Sicherheitskonzepte im Glasbau

Tragfähigkeitsnachweise im Glasbau werden in der Regel auf dem Niveau der Spannungen geführt, wobei aufgrund der spröden Materialeigenschaften die extremen Hauptzugspannungen betrachtet werden. Die Nachweise der Gebrauchstauglichkeit orientieren sich an der Begrenzung von Verformungen (Durchbiegungen).

Gallerie

Um Unsicherheiten in der statischen Bemessung zu kompensieren, werden die Nachweise unter Verwendung von Sicherheitskonzepten geführt. Als Unsicherheiten sind beispielsweise die Streuungen unter einer Einwirkung oder dem Widerstand eines Bauteils zu verstehen. Diese resultieren aus der Tatsache, dass einer Belastung oder auch dem Widerstand eines Bauteils eine statistische Verteilungsfunktion zugrunde liegt. Diese Verteilungsfunktion liefern Mittelwerte oder auch charakteristische Werte einer Eigenschaft, um die der wahre Wert (die Einwirkung oder der Widerstand eines Bauteils) streuen. Die Verteilungsfunktion der Einwirkungs- und der Widerstandsseite überschneiden sich mit einer kleinen Schnittmenge, in der ein Bauteil versagen würde.

Für das Bauwesen wird in DIN EN 1990 Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung als Kriterium eine anzustrebende Versagenswahrscheinlichkeit eines Bauteils vorgegeben. Hierin ist eine Versagenswahrscheinlichkeit von 1,3·10-6 pro Jahr (ca. 1:1.000.000), bzw. etwa 1·10-4 in 50 Jahren (1:10.000) als akzeptabel angesehen. Das heißt, dass von 1 Million gleichartigen und gleichartig belasteten Bauteilen eines pro Jahr versagt. Erfüllt eine Bemessung genau diese Versagenswahrscheinlichkeit, liegt die Sicherheit bei 1. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, werden je nach zugrunde liegendem Sicherheitskonzept auf der Einwirkungs- und/oder der Widerstandsseite zusätzliche Sicherheitsbeiwerte berücksichtigt. Früher wurde hierzu das „Konzept der globalen Sicherheitsfaktoren“ verwendet. Seit Einführung der Normenreihe DIN 18008 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln wird das „Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte“ nach DIN EN 1990 angewendet.

Konzept der globalen Sicherheitsfaktoren
Mit dem Konzept der globalen Sicherheitsfaktoren werden die vorhandenen Spannungen aus der Beanspruchung mit der sogenannten zulässigen Beanspruchung verglichen. Dabei wird die vorhandene Spannung mittels charakteristischer Werte der Einwirkungen, der Geometrie und des Materials ermittelt. Sämtliche Sicherheiten werden bei diesem Konzept global auf der Seite der Widerstände zusammengefasst. Die globalen Sicherheitsbeiwerte, die in den Technischen Regeln für die Verwendung linienförmig gelagerter Verglasungen zugrunde gelegt werden, variieren zwischen dem Faktor 2 und dem Faktor 4. Der Unterschied resultiert aus der Tatsache, dass diese Sicherheitsbeiwerte auch die unterschiedlichen Einflüsse aus der Belastungsdauer abdecken. Da die Dauer einer Einwirkung bei Gläsern ohne thermische Vorspannung einen erheblichen Einfluss auf die Festigkeit hat, muss die Bemessung deutlich konservativer erfolgen als bei kurzen Lasten, z.B. aus Windeinwirkung. Ebenso weist die Verbundfolie bei VSG ein zeitabhängiges Verbundverhalten auf. Der globale Sicherheitsbeiwert ermittelt sich aus dem Quotienten der charakteristischen Biegefestigkeit und der zulässigen Spannung.

Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte
Bei dem Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte (bekannt aus dem Stahlbau) werden die Sicherheiten aufgeteilt und jeweils der Einwirkung und dem Widerstand zugeordnet. Um eine Kompatibilität mit anderen Werkstoffen zu gewährleisten, wurden die Teilsicherheitsbeiwerte für den Glasbau basierend auf dem Konzept nach DIN EN 1990 aufgebaut. Die Einwirkungen werden dabei entsprechend nach DIN EN 1991 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke angesetzt. Die hierin nicht geregelten glasspezifischen Einwirkungen, wie sie beispielsweise bei Mehrscheibenisoliergläsern auftreten, sind der DIN 18008 zu entnehmen. Die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite decken somit die Streuungen innerhalb der Einwirkung ab. Die dem spröden Materialverhalten geschuldeten Einflussfaktoren sind auf der Widerstandsseite integriert. Die Beanspruchbarkeit eines Glaselementes, also der Bemessungswert des Tragwiderstandes, berechnet sich nach DIN 18008-1 aus einem charakteristischen Wert der Biegezugfestigkeit, einem Materialteilsicherheitsbeiwert und einem Beiwert zur Berücksichtigung der Konstruktionsart. Für nicht planmäßig vorgespannte Gläser ist aufgrund des subkritischen Risswachstums unter Belastung zusätzlich ein Modifikationsbeiwert zur Berücksichtigung der Einwirkungsdauer zu beachten.

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