Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode

Hinweise für komplexe Glastragwerke

Das mechanische Verhalten von Tragstrukturen aus Glas wird heute üblicherweise anhand einer Simulation nach der Finite-Elemente-Methode (FEM) nachgewiesen. Erst mithilfe dieser Technik ist es möglich, detaillierte Betrachtungen der statischen Systeme anzuführen und diese hinsichtlich ihrer Spannungsverteilung und Verformung zu bewerten. Dabei werden gewöhnliche Einwirkungen wie das Eigengewicht, Windbeanspruchung, horizontale Nutzlasten, etc. entsprechend ihrer Lastverteilung berücksichtigt.

Gallerie

Je nach verwendeter Software wird der für die Glasbemessung typische Klimalastfall über einen iterativen Ansatz (mehrfache Berechnung der Verformung der Verglasung und hieraus resultierende Reduzierung des Drucks im Scheibenzwischenraum) oder sogar spezielle Fluidelemente abgebildet, anhand derer das Gas im Scheibenzwischenraum als Volumen mit seinen speziellen Eigenschaften erfasst wird. Darüber hinaus sind auch transiente Berechnungen weicher Stoßbeanspruchungen absturzsichernder Verglasungen nach DIN 18008-4: Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln – Teil 4: Zusatzanforderungen an absturzsichernde Verglasungen ohne weiteres bis zum Glasbruch möglich. Bei diesen Berechnungen werden die am Stoßvorgang beteiligten Körper (Glasscheibe und Pendelkörper) unter Berücksichtigung ihrer Massenträgheiten und Steifigkeiten abgebildet; der Stoßvorgang zwischen Pendelkörper und Glasoberfläche wird über Kontaktelemente erfasst und sehr realitätsnah über kleine Zeitschritte hinweg dynamisch berechnet.

Die Möglichkeit neben Stabilitätsbetrachtungen nahezu beliebige Geometrien, komplexe Materialmodelle, lokale Details, große Verformungen und komplizierte Schichtaufbauten abbilden zu können, birgt neben Vorteilen aber auch Gefahren. So stellt die Überprüfung von Eingaben und Ergebnissen auf Plausibilität hohe Anforderungen an den Anwender. Zwar erscheint die mechanische Modellbildung für die meisten Anwendungen im Glasbau einfach, ist sie bei genauer Betrachtung aber nicht. Ein Beispiel sind zweiseitig gelagerte Isolierverglasungen, bei denen äußere Beanspruchungen durch Klimalasten aufgrund des Randverbundes mit vierseitiger Lagerung zu betrachten sind.

Durch die im Vergleich zur Plattendicke großen Verformungen führt die Berücksichtigung der geometrischen Nichtlinearität häufig zu deutlich geringeren Glasspannungen als mit der linearen Theorie. Andere Effekte, wie sich öffnende Kontakte bei abhebenden Ecken, können bei Vernachlässigung auch auf der unsicheren Seite liegen. Bei der Modellierung von Glasbauteilen sind die Auswirkungen des spröden Materialverhaltens zu beachten. Im Vergleich zu duktilen Materialien (z. B. Stahl) ist verstärkt Wert auf eine realitätsnahe Abbildung der Nachgiebigkeit der Lagerung zu legen. Insbesondere bei Punkthaltern sind lokal auftretende Spannungsspitzen genau zu untersuchen.

Bei den gebräuchlichsten Glasabmessungen sind in der Regel Verformungen zu erwarten, welche die Plattendicke überschreiten. Berechnet man sie nach der linearen Plattentheorie, führt dies zu einer Überschätzung der Verformungen und Beanspruchungen. Abhilfe schafft die Einbeziehung von geometrischen Nichtlinearitäten, bei denen neben dem reinen Biegespannungszustand in der Platte (entspricht der linearen Theorie) auch ein Membranspannungszustand zur Lastabtragung berücksichtigt wird und so eine realitätsnahe Simulation ermöglicht. Zudem führt die Analyse der geometrischen Nichtlinearitäten häufig zu deutlich geringeren Glasspannungen als mit der linearen Theorie. Andere nicht lineare Effekte, wie sich öffnende Kontakte bei abhebenden Ecken, können bei Vernachlässigung auch auf der unsicheren Seite liegen.

Bei der Modellierung von Glasbauteilen sind die Auswirkungen des spröden Materialverhaltens zu beachten. Im Vergleich zu duktilen Materialien (z.B. Stahl) ist großer Wert auf eine realitätsnahe Abbildung der Nachgiebigkeit der Lagerung zu legen. Insbesondere bei Punkthaltern sind lokal auftretende Spannungsspitzen genau zu untersuchen.

Fachwissen zum Thema

Verformungen einer Isolierglasscheibe durch Änderungen des Luftdrucks (p) und der Temperatur (T)

Verformungen einer Isolierglasscheibe durch Änderungen des Luftdrucks (p) und der Temperatur (T)

Sicherheit/​Tragfähigkeit

Klimabelastungen bei Isolierglasscheiben

Klimatische Veränderungen führen bei Isolierglasscheiben zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Scheiben. Das im...

Aktivierung von Membrantragwirkung bei großen Verformungen von vierseitig linienförmig gelagerten Scheiben

Aktivierung von Membrantragwirkung bei großen Verformungen von vierseitig linienförmig gelagerten Scheiben

Sicherheit/​Tragfähigkeit

Membraneffekt

Bei Verformungen, die größer sind als die Plattenstärke, kann die Biegefläche der Rechteckplatte mit der Kirchhoff'schen...

Punkthalter Planar-System

Punkthalter Planar-System

Lagern/​Verbinden

Punktlagerung

Punkthalter für Gläser werden heute in den verschiedensten Variationen angeboten. Als Urvater der Punkthalter für durchbohrte...

Geländer mit absturzsichernder Verglasung

Geländer mit absturzsichernder Verglasung

Bemessung

Rechnerischer Nachweis dynamischer Stoßbelastungen

Speziell für absturzsichernde Verglasungen gehören stoßartige Einwirkungen zu den wesentlichen Bemessungslasten. Mittlerweile kann...

Kontakt Redaktion Baunetz Wissen: wissen@baunetz.de
BauNetz Wissen Glas sponsored by:
Saint-Gobain Glass Deutschland
Zum Seitenanfang

Bemessung von begehbaren Verglasungen

Begehbare Verglasungen dürfen ausschließlich durch planmäßigen Personenverkehr belastet werden

Begehbare Verglasungen dürfen ausschließlich durch planmäßigen Personenverkehr belastet werden

Glastreppen und begehbare Verglasungen dürfen ausschließlich durch planmäßigen Personenverkehr bei üblicher Nutzung und mit einer...

Bemessung von betretbaren und durchsturzsicheren Horizontalverglasungen

Für betretbare Verglasungen gelten höhere Anforderungen als für durchsturzsichere Verglasungen

Für betretbare Verglasungen gelten höhere Anforderungen als für durchsturzsichere Verglasungen

Horizontalverglasungen, die kurzzeitig bei Instandhaltungsmaßnahmen wie Reinigung und Wartung eine Sicherungsfunktion übernehmen,...

Bemessung von Glasbalken und Glasschwertern

Glasschwerter an der Fassade des Berliner Hauptbahnhofs

Glasschwerter an der Fassade des Berliner Hauptbahnhofs

Unter Glasbalken bzw. Glasschwertern werden quer zur Längsachse beanspruchte Bauteile verstanden, deren Länge im Vergleich zu...

Bemessung von Glasecken

In Gebäudeecken treten im Vergleich zum Regelbereich einer Fassade erhöhte Windsogspitzen auf. Nach DIN 1055 erstreckt sich der...

Bemessung von Horizontalverglasungen

Horizontalverglasungen nach DIN 18008-2 Linienförmig gelagerte Verglasungen, die keine besonderen absturzsichernden beziehungsweise durchsturzsichernden Funktionen übernehmen, sind für die planmäßigen Bemessungslasten wie Wind und Schnee, klimatische Einwirkungen bei Isolierverglasungen sowie Eigengewicht zu bemessen

Horizontalverglasungen nach DIN 18008-2 Linienförmig gelagerte Verglasungen, die keine besonderen absturzsichernden beziehungsweise durchsturzsichernden Funktionen übernehmen, sind für die planmäßigen Bemessungslasten wie Wind und Schnee, klimatische Einwirkungen bei Isolierverglasungen sowie Eigengewicht zu bemessen

Horizontalverglasungen, die keine besonderen absturzsichernden beziehungsweise durchsturzsichernden Funktionen übernehmen, sind...

Bemessung von punktgelagerten Verglasungen

FE-Modellierung im Bereich einer punktgelagerten Scheibe mit Bohrung

FE-Modellierung im Bereich einer punktgelagerten Scheibe mit Bohrung

Während liniengelagerte Scheiben aufgrund des klar bestimmbaren Spannungsverlaufes in Platten auch mit einfachen Hilfsmitteln...

Bemessung von Structural-Glazing-Fassaden

Bemessung von Structural-Glazing-Fassaden

Durch den architektonischen Wunsch nach glatten, ungestörten Fassadenansichten steigt seit den 1980er-Jahren weltweit der Trend zu...

Bemessung von transparenten Kunststoffen

Zulässige Spannungen zur Bemessung können für diese Gläser nicht angegeben werden, da diese aufgrund der starken...

Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode

FE-Berechnung einer Isolierverglasung mit teilweiser zylindrischer Geometrie

FE-Berechnung einer Isolierverglasung mit teilweiser zylindrischer Geometrie

Das mechanische Verhalten von Tragstrukturen aus Glas wird heute üblicherweise anhand einer Simulation nach der...

Rechnerischer Nachweis dynamischer Stoßbelastungen

Geländer mit absturzsichernder Verglasung

Geländer mit absturzsichernder Verglasung

Speziell für absturzsichernde Verglasungen gehören stoßartige Einwirkungen zu den wesentlichen Bemessungslasten. Mittlerweile kann...

Fabelhaftes Glas

Ob Float, ESG, VSG, Gussglas oder
Spiegel: Glas Online konfigurieren und
direkt bestellen war noch nie so einfach

Partner-Anzeige