Glas als Druckelement - Anwendungsmöglichkeiten mit besonderem Augenmerk auf Glasstützen

Abstract

Der Baustoff Glas gehört zu den ältesten Baustoffen der Welt und wird seit Jahrhunderten im Bauwesen eingesetzt. Die Anwendung erfolgt zumeist aufgrund der Transparenz im Bereich der Fassade. Das Glas bildet hier die Gebäudehülle und erfährt eine Biegebeanspruchung, was an sich nicht der optimalen Nutzung des Materials entspricht. Die wahre Stärke des Werkstoffes Glas ist nämlich seine hohe Druckfestigkeit. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zuerst die Möglichkeiten aufzuzeigen, wie Glas entsprechend seiner mechanischen Eigenschaften sinnvoll als Teil der primären Tragstruktur von Bauwerken eingesetzt werden kann. Dazu werden mehrere Projekte, sowie Forschungsarbeiten vorgestellt, wo dies bereits zufriedenstellend aufgezeigt werden konnte. Der Schwerpunkt der Diplomarbeit liegt schließlich in der Untersuchung von lastabtragenden Glasstützen aus Verbundsicherheitsglas. Dies erfolgt über eine Vielzahl an numerischen Berechnungen mittels einer Finite-Elemente-Software. Nachdem vorhandene Versuche an Verbundsicherheitsglas-Scheiben erfolgreich über die FE-Berechnungen nachgestellt werden, werden die entscheidenden Parameter untersucht, die das Tragverhalten der VSG-Stützen beeinflussen. Aus den erlangten Erkenntnissen werden optimierte Querschnitte modelliert und Bemessungstabellen erstellt. Anschließend wird mit Hilfe der errechneten Werte die Anwendbarkeit der untersuchten Glasstützen bei einem fiktiven mehrgeschossigen Bürogebäude untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von Mehrfachlaminaten, die mit einer speziellen Zwischenfolie mit hohem Schubmodul verbunden werden, die Anwendung von VSG-Stützen im mehrgeschossigen Bürobau durchaus realisierbar wäre. Der Anwendungsbereich ist allerdings noch auf eine Raumtemperatur von max. 25°C und eine Belastungsdauer von 50 Jahren einzugrenzen. In einem weiteren Schritt erfolgen erste Analysen an einer Holz-Glas-Verbund-Stütze. Auch hier werden die wesentlichen Einflussparameter untersucht und Überlegungen zur Lagerung und Lasteinleitung angestellt. Die Arbeit wird mit dem Entwurf eines Lagerungsdetails für Kopf- und Fußpunkte der VSG-Stützen abgeschlossen. Dabei erfolgt eine Orientierung an bereits umgesetzten Bauwerken.

Glass is one of the oldest building materials in the world and has been used in construction for centuries. Due to its transparency, it is mostly used in the area of the facade. In this case, the glass forms the building envelope and experiences bending stress, which does not correspond to the optimal use of the material. In fact, the real strength of glass is its high compressive strength. The aim of the present work is, as a first step, to show the possibilities of how glass can be usefully employed as part of the primary load-bearing structure of buildings, according to its mechanical properties. Several projects and studies are presented where this has already been demonstrated. The main focus of this diploma thesis is the investigation of load-bearing glass columns made of laminated safety glass. This is done by a large number of numerical calculations using finite element software. After existing tests on laminated safety glass panes are successfully reproduced with the help of the FE calculations, the decisive parameters influencing the load-bearing behavior of the laminated safety glass columns are investigated. Optimized cross-sections are modeled and design tables are created from the obtained findings. Subsequently, the application of the investigated glass columns in a fictional multi-storey office building is examined with the help of the calculated table values. It could be shown that by using multiple laminates, which are connected with a special foil with a high shear modulus, the application of laminated glass columns in a multi-storey office building would be quite possible. However, the range of application has to be limited to a room temperature of max. 25°C and a load duration of 50 years. In a further step, fundamental investigations are carried out on a wood-glass column. The main parameters of influence are investigated and considerations are made for the bearing and load application. The work is concluded with the design of connection details for footing and top of the glass-columns. This is mainly based on already realized buildings.