Einleitung von Normalkräften in Tragelemente aus Glas

AuszugDie Bedeutung von Glas als transparenter Konstruktionswerkstoff hat in den vergangenen Jahren sichtbar zugenommen. Wurden Glasscheiben früher ausschließlich als lichtdurchlässige Elemente mit untergeordneter Tragfunktion eingesetzt, werden sie heute zunehmend auch als Element des Primärtragwerks genutzt. Sie werden dabei in ihrer Ebene belastet und wirken nun zusätzlich zu ihrer ursprünglichen Funktion auch im statischen Sinne als Scheibe. Auf diese Weise sind in jüngster Zeit filigrane Tragwerke entstanden, die die Leistungsfähigkeit von Glas als Baustoff eindrucksvoll unter Beweis stellen. Tragsicherheit und Wirtschaftlichkeit solcher Glastragwerke hängen wesentlich von der Berücksichtigung der spezifischen Werkstoffeigenschaften ab. Glas verhält sich in guter Näherung elastisch bis zum Bruch. Spannungskonzentrationen an Kerben werden deshalb, anders als bei duktilen Werkstoffen wie beispielsweise Stahl, nicht durch plastische Verformungen abgebaut. Daher besitzt Glas eine stark streuende Zugfestigkeit, während seine Druckfestigkeit so hoch ist, dass sie für die Bemessung üblicherweise irrelevant ist. Auch die Resttragfähigkeit geschädigter Verglasungen, die sich durch das Laminieren mehrerer Einzeltafeln zu einem Verbundsicherheitsglas ergibt, ist aufgrund des Verhaltens der Verbundfolie bei Zugbeanspruchung erheblich kleiner als bei Wirkung von Druckkräften. Offensichtlich wird eine Verwendung der Glasscheibe als vorwiegend druckbeanspruchtes Tragglied dem Werkstoffverhalten von Glas am ehesten gerecht. Die vorgespannte Schale in Abbildung 1.1 (links) zeigt, dass dabei der Stahlanteil reduziert und eine hohe Transparenz erzeugt wird. Diese Wirkung wird konsequent und unabhängig von der Tragwerksform erreicht, wenn das Haupttragwerk als fachwerkartiges System ausgebildet wird. Nach diesem Konstruktionsprinzip, das als „Stahlglas“-Bauweise bezeichnet wird, werden die zugbeanspruchten Streben des gedachten Fachwerks den Stahlstäben zugewiesen, während Druckgurt und Druckdiagonalen in den Glasscheiben verlaufen ([Maier 2005]). Beispielhaft für Tragwerke nach der Stahlglas-Bauweise sind die Brüstungen der in Abbildung 1.1 (rechts) dargestellten Treppe. Beiden Tragwerken in Abbildung 1.1 ist gemeinsam, dass die Druckkräfte in den Knotenpunkten als konzentrierte Einzellasten in die Scheibenkante eingeleitet werden. Die Kraftübertragung erfolgt dabei durch den Kontakt zwischen der Glaskante und einer Klotzungskonstruktion.