EP2055865B1 - Gebäudeumhüllungselement - Google Patents

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EP2055865B1
EP2055865B1 EP08019215.6A EP08019215A EP2055865B1 EP 2055865 B1 EP2055865 B1 EP 2055865B1 EP 08019215 A EP08019215 A EP 08019215A EP 2055865 B1 EP2055865 B1 EP 2055865B1
Authority
EP
European Patent Office
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foil layer
pressure
chamber
fluid medium
building covering
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EP2055865A2 (de
EP2055865A3 (de
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Thomas Langner
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Vector Foiltec GmbH
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Vector Foiltec GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H15/00—Tents or canopies, in general
    • E04H15/20—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure
    • E04H2015/202—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure with inflatable panels, without inflatable tubular framework
    • E04H2015/203—Tents or canopies, in general inflatable, e.g. shaped, strengthened or supported by fluid pressure with inflatable panels, without inflatable tubular framework supported by a non-inflatable structure or framework

Definitions

  • the invention relates to a building envelope element with a foil cushion which comprises an outer foil layer forming the outside of a building envelope and an inner foil layer forming the inside of a building envelope, which between them form at least one essentially fluid-tight closed cavity in which a fluid medium, in particular Air, is included, and with a reinforcing element.
  • Building envelope elements are known to be used in foil roof systems and foil facade systems. These foil roof and foil facade systems are preferably used in the construction of commercial buildings such as sports stadiums, event centers or shopping centers. These buildings, which usually have very large roof and bevel surfaces, take advantage of the advantages associated with foil roofs or foils facade systems, such as lightness and light permeability or the ability to design the color scheme.
  • film cushions consist of two outer film layers which are connected to one another in a substantially fluid-tight manner and which are usually welded to one another along their edges in order to form an essentially fluid-tight closed cavity between them.
  • this cavity is filled a fluid medium, in particular a gas such as air, is introduced, as a result of which the film layers are tensioned accordingly and the film cushion is given its intended shape.
  • the film cushions are usually equipped with a device for supplying a fluid medium, via which, for example, the air pressure in the film cushion can be regulated.
  • the fluid medium introduced into the film cushion is not only used to shape the cushion, but also for thermal insulation, which is another advantage of the film system.
  • the document DE 202 17 990 U1 discloses a building cladding element according to the preamble of claim 1.
  • the reinforcement element receives its load-bearing function through the coupling with the outer film layer via the pressurized fluid medium.
  • the pressure formation in the chambers is therefore decisive.
  • the level of the first and second pressure and / or the ratio of the first and second pressure are designed so that the film layer relieves the outer film layer, in particular in the case of outward suction effects, by removing part of the stress on the outer film layer via the pressurized fluid Medium is transferred to the film layer.
  • the building envelope element according to the invention can be developed in that the film layer consists, at least in sections, of a material that allows shape changes, in particular an elastic material.
  • the load transfer from the outer film layer via the fluid medium to the film layer is supported by the fact that the reinforcement element is not dimensionally stable, but can adapt its shape and for this purpose consists of an elastic material.
  • the outer film layer which can then consist, at least in sections, of a material that allows shape changes, in particular an elastic material.
  • the load transfer is also supported if the outer film layer is not dimensionally stable, but can adapt its shape and for this purpose consists of an elastic material.
  • the film layer is curved, specifically in the same direction as the outer film layer, which is usually curved outward.
  • the curvature curves of the film layer and the outer film layer should be similar to one another. This is advantageous for particularly effective load transfer.
  • the reinforcement element is designed as a further film layer.
  • This has the advantage that, for example, the same material can be used for the two outer film layers and the reinforcing element to simplify production.
  • the inner film layer can also consist of the same elastic material as the outer film layer and / or the reinforcing element.
  • the division of the film cushion into two chambers by the middle film layer also produces a two-layer thermal insulation and thus an improvement in the insulating effect of the film cushion overall, in that the second chamber in particular makes a contribution to thermal insulation.
  • the second chamber has a smaller volume than the first chamber.
  • the building envelope element according to the invention is further characterized by the fact that the tension in the reinforcement element is over 100% of the tension in the outer film layer.
  • This tension ratio supports the load transfer from the outer film layer to the reinforcement element.
  • the tension in the reinforcement element can possibly also be well over 100% of the tension in the outer film layer.
  • the inventive construction of the foil cushion with the reinforcement element in the form of a further foil layer makes it possible to implement the reinforcement in a technically new way and at the same time significantly reduce the use of material and the associated manufacturing costs of the foil cushion.
  • Figure 1 shows a building envelope element according to the invention schematically in cross section.
  • FIG. 1 a building cladding element 100 according to the invention is shown, which can form a foil roof or foil facade system with a large number of other building cladding elements according to the invention.
  • the building enveloping element 100 consists of an outer film 101, an inner film 102 and a reinforcing element 107.
  • the reinforcing element is essentially flat, i.e. it has a significantly greater extent in length and width than in height.
  • Both the reinforcement element 107 and the outer film 101 are preferably made of an elastic material that allows changes in shape of the reinforcement element 107 or the outer film 101.
  • the reinforcement element 107 is also designed as a film.
  • the outer film 101, the inner film 102 and the reinforcing element 107 are welded to one another at their edges 103 and 104, so that between the reinforcing element 107 and the inner film 102 a first essentially fluid-tight closed chamber 108 and between the reinforcing element 107 and the outer Foil 101 a second, essentially fluid-tight closed chamber 109 is created.
  • the fluid medium in the first chamber 108 has a first pressure applied to it.
  • a second pressure is applied to the fluid medium in the second chamber 109.
  • the pressure on the fluid medium in the first chamber 108 is greater than the pressure on the fluid medium in the second chamber 109.
  • the second chamber 109 also has a smaller volume than the first chamber 108.
  • a supply device (not shown) can be provided, which is preferably connected to the two chambers 108, 109 via pipe or hose lines.
  • the outer film 101 is curved outward, such as Figure 1 reveals.
  • the inner film 102 is curved in the opposite direction, namely in the direction of the interior of the building.
  • the reinforcement element 107 which also consists of a film material, curved in the same direction as the outer film 101.
  • the curves of the outer film 101 and the reinforcing element 107 should preferably be as similar as possible to one another.
  • the building envelope element 100 is held at its edges 103 and 104 by fastening elements 105 and 106, via which it is connected to further building envelope elements and / or a supporting structure.
  • the tension is more than 100% of the tension in the outer film 101. It can be seen from this that the reinforcement element has a significant share in the load transfer.
  • the tension in the reinforcement element 107 can, however, in particular in the case of a load, also be well over 100% of the tension in the outer film 101. This is the case when a large part of the loads are removed via the reinforcement element 107 and failure of the outer film 101 is thus prevented.
  • the two fluid-filled chambers 108 and 109 can contribute to the thermal insulation effect of the building envelope element 100.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gebäudeumhüllungselement mit einem Folienkissen, das eine äußere, die Außenseite einer Gebäudehülle bildende Folienlage und eine innere, die Innenseite einer Gebäudehülle bildende Folienlage umfasst, die zwischen sich mindestens einen im wesentlichen fluiddicht geschlossenen Hohlraum bilden, in dem ein fluides Medium, insbesondere Luft, enthalten ist, und mit einem Verstärkungselement. Gebäudeumhüllungselemente werden bekannterweise In Foliendachsystemen und Folienfassadensystemen eingesetzt. Diese Foliendach- und Folienfassadensysteme kommen vorzugsweise bei der Errichtung von gewerblichen Bauten, wie Sportstadien, Veranstaltungszentren oder Einkaufszentren, zum Einsatz. Bei diesen Bauten, die meist sehr große Dach- und Fasenflächen aufweisen, nutzt man u.a. die mit Foliendach- bzw. Follenfassadensystem verbundenen Vorteile, wie Leichtigkeit und Lichtdurchlässigkeit oder Gestaltbarkeit der Farbgebung.
  • Standardmäßig bestehen Folienkissen aus zwei äußeren Folienlagen, die im wesentlichen fluiddicht miteinander verbunden und gewöhnlich entlang ihrer Ränder miteinander verschweißt sind, um zwischen sich einen im wesentlichen fluiddicht geschlossenen Hohlraum zu bilden. Während der Herstellung des Folienkissens wird in diesen Hohlraum ein fluides Medium, insbesondere ein Gas wie z.B. Luft, eingeführt, wodurch die Folienlagen entsprechend gespannt werden und das Folienkissen seine beabsichtigte Form erhält. Die Folienkissen sind auch im Einbauzustand meist mit einer Vorrichtung zur Versorgung mit einem fluiden Medium ausgestattet, über die etwa der Luftdruck im Folienkissen reguliert werden kann.
  • Das in das Folienkissen eingeführte fluide Medium dient aber nicht nur der Formgebung des Kissens, sondern auch zur thermischen Isolierung, was einen weiteren Vorteil von Foliensystem ausmacht.
  • Um den an einer Gebäudehülle angreifenden Belastungen, wie beispielsweise Windlasten, und hier insbesondere Windsoglasten, standzuhalten, sehen existierende Lösungen vor, die äußere Folienlage zu verdoppeln. Durch diese Verdoppelung kann ein Folienkissen höhere Belastungen, insbesondere Windsoglasten, aufnehmen. Nachteilig hieran ist jedoch vor allem der hohe Materialeinsatz, der gerade bei großflächigen Gebäudehüllen zu hohen Kosten führen kann. Obwohl die beiden äußeren Folienlagen im wesentlichen fluiddicht miteinander verbunden sind, kommt es durchaus öfter vor, dass sich zwischen diesen beiden Folienlagen Kondensat bildet, was bereits aus optischen Gründen unerwünscht ist.
  • Das Dokument DE 202 17 990 U1 offenbart ein Gebäudeumhüllungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gebäudeumhüllungselement der eingangs genannten Art derart zu verbessem, dass zumindest einer der genannten Nachteile verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gebäudeumhüllungselement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
  • Das Verstärkungselement erhält seine lastabtragende Funktion durch die Kopplung mit der äußeren Folienlage über das druckbeaufschlagte fluide Medium. Zur Verbesserung der Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Folienkissens durch die Folienlage ist daher die Druckausbildung in den Kammern entscheidend.
  • Dazu sind die Höhe des ersten und zweiten Drucks und/oder das Verhältnis des ersten und zweiten Drucks so ausgebildet, dass die Folienlage die äußere Folienlage , insbesondere bei nach außen gerichteten Sogwirkungen, entlastet, indem ein Teil der Beanspruchung der äußeren Folienlage über das druckbeaufschlagte fluide Medium auf die Folienlage übertragen wird.
  • Damit ist eine Verdoppelung der äußeren Folienlage wie im Stand der Technik nicht mehr notwendig, da das Verstärkungselement im Inneren die Lastabtragung unterstützt.
  • Das erfindungsgemäße Gebäudeumhüllungselement kann dadurch fortgebildet werden, dass die Folienlage zumindest abschnittsweise aus einem Formänderungen zulassenden Material, insbesondere einem elastischen Material, besteht. Die Lastübertragung von der äußeren Folienlage über das fluide Medium auf die Folienlage wird dadurch unterstützt, dass das Verstärkungselement nicht formstabil ist , sondern seine Form anpassen kann und dazu aus einem elastischen Werkstoff besteht.
  • Gleiches kann auch für die äußere Folienlage gelten, welche dann zumindest abschnittsweise aus einem Formänderungen zulassenden Material, insbesondere einem elastischen Material, bestehen kann. Die Lastübertragung wird weiterhin unterstützt, wenn auch die äußere Folienlage nicht formstabil ist, sondern ihre Form anpassen kann und dazu aus einem elastischen Werkstoff besteht.
  • Vorzugsweise ist die Folienlage gekrümmt, und zwar in die gleiche Richtung wie die äußere Folienlage, welche gewöhnlich nach außen gekrümmt ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführung sollten die Krümmungskurven der Folienlage und der äußeren Folienlage einander ähnlich sein. Dies ist für eine besonders wirksame Lastübertragung von Vorteil.
  • Die Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungselement als eine weitere Folienlage ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass zur Vereinfachung der Herstellung beispielsweise das gleiche Material für die beiden äußeren Folienlagen und das Verstärkungselement zum Einsatz kommen kann. Dazu kann beispielsweise auch die innere Folienlage aus dem gleichen elastischen Werkstoff wie die äußere Folienlage und/oder das Verstärkungselement bestehen. Die Teilung des Folienkissens in zwei Kammern durch die mittlere Folienlage bewirkt zudem eine zweischichtige thermische Isolierung und damit eine Verbesserung der Isolationswirkung des Folienkissens insgesamt, indem insbesondere die zweite Kammer einen Beitrag zur thermischen Isolierung leistet.
  • Gemäß der Erfindung weist die zweite Kammer ein kleineres Volumen auf als die erste Kammer.
  • Das erfindungsgemäße Gebäudeumhüllungselement zeichnet sie weiterhin dadurch aus, dass die Spannung im Verstärkungselement über 100%, der Spannung in der äußeren Folienlage beträgt. Dieses Spannungsverhältnis unterstützt die Lastübertragung von der äußeren Folienlage zum Verstärkungselement. Im Falle einer intensiven Lastübertragung kann die Spannung im Verstärkungselement ggf. auch weit über 100% der Spannung in der äußere Folienlage betragen.
  • Die erfindungsgemäße Konstruktion des Folienkissens mit dem Verstärkungselement in Form einer weiteren Folienlage ermöglicht es, die Verstärkung auf eine technisch neue Art zu realisieren und gleichzeitig den Materialeinsatz und die damit verbundenen Herstellungskosten des Folienkissens deutlich zu senken.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gebäudeumhüllungselement schematisch im Querschnitt.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Gebäudeumhüllungselement 100 gezeigt, das mit einer Vielzahl weiterer erfindungsgemäßer Gebäudeumhüllungselemente ein Foliendach- bzw. Folienfassadensystem bilden kann.
  • Das erfindungsgemäße Gebäudeumhüllungselement 100 besteht aus einer äußeren Folie 101, einer inneren Folie 102 und einem Verstärkungselement 107. Das Verstärkungselement ist im wesentlichen flächig ausgebildet, d.h. es besitzt eine wesentlich größere Ausdehnung in Länge und Breite als in der Höhe. Sowohl das Verstärkungselement 107 als auch die äußere Folie 101 bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Material, das Formänderungen des Verstärkungselement 107 bzw. der äußeren Folie 101 zulässt. Dabei ist das Verstärkungselement 107 ebenfalls als Folie ausgebildet.
  • Die äußere Folie 101, die innere Folie 102 und das Verstärkungselement 107 sind an ihren Rändern 103 und 104 miteinander verschweißt, so dass zwischen dem Verstärkungselement 107 und der inneren Folie 102 eine erste im wesentlichen fluiddicht verschlossene Kammer 108 und zwischen dem Verstärkungselement 107 und der äußeren Folie 101 eine zweite im wesentlichen fluiddicht verschlossene Kammer 109 entsteht. Das fluide Medium in der ersten Kammer 108 ist mit einem ersten Druck beaufschlagt. Das fluide Medium in der zweiten Kammer 109 ist mit einem zweiten Druck beaufschlagt. Dabei ist der Druck auf das fluide Medium in der ersten Kammer 108 größer als der Druck auf das fluide Medium in der zweiten Kammer 109. Die zweite Kammer 109 weist zudem ein kleineres Volumen auf als die erste Kammer 108.
  • Zur Versorgung des Gebäudeumhüllungselements 100 mit einem fluiden Medium, insbesondere Luft, kann eine Versorgungsvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die vorzugsweise über Rohr- oder Schlauchleitungen an den beiden Kammern 108, 109 angeschlossen ist.
  • Aufgrund der zuvor beschriebenen Anordnung ist die äußere Folie 101 nach außen gekrümmt, wie Figur 1 erkennen lässt. Die innere Folie 102 ist dagegen in die entgegengesetzte Richtung gekrümmt, und zwar in Richtung auf das Innere des Gebäudes. Wie Figur 1 temer erkennen lässt, ist das Verstärkungselement 107, welches ebenfalls aus einem Folienmaterial besteht, in die gleiche Richtung gekrümmt, wie die äußere Folie 101. Im Gegensatz zu der Darstellung von Figur 1 sollten bevorzugt die Krümmungsverläufe des äußeren Folie 101 und des Verstärkungselementes 107 einander möglichst ähnlich sein.
  • An seinen Rändern 103 und 104 ist das Gebäudeumhüllungselement 100 durch Befestigungselemente 105 und 106 gehalten, über die es mit weiteren Gebäudeumhüllungselementen und/oder einer Tragkonstruktion verbunden wird.
  • Greifen an der äußeren Folie 101 nach außen gerichtete Kräfte an, beispielsweise Windsogkräfte, so werden diese über das druckbeaufschlagte fluide Medium zum Teil auch auf das Verstärkungselement 107 übertragen, so dass dieses an der Lastabtragung beteiligt ist und ein Versagen der äußeren Folie101 verhindert. Da das Verstärkungselement 107 und die äußere Folie 101 aus elastischem Material bestehen, können sich sowohl das Verstärkungselement 107 als auch die äußere Folie 101, insbesondere unter Lasteinwirkung, verformen. Diese Formänderung unterstützt der Lastübertragung von der äußeren Folie 101 auf das Verstärkungselement 107 über das druckbeaufschlagte fluide Medium.
  • Im Verstärkungselement 107 beträgt die Spannung dabei über 100% der Spannung in der äußeren Folie 101. Daraus ist erkennbar, dass das Verstärkungselement einen deutlichen Anteil an der Lastabtragung besitzt. Die Spannung im Verstärkungselement 107 kann jedoch, insbesondere im Belastungsfall, auch weit über 100% der Spannung in der äußeren Folie 101 betragen. Dies ist dann der Fall, wenn ein Großteil der Belastungen über das Verstärkungselement 107 abgetragen werden und damit ein Versagen der äußeren Folie 101 verhindert wird.
  • Außerdem können die beiden fluidgefüllten Kammern 108 und 109 zur thermischen Isolationswirkung des Gebäudeumhüllungselements 100 beitragen.

Claims (6)

  1. Gebäudeumhüllungselement (100) mit einem Folienkissen, das eine äußere Folienlage (101) und eine innere, die Innenseite einer Gebäudehülle bildende Folienlage (102) umfasst, die zwischen sich mindestens einen im Wesentlichen fluiddicht geschlossenen Hohlraum bilden, in dem ein fluides Medium, insbesondere Luft, enthalten ist, und mit einem Verstärkungselement, welches als eine mittlere Folienlage (107) ausgebildet ist, die den im Wesentlichen fluiddicht geschlossenen Hohlraum in eine erste im Wesentlichen fluiddicht geschlossene Kammer (108) zwischen der inneren Folienlage (102) und der mittleren Folienlage (107) und in eine zweite im Wesentlichen fluiddicht geschlossene Kammer (109) zwischen der äußeren Folienlage (101) und der mittleren Folienlage (107) aufteilt, wobei die äußere Folienlage (101), die innere Folienlage (102) und die mittlere Folienlage (107) an ihren Rändern (103, 104) miteinander verschweißt sind und das fluide Medium in der ersten Kammer (108) mit einem ersten Druck und das fluide Medium in der zweiten Kammer (109) mit einem zweiten, Druck beaufschlagt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (109) ein kleineres Volumen aufweist als die erste Kammer (108), die Spannung in der mittleren Folienlage (107) über 100% der Spannung in der äußeren Folienlage (101) beträgt und die Höhe des ersten und zweiten Drucks und/oder das Verhältnis des ersten und zweiten Drucks so ausgebildet sind, dass der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist und die mittlere Folienlage (107) als Verstärkungselement die die Außenseite einer Gebäudehülle bildende äußere Folienlage (101) bei nach außen gerichteten Sogwirkungen entlastet, indem ein Teil der Beanspruchung der äußeren Folienlage (101) über das druckbeaufschlagte fluide Medium auf die mittlere Folienlage (107) übertragen wird.
  2. Gebäudeumhüllungselement (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Folienlage (107) zumindest abschnittsweise aus einem Formänderungen zulassenden Material, insbesondere einem elastischen Material, besteht.
  3. Gebäudeumhüllungselement (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Folienlage (101) zumindest abschnittsweise aus einem Formänderungen zulassenden Material, insbesondere einem elastischen Material, besteht.
  4. Gebäudeumhüllungselement (100) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die äußere Folienlage (101) nach außen gekrümmt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Folienlage (107) in die gleiche Richtung wie die äußere Folienlage (101) gekrümmt ist.
  5. Gebäudeumhüllungselement (100) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der mittleren Folienlage (107) ähnlich der Krümmung der äußeren Folienlage (101) ist.
  6. Verwendung einer mittleren Folienlage (107) als Verstärkungselement in einem Gebäudeumhüllungselement (100) mit einem Folienkissen, das eine äußere Folienlage (101) und eine innere, die Innenseite einer Gebäudehülle bildende Folienlage (102) umfasst, die zwischen sich mindestens einen im Wesentlichen fluiddicht geschlossenen Hohlraum bilden, der ein fluides Medium, insbesondere Luft, enthält und von der mittleren Folienlage (107) in eine erste im Wesentlichen fluiddicht geschlossene Kammer (108) zwischen der inneren Folienlage (102) und der mittleren Folienlage (107) und in eine zweite im Wesentlichen fluiddicht geschlossene Kammer (109) zwischen der äußeren Folienlage (101) und der mittleren Folienlage unterteilt ist, wobei die äußere Folienlage (101), die innere Folienlage (102) und die mittlere Folienlage (107) an ihren Rändern (103, 104) miteinander verschweißt sind und das fluide Medium in der ersten Kammer (108) mit einem ersten Druck und das fluide Medium in der zweiten Kammer (109) mit einem zweiten Druck beaufschlagt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (109) ein kleineres Volumen aufweist als die erste Kammer (108), die Spannung in der mittleren Folienlage (107) über 100% der Spannung in der äußeren Folienlage (101) beträgt und die Höhe des ersten und zweiten Drucks und/oder das Verhältnis des ersten und zweiten Drucks so ausgebildet sind, dass der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist und die mittlere Folienlage (107) als Verstärkungselement die die Außenseite einer Gebäudehülle bildende äußere Folienlage (101) bei nach außen gerichteten Sogwirkungen entlastet, indem ein Teil der Beanspruchung der äußeren Folienlage (101) über das druckbeaufschlagte fluide Medium auf die mittlere Folienlage (107) übertragen wird.
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