Livo_Statischer Nachweis

ATJ Vordach LIVO

Statischer Nachweis der Überkopfverglasung und Ermittlung der Dübellasten

Projekt: P-25-02 Bericht: P-25-02 Datum: 10. Januar 2003

PSP Technologien im Bauwesen GmbH • Lagerhausstraße 27 • D-52064 Aachen • Tel.: +49 241 80 29412 Fax: +49 241 80 22410 • Email: [email protected]

Inhalt Seite

1 Anlass ............................................................................................................. 2

2 Beschreibung der zu untersuchenden Glasbauteile .................................. 3

2.1 Vordach LIVO mit 2 Auslegern ..................................................................... 5

2.2 Vordach LIVO mit 3 Auslegern ..................................................................... 7

3 Lastannahmen................................................................................................ 9

4 Lastfallkombinationen................................................................................. 10

5 Statischer Nachweis .................................................................................... 10

5.1 Vordach LIVO mit 2 Auslegern ................................................................... 11

5.1.1 Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 1400 x 1200 [mm]............ 11

5.1.2 Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 1800 x 1200 [mm] ............ 12

5.2 Vordach LIVO mit 3 Auslegern ................................................................... 13

5.2.1 Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 2100 x 1200 [mm]............ 13

5.2.2 Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 2900 x 1200 [mm] ............ 14

6 Maximale Dübellasten.................................................................................. 15

6.1 Berechnung der Dübellasten ...................................................................... 15

6.1.1 Richtung des Winddrucks .............................................................................. 15

6.1.2 Richtung des Windsogs ................................................................................. 15

7 Zusammenfassung ...................................................................................... 17

Dipl.-Ing. M. Pilsl Dipl.-Ing. M. Baitinger

Aachen, den 10. Januar 2003

ATJ Vordach LIVO Bericht P-25-02 Statischer Nachweis der Überkopfverglasung, Ermittlung der Dübellasten Seite 2

PSP Technologien im Bauwesen GmbH•Aachen•Tel.+49 241 80 29412 Fax:+49 241 80 22410•Email:[email protected]

1 Anlass

Die Firma ATJ Jürgen Pauli Systembauteile GmbH in Ruppichteroth hat die Firma PSP-Technologien im Bauwesen GmbH in Aachen beauftragt, die Überkopfverglasung des Vordaches LIVO statisch nachzuweisen sowie die Dübellasten zu ermitteln.

Das Vordach LIVO ist mit 2 oder mit 3 Auslegern einbaubar. Je Ausführungsart werden zwei Scheibenformate untersucht. Die Verglasung ist rechteckförmig. Die kleinen Scheibenformate bestehen aus Verbundsicherheitsglas (VSG) aus 2 x 8 mm Float, die großen Scheibenformate aus VSG aus 2 x 8 mm TVG. Die Zwischenschicht muss aus vierfach PVB-Folie bestehen (entspricht 1,52 mm). Sowohl in Winddruck- als auch in Windsogrichtung werden die Scheiben vierfach punktgehalten (bei 2 Auslegern) bzw. sechsfach punktgehalten (bei 3 Auslegern). Die statische Berechnung wurde geführt für Bauwerkshöhen bis 8 m. Die Dachneigung beträgt 7°.

Im Folgenden werden weder die Unterkonstruktion noch die Halterungen nachgewiesen. Der Nachweis wurde geführt mit der Annahme einer ausreichend bemessenen Unterkonstruktion und Halterung. Glas/Stahl-Kontakte sowie Glas/Glas-Kontakte sind dauerhaft zu vermeiden. Bei dem Vordach LIVO handelt es sich um ein Zustimmungspflichtiges Bauprodukt. Das Resttragfähigkeitsverhalten wird hier nicht untersucht oder bewertet.

Das Vordach darf nicht betreten werden (auch nicht zu Reinigungszwecken).

Dem Standsicherheitsnachweis liegen insbesondere die folgenden technischen Baubestimmungen zugrunde:

• DIN 1055 Teil 1 (7.78), Teil 5 (6.75), Teil 4 (8.86)

• ENV 1991-2-3:1994

• Technische Richtlinie für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen (TRLV, Fassung September 1998)

• Australian /New Zealand Standard; DR 99419, Part 2: Wind actions (Draft)

Antragsteller: ATJ Jürgen Pauli Systembauteile GmbH Schulstraße 38 53809 Ruppichteroth

Bauprodukt/Bauart: Überkopfverglasung des Vordachs LIVO (nicht betretbar)

Glasgutachter: Prof. Dr.-Ing. G. Sedlacek Dipl.-Ing. M. Baitinger PSP Technologien im Bauwesen GmbH Lagerhausstraße 27 D-52064 Aachen



2 Beschreibung der zu untersuchenden Glasbauteile

Im Folgenden wird ein Schnitt durch den Ausleger dargestellt (Bild 1). Ein Detail des vorderen Auflagers in Windsogrichtung ist in Bild 2 zu sehen, in Winddruckrichtung in Bild 3. Bild 4 zeigt das Detail des hinteren Auflagers in Winddruck- und Windsogrichtung.

Untersucht wurden insgesamt 4 Scheibenformate, die sich im Glasaufbau und in der Lagerungsart unterscheiden. Diese sind im Grundriss in den Bildern Bild 5 bis Bild 8 schematisch dargestellt.

Bild 1 Längsschnitt des Auslegers

Bild 2 Schnitt und Detail vordere Halterung in Windsogrichtung, Breite mind. 30 mm EPDM-Einlage zwischen Auflager und Glas muss mechanisch an der Unterkonstruktion befestigt sein



Bild 3 Schnitt und Detail vorderes Auflager in Winddruckrichtung, EPDM-Einlage auf Unterkonstruktion geschraubt

Bild 4 Schnitt und Detail hinteres Auflager in Winddruck- und Windsogrichtung, EPDM-Einlage zwischen Auflager und Glas muss mechanisch an der Unterkonstruktion befestigt sein

Anmerkung: Da es sich bei dem Bauteil um ein nicht geregeltes Bauprodukt handelt, bedarf es einer Zustimmung im Einzelfall hinsichtlich des Resttragfähigkeitsverhaltens.



Folgende Überkopfverglasung wird untersucht:

2.1 Vordach LIVO mit 2 Auslegern

Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 1400 x 1200 [mm]

Abmessungen 1400 x 1200 [mm] (Bild 5)

Dachneigung α = 7°

Lagerung

in Winddruckrichtung: an 4 Punkten aufgelegt (kreisförmige Fläche)

in Windsogrichtung: an 4 Punkten geklemmt

Glasaufbau: 16 mm VSG aus: 8 mm Float 1,52 mm PVB 8 mm Float

Nachweis: statische Berechnung

Tabelle 1 Zu untersuchende Verglasung Scheibenformat 1400 x 1200 [mm]

Bild 5 Abmessungen und Aufbau der zu untersuchenden Überkopfverglasung Scheibenformat 1400 x 1200 [mm]



Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 1800 x 1200 [mm]



Lagerung



Glasaufbau: 16 mm VSG aus: 8 mm TVG 1,52 mm PVB 8 mm TVG







Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 2100 x 1200 [mm]



Lagerung



Glasaufbau: 16 mm VSG aus: 8 mm Float 1,52 mm PVB 8 mm Float






Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 2900 x 1200 [mm]



Lagerung



Glasaufbau: 16 mm VSG aus: 8 mm TVG 1,52 mm PVB 8 mm TVG






3 Lastannahmen

Eigengewicht nach DIN 1055 Teil 1:

gG = ρG x tG

2 x 0,008 m x 25 kN/m³ x cos α = 0,4 x cos 7° g = 0,4 kN/m²

Gleichmäßig verteilte Schneelast nach DIN 1055 Teil 5:

für Schneelastzone I, Geländehöhe über NN ≤ 600 m

für Schneelastzone II, Geländehöhe über NN ≤ 500 m

für Schneelastzone III, Geländehöhe über NN ≤ 400 m

für Schneelastzone IV, Geländehöhe über NN ≤ 200 m

s = 1,0 kN/m² x cos 7° s = 0,99 kN/m²

Für Dachneigungen < 30° wird keine Abminderung der Regelschneelast vorgenommen.

αvorh = 7° < 30° => keine Abminderung

Windlast:

Staudruck nach DIN 1055 Teil 4, für Bauwerkshöhen h ≤ 8 m:

Staudruck für h ≤ 8 m: q = 0,5 kN/m²

Druck- und Sogbeiwerte nach Australian /New Zealand Standard; DR 99419, Part 2: Wind actions (Draft)

Druckbeiwerte für Vordachhöhen zwischen 100% und 20% der Bauwerkshöhe:

Windsog: cp = -1,5

Winddruck: cp = 0,7

Max. Windlast:

Windsog = cp · q = -1,5 · 0,5 = wS = - 0,75 kN/m²

Winddruck = 1,25 · cp · q = 1,25 · 0,7 · 0,5 = wD = 0,44 kN/m²



4 Lastfallkombinationen

Die Lasten aus Eigengewicht, Schneelast und Windlast sind zu überlagern. Dafür müssen zwei Lastfallkombinationen untersucht werden.

Lastfallkombination 1:

qLFK1 = Eigengewicht + gleichmäßig verteilte Schneelast + ½Windlast

= 0,4 + 0,99 + ½ · 0,44 = 1,61 kN/m²


qLFK2 = Eigengewicht + ½gleichmäßig verteilte Schneelast + Windlast

= 0,4 + ½ · 0,99 + 0,44 = 1,34 kN/m² nicht maßgebend


qLFK3 = Eigengewicht + Windsog

= 0,4 – 0,75 = -0,35 kN/m²

Nach TRLV (Fassung September 1998) darf bei Standsicherheits- und Durchbiegungsnachweisen von VSG ein günstig wirkender Schubverbund der Scheiben nicht berücksichtigt werden. Die Lasten werden je zur Hälfte auf die Einzelscheiben verteilt.

Die Lagerung der Scheiben unterscheidet sich in Druck- und Sogrichtung. Deshalb müssen sowohl Lastfallkombinationen 1 als auch Lastfallkombination 3 untersucht werden (LFK 2 ist nicht maßgebend).

5 Statischer Nachweis

Zur Berechnung der Hauptzugspannungen und der Durchbiegungen wird das FEM-Programm MEPLA verwendet. Die Glasscheibe wurde mit dreidimensionalen 9-Knoten-Schalenelementen diskretisiert. Die Glasscheiben der Überkopfverglasung sind in Winddruck- und Windsogrichtung vierfach punktgehalten.

Die Nachweise werden unter Beachtung der „Technischen Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen“ (Fassung September 1998) geführt. Die zulässigen Spannungen werden diesen Regeln entnommen.

Die zulässige Zugspannung für Floatglas beträgt: Fzul = 15 N/mm² Die zulässige Zugspannung für TVG beträgt: Fzul = 29 N/mm²

Für punktförmig gelagerte Scheiben darf die maximale Durchbiegung fmax = L / 100 nicht überschreiten. mit L: min. Stützweite zwischen den punktförmigen Lagerungen




5.1.1 Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 1400 x 1200 [mm]

5.1.1.1 Lastfallkombination 1

Belastung: Eigengewicht g = 0,4 kN/m²

gleichmäßig verteilte Schneelast s = 0,99 kN/m²

½ Winddruck ½ wD = 0,22 kN/m²

Bei maximaler Belastung ergeben sich folgende Hauptzugspannungen.

Bild 9 2 x 8 mm Float, Format 1400 x 1200 [mm], max. Hauptzugspannungen LFK 1

Fmax = 14,7 N/mm² = Fzul = 15 N/mm²

fmax = 8,5 mm ≤ fzul = 1200/100 = 12 mm Nachweis erbracht



Windsog wS = -0,75 kN/m²



Fmax = 3,6 N/mm² ≤ Fzul = 15 N/ mm² fmax = -2,6 mm ≤ fzul = 1200/100 = 12 mm

Nachweis erbracht



5.1.2 Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 1800 x 1200 [mm]






Bild 11 2 x 8 mm TVG, Format 1800 x 1200 [mm], max. Hauptzugspannungen LFK 1

Fmax = 15,2 N/mm² < Fzul = 29 N/mm² fmax = 9,6 mm < fzul = 1060/100 = 10,6 mm

Nachweis erbracht



Windsog w = -0,75 kN/m²



Fmax = 4,8 N/mm² < Fzul = 29 N/ mm² fmax = -2,9 mm < fzul = 1060/100 = 10,6 mm

Nachweis erbracht




5.2.1 Verglasung aus 2 x 8 mm Float - Scheibenformat 2100 x 1200 [mm]







Fmax = 12,0 N/mm² = Fzul = 15 N/mm²

fmax = 3,0 mm ≤ fzul = 800/100 = 8 mm Nachweis erbracht



Windsog wS = -0,75 kN/m²



Fmax = 3,9 N/mm² ≤ Fzul = 15 N/ mm² fmax = -1,7 mm ≤ fzul = 800/100 = 8 mm

Nachweis erbracht



5.2.2 Verglasung aus 2 x 8 mm TVG - Scheibenformat 2900 x 1200 [mm]







Fmax = 24,6 N/mm² < Fzul = 29 N/mm² fmax = 5,1 mm < fzul = 1060/100 = 10,6 mm

Nachweis erbracht



Windsog w = -0,75 kN/m²



Fmax = 7,5 N/mm² < Fzul = 29 N/ mm² fmax = -2,2 mm < fzul = 1060/100 = 10,6 mm

Nachweis erbracht



6 Maximale Dübellasten

Im Folgenden werden die maximalen Dübellasten für die Lastfälle Eigengewicht (g), Winddruck (w+), Windsog (w-) und Schneelast (s) angegeben. Maßgebend ist die Dübellast des mittleren Trägers des Scheibenformats 4 (B x H = 2900 x 1200 [mm]). Dieser muss 46,2 % der gesamten Auflast abtragen.

Auf dem mittleren Träger wirken folgende Streckenlasten p:

g = 0,4 kN/m² x 2,9 m x 0,462 = 0,53 kN/m

w+ = 0,44 kN/m² x 2,9 m x 0,462 = 0,59 kN/m

s = 0,99 kN/m² x 2,9 m x 0,462 = 1,33 kN/m

w- = -0,75 kN/m² x 2,9 m x 0,462 = 1,00 kN/m

6.1 Berechnung der Dübellasten

6.1.1 Richtung des Winddrucks

Bild 17 Statisches System des mittleren Auslegers in Winddruckrichtung

MAuflager = A x (990 + 30) + B x 30

6.1.2 Richtung des Windsogs

Bild 18 Statisches System des mittleren Auslegers in Windsogrichtung

MAuflager = -A x (1170 + 15) – B x 15



Bild 19 Ansicht des Festhaltepunktes: Abstand der Dübel (vertikal) = 160 mm

Auszugkraft Dübel = (MAuflager / 160 mm) / 2

Auflagerkraft Punkthalter

Moment

Auflager-kraft

gesamt

StreckenlastTräger

[kN] [kNm]

Auszug-kraft

[kN] [kN/m] A B M [kN]

g 0,64 0,53 0,37 0,27 0,38 1,17

w+ 0,70 0,59 0,40 0,30 0,41 1,29

s 1,60 1,33 0,92 0,68 0,94 2,93

w- -1,21 -1,00 -0,60 -0,60 -0,72 -2,26

Tabelle 5 Berechnung der Auflagerreaktion (Einspannmoment und resultierende Auszugkraft)

Lastfall Dübellasten

reines Abscheren Auszugkraft

g 640/4 = 160 N 1170 N

w+ 700/4 = 175 N 1290 N

w- -1210/4 = -303 N 2930 N

s 1600 /4 = 400 N 2260 N

Tabelle 6 maßgebende maximale Dübellasten ohne Sicherheitsfaktoren in Abhängigkeit des Lastfalls



7 Zusammenfassung

Untersucht wurde hier die Überkopfverglasung des ATJ-Vordaches LIVO. Aus der statischen Berechnung ergeben sich für alle Scheibenformate unter den üblichen Lasten sowohl für die Spannungen als auch für die Durchbiegungen der Scheiben kleinere Werte als zulässig sind. Es wurden die zwei maßgebenden Lastfallkombinationen untersucht. Die Scheibe erfüllt sowohl den Nachweis der Tragfähigkeit (Fmax < Fzul) als auch den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (fmax < fzul).

Die ermittelten Dübellasten sind Tabelle 6 zu entnehmen.

Bei der Bearbeitung der Glasstatik wurde davon ausgegangen, dass die Punktlager den Verwendbarkeitsnachweis erfüllen und die Unterkonstruktion ausreichend dimensioniert wurde. Glas/Stahl- sowie Glas/Glas-Kontakte sind dauerhaft zu vermeiden.

Da es sich bei dem Bauteil um ein nicht geregeltes Bauprodukt handelt, bedarf es einer Zustimmung im Einzelfall hinsichtlich des Resttragfähigkeitsverhaltens.

Livo_Statischer Nachweis

Documents

Transcript of Livo_Statischer Nachweis