Stabilitätsprobleme bei Faltwerken aus Glas

Abstract

Während sich für die Baustoffe Beton oder Stahl eine eigene Konstruktions- und Formensprache etablieren konnte, fehlt es im konstruktiven Glasbau an Vergleichbarem. Für den flächigen Baustoff Glas sind hier Faltwerke von besonderem Interesse, die zur Verbindung benachbarter Elemente notwendige kontinuierliche Fügung stellt eine entsprechende Herausforderung dar. Aufbauend auf der Diskussion vorhandener Lösungen, wird in vorliegender Arbeit ein neuartiges Fugendetail entwickelt, das über kontinuierliche metallische Einlaminierteile die Vorzüge einer mechanischen Anbindung mit denen einer geklebten vereint. Die Tragfähigkeit wird über Versuche, getrennt nach den Hauptbelastungsrichtungen, untersucht. In der Ebene werden die Schub-, Zug- und Drucktragfähigkeit, aus der Ebene die Momenten und Querkrafttragfähigkeit ermittelt. Die Versagenscharakteristik der Anbindung ist durch eine Verformungszunahme im Bereich der Fügung und nicht durch spröden Glasbruch gekennzeichnet. Für die untersuchten Belastungszustände stellen die Einlaminierteile die kritische Komponente dar. Mithilfe der Versuche validierte FEM-Modelle bilden die Grundlage für eine numerische Interaktionsbetrachtung und für Berechnungen zum Einfluss des Anstellwinkels auf die Fugenauslastung. Die so gefundene Interaktionsbeziehung ist mit Einschränkungen versehen, erlaubt aber eine erste Bewertung der Anbindung unter kombinierter Last. Durch Verwendung von Verbindungssteifigkeiten wird an vereinfachten Tragwerksmodellen untersucht, ob es mit steigender Belastung unter Beachtung der Interaktionsbeziehung zu einem Stabilitätsversagen oder einer Verbandsauflösung kommt. Für die untersuchten Systeme kann die Verbandsauflösung als kritische Versagensart identifiziert werden.

Whilst the materials concrete and steel have been able to develop their own design language, a similar tool-set seems missing for the material glass. For planar float glass folded plate structures are of particular interest, with the load bearing linear connection between adjacent plates being a core challenge. Following a detailed discussion of available assemblies, an experimental connection is presented combining the benefits of a mechanical and a bonded solution by utilizing continuous metallic inserts. The loading capacity is obtained by testing for the individual loading modes. In plane shear, tension and compression, out of plane the moment and shear capacity are reviewed. The failure-behaviour of the assembly is characterized by a ductile behaviour along the connection and not by glass-breakage. For the selected loading-modes the metallic insert represents the critical component. Validated FEMmodels are the basis for a numerical load interaction as well as an investigation on the influence of the kinkangle on the joint utilization. The described interactionscheme allows, despite limitations, a first assessment of the assemblies utilization when subject to combined loadings. Using connectionstiffness parameters, simplified structural models are evaluated to determine if plate-buckling or load-induced joint decay is the prevailing failure mode. For the assessed structures the joint decay is identified as governing.