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Über dieses Buch

Der Werkstoff Glas wird – bedingt durch den architektonischen Wunsch nach transparenten Strukturen – zunehmend im Bauwesen eingesetzt. Neben der Ausfachung in Fenstern und Türen wird Glas auch immer häufiger für konstruktive und tragende Bauteile verwendet, sodass der transparente Werkstoff inzwischen den gleichen Stellenwert hat wie die konventionellen Materialien des Konstruktiven Ingenieurbaus. Heute können Gläser neben dem reinen Begrenzen und Tragen auch bauphysikalische Funktionen wie Wärme- und Schalldämmung, Sonnenschutz und Energiesteuerung sowie spezielle Sicherheitsanforderungen wie Einbruch- und Explosionshemmung übernehmen.

Das Buch behandelt die Grundlagen zur Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Bauteilen aus Glas auf Basis des aktuellen Stands der Wissenschaft und setzt diese in Bezug zur Baupraxis und den aktuellen Regelwerken. Beginnend bei den Grundlagen zur Beschreibung des Materialverhaltens und der Festigkeit von Glas wird auch auf die im Glasbau oftmals eingesetzten Kunststoffe und deren mechanisches Verhalten eingegangen. Eine ausführliche Darstellung erfolgt zu den Themen Bearbeitung von Glas, Vorspannen von Glas und Glasprodukte im Bauwesen. Als wichtige Grundlage dienen diese Kapitel für die anschauliche Beschreibung der konstruktiven Durchbildung von Details sowie der Konstruktion und Bemessung von Glasbauteilen im Bauwesen. Dabei werden die technischen Regelwerke und baurechtlichen Vorschriften erörtert. Abschließend werden in einem eigenen Kapitel die materialspezifischen Aspekte der Instandhaltung und Schadensanalyse von Bauteilen aus Glas beschrieben.

Die Neuauflage des Buches schlägt die Brücke zwischen Konstruktivem Ingenieurbau in der Praxis, fundierten wissenschaftlichen Hintergrundinformationen, Details für den architektonischen Entwurf und der Normung. Die starke Weiterentwicklung im Glasbau erforderte eine umfassende Neubearbeitung des bekannten Standardwerkes.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Werkstoff Glas

Zusammenfassung
Glas gehört zu den ältesten Kulturgütern der Menschheit und die Faszination für diesen spröden und transparenten Werkstoff hält bis heute an. Von den ersten prähistorischen Pfeilspitzen aus natürlichem, vulkanischem Glas bis zu modernen Glaskonstruktionen aus speziellen Sicherheitsgläsern liegt ein weiter Entwicklungsprozess, der noch lange nicht abgeschlossen ist. Trotz der zunehmenden Verwendungen von Glas als konstruktives Element sind zum heutigen Stand der Forschung noch zahlreiche Fragen bezüglich der Natur des Glases unbeantwortet. Der Hauptbestandteil der üblicherweise im Ingenieurwesen verwendeten Gläser, Siliziumoxid, macht über 60% der Erdkruste aus und ist in nahezu unbegrenzten Mengen vorhanden.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 2. Festigkeit von Glas

Zusammenfassung
Bei Gläsern ohne thermische oder chemische Vorspannung wird die Festigkeit des Glases im Wesentlichen durch die Kerbempfindlichkeit der unter Zugbelastung stehenden Oberfläche geprägt. Die Druckfestigkeit des Glases ist erheblich größer und für übliche Anwendungen im Baubereich nicht von Interesse. Daher wird in der Praxis der Begriff Festigkeit meist als Synonym für die Zug- bzw. Biegezugfestigkeit des Glases verwendet. Festigkeitsverluste sind strukturellen Fehlern im Glas und mikroskopischen Oberflächendefekten (Mikrorissen, Abbildung 2.1) geschuldet.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 3. Kunststoffe im Glasbau

Zusammenfassung
Die Begriffe »Polymer« und »Kunststoff« werden im deutschen Sprachgebrauch oftmals synonym verwendet, wobei die folgende Unterscheidung durchaus sinnvoll ist und in diesem Buch angewandt wird: Ein Polymer besteht aus Makromolekülen, die aus vielen gleichartigen Grundbausteinen, den sogenannten Monomeren, bestehen. Kunststoffe können als »synthetisch-organische Werkstoffe, die als wesentliche Bestandteile Makromoleküle enthalten« (KAISER, 2011) definiert werden. Somit sind Polymere die Rohstoffe für einen Kunststoff (Werkstoff), der neben den Makromolekülen eines Polymers weitere Substanzen (Additive) beinhalten kann.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 4. Bearbeitung von Glas

Zusammenfassung
Nach der Herstellung des Basisglases können verschiedene Bearbeitungsschritte erfolgen, bis das fertige Bauprodukt einsatzbereit ist. Üblich sind ein Zuschnitt auf die gewünschten Abmessungen, eine Bearbeitung der Glaskanten, das Einbringen von Bohrungen, das Biegen, Beschichten oder Bedrucken. Sandstrahlen und Ätzen stellen Sonderbehandlungen dar. Sollen thermisch vorgespannte Gläser hergestellt werden, so erfolgen die Bearbeitungsschritte vor oder während des Vorspannprozesses.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 5. Vorspannen von Glas

Zusammenfassung
Das Vorspannen des Glases hat zum Ziel, einen Eigenspannungszustand im Glas zu erzeugen, bei dem an beiden Oberflächen Druckspannungen entstehen, um damit die Biegefestigkeit des Glases zu steigern. Aus Gleichgewichtsgründen treten dabei im Kern des Glases Zugspannungen auf. Die Druckspannungen an den Oberflächen bewirken, dass die Zugspannungen, die an der Oberfläche aus einer Biege- oder Zugbeanspruchung entstehen können, die Druckspannungen erst überwinden müssen, bevor Oberflächenschäden wirksam werden und die sogenannte »Eigenfestigkeit« maßgebend wird, die mit derjenigen des thermisch entspannten Glases vergleichbar ist (Abbildung 5.1).
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 6. Glasprodukte im Bauwesen

Zusammenfassung
Glas ist ein ausgesprochen vielseitigerWerkstoff und kann prinzipiell zu sehr vielen Formen verarbeitet werden. Beispiele hierfür sind Glasfasern, Hohlgläser, Flachgläser, optische Gläser, Laborgläser, Bildschirme etc. Die Palette der Einsatzmöglichkeiten ist enorm groß und wird sich in den kommenden Jahren noch erweitern. Die wesentlichen Arbeitsschritte bei der Glasherstellung sind – unabhängig vom Endprodukt – das Schmelzen bei ca.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 7. Konstruktive Durchbildung von Details

Zusammenfassung
Generell gilt für die konstruktive Durchbildung von Details im Glasbau, dass die Besonderheiten des spröden Werkstoffs zu berücksichtigen sind. Im Gegensatz zu Stahl verfügt der ideal-elastische Werkstoff Glas auf makroskopischer Ebene über keine plastischen Eigenschaften, sodass insbesondere Spannungsspitzen bzw. -konzentrationen, wie sie beispielsweise bei lokalem Kontakt mit einem harten Gegenstand auftreten, durch lokales Plastizieren nicht kompensiert werden können. Ein Kontakt von Glas mitWerkstoffen, deren Oberflächenhärte höher als die des Glases ist, muss daher dauerhaft ausgeschlossen werden, um Oberflächenschädigungen bzw. Bauteilversagen zu vermeiden.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 8. Konstruktion und Bemessung

Zusammenfassung
Bei der Konstruktion von Tragwerken und deren Tragelementen gilt es, gleichzeitig mehreren Anforderungen gerecht zu werden.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 9. Instandhaltung und Schadensanalyse

Zusammenfassung
Noch mehr als andere Konstruktionen verlangen Glasbauteile nach einem verantwortungsvollen Umgang. Dies beginnt bei der Planung und der Konstruktion durch fachlich kompetente, erfahrene Ingenieure, umfasst die Ausführung und die Überwachung durch entsprechend qualifiziertes Personal und reicht bis zum Rückbau.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 10. Bemessungsbeispiele nach DIN 18008

Zusammenfassung
Die vertikale Isolierverglasung in Abbildung 10.1 soll nach DIN 18008 nachgewiesen werden. Es handelt sich um eine allseitig linienförmige Lagerung, sodass die Teile 1 und 2 der Normenreihe zu beachten sind. Zur Ermittlung der Einwirkungen sind die Eurocodes 0 (DIN EN 1990) und 1 (DIN EN 1991) mit den jeweiligen nationalen Anhängen heranzuziehen. Neben der Windbelastung sind Klimalasten zu berücksichtigen, welche in DIN 18008-1 geregelt sind.
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Chapter 11. Ausblick

Zusammenfassung
In den 25 Jahren seiner Entwicklung ist aus dem Glasbau eine eigenständige Ingenieurdisziplin mit besonderer Innovationskraft geworden. Wie geht es zukünftig weiter?
Jens Schneider, Johann-Dietrich Wörner, Frank Schneider, Sebastian Schula, Johannes Kuntsche

Backmatter

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