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Das mechanische Verhalten der Verbundglasplatten wird vom Zusammenspiel von Schubverbund und Membrantragwirkung bestimmt. Die vorliegende Arbeit analysiert diese beiden Parameter und gründet darauf ein einfaches, sicheres und wirtschaftliches Bemessungsverfahren. Im Teil I wird eine temperatur- und zeitabhängige Grenzkurve für den Schubmodul von Polyvinylbu-tyral (PVB) entwickelt. Mit Hilfe der Sandwichtheorie wird eine Näherungslösung für zweiseitig gelagerte Verbundplatten erarbeitet und insbesondere das Knickkriechen näher untersucht. Teil II (Heft2/2005) ist dem Zusammenwirken von Schubverbund und Membrantragwirkung bei Verbundplatten gewidmet. Die Last-Spannungsdiagramme zeigen überraschenderweise, daß die Kurven mit nachgiebigem Verbund teilweise über dem Grenzwert der verbundfrei geschichteten Platte liegen. Um dieser Besonderheit Rechnung zu tragen, werden umhüllende Grenzkurven ermittelt und in einem allgemeinen Bemessungsdiagramm zusammengefaßt. Generell wird bei nachgiebigem Verbund der nichtlineare Bereich wesentlich früher erreicht als bei monolithischen Platten. Darin liegt die eigentliche Stärke der Verbundglasplatten: Bei geringem Verbund (z. B. bei höheren Temperaturen oder langer Lasteinwirkungsdauer) geht die Tragfähigkeit nicht verloren, sondern wird von der Membrantragwirkung aufgefangen.

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Der untersuchte 3-Blech-Querschnitt schließt als Sonderfälle doppelt- und einfachsymmetrische I-Querschnitte, U-, Z- sowie auch T- und L-Querschnitte ein. Für den allgemeinen Fall zweiachsiger Biegung, Normalkraft und Torsion werden die Tragschnittgrößen bestimmt. Dabei liegt stets ein vollplastizierter Querschnitt und ein Versagensmechanismus mit ebener Dehnungsverteilung vor. Besondere Beachtung wird der Torsion geschenkt, insbesondere der Beeinflussung von primärem und sekundärem Torsionsmoment durch Plastizieren. Es wird eine einfache Formel zur Berechnung des größten Torsionsdrehwinkels im Traglastzustand angegeben.

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Solarthermische Kraftwerke müssen schon bald einen wesentlichen Beitrag zum drastisch steigenden Energiebedarf leisten. Sie können dies auch, denn die Entwicklung der verschiedenen Technologien ist sehr weit fortgeschritten. Der letzte aufwendige Schritt der großtechnischen Erprobung steht aber noch aus. Der Beitrag beschreibt die Kraftwerkskonzepte, an deren Entwicklung Schlaich Bergermann und Partner wesentlichen Anteil hat: das Aufwindkraftwerk, das Dish-Stirling-System zur dezentralen Stromerzeugung, die europäische Version der Parabolrinnen-Kraftwerke sowie das Turm-Solarkraftwerk, für das neue Heliostaten entwickelt wurden.

Die Erfindung der gespannten Seilnetzfassade im Jahre 1989/1990 für das Hotel Kempinski in München stellte einen Meilenstein auf dem Weg zu optimaler Transparenz von Glasfassaden dar. Diese Innovation prägte die Glasarchitektur danach ganz wesentlich und führte zur weltweiten Anwendung und infolge versäumten Patentschutzes auch zur weltweiten Kopie. Die tragende Konstruktion besteht aus einem ebenen einlagigen gespannten Seilnetz, an dessen Knoten die quadratischen oder rechteckigen Glasscheiben punktförmig befestigt sind, ohne das Glas zu durchbohren. Dadurch verlaufen die Seile genau hinter den vertikalen und horizontalen Glasfugen und werden als Konstruktion fast nicht mehr wahrgenommen. Die Konstruktion benötigt einem Tennisschläger gleich tragfähige Ränder, welche die Vorspannkräfte aufnehmen, besser noch, kurzschließen.

Fußgängerbrücken sind besondere Strukturen. An sie werden weniger restriktive Anforderungen als an die großen Brücken für Straße und Eisenbahn gestellt. Das ermöglicht gekrümmte Grundrißverläufe, die sich aus der geometrischen Forderung nach einer harmonischeren Anbindung an bestehende Wegenetze und nach flüssigeren Verkehrsführungen ergeben. Insbesondere bei größeren, für Seiltragwerke prädestinierte Spannweiten ist es möglich, diese Krümmung für effiziente Tragstrukturen zu nutzen, ohne auf die Leichtigkeit und Transparenz von Seilbrücken verzichten zu müssen. Interessante und spannende Tragwerke sind möglich, und mit der dritten Dimension erhalten diese Brücken eine eigene, räumliche Dynamik.

Zum Gelingen einer Membrankonstruktion tragen die gewählte Form sowie die erarbeiteten Details in höchstem Maße bei. Wie im Schalenbau unterliegen die möglichen Formen strengen mechanischen Gesetzmäßigkeiten, die doppeltgekrümmte Formen und vorgespannte Tragsysteme erfordern. Die Verformungen der entmaterialisierten, weil ausschließlich auf Zug beanspruchten Konstruktionen und die genaue Verfolgung des Kraftflusses erfordern überdurchschnittliche Sorgfalt bei der Festlegung der Details.

Brücken, Türme und weitgespannte Dächer werden geplant und gebaut, um eine bestimmte Funktion zu übernehmen. Sie bleiben dann während ihrer Lebensdauer allen Umwelteinflüssen und Belastungen hilflos ausgesetzt, ohne auf diese irgendwie reagieren zu können. Das heißt, die heute üblichen Ingenieurbauten sind fast ausnahmslos passiv. Sie sind also nicht aktiv in dem Sinne, daß sie sich verändernden Einflüssen anpassen können. Sie haben meist nicht die Intelligenz, ihr Tragverhalten situationsabhängig zu ändern, z. B. um sich wechselnden Lasten anzupassen. Sie sind zugleich nicht wandelbar und können sich deshalb den veränderten Nutzungsbedingungen nicht anpassen. Dächer und Brücken, die sich wegfalten können, wenn sie nicht gebraucht werden, sind Ausnahmen. Mit dem Konstruieren solcher aktiven und veränderbaren Tragwerke können wir Bauingenieure uns neue Geschäftsfelder erschließen. Die Natur kann uns mit ihren Lösungen für solche Probleme inspirieren. Jahrmillionen der Optimierung haben eine erstaunliche Vielfalt an Konstruktionen, vor allem Leichtbauten, hervorgebracht, die sich "ganz natürlich" allen wechselnden Randbedingungen anpassen. Dazu kommen die Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronik, die schon jetzt bisher passive Ingenieursysteme wie Automobile, Flugzeuge und sogar Haushaltsgeräte revolutioniert haben. Vor allem durch den Einsatz billiger massengefertigter Mikrosysteme erreichen solche Systeme heute schon einen gewissen Grad von Autonomie. Dieser Artikel soll dazu anregen, in diesem Sinne über Ingenieurbauten nachzudenken, um sie aktiv oder wandelbar, intelligent, smart, adaptiv und autonom, auf jeden Fall also zeitgemäß werden zu lassen. Die gleichzeitige Anwendung von Erkenntnissen des Leichtbaus, der Bionik und der Mikrosystemtechnik auf künftige Tragwerke steht im Mittelpunkt. Nach einem Blick in die Zukunft werden vorhandene wandelbare Ingenieurbauten gezeigt, die einen ersten Schritt in die zuvor beschriebene Richtung bedeuten.

Im Artikel wird über eine Reihe von Bauwerken berichtet, die aufgrund ihrer Nutzungsanforderungen große Spannweiten aufweisen. Immer sind große Flächen stützenfrei zu überspannen und damit die Aufgabenstellung ähnlich, und dennoch entsteht eine große Bandbreite an Tragwerkslösungen, die dieses Themengebiet für Ingenieure so spannend macht. Bei den vorgestellten Bauten handelt es sich um Projekte, die in den vergangenen Jahren für Messenutzung sowie den Bau und Betrieb von Flugzeugen entstanden sind oder sich derzeit in der Planung und Umsetzung befinden.

Hänger von Stabbogenbrücken sind häufig veränderlichen Beanspruchungen infolge Verkehrslasten ausgesetzt. In Abhängigkeit von Spannungsspielzahl und Spannungsniveau kann deshalb die Gefahr des Ermüdungsbruchs bestehen. Als maßgebend sind in dieser Hinsicht die Anschlüsse der Hängestangen an Bogen bzw. Versteifungsträger anzusehen, da sich hier durch Geometrieänderung und durch die Kerbwirkung der Anschlußschweißnähte ein ungleichförmiger Spannungszustand einstellt. Die maximale Spannungsspitze im Kerbgrund wird durch die Tiefe und Schärfe der Kerben bestimmt. Um eine ausreichende Ermüdungssicherheit zu gewährleisten, ist es notwendig, diese rißerzeugenden Spannungsspitzen zu minimieren und möglichst einen homogenen Spannungsverlauf über das gesamte Bauteil zu erzeugen. Mit Hilfe einer parametergestützten Gestaltoptimierung und anschließender Topologieanpassung soll die Gefahr von Ermüdungsbrüchen vermindert werden. Für die unter diesen Gesichtspunkten entworfene Anschlußkonstruktion wird die Kerbwirkung, ausgedrückt durch die Kerbwirkungszahl Kf , mittels FE-Analyse ermittelt. Abschließend wird eine analytische Formel für Kf entwickelt, welche die Anwendung des Kerbspannungskonzeptes für Hängeranschlüsse ermöglicht.

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