Hochbaukonstruktionen 1. Konstruktiver Glasbau. Übersicht

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1 Hochbaukonstruktionen 1 Konstruktiver Glasbau Univ. Prof. Dr. A. Kolbitsch Übersicht Grundlagen Geschichte Aktuelle Ausführungsbeispiele Begriffsbestimmungen Werkstoff Glas Herstellung Vorspannung Befestigungssysteme Bemessung Auswahl der Glasart NW nach zulässigen Spannungen Nachweise nach Grenzzuständen Experimentelle Nachweise Sicherheit h it Resttragfähigkeit Bauvorschriften Aktuelle Fassadenkonstruktionen Literatur 1

2 Geschichte Glastechnik Mondglasscheiben Shlif Schleifen von Shib Scheiben Frankreich 17. Jhdt. Glaskonstruktionen Baxton Kristallpalast Entwicklungen konstruktiver Gasbau Sir Joseph Baxton Kristallpalast

3 Entwicklung Glaskonstruktionen Fagus Werk Garage Rue Marboef 1929 Lentos

4 Sonderkonstruktionen Glasträger Glasbrücke Glasschwerter im Fassadenbau Funktionen Direkte Unterstützung der Fassade/des Daches Zugbeanspruchte Elemente Biegebeanspruchte Elemente im Fassadenbereich Ausführungsvarianten Reine Glas-Biegeträger Verbundelemente Stahl-Glas Beton-Glas Rose Center of Earth and Space NY 4

5 Flachglas Einteilung Herstellung von Floatglas 1959 durch Fa. Pilkington entwickelt Ausgangsstoffe (Kalk- Natronglas) SiO % CaO 5-12% Na 2 O 12-16% MgO 0-6% Al 2 O 3 0-3% Herstellung auf flüssigem Zinn Abmessungen Bandmaße 3,2/6,0m Dicken: 2,3,4,5,6,8,10,12,15,19,25 mm 5

6 Werkstoffkennwerte Glasart E-Modul Poisson-Zahl Temperatur-Aus- E g [N/mm²] μ g dehnungskoeff. α T [1/K] Kalk-Natron- Silicatglas Erdalkali- Silicatglas l ,23 9, ,20 8, Borosilicagls ,20 6, Mechanische Eigenschaften Floatglas Kennwert Symbol Werte Glas Vergleich: Stahl Dichte ρ 2500 kg/m³ 7800 Elastizitätsmodul E 70000N/mm² Poissonzahl μ g 0,23 Wärmeausdehnungskoeffizient α T C Temperaturwechselbeständigkeit ΔT 30 bis 40 C - Druckfestigkeit f c N/mm² f u =360N/mm ² für S 235 Biegezugfestigkeit (5%-Fraktile) f ft 45 N/mm² Theor.: Bruchdehnung ε 0,06 bis 0,17% 0,25 6

7 Besonderheiten zu mechanischen Eigenschaften Spannungs- Dehnungsverhalten Keine Spannungsumlagerung durch Plastifizieren Auswirkung von Vorschädigungen Temperaturverhalten thermisches Ausdehnungsverhalten Thermisches Verhalten - Biegebruchversuch Glasschmelze Herstellungsabhängige Biegezugfestigkeit 7

8 Thermisch vorgespanntes Glas TVG und ESG Verbesserung der Biegezugfestigkeit durch thermische Vorspannung. Aufheizen des Floatglases bis zum Transformationsbereich von 640 C Vorspannung: Oberflächen kühlen früher ab gewinnen an Festigkeit; teigiger Kern verformt sich mit Bei Abkühlung des Kerns haben oberflächennahe schichten bereits an Festigkeit gewonnen Druckvorspannung im Eigenspannungszustand Spannungsverteilung von ESG, TVG bei Biegebeanspruchung. Mechanische Eigenschaften von TVG und ESG Eigenschaft Bezeichnung Wert TVG Temperaturwechselbeständigkeit ΔT 100 C ESG Temperaturwechselbeständigkeit ΔT 200 C TVG Prüfbiegezugfestigkeit f ft 70 bis 90 N/mm² ESG f ft 120 bis 150 N/mm² Prüfbiegezugfestigkeit Thermisch behandeltes Glas TVG und ESG kann nicht mehr bearbeitet werden 8

9 Thermische Vorspannung von Glas ESG, TVG, Prinzip 9

10 Schadensbild Bruchuntersuchung 10

11 Verbundsicherheitsglas VSG Mindestens zwei Scheiben VSG TVG ESG Zwischenlage: Folie PVB Foliendicke = Vielfaches von 0,38 mm Folienreißfähigkeit bei Raumtemperatur > 20 N/mm² Folienreißdehnung 250% Resttragfähigkeit Befestigung von Glasscheiben Konventionelle Linienlagerungen Klebeverbindungen Gleichmäßige Lasteintragung Durch Klebstoffeigenschaften und Klebstoffdicken regulierbar Elastomere Kleber: Silikon Einsatz bei Structural (Sealant) Glazing Lochleibungsverbindungen Reibverbindungen 11

12 Begriffsbestimmungen zu den Bauvorschriften Vertikalverglasung Neigung 15 zur Vertikalen Überkopfverglasung Neigung > 10 zur Vertikalen Absturzsichernde Verglasung Brüstungen Geländer Begehbares Glas Trittstufen Deckenteile Brücken Tragende Teile Schwerter Stützen Einwirkungen Nutzlasten, Wind Ständige Lasten Eigengewicht Zusatzlasten ON EN ON B EN B ON Nutzlast Ansatz für Wartung Windkräfte Bei flachen Dächern Sog und Druck Erdbeben Tangentialkräfte bei Fassadenkonstruktionen Isolierglas Klimalast bei Luftdruckänderung Windlast auf beide Scheiben aufgeteilt 12

13 Isolierverglasung: Druck- und Temp.-Diff. Einwirkungskombination ΔT [K] Δp met [kn/m²] ΔH [m] p 0 [kn7m²] Sommer Winter ΔT Δp met ΔH p 0 Tempdiff. Zw. Herstellung und Gebrauch Diff. met.. Luftdruck Einbauort/Herstellungsort Diff. Ortshöhe zw Einbauort und Herstellungsort resultierender isochorer Druck Kombinartionsregeln Holmlasten sind wie Nutzlasten (Kat. A) zu berücksichtigen Klimalasten l sind id wie Temperatureinwirkungen ik zu behandeln Bei Horizontalverglasungen ist der Ausfall der oberen Scheibe als außergew. Lastfall zu betrachten. 13

14 Grundl. Anforderungen für Spannungs- und Verformungsermittlung Linear-elast. Materialverhalten Unvermeil. Zwängungen und Verformungen berücksichtigen Günstig wirkende geometrische Nichtlinearität (Membraneffekt) darf berücksichtigt werden Durchbrüche etc. sind zu berücksichtigen Punkthalterungen: Verformungsverhalten Ggf. außermittiger Lastangriff Grenzzustand Gebrauchstauglichkeit Lagerung Horizontalverglasung Vertikalverglasung Vierseitig Zwei- und dreiseitig 1/100 Scheibenstützweite in Haupttragrichtung Einfachverglasung 1/100 Scheibenstützweite in Haupttragrichtung Scheiben der Isolierverglasung 1/200 der freien Kante Keine Anforderung (Vorgaben Isolierglashersteller!!) 1/50 der freien Kante, (5mm) 1/70 der freien Kante (Vorgaben Isolierglashersteller!!) 14

15 Grenzzustand der Tragfähigkeit S d R d S R d d = γ S = f f k k R d Bemessungswert Widerstand f k char. Festigkeit mod k k b mod Abminderungsfaktor f. Einwirkungsdauer k b Abminderungsfaktor f. Art der Beanspr. γ m γ m Teilsicherheitsfaktor Wiederstandsseite k Char. Festigkeiten Glasart f k [N/mm²] Float 45 TVG 70 TVG liert 40 ESG 120 ESG liert 70 Drahglas 25 Gussglas 25 15

16 Abminderungsfaktor k mod Glasart Einwirkungsdauer Kurz Mittel lang Float 1,0 0,6 0,6 ESG, TVG 1,0 1,0 1,0 Abminderungsfaktor k b Beanspruchung k b Plattenbeanspruchung 1,0 Scheibenbeanspruchung 0,8 16

17 Glasart Teilsicherheitsbeiwerte γ m Float 1,5 VSG aus Float 1,5 TVG 1,5 ESG 1,5 Drahtglas 2,0 Gussglas 2,0 Nutzungsspezifische Anforderungen Konstruktion Anforderungen Verglasung Begehbare Verglasung GZ 1, Resttragfähigkeit nach Geländer, Brüstung Überkopfverglasung Tragkonstruktion (Schwerter, Stützen,..) Glasbruch, Stoßsicherheit (harter Stoß) GZ 1, ausreichende Stoßsicherheit bei weichem Stoß GZ 1, ausreichende Resttragfähigkeit nach Bruch,,ggf. harter Stoß (Hagel) GZ 1, umfassende Sicherheitsbetrachtung (redundante Tragstruktur, Brandsicherheit) VSG mit Verschleißschicht Ohne tragendem Handlauf: VSG oder ESG, sonst nur VSG VSG, TVG, Drahtglas Ausschließlich VSG 17

18 Horizontalverglasung zulässige Erzeugnisse Floatglas/Guss- glas ESG Einfachvergl. Zulässig in priv. gen. Zulässig Räumen bis 4,0m und max. 8mm Glasdicke mit heat-soak-test Isoliervergasung oben Zulässig, wenn untere zulässig Zulässig Scheibe VSG Isolierverglasung Zulässig in priv. gen. zulässig unten Räumen bis 4,0m und max. 8mm Glasdicke mit heat-soak-test VSG aus Float oder TVG Heat Soak Test Untersuchung von ESG auf Nickel-Sulfid-Konzentration Durch unterschiedliche Audehnungskoeffizienten Störung des Eigenspannungszustandes schlagartigem Spontanbruch Test: Lagerung bei 290 C über mehrere Stunden Gläser mit Nickel-Sulfideinschlüssen gehen zu Bruch 18

19 Untersuchung Harter Stoss Aufprall eines kleinen, kompakten >Stosskörpers geringer Masse auf das Glas (Kugelfallversuch) Für begehbare Verglasungen: harter Stosskörper mit m = 40 kg Harter Stoss bei begehbaren Verglasungen 19

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