Comparsion of various design methods in glass construction (European standards and ASTM E1300-16)

Abstract

Während die Ausarbeitung des neuen Eurocodes für Glas fortschreitet, sind Standardisierung bzw. die Bemessungsmethoden häufig Themen der aktuellen wissenschaftlichen Publikationen. Bis zu diesem Zeitpunkt ist der Entwurf von Glaskonstruktionen nur durch Normen auf der nationalen Ebene verfügbar. Diese Normen sind in vielen Fällen signifikant unterschiedlich in Bezug auf die vorgeschlagenen Bemessungsansätze. Ein Überblick und Vergleich dieser Dimensionierungsansätze helfen, die oben genannten Publikationen und auch die konstruktionsbezogenen Vorschläge für den kommenden Eurocode, zu verstehen. Diese Diplomarbeit zielt darauf ab, die in Europa derzeit verwendeten nationalen Standards mit der amerikanischen Norm, die ASTM E1300-16 zu vergleichen. Mit einer relativ langen Geschichte hat der amerikanische Code eine große Bedeutung im Glasdesign und dient als gute Basis für den Vergleich. Die besprochenen europäischen Dokumente werden zum Vergleich wegen ihrer grundlegenden Rolle in der europäischen Industrie und der Entwicklung der harmonisierten Norm ausgewählt. Die Arbeit wird mit Kapitel 1 vorgestellt, das die Motivation für die Normung und den Umfang der Arbeit weiter veranschaulicht. Es folgt eine kurze Präsentation von zwei innovativen Glasstrukturen in Kapitel 2, um die Potenziale von Glas als primäres Strukturmaterial zu zeigen. Das Kapitel enthält auch einen kurzen Überblick über den aktuellen Stand der Normung. Die zum Vergleich ausgewählten Normen sind im Kapitel 3 dargestellt. Der Hauptteil der Arbeit, der Vergleich der vorgenannten Entwurfsunterlagen, wird in den Kapiteln 4, 5 und 6 erarbeitet. Kapitel 4 erörtert die wichtigsten Merkmale der Normen und gibt einen kurzen Überblick über den grundlegenden wissenschaftlichen Hintergrund. Die Dokumente werden anhand ihres Anwendungsbereiches, des Sicherheitskonzepts und des allgemeinen Verifikationsverfahrens verglichen; sowie anhand ihrer Methode zur Handhabung von Lastdauer, Verbundglas und Isolierglas. Im Kapitel 5 werden spezielle Themen diskutiert, wie Stabilitätsverlust von Glaselementen und Design in seismischen Bereichen. Da dieser Bereich noch standardisiert werden soll, kann ein Vergleich zwischen den amerikanischen und europäischen Dokumenten nicht gezogen werden; dieses Kapitel stellt daher nur einen Ausblick auf die Designmethoden für den kommenden Eurocode dar. Im Kapitel 6 werden einige der verschiedenen Bemessungsansätze anhand einfacher Berechnungen dargestellt. Das erste Beispiel zeigt die verschiedenen Methoden zur Dimensionierung von Verbundglas; es folgt die Präsentation der verschiedenen Ansätze für das Design von Isolierglas. Das Kapitel wird mit vier kurzen Beispielen abgeschlossen, um die Methoden für Stabilitätsnachweis vorzustellen, die voraussichtlich in den neuen Eurocode aufgenommen werden. Schließlich fasst Kapitel 7 die Schlussfolgerungen der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Standardisierung im Bereich Glasbau.

As the development of the new Eurocode for glass design progresses, standardization and verification methods are frequent subjects of the recent scientific publications. Up to this date, only national standards are available in the field of structural glass; in many cases significantly differing in regard to the proposed design approaches. An overview and comparison of these dimensioning approaches help to understand the above-mentioned publications, as well as the design related proposals for the upcoming Eurocode. This thesis intends to presents a comparison of the national design standards currently used in Europe, with the American glass standard, the ASTM E1300-16. Having a relatively long history, the American code has a significant importance in glass design and serves as an adequate basis for comparison. The discussed European documents are selected for comparison based on their fundamental role in the European industry and the development of the harmonized standard. The thesis is introduced with chapter 1, which further illustrates the motivation for standardization and the scope of the work. It is followed by a brief presentation of two innovative glass structures in chapter 2, aiming to show the potentials of glass as a primary structural material. The chapter includes a brief overview of the present state of standardization as well. The design documents chosen for comparison are presented in chapter 3. The main part of the thesis, the comparison of the before-mentioned design documents, is elaborated in chapters 4, 5 and 6. Chapter 4 discusses the main characteristics of the standards, providing a brief overview of the basic scientific background as well. The documents are compared based on their scope of application, safety concept, and general verification procedure; as well as based on their method for handling load duration, laminated glass and insulating units. Chapter 5 discusses special design issues, such as stability failure modes of glass members and design in seismic areas. As this field is still to be standardized, a comparison between the American and European documents cannot be drawn; this chapter represents only an outlook on the design methods for the upcoming Eurocode. Chapter 6 further illustrates some of the different design approaches by means of exemplary calculations. The first example shows the different methods for dimensioning laminated glass; it is followed by the presentation of the different approaches for the design of insulating units. The chapter is concluded with four short examples, aiming to present the verification methods for stability failure modes, expected to be included in the new Eurocode standard. Finally, chapter 7 summarizes the conclusions of the thesis and gives an outlook on the future standardization in the field of glass design.