Prinzipien für Spannsysteme, die in der Konstruktionsphase befolgt werden müssen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Konstruktionsmaterialien gelten Konstruktionsmembranen als nicht biege- und drucksteif. Die einzige Trägereigenschaft von Strukturmembranen ist die Zugfestigkeit. Wie ist es möglich, ein Material mit einem Gewicht von etwa 1 kg/m2 und einer Dicke von 1 mm, das außer der Zugfestigkeit keine bemerkenswerte Steifigkeit aufweist, als ein Material zu verwenden, das Wind- und Schneelasten widersteht? Die Beantwortung der Frage basiert auf zwei grundlegenden, miteinander verknüpften Prinzipien, die Zugmembranbausysteme möglich machen. Diese beiden Grundprinzipien sind Form und Voreingenommenheit.
Bilden
Die Grundform der zugfesten Membranstruktursysteme ist eine antiklastische Oberfläche mit entgegengesetzter Doppelkrümmung. Diese Form ist eine strukturelle Notwendigkeit, wenn wir eine Oberfläche anstreben, die Schnee- und Windlasten standhält. Die die Membranstrukturform bildende gegenüberliegende Doppelkrümmungsfläche ist nicht nur eine geometrische Form, sondern das Ergebnis eines physikalischen Gleichgewichtszustandes, in dem alle die Oberfläche bildenden Punkte im Gleichgewicht sind. Ein Beispiel für diese Form sind Minimalflächen, die mit Seifenlauge in einem dreidimensionalen Drahtrahmen erzeugt werden sollen. Ausgangspunkt der Form sind keine ästhetischen und visuellen Anliegen, sondern eine Nachahmung der Natur im strukturellen Sinne.
vorspannen
Der Vorgang, eine Strukturoberfläche zu erhalten, die aus entgegengesetzten Krümmungen besteht, wird als Formfindung bezeichnet. Die beiden Hauptfaktoren, die dabei die Form bestimmen, sind die Umgebungsbedingungen und die auf die Oberfläche aufgebrachte Zugkraft. Die Umgebungsbedingungen sind die Stützpunkte und die Randelemente. Die Aktualisierung der erstellten Form kann durch Ändern der Umgebungsbedingungen und der auf die Oberfläche aufgebrachten Zugkraft erreicht werden. Die auf die Oberfläche ausgeübte Zugkraft unterscheidet sich im Allgemeinen entsprechend den Richtungen der Membranoberfläche.
Bei der Montage wird die Oberfläche unter Berücksichtigung der Zugkraft, die die Oberfläche während der Formfindungsphase formt, mit einer Vorspannung beaufschlagt. Dank dieser Vorspannung erreicht die Membranoberfläche die in der Formfindungsphase erhaltene Geometrie.
Die Vorspannung wird durch mechanische Dehnung der Membranoberfläche erreicht. Das Spannen erfolgt mit Zugkraft an Eckpunkten in einem von Seilen umgebenen System. Da die Membranoberfläche an den Kanten konkav ist, führt die auf die Seile ausgeübte Zugkraft dazu, dass sich die Membran entlang des Kantenseils dehnt. Die Spannung auf einer mit Seilen abgeschlossenen Membranfläche wird durch die axiale Zugkraft in den Seilen verursacht. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der auf das Seil ausgeübten Zugkraft und der Kantenfedertiefe der Membranoberfläche. Die gezielte Flächenvorspannung kann bei einem System mit geringer Federtiefe mit größerer Kraft erreicht werden.
