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/m ² aufweisen:

1. Die Gleitung des Klebemittels 6 längs des Koppelelements 3 wird durch folgende Formel berücksichtigt, wobei C _Tij eine äquivalente

Federsteifigkeit, G das Schubmodul längs des Klebemittels 6, b _t die Breite des Klebemittels 6 und d _x 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, G _K L das Schubmodul des Koppeielements 3, b«i_ die Breite des Koppelements 3 und d _K i_ die schubbeanspruchte Dicke des Koppelelements 3 bezeichnet:

C _{KL i} ~ . Die Verformung der Verbindungsmittel 7 längs des Koppeielements 3 wird durch folgende Formel berücksichtigt, wobei m die Anzahl der Verbindungsmittel pro Längeneinheit, K _ser 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

In dieser Formel wird zur Berechnung von Kser die Dichte der

Rahmenkonstruktion PBSH und die Dichte des Koppelelements rKL gemittelt. Das Symbol d _V M 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 C _RJ I eine äquivalente Federsteifigkeit, GR das Schubmodul der Rahmenkonstruktion, b _R die Breite der Rahmenkonstruktion und d _R 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, h _G die Höhe und IG Länge der Glasscheibe bezeichnet:

2 * Gg * tg

C _G . ⁷ hg

l+hc/

Die Beschreibung der Verformungsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten durch Federsteifigkeiten ermöglicht nun eine Serienschaltung aller beteiligten Federn:

und damit eine Rückrechnung aller Systemelastizitäten in eine äquivalenter Federsteifigkeit des Klebemittels 6 aufgrund von Schubbeanspruchungen und damit eine Einführung eines äquivalenten Schubmoduls:

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 C _Q , _E berechnet: la + hr ²

wobei E _G das Elastizitätsmodui der Glasscheibe, t _G die Dicke der Glasscheibe, b _D ,G die Breite der Druckdiagonale (angenähert durch leff/4, mit l _eff als kleinerer Wert aus Länge und Höhe der Glasscheibe) und IG, h _G die Länge und Höhe der Glasscheibe bezeichnen. Die Gleitung des Klebemittels und die Stauchung der Verklotzung werden durch äquivalente parallelgeschaltene Federsteifigkeiten C^q und C _c modelliert, wobei G _T das Schubmodul des Klebemittels quer zur Klebefuge, Ec das Elastizitätsmodul des Verkiotzungsmittels, l _c die Länge des Verkiotzungsmittels, d _c die Dicke des Verkiotzungsmittels, _BC ,G und b _C ,H die Breite des Verkiotzungsmittels glas- und holzseitig, und b _Tl d _x die Breite und Dicke des Klebemittels bezeichnen:

Die Verformung der Verbindungsmittei quer zum Koppelelement 3 wird durch die äquivalente Federsteifigkeit C _V M,q berechnet, wobei n _c die Anzahl der Verbindungsmittel innerhalb des Lastausbreitungswinkels des Koppelelements, PBSH und ρκι_ die Dichte der Rahmenkonstruktion und des Koppelelements, und d _V wi den Durchmesser des

Verbindungsmittels bezeichnet: i,s d VM

CvM, _q = n _c * I<ser = n _c * Λ/PBSH * PKL ^' *

23 Die Gleitung des Koppelelements quer zur Längsachse wird durch folgende äquivalente Federsteifigkeit C _K L, _Q beschrieben, wobei G^ das Schubmodul des Koppelelements, i _c die Länge des

Verkiotzungsmittels, b^ die Breite des Koppelelements, d^ die Dicke des Koppelelements, d _x die Dicke des Klebemittels, und b _CiH die holzseitige Breite des Verklotzungsmittels bezeichnet:

Die Stauchung des Koppelelements 3 wird durch folgende äquivalente Federsteifigkeit CK beschrieben, wobei EKL das Elastizitätsmodul, l _c die Länge des Verklotzungsmittels, b _K L die Breite des Koppelelements und b _C ,H die holzseitige Breite des Verklotzungsmittels ist:

Die Gleitung der Rahmenkonstruktion 4 quer zur Längsachse wird durch die äquivalente Federsteifigkeit CR _t q berechnet, wobei GR das Schubmodul der Rahmenkonstruktion, l _c die Länge des

Verklotzungsmittels, bR die Breite und d _R die Dicke der

Rahmenkonstruktion bezeichnen:

C _{R 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 e _c 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 E _R den Elastizitätsmodul der Rahmenkonstruktion, d _R die Dicke der Rahmenkonstruktion, n die Breite der Rahmenkonstruktion und ho die Höhe der Glasscheibe bezeichnet:

_ E _R * d _R * b _R 2

9. Die Verformung eines Verbindungsmittels im Rahmeneck,

insbesondere des Rahmengelenks 15, wird durch die äquivalente Federsteifigkeit C _RG modelliert, wobei n _V ,RG die Anzahl der

Verbindungsmittel im Rahmeneck, dv den Durchmesser des Verbindungsmittels und PBSH die Dichte der Rahmenkonstruktion bezeichnet:

C _RG ~ TL _{VMJR G} * K _SER — TIVM.RG * PBSH _

Aus diesen Federsteifigkeiten für das Federmodell der Druckdiagonale können nun die äquivalente Federsteifigkeit C _c ,äq der horizontal und vertikal wirkenden Klötze berechnet werd

in dieser Formel steht der Index i für "V" oder "H". C _c äq,v = K _v beschreibt die Federsteifigkeit des vertikal wirkenden Klotzes, welche z.B. infolge unterschiedlicher Federsteifigkeiten der Pfosten- bzw. Riegelbiegung von C _Ciä q,H = K _H , der Federsteifigkeit des horizontal wirkenden Klotzes, bei nicht quadratischen Glasscheiben abweicht. Daraus ergeben sich äquivalente Elastizitätsmodule Egqj für die horizontal und vertikal wirkenden Klötze:

d _c Über die nachfolgende Formel kann unter vereinfachender Annahme gleicher Federsteifigkeiten der Schubverklebung längs und quer zur Fuge die

Systemsteifigkeit des Schubfeldes errechnet werden:

Über die nachfolgende Formel kann die Systemsteifigkeit der Druckdiagonale errechnet werden:

Die Variable e _c 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 Κ _τ und der Systemsteifigkeit der Druckdiagonale K _c 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 = U _k * (I<schub + ^Diagonale)

wobei K _Sc hub für K _t und K _D j _a gonaie für K _c durch die oben berechneten

materialabhängigen Systemsteifigkeiten bestimmt sind. Diese Gleichung ist auch in Fig. 4 angegeben, wobei K _Schu b durch Κ _τ und K _D i _a g _0na i _e durch K _c bezeichnet ist. Das Symbol k _ge0i1 in Fig. 4 steht für alle Faktoren außer k in der Gleichung für K _x und k _ge0 ,2 für alle Faktoren außer K _v und K _H in der Gleichung für K _c .

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 K _H gleich der äquivalenten Federsteifigkeit der vertikal wirkenden Klötze K _v 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 E _äq (E) bzw. Ga _q (G):

{ u, τ, a _c }=/(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 Eä _q /G _äq 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/mm ² und H = 1kN/m. In einem weiteren Schritt kann dann aus dieser Hiifsgröße die gesuchten Größen bestimmen, wobei gilt: u = /(E:G) x k _u mit k _u =/(G,H) = const.

τ =/(E:G) x k _x mit k _t =/(G,H) = const.

o _c = /(E:G) x k _a mit k _a = (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 σ ₀ = 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 E _äq (E) und Häq (H) sowie einem Korrekturfaktor wie folgt:

Systemverschiebung: u _System = ^U* ' ^ I _Q

Schubspannung: T _FUGE = 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 H _c , 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 H _t>max umgerechnet werden, worüber die maximal zulässige Schubspannung in der

Schubverklebung t _max 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 x _max mit der Kopfverschiebung u _k verknüpft werden. Damit wird aus dem kleinsten

Widerstand der aktivierten Bauteilkomponenten und dem

Gebrauchstauglichkeitskriterium der Kopfverschtebung ein Wert u ^* _ma x 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