Absturzsicherung mit Glas rechnen statt prüfen?

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1 Seite 1 von 4, ift Rosenheim Die moderne Architektur schätzt Transparenz mit Glas, ob als raumhohe Glaswände, Trennwände oder Treppen mit Glasgeländern. Architekten und Ausführende müssen aber auch sicherstellen, dass niemand durch eine Verglasung stürzt, sich bei einem Anprall schwer verletzt oder gar Passanten durch herabfallende Teile getroffen werden. Sicher ist sicher nach diesem Motto agieren die Baubehörde gemäß dem hoheitlichen Sicherheitskonzept. Bisher wird die Absturzsicherung über die Technischen Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV), die Technischen Regeln für die Bemessung und die Ausführung punktförmig gelagerter Verglasungen (TRPV) und die Technischen Regeln für absturzsichernde Verglasungen (TRAV) geregelt. Diese sollen nun durch die DIN Glas im Bauwesen Bemessungs- und Konstruktionsregeln ersetzt und zusammen gefasst werden. Teil 4 der Normenreihe (derzeit Entwurf) behandelt die Konstruktion und die Nachweise für die Absturzsicherheit von Verglasungen. Neben dem bisherigen prüftechnischen Nachweis mittels Pendelschlagversuch nach DIN EN ist auch ein vereinfachtes Berechnungsverfahren nach Anhang C2 und die volldynamische transiente FEM-Simulation nach Anhang C3 möglich. Derzeit werden die Einsprüche eingearbeitet; mit einer Fertigstellung der Norm ist bis 2015 zu rechnen. Dennoch ist es sinnvoll, sich bereits heute mit den Möglichkeiten des rechnerischen Nachweises zu beschäftigen. Anhand von Beispielen soll die Anwendung der E DIN vorgestellt werden, um Planern und Herstellern einen ersten Eindruck zu vermitteln. Die neue Glasbaunorm ist dabei in weiten Teilen kompatibel zu den Prinzipien und Bezeichnungen der Eurocodes, die am 1. Juli 2012 in Deutschland bauaufsichtlich eingeführt wurden. In Bezug auf den Nachweis absturzsichernder Verglasungen bietet E DIN (Entwurf ) wie bisher die TRAV ein einfaches Tabellenverfahren sowie die Möglichkeit des Bauteilversuchs mit dem Zwillingsreifen. Anhang C der TRAV (Spannungswerte) wird ersetzt durch ein vereinfachtes Rechenverfahren auf Basis einer statischen Ersatzlast. Neu ist der Nachweis durch eine dynamische FEM-Simulation. Die rechnerischen Verfahren sind auf bestimmte Lagerungsbedingungen und Kategorien beschränkt.

2 Seite 2 von 4 Tabelle 1 Übersicht der Nachweismöglichkeiten der E DIN Der Anwendungsbereich der E DIN umfasst Verglasungen und Geländer mit Anforderungen an die Absturzsicherheit. Neben der Glasscheibe selbst sind die Befestigungen und das Gesamtsystem nachzuweisen. Der Nachweis über Bauteilversuche mittels Pendelschlag (Anhang A der E DIN ) muss von einer bauaufsichtlich anerkannten Prüfstelle durchgeführt werden, ist als Referenznachweis definiert und wird deshalb auch häufig von den Baubehörden verlangt. Insbesondere wenn der rechnerische Nachweis nicht möglich ist oder die Unterlagen für einen rechnerischen Nachweis nicht plausibel sind, ist ein Bauteilversuch eine schnelle und aussagefähige Möglichkeit, die Absturzsicherung nachzuweisen. Der Entwurf der DIN lässt nun auch einen Nachweis mittels Finite-Elemente- Methode-Simulationsprogrammen zu, der besonders bei der Produktentwicklung eine einfache und kostengünstige Berechnung von Konstruktionsvarianten zulässt. Nachgewiesen wird in erster Linie die Glasscheibe. Der Rahmen und der Bauwerksanschluss sind nicht Gegenstand der Simulation. Mittels der Kraftflusskette vom Stoßimpuls in der Scheibe bis zum Rahmen kann auch die Belastung des Rahmens, der Rahmenbefestigung und der Bauteilanschlüsse bestimmt werden. Für den baurechtlichen Nachweis sind unter anderem folgende Unterlagen erforderlich: Detailzeichnungen (1:1) mit vollständiger Bemaßung exakte Identifikation aller Komponenten wie Verbindungsmittel, Profile, Dichtungssysteme, Konstruktionen, allgemeines bauaufsichtliches Zeugnis oder vergleichbare Nachweise der Einzelkomponenten; hierzu zählen auch Schweißverbindungen, die nachzuweisen sind, und für deren Ausführung der Ausführende den notwendigen Qualifikationsnachweis haben muss, Statik mit exakt im Plan verzeichneten Komponenten Nachweise der Einzelelemente bei Zusatzanforderungen (z. B. Brandschutz).

3 Seite 3 von 4 Falls dies nicht in vollem Umfang möglich ist, kann eine Bauteilprüfung mittels Pendelschlag in Anlehnung an DIN EN auch objektbezogen auf der Baustelle durchgeführt werden. Der Pendelschlagversuch in einem Montagerahmen im Labor einer Prüfstelle ist hingegen eher für Systemhäuser interessant, weil hier auch die einzelnen Komponenten nachgewiesen werden können, beispielsweise Punkthaltesysteme oder die Verankerung im Baukörper. Auch die Simulation des Pendelschlagversuchs durch eine volldynamische transiente (impulsartige) FEM-Simulation ist eine objektunabhängige Prüfung. Die Glasbefestigung (Rahmen oder Punkthalter) sowie der Baukörperanschluss (beispielsweise über Dübel und Schweißung) muss separat über einen Bauteilversuch oder über eine baubehördlich anerkannte Berechnung mit bauaufsichtlich zugelassenen Komponenten nachgewiesen werden. Die verwendete Software für die FEM-Stoßsimulation muss allerdings verifiziert werden. Das heißt, dass die simulierten Spannungsverläufe (Beschleunigungs- Zeit-Kurve des Pendels und Hauptzugspannungs-Zeit-Kurve der Glasscheibe) der betreffenden Software mit den normativen Kurvenverläufen übereinstimmen und den vorgegebenen Toleranzbereich nicht überschreiten. Die Grundlage für die Verifizierung der Software ist der Vergleich der Simulationsergebnisse mit realen Pendelschlagversuchen. Hier sind die Softwarehersteller gefordert, diesen Nachweis in Zusammenarbeit mit anerkannten Prüfstellen und neutralen Instituten zu bringen. Bild 1 Pendelschlagversuch im Labor nach DIN EN mit Nachweismöglichkeiten der Komponenten der Kraftflusskette

4 Seite 4 von 4 Das ift Rosenheim hat deshalb zusammen mit der Hochschule Rosenheim ein Forschungsprojekt gestartet, um ein Verfahren zur Verifizierung von Softwareprodukten zu entwickeln. Es soll geklärt werden, welchen Einfluss die Parametereinstellungen, Modellierung des Pendels und der Glasscheibe auf die Verifizierungskurven der Software haben. Gleichzeitig soll die Anwendungssicherheit und Reproduzierbarkeit der Simulationsprüfungen bewertet werden. Eine wichtige Forderung der obersten deutschen Baubehörde, des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) und des DIN-Gremiums ist, dass die Simulationsrechnungen auch von normalen Anwendern durchgeführt werden können und nicht Simulationsexperten vorbehalten bleiben. Dies bedeutet, dass eine Fehlbedienung weitgehend ausgeschlossen sein muss, und der Softwareproduzent dies durch ein Qualitätsmanagement sicherstellen muss. Eine Verifizierung der Software, Plausibilitätskontrollen und eine Fremdüberwachung des Qualitätsmanagement sollen zur weiteren Verbesserung der Sicherheit beitragen. Für die Softwarenutzung ist für den wenig geübten Anwender nur eine Vordimensionierung möglich. Für einen baurechtlich relevanten Nachweis ist die Anerkennung der Sachkunde des Ingenieurs durch die Baubehörde notwendig. Dies setzt vertiefte Theoriekenntnisse in der Statik, das Verständnis nichtlinearer Berechnungen und eine mehrjährige Erfahrung mit FEM-Berechnungen voraus. Außerdem sind der Nachweis der vollständigen Kraftflusskette sowie die Verifizierung der Software notwendig. Da dieses Verfahren noch nicht definiert ist, kann eine Simulation derzeit nur als Vordimensionierung herangezogen werden. Erst mit dem bauaufsichtlich anerkannten Nachweis kann ein Simulationsergebnis von der Baubehörde anerkannt werden. Am ift Rosenheim laufen derzeit Untersuchungen zur Anwendung und Verifizierung von Softwareprodukten und ein Abgleich der Simulationsergebnisse mit Realversuchen. Bild 2 Spannungsverlauf im Glas nach Stoß auf Basis einer FEM-Simulationsberechnung

5 Seite 5 von 4 Infos zum Autor Dipl.-Ing. Harald W. Krewinkel Geboren 1967 in Stuttgart 1999 Abschluss als Diplomingenieur an der Universität Stuttgart, Studium an den Fakultäten für Bauingenieurwesen und für Architektur Produktmanagement Bereich Kostenmanagement und Baurecht, WEKA Augsburg Universität Stuttgart, DFG-Projekte, wissenschaftliche Mitarbeit und Lehre Projektsteuerungsbüro im Bereich Hochbau und Raumordnung, freier Dozent für Bildungsträger, Stuttgart-Ulm-Augsburg seit 2011 Produktingenieur im Bereich Halbzeuge & Baustoffe am ift Rosenheim