Leichtbau Konstruktiver Glasbau

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1 Leichtbau Konstruktiver Glasbau

2 TUHH Seite 1/29 Inhaltsverzeichnis Vorwort Geregelte Bauprodukte... 4 a) Floatglas: Herstellungsprozess und physikalische Eigenschaften... 4 b) Veredelungsprodukte: Herstellung, physikalische Eigenschaften... 6 ESG Einscheiben-Sicherheitsglas... 6 ESG-H heißgelagertes ESG... 7 VSG Verbund-Sicherheitsglas... 7 MIG Mehrscheiben-Isolierglas... 8 c) Aluminium Nicht geregelte Bauprodukte TVG Teilvorgespanntes Glas...10 Chemisch vorgespanntes Glas...10 VG - Verbundglas Normen und Technische Regeln (geregelte Bauarten) a) E DIN b) E DIN c) TRPV (zukünftig DIN )...15 d) TRAV (zukünftig DIN E )...16 e) Grundlagen für die FE-Berechnung, Lastabtragungsmechanismen Nicht geregelte Bauarten a) Betretbare Verglasungen (zukünftig DIN )...19 b) Begehbare Verglasungen (zukünftig DIN )...19 c) Aussteifende Verglasungen...20 d) Structural Glazing - Geklebte Glaskonstruktionen Ausführung a) Kantenbearbeitung...21 b) Begrifflichkeiten Zustimmungsverfahren a) ZiE Zustimmung im Einzelfall...22 b) ABZ Allgemeine Bauaufsichtliche Zustimmung...23 c) ABP Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis...23

3 TUHH Seite 2/29 7. Weitere Anwendungen von Glasbauwerken a) Glasbauwerke mit globalem Lastabtrag...24 b) Übersicht nicht geregelter Bauprodukte und Bauarten im Glasbau Bauphysik a) Brandschutz...25 b) Wärmeschutz...26 c) Schallschutz...28

4 TUHH Seite 3/29 Vorwort Das Skript stellt im Wesentlichen eine thematisch sortierte, textliche Zusammenfassung der in der Vorlesung verwendeten Folien dar. Es wird deshalb vollständig auf Bilder, Skizzen und Grafen verzichtet, da diese in sehr umfangreicher Weise den vorliegenden Folien der Vorlesung entnommen werden können. Der interessierte Leser wird dabei gemäß der Literaturhinweise auf weiterführende Literatur verwiesen. Hamburg, den 01. November 2010

5 TUHH Seite 4/29 1. Geregelte Bauprodukte a) Floatglas: Herstellungsprozess und physikalische Eigenschaften Das im Bauwesen verwendete Glas ist ein Schmelzprodukt aus Sand, Soda und Kalk. (Silizium, Natriumoxid, Calciumoxid) Glas ist amorph. (gestaltlos, im Gegensatz zu kristallin) Glas wird auch als eingefrorene, unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet, da die chemische Anordnung der eines flüssigen Stoffes entspricht. Aufgrund der großen Viskosität haben die Moleküle beim Gefrieren "keine Zeit gehabt" sich einem Feststoff gleich anzuordnen. Das Verhalten entspricht jedoch dem eines Feststoffes. Glas besitzt keinen scharfen Schmelzpunkt, sondern einen Transformationsbereich ( C). Oberhalb dieses Bereiches wird Gla s als Flüssigkeit, darunter als Feststoff bezeichnet, innerhalb des Bereiches verhält es sich zähflüssig mit hoher Viskosität. Ältestes Glasrezept: 600 v. Chr. Tontafelbibliothek des assyrischen Königs Assurbanipal 60 Teile Sand 180 Teile Asche aus Meerespflanzen 5 Teile Kreide Zusammensetzung gemäß DIN "Flachglas im Bauwesen" vom 08/ % SiO 2 Siliziumdioxid (Kieselsäure) 5 12 % CaO Calciumoxid % Na 2 O Natriumoxid 0 5 % MgO Magnesiumoxid 0,2 2 % Al 2 O 3 Aluminiumoxid Zusammensetzung gemäß DIN EN "Basiserzeugnisse aus Kalk-Natronglas vom 01/ % SiO % CaO % Na 2 O 0 6 % MgO 0 3 % Al 2 O 3 Glasarten entsprechend der unterschiedlichen Herstellverfahren: Gussglas nicht durchsichtiges, im Walzverfahren hergestelltes Flachglas Fensterglas gezogenes Flachglas Profilbauglas üblicherweise U-förmiges aus Steg und Flanschen bestehendes geformtes Glas Floatglas im Floatverfahren hergestelltes Spiegelglas bei praktisch allen im Bauwesen verarbeiteten Gläsern handelt es sich um Floatglas

6 TUHH Seite 5/29 Bandmaß: 3,21 m x 6,0 m (bis 12 m Breite als Sondergröße möglich) Floatverfahren: Schmelzen der Rohstoffe bei etwa 1560 C Läutern, wobei durch Einblasen von Gasen unerwünschte Fremdstoffe in der erschmolzenen Masse entfernt werden Bei 1100 C aufgeben auf ein Zinnbad. Das Glas wir d in einem kontinuierlichen Vorgang auf das Zinn aufgegeben und abgezogen Beim Abziehen vom Zinnbad besitzt das Glas eine Temperatur von ~ 600 C Das spezifische Gewicht von Glas beträgt nur 1/3 dessen von Zinn Der Schmelzpunkt von Zinn liegt bei 238 C Die Dicke des Glases wird durch Walzen und die Geschwindigkeit, mit der das Glas abgezogen wird, eingestellt Im ungestörten Zustand würde sich eine Glasdicke von 7 mm einstellen Es diffundieren einige Zinnatome in das Glas, so dass bei Gläsern die Zinnbadseite und die Gas- bzw. Luftseite unterschieden werden Typische Glasdicken: mm Eigenschaften Gewicht: 25 kn/m 3 ~ 1/3 Stahl E-Modul: N/mm 2 ~ 1/3 Stahl Querdehnzahl: 0,23 Temperaturdehnzahl: K -1 ~ ¾ Stahl Druckfestigkeit: 700 N/mm 2 Zugfestigkeit: 45 N/mm 2 (charakteristische Festigkeit) Glas ist extrem spröde, bis zum Bruch ideal elastisch, besitzt also keinen plastischen Bereich Die Zugfestigkeit ist beim Glas im Besonderen eine statistische Größe, die von folgenden Parametern wesentlich abhängt: Oberflächenbeschaffenheit (Tiefe und Häufigkeit von Mikrorissen) Scheibengröße (die Wahrscheinlichkeit von tieferen Rissen steigt mit zunehmender Scheibengröße) Belastungsdauer (Das Risswachstum wird in den unbelasteten Zeiten unterbrochen) Spannungsverteilung (es kommt nur dann zum Bruch wenn an einer Stelle des Glases die Beanspruchung größer als die Beanspruchbarkeit ist) Luftfeuchte (hängt mit der Rissausheilung zusammen) Im unbelasteten Zustand kann es zur Rissheilung kommen. In Anwesenheit von Feuchtigkeit bilden sich neue chemische Verbindungen, die zu einer Ausrundung des Rissgrundes führen. Theoretische Zugfestigkeit SiO 4 -Tetraeder: N/mm 2 Theoretische Zugefestigkeit von Flachglas: N/mm 2 5%-Fraktile bei Prüfung nach DIN : 45 N/mm 2

7 TUHH Seite 6/29 Bestimmung der Biegezugfestigkeit gemäß DIN Teil 3 im Vierschneiden- Verfahren bei dem über 200 mm ein konstantes Moment aufgebracht wird oder im Doppelring-Biegeversuch gemäß DIN Teil 2 Neben dem üblichen Kalk-Natron-Silicatglas ist das nächsthäufigst verwendete Glas das BoroSilicatglas. Es unterscheidet sich in erster Linie in dem nur halb so großen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Bei dem Glas handelt es sich um ein Bauprodukt, dass es in den meisten Fällen nicht geregelt ist. Im Bauwesen wird dieses Glas meistens dann eingesetzt wenn das Glas hohe brandschutztechnische Anforderungen erfüllen muss. b) Veredelungsprodukte: Herstellung, physikalische Eigenschaften ESG Einscheiben-Sicherheitsglas Das Floatglas wird auf eine Temperatur von etwa 600 C aufgeheizt und dann beidseitig durch kalte Luft abgeblasen, wozu das Floatglas auf Rollen aufliegt. Durch die Abkühlgeschwindigkeit ist die Oberfläche bereits erstarrt, während das Glasinnere noch flüssig ist. Wenn sich dieses flüssige Innere nun infolge der weiteren Abkühlung zusammenziehen will, wird dies durch die bereits erstarrte Hülle daran behindert. Infolge dieser gegenseitigen Behinderung wird die Hülle mit verkürzt (zusammengedrückt) während das Innere gegenüber einer ungestörten Abkühlung gedehnt ist. Diese eingeprägten Vorspannungen verteilen sich parabolisch über die Glasdicke. Die Dicke der eingeprägten Druckspannung an der Oberfläche beträgt etwa 20 % der Glasdicke. Die eingeprägte Vorspannung beträgt an der Oberfläche etwa 100 N/mm 2. Dadurch sind die Mikrorisse überdrückt. Sofern die Einwirkungen nicht größere Spannungen als die eingeprägten Vorspannungen erzeugen, kommt es somit nicht zum Risswachstum. Die eingeprägten Zugspannungen im Inneren betragen etwa 35 N/mm 2. Die charakteristische Biegezugfestigkeit beträgt 120 N/mm 2. ESG zerspringt bei Schädigung in kleine (~ 1 cm 2 ), stumpfkantige Krümel. Im Kantenbereich ist die Vorspannung geringer, so dass ESG gegenüber Kantenverletzungen empfindlich ist. Wenn an einer Stelle einer beliebig großen Scheibe eine Schädigung hervorgerufen wird, zerspringt immer die gesamte Scheibe, da das Kräftegleichgewicht der eingeprägten Spannungen gestört ist. Zuschneiden, Bohren und Kantenbearbeitungen müssen somit vor dem thermischen Vorspannprozess stattfinden. ESG besitzt aufgrund des kleinkrümligen Bruchbildes nur eine geringe Resttragfähigkeit. ESG kann bis zu einer Dicke von 19 mm gefertigt werden. Thermisch vorgespannte Verglasungen sind auf Kantenverletzungen hin zu überprüfen. Scheiben mit Kantenverletzungen, die tiefer als 15 % der Scheibendicke in das Glasvolumen hineinreichen, dürfen nicht eingebaut werden.

8 TUHH Seite 7/29 ESG-H heißgelagertes ESG Im Glas kommen NiS- (Nickelsulfid-) einschlüsse vor, die bei ESG (und nur bei diesem Glastyp, auch nicht beim TVG) zum Spontanbruch führen können. Der Heißlagerungstest, auch Heat Soak Test (HST) genannt, nimmt diesen Spontanbruch vorweg, so dass bei richtig durchgeführtem HST zuverlässig über 99 % der Scheiben mit NiS-Einschlüssen aussortiert werden können. Ein solches Glas wird als ESG-H bezeichnet und ist als eigenes Bauprodukt eingeführt. Das NiS besitzt einen um 50 % größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Glas ( gegenüber ). Dies bewirkt zunächst, dass sich bei dem Abkühlvorgang nach dem thermischen Vorspannen (geschieht bei 600 C) ein Hohlraum um das NiS bildet. Bei der thermischen Vorspannung erfolgt das Abkühlen so schnell, dass das NiS zunächst als α-nis (stabil bei > 380 C) verbleibt und sich erst im Laufe der Zeit (üblicherweise 1 bis 2 Jahre) durch einen allotropen Umwandlungsprozess, der mit einer 4 %igen Volumenvergrößerung einhergeht, in das β-nis umwandelt. Die Volumenvergrößerung führt dazu, dass zunächst der entstandene Hohlraum ausgefüllt wird, weshalb die ersten Spontanbrüche erst nach einer gewissen Zeit eintreten. Erst die Volumenvergrößerung noch darüber hinaus führt dazu, dass das NiS Druck ausübt. Sofern sich der Einschluss in der Zugzone des ESG befindet führt dieser Druck zum Spontanbruch. Die Geschwindigkeit der Umwandlung ist u.a. von der chemischen Zusammensetzung der NiS-Einschlüsse sowie von der effektiven Umgebungstemperatur abhängig. Die Bruch-Zeit-Kurve ist neben der Geschwindigkeit der Umwandlung zudem von der Größe des Einschlusses, vom Ort des Einschlusses und von den tatsächlichen Zugspannungen im Glas abhängig. Herstellung von heißgelagertem Einscheiben-Sicherheitsglas nach Bauregelliste A Teil 1 Anlage 11.4 von 2002/1: Glastemperatur muss mindestens 4 Stunden zwischen 290 und 300 C betragen Dies wird durch eine Erstprüfung des Ofens, eine kontinuierliche Eigenüberwachung sowie jährliche Fremdüberwachungen gewährleistet. VSG Verbund-Sicherheitsglas Verbundglas, bei dem im Fall eines Bruchs die Zwischenschicht dazu dient, Glasbruchstücke zurückzuhalten, die Öffnungsgröße zu begrenzen, eine Restfestigkeit zu bieten und das Risiko von Schnitt- Stichverletzungen zu verringern. Verbundsicherheitsgläser sind geregelt nach DIN EN ISO In der Bauregelliste eingeführt sind nur Verbundsicherheitsgläser, deren Glastafeln mittels einer PVB-Folie (Polyvinylbutyral-Folie) untereinander verbunden sind. Die Folie dient im Falle eines Glasbruchs dazu: Bruchstücke an der Folie haften zu lassen, die Öffnungsgröße zu begrenzen, eine Restfestigkeit zu bieten,

9 TUHH Seite 8/29 und das Risiko von Schnittverletzungen zu verringern. Eine einfache PVB-Folie ist 0,38 mm dick. Für absturzsichernde Verglasungen sind zweifache (0,76 mm), für Überkopfverglasungen vierfache (1,52 mm) Folien üblich. Zur VSG-Herstellung erfolgt zunächst ein Vorverbund mittels Walzendruck unter 35 bis 70 C. Der eigentliche Verbund dauert etwa 3-7 Stunden und geschieht im Autoklaven bei 140 C und 14 bar Druck. Die Folie muss nach Prüfung nach DIN EN ISO mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min und einer Prüftemperatur von 23 C folgend e Eigenschaften aufweisen: Reißfestigkeit: > 20 N/mm² Bruchdehnung: > 250 % Die Verbundwirkung nimmt mit zunehmender Temperatur und mit zunehmender Belastungsdauer ab. Verwendete Zwischenschichten: Gießharz: es besteht keine Verbundwirkung, wird insbesondere für Schallschutz, oder bei gebogenen Verglasungen verwendet. PVB (Polyvinylbutyral): Reißfestigkeit > 20 N/mm 2, Bruchdehnung > 250 % Ein VG mit PVB wird VSG genannt Der Schubmodul sinkt oberhalb von etwa 10 C, so da ss dort die anzunehmende Verbundwirkung sehr stark abfällt. Schallschutzfolien (SI-Folien): dabei handelt es sich um nur leicht veränderte PVB- Folien mit verbesserten Schallschutzeigenschaften EVA Ethylen-Vinylacetat : Die Schubsteifigkeit bleibt auch bei höheren Temperaturen noch erhalten. Diese Folie wird insbesondere bei Solarmodulen verwendet. SGP SentryGlasPlus: Bei dieser Folie handelt es sich eher um eine Platte. Der Schubmodul ist etwa 100 mal so hoch wie bei einer PVB-Folie. Die Temperaturbeständigkeit und Resttragfähigkeit dieser Folie ist wesentlich höher. Die Folie wird dort verwendet, wo die Verbundwirkung statisch mit zum Ansatz gebracht werden soll. Bei der Verarbeitung muss auf eine hohe Planität der Glastafeln geachtet werden, da die Verbundplatten nicht so flexibel wie andere Zwischenschichten sind. MIG Mehrscheiben-Isolierglas gemäß DIN 1286 wird luft- und gasgefülltes MIG unterschieden. Es wird hergestellt indem zwei Scheiben an einen Randverbund geklebt werden. Man unterscheidet Randverbünde aus üblichen Alu-Abstandshaltern und TPS (Thermo Plastic Spacer). Alu-Abstandshalter sind mit einem Trocknungsmittel versehen, das eindringende Feuchtigkeit bis zu einer gewissen Menge aufnehmen kann. Nachteile sind die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminium sowie die nur geringen aufnehmbaren Verformungen der aufgeklebten Scheiben.

10 TUHH Seite 9/29 TPS werden auf eine der zu verbindenden Scheiben aufgespritzt. Vorteile sind die guten Dämmeigenschaften und das gutmütige Verhalten bei starken Durchbiegungen der aufgeklebten Scheiben sowie insbesondere die Einfachheit durch das Aufspritzen bei ungewöhnlichen Formen. TPS-Abstandshalter werden sehr oft auch als warme Kante bezeichnet. Das im Scheibenzwischenraum (SZR) beim MIG eingeschlossene Gasvolumen muss dicht abgeschlossen sein, um u.a. ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, was die Wärmedämmeigenschaften extrem reduzieren würde. Durch das eingeschlossene Gasvolumen sind beide Scheiben am Lastabtrag von äußeren Einwirkungen beteiligt und es entstehen dadurch innere Einwirkungen (Klimalasten). Das Produkt aus Volumen und Druck stellt bei gleichbleibender Temperatur eine Konstante dar. Die Klimawechselprüfung nach DIN kontrolliert u.a. die Gasdichtigkeit. Durch Temperatur- und Druckunterschiede zwischen Herstellung und Einbauort entstehen Belastungen im Isolierglas. Bei Einbau von Isoliergläsern in hoher Höhenlage werden deshalb entweder Ausgleichventile im Randverbund eingesetzt, die vor-ort geschlossen werden oder es wird der zu erwartende Druck im SZR im Werk eingebracht, sodass das Isolierglas vor-ort entlastet ist. c) Aluminium Aluminium wird aus Bauxit über die Elektrolyse gewonnen. Reines Alumium (Reinbzw. Reinstaluminium) mit einem Aluminiumgehalt von über 99% wird im Bauwesen aufgrund der geringen Festigkeit nicht verwendet. Höhere Festigkeiten, höhere Duktilitäten, bessere Schweißbarkeit und besseren Korrosionswiderstand erreicht man durch zusätzliche Legierungselemente. Im Bauwesen werden daher Aluminium- Legierungen eingesetzt. Mechanische Eigenschaften von Aluminium: Elastizitätsmodul E = N/mm² Schubmodul G = N/mm² Querdehnzahl µ = 0,3 Linearer Temperaturausdehnungskoeffizient α th = 23 * / C Dichte ρ = 2700 kg/m³ Das Werkstoff-Gesetz von Aluminium-Legierungen unterscheidet grundsätzlich von dem von Stahl. Je nach Aushärtungsgrad besitzt es einen längeren oder kürzeren anfänglichen quasi linearen Verlauf. Die Steigung dieses Verlaufes entspricht dem Elastizitätsmodul von E = N/mm². Nachdem quasi linearen Verlauf folgt ein nichtlinearer Bereich. Ein Fließplateau wie beim Stahl bildet sich nicht aus, sondern ein stetig ansteigender Verlauf bei der die Steigung mit der Größe der Dehnung abnimmt und schlussendlich zum Versagen führt. Wie bei Stahl hat man bei Aluminium-Legierungen eine 0,2%-Grenze eingeführt.

11 TUHH Seite 10/29 2. Nicht geregelte Bauprodukte TVG Teilvorgespanntes Glas In der DIN EN 1863 ist die Prüfung der Bruchstruktur beschrieben, durch sie wird sichergestellt, dass die Vorspannung nicht zu groß ist: Bruchstücke, auf die eine CD passt, gelten als unkritisch. Der Test erfolgt an einer Testscheibe mit den Maßen 360 x 1100 mm 2. Bruchstücke kritischer Größe < 1/5 der Gesamtfläche Bestimmung der charakteristischen Festigkeit gemäß der Vierpunktbiegeversuche Die DIN ist in Deutschland nicht eingeführt. TVG ist somit kein geregeltes Bauprodukt. In den Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (AbZ) werden zusätzliche Anforderungen dadurch gestellt, dass die Bruchstruktur an Testscheiben der tatsächlichen Bauteilgröße zu bestimmen sind. Der Herstellprozess entspricht dem des ESG, wobei die Abkühlgeschwindigkeit verlangsamt ist. Charakteristische Biegezugfestigkeit: 70 N/mm 2 Die eingeprägte Vorspannung beträgt zwischen 35 und 50 N/mm 2. Diese kann spannungsoptisch, zerstörungsfrei gemessen werden. Eine Messung ist dabei jedoch nur auf der Zinnbadseite möglich. Das TVG weist im Gegensatz zum ESG ein gutes Resttragverhalten auf und wird somit insbesondere für Überkopfverglasungen verwendet. Bei der Rissbildung von TVG zeigt sich häufig ein deltaförmiges Auffächern etwa 10 cm vor dem Rand und insbesondere ein Abknicken der Risse unmittelbar vor Erreichen der Glaskante, so dass es zum Abplatzen von Kanten kommt. Thermisch vorgespannte Verglasungen sind auf Kantenverletzungen zu prüfen. Scheiben mit Kantenverletzungen, die tiefer als 15 % der Scheibendicke in das Glasvolumen eingreifen, dürfen nicht eingebaut werden. TVG kann im Allgemeinen nur bis zu einer Dicke von 12 mm gefertigt werden. Chemisch vorgespanntes Glas Das Glas wird dazu in eine Lauge gegeben, in der die vorhandenen Na-Ionen durch größere Ka-Ionen ersetzt werden. Dies führt in der unmittelbaren Oberfläche zu eingeprägten Vorspannungen von etwa 150 N/mm 2. Das Glas spielt im Bauwesen keine wesentliche Rolle. VG - Verbundglas Ein Aufbau bestehend aus mehreren Glastafeln, die durch eine oder mehrere Zwischenschichten miteinander verbunden werden.

12 TUHH Seite 11/29 3. Normen und Technische Regeln (geregelte Bauarten) a) E DIN Begriffe und allgemeine Grundlagen Diese Norm regelt Begriffe, das Sicherheitskonzept, Einwirkungen und die erforderlichen Nachweise. Materialkenngrößen Üblicherweise wird Kalk-Natronsilicatglas eingesetzt. Borosilicatglas wird vorwiegend eingesetzt wenn spezielle brandschutztechnische Anforderungen ans Glas bestehen. Glasart Kalk- Natronsilicatglas E-Modul E G N/mm² Querdehnzahl ν G Temperaturausdehnungskoeffizient α T 10-6 / K ,23 9,0 Borosilicatglas ,20 6,0 Einwirkungen Zusätzlich zu den Einwirkungen der DIN 1055 sind bei Isoliergläsern noch Druckdifferenzen zwischen dem Scheibenzwischenraum und der umgebenden Atmosphäre zu berücksichtigen. Folgende Einwirkungskombinationen sind zu berücksichtigen.

13 TUHH Seite 12/29 Innendruck im Scheibenzwischenraum (SZR) kn kn p = 0, 012 H m p + 0,34 T + T m K m ( ) 0 2 met 2 add Schubverbund Bei der Spannungs- und Verformungsermittlung von VG bzw. VSG darf ein günstig wirkender Schubverbund nicht angenommen werden. Wirkt sich der Schubverbund ungünstig aus, ist er voll anzusetzen. Dies ist dadurch begründet, dass eine Zwischenfolie aufgrund verschiedener Einflüsse (wie z.b. dauerhaft Belastung oder Temperatur) ihre Schubsteifigkeit fast vollständig verliert. Gleiches gilt für den Randverbund. Widerstandswerte für den Nachweis der Tragsicherheit für linienförmig gelagerte Verglasungen Glaserzeugniss charakteristische (Widerstands-)Bemessungswerte Zugfestigkeit Einwirkungsdauer alle Angaben in N/mm² kurz mittel ständig Gussglas 25 17,5 10,0 6,3 Drahtglas 25 17,5 10,0 6,3 Float 45 31,5 18,0 11,3 TVG 70 46,7 46,7 46,7 liertes ESG-Glas 70 46,7 46,7 46,7 ESG ,0 80,0 80,0 VSG aus Gussglas 25 19,3 11,0 6,9 Drahtglas 25 19,3 11,0 6,9 Float 45 34,7 19,8 12,4 TVG 70 51,3 51,3 51,3 liertes ESG-Glas 70 51,3 51,3 51,3 ESG ,0 88,0 88,0 Bei planmäßig unter Zugbeanspruchung stehenden Kanten (z.b. zweiseitig linienförmiger Lagerung) von Scheiben ohne thermische Vorspannung dürfen unabhängig von deren Kantenbearbeitung nur 90 % der charakteristischen Biegezugfestigkeit angesetzt werden.

14 TUHH Seite 13/29 Die Unterkonstruktion muss hinreichend steif sein, so dass die Durchbiegung < L/200 ist. Es ist auf eine zwängungsfreie Montage zu achten (Montageungenauigkeiten und Temperaturausdehnung einplanen) Vermeidung des direkten Kontaktes von Glas mit Baustoffen, deren Oberflächenhärte gleich oder größer der von Glas ist (Mohssche Ritzhärte 6), Talg: 1, Diamant: 10, Weichaluminium ist für konische Punkthalter verbreitet. Ein Glas-Glas sowie ein Glas-Metall-Kontakt ist zu vermeiden. Die Lagerung von Verglasungen erfolgt durch Glasklötze stets statisch bestimmt. Auch 300 kg schwere Verglasungen werden nur links und rechts auf je einen Kunststoff- oder Holzklotz aufgesetzt. Bei Ganzglaskonstruktionen sollten statisch bestimmte Systeme verwendet werden, damit man die Kräfte an jeder Stelle seines Glases kennt. Bsp.: Bei der Ausführung eines Anschlusses einer Verglasung mit 6 Punkthaltern bildet einer ein Festlager, einer ein Horizontallager und alle anderen vier in Scheibenebene Loslager. Die Montageungenauigkeit eines solchen Punkthalters normal zur Scheibenebene kann zu maßgebenden Spannungen und zum Bruch führen. Vermeidung von Zwangsbeanspruchungen durch unplanmäßige Belastungen statisch bestimmte Systeme

15 TUHH Seite 14/29 b) E DIN Linienförmig gelagerte Verglasungen Zurzeit geregelt in den Technischen Regeln für linienförmig gelagerte Verglasungen (TRLV). Verglasungen, die mehr als 10 von der Vertikale n abweichen werden als Horizontalverglasungen bezeichnet. Anwendungsbedingungen für Horizontalverglasungen: Bei einer Stützweite > 1,2 m ist eine allseitig linienförmige Lagerung erforderlich Die Scheiben müssen eben (nicht gebogen) sein und dürfen nur ausfachend eingesetzt werden Die Lagerung hinsichtlich Windsoglasten muss ebenfalls linienförmig sein. Die Scheiben dürfen außer im Bereich der Linienlagerung keine Bohrungen oder Ausschnitte aufweisen Zulässige Scheibenaufbauten: Einfachverglasungen aus VSG aus Float, VSG aus TVG MIG mit unterer Scheibe aus VSG aus Float, VSG aus TVG Es sind folgende Einwirkungen zu berücksichtigen: gemäß DIN 1055 (Wind-, Schnee- und ggf. Verkehrslasten) Klimalasten durch Druckdifferenzen im eingeschlossenen SZR von MIG Bemessung der unteren Scheibe von MIG für den Ausfall der oberen Scheiben Monolithische Verglasungen oberhalb einer Einbauhöhe von 4 m müssen wenn Sie grob brechend sind (z.b. Floatglas, TVG) vierseitig linienförmig gelagert werden, wenn Sie hingegen Einscheiben-Sicherheitsglas sind heißgelagert sein (ESG-H). Annahmen bei der Berechnung: Die linienförmige Lagerung von Verglasungen wird üblicherweise als unverschieblich und gelenkig angesehen. Ein günstig wirkender Schubverbund von VSG-Scheiben darf nicht angesetzt werden. Im Glasbau ist neben dem Nachweis der zulässigen Spannungen meist auch ein Durchbiegungsnachweis erforderlich. Für linienförmig gelagerte Verglasungen ist die Durchbiegungsbeschränkung auf 1/100 der Stützweite begrenzt. Auf die Begrenzung der Durchbiegung kann verzichtet werden, sofern nachgewiesen wird, dass unter Last noch ein Mindestglaseinstand von 5 mm verbleibt und die Anforderungen an die Durchbiegungen der Isolierglashersteller nicht überschritten wird.

16 TUHH Seite 15/29 Nachweiserleichterungen für allseitig linienförmig gelagerte Vertikalverglasungen aus Isolierglas Fläche 1,6 m 2 Glaserzeugnis Floatglas, TVG, ESG/ESG-H, VSG Einbauhöhe 20 m über Gelände Scheibendicke 4 mm Differenz der Scheibendicken 4 mm Scheibenzwischenraum 16 mm Charakt. Wert der Windlast 0,8 kn/m² c) TRPV (zukünftig DIN ) Technische Regeln für die Bemessung und die Ausführung punktförmig gelagerter Verglasungen (TRPV) Halter, die den Randbereich einer Verglasung U-förmig umschließen werden als Randklemmhalter bezeichnet. Halter mit zwei Tellern, die über einen Bolzen, der durch eine durchgehend zylindrische Glasbohrung geführt wird, miteinander verbunden sind, werden als Tellerhalter bezeichnet. Tellerhalter mit Kugel- und Elastomergelenken werden im Allgemeinen durch eine AbZ oder europäische Zulassungen geregelt. Lochbohrungen sind nur in thermisch vorgespannten Glastypen zulässig. Durchbiegungen müssen kleiner als 1/100 der Stützweite sein. Es dürfen Linienlagerung und Punkthalterungen kombiniert werden. Es müssen Punkthalter- und Randabstände eingehalten werden (siehe TRPV). Im unbeschädigten Zustand wird die Beanspruchbarkeit der Verglasungen durch die Lochbohrungen erheblich reduziert, da sich die maximalen Spannungen am Lochbohrungsrand befinden, an dem die eingeprägten Vorspannungen jedoch ein Minimum annehmen. Im beschädigten Zustand können die Bolzen oder Stifte die VSG-Scheibe über die Verbundfolie mechanisch halten und somit die Resttragfähigkeit wesentlich verbessern. Klemmhalter bestehen nur aus Klemmflächen, durchbohren die Scheiben also nicht. Es ist eine Mindestklemmfläche von 1000 mm 2 einzuhalten. Statischer Nachweis: Lasten gemäß DIN 1055 Dazu ist immer eine FE-Berechnung erforderlich, die meist durch Vorgaben einer AbZ oder TRPV verifiziert werden muss Die Resttragfähigkeit ist ohne Versuche und AbZ nachgewiesen wenn die Bedingungen der Tabelle 1 der TRPV erfüllt sind.

17 TUHH Seite 16/29 d) TRAV (zukünftig DIN E ) Technische Regeln für absturzsichernde Verglasungen (TRAV) Aufnahme der üblichen Einwirkungen ohne Rissbildung (statischer Nachweis ist also auch bei absturzsichernden Verglasungen immer erforderlich) und drei weitere glasspezifische Nachweise: Sicherheit gegenüber der Verletzung einer anprallenden Person (beispielsweise infolge eines Sturzes) Absturzsicherheit der Person (Rissbildung zulässig) Sicherheit Dritter gegenüber herabfallenden Bruchstücken. Nachweis der Tragfähigkeit unter stoßartigen Bedingungen: durch experimentellen Nachweis (Bauteilversuch: Pendelschlagversuch mit 50 kg Zwillingsreifen mit 4 bar Luftdruck. durch vorliegende Ergebnisse von Bauteilversuchen anderer BV (Gutachten auf Vergleichsbasis) durch Tab. 2 der TRAV mittels Spannungstabellen, Anhang C der TRAV Für Verglasungen, die nicht in den Geltungsbereich der TRAV fallen ist weiterhin eine ZiE (Zustimmung im Einzelfall) oder ein ABP (Allgemeines, bauaufsichtliches Prüfzeugnis) erforderlich. Glaseinstand bei allseitiger Lagerung: 12 mm Glaseinstand bei zweiseitig linienförmiger Lagerung: 18 mm Kategorie A: Raumhohe Festverglasungen, die Holmlasten aufnehmen müssen Zulässige Scheibenaufbauten: Einfachverglasungen aus VSG, MIG mit der Angriffsseite aus VSG MIG mit der Angriffsseite aus ESG und der Absturzseite aus VSG Fallhöhe: 900 mm lichte Öffnung < 300 mm Nachweis der Stoßsicherheit kann entfallen Kategorie C: Verglasungen, die keine Holmlasten aufnehmen C1: Geländerausfachungen, die an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten punkt- / linienförmig gelagert werden. C2: Unterlichte im Sinne der TRLV C3: Kategorie A mit vorgesetztem Holm

18 TUHH Seite 17/29 Zulässige Scheibenaufbauten: Einfachverglasungen aus VSG Einfachverglasungen aus ESG-H bei allseitiger linienförmiger Lagerung für C1 und C2 MIG für C3 gemäß Kategorie A MIG mit der Angriffsseite aus ESG oder VSG für C1 + C2 Fallhöhe: 450 mm lichte Öffnung: < 500 mm Nachweis kann entfallen Kategorie B: Eingespannte Glasbrüstungen mit durchgehendem Handlauf Abtragung der Holmlasten über den Handlauf auch bei Ausfall eines Brüstungselementes Zulässige Scheibenaufbauten: VSG Fallhöhe: 700 mm lichte Öffnung < 500 mm Nachweis kann entfallen Beim statischen Nachweis muss im Falle, dass die Kanten geschützt sind, der Ausfall einer Glastafel des VSG berücksichtigt werden. Sofern die Kanten ungeschützt sind, ist der Totalausfall einer VSG-Scheibe statisch zu berücksichtigen. Die zulässigen Spannungen dürfen in beiden Fällen um 50 % erhöht werden. Bei trapezförmigen Scheiben ergibt sich die maximale Spannung stets in der stumpfen Ecke. Vergleichbare Konstruktionen: mit angelenktem Handlauf (Handlauf wird mittels Punkthalter angeschlossen, verbindet jedoch ebenfalls alle Verglasungen miteinander) mit zwei Punkthalterreihen unten, die eine der Einspannung ähnliche Lagerung darstellen. Unterkonstruktion gilt für alle Kategorien: Schraubenabstand zur Befestigung der Glashalteleisten: < 300 mm, Auszugskraft > 3 kn bzw. nachzuweisen 10 kn/m

19 TUHH Seite 18/29 e) Grundlagen für die FE-Berechnung, Lastabtragungsmechanismen Alle beanspruchungserhöhenden Einflüsse sind exakt abzubilden: Glasbohrungen Ausschnitte Einspannungen Exzentrizitäten Deformationen der Stützkonstruktion Toleranzen E-Module und Dicke der elastischen Zwischenlagen Es sind im Lagerungsbereich (Punkthalter, untere Einspannung) möglichst Volumenelemente und Kontaktelemente zu verwenden. Für die Scheiben selbst reichen in der Regel Schalenelemente aus. Die Lastabtragung muss der tatsächlichen Ausführung entsprechen, darauf hinwirken, dass auch die Ausführung keinen Spielraum für unterschiedliche Lastabtragungen lässt. Elastische Zwischenlagen: EPDM 400 N/mm 2 (auf der sicheren Seite, hohe Steifigkeit) POM 3000 N/mm 2 (auf der sicheren Seite, hohe Steifigkeit) Silikon 10 N/mm 2 Vergussmörtel Epple 31 Hilti HIT-HY 4000 N/mm 2

20 TUHH Seite 19/29 4. Nicht geregelte Bauarten a) Betretbare Verglasungen (zukünftig DIN ) Statischer Nachweis: Aufnahme der üblichen Einwirkungen ohne Rissbildung Einzellast von 1,5 kn je Person an ungünstigster Stelle, Aufstandsfläche 10 x 10 cm 2 Schnee- und Windlasten brauchen in den meisten Fällen nicht mit den Verkehrslasten überlagert zu werden Weitere spezifische Nachweise: Durchsturzsicherheit der stürzenden Person Sicherheit der stürzenden Person gegenüber Verletzung Sicherheit gegenüber herabfallender Bruchstücke (Gefährdung Dritter) Zulässige Scheibenaufbauten: Obere Glasscheibe: VSG oder ESG (wegen der Verletzungsgefahr) Untere Glasscheibe: VSG (wegen der Resttragfähigkeit) b) Begehbare Verglasungen (zukünftig DIN ) Statischer Nachweis: Beim statischen Nachweis kann die oberste Glastafel angesetzt werden, der Nachweis ist aber bei einem Ausfall der obersten Glastafel zu erbringen. In diesem Fall können die zulässigen Spannungen um den Faktor 1,5 erhöht werden Übliche Nutzung durch planmäßigen Personenverkehr Es ist die Einzellast auf eine Aufstandsfläche von 50 mm x 50 mm an ungünstigster Stelle aufzubringen Es darf keine Verbundwirkung angesetzt werden Die Durchbiegungen sind auf 1/200 der Stützweite zu begrenzen Keine brandschutztechnischen Anforderungen

21 TUHH Seite 20/29 Bauteilversuche zum Nachweis der verschiedenartigen Überkopfverglasungen Organisation, Merkblatt nicht betretbar betretbar begehbar Landesgewerbeamt Baden-Württemberg (LGA-BW) Berufsgenossenschaft GS-Bau 18 DIBt-Mitteilung 2/2009 Fallkörper 4 kg-stahlkugel 50 kg- Glaskugelsack 40 kg- Stahltorpedo Fallhöhe 3 m 1,2 m 0,8 m Standzeit 24 Stunden 15 min. 30 min. Flächenlast 2/3 Regelschneelast 1 kn auf 10 x 10 cm 2 ½ Verkehrslast 1kN-Punktlasten + Stahlkörper Scheibenaufbauten von oben nach unten VSG VSG ESG VSG VSG - VSG VSG aus min. 3 Glastafeln oberste ESG oder TVG Das Tragverhalten im geschädigten Zustand ist bis heute nur experimentell beherrschbar. Es gibt keine abgesicherten Berechnungsansätze. c) Aussteifende Verglasungen Es sind umfangreiche Versuche und Berechnungen erforderlich. Ein eigens für ein konkretes Bauvorhaben benötigtes Sicherheitskonzept ist dazu zu erstellen und mit der Obersten Bauaufsichtsbehörde vor den Versuchen abzustimmen. d) Structural Glazing - Geklebte Glaskonstruktionen In den USA ist diese Art seit etwa 40 Jahren verbreitet. Die Verklebung ist entweder werksseitig aufzubringen, oder es sind auf der Baustelle vergleichbare Werkstattbedingungen zu schaffen. Bei allen nachfolgend aufgeführten Typen nach ETAG Nr. 002 wird die Windbeanspruchung durch die Klebewirkung abgetragen. Typ I: Eigengewicht (EG) wird mechanisch abgetragen Haltevorrichtung im Versagensfalle Typ II: EG wird mechanisch abgetragen, keine Haltevorrichtung Typ III: EG wird über Klebung abgetragen Haltevorrichtung im Versagensfalle Typ IV: EG wird über Klebung abgetragen, keine Haltevorrichtung Bei MIG oder VSG ist nur Typ I oder Typ II verwendbar. In Deutschland kann ab einer Einbauhöhe von 8 m nur Typ I verwendet werden, unterhalb von 8 m ist auch Typ II zulässig.

22 TUHH Seite 21/29 Vorteile von geklebten Verglasungen: Optisches ebenes, ungestörtes Erscheinungsbild ohne Ansicht von Halteleisten Keine Verschattung von Randbereichen Optimale Temperaturverteilung Leichte Reinigung Wirtschaftlichere Auslegung gegenüber punktgehaltenen Verglasungen, da nicht Spannungen am Lochbohrungsrand maßgebend werden. Generelle Einschränkungen für Verklebungen: Als Klebstoffe sind nur Silikone zulässig Die Verklebung muss linienförmig sein Die Verklebung muss unter definierten Bedingungen erfolgen. Je dünner die Klebfugendicke, desto höher ist die Klebfugensteifigkeit und somit die Beanspruchbarkeit. Die Zugspannungsverläufe sind nicht konstant über den Querschnitt verteilt (lokale Maximalwerte liegen bis zu 440 % über dem Mittelwert). Adhäsionsbruch: (Adhäsion: Haften gleich oder verschiedenartiger Stoffe aneinander) Kohäsionsbruch: nicht zulässig (Kohäsion: die innere Festigkeit des Klebstoffes) Das Verhältnis von Fugenhöhe zu Fugenbreite sollte min. 1:1 betragen, 3:1 jedoch nicht überschreiten Die Mindestfugenbreite für Structural Glazing-Verklebungen sollte 6 mm betragen 5. Ausführung a) Kantenbearbeitung Terminologie der Glaskanten gemäß DIN KG Geschnitten (glatt gebrochen, unbearbeitet) KGS Gesäumt (Ränder gebrochen) KMG Maßgeschliffen (durch Schleifen der Kantenoberfläche KGN Geschliffen (mattes Aussehen, keine Ausmuschelungen) KPO Poliert (Kantenoberfläche durchsichtig und glatt) b) Begrifflichkeiten Üblicherweise besteht ein Rahmen, in den eine Verglasung eingesetzt wird aus einem Glasfalzanschlag an den die Scheibe geschoben wird. Die andere Seite von der aus die Scheibe eingesetzt wurde wird durch eine im Nachhinein angebrachte Glashalteleiste geschlossen. Als metallischen Glaseinstand bezeichnet man die Einstandstiefe der Glaskante gegenüber dem metallischen Rahmen (Glasfalzanschlag) Höhere Robustheit als Metalltragwerke, da immer vom möglichen Versagen eines Glasbauteils auszugehen ist.

23 TUHH Seite 22/29 6. Zustimmungsverfahren Um Bauprodukte verbauen zu dürfen müssen nicht nur die Bauprodukte genormt sein, sondern auch die zugehörigen Bauarten. Unter Bauarten versteht man die Art und Weise wie und zu welchem Zwecke das jeweilige Bauprodukt verwendet werden soll. Geregelt: Es besteht eine Übereinstimmung mit den bekannt gemachten technischen Regeln. Nicht geregelte Bauprodukte und Bauarten dürfen trotzdem ausgeführt werden, sofern eine ZiE, ein ABP oder eine ABZ erteilt wird. a) ZiE Zustimmung im Einzelfall Eine ZiE wird von der Obersten Bauaufsicht des Bundeslandes, in dem das Bauvorhaben ausgeführt wird, erteilt. Die Zustimmung ist auf die eine spezielle Anwendung des Bauvorhabens beschränkt (Einzelfall) und lässt sich nicht auf das Bauprodukt oder die Bauart übertragen. Ablaufschema einer ZiE: Beschreibung durch den Antragsteller Der Antragsteller (z.b. Bauherr) fragt bei einem Prüfinstitut an und schickt diesem die Angabe des Bauvorhabens, des Bauherrn, des Bauproduktes und der Bauart, die Zusammenstellung sämtlicher relevanter Zeichnungen, Beschreibung der vorgesehenen Materialien, die Angabe der vorgesehenen Nutzung sowie vorhandene statische Nachweise. Beratung des Prüfinstituts Das Prüfinstitut schätzt das Gefahrenpotential bei Glasbeschädigung ab, stellt das Funktionieren der Glaskonstruktion fest, gibt ggf. Verbesserungsvorschläge, erarbeitet einen Nachweiskatalog zur Resttragfähigkeit, Qualitätskontrolle und sonstigen Anforderungen Antrag auf ZiE Vorlage der Beschreibung des Antragstellers und des ausgearbeiteten Prüfprogramms des Prüfinstituts Anmerkungen der zuständigen Obersten Landesbaubehörde Bewertung der vorgeschlagenen Prüfungen und Vorgehensweisen, eventuell Definition weiterer Anforderungen Erfüllung der Anforderungen (Bauteilversuche) Je nach Prüfprogramm: Versuche zur Glasfestigkeit, Versuche zur Resttragfähigkeit etc., Ausarbeitung einer zusammenfassenden gutachterlichen Stellungnahme durch ein anerkanntes Prüfinstitut Erteilung einer ZiE Schriftliche, auf die konkrete Glaskonstruktion beschränkte Erteilung einer ZiE, eventuell unter Vorbehalt bzw. mit weiteren Anforderungen (Qualitätskontrolle) Es handelte sich in der Vergangenheit um ein sehr verbreitetes Verfahren im Glasbau. Noch vor wenigen Jahren hatte etwa 50 % sämtlicher ZiEs der Obersten

24 TUHH Seite 23/29 Bauaufsichtsbehörden mit dem Glasbau zu tun. Durch die Ausweitung der Geltungsbereiche der Richtlinien und Normen ändert sich dies gegenwärtig. Im Merkblatt G2 des Landesgewerbeamtes von Baden-Württemberg sind die wesentlichen Anforderungen an zustimmungspflichtige Vertikalverglasungen zusammengestellt. Ansatz der Verbundwirkung von PVB-Folien für Gebrauchstauglichkeit in Ausnahmefällen möglich (Bsp: Schneelast da nur bei niedriger Temperatur möglich) b) ABZ Allgemeine Bauaufsichtliche Zustimmung Die ABZ wird vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) erteilt und gilt deutschlandweit. Die ABZ gilt für eine bestimmte Bauart oder ein bestimmtes Bauprodukt. Es werden umfangreichere Bauteilprüfungen als bei der ZiE vorgenommen. Ist im Glasbau insbesondere für folgende Bauprodukte bzw. Bauarten verbreitet: TVG Punktgehaltene Vordächer Punkthalter Brandschutzverglasungen c) ABP Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis Die Beurteilung erfolgt anhand von allgemein anerkannten Prüfverfahren. Es lässt sich somit nur auf bestimmte Anwendungen übertragen.

25 TUHH Seite 24/29 7. Weitere Anwendungen von Glasbauwerken a) Glasbauwerke mit globalem Lastabtrag Beispiele: Glas-Stahl-Tragwerk Glasfachwerk Netzschalen Gitternetzkuppel Tonnenschale Fachwerkbogen Ganzglasdach Glasstützen Glasrohre: werden vorgedrückt mit innenliegendem Zugband, um bei exzentrischer Last Zugspannungen zu verhindern Trogbrücke in Stahlglas-Bauweise Glasträger: Keine Resttragfähigkeit beim Bruch aller Scheiben VSG geringere Festigkeit als Summe der Einzelscheiben (-25 %) Balken geringere Festigkeit als Platten (-25 %) Glasschwerter sind grundsätzlich kippgefährdet Bis heute gibt es keine Bemessungsnorm Es gibt keine zulässigen Spannungen b) Übersicht nicht geregelter Bauprodukte und Bauarten im Glasbau Hängende Verglasungen Hinterspannte Fassaden Seilnetzwände Unterspannte Scheiben Faltwerk gebogen gespanntes Glas

26 TUHH Seite 25/29 8. Bauphysik a) Brandschutz Glas selbst ist nicht brennbar und stellt somit keine Brandlast dar. Brandschutzverglasungen sind nicht geregelte Bauprodukte (momentan existieren etwa 120 Brandschutzglastypen mit ABZ) Eine Brandschutzverglasung schließt immer auch den Rahmen, die Dichtungen und Befestigungsmittel mit ein. Eine Scheibe alleine stellt noch keine Brandschutzverglasung dar. pren stuft die Verglasungen nach folgenden Eigenschaften ein: E: keine Übertragung des Brandes durch Flammen oder heiße Gase (entspricht den bisherigen G-Verglasungen) EW: Hitzestrahlung bleibt für einen Zeitraum unter einem bestimmten Wert (< 15 kw/m 2 ) EI: maximale Hitzebarriere zum Schutz von Menschen ( T < 140 C) (entspricht den bisherigen F-Verglasungen) Alte Einteilung: feuerwiderstandsfähig: G30 G120 (Drahtglas) feuerhemmend: F30 hochfeuerhemmend: F60 feuerbeständig: F90 F120 Der eigentliche Brandschutz der Verglasung wird durch eine oder mehrere Zwischenschichten aus Natrium-Silicat (Wasserglas) erzielt. Das Wasserglas durchläuft unter Wärmeentwicklung einen chemischen, endothermen Prozess, bei dem Energie verbraucht wird. Sobald die chemische Umwandlung in einer Schicht vollendet ist, beginnt sie in der nächsten Schicht. Die Floatscheiben zwischen denen die Wasserglasschichten angeordnet sind, sind häufig extrem dünn (1,5 bis 2,6 mm), damit die Gesamtdicke begrenzt bleibt. Die Dicken der Wasserglasschichten betragen üblicherweise zwischen 1,5 und 5 mm.

27 TUHH Seite 26/29 b) Wärmeschutz Beschichtungssysteme, Berechnung des U g -Wertes, allgemeine Wärmeschutzberechnung Der Wärmefluß setzt sich aus folgenden Anteilen zusammen: Wärmeleitung: Energie wird mit Hilfe von Materie transportiert, ohne dass die Materie selbst transportiert wird Konvektion: Energie wird mit der Materie transportiert Strahlung: Energie wird unabhängig von Materie transportiert funktioniert somit auch im Vakuum Maßnahmen zur Verminderung des Wärmeflusses: Wärmeleitung: Die Wärmeleitung im Glas stellt eine Konstante dar und kann somit nicht verändert werden. Dickere Glasscheiben wären unwirtschaftlich. MIG reduziert die Wärmeleitung, da die Materie im eingeschlossenen SZR viel geringer ist. Mit größerem SZR wird die Wärmeleitung weiter reduziert. Konvektion: Schwerere Edelgase (Argon, Krypton, Xenon) verringern die Konvektion erheblich. Da die Konvektion neben der Art der Moleküle auch mit ihrer Beweglichkeit zu tun hat, steigt die Konvektion mit zunehmendem SZR an. Es gibt somit zusammen mit der Wärmeleitung ein Optimum für den SZR von etwa 12 mm Stahlung: wird durch Beschichtungen praktisch eliminiert. Die Strahlung setzt sich aus folgenden Anteilen zusammen: Reflexion: Eine Erhöhung durch spezielle Schichten (Gold, Silber, Kupfer, sowie Oxide wie Titan und Silizium) ist möglich. Reflexionen werden durch die abrupte Änderung der Materialeigenschaften, d.h. des Brechungsindexes verursacht. Weicht man die Grenze durch periodische Strukturierung der Oberfläche auf, kann die Reflexion auch von 8 % auf unter 1 % verringert werden. Absorption: Erhöhung der Absorption durch eisenhaltiges Grünglas. Sie fangen die Wärmestrahlung der Sonne ein Scheibe wird wärmer. Für Solarmodule wird Weißglas verwendet, da 1. die Strahlung besser durchgelassen wird und 2. das Glas kühler bleibt, was die Effektivität von Solarmodulen steigert. Transmission: Die Strahlung geht ungehindert durch die Materie hindurch. Wärmeschutzschicht: Glas Bismuthoxid 30 nm Silber 10 nm die eigentliche Reflexionsschicht Schutzschicht 2 nm Bismuthoxid 30 nm

28 TUHH Seite 27/29 Das Sonnenlicht setzt sich aus folgenden Anteilen zusammen: UV-Licht (< 380 nm) UV-B und UV-C wird vom Glas stark absorbiert und dabei in Wärmestrahlung umgewandelt (kaum Bräunung und Hautkrebs hinter der Scheibe), UV-A (ab 320 nm) wird durchgelassen Sichtbares Licht ( nm) wird vom Glas nur schwach absorbiert und dabei in Wärmestrahlung umgewandelt. Den größten Anteil stellt die Transmission dar, weshalb Glas als durchsichtig bezeichnet wird. Wärmestrahlung (> 2000 nm) wird vom Glas überwiegend reflektiert (Treibhauseffekt) Glas lässt die Wärmestrahlung nicht direkt durch, ein Großteil wird jedoch im Glas absorbiert und sorgt für eine Erwärmung der Scheibe und wird schließlich von der Oberfläche wieder abgestrahlt. Farbfilter ermöglichen die selektive Absorption nicht nur im sichtbaren Wellenlängenbereich, so dass auch beispielsweise Durchlässigkeit im UV-Bereich als auch im IR-Bereich erzielt werden kann. Die Energie der Sonnenstrahlung besteht zu 4 % aus UV-Licht 45 % aus sichtbarem Licht 51 % aus kurzwelliger Wärmestrahlung Der Gesamtenergiedurchlassgrad setzt sich zusammen aus dem Transmissionsgrad und dem sekundären Wärmefluss. 1,0 bedeutete, dass die gesamte Energie durchgelassen würde. Einfachverglasung 0,87 Doppelverglasung 0,8 Dreifachverglasung mit zweifacher selektiver Beschichtung 0,5 Sonnenschutzverglasung 0,35 Bei etwa 86 W/m 2 halten sich bei modernen Gläsern (U G = 1,1) Wärmegewinne und Transmissionsverluste die Waage. Wärmeleitfähigkeit steigt mit zunehmender Dichte an: Kupfer 394 W/(m K) Glas 0,8 W/(m K) Holz 0,12 W/(m K) Dämmstoffe 0, ,07 W/(m K) Spezifische Wärmekapazität: Luft 1000 J/(kg K) Wasser 4200 J/(kg K) Glas 800 J/(kg K) Bei älteren Zweifach-Isolierverglasungen haben Wärmeleitung und Konvektion etwa 1/3 Anteil am Wärmeverlust, die Strahlung etwa 2/3.

29 TUHH Seite 28/29 Beschichtungsverfahren: Hardcoatings können auf jeder Glasfläche aufgebracht werden, da sie als Gas, Pulver oder Flüssigkeit pyrolytisch bei 800 C mit dem Glas verbunden werden und daher sehr stabil sind. Meist sind es ein-zwei Schichten, z.b. aus TiO 2, SnO 2, F, SiOC und Mischungen aus Fe-, Cr- und Co-Oxid, die für Wärmeschutz und Sonnenschutz eingesetzt werden. Softcoatings werden im Magnetron-Verfahren hergestellt (Sputtern). Sie sind nicht so haltbar wie hartcoatings und werden daher nicht der Witterung ausgesetzt, sondern für Gebäudeinnenräume oder in SZR verwendet. Die Vielfalt an Farben und Funktionswerten ist größer und die Transparenz höher als jene von hardcoatings. Sputtering: Im sogenannten Magnetron-Verfahren wird eine Edelmetallschicht "offline", also nach dem Produktionsprozess, durch Vakuum-Kathodenbestäubung ("Sputtering") auf ein Floatglas aufgebracht Berechnung des U-Wertes: Der U g -Wert einer Isolierverglasung lässt sich gemäß DIN EN 673 rechnerisch bestimmen Das Verfahren ist jedoch so kompliziert und beruht auf so vielen unsicheren Annahmen, die man als Eingangsparameter festlegen muss, dass die U g -Werte in der Praxis gemäß DIN EN 674 oder DIN EN 675 im Versuch bestimmt werden. c) Schallschutz Maßnahmen zur Verbesserung, Berechnung Die Einheiten folgen einer logarithmischen Bewertung Eine subjektive Verdoppelung der Lautstärke entspricht einer Zunahme des Schalldruckpegels von beispielsweise 40 db auf 50 db 0 db Hörschwelle 20 µpa 15 db leichter Wind 120 µpa 50 db angeregtes Gespräch 6,5 Pa 75 db Straßenverkehr 110 Pa 100 db Presslufthammer 2000 Pa 110 db lautes Konzert 7000 Pa 130 db Schmerzgrenze Pa Schalldruckpegel (db) = 10 lg (p 2 /p 0 2 ) = 20 lg(p/p 0 ) Bewertetes Schalldämmmaß: db ist von der Frequenz abhängig, üblicher Frequenzbereich: Hz Das Resultat einer akustischen Prüfung ist ein Spektrum bestehend aus 16 Werten Zulässiger vom Ort abhängiger Lärm vor den Fenstern Industriegebiet 70 db (A) Gewerbegebiet 65 db (A), nachts 50 db (A) Mischgebiet 60 db (A), nachs 45 db (A) Wohngebiet 55 db (A), nachts 40 db (A) reines Wohngebiet 50 db (A), nachts 35 db (A) Kurgebiet, Krankenhäuser: 45 db (A), nachts 35 db (A)

30 TUHH Seite 29/29 Schalldämmmaß R (R w ) schalldämmende Eigenschaften des Fensters Standard-Schallpegeldifferenz (D nt ) schalldämmende Eigenschaften eines Fensters in einer konkreten Einbausituation Der Index "w" steht für weighting gewichtet oder bewertet db (A) ist eines von mehreren sog. bewerteten Schalldämmmaßen Übertragungswege: Glas, Rahmen, Fugen, Anschluss ans Mauerwerk Verbesserung des Schallschutzes beim Glas durch: Vergrößerung des SZR Asymetrischer Scheibenaufbau Biegeschwingungen führen zum Einbruch der Schalldämmung in gewissen Frequenzbereichen, deshalb verschiedene Scheibendicken der ISO-Gläser, damit Resonanzen vermieden werden (welche Scheibe außen ist, ist unerheblich) Dicke der Scheiben (große Masse), insbesondere für tiefe Frequenzen (Straßenlärm) Beispiele: : 36 db : 37 db SI: 42 db SI: VSG mit Schallschutzfolie 14 SI 16 8 SI: 51 db Es können Schallschutzwerte bis zu 56 db erreicht werden (große Scheibendicken, schweres Gas (Argon) und asymmetrischer Scheibenaufbau) Es ist einfacher eine gute Schalldämmung im hohen Frequenzbereich zu erzielen als im tiefen (dazu wird Masse benötigt) Der Rahmen spielt im Bereich von db keine große Rolle Bei Schalldämmung von über 39 db sind unbedingt zwei Dichtungen in zwei Ebenen erforderlich (gut schließend, also mit hohem Anpressdruck) Das bewertete Schalldämmmaß der Wand sollte mindestens 10 db höher als das bewertete Schalldämmmaß des Fensters sein Schalldämmung des Fensters um 2 db höher planen, um den Schall zu berücksichtigen, der durch die Wand dringt Theoretisch schwächt eine offene, 1 mm breite Fuge ein Fenster mit einem bewerteten Schalldämmmaß von 51 db um 18 db auf 33 db! Die Schalldämmung ist also um den Faktor 8 verschlechtert. Berechnung des Schalldämmmaßes eines aus mehreren Teilen R ges = R w1-10 log[1+(a 2 /A ges ) (10^((R w1 -R w2 )/10)-1)]

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