Bernhard Sill Wahlseminar Konstruktiver Glasbau

Präsentation zum Thema: "Bernhard Sill Wahlseminar Konstruktiver Glasbau"—  Präsentation transkript:

1 Bernhard Sill Wahlseminar Konstruktiver Glasbau Entwurfsseminar Sommersemester Fachgebiet Hascher & Fachgebiet Rückert

2 Saleh Pascha, Khaled Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr.-Ing.
Jaksch, Stefan Univ.Ass Dipl.-Ing. Dr.techn. Hochhauser, Werner Projektass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wahlseminar Konstruktiver Glasbau Wahlfach Sommersemester 2012

3 Übersicht Bedeutung in der Architektur Der Werkstoff Glas Fassadentechnik Konstruktiver Glasbau Bemessung und Nachweise Sicherheitskonzept Klima- und belichtungstechnische Grundlagen

4 Wirkung von Glas

5 Leichtigkeit und Transparenz Bürohochhaus Berlin Friedrichstraße, Wettbewerbsentwurf 1921, Ludwig Mies van der Rohe

6 lichtdurchlässige Wände aus Glasbausteinen Maison de Verre, Paris 1932, Pierre Chareau, Bernard Bijvoet

7 transluzente bis opake Erscheinung Kunsthaus Bregenz, 1997, Peter Zumthor

8 Überblendung von Innen und Außen Bauhaus Dessau Werkstattflügel, 1926, Walter Gropius

9 Glas „Der Glaszustand ist der eingefrorene Zustand einer unterkühlten Flüssigkeit, die ohne zu kristallisieren erstarrt ist.“ Gustav Tammann ( ) „Glas ist ein anorganisches Schmelzprodukt, das im wesentlichen ohne Kristallisation erstarrt.“ DIN 259-1: 1986 Glas, Begriffe für Glasarten und Glasgruppen.

10 Glasherstellung Vor ca Jahren in Mesopotamien entdeckt. Erste überlieferte Rezept findet man auf einer Tontafel des assyrischen Königs Assurbanipal ca. 650 v.Chr. Blasen und Strecken In phönizischen Werkstätten kurz vor Christi Geburt erfunden. Giessverfahren 1688 durch einen französischen Glasmacher eingeführt. Wird bis heute noch angewendet. Ziehverfahren 1850 als maschinelles Ziehverfahren entwickelt. Vereinzelt noch Herstellung von ‚Fensterglas‘. Heute fast vollständig vom Floatverfahren abgelöst. Floatverfahren Die Rohstoffe und Scherben schmelzen zur Glasschmelze. Die Formgebung zum Flachglas erfolgt im Floatbad, wobei die 1100 °C heisse Glasschmelze auf flüssigem Zinn schwimmt. Das endlose Glasband wird durch Rollen auf gewünschte Glasdicke gebracht und anschliessend abgekühlt. Anschliessend erfolgt der Zuschnitt, in der Regel 321  600 cm und der Transport zu den glasverarbeitenden Betrieben.

11 Der Werkstoff Glas Optische Eigenschaften - Transparenz und Transluzenz bei geringer Lichtreflexion im sichtbaren Bereich Chemische Zusammensetzung - chemische Beständigkeit gegenüber sehr vielen Medien Bruchmechanik, Festigkeit - linear-elastisches Werkstoffverhalten bis zum Bruch - geringe Zugfestigkeit - hohe Sprödigkeit

12 optische Eigenschaften
Transparenz und Transluzenz bei geringer Lichtreflexion im sichtbaren Bereich: Transmission Sonnenstrahlen, Licht wird vom Glas entweder durchgelassen ... Reflektion ... zurückgestrahlt ... Absorption ... oder im Glas aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Lichtbrechung Lichtstrahlen werden beim Übergang aus einem Stoff in einen anderen mit unterschiedlicher optischer Dichte (im allgemeinen) gebrochen, und zwar um so stärker, je flacher sie auf die Grenzfläche beider Stoffe auftreffen. Treibhauseffekt spektrale Abhängigkeit der Durchlässigkeit von Glas: Glas lässt kurzwellige Sonnenstrahlung durch, die beim Auftreffen auf die Wände in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt und damit vom Glas zurückgestrahlt wird. Die Wärme kann somit nicht wieder entweichen.

13 Glasarten Floatglas (Spiegelglas) durch Floatprozess gewonnenes Glas ESG Einscheibensicherheitsglas, thermische Vorspannung  Sicherheitsglas: höhere Festigkeit und Bruchstruktur  kann nachträglich nicht mehr bearbeitet werden unsichtbare Einschlüsse können Spontanbruch verursachen  Heat-Soak-Test (künstliches Altern) TVG teilvorgespanntes Glas thermische Vorspannung, geringere Festigkeit als ESG aber günstigere Bruchstruktur, Heat-Soak-Test, nur bis zu einer Stärke von 12 mm, kein Sicherheitsglas  kann nachträglich nicht mehr bearbeitet werden chemisch vorgespanntes Glas Glas wird in heiße Salzschmelze getaucht  Ionenaustausch, Vorspannungszone nur dicht an Oberfläche  hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und thermische Belastungen  kann nachträglich geschnitten werden, geschnittene Kante hat jedoch Festigkeit von normalem Glas VSG, VG - VSG: Verbundsicherheitsglas: mehrere Gläser mit PVB-(Polyvinylbutyral)-Folie verbunden - VG: Verbundsglas: mehrere Gläser mit Gießharz verbunden  Sicherheitsglas: Splitterbindung, Resttragfähigkeit bei Glasbruch  auch als durchwurf-, durchbruch-, durchschußhemmende Verglasung Gußglas tranluzent, keine klare Durchsicht, strukturierte Oberfläche möglich, auch als Drahtglas Glassteine Hohlglaskörper, Einfärbung und Strukturiereung möglich  Gestaltungselement, Glasdecken

14 Funktionsgläser Wärmeschutzglas - Isolierverglasung mit zum Zwischenraum beschichteten Oberfläche(n) Sonnenschutz - reflektierende Beschichtung - reflektierende oder absorbierende Folien - Isolierverglasung mit innenliegenden Sonnenschutzlamellen Schalldämmung - Isolierverglasung wirkt mit den Gläsern und dem Zwischenraum als Masse-Feder-Masse-System lichtstreuende oder lichtlenkende Gläser - durch rauhe Oberfläche oder Gußgläser photochrome oder schaltbare Gläser beheizbares Glas Photovoltaik z.B. im Zwischenraum zwischen 2 Glasscheiben Glas als Informationsträger Brandschutzgläser - G-Gläser: verhindern Flammen- und Brandgasdurchtritt, Brandhitze kann sich ausbreiten - F-Gläser: verhindern darüberhinaus auch Hindurchtreten der Wärmestrahlung durchwurf-, durchbruch-, durchschußhemmend

15 Der konstruktive Glasbau
setzt auf den Baustoff Glas seiner optischen Qualitäten und ästhetische Wirkung wegen und nutzt dabei die hohe Festigkeit zur Lastabtragung unter Beachtung seines spröden Verhaltens.

16 Konstruieren mit Glas Hülle oder tragende Funktion? Den Konstrukteur fasziniert die Geradlinigkeit des Werkstoffes, der aufgrund seiner Sprödigkeit keine Fehler verzeiht und dementsprechend äußerst sorgfältiges Konstruieren verlangt. Spezialkenntnisse sind hierbei erforderlich oder aber die Zusammenarbeit mit kompetenten Fachplanern.

17 Befestigung von Glas Kontakt Übertragung von Druckkräften senkrecht zur Kontaktfläche, elastische Zwischenschicht notwendig, Kontakt Glas-Glas oder Glas-Stahl vermeiden! - Verklotzung: Material Hartholz oder geeignete Kunststoffe - Preßleiste: Aluminium oder Stahl mit elastischer Zwischenschicht - Klemmen: Stahl mit elastischer Zwischenschicht - Punkthalter: starre Befestigung oder mit Gelenk, auf zwängungsfreie Lagerung achten! Reibung Übertragung von Kräfte durch Verzahnung der Mikrorauhigkeiten der Kontaktflächen und Adhäsionskräfte, ähnlich der hochfesten Schraubverbindung im Stahlbau. elastische und dauerstandfeste Zwischenschicht wichtig: z.B. Aluminium, faserverstärkte Kunststoffe, Leder. Kleben Stofflicher Verbund zur Übertragung von Kräften senkrecht oder parallel zur Verbindungsfläche, flächen-, linien- oder punktförmige Verklebungen. In Deutschland sind Klebeverbindungen bisher nur mit zusätzlicher mechanischer Sicherung zulässig. - elastische Kleber: PVB-Folie, Silikon (2-Komponenten) - starre Kleber: Glaszement, Acrylat, Polyurethan, Epoxidharz (alle 3 transparent)

18 Punkthalterung mit Bohrung
starre Befestigung - ungünstige Einspannung des Glases (Zwängungen) Gelenk ausserhalb der Glasscheibe Rodan: - Kunstharz in Glasbohrung eingegossen zur Lastverteilung, - erneut aufgebohrt zur Aufnahme des Bolzens und Toleranzausgleich, - nicht flächenbündig Gelenk innerhalb der Glasscheibe RFR / Saint-Gobain: - Stahlbolzen mit Kugelkopf in 2-teiligem Gegenstück, - Kontakt zum Glas: duktiles Aluminium, - aussen flächenbündig

19 Glastafeln von oben abgehängt, Befestigung mit Punkthalter

20 Seilhinterspannung für Windlasten

21 Sicherheitskonzepte im konstruktiven Glasbau
Glas ist hart aber spröde. Bei Überbeanspruchung erfolgt der Bruch sofort und ohne Ankündigung. Der Werkstoff Glas bietet also keine Sicherheitsreserven wie z.B. Stahl, der sich vor dem Bruch plastisch verformt. Darüberhinaus kann vorgespanntes Glas auch ohne äussere Einwirkung brechen, z.B. infolge unsichtbarer Einschlüsse. • Zugbeanspruchungen vermeiden, wegen ungünstigen Auswirkung von Rissen, Lastabtragung über Druck dagegen sehr effektiv. • Spannungskonzentrationen vermeiden. Diese können infolge der fehlenden plastischen Verfombarkeit nicht wegfliessen. Dieses Problem ist besonders bei der konstruktiven Ausbildung von Krafteinleitungsbereichen zu beachten.

22 Klima- und belichtungstechnische Grundlagen
2. 3 radiance + ecotect Natuerliche Belichtung Sonnenstand, Gebaeudeoeffnungen und Fenstergeometrie Tageslichtanteil, Tageslichtquotient, Tageslicht und ihr Einfluss auf den winterlicher / sommerlichen Waermeschutz Tageslicht und Energieeinsparung

23 Klima- und belichtungstechnische Grundlagen
2. 3 radiance + ecotect Natuerliche Belichtung Sonnenstand, Gebaeudeoeffnungen und Fenstergeometrie Tageslichtanteil, Tageslichtquotient, Tageslicht und ihr Einfluss auf den winterlicher / sommerlichen Waermeschutz Tageslicht und Energieeinsparung

24 Glasgerechtes Entwerfen und Konstruieren
• Lastabtragung über Druck, Biegung/Zug vermeiden Überdrücken von Rissen, Ausnutzung der Druckfestigkeit, • höhere Festigkeit durch Vorspannen, • Splitterbindung durch Folien bzw. Gussharz, • Schutz vor stossartigen Belastungen Verschleißschicht, tragende Glasschicht zurückversetzt, Kantenschutz • Duktilität tragende Bauteile aus zähem Material oder Glas mit auflaminierten duktilen Streifen, -netzen. • Redundanz Lastumlagerung auf mehrere Bauteile bei Glasbruch.

25 geklebte Verglasungen
- Arten geklebter Glaskonstruktionen, nach ETAG 002: Typ I mech. Übertrag. Eigengewicht, mech. Sicherung, Verklebung für Wind Typ II mech. Übertrag. Eigengew., ohne mech. Sicherung, Verklebung für Wind Typ III mechanische Sicherungssysteme, Verklebung trägt alle Lasten Typ IV ohne mechanische Sicherungssysteme, Verklebung trägt alle Lasten - Klebstoffe: in der Regel 2-Komponenten Silikone, - Verklebung linienförmig - Verklebung unter definierten Bedingungen (klimatisch, rein) - Verglasungen mit Neigung bis zu 10° (20°) gegen Vertikale, - in der Regel keine absturzsichernde Verglasung, - Eigengewicht der Verglasung unabhängig von Verklebung über Klotzung auf Unterkonstruktion abtragen, - ab 8,00 m über Gelände mechanische Soghalterung, - in der Regel nur 2-Komponenten-Silikon,

26 Stösse bei Glasschwertern
Reibverbindung Lochleibungs verbindung Verbindung über Kontakt

27 Bemessung und Nachweise d = ?...............
Bemessung - lineare Analyse (Kirchhoff‘sche Plattentheorie), nichtlineare Analyse (Berücksichtigung der Membranwirkung), bei Verformungen > Glasdicke - Berechnung der Spannungen, Durchbiegungen mit Tabellen für linienförmig gelagerte Verglasungen - FEM-Analyse für punktgelagerte Verglasungen, - bei VSG darf der Schubverbund nicht berücksichtigt werden. Berechnung wie aufeinandergelegte Glasplatten, Aufteilung der Belastung nach Steifigkeit, - Bemessungskonzept mit zulässigen Spannungen u. vorh. Maximaler Spannung: max  zul Stoßsicherheit = Widerstand der Verglasung gegen Stoßbelastungen, wird durch Versuche mit weichen bzw. harten Stoßkörpern nachgewiesen. Resttragfähigkeit = Tragverhalten nach Glasbruch, wird durch Versuche nachgewiesen, bei denen die zerstörte Verglasung noch eine bestimmte Standzeit unter Auflast standhalten muss.

28 Holz-Glas Forschungsprojekt

29 Holz-Glas Forschungsprojekt

30 Literatur Rice, Peter; Dutton, Hugh: Le Verre Structurel. Paris: Le Moniteur, (deutschsprachige Ausgabe: Transparente Architektur – Glasfassaden mit strucural glazing. Basel: Birkhäuser, 1995) Glasbauatlas Knaack: Konstruktiver Glasbau 1 u. 2 (neue Entwicklungen) Blank, K.: Dickenbemessung von Glasscheiben unter gleichförmiger Flächenlast mit besonderer Berücksichtigung der Wind- und Schneelasten. in: Seinarbeitrag – Konstruktionen mit Glas, Darmstadt 1993. Sedlacek, Blank, Laufs, Güsgen: Glas im konstruktiven Ingenieurbau. (Grundlage für die Bemessung von Glaskonstruktionen) Wörner, Schneider, Fink: Glasbau. Grundlagen, Berechnung, Konstruktion. in Stahlbau 4/1998 (guter Gesamtüberblick über Konstruktion und Bemessung) Buçak, Ömer: Glas im konstruktiven Ingenieurbau. Kapitel 6 im Stahlbaukalender (Zusammenfassung der Bemessungsmethoden) Shen, X.; Wörner, J.-D.: Entwicklung eines Bemessungs- und Sicherheitskonzeptes für den Glasbau. in: Bauingenieur, Berlin 1998. Shen, X.; Techen, H.; Wörner, J.-D.: Sicherheit von Glasfassaden. Bauforschung für die Praxis. Band 20, Stuttgar: IRB Verlag Sagmeister: Tragende Bauteile aus Glas – Berechnung und Ausführung. Dissertation Güsgen: Bemessung tragender Bauteile aus Glas. Dissertation Techen: Fügetechnik für den konstruktiven Glasbau. Dissertation