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Die Erfindung betrifft ein Membranbauwerk der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Membranbauwerke resultieren aus einer
relativ neuen Entwicklung im Dach- oder Fassaden-Bauwesen. Beispielsweise
ist für
die in München geplante
Allianzarena die Dachkonstruktion ein Membranbauwerk (Süddeutsche
Zeitung Nr. 274 vom 27.11.2002, S. 56). Membranbauwerke können entweder
mechanisch vorgespannte ein- oder mehrlagige Membranen in einem
Tragwerk aufweisen, oder pneumatisch vorgespannte, sogenannte Membranpneus
aus zwei oder mehr Lagen, die durch Innendruck in aufgeblasenem
Zustand selbsttragende Kissen in einem Tragwerk bilden. Die Lagen
sind Kunststofffolien oder textile Gewebe. Für kleinere Dachkonstruktionen
und/oder Objekte mit einem oder wenigen großen oder sehr kleinen Membranpneus
ist für
Notfälle
die Beseitigung von nennenswerten Wasserlasten durch Abpumpen oder
Durchstechen akzeptabel. Bei Membranbauwerken mit vielen, großen und
in großer
Höhe angeordneten
Membranpneus sind solche Notfallpläne nicht praktikabel. Ein die
Beseitigung einer Wasserlast erfordernder Notfall kann beispielsweise
dann eintreten, wenn infolge Stromausfalls oder einer Störung in
der Luftversorgung oder wegen einer Penetration der Innendruck im
Druckraum des Membranpneus absinkt und eine Schnee- oder Wasserlast
die obere Lage nach unten drückt,
eine Mulde formt, die voll Wasser bleibt. Die dann entstehende Last
kann für
das Membranbauwerk, d.h. entweder das Tragwerk oder den Membranpneu
selbst, kritisch werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Membranbauwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter
einem vorstehend beispielsweise geschilderten Notfall keine Gefahr
für das
Bauwerk oder das Membranpneu entsteht und eine Wasserlast vor Erreichen
eines kritischen Zustandes beseitigt werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das bereits bei der Konzeption und
Konfektion des Membranpneus in diesen integrierte, oder als Nachrüstung später installierte
Wasserableitsystem beseitigt eine Wasserlast vor Erreichen eines
für das Bauwerk
oder das Membranpneu kritischen Zustandes über den Ableitweg durch das
Membranpneu hindurch. Ist das Wasserableitsystem wahlweise aktivierbar,
dann greift zur Abwendung einer Gefahr entweder Personal oder eine
ggfs. automatische Steuerung ein. Ist das Ableitsystem selbsttätig aktivierbar,
dann hilft sich das Membranbauwerk sozusagen selbst, um die kritische
Situation zu beseitigen, die z.B. aus starkem Regen oder von Schneeschmelzwasser
resultiert. Das System ist besonders zweckmäßig für Membranbauwerke mit vielen
in großer
Höhe angeordneten
Membranpneus, insbesondere aus ETFE-Folienmaterial
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Nach fernbetätigter Aktivierung wenigstens eines
Absperrgliedes zum Freigeben des Ableitwegs fließt das Wasser ab. Nach Schließen des
Absperrglieds ist das Membranpneu wieder funktionsfähig.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Wasserableitsystem
durch gewolltes Druckentlasten des Membranpneus zu aktivieren, was
besonders zweckmäßig ist,
weil zur Steuerung der Druckverhältnisse
im Membranpneu ohnedies Hilfsvorrichtungen vorgesehen sind. Bei
einer Druckabsackung aus anderen Gründen wird das Wasserableitsystem
auch aktiviert.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die relative
Annäherung
wenigstens zweier Lagen des Membranpneus zum Aktivieren des Wasserableitsystems
zu benutzen. Dies kann in einem Notfall durch Umstände erfolgen,
die den Druck im Membranpneu absenken (z.B. Stromausfall oder Störung im
Luftversorgungssystem), oder durch eine oberseitige Wasser- oder
Schneelast. Die selbsttätige
Aktivierung des Wasserableitsystems kann auch durch gewolltes Druckabsenken
veranlasst werden.
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Bei einer einfachen Ausführungsform
erstreckt sich der Ableitweg frei durch das Membranpneu. Gegebenenfalls
muss, falls sich die Funktionsfähigkeit
des Membranpneus nicht ohnedies selbsttätig bei deaktiviertem Wasserableitsystem
einstellt, die Funktionsfähigkeit
später
auf andere Weise wieder herbeigeführt werden.
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Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, den Ableitweg
durch das Membranpneu gegenüber
dem Druckraum abzudichten. Dann kann beim Ableiten einer Wasserlast
kein Wasser ins Innere des Membranpneus eindringen und ist die Funktionsfähigkeit ohne
Wasserspuren oder Schmutz sofort wieder gegeben.
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Baulich einfach wird der Ableitweg
durch einen Schlauch oder ein Rohr gegenüber dem Druckraum abgedichtet.
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Da der Schlauch nicht druckfest,
sondern axial zusammenfaltbar ist, benötigt er eine Abstützung gegen
den Druck im Druckraum, um den Wasserableitweg nicht einzuschnüren. Deshalb
ist im Inneren des Schlauches eine wasserdurchlässige Armierung vorgesehen.
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Besonders zweckmäßig ist die Armierung ein Drahtgebilde ähnlich einem
Schneebesen, oder ein Drainagerohr. Das Drahtgebilde ähnlich einem Schneebesen
stützt
den Schlauch gegen Einschnüren
und lässt
gleichzeitig Wasser ablaufen. Das Drahtgebilde ist leicht und kann
auch große
Membranhöhen
problemlos kontrollieren, z.B. von 1,6 m oder mehr. Das Drainagerohr
ist selbst druckfest.
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Bei einer zweckmäßigen, selbsttätig aktivierbaren
Ausführungsform
ist die Armierung an einem Ende in einer Öffnung einer Lage verankert
und mit dem anderen Ende in der darauf ausgerichteten Öffnung der
anderen Lage verschiebbar bzw. durch diese ausschiebbar. Der Ableitweg
könnte
ständig
offen sein, dann würde
Regenwasser stets durchdringen. Zweckmäßiger ist deshalb an dem aus
der anderen Öffnung
verschiebbaren Ende der Armierung ein Absperrglied wie eine Klappe
oder Kappe angeordnet, die bei deaktiviertem Wasserableitsystem
den Ableitweg verschließt
oder abschirmt und die Öffnung
nun freigibt, wenn durch die relative Annäherung der Lagen des Membranpneus
unter einer Wasserlast das andere Ende der Armierung durch die Öffnung ausgeschoben
wird.
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Bei der Ausführungsform mit dem als Rohr, das
den Druckraum vom Ableitweg trennt, wird das Rohr mit einem Ende
in der Öffnung
der obersten Lage verankert und mit seinem anderen Ende in der Öffnung der
untersten Lage abgedichtet verschiebbar angeordnet. Hier kann vor
der Öffnung
in der obersten Lage eine Einlaufkappe mit seitlichen Einlauföffnungen
angeordnet sein.
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Bei einem wahlweise aktivierbaren
Wasserableitsystem (durch Personal mit Fernbetätigung, oder über eine
die Kondition überwachende
Automatiksteuerung) können
die Absperrglieder für
die Öffnungen
in der obersten und untersten Lage fernbetätigbare Magnetventile sein.
Bei einem selbsttätig,
aktivierbaren System kommen druckabhängig und/oder membranlagenbewegungsabhängig betätigbare Ventile
zum Einsatz.
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Beispielsweise sind oben und unten
Ventile nach Art von Rückschlagventilen
vorgesehen, die normalerweise absperren, und nur unter dem Wasserdruck
oder dem Massengewicht der Wasserlast öffnen.
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Besonders zweckmäßig ist ein unteres Rückschlagventil,
das durch Federkraft gegen den Wasserdruck schließt, wobei
mit der obersten Lage des Membranpneus ein Dom verbunden ist, der
bei Annäherung
der Lagen das untere Rückschlagventil zusätzlich,
falls der Wasserdruck nicht ausreichen sollte, oder grundsätzlich durch
den Dorn entsperrt. Die Lösung
mit diesen Rückschlagventilen
kann sowohl bei einem gegenüber
dem Druckraum abgedichteten Ableitweg eingesetzt werden, als auch
bei einem freien Ableitweg im Membranpneu.
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Bei einer weiteren, zweckmäßigen Ausführungsform
sind in oder an den Lagen fernbetätigbare Öffnungsformer vorgesehen, beispielsweise
Heizdrahtschlangen, die bei Beaufschlagung durch Strom erst Öffnungen
formen, um eine Wasserlast abzuleiten. Da diese Lösung vordringlich
dazu dient, im Gefahrenfall einen Schaden abzuwenden, muss später die
Funktionsfähigkeit
des Membranpneus wieder hergestellt werden.
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Um zu verhindern, dass Winddriftwasser
in das Membranpneu eindringt und im Wasserableitweg stehen bleibt,
ist es zweckmäßig, an
der oberen Öffnung
einen Kragen vorzusehen, der Winddriftwasser ableitet.
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Um zuverlässig Schaden von dem Membranpneu
abzuhalten bzw. so viel wie möglich
einer Wasserlast ableiten zu können,
sollte das Wasserableitsystem im Membranpneu an einer Position angeordnet
sein, die im Bereich des tiefsten Punktes der durch eine Wasserlast
in der oberen Lage gebildeten Mulde liegt.
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Um das abgeleitete Wasser nicht nur
frei herabströmen
zu lassen, sondern gerichtet zu beseitigen, könnte an der unteren Öffnung ein
Wasserleitrohr oder Schlauch angeschlossen sein.
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Besonders zweckmäßig ist die jeweils benutzte
Ausführungsform
des Wasserableitsystems eine Nachrüstbaueinheit, mit der auch
bereits bestehende Membranbauwerke, z. B. aus versicherungstechnischen
Gründen,
gegen Schäden
gesichert werden können.
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Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
werden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht eines Teils eines Membranbauwerks
mit installierten Wasserableitsystemen in den Membranpneus,
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2A, B schematische Schnittdarstellungen
eines mit einem Wasserableitsystem ausgestatteten Membranpneus,
in voller Funktionsfähigkeit, und
beim Ableiten einer Wasserlast,
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3A, B eine andere Ausführungsform
eines mit einem Wasserableitsystem ausgestatteten Membranpneus,
in Normalkondition, und beim Ableiten einer Wasserlast,
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4 einen
Schnitt einer weiteren Ausführungsform,
in Normalkondition,
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5 einen
Schnitt einer weiteren Ausführungsform,
in Normalkondition, und
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6 einen
Schnitt einer weiteren Ausführungsform,
in Normalkondition.
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Von einem ausschnittsweise in 1 angedeuteten Membranbauwerk
M sind mehrere Membranpneus P in einem Tragwerk 1 gezeigt.
Das Membranbauwerk ist beispielsweise eine Dachkonstruktion D mit
im Wesentlichen horizontal orientierten, zweilagigen oder mehrlagigen,
viereckigen Membranpneus P, wobei der normale Regenwasser entlang
der Träger
des Tragwerks 1 abgeleitet wird. Jedes Membranpneu P hat
eine obere und eine unter Lage 2, 3, gegebenenfalls
ist dazwischen noch eine weitere Lage vorgesehen. Die Membranpneus
P sind dicht und an eine Druckquelle Q angeschlossen, die einen
bestimmten Innendruck erzeugt, der die Membranpneus tragfähig stabilisiert.
Zumindest einige, wenn nicht alle, der Membranpneus P verfügen über wenigstens
ein baulich eingegliedertes Wasserableitsystem W mit einem durch
das jeweilige Membranpneu P hindurch verlaufenden Ableitweg A, wobei verschiedene
Ausführungsformen
solcher Wasserableitsysteme nachstehend anhand der 2 bis 6 erläutert werden.
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In der Ausführungsform der 2A und 2B erstreckt
sich der Ableitweg A zwischen einer Öffnung 8 in der oberen
Lage 2 und einer Öffnung 9 in der
unteren Lage 3, d.h. frei durch den Druckraum des Membranpneus
M. Bei den Öffnungen 8, 9 sind fernbetätigbare
Absperrglieder 5, 10 vorgesehen, beispielsweise
Magnetventile, die über
Magneten 6 betätigbar
und an eine Steuerung 7 angeschlossen sind. Die Absperrglieder 5, 10 können entweder
gewollt durch Personal aktiviert werden, oder durch eine automatische
Steuerung, die die Witterungskonditionen oder dgl. überwacht.
Das Absperrglied 5 kann unter einer Abdeckkappe 4 geborgen
sein. Die Sperrglieder 5, 10 verschließen bei
Normalkondition die Öffnungen 8, 9.
Tritt ein Notfall ein, 2B,
beispielsweise weil der Innendruck im Druckraum R abfällt, oder
eine Schneelast zu hoch ist, dann wird die obere Lage 2 nach
unten gedrückt,
bis eine Mulde M entsteht, in deren Zentrumsbereich das Wasserableitsystem
W positioniert ist. Die Absperrglieder 5, 10 werden
nun betätigt,
um die Öffnungen 8, 9 freizugeben
und den Ableitweg A zu öffnen,
so dass das Wasser aus einer Wasserlast B abfließt, und zwar so weit, bis nach
Schließen
der Absperrglieder 5, 10 und Aufbauen von Innendruck
die sich nach oben hebende obere Lage 2 restliches Wasser
in das normale Wasserableitsystem zwingt.
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In der Ausführungsform der 3A und 3B sind
an oder in den Lagen 2, 3 Öffnungsformer 11 platziert,
z.B. eingebettete Heizdrahtelemente, die über Versorgungsleitungen 12 an
eine Stromquelle angeschlossen sind. In einem Notfall, z.B. 3B, in dem sich die obere
Lage 2 der unteren Lage 3 angenähert hat
und eine Wasserlast B vorliegt, werden die Öffnungsformer 11 aktiviert,
um die Öffnungen 8, 9 zu bilden
und den Ableitweg A freizugeben. Die Funktionsfähigkeit des Membranpneus muss
dann nach dem Notfall auf andere Weise wieder hergestellt werden.
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Die Ausführungsform des Wasserableitsystems
W in 4 ist selbsttätig aktivierbar,
um eine Wasserlast in einem Notfall abzuleiten. In der oberen Lage 2 ist
mit einer Klemmringanordnung 14 (oder in die Lage 2 eingeschweißt) ein
Ventilgehäuse 13 mit einem
oberen umlaufenden Ventilsitz 16 und einem beispielsweise
plattenförmigen
Ventilelement 16' sowie
unteren vereinzelten Auflagen 17 vorgesehen. Diese Komponenten
bilden ein selbsttätig
aktivierbares Absperrglied 5'.
Zusätzlich
kann am Ventilgehäuse 16 ein
nach innen ragender Dorn 18 vorgesehen sein, dessen Funktion
später
erläutert
wird. Das Absperrglied 5' ist
eine Art Rückschlagventil,
das unter dem Innendruck im Druckraum sperrt und durch eine Wasserlast
geöffnet
werden kann. In der unteren Lage 3 ist als selbsttätig aktivierbares
Absperrglied 10' ein
Ventilgehäuse 15 ebenfalls
mit einer Klemmringanordnung (oder eingeschweißt) festgelegt, das eine durch
eine Feder 20 in einer Schließlage gebrachte Ventilplatte 29 aufweist,
die unter dem Innendruck im Druckraum des Membranpneus geschlossen
bleibt, d.h. ein Durchgangsventil bildet, das den Innendruck halten
kann. Sobald ein Notfall eintritt, bei dem die oberen Lage 2 nach
unten verlagert wird und sich in der gebildeten Mulde eine Wasserlast
aufbaut, dann drückt
schließlich
das Gewicht bzw. der Druck der Wasserlast das Ventilelement 16' auf die Anschläge 17.
Gleichzeitig drückt
der Dorn 18 die Ventilplatte 19 gegen die Kraft
der Feder in eine Öffnungslage.
Das Wasser kann abfließen.
Sobald die Wasserlast beseitigt ist, nehmen beide Absperrglieder 5', 10' ihre Schließlagen selbsttätig wieder
ein, so dass unter dem dann erneut aufgebauten oder nach wie vor
herrschenden Innendruck im Druckraum die ursprüngliche Form des Membranpneus
wieder hergestellt wird.
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Bei den Ausführungsformen der 2 bis 4 sind die Ableitwege frei durch den
Membranpneu geformt. Es wäre
aber auch denkbar, zwischen den Öffnungen 8, 9 einen den
Ableitweg A vom Druckraum dicht trennenden Schlauch mit einer Innenarmierung oder
ein Rohr vorzusehen, das durch die untere Öffnung 9 ausgeschoben
wird, mit der Aufgabe, kein Wasser in den Druckraum des Membranpneus
gelangen zu lassen.
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Bei der Ausführungsform in 5 ist mit der Klemmringanordnung 14 (oder
einer Schweißnaht) eine
Einlaufkappe 4 mit seitlichen Wassereinlässen 21 verbunden.
Um Winddriftwasser am zu leichten Eindringen in den Ableitweg A
zu hindern, sollte ein Kragen 22 gegenüber der Kontur der oberen Lage 2 hochstehen.
Mit der Klemmringanordnung 14 ist ein Rohr 23 verbunden,
das die Öffnung 9 in
einer entsprechenden Klemmringanordnung (oder Schweißnaht) in
der unteren Lage 3 abgedichtet verschieblich durchsetzt.
Gegebenenfalls ist am unteren Rohrende ein Anschlag vorgesehen,
der verhindert, dass das Rohr zu weit nach innen gezogen werden
kann. Ferner kann an der unteren Klemmringanordnung 14 ein Wasserleitrohr
oder -schlauch 24 angeschlossen sein, um das Wasser kontrolliert
wegzubringen, sobald das Wasserableitsystem aktiviert worden ist.
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In einem Notfall bei muldenförmig abgesenkter
oberer Lage 2 bewegt sich das Rohr 23 zunehmend
nach unten aus der Öffnung
heraus, bis das von oben einlaufende Wasser abgeführt ist. 5 zeigt im übrigen eine
mittlere Lage 2' zwischen
den oberen und unteren Lagen 2, 3. Diese mittlere
Lage 2' wird
von dem Rohr 23 durchsetzt.
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Bei der Ausführungsform des Wasserableitsystems
W in 6 ist der Wasserableitweg
A gegenüber
dem Druckraum R durch einen sich zwischen den oberen und unteren Öffnungen 8, 9 erstreckenden,
axial zusammenfaltbaren, flexiblen Schlauch 26 abgedichtet.
Damit der Schlauch 26 sich unter dem Druck im Druckraum
R nicht einschnürt und
den Wasserableitweg A versperrt, ist eine Armierung F im Inneren
des Schlauches 26, oder gegebenenfalls auch in der Schlauchwand
selbst, vorgesehen, die den Ableitweg A freihält und den Schlauch 26 beim
Zusammenfalten führt,
so dass er sich nicht seitlich ausbeulen und den Ableitweg A versperren kann.
Bei der gezeigten Ausführungsform
ist die Armierung F ein Drahtgebilde 27 ähnlich einem Schneebesen.
Alternativ könnte
auch ein Rohr bzw. Drainagerohr oder ein anderes Gebilde als Armierung
verwendet werden. Das unteren Ende des Drahtgebildes 27 ist
in einem Ring 28 gehalten, der in die Klemmringanordnung 24 der
unteren Öffnung 9 beispielsweise
eingeschraubt ist. Die Klemmringanordnung 14 kann im übrigen aus
miteinander verschraubten Klemmringen bestehen, die die Lage 3 bzw. 2 festlegen,
und auch den Schlauch 26, bzw. gegebenenfalls sogar ein
Wasserleitrohr oder einen Wasserleitschlauch 24 (gestrichelt
angedeutet).
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Der Schlauch 26 ist zweckmäßigerweise
konisch, d.h. sein Durchmesser d1 ist beispielsweise oben kleiner
als unten im Bereich des Durchmessers d2, oder umgekehrt, damit
er sich leichter axial zusammenfaltet. Die Länge der Armierung F ist so
bemessen, dass das andere Ende der Armierung F durch die obere Öffnung 8 greift
und dort eine beispielsweise angebrachte Schließkappe 25 trägt, die auch
verhindert, dass die Armierung F vollständig nach innen gezogen wird.
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Bei einer nicht gezeigten Alternative
könnte der
Einbau der Armierung F auch umgekehrt erfolgen, d.h., dass die Armierung
mit ihrem freien Ende durch die untere Öffnung 9 ausgeschoben
wird. Dann ist nicht unbedingt eine Verschließkappe 25 erforderlich.
Vielmehr ist es dann zweckmäßiger, bei
der oberen Öffnung 8 eine
Einlaufkappe mit seitlichen Einlauföffnungen und einen Abweisekragen 22 vorzusehen.
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In einem Notfall senkt sich die obere
Lage 2, gegebenenfalls zusammen mit der mittleren Lage 2', zur unteren
Lage 3 hin. In der Mulde baut sich eine Wasserlast auf.
Bei der Absenkbewegung der oberen Lage 2 wird das obere
Ende der Armierung F durch die obere Öffnung 8 nach oben
geschoben und die Verschließkappe 25 abgehoben.
Der Ableitweg A ist frei. Das Wasser läuft selbsttätig entlang des Ableitweges
A nach unten. Sobald die Wasserlast beseitigt ist, hebt sich die
obere Lage 2 wieder, bis schließlich die Verschließklappe 25 die
oberen Öffnung 8 wieder verschließt.
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Zweckmäßig ist das Drahtgebilde 27 zum oberen
Ende hin breiter als weiter unten.