WO2012146575A1 - Verbundkonstruktion aus einer glasscheibe und einer rahmenkonstruktion - Google Patents

Verbundkonstruktion aus einer glasscheibe und einer rahmenkonstruktion Download PDF

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WO2012146575A1
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WO
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adhesive
coupling element
glass
composite construction
glass pane
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Werner HOCHHAUSER
Wolfgang Winter
Klaus Kreher
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Technische Universitaet Wien
Original Assignee
Technische Universitaet Wien
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06BFIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/54Fixing of glass panes or like plates
    • E06B3/5409Means for locally spacing the pane from the surrounding frame
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
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    • E06B3/54Fixing of glass panes or like plates
    • E06B3/56Fixing of glass panes or like plates by means of putty, cement, or adhesives only

Definitions

  • the invention relates to a composite construction comprising a glass pane and a frame construction, wherein the glass pane is peripherally connected to a flat side via an adhesive with a coupling element that can be connected to the frame construction, and to a method for
  • Glass panes have been installed in walls, ceilings and roofs for centuries.
  • the glass sheets are used in frames, which are then connected to the respective wall or ceiling construction or are themselves part of the support structure.
  • Different materials and geometries are used for the frames (from wood to plastic and cast iron to glass fiber reinforced profiles).
  • the disks can be clamped in the frame using blocks, but it is also known a peripheral bonding of the disk.
  • the Joining Partner Wood in terms of thermodynamics, probably has the greatest advantages for composite constructions with glass. However, this advantage is offset by the great disadvantage of the low stiffening potential which lightweight materials such as wood have. Correspondingly, this problem can be addressed with glued-in glass panes, which can then be used in conjunction with wood for stiffening buildings or for vertical load transfer in the form of wood-glass composite supports. Recent developments in the field of adhesive technology make it possible today, wood-glass composite structures in structural engineering
  • the joining partner glass can, due to its very good
  • Adhesives fulfill this requirement and, in addition, ensure a uniform application of load into the gas, take on sealing function and can be thermal or hygric
  • the adhesive between the coupling strip and the glass sheet is usually carried out in the prior art by means of silicones.
  • the connection of the coupling strip with the frame construction is generally carried out by self-drilling screws, which are centrally inserted into the overlap area between the coupling strip and frame construction.
  • Coupling element one or more Verklotzungsmittel provide, which have the purpose to clamp the glass in the frame. For this purpose, a gap is left between the front of the glass and the Koppeleiement. In this gap becomes the blocking agent
  • these blocking agents are generally not selected to ensure the highest possible load transfer, but then, remove the weight of the glass and clamp the glass as gently as possible in the coupling element. It can also be used on both sides adhesive materials to avoid harmful movements of the glass as possible.
  • Verklotzungsmittel have the distinct disadvantage that they adhere to both the coupling element and on the front side of the glass sheet. Thus, not only pressure forces, but also thrust and
  • suitable design concepts must define safety criteria in order to ensure safe use of the wood-glass composite construction method.
  • Blocking agents such as epoxy resins or semi-elastic adhesives such as acrylates.
  • the technical object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art constructions and to provide a composite structure having increased horizontal or vertical load-carrying capability, which can be easily produced in high volumes without undue expense, and For this construction, to provide a method for sizing and dimensioning, which only allows the person skilled in the art to manufacture the composite construction according to the invention in a simple manner while maintaining predetermined safety threshold values.
  • the object of the invention is achieved in that between at least one end face of the glass pane and the coupling element
  • the blocking agent can not be adhesively attached.
  • Verklotzungsmittels is a pressure transmission between the
  • Coupling element and the glass allows and at the same time a Transfer of tensile forces and shear stress excluded.
  • the glass pane is therefore primarily subjected to pressure, making it possible for the first time, the glass sheet material suitable as stiffening
  • Verklotzungsm means and the coupling element or between the
  • a release layer is provided in order to achieve that no tensile forces (or shear stresses) are transmitted between the coupling element and the end face of the glass sheet.
  • This separating layer can be embodied in particular as an adhesive tape, plastic film, metal foil, paper, textile fabric or the like. The thickness of the separating layer plays no role, their property is essential to prevent the blocking agent on the
  • Coupling element adheres. For very thick separating layers, however, the spring stiffness of the separating layer would have to be considered for the dimensioning.
  • the release layer at the coupling element is the release layer at the coupling element
  • the glass pane facing side of the Verklotzungsstoffs can not rest over the entire surface of the glass, since the glass pane may have irregularly extending edges (especially in the
  • Verklotzungsmittel be selected as for a thick glass to relieve the pressure diagonal and thus, for example, reduce the risk of buckling.
  • the Verklotzungsmitiei may preferably be formed so that it has a trapezoidal cross-section, wherein the base of the trapezoid, so the longer side facing the coupling element.
  • the coupling element can be designed in particular as a coupling strip.
  • Coupling element and / or frame construction may be made of wood, plastic, or other materials.
  • the invention further extends to a method comprising the following steps:
  • the method according to the invention can be based, in particular, on a spring model which has a first branch for modeling the Shear stress of the adhesive and a second, parallel branch for modeling the compressive stress of the blocking agent comprises.
  • Compressive stress of the blocking means spring elements for
  • the invention also extends to a computer program which implements a method according to the invention, and to a composite construction which has been dimensioned according to a method according to the invention.
  • Fig. 1 a a schematic view of an embodiment of a wood-glass composite construction according to the invention
  • Fig. 1 b a schematic view of a detail of an alternative
  • Fig. 2a shows the cross section along the line II-il in Fig. 1 b;
  • Fig. 3a a schematic representation of the thrust forces in one
  • Fig. 4 the simplified spring model for use in a
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the dimensioning method according to the invention
  • Fig. 6 a schematic representation of the design diagram for
  • the composite structure 1 comprises a glass pane 2 and at least one coupling element 3.
  • the coupling element 3 has a projection 8 which extends beyond the edge of the glass pane 2 at least in one region (for example in the region in which the Verkiotzungsm means are attached) to connect the coupling element 3 to a frame structure 4.
  • the coupling element 3 has several Connecting means 7, for example screws, pins or nails, with which the coupling element 3 can be attached to the frame structure 4.
  • the frame structure 4 further comprises one or more
  • Verklotzungsmittels 10 may be provided a higher number of connecting means 7.
  • the glass sheet 2 is attached to the coupling element 3, or to the individual components of the coupling element 3, in the known manner, in particular by an adhesive 6 in the form of an adhesive or the like.
  • the adhesive! 6 is circumferentially mounted on the circumference of a flat side 5 of the glass.
  • the projection 8 of the coupling element 3 is designed such that it projects beyond the plane of the glass pane 2, as is clearly visible in section II-II in Fig. 2a. This allows, between the end face 9 of the glass pane 2 and the projection 8 of the coupling element 3 a
  • FIG. 1 b shows a schematic view of a detail of an alternative embodiment of a composite construction 1 according to the invention.
  • the glass sheet 2 consists of circumferentially broken float glass, which is indicated by an irregular edge course. Accordingly, the joint 20 is irregular. When inserting a solid blocking means, such as a wedge, this would become
  • a subsequently hardening wet-type adhesive preferably an epoxy resin adhesive
  • a release layer 1 1 is provided, which prevents the Verkootzungsstoff 10 adheres to the coupling element 3.
  • Fig. 2a shows the cross section along the line II-II in Fig. 1 b.
  • Composite construction 1 comprises a glass pane 2 with a flat side 5 and an end face 9, and a coupling element 3 and a frame construction 4.
  • the flat side 5 of the glass pane 2 is on the adhesive 6 at the
  • Coupling element 3 attached, in particular glued to it. This bond is elastic or semi-elastic and allows a certain movement of the glass pane 2 with respect to the coupling element 3.
  • the coupling element 3 is connected via the connecting means 7 with the frame joint. Welters has the coupling element 3 in the region of this connection via a
  • Projection 8 which goes beyond both the edge of the glass sheet 2, as well as the plane of the glass sheet 2 in execution of the pad of FIG. 2b surmounted.
  • This blocking agent 10 may preferably be an adhesive, for example an epoxy adhesive.
  • a release layer 1 1 is provided, the
  • Textiigewebe or the like is executed. This prevents that tensile stresses or shear stresses transferred to the glass.
  • the blocking means 10 can thus transmit exclusively compressive stresses on the glass pane 2.
  • FIG 3a shows a schematic representation of the shear stresses 18 in the composite construction according to the invention when a horizontal force is introduced 17. Traction stresses 18 are formed between the coupling element 3 and the glass pane 2, which run in the direction of the schematically drawn arrows. These shear stresses 18 act directly on the adhesive 6 a.
  • FIG. 3b shows a schematic representation of the compressive forces 19 in the composite construction according to the invention when a horizontal force 17 is introduced.
  • Pressure forces 19 are formed between the coupling element 3 and the glass pane 2, which run in the direction of the schematically drawn arrow. These pressure forces 19 act directly on the blocking means 6 and can be divided in the manner shown in horizontal and vertical components.
  • C RJ I denotes an equivalent spring stiffness
  • GR the shear modulus of the frame construction
  • b R the width of the frame construction
  • d R the thickness of the frame construction.
  • the distortion of the glass sheet 2 is calculated from the following equation, where CG, Y denotes an equivalent spring stiffness, GG the shear modulus and tG the thickness of the glass sheet, h G the height and IG length of the glass sheet:
  • Blocking agent 10 following components in the spring model! considered. These formulas use the unit N / m for the spring stiffnesses C:
  • E G is the elastic modulus of the glass sheet
  • t G is the thickness of the glass sheet
  • b D G is the width of the printed diagonal (approximated by leff / 4, with l eff being the smaller value of length and height of the glass sheet) and IG
  • h G is the length and the height of the glass pane.
  • the slip of the adhesive and buckling of the block are modeled by equivalent parallel spring stiffnesses C ⁇ q and C c , where G T is the shear modulus of the adhesive across the bondline, Ec the modulus of elasticity of the anti-blocking agent, l c the length of the anti-blocking agent, d c the thickness BC , G and b C , H is the width of the anticurulant on the glass and wood sides, and b Tl d x is the width and thickness of the adhesive:
  • the deformation of the sublimesmittei transverse to the coupling element 3 is calculated by the equivalent spring stiffness C V M, q, where n c is the number of connecting means within the load propagation angle of the coupling element, PBSH and ⁇ _ the density of the frame structure and the coupling element, and d V wi the diameter of
  • the compression of the coupling element 3 is described by the following equivalent spring stiffness CK, where EKL is the modulus of elasticity, l c is the length of the blocking means, b K L is the width of the coupling element and b C , H is the wood-side width of the blocking means:
  • This formula can be derived from the formula for the bending line of an articulated, asymmetrically loaded single force
  • the system stiffness of the printed diagonal can be calculated using the following formula:
  • variable e c is also shown in FIG. 1 a for the distance between Giaskante and the center of the pad, which is located on the shorter side of the glass.
  • Ii U k * (I ⁇ thrust + ⁇ diagonal)
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the dimensioning method according to the invention.
  • climate loads determined and the material geometries and material parameters selected. These include in particular the modulus of elasticity of the Verkiotzung, the shear modulus of the bond, the block length, and the derived
  • Diagonal pressure determines and from it the values for the expected
  • the sought sizes, ie the head shift u, the shear stress in the adhesive and the compressive stress in the blocking means are functions of the horizontal force H and of the above calculated equivalent elastic moduli E eq (E) or Ga q (G):
  • Auxiliary size is read, which includes all geometric system sizes and the rigidity of the system.
  • the height variable thus determined can then be multiplied by a scaling factor which includes the actual quantities of G and H.
  • an inversely extending ordinate is introduced in the diagram according to FIG. 6, from which the horizontal force H recorded by the printed diagonal can be read directly.
  • the auxiliary value u * is read, and the sought-after Values for the system displacement and the shear stress are given by the values for E eq (E) and H eq (H) and a correction factor as follows:
  • Pressure diagonal certain resistances which can be determined by means of material-specific, normative principles.
  • the smallest resistance of those component components which are activated as a result of load transfer via the printed diagonal can be converted into a maximum horizontal force load capacity of the printed diagonal Hc, max. This results in an upper bound for the right ordinate in FIG. 6.
  • Shear bond t max can be calculated. Assuming equal thrust spring stiffness along and across the joint can be a direct

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundkonstruktion (1) aus einer Glasscheibe (2) und einer Rahmenkonstruktion (4), wobei die Glasscheibe (2) umfangsseitig an einer Flachseite (5) über ein Klebemittel (6) mit einem, mit der Rahmenkonstruktion (4) verbundenen Koppelelement (3) verbunden ist, wobei zwischen einer Stirnseite (9) der Glasscheibe (2) und dem Koppelelement (3) zumindest ein Verklotzungsmittel (10) nicht haftend angebracht ist, sowie ein Verfahren zur Dimensionierung einer derartigen Verbundkonstruktion.

Description

Verbundkonstruktion aus einer Glasscheibe und einer
Rahmenkonstruktion"
Die Erfindung betrifft eine Verbundkonstruktion aus einer Glasscheibe und einer Rahmenkonstruktion, wobei die Glasscheibe umfangsseitig an einer Flachseite über ein Klebemittel mit einem, mit der Rahmenkonstruktion verbindbaren Koppelelement verbunden ist, sowie ein Verfahren zur
Dimensionierung einer derartigen Verbundkonstruktion.
Glasscheiben werden seit Jahrhunderten in Wänden, Decken und Dächern eingebaut. In der Regel werden die Glasscheiben in Rahmen eingesetzt, die dann mit der jeweiligen Wand- oder Deckenkonstruktion verbunden werden oder selbst Bestandteil der Tragkonstruktion sind. Für die Rahmen werden unterschiedliche Materialien und Geometrien verwendet (von Holz über Kunststoff und Gusseisen bis hin zu glasfaserverstärkten Profilen). Zur Verbindung der Glasscheibe mit dem Rahmen können die Scheiben unter Verwendung von Klötzen in den Rahmen eingespannt werden, es ist jedoch auch eine umlaufende Verklebung der Scheibe bekannt.
Zeitgenössischen Ansprüchen der Architektur nach filigranen
Glaskonstruktionen, einer bauphysikalischen Optimierung und nicht zuletzt nach dem Baustoff Holz, welchem in Zeiten umweltpolitischen Wandels mehr und mehr an Bedeutung zukommt, wird mit der Verwendung derartiger Holz- Glas Verbundkonstruktionen Rechnung getragen.
Der Fügepartner Holz weist in Belangen der Thermodynamik wohl die größten Vorteile für Verbundkonstruktionen mit Glas auf. Diesem Vorteil steht jedoch der große Nachteil des geringen Aussteifungspotentials, das Leichtbaustoffe wie Holz aufweisen, gegenüber. Entsprechend begegnet werden kann dieser Problematik mit eingeklebten Glasscheiben, welche dann im Verbund mit Holz zur Aussteifung von Gebäuden oder zur vertikalen Lastabtragung in Form von Holz-Glas-Verbundträgern herangezogen werden können. Neuere Entwicklungen im Bereich der Klebetechnik ermöglichen es heute, Holz-Glas-Verbundkonstruktionen im konstruktiven Ingenieurbau
anzuwenden. Der Fügepartner Glas kann aufgrund seiner sehr guten
Materialeigenschaften über die vorteilhaften transparenten und
bauphysikaiischen Möglichkeiten hinaus nun auch als tragendes Element genutzt werden.
Um jedoch das große Potenzial von Glasscheiben als tragende Eiemente in Verbundscheiben, -trägem oder -platten ausschöpfen zu können bedarf es eines gleichmäßigen Lasteintrags über Verbindungsmittel, deren Härte unterhalb jener der Glasscheibe angesiedelt sein muss. Es ist wesentlich, dass die Glasscheibe mit keinen Werkstoffen in Berührung kommt die härter sind als die Glasscheibe seibst um Oberflächenbeschädigungen
weitestgehend ausschließen zu können. Klebstoffe erfüiien diese Bedingung und sorgen zudem für einen gleichmäßigen Lasteintrag ins Gias, übernehmen Dichtungsfunktäonen und können thermische oder hygrische
Differenzbewegungen kompensieren. Die Verwendung steifer Klebstoffe bietet sich bei größeren Laststufen an.
Es ist insbesondere zu berücksichtigen, dass der horizontal (bzw. vertikal zur Systemachse) abzuleitende Lastabtrag in Extremsituationen (Erdbeben, Anprall von Fahrzeugen, etc.) höhere Werte annehmen kann als infolge von Windbeanspruchungen. Verbundkonstruktionen, die als tragende Elemente konzipiert sind, müssen für die Aufnahme derartiger Belastungsspitzen dimensioniert werden.
Aus der AT 502 470 A1 ist es bekannt, eine Glasscheibe umfangsseitig an einer Flachseite mit einem Klebemittel an einem mit der Rahmenkonstruktion verbindbaren Koppelelement zu verbinden. Es ist aus dieser Druckschrift insbesondere bekannt, derartige Koppeleiemente als gezahnte Koppelleisten auszuführen, um durch ein Ineinandergreifen zweier Koppelleisten schmale Ansichtsbreiten der Stiele zu erhalten, wodurch die Randleisten nach der Befestigung des Verbundelements an der Tragkonstruktion überdeckt werden können. Die Glasscheibe kann vorzugsweise bereits im Werk staubfrei mit dem Koppelelement bzw. der Koppelleiste verklebt werden. Nach einer entsprechenden Aushärtezeit des Klebstoffs kann das fertige Holz-Glas- Verbundelement auf die Bausteile geliefert werden und durch einfache Verschraubung von außen auf eine hölzerne Rahmenkonstruktion montiert werden.
Das Klebemittel zwischen der Koppelleiste und der Glasscheibe wird im Stand der Technik üblicherweise mittels Silikonen ausgeführt. Die Verbindung der Koppelleiste mit der Rahmenkonstruktion erfolgt im Allgemeinen durch selbstbohrende Schrauben, welche zentrisch in den Überlappungsbereich zwischen Koppelleiste und Rahmenkonstruktion eingebracht werden.
Eine derartige Verbundkonstruktton ermöglicht jedoch im Allgemeinen einen zu geringen Lastabtrag angreifender Horizontalkräfte pro Laufmeter der Glasscheibe, um Ansprüchen der modernen Architektur nachkommen zu können. Es besteht demnach ein Bedürfnis, Holz-Glas Verbundkonstruktionen zu schaffen, die einen höheren Lastabtrag horizontal angreifender Kräfte ermöglichen.
Aus dem Stand der Technik ist weiters seit langem bekannt, statt dem umfangsseitigen Klebemittel zwischen der Glasscheibe und dem
Koppelelement ein oder mehrere Verklotzungsmittel vorzusehen, die den Zweck haben, die Glasscheibe in den Rahmen einzuspannen. Zu diesem Zweck wird zwischen der Stirnseite der Glasscheibe und dem Koppeleiement eine Fuge freigelassen. In diese Fuge wird das Verklotzungsmittel
eingebracht.
Diese Verklotzungsmittel werden jedoch im Allgemeinen nicht danach ausgewählt, einen möglichst hohen Lastabtrag zu gewährleisten, sondern danach, das Eigengewicht der Glasscheibe abzutragen und die Glasscheibe möglichst schonend in das Koppelelement einzuspannen. Es können hierbei auch beidseitig haftende Materialien verwendet werden, um schädliche Bewegungen der Glasscheibe möglichst zu vermeiden.
Derartige Verklotzungsmittel haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass sie sowohl am Koppelement als auch an der Stirnseite der Glasscheibe haften. Somit werden nicht nur Druckkräfte, sondern auch Schub- und
Zugkräfte übertragen. Eine Belastung durch direkte Zugkräfte, sollte jedoch aus Gründen der Sicherheit der Glasscheibe jedenfalls vermieden werden. In den herkömmlichen Konstruktionen stellt dies kein Problem dar, da
herkömmliche Konstruktionen nicht für den horizontalen Lastabtrag bestimmt sind - eine direkte Zugbelastung tritt demnach nicht auf.
Darüber hinaus besteht aus dem Stand der Technik keine Möglichkeit, Holz- Glas-Verbundkonstruktionen normativ zu berechnen und zu bemessen. Zwar bietet die Normungsreihe der ÖNORM B 3716 die Möglichkeit,
Glaskonstruktionen zu bemessen, auf Glas-Verbundkonstruktionen mit anderen Fügepartnern wie Holz wird jedoch nicht eingegangen.
Um den technischen Entwicklungen folgen zu können und diese
Neuentwicklungen dem Markt zugänglich zu machen, bedarf es einer
Möglichkeit der Berechnung des Tragverhaltens der Konstruktionselemente. Ohne diese Möglichkeit kann auch eine noch so gute Konstruktion durch den Fachmann nicht allgemein gültig statisch berechnet und statisch
berücksichtigt werden. Den gültigen Normen entsprechend müssen geeignete Bemessungskonzepte Sicherheitskriterien definieren um damit eine sichere Anwendung der Holz-Glas-Verbundbauweise zu gewährleisten.
Existierende Federmodelle zur Berechnung von Holz-Glas- Verbundkonstruktionen basieren einerseits allein auf einer Modellierung der Verformung des verwendeten Klebemittels aufgrund der auftretenden Schubkräfte (Berechnung der Schubspannung im Klebemittel), und
andererseits auf einer Modellierung der Stauchung der Verklotzungsmittel aufgrund der auftretenden Druckkräfte (Berechnung der Druckspannung im Verklotzungsmittel). Die über existierende Federmodelle berechenbaren Kopfverschiebungen, welche das maßgebende
Gebrauchstauglichkeitskriterium darstellen, ergeben sich ausschließlich aus der Gleitung des Klebemittels bzw. der Stauchung des Verklotzungsmittels. Dies mag für sehr weiche Klebstoffsysteme, bei denen die Verformungen aller anderen Bauteiikomponenten im Vergleich zu jenen der Klebesysteme vernachlässigbar klein werden, gültig sein, doch nicht für sehr steife
Verklotzungsmittel wie beispielsweise Epoxidharze oder semielastische Klebemittel wie beispielsweise Acrylate.
Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, die Nachteile der Konstruktionen aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine Verbundkonstruktion zu schaffen, die eine erhöhte horizontale bzw. vertikale Lastabtragsfähigkeit aufweist, die einfach in hohen Stückzahlen ohne übermäßigen Aufwand produziert werden kann, und für diese Konstruktion ein Verfahren zur Dimensionierung und Bemessung zu schaffen, welches es dem Fachmann erst erlaubt, die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion auf einfache Weise unter Einhaltung vorgegebener Sicherheitsschwellwerte zu fertigen.
Die erfindungsgemäß Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen einer Stirnseite der Glasscheibe und dem Koppelelement zumindest ein
Verklotzungsmittel nicht haftend anbringbar ist.
Zu diesem Zweck kann zwischen der Stirnseite der Glasscheibe und dem Koppelelement eine Fuge zum Einbringen des Verklotzungsmittels
vorgesehen sein. Durch das nicht haftende Einbringen des
Verklotzungsmittels wird eine Druckübertragung zwischen dem
Koppelelement und der Glasscheibe ermöglicht und gleichzeitig eine Übertragung von Zugkräften und Schubbeanspruchungen ausgeschlossen. Die Glasscheibe wird also primär auf Druck beansprucht, wodurch es erstmals möglich wird, die Glasscheibe materialgerecht als aussteifendes
Konstruktionselement zu verwenden.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zwischen dem
Verklotzungsm ittel und dem Koppelelement oder zwischen dem
Verklotzungsm ittel und der Stirnseite der Glasscheibe eine Trennschicht vorgesehen ist, um zu erreichen, dass zwischen dem Koppelelement und der Stirnseite der Glasscheibe keine Zugkräfte (oder Schubbeanspruchungen) übertragen werden. Diese Trennschicht kann insbesondere als Klebeband, Kunststofffolie, Metallfolie, Papier, Textilgewebe oder dergleichen ausgeführt sein. Die Dicke der Trennschicht spielt dabei keine Rolle, wesentlich ist deren Eigenschaft, zu verhindern, dass das Verklotzungsmittel an dem
Koppelelement haftet. Bei sehr dicken Trennschichten wäre jedoch die Federsteifigkeit der Trennschicht für die Dimensionierung zu berücksichtigen.
Vorzugsweise kann die Trennschicht an der dem Koppelelement
zugewandten Seite des Verklotzungsmittels angebracht sein, da die andere, der Glasscheibe zugewandte Seite des Verklotzungsmittels nicht vollflächig an der Glasscheibe anliegen kann, da die Glasscheibe möglicherweise unregelmäßig verlaufende Kanten aufweist (insbesondere bei der
Verwendung von Floatgias mit gebrochenen Kanten).
Die Elastizität des Verklotzungsmittels und die Schubsteifigkeit des
Klebemittels kann an den jeweiligen Anwendungsbereich und die
voraussichtlich zu übertragenden Horizontaikräfte angepasst werden. So kann beispielsweise für eine dünne Glasscheibe ein elastischeres
Verklotzungsmittel als für eine dicke Glasscheibe gewählt werden, um die Druckdiagonale zu entlasten und damit z.B. die Beulgefahr zu verringern. Das Verklotzungsmitiei kann vorzugsweise so ausgeformt sein, dass es einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Basis des Trapezes, also die längere Seite, dem Koppelelement zugewandt ist.
Das Koppelelement kann insbesondere als Koppelleiste ausgeführt sein. Koppelelement und/oder Rahmenkonstruktion können aus Holz, Kunststoff, oder aus anderen Materialien bestehen.
Zur Dimensionierung dieser erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion erstreckt sich die Erfindung weiters auf ein Verfahren weiches folgende Schritte umfasst:
i. Bestimmung der Einwirkungen für Scheiben- und
Plattenbeanspruchung sowie für Klimalasten;
ii. Bestimmung von Geometrie- und Materialparametem der
Konstruktionselemente;
iii. Berechnung äquivalenter Federsteifigkeiten der Konstruktion an Hand eines vereinfachten Federmodells;
iv. Bestimmung der Lastverteilung auf Schubfeld- und
Druckdiagonale;
v. Berechnung der Kopfverschiebung der Glasscheibe, der
Schubspannung im Klebemitte und der Druckspannung im Verklotzungsmittel unter Benutzung des vereinfachten
Federmodells;
vi. Prüfung ob alle berechneten Werte innerhalb vorab bestimmter Sicherheitsschranken liegen;
vit. Prüfung ob Widerstandswerte anderer Bauteilkomponenten (Glas, Verbindungsmittel, etc.) den Einwirkungen infolge Schubspannung im Klebemittel und Druckspannung im
Verklotzungsmittel genügen.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein Federmodell zugrunde gelegt werden, welches einen ersten Zweig zur Modellierung der Schubbeanspruchung des Klebemittels und einen zweiten, parallelen Zweig zur Modellierung der Druckbeanspruchung des Verklotzungsmittels umfasst.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass zur Modellierung der
Schubbeanspruchung des Klebemittels Federelemente zur Modellierung folgender Effekte vorgesehen sind:
s. Verformung des Klebemittels;
ii. Verformung des Koppeielements;
iii. Verformung der Verbindungsmittel;
iv. Verformung der Rahmenkonstruktion;
v. Verformung der Glasscheibe.
Weiters kann vorgesehen sein, dass zur Modellierung der
Druckbeanspruchung des Verklotzungsmittels Federelemente zur
Modellierung folgender Effekte vorgesehen sind:
i. Verformung der Glasscheibe;
ii. Verformung des Klebemittels und des Verklotzungsmittels; iii. Verformung der Verbindungsmittel;
iv. Verformung des Koppeielements;
v. Verformung der Rahmenkonstruktion;
vi. Verformung von Rahmengelenken der
Rahmenkonstruktion.
Insbesondere erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm welches ein erfindungsgemäßes Verfahren implementiert, und auf eine Verbundkonstruktion welche nach einem erfindungsgemäßen Verfahren dimensioniert wurde.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen. Es wird nun die gegenständliche Erfindung anhand exemplarischer
Ausführungsbeispiele näher besch eben. Es zeigen
Fig. 1 a: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Holz-Glas-Verbundkonstruktion;
Fig. 1 b: eine schematische Ansicht eines Details eines alternativen
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Holz-Glas- Verbundkonstruktion;
Fig. 2a den Querschnitt entlang der Linie ll-il in Fig. 1 b;
Fig. 2b den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Verkiotzungsm ittel ;
Fig. 3a: eine schematische Darstellung der Schubkräfte in einer
erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion ;
Fig. 3b: eine schematische Darstellung der Druckkräfte auf die
Verkiotzungsm ittel in einer erfindungsgemäßen
Verbundkonstruktion ;
Fig. 4: das vereinfachte Federmodell zur Verwendung in einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Dimensionierungsverfahrens;
Fig. 5: ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dimensionierungsverfahrens; Fig. 6: eine schematische Darstellung des Bemessungsdiagramms zur
Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 a zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieis einer erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion 1 . Die Verbundkonstruktion 1 umfasst eine Glasscheibe 2 und zumindest ein Koppelelement 3. Das Koppelelement 3 weist einen Vorsprung 8 auf, der zumindest in einem Bereich (beispielsweise in dem Bereich, in dem die Verkiotzungsm ittel angebracht werden) oder umlaufend über den Rand der Glasscheibe 2 hinausreicht, um das Koppelelement 3 an einer Rahmenkonstruktion 4 zu verbinden. Zu diesem Zweck verfügt das Koppelelement 3 über mehrere Verbindungsmittel 7, beispielsweise Schrauben, Stifte oder Nägel, mit denen das Koppelelement 3 an der Rahmenkonstruktion 4 befestigt werden kann.
Die Rahmenkonstruktion 4 umfasst weiters ein oder mehrere
Verbindungsmittel in Form von Rahmengelenken 15 in ihren Ecken. Zwischen der Glasscheibe 2 und dem Koppelelement 3 befindet sich eine Fuge 20 zum Einbringen des Verklotzungsm Ittels 10. Es können im Bereich des
Verklotzungsmittels 10 eine höhere Anzahl an Verbindungsmitteln 7 vorgesehen sein.
Die Glasscheibe 2 ist an dem Koppelelement 3, bzw. an den einzelnen Komponenten des Koppelelements 3, in der bekannten Art und Weise befestigt, insbesondere durch ein Klebemittel 6 in Form eines Klebstoffes oder dergleichen. Das Klebemitte! 6 ist umlaufend am Umfang einer Flachseite 5 der Glasscheibe angebracht.
Darüber hinaus ist der Vorsprung 8 des Koppelelements 3 derart ausgestaltet, dass er über die Ebene der Glasscheibe 2 hinausragt, wie dies im Schnitt II-II in Fig. 2a deutlich sichtbar ist. Dies erlaubt es, zwischen der Stirnseite 9 der Glasscheibe 2 und dem Vorsprung 8 des Koppelelements 3 ein
Verklotzungsmittel 10 nicht haftend anzubringen, weiches die Glasscheibe 2 mit dem Koppelement 3 verbindet. Somit erfolgt eine Verklotzung der
Glasscheibe 2 am Koppeielement 3, welche geeignet ist, Druckspannungen weiterzuleiten, Zug- und Schubbeanspruchungen jedoch nicht weiterleitet.
Fig. 1 b zeigt eine schematische Ansicht eines Details eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion 1 . In diesem Fall besteht die Glasscheibe 2 aus umfangsseitig gebrochenem Floatglas, was durch einen unregelmäßigen Kantenverlauf angedeutet ist. Entsprechend ist auch die Fuge 20 unregelmäßig. Beim Einfügen eines festen Verklotzungsmittels, wie beispielsweise eines Keils, würde dies zu
ungleichmäßiger punktueller Beanspruchung der Glasscheibe führen. Aus diesem Grund wird als Verklotzungsmittel 10 ein nachträglich aushärtender Nasskiebstoff, vorzugsweise ein Epoxidharzkleber, eingefügt, der sich an die unregelmäßige Kante der Glasscheibe anschmiegt und die zu übertragenden Kräfte gleichmäßig einkoppelt. Zwischen dem Verklotzungsmittel 10 und dem Koppelelement 3 ist eine Trennschicht 1 1 vorgesehen, die verhindert, dass das Verklotzungsmittel 10 an dem Koppelelement 3 haftet.
Fig. 2a zeigt den Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 b. Die
Verbundkonstruktion 1 umfasst eine Glasscheibe 2 mit einer Flachseite 5 und einer Stirnseite 9, sowie ein Koppelelement 3 und eine Rahmenkonstruktion 4. Die Flachseite 5 der Glasscheibe 2 ist über das Klebemittel 6 an dem
Koppelelement 3 angebracht, insbesondere damit verklebt. Diese Verklebung ist elastisch oder semielastisch und erlaubt eine gewisse Bewegung der Glasscheibe 2 in Bezug auf das Koppelelement 3. Das Koppelelement 3 ist über das Verbindungsmittel 7 mit dem Rahmengelenk verbunden. Welters verfügt das Koppelelement 3 im Bereich dieser Verbindung über einen
Vorsprung 8, der sowohl über den Rand der Glasscheibe 2 hinausgeht, als auch die Ebene der Glasscheibe 2 bei Ausführung des Klotzes gemäß Fig. 2b überragt. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, ein Verklotzungsmittel 10 zwischen der Stirnseite 9 der Glasscheibe 2 und dem Koppelelement 3 einzufügen. Dieses Verklotzungsmittel 10 kann vorzugsweise ein Klebstoff, beispielsweise ein Epoxidharzkleber sein. Um zu verhindern, dass das Verklotzungsmittel 10 am Vorsprung 8 des Koppelelements 3 haftet, ist in diesem Ausführungsbeispie! eine Trennschicht 1 1 vorgesehen, die
beispielsweise als Klebeband, Kunststofffolie, Metallfolie, Papier,
Textiigewebe oder dergleichen ausgeführt ist. Dadurch wird verhindert, dass sich Zugspannungen oder Schubspannungen auf die Glasscheibe übertragen. Die Verklotzungsmittel 10 können somit ausschließlich Druckspannungen auf die Glasscheibe 2 übertragen.
Fig. 3a zeigt eine schematische Darstellung der Schubspannungen 18 in der erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion bei Einleitung einer Horizontalkraft 17. Es bilden sich Schubspannungen 18 zwischen dem Koppeielement 3 und der Glasscheibe 2 aus, die in Richtung der schematisch eingezeichneten Pfeile verlaufen. Diese Schubspannungen 18 wirken direkt auf das Klebemittel 6 ein.
Fig. 3b zeigt eine schematische Darstellung der Druckkräfte 19 in der erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion bei Einleitung einer Horizontalkraft 17. Es bilden sich Druckkräfte 19 zwischen dem Koppelelement 3 und der Glasscheibe 2 aus, die in Richtung des schematisch eingezeichneten Pfeils verlaufen. Diese Druckkräfte 19 wirken direkt auf die Verklotzungsmittel 6 ein und können in der gezeichneten Art und Weise in horizontale und vertikale Komponenten aufgeteilt werden.
Fig. 4 zeigt das vereinfachte Federmodell 12 zur Dimensionierung bzw.
Berechnung der erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion beim Einwirken einer Horizontalkraft 17. Es wird unterschieden zwischen einem Zweig 13 zur Modellierung der Schubbeanspruchung des Klebemittels 6 und einem parallelgeschalteten Zweig 14 zur Modellierung der Druckbeanspruchung des Verklotzungsm Ittels.
Zur Modellierung der Schubbeanspruchung werden folgende Komponenten berücksichtigt, wobei die Federsteifigkeiten C flächenbezogen sind und die Einheit N/m2 aufweisen:
1. Die Gleitung des Klebemittels 6 längs des Koppelelements 3 wird durch folgende Formel berücksichtigt, wobei CTij eine äquivalente
Federsteifigkeit, G das Schubmodul längs des Klebemittels 6, bt die Breite des Klebemittels 6 und dx die Dicke des Klebemittels 6
bezeichnet: . Die Gleitung des Koppelelements 3 längs zur Rahmenkonstruktion 4 wird durch folgende Formel berücksichtigt, wobei CKLJ eine äquivalente Federsteifigkeit, GKL das Schubmodul des Koppeielements 3, b«i_ die Breite des Koppelements 3 und dKi_ die schubbeanspruchte Dicke des Koppelelements 3 bezeichnet:
CKL i ~ . Die Verformung der Verbindungsmittel 7 längs des Koppeielements 3 wird durch folgende Formel berücksichtigt, wobei m die Anzahl der Verbindungsmittel pro Längeneinheit, Kser das Verschiebungsmodul pro Scherfuge und Verbindungsmitte!, n die Anzahl der Verbindungsmittel des Koppeleiements und I die Länge des Koppelelements bezeichnet :
VM.l m * K s, er
Figure imgf000015_0001
In dieser Formel wird zur Berechnung von Kser die Dichte der
Rahmenkonstruktion PBSH und die Dichte des Koppelelements rKL gemittelt. Das Symbol dVM bezeichnet den Durchmesser des
Verbindungsmittels gemäß ÖNORM EN 1995-1 -1. , Die Gleitung der Rahmenkonstruktion 4 längs des Koppelelements 3 berechnet sich durch: r - Gr * bR
R'1 ~ ~d " wobei CRJI eine äquivalente Federsteifigkeit, GR das Schubmodul der Rahmenkonstruktion, bR die Breite der Rahmenkonstruktion und dR die Dicke der Rahmenkonstruktion bezeichnet. Die Verzerrung der Glasscheibe 2 berechnet sich aus folgender Gleichung, wobei CG,Y eine äquivalente Federsteifigkeit, GG das Schubmodui und tG die Dicke der Glasscheibe, hG die Höhe und IG Länge der Glasscheibe bezeichnet:
2 * Gg * tg
CG. 7 hg
l+hc/
Die Beschreibung der Verformungsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten durch Federsteifigkeiten ermöglicht nun eine Serienschaltung aller beteiligten Federn:
Figure imgf000016_0001
und damit eine Rückrechnung aller Systemelastizitäten in eine äquivalenter Federsteifigkeit des Klebemittels 6 aufgrund von Schubbeanspruchungen und damit eine Einführung eines äquivalenten Schubmoduls:
Figure imgf000016_0002
Analog werden zur Modellierung der Druckbeanspruchung der
Verklotzungsmittel 10 folgende Komponenten im Federmodel! berücksichtigt. Bei diesen Formeln wird für die Federsteifigkeiten C die Einheit N/m verwendet:
1 . Die Stauchung der Glasscheibe wird durch eine äquivalente
Federsteifigkeit CQ,E berechnet: la + hr2
Figure imgf000016_0003
wobei EG das Elastizitätsmodui der Glasscheibe, tG die Dicke der Glasscheibe, bD,G die Breite der Druckdiagonale (angenähert durch leff/4, mit leff als kleinerer Wert aus Länge und Höhe der Glasscheibe) und IG, hG die Länge und Höhe der Glasscheibe bezeichnen. Die Gleitung des Klebemittels und die Stauchung der Verklotzung werden durch äquivalente parallelgeschaltene Federsteifigkeiten C^q und Cc modelliert, wobei GT das Schubmodul des Klebemittels quer zur Klebefuge, Ec das Elastizitätsmodul des Verkiotzungsmittels, lc die Länge des Verkiotzungsmittels, dc die Dicke des Verkiotzungsmittels, BC,G und bC,H die Breite des Verkiotzungsmittels glas- und holzseitig, und bTl dx die Breite und Dicke des Klebemittels bezeichnen:
Figure imgf000017_0001
Die Verformung der Verbindungsmittei quer zum Koppelelement 3 wird durch die äquivalente Federsteifigkeit CVM,q berechnet, wobei nc die Anzahl der Verbindungsmittel innerhalb des Lastausbreitungswinkels des Koppelelements, PBSH und ρκι_ die Dichte der Rahmenkonstruktion und des Koppelelements, und dVwi den Durchmesser des
Verbindungsmittels bezeichnet: i,s d VM
CvM,q = nc * I<ser = nc * Λ/PBSH * PKL ' *
23 Die Gleitung des Koppelelements quer zur Längsachse wird durch folgende äquivalente Federsteifigkeit CKL,Q beschrieben, wobei G^ das Schubmodul des Koppelelements, ic die Länge des
Verkiotzungsmittels, b^ die Breite des Koppelelements, d^ die Dicke des Koppelelements, dx die Dicke des Klebemittels, und bCiH die holzseitige Breite des Verklotzungsmittels bezeichnet:
Die Stauchung des Koppelelements 3 wird durch folgende äquivalente Federsteifigkeit CK beschrieben, wobei EKL das Elastizitätsmodul, lc die Länge des Verklotzungsmittels, bKL die Breite des Koppelelements und bC,H die holzseitige Breite des Verklotzungsmittels ist:
Figure imgf000018_0001
Die Gleitung der Rahmenkonstruktion 4 quer zur Längsachse wird durch die äquivalente Federsteifigkeit CRtq berechnet, wobei GR das Schubmodul der Rahmenkonstruktion, lc die Länge des
Verklotzungsmittels, bR die Breite und dR die Dicke der
Rahmenkonstruktion bezeichnen:
CR Q
Die Biegung der Rahmenkonstruktion 4 (bestehend aus Pfosten und Riegein) wird durch die äquivalente Federsteifigkeit CR,B beschrieben, wobei I die Länge des Pfostens bzw. Riegels, E das Elastizitätsmodul der Rahmenkonstruktion, und ec den Abstand zwischen dem
Mittelpunkt des Verklotzungsmittels und der Glaskante bezeichnet. Diese Formel kann aus der Formel für die Biegelinie eines gelenkig gelagerten, mit einer Einzelkraft asymmetrisch belasteten
Einfeldträgers hergeleitet werden: 8. Die Dehnung der Rahmenkonstruktion 4 wird durch die äquivalente Federsteif igkeit CR,e beschrieben, wobei ER den Elastizitätsmodul der Rahmenkonstruktion, dR die Dicke der Rahmenkonstruktion, n die Breite der Rahmenkonstruktion und ho die Höhe der Glasscheibe bezeichnet:
_ ER * dR * bR 2
9. Die Verformung eines Verbindungsmittels im Rahmeneck,
insbesondere des Rahmengelenks 15, wird durch die äquivalente Federsteifigkeit CRG modelliert, wobei nV ,RG die Anzahl der
Verbindungsmittel im Rahmeneck, dv den Durchmesser des Verbindungsmittels und PBSH die Dichte der Rahmenkonstruktion bezeichnet:
CRG ~ TLVMJR G * KSER — TIVM.RG * PBSH _
Aus diesen Federsteifigkeiten für das Federmodell der Druckdiagonale können nun die äquivalente Federsteifigkeit Cc,äq der horizontal und vertikal wirkenden Klötze berechnet werd
Figure imgf000019_0001
in dieser Formel steht der Index i für "V" oder "H". Cc äq,v = Kv beschreibt die Federsteifigkeit des vertikal wirkenden Klotzes, welche z.B. infolge unterschiedlicher Federsteifigkeiten der Pfosten- bzw. Riegelbiegung von CCiäq,H = KH, der Federsteifigkeit des horizontal wirkenden Klotzes, bei nicht quadratischen Glasscheiben abweicht. Daraus ergeben sich äquivalente Elastizitätsmodule Egqj für die horizontal und vertikal wirkenden Klötze:
dc Über die nachfolgende Formel kann unter vereinfachender Annahme gleicher Federsteifigkeiten der Schubverklebung längs und quer zur Fuge die
Systemsteifigkeit des Schubfeldes errechnet werden:
Figure imgf000020_0001
Über die nachfolgende Formel kann die Systemsteifigkeit der Druckdiagonale errechnet werden:
Figure imgf000020_0002
Die Variable ec steht dabei auch gemäß Fig. 1 a für den Abstand zwischen Giaskante und dem Mittelpunkt des Klotzes, welcher sich auf der kürzeren Seite der Glasscheibe befändet.
Über die Systemsteifigkeit des Schubfeldes Κτ und der Systemsteifigkeit der Druckdiagonale Kc kann nun ein Zusammenhang zwischen der angreifenden Horizontalkraft H und der Kopfverschiebung der Glasscheibe Uk gebildet werden. Die Lastverteilung auf Schubfeld- und Druckdiagonale kann bestimmt werden:
Ii = Uk * (I<schub + ^Diagonale)
wobei KSchub für Kt und KDjagonaie für Kc durch die oben berechneten
materialabhängigen Systemsteifigkeiten bestimmt sind. Diese Gleichung ist auch in Fig. 4 angegeben, wobei KSchub durch Κτ und KDiag0naie durch Kc bezeichnet ist. Das Symbol kge0i1 in Fig. 4 steht für alle Faktoren außer k in der Gleichung für Kx und kge0,2 für alle Faktoren außer Kv und KH in der Gleichung für Kc.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dimensionierungsverfahrens. Zunächst werden die Einwirkungen für Scheiben- und Plattenbeanspruchungen sowie für
Klimaiasten bestimmt und die Materialgeometrien und Materialparameter gewählt. Dazu zählen insbesondere das Elastizitätsmodul der Verkiotzung, das Schubmodul der Verklebung, die Klotzlänge, und die abzuleitende
Horizontalkraft. Danach werden wie oben beschrieben die äquivalenten Federsteäfigkeiten berechnet, die Lastverteilung auf Schubfeld und
Druckdiagonale bestimmt und daraus die Werte für die zu erwartende
Kopfverschiebung, die Schubspannung im Klebemittel 6 und die
Druckspannung im Verklotzungsmittei 10 berechnet. Danach werden die Einwirkungen infolge Schubspannungen im Klebemittel und
Druckspannungen im Verklotzungsmittei auf alle übrigen Bauteilkomponenten bestimmt. Liegen alle Werte bei Vergleich mit vorgegebenen
Sicherheitsschranken im sicheren Bereich, so wird geprüft, ob die
Widerstandswerte anderer Bauteilkomponenten den Einwirkungen infolge Schubspannung im Klebemittel und Druckspannung im Verklotzungsmittei genügen. Ist dies der Fall, dann ist die Dimensionierung abgeschlossen, ansonsten werden die Materialparameter angepasst und das Verfahren beginnt von vorne.
Um dieses Verfahren für den Praktiker zu vereinfachen, ist vorgesehen, ein zweidimensionales Bemessungsdiagramm vorab zu berechnen, welches vereinfachend davon ausgeht, dass die äquivalente Federsteifigkeit der horizontal wirkenden Klötze KH gleich der äquivalenten Federsteifigkeit der vertikal wirkenden Klötze Kv ist.
Die gesuchten Größen, also die Kopfverschiebung u, die Schubspannung im Klebemittel und die Druckspannung im Verklotzungsmittei sind Funktionen der Horizontalkraft H sowie der oben berechneten äquivalenten Elastizitäts- bzw. Schubmodule Eäq (E) bzw. Gaq (G):
{ u, τ, ac }=/(H, E, G )
Es ist jedoch nicht möglich, ein Diagramm in zwei Achsen zu erstellen, aus dem die gesuchten Größen direkt abgelesen werden können. Die Anzahl der Variablen kann aber auf 1 reduziert werden, wenn H auf konstant 1 kN/m gesetzt und nur der Verhältniswert Eäq/Gäq berücksichtigt wird. Somit kann auf der Abszisse der Wert von Eäq Gäq aufgetragen werden, und auf der Ordinate eine Hilfsgröße unter Verwendung von G = 1 IM/mm2 und H = 1kN/m. In einem weiteren Schritt kann dann aus dieser Hiifsgröße die gesuchten Größen bestimmen, wobei gilt: u = /(E:G) x ku mit ku =/(G,H) = const.
τ =/(E:G) x kx mit kt =/(G,H) = const.
oc = /(E:G) x ka mit ka = (G,H) = const.
Die Kurven zur Ermittlung der Kopfverschiebung u und der Schubspannung im Klebemittel sind identisch, unterscheiden sich also nur durch den
Korrekturfaktor.
Weiters gilt, dass bei größerer Teilsystemsteifigkeit der Druckdiagonale gegenüber der Teilsystemsteifigkeit der Schubspannung die Druckdiagonale auch einen größeren Anteil an der Lastabtragung übernimmt, und umgekehrt. Somit ist der Verlauf von τ = f(E:G) invers zum Verlauf von σ0 = f(E:G). Es kann aiso hier eine einzige Kurve zur Ermittlung beider Werte herangezogen werden.
Demnach ist ein zweiachsiges Diagramm ausreichend, aus dem eine
Hilfsgröße abgelesen wird, die alle geometrischen Systemgrößen sowie die Steifigkeiten des Systems beinhaltet. Zur Ermittlung der gesuchten Größen kann dann die so ermittelte Hiifsgrö e mit einem Skalierfaktor multipliziert werden, der die tatsächiichen Größen von G und H beinhaltet.
Um die Methode weiter zu vereinfachen wird im Diagramm nach Fig. 6 eine invers verlaufende Ordinate eingeführt, aus der die durch die Druckdiagonale aufgenommene Horizontalkraft H direkt abgelesen werden kann. Auf der linksseitigen Ordinate wird der Hilfswert u* abgelesen, und die gesuchten Werte für die Systemverschiebung und die Schubspannung ergibt sich aus den Werten für Eäq (E) und Häq (H) sowie einem Korrekturfaktor wie folgt:
Systemverschiebung: uSystem = U* ' ^ IQ
Schubspannung: TFUGE = u*/ 13,886
Mit einer Kurve kann jeweils nur eine bestimmte geometrische
Systemkonfiguration berücksichtigt werden. Um verschiedene Klotzlängen berücksichtigen zu können, sind mehrere Kurven in einem Diagramm nötig, wie dies in Fig. 6 für verschiedene Längen des Verklotzungsm ittels gezeigt ist. Zunächst wird die Kurve für gewählte Verklotzung bei E/G geschnitten. Es ergibt sich ein Wert für u*. Daraus kann direkt die Systemverschiebung und die Schubspannung aus obigen Formeln bestimmt werden. Schließlich kann die Horizontalkraft Hc, die durch die Verklotzung aufgenommen wird, direkt abgelesen werden.
Alle zuvor in den Federsteifigkeiten berücksichtigten Bauteilkomponenten bieten den Beanspruchungen infolge Lastabtrag über Schubfeld und
Druckdiagonale gewisse Widerstände, welche mittels materialspezifischer, normativer Grundlagen bestimmt werden können. Der kleinste Widerstand jener Bauteilkomponenten, die infolge Lastabtrag über Druckdiagonale aktiviert werden, kann in eine maximale Horizontalkraftbeanspruchbarkeit der Druckdiagonale Hc,max umgerechnet werden. Es ergibt sich so eine obere Schranke für die rechte Ordinate in Fig. 6.
Der kleinste Widerstand jener Bauteilkomponenten, die infolge Lastabtrag über Schubfeld aktiviert werden, kann in eine maximale
Horizontalkraftbeanspruchbarkeit des Schubfeldes Ht>max umgerechnet werden, worüber die maximal zulässige Schubspannung in der
Schubverklebung tmax berechnet werden kann. Unter Annahme gleich großer Schubfedersteifigkeiten längs und quer zur Fuge kann ein direkter
Zusammenhang zwischen Gleitung der Klebefuge und Kopfverschiebung der Holz-Gias-Verbundscheibe festgestellt werden und damit auch xmax mit der Kopfverschiebung uk verknüpft werden. Damit wird aus dem kleinsten
Widerstand der aktivierten Bauteilkomponenten und dem
Gebrauchstauglichkeitskriterium der Kopfverschtebung ein Wert u* max abgeleitet, der die untere Schranke auf der linken Ordinate in Fig. 6 darstellt.
Die Einzeichnung von Sicherheitsgrenzen, die nicht unter- bzw. überschritten werden dürfen, ermöglicht es dem Konstrukteur nun auf einen Blick, festzustellen, ob seine gewählten Material- und Geometrieparameter unter Einhaltung der Sicherheitsbestimmungen infolge aller Bauteilkomponenten technisch möglich sind.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele. Einzelne Teile können in den Figuren aus Zwecken der Verständlichkeit unmaßstäblich vergrößert dargestellt sein. Weitere dem Erfindungsgedanken entsprechende Ausführungen ergeben sich auch aus Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale, die aus, der gesamten Beschreibung, den Figuren und/oder den Ansprüchen zu entnehmen sind. Somit sind auch Ausführungen offenbart, die aus Kombinationen von Merkmaien bestehen, die aus unterschiedlichen Ausführungsbeispieien stammen. Weiters beschränkt sich die Erfindung nicht auf die angeführten Formeln sondern umfasst auch Abwandlungen davon, die sich innerhalb des erfinderischen Konzepts bewegen.
Bezugszeichenliste
1 Verbundkonstruktion
2 Glasscheibe
3 Koppelelement
4 Rahmenkonstruktion
5 Flachseite
6 Klebemittel
7 Verbindungsmittel
8 Vorsprung
9 Stirnseite
10 Verklotzungsmitte!
1 1 Trennschicht
12 Federmodell
13 Zweig zur Modellierung der Schubbeanspruchung des Klebemittels
14 Zweig zur Modellierung der Druckbeanspruchung des
Verklotzungsm Ittels
15 Rahmengelenke
16 Bemessungsdiagramm
17 Horizontalkraft
18 Schubkraft
19 Druckkraft
20 Fuge

Claims

Patentansprüche
1. Verbundkonstruktion (1 ) aus einer Glasscheibe (2) und einer
Rahmenkonstruktion (4), wobei die Glasscheibe (2) umfangsseitig an einer Flachseite (5) über ein Klebemittel (6) mit einem, mit der Rahmenkonstruktion (4) verbindbaren Koppelelement (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stirnseite (9) der Glasscheibe (2) und dem Koppelelement (3) zumindest ein Verklotzungsmittel (10) nicht haftend anbringbar ist.
2. Verbundkonstruktion nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verklotzungsmittel (10) und dem Koppelement (3) eine Trennschicht (1 1 ) vorgesehen ist.
3. Verbundkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennschicht (11 ) als Klebeband, Kunststofffolie, Metallfolie, Papier,
Textilgewebe oder dergleichen ausgeführt ist.
4. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (2) als Floatglas mit gebrochenen Kanten, als thermisch vorgespanntes Glas oder als Verbundsicherheitsglas ausgeführt ist.
5. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verklotzungsmittel (1 0) abschnittsweise oder umlaufend in Form eines nachträglich aushärtenden Flüssigkiebstoffes ausgeführt ist.
6. Verbundkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verklotzungsmittel (10) als semielastisches Klebemittel, insbesondere als Acrylat, oder als Epoxidharz ausgeführt ist.
7. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion (3) Holz, Metall, Kunststoff oder einen Verbund dieser Werkstoffe umfasst.
8. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Klebemittel (6) in Form einer Klebstoffschicht aus Silikonkleber oder Acrylatkleber, oder als Klebeband ausgeführt ist.
9. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Koppelelement (3) als Koppelleiste mit einer im wesentlichen rechtwinkelig vorspringenden Anlegekante ausgeführt ist.
10. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verklotzungsmittel (10) einen trapezförmigen
Querschnitt aufweist, wobei die Basis des Trapezes vorzugsweise dem
Koppelelement (3) zugewandt ist.
1 1. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der Stirnseite jedes Verklotzungsmittels (10) und den Stirnseiten der Glasscheibe (2) ein Sicherheitsabstand herrscht, um die Ecke der Glasscheibe (2) nicht übermäßig zu beanspruchen.
12. Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass in jeder Ecke der Glasscheibe ein oder zwei
Verklotzungsmittel (10) vorgesehen sind.
13. Verfahren zur Dimensionierung einer Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
i. die Einwirkungen für Scheiben- und Plattenbeanspruchungen sowie für Klimalasten bestimmt werden:
ii. Geometrie- und Materialparameter sämtlicher
Konstruktionseiemente gewählt oder bestimmt werden;
iii. an Hand eines vereinfachten Federmodells (12) äquivalente
Federsteifigkeiten der Konstruktion bestimmt werden;
iv. die Lastverteilung auf Schubfeld- und Druckdiagonale bestimmt wird;
v. an Hand der äquivalenten Federsteifigkeiten die Kopfverschiebung der Glasscheibe, die Schubspannung im Klebemittel und die Druckspannung im Verklotzungsmittel bestimmt werden;
vi. geprüft wird, ob alle berechneten Werte innerhalb vorab bestimmter Sicherheitsschranken liegen; und
vii. geprüft wird, ob die Widerstandswerte anderer Bauteilkomponenten den Einwirkungen infolge Schubspannung im Klebemitte! und Druckspannung im Verklotzungsmittel genügen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das vereinfachte Federmodell (12) einen Zweig (13) zur Modellierung der Schubbeanspruchung des Klebemittels (6) und einen zweiten, parallelen Zweig (14) zur Modellierung der Druckbeanspruchung des Verklotzungsmittels (10) umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus den äquivalenten Federsteifigkeiten ein äquivalentes Schubmodul des Klebemittels und ein äquivalentes Elastizitätsmodul des Verklotzungsmittels berechnet wird, und diese Werte in Folge zur Dimensionierung herangezogen werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Modellierung der Schubbeanspruchung des Klebemittels (6) Federelemente zur Modellierung folgender Effekte vorgesehen sind:
i. Gleitung des Klebemittels (6);
ii. Gleitung des Koppelements (3); iii. Verformung der Verbindungsmittel (7);
iv. Gleitung der Rahmenkonstruktion (4);
v. Verzerrung der Glasscheibe (2).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Modellierung der Druckbeanspruchung des Verklotzungsmittels (10)
Federelemente zur Modellierung folgender Effekte vorgesehen sind:
i. Stauchung der Glasscheibe (2);
ii. Gleitung des Klebemittels (3) und Stauchung des
Verklotzungsmittels (10);
iii. Verformung der Verbindungsmittel (7);
iv. Gleitung des Koppelelements (3);
v. Stauchung des Koppelelements (3)
vi. Gleitung der Rahmenkonstruktion (4);
vü. Biegung der Rahmenkonstruktion (4);
viii. Dehnung der Rahmenkonstruktion (4);
ix. Verformung von Verbindungsmitteln im Rahmeneck, insbesondere Rahmengelenken (15).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung Verfahrens ein vorab berechnetes zweidimensionales
Bemessungsdäagramm (16) verwendet wird.
19. Computerprogramm welches ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 1 8 implementiert.
20. Verbundkonstruktion (1 ), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19
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