Anwendungstechnik

Bauwerke sollen grundsätzlich mit angemessener Zuverlässigkeit gegen Versagen sicher sein und die vorgesehene Nutzung für die geplante Dauer gewährleisten, auch unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte. Alle Konstruktionen aus und mit Glas müssen deshalb so geplant und ausgeführt werden, dass sie während ihrer Nutzungsdauer den vorhersehbaren Einwirkungen zuverlässig standhalten und gebrauchstauglich bleiben. Die Glaseigenschaften, die Scheibendicken und -abmessungen sowie die Verglasungsaufbauten müssen nach objektiven Kriterien korrekt festgelegt werden. Zunächst werden die Anforderungen ermittelt und danach die Belastbarkeit des Bauteils festgestellt. Dies wird im Ingenieurwesen als Bemessung oder Dimensionierung bezeichnet, welche in der Regel durch einen Fachingenieur zu erstellen ist. Die Glasbemessung ist mittlerweile durch umfangreiche Normen geregelt, wie z. B. der DIN 18008 (Deutschland) oder auch im SIA Merkblatt 2057 (Schweiz), das Mitte 2021 eingeführt wurde. In diesen Normen ist die Bemessung von Glas im Einsatz für Gebäude geregelt.

Im Folgenden werden die Bemessungsregeln und deren wesentliche Normen für die Schweiz genauer beschrieben.

Das SIA Merkblatt 2057 gilt für die Projektierung von Tragwerken und Bauteilen aus Glas sowie für temporäre Bauten. Es regelt die Tragwerksanalyse und Bemessung der folgenden Glasbauteile.

• Vertikalverglasung (SIA 2057 / 5.2.)

• Horizontalverglasung (SIA 2057 / 5.3.)

• Isolierverglasung (SIA 2057 / 5.4.)

• Absturzsichernde Verglasung (SIA 2057 / 5.5.)

• Betretbare Verglasung (SIA 2057 / 5.6.)

• Begehbare Verglasung (SIA 2057 / 5.7.)

• Befahrbare Verglasung (SIA 2057 / 5.8.)

• Druckbeanspruchte Glasbauteile (Knicken) (SIA 2057 / 5.9.)

• Auf Biegung um die starke Achse beanspruchte Glasbauteile (Kippen) (SIA 2057 / 5.10.)

Ähnlich wie bei vergleichbaren Normen (z. B. DIN 18008) sind auch hier neben der Bemessungsnorm eventuell andere Normen und Regelungswerke zu beachten, um eine fachgerechte Verglasung ausführen zu können (z. B. Personenschutz, Arbeitsschutz, etc.).

Neben Angaben zur Berechnung und konstruktiven Mindestanforderungen werden auch verbindliche Angaben zur versuchsgestützten Bemessung gemacht.

Bei diesem Merkblatt handelt es sich um die «Erstausgabe». In ein paar Jahren soll daraus die Norm SIA 268 entstehen.

Die Tragwerksanalyse von Verbundsicherheitsgläsern erlaubt es auch die Nachweise GZT und GZG unter der Berücksichtigung des Schubverbundes der Folie zu führen. Die dafür erforderlichen Temperaturannahmen und Lasteinwirkungsdauern sind im Merkblatt (Anhang A) definiert.

Für Vordimensionierung ist das vereinfachte Verfahren ohne Berücksichtigung des Schubverbundes anzusetzen.

Nachweis der Tragsicherheit

Das Nachweisformat der Tragsicherheit (rechnerischer Nachweis) ist analog zu bekannten Normen. Dabei sind die folgenden Nachweise zu führen:

> Nachweis der Zugfestigkeit von Glas (eventuell Druckfestigkeit, bzw. Nachweis der Querzugspannungen im Auflagebereich)

> Stabilitätsnachweis

> Eventuell Nachweis der Stossfestigkeit bei dynamisch beanspruchten Bauteilen. Diese Nachweise sind jedoch nicht zwingend vorgeschrieben. Die Notwendigkeit des dynamischen Nachweises legt der bemessende Ingenieur selbst fest. Das Merkblatt regelt lediglich wie der Nachweis (rechnerisch oder versuchstechnisch) zu führen ist.

Nachweis der Gebrauchstauglichkeit

Das Merkblatt macht detaillierte Vorgaben zu den zulässigen Verformungen in Abhängigkeit der Lagerungsart sowie der Nutzung der Verglasung.

Nachweis des sicheren Bruchverhaltens

Der Nachweis erfolgt durch die geeignete Glaswahl, geeignete konstruktive Vorgaben oder durch Bauteilversuche.

Übersicht der Bauteile aus Glas für die im Merkblatt detaillierte Bemessungsvorgaben definiert und geregelt sind. Müssen einem Glasbauteil mehrere der definierten Anwendungen zugeordnet werden, dann sind auch entsprechend alle Bemessungskriterien zu berücksichtigen.

> Neigung > 15 ° zur Vertikalen, Vertikalverglasung, mit spezieller Gefährdungssituation (z. B: Shed-Verglasungen).

> Unterste Scheibe muss VSG (aus Float oder TVG) sein (bei Zweifachlaminat). Bei Laminaten mit 3 Einzelscheiben oder mehr kann auch ESG verwendet werden.

> Für die Auskragung des freien Randes gibt es Beschränkungen, bzw. separate Regelungen

> Das maximale Dickenverhältnis der Einzelgläser im Laminat zueinander beträgt 1:1.7

> Die Mindestfoliendicke ist in der Regel 0.76 mm (Ausnahme bei kleinen linienförmig gelagerten Gläsern).

> Die Tragfähigkeit im gebrochenen Zustand für Verglasungen oberhalb von Nutzflächen nach SIA 261 ist für allseitige gelagerte Gläser mit linienförmiger Lagerung (Seitenverhältnis < 3:1), bzw. für 2- und 3-seitig gelagerte Gläser mit einer Spannweite < 1.2 m nicht nachzuweisen. Alle anderen Situationen benötigen entweder einen NB3A oder NB3B Nachweis. Projektspezifisch kann von den Anforderungen des Merkblattes abgewichen werden, wenn dies in einer Risikoanalyse begründet wird.

Der Nachweis der Klimabelastung im Isolierglas muss beim Nachweis der Verglasung und gegebenenfalls auch des Randverbundes berücksichtigt werden.

Werden Belastungen einer oder mehrere Scheiben über den Randverbund abgetragen, muss der Randverbund statisch nachgewiesen werden. Dies erfordert zwingend einen statisch tragenden Silikonrandverbund gemäss SN EN 15434.

Für Gläser mit einer Fläche bis 2 m² werden für definierte Mindestaufbauten und einer Windlast bis max. 1.1 KN/m² Glasaufbauten genannt, die generell nachgewiesen sind.

Für Isoliergläser bei denen die Bemessung der Einzelgläser des Isolierglases durch den Lastfall „Klimalast“ dominiert werden, kann der Tragsicherheitsnachweis (ohne Klimalast) für die Glasschicht geführt werden, die unter der Klimabelastung als letztes versagt. Dies stellt eine erhebliche Nachweiserleichterung dar. Man muss aber auch bedenken, dass die Belastung der Einzelgläser des Isolierglases unter Klimalast tatsächlich existiert. Diese Bemessungspraxis erhöht demnach das Risiko eines Glasbruchs im Vergleich zur strikten Anwendung der Bemessung aller Einzelgläser. Allerdings wurde die Nachweiserleichterung bewusst im Merkblatt aufgenommen, da die Praxis seit langer Zeit problemlos Glasaufbauten ausführt, die mit der strikten Bemessung schlicht nicht nachweisbar sind. Die Nachweiserleichterung soll es den Isolierglasherstellern ermöglichen, ihre Erfahrung einzubringen. Die notwendige Tragsicherheit wird dadurch letztlich nicht eingeschränkt.

Die Bemessung der Isoliergläser insbesondere in Verbindung mit zusätzlicher Absturzsicherung ist durchaus komplex. Glas Trösch hat aus diesem Grund eigene Belastungstabellen nach dem Merkblatt erstellt, die für die Kombination der Klimalasten, Windlasten und Holmlasten angewendet werden können. Dabei wurde besonderen Wert darauf gelegt im Rahmen des SIA Merkblattes wirtschaftliche Aufbauten zu dimensionieren. Die Aufbauten sind dabei nach Flächengewicht kategorisiert. Die Tabellen geben unter der Annahme einer Holmlast von 0.8 KN/m für alle Grössen die jeweils maximal aufnehmbare Windlast an.

1) Wenn ein Menschengedränge möglich ist (z. B. bei Zuschauertribünen, Fluchtwegen usw.), muss q_k auf 3.0 kN/m erhöht werden.
2) Die charakteristischen Werte der Nutzlasten für die Kategorie E sind projektspezifisch festzulegen.

Die Norm macht exakte Vorgaben möglicher Glasarten für die verschiedenen Anwendungen bei Einfachglas und Isolierverglasungen sowie zu den Foliendicken bei VSG. Darüber hinaus gibt es Vorgaben hinsichtlich Verglasungen ohne horizontalen Kantenschutz und weitere Angaben, wie Glaskanten zu schützen sind.

Glas Trösch hat verschiedene Glas-Balustradensysteme bei denen die oben genannten Anforderungen eingehalten sind. Dabei gibt Glas Trösch für folgende Produkte spezifische Glastypen vor, mit denen in Abhängigkeit der Belastung und der Abmessungen exakt vorgegeben wird, wie die Systemlösungen nach Norm anzuwenden sind. Diese Systeme sind typenstatisch geprüft und die Glasaufbauten sind nach der neuen SIA 2057 ausgelegt:

> SWISSRAILING FLAT

> SWISSRAILING LIGHT

> SWISSRAILING TWO SIDED

Weitere Informationen finden Sie unter: Glasgeländersysteme | Glas Trösch (glastroesch.com)

Neben den kompletten Geländersystemen von Trösch bietet Glas Trösch auch spezifizierte Glasaufbauten, die unter Einhaltung definierter Lagerungsbedingungen Glasaufbauten angibt. Die Aufbauten sind statisch geprüft und können im Rahmen der SIA 2057 verwendet werden.

Betretbare Verglasungen bieten eingeschränkten Zutritt für Wartungs- und Reinigungsarbeiten nach Kategorie H der SIA 261. Unter Umständen sind mehrere Personen bei der Lastannahme zu berücksichtigen. Die Nachweispflicht kann entfallen, wenn Wartungsarbeiten ohne Betreten des Glases möglich sind und dies in der Nutzungsvereinbarung mit dem Bauherrn festgehalten ist.

Grundsätzlich gelten die konstruktiven Anforderungen und die des sicheren Bruchverhaltens der horizontalen Verglasung. Eventuell ist die Durchsturzsicherheit projektspezifisch durch einen rechnerischen Nachweis oder Versuche nachzuweisen.

Begehbare Verglasungen sind für die Nutzung gemäss Personenverkehr der Kategorien A, B, C und D nach SIA 261 auszulegen. Es ist eine ausreichende Rutschsicherheit zu gewährleisten. Hierbei sind weitergehende Normen, Regelungen (SUVA, SIGAB etc.) zu beachten. Grundsätzlich gelten die konstruktiven Anforderungen der horizontalen Verglasung.

Zusätzlich ist zu berücksichtigen:

> Die oberste Scheibe ist immer in VSG auszuführen.

> Bei 2-fach VSG ist ausschliesslich die Verwendung von Float oder TVG zulässig

> Bei 3-fach VSG und mehr kann auch ESG verwendet werden, wenn die Kanten geschützt sind.

> Die Auflagerbreite darf im eingebauten Zustand zu keinem Zeitpunkt 20 mm unterschreiten. Entsprechende Toleranzen und Bauwerksbewegungen sind zu berücksichtigen.

> Ein Verrutschen oder Abheben der Verglasung muss verhindert werden

> Die in der Norm empfohlene Verschleissschicht ist eventuell missverständlich. Es handelt sich dabei um ein auflaminiertes Glas (also um ein mehrfach VSG) bei dem die obere Scheibe nicht bei Abnutzung ausgetauscht werden kann.

Befahrbare Verglasungen sind für die Nutzung gemäss SIA 261 Kapitel 8, Kategorie F oder G sowie Kapitel 9 und 10 auszulegen. Es ist eine ausreichende Rutschsicherheit zu gewährleisten. Hierbei sind weitergehende Normen, Regelungen (SUVA, SIGAB etc.) zu beachten. Grundsätzlich gelten die konstruktiven Anforderungen der horizontalen Verglasung.

Zusätzlich ist zu berücksichtigen:

> Die oberste Scheibe ist immer in VSG auszuführen.

> Bei 2- und 3-fach VSG ist ausschliesslich die Verwendung von Float oder TVG zulässig

> Bei 4-fach VSG und mehr kann auch ESG verwendet werden, wenn die Kanten geschützt sind.

> Die Auflagerbreite darf im eingebauten Zustand zu keinem Zeitpunkt 20 mm unterschreiten. Entsprechende Toleranzen und Bauwerksbewegungen sind zu berücksichtigen.

> Ein Verrutschen oder Abheben der Verglasung muss verhindert werden

> Die in der Norm empfohlene Verschleissschicht ist eventuell missverständlich. Es handelt sich dabei um ein auflaminiertes Glas (also um ein mehrfach VSG) bei dem die obere Scheibe nicht bei Abnutzung ausgetauscht werden kann.

> Die hohen Punktlasten müssen bei der Ausführung der Verglasung und der Lagerungskonstruktion berücksichtigt werden.

> Kanten von befahrbaren Verglasungen müssen geschützt werden.

Druckbeanspruchte Glasbauteile sind in ihrer Bauteilachse durch Druckkräfte und eventuell auch durch Biegung um die schwache Achse beansprucht. Der Nachweis gegen Knicken ist mit der zugehörigen Knicklänge des Glasbauteils zu führen. Die Lasteinleitung muss eine möglichst gleichmässige Druckverteilung im Bauteil erzeugen.

Der Nachweis von Glasbauteilen gegen Kippen erfolgt für eine Beanspruchung um die starke Querschnittsachse, z. B. für Glasträger. Der Stabilitätsnachweis ist für die schwächere Bauteilachse mit der zugehörigen Kipplänge zu führen. Insbesondere die Auflager sowie seitlicher Stabilisierungen sind hinsichtlich Steifigkeit und Tragfähigkeit nachzuweisen (korrekte Erfassung von Verdrehungen etc. …). Der Nachweis kann anhand einer nichtlinearen Berechnung nach Theorie 2er Ordnung erfolgen, oder auch unter Berücksichtigung der angegebenen Imperfektionen mittels einer nichtlinearen FEM Berechnung sowie anhand von Bemessungskurven.

Im Merkblatt SIA 2057 werden detaillierte Vorgaben zu der Glaslagerung und Verbindungen im Allgemeinen sowie bestimmter Lagerungsformen gemacht:

> Linienförmiges Glasauflager

> Punktuelle Glasbefestigung

> Lochleibungsverbindungen

> Geklebte Verbindungen