Bemessung von punktgelagerten Verglasungen

Während liniengelagerte Scheiben aufgrund des klar bestimmbaren Spannungsverlaufes in Platten auch mit einfachen Hilfsmitteln berechnet werden können, bedarf der Nachweis von punktförmig gelagerten Glasscheiben aufwändiger Berechnungen. Die Beschaffenheit der Kanten und Oberflächen im Bereich der Bohrung sowie die Eigenschaften der verwendeten Zwischenschichten hat dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Tragfähigkeit, da die maximale Hauptzugspannung in der Regel im Bereich der Bohrungen auftritt. Daher kommt der konstruktiven Durchbildung punktförmiger Lagerungen im Detailbereich ein besonderer Stellenwert zu. Der Spannungsverlauf am Bohrungsrand punktgelagerter Glasscheiben ist stark von folgenden Einflüssen abhängig:

• Art des Auflagers (Kugelgelenk, Einspannung, Exzentrizität)
  
• Glasbohrung (Durchmesser, Beschaffenheit des Glases, Art der Bohrung)
  
• Geometrie
  
• Zwischenmaterial (Dicke und Steifigkeit).

Bei dünnen Zwischenschichten müssen die Werkstoffkenngrößen der verwendeten Materialien zumeist experimentell ermittelt werden, da durch Reibung und Behinderung der Querkontraktion das Verformungsverhalten maßgeblich beeinflusst wird. Für punktgelagerte Scheiben sollten wegen der hohen Spannungskonzentrationen prinzipiell nur vorgespannte Gläser verwendet werden.
Da die extreme Sprödigkeit von Glas bei lokaler Überbeanspruchung in der Regel eine Zerstörung der gesamten Glasscheibe nach sich zieht, müssen Spannungsspitzen im Rechenmodell realistisch erfasst werden.

Bei einer komplizierten Geometrie, z.B. im Bereich von Bohrungen, werden meist Berechnungen mit der Finite-Element-Methode durchgeführt. Hierbei werden Element-Netze verwendet, die lokal entsprechend der lokalen Beanspruchungsgradienten verfeinert werden müssen, um den Spannungsverlauf hinreichend genau abzubilden. Ein vereinfachtes FE-Modell ohne Auflagermodellierung im Bohrungsbereich ist für die Bemessung punktgelagerter Glasscheiben nicht ausreichend. In einem verbesserten Modell können die Glasscheiben als Volumenelemente oder Schalenelemente modelliert werden.

Im Bereich der Halterungen ist es erforderlich, das Elementnetz zur realistischen Erfassung der dort auftretenden Spannungen zu verfeinern. Die Punkthalter können mit Volumenelementen im Bereich der Zwischenschicht und mit Scheibenelementen im Bereich des Auflagertellers modelliert werden. Je nach Situation sind sehr unterschiedliche Einwirkungen zu berücksichtigen, um die Beanspruchungen sicher abschätzen zu können.

Neben den üblichen statischen Lasten, wie z.B. Eigengewicht, Wind und Schnee, müssen Zwängungen und dynamische Einwirkungen besonders beachtet werden. Obgleich möglichst zwängungsarme Konstruktionen angestrebt werden sollten, sind in der Praxis häufig Randbedingungen gegeben, die dieses Ziel nur unvollkommen zulassen.

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