Glasdicke nach DIN (2)

Im zweiten Teil seines Beitrages befasst sich unser Fachautor mit dem bereits veröffentlichten Teil 1 „Begriffe und allgemeine Grundlagen“ der neuen DIN 18008, der - vorbehaltlich der bauaufsichtlichen Einführung der Norm – zur Bemessung der Glasdicke von einer völlig anderen Basis ausgeht.
 
Nach der neuen DIN 18008 ist Grundlage zur Bemessung der Glasdicke nicht mehr die starre Betrachtung von Spannung und Durchbiegung. Vielmehr wird der neue Ansatz mit dem modernen Bemessungskonzept der Teilsi­cher­heitsbeiwerte arbeiten, das bereits 2001 in DIN 1055-100 „Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemes­sungs­regeln“ in allgemeiner Form beschrieben wurde. Mit diesem Ansatz kann die Leistungsfähigkeit des Glases optimal genutzt werden – allerdings verbunden mit einem deutlich aufwendigeren Nachweisverfahren. Dabei will man die Charakteristika der einzelnen eingesetzten Gläser genau­er berücksichtigen und zu möglichst realistischen Ergebnissen kommen. Es werden teilstatistische Betrachtungen angestellt und viele Einwirkungen und deren Kombinationen zu untersuchen sein.
In der neuen Normenreihe geht es um Bemessungs- und Konstruktionsregeln sowie um geg­e­benenfalls erforderliche versuchstechnische Nachweise. Behandelt werden Tragfä­hig­keit, Lagesicherheit und Gebrauchstauglichkeit von Verglasungskonstruktionen unter plan­­mäßi­gen Einwirkungen. Dazu wird normativ auf eine Reihe von europäischen Glas­normen und auch auf die eigentlich abgelöste und zurückgezogene DIN 1259-1-2:2001 „Glas – Be­griffe“ verwiesen sowie auf die erwähnte DIN 1055-100:2001-03.  
Gesamtsysteme. Nach dem in DIN 1055-100 allgemein beschriebenen und in DIN 18008 spezifizierten Sicherheitskonzept müssen Verglasungskons­truk­tionen – in diesem Begriff kommt eindeutig zum Ausdruck, dass hier nicht (nur) von „Scheiben“, sondern von Gesamtsystemen die Rede ist – mit angemessener Zuverlässigkeit allen planmäßigen Einwir­kungen während der Nut­zung standhalten und gebrauchstauglich bleiben. Da Glas ein sprö­des Bruchverhalten zeigt, kann es für bestimmte Konstruktionen bzw. Einbausituationen er­for­derlich sein, eine ausrei­chende Resttragfähigkeit zu haben. Die­se ist als Fähigkeit des Systems defi­niert, im Fall eines Zerstörungs­zustandes gegenüber äußeren Einflüssen über einen ausrei­chenden Zeitraum standsicher zu bleiben. Die Anforderung kann durch Einhalten konstruktiver Vorgaben, rechne­risch oder versuchstechnisch erfüllt werden; teilweise gibt es dazu nähere Angaben in den Folgeteilen der Norm. Leider sagt auch DIN 18008 nicht, für welchen Zeitraum die Resttragfähigkeit gegeben sein muss. Immerhin ermöglicht die Norm alternativ zum rechne­rischen Nachweis auch Bauteilversuche. Zu Konstruktions­werkstoffen wird auf mitgeltende Normen verwiesen, es werden aber auch einige Materialkenngrößen verschiedener Glasarten und -erzeug­nisse genannt. Zu den Festigkeitseigenschaften werden unter Hinweis auf die einschlägigen Produktnormen die Mindestwerte der charakteristischen Biegezugfestigkeit – das ist etwas anderes als die bisher angesetzte zulässige Spannung - und das typische Bruchbild „für Scheiben in Bauteilgröße“ verlangt. Zudem dürfen thermisch vorgespannte Scheiben mit Kantenverletzungen, die tiefer als 15% der Glasdicke in das Glasvolumen eingreifen, nicht eingebaut werden. Dies stellt eine Erleichterung gegenüber der bisherigen Vorschrift dar, nach der bei ESG-H Kantenverletzungen bis maximal 5% zulässig sind/waren. Als generelle Konstruktionsvorgabe wird die Anwendbarkeit der Norm auf Glasdicken von 3 bis 19 mm beschränkt. Dabei ist von der Nenndicke auszugehen, was heißt, dass die Toleranzen in der Glasdicke unbeachtet bleiben. Bohrungen und Ausschnitte müssen durch­gehend sein und bedingen thermisch vorgespannte Gläser. Bei Bohrungen und Ausschnitten muss die verbleibende Glasbreite mindestens 15 mm betragen. Bei der Glaslagerung (Aufla­gerung) sind unplanmäßige Spannungsspitzen zu vermeiden und Anschlüsse an Unterkon­struktionen so zu gestalten, dass Toleranzen ausgeglichen werden können. Zwangsbean­spru­chungen sind konstruktiv auszuschließen oder bei der Bemessung zu berücksichtigen. Es ist darauf zu achten, dass die zum Einsatz kommenden Materialien bei fachgerechter War­tung und Pflege dauerhaft beständig gegen die Beanspruchungen sind.
Zur Ermittlung von Spannungen und Verformungen wird neben einigen allgemeinen Punkten klargestellt, dass ein günstig wirkender Schubverbund bei Verbund-, Verbundsicherheits- und bei Isoliergläsern nicht berücksichtigt werden darf. Bei VSG und VG (Verbundglas mit anderen Zwischenschichten als PVB) darf der Bemessungswert des Tragwiderstandes mit einer pauschalen Erhöhung um 10% angenommen werden. Bei intaktem Isolierglas darf aber die günstige Wirkung der Scheiben-Koppelung („Katheder-Effekt“) angesetzt werden.  
Nachweisführung. DIN 18008 unterscheidet zur Führung von Nachweisen Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstaug­lich­­­keit. Bei der Tragfähigkeit geht es um die Sicherheit der Konstruktion und damit um die Sicherheit von Personen. Haupt-Bemessungsgröße ist die „Materialfestigkeit“, die sich hier in der charakteristischen Biegezugfestigkeit (Spannung) aus­drückt. Das eher einen subjektiven Eindruck widerspiegelnde Kriterium der Gebrauchstaug­lich­keit hat die Einhaltung bestimmter Verformungen (Durchbiegungen) zum Haupt-Gegen­stand. Dazu wird auf das in DIN 1055-100:2001-03 beschriebene Konzept der „Teilsicherheitsbeiwerte“ verwiesen. Danach muss sowohl die Lagesicherheit als auch die Verhinderung des Versagens im Bruchfall nachgewiesen werden. Zur Tragfähigkeit ist zu zeigen, dass der Bemessungswert Ed der Auswirkungen (Spannungen) kleiner als der Bemessungswert Rd des Tragwiderstandes (Spannungen) oder höchstens diesem gleich ist: Ed ≤ Rd (Beispiele zur Ermittlung von Rd finden sich im Kasten).
Bei den Einwirkungen ist zu unterscheiden in * ständige und vorübergehende Bemessungssituationen,
* außergewöhnliche Bemessungssituationen (z.B. Bruch der oberen Scheibe bei einer Horizontalverglasung),
* Bemessungssituation infolge von Erdbeben.
Dabei darf immerhin vereinfachend von einer Unabhängigkeit der verschiedenen Einwirkun­gen - einschließlich der Klimalast - ausgegangen werden.
 
Alle Kombinationen. Für die Nachweise zur Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit müssen alle Lastfall-Kom­­binationen untersucht werden. Aufgrund des Einflusses der Lastdauer auf die Festigkeit können auch Kombinationen maßgebend werden, die nicht die maximale Lastgröße lie­fern. Dabei dürfen bei nicht allseitig gelagerten Verglasungen von nicht vorgespannten Glä­sern unabhängig von der Kantenbearbeitung nur 90% des errechneten Spannungs­wer­tes angesetzt werden. Indem bei Verwendung von VSG und VG die errechneten Span­nungs­werte um 10% erhöht werden dürfen, wird doch ein Anteil des vorliegenden Schubver­bun­des berücksichtigt. Beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ist die Bedingung Ed ≤ Cd zu erfüllen (Ed = Bemessungswert der Durchbiegungs-Auswirkung; Cd = Bemessungswert der Gebrauchstauglichkeit, hier: vorgegebene Durchbiegung). Dabei ist zu unterscheiden in seltene, häufige und quasi ständige Bemessungssituationen.
Die Resttragfähigkeit ist als Teil des Gesamtsicherheitskonzeptes zu verstehen. Sie kann en­t­weder durch Einhalten konstruktiver Vorgaben, durch rechnerische Nachweise oder durch Versuche nachgewiesen werden. Als generelle Konstruktionsvorgaben sind aufgeführt: * Bei den Betrachtungen geht es um die Nennglasdicke (und nicht etwa um die ziemlich regelmäßig gelieferte untere Toleranzgrenze) von Glasscheiben zwischen 3 und 19 mm. * Ecken und Ausschnitte sind ausgerundet her­zustellen; Glasbohrungen und Ausschnitte müssen durchgehend sein und bedingen eine anschließende Vorspannung. * Beträgt der Abstand zwischen Bohrungen bzw. zwischen Boh­rung und Glaskante weniger als 80 mm, ist bei der Bemessung des Tragwiderstandes der Bemessungswert des jeweiligen Basisglases zugrunde zu legen. * Die Glaslagerung muss unter Vermeidung von lokalen Spannungsspitzen erfolgen; gegebenenfalls müssen diese bei der Be­mes­sung berücksichtigt werden. Wird fortgesetzt
 
Im dritten und letzten Teil seines Beitrages beschäftigt sich unser Fachautor mit dem ebenfalls bereits veröffentlichten Teil 2 „Linienförmig gelagerte Verglasungen“ der neuen DIN 18008. Er wird nach der bauaufsichtlichen Einführung der Norm die TRLV ersetzen, deren Inhalte mit geringen Änderungen weitgehend übernommen wurden.

Rechenbeispiele

Ermitteln des Bemessungswertes Rd
 
Der Bemessungswert des Widerstandes gegen Spannungsversagen für thermisch vorgespannte Gläser ist nach folgender Formel zu ermitteln:
Rd = (kc x fk)/yM
Zahlenbeispiel ESG:
Rd = 1,0 x 120 N/mm2)/1,5 = 80 N/mm2
 
Der Bemessungswert des Widerstandes gegen Spannungsversagen für Basisgläser bzw. nicht vorgespannte Gläser ist nach folgender Formel zu ermitteln:
Rd = (kmod x kc x fk)/yM
Zahlenbeispiel Float unter Windlast:
Rd = (0,7 x 1,0 x 45 N/mm2)/1,8 = 17,5 N/mm2
 
In diesen Formeln bedeuten:
Rd = Bemessungswert des Tragwiderstandes (hier: hinsichtlich der Spannungen)
kmod = Modifikationsbeiwert (= 0,25 für ständige, 0,40 für mittlere, 0,70 für kurze Einwirkungsdauern)
kc = Beiwert zur Berücksichtigung der Konstruktion (sofern in anderen Teilen der Norm nicht anders angegeben, gilt: kc = 1,0)
fk = charakteristischer Wert der Biegezugfestigkeit (bei VSG gelten die Werte des verwendeten Basisglases)
yM = Materialsicherheitsbeiwert (1,5 für vorgespannte Gläser, 1,8 für Basisgläser)

Auf einen Blick

Normen-Familie DIN 18008 Glas im Bauwesen
 
Die in den Teilen 1 und 2 bereits veröffentlichte, aber naturgemäß noch nicht bauaufsichtlich eingeführte DIN 18008 regelt die Bemessung und Konstruktion von Verglasungen im Bauwesen. Die weiteren Teile sollen „kurzfristig“ folgen – genaue Zeitangaben sind derzeit noch nicht möglich. Immerhin: Die Gliederung der Norm „steht“.
 
* DIN 18008-1 – Teil 1: Begriffe und allgemeine Grundlagen
* DIN 18008-2 – Teil 2: Linienförmig gelagerte Verglasungen
* Entwurf DIN 18008-3 – Teil 3: Punktförmig gelagerte Verglasungen
* Entwurf DIN 18008-4 – Teil 4: Zusatzanforderungen an absturzsichernde Verglasungen
* Arbeitspapier DIN 18008-5 – Teil 5: Zusatzanforderungen an begehbare Verglasungen
* Arbeitspapier DIN 18008-6 – Teil 6: Zusatzanforderungen an Verglasungen, die zu Reinigungs- oder Wartungsmaßnahmen betretbar sein müssen
* Arbeitspapier DIN 18008-7 – Teil 7: Sonderkonstruktionen