Aktualne wydanie

Okladka SS-04-2018

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

RODO baner1

 aby móc przekazywać Ci informacje o nowych wyrobach, technologiach i wydarzeniach

 

 

z branży szklarskiej, okiennej i fasadowej

 

 

zgodnie z nowymi przepisami o ochronie danych osobowych RODO - WIĘCEJ INFORMACJI

 

swiat szkla 750x100 2

 

sacroexpo 468x60 

Seria norm DIN 18008 do projektowania szklanych elementów konstrukcyjnych
Data dodania: 08.07.16

Szkło jest materiałem kruchym, dlatego metody projektowania elementów z niego wykonanych należy czerpać z teorii liniowej mechaniki pękania. Metody te są jednak bardzo złożone i wymagają dogłębnej wiedzy z tej dziedziny oraz zaawansowanego oprogramowania. Tym samym są zupełnie niepraktyczne z punktu widzenia codziennej pracy projektanta konstrukcji.

 

Z tych powodów, normy do projektowania zawierają znaczną ilość uproszczeń, co z jednej strony determinuje konserwatywne (bezpieczne, a zarazem kosztowne) projektowanie szklanych elementów, a z drugiej – eliminuje błędy projektanta. Jest to o tyle ważne, że szkło w zastosowaniach konstrukcyjnych jest wykorzystywane od niedawna, a sama wiedza na temat projektowania szkła sprowadza się najczęściej do „know-how”. Obecna sytuacja związana jest z brakiem ofert kursów czy kierunków kształcenia na uczelniach technicznych.

 

 

Przed opublikowaniem pierwszych norm z serii DIN 18008, w Niemczech przez wiele lat funkcjonowały wytyczne do projektowania szklanych elementów TRLV [1], TRAV [2] i TRPV [3]. Bazowały one głównie na doświadczeniu, były bardzo konserwatywne i proste w użyciu. Ich głównym mankamentem była jednak niewielka liczbę zastosowań, bardziej skomplikowane konstrukcje wymagały specjalistycznej wiedzy oraz specjalnego pozwolenia poprzedzonego testami laboratoryjnymi. 

 

Wytyczne TRLV, TRAV i TRPV bazowały na metodzie globalnych współczynników bezpieczeństwa. Normy z serii DIN 18008, publikowane od 2010 r., prezentują inne, podobne to tego stosowanego w europejskich normach do projektowania konstrukcji (tzw. Eurokodach) podejście, wykorzystujące metodę częściowych współczynników bezpieczeństwa. W pierwszej części, artykuł podaje metodologiczne podstawy obu metod, jak również główne różnice między nimi, w drugiej – prezentuje najważniejsze zapisy obecnie obowiązujących w Niemczech norm z serii DIN 18808.

 

 

Koncepcja globalnych współczynników bezpieczeństwa

 

Do czasu opublikowania norm z serii DIN18008 w Niemczech funkcjonowały trzy normy, a właściwie wytyczne do projektowania, opublikowane przez Niemiecki Instytut Budownictwa (DIBt). Pierwsza z nich TRLV dotyczyła stosowania przeszkleń podpartych liniowo, kolejna – TRAV – stanowiła o przeszklonych barierach ochronnych, natomiast TRPV skupiała się na projektowaniu i montażu szklanych elementów mocowanych punktowo. Stosowane w nich podejście bazowało na tzw. koncepcji globalnych współczynników bezpieczeństwa. Metoda ta, stosowana również w starszych polskich normach, polega na porównaniu aktualnego naprężenia σv z naprężeniem dopuszczalnym σz. Ogólny wzór przedstawiał się następująco:

 

2016 06 50 1

 

gdzie:

σ(gk) – naprężenia od obciążeń stałych,

σ(sk) – naprężenia od obciążenia śniegiem,

σ(wk) – naprężenia od obciążenia wiatrem,

σ(Σpk) – naprężenia od sumy obciążeń zmiennych np. obciążenie tłumem, obciążenie technologiczne, itp.

 

Kluczowe w tej koncepcji jest założenie, że naprężenia od kombinacji różnych obciążeń σv obliczane są na podstawie charakterystycznych ich wartości, a naprężenia dopuszczalne σz powstają przez podzielenie wartości wytrzymałości materiału fk przez globalny współczynnik bezpieczeństwa dla materiału γglobal. Współczynnik bezpieczeństwa uwzględnia wiele czynników, takich jak niepewność materiału, imperfekcje geometryczne konstrukcji itp. Zgodnie z wytycznymi TRLV, TRAV i TRPV dodatkowym warunkiem, który musiał być spełniony, było nieprzekroczenie dopuszczalnych ugięć elementów konstrukcyjnych. Warunek ten jednak nie tylko dotyczył parametrów użytkowych elementów, ale w wielu wypadkach był ukrytym dodatkowym współczynnikiem bezpieczeństwa. Stąd, wytyczne DIBt uważa się za bardzo konserwatywne.

 

 

Koncepcja częściowych współczynników bezpieczeństwa

 

Jak sama nazwa koncepcji częściowych współczynników bezpieczeństwa wskazuje, współczynniki bezpieczeństwa są rozdzielone i stosują się osobno do naprężenia od kombinacji obciążeń σv i naprężenia dopuszczalnego σz, patrz wzór (2). Podobnie, jak w przypadku koncepcji globalnych współczynników bezpieczeństwa, w metodzie częściowych współczynników bezpieczeństwa niepewność materiału, imperfekcje geometryczne konstrukcji, itp., zawarte są we współczynnikach γf oraz γm. Dla różnej natury obciążeń, jak również różnych materiałów, zdefiniowano różne współczynniki γf oraz γm.

 

Niektóre z nich, np. w wypadku kombinacji wyjątkowej oraz przy obliczaniu ugięć elementów konstrukcyjnych, równe są 1,0, a przy niektórych obciążeniach działających korzystnie na naprężenia (zmniejszających ich wartość) są mniejsze od jedności. We wzorze (2), dla uproszczenia, nie uwzględniono współczynników jednoczesności obciążeń, które występują również w Eurokodach.

 

2016 06 50 2

 

Koncepcja częściowych współczynników bezpieczeństwa ma tę zaletę, że np. wartości reakcji ze szklanych elementów mogą być wprost, bez dodatkowego przeliczania, wykorzystane do projektowania ich konstrukcji wsporczych, często wykonanych z innych materiałów, np. ze stali, żelbetu, drewna.

 

(...)

 

Seria norm DIN 18008

 

Tabela 1 przedstawia wykaz norm z serii DIN wraz z ich statusem. Do chwili obecnej opublikowano sześć norm, z tym, że ostatnia jest wciąż w fazie projektu i najprawdopodobniej wprowadzone zostaną wkrótce do niej poprawki, dlatego nie została omówiona w niniejszym artykule. W przygotowaniu jest ostatnia: Część 7 – Konstrukcje specjalne. Będzie ona dotyczyła przypadków, których nie można zakwalifikować do elementów ujętych we wcześniejszych normach. 

 

 

Tabela 1 Wykaz i status norm z serii DIN 18008

2016 06 51 1

 

DIN 18008-1 Warunki i zasady ogólne [4]

 

Jak sama nazwa wskazuje, norma DIN 18008-1 podaje podstawowe pojęcia i zasady ogólne projektowania konstrukcji szklanych. Dodatkowo, podaje definicje wszystkich pojęć, symboli, jak również wyjaśnia podstawy wykorzystywanej koncepcji częściowych współczynników bezpieczeństwa. Zawarte są w niej również podstawowe parametry fizyczne szkła wykorzystywane przy obliczeniach (patrz Tabela 2).

 

Największym zastosowaniem w budownictwie cieszy się szkło sodowo-wapniowe. Szkło borokrzemowe charakteryzuje się niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, w wyniku czego jest bardziej odporne na naprężenia termiczne.

  

Tabela 2. Właściwości fizyczne różnych typów szkła

2016 06 51 2

  

Norma DIN 18008-1 ma zastosowanie dla szkła o grubościach 3-19 mm. Norma dyskwalifikuje hartowane tafle z uszkodzeniami krawędzi sięgającymi powyżej 15% grubości tafli.

 

Dodatkowo, wszystkie pozostałe materiały wykorzystywane do montażu elementów na trwałe, powinny być trwale odporne na działanie takich czynników, jak niskie temperatury, promieniowanie UV, czynniki do konserwacji i czyszczenia szkła itp. W przypadku szyb zespolonych należy uwzględnić przy projektowaniu obciążenia klimatyczne, które są wynikiem zmian temperatury gazu wewnątrz szyby, jak również, różną wysokością nad poziomem morza miejsca zespolenia i wbudowania szyby zespolonej. Norma podaje prostą procedurę do wyznaczania tych obciążeń.

 

W obliczeniach należy traktować szkło, jako materiał linowo-sprężysty. W przypadku tafli o większych wymiarach, a których ugięcie przewyższa ich grubość, zaleca się stosowanie analizy nieliniowej. Pozwala to na poprawne szacowanie ugięć i naprężeń, a tym samym na projektowanie ekonomiczne [12]. Szczególną uwagę należy zachować przy analizie naprężeń w miejscach karbów (wokół otworów, w narożach), nie można również pomijać wpływu ugięć konstrukcji wsporczej na powstanie dodatkowego naprężenia w szkle.

 

Kolejnym, dość częstym, błędem popełnianym przy projektowaniu jest przyjmowanie grubości szkła, bez uwzględnianie tolerancji jego grubości. Przykładowo, według karty zakładowej jednego z producentów szkła w Polsce, tolerancja grubości dla szyb hartowanych o grubości 12 mm, w zależności od typu szkła, wynosi ±0,3÷1,5 mm. Może wydawać się to niewiele, ale w niektórych przypadkach, szczególnie przy projektowaniu elementów o złożonym kształcie z otworami może prowadzić do niedoszacowania nośności elementu.

 

Normy DIN 18008 mają bardzo konserwatywne podejście w zakresie współpracy między taflami w szkle laminowanym. W przypadku, gdy efekt ten jest korzystny (czyli w większości przypadków) w ogóle jej nie uwzględniają. W takim przypadku grubość efektywną wyznacza się ze wzoru (3). Natomiast, jeśli efekt działa niekorzystnie, np. w przypadku szyb zespolonych o niewielkich wymiarach, w których z uwagi na znaczną sztywność tafli uzyskuje się znaczne wartości obciążeń klimatycznych (a tym samym naprężeń), norma nakazuje uwzględniać pełną współpracę, patrz wzór (4).

 

2016 06 51 3

 

gdzie:

te – grubość efektywną szkła laminowanego, ti – grubość poszczególnych tafli w laminacie.

 

Norma definiuje dwa warunki, które należy spełnić. Pierwszy z nich to Stan Graniczny Nośności (SGN), drugi Stan Graniczny Użytkowania (SGU). 

 

Spełnienie warunku SGN polega na porównaniu obliczeniowych wartości naprężeń Ed z obliczeniową wartością wytrzymałości materiału Rd

 

2016 06 51 4

 

W powyższym wzorze, obliczeniowe wartości naprężeń Ed należy wyznaczyć według wzoru (4) zgodnie z normą [13]. Dla podstawowej kombinacji obciążeń wzór przedstawia się następująco: 

 

2016 06 51 5

 

gdzie:

γG, γQ – współczynniki obciążeń odpowiednio dla obciążeń stałych i zmiennych, 

Gk – obciążenie stałe, Qk,1 – obciążenie zmienne wiodące, Qk,i – obciążenia zmienne towarzyszące pomniejszone o współczynnik jednoczesności obciążeń Ψ0,i.

 

Obliczeniowa wartość wytrzymałości Rd szkła poddanego obróbce termicznej (szkło półhartowane i hartowane) wyznaczana jest ze wzoru:

 

2016 06 51 6

 

gdzie:

kc – współczynnik rodzaju konstrukcji (standardowo przyjmowany jako 1,0),

fk – charakterystyczna wytrzymałość szkła, patrz Tabela 3, γM – współczynnik bezpieczeństwa dla szkła równy 1,5.

 

Obliczeniowa wartość wytrzymałości szkła odprężonego wyznaczana jest ze wzoru:

 

2016 06 51 7

 

gdzie:

 

kmod – współczynnik zmniejszający w zależności od czasu trwania obciążenia, 

kc – współczynnik rodzaju konstrukcji (standardowo przyjmowany jako 1,0),

fk – charakterystyczna wytrzymałość szkła (5% kwantyl), γM – współczynnik bezpieczeństwa dla szkła równy 1,8.

 

 

Tabela 3. Wytrzymałość szkła na rozciąganie

2016 06 52 1

 

 

Czas trwania obciążenia ma znaczny wpływ na charakterystyczną wartość wytrzymałości na rozciąganie szkła odprężonego [14]. Jest to związane z faktem, że szkło, jak większość materiałów konstrukcyjnych, ulega korozji. Co ciekawe, szkło tylko pozornie charakteryzuje się odpornością na korozyjne działanie wody. W rzeczywistości wysoka wilgotność i duże zmiany temperatury przyspieszają procesy korozyjne.

 

Znane jest zjawisko matowienia poziomo składowanych szyb w warunkach dużej wilgotności lub narażonych na stały kontakt z wodą. To samo zjawisko można zaobserwować podczas przechowywania lub transportu tafli szklanych, ustawionych bez dystansów między nimi. Także naturalna wilgotność środowiska powoduje korozję szkła poddanego stałym naprężeniom, szczególnie, jeśli utrzymuje się przed długi okres. Każda cząsteczka H2O reagując ze strukturą krzemianową szkła, tworzy dwie grupy Si-OH.

 

Grupy hydroksylowe nie mają zdolności łączenia się ze sobą i pozostawiają przerwę w krzemianowej strukturze szkła. Jeśli reakcja ta ma miejsce w wierzchołku rysy, szczelina stopniowo, z pewnym atomowym krokiem, powiększa się. Efekty tego procesu możemy zaobserwować w postaci plam i zmatowienia powierzchni szklanego elementu. Zmniejszenie wytrzymałości szkła na rozciąganie ze względu na czas trwania obciążenia uwzględniona jest w normie DIN 18008 w postaci współczynnika kmod, którego wartości podano przedstawiono w Tabeli 4.

  

Tabela 4. Wartości współczynnika kmod dla obciążeń o różnym czasie trwania

2016 06 52 2

 

Dla różnych obciążeń ustalono różne wartości współczynnika kmod, dlatego w projektowaniu należy uwzględnić wszystkie kombinacje obciążeń, przyjmując współczynnik kmod dla występującego obciążenia w kombinacji o najkrótszym czasie trwania.

 

Norma DIN 18008-1 nakazuje zmniejszyć wartość wytrzymałości o 20% w przypadku, kiedy maksymalne naprężenia rozciągające zlokalizowane są na krawędzi tafli (np. tafle szklane podparte na dwóch krawędziach, belki szklane, szyby mocowane punktowo).

 

W przypadku szkła klejonego wytrzymałość można zwiększyć o 10%. Przykładowe wartości obliczeniowej wytrzymałości szkła przedstawiono w Tabeli 5. 

  

Tabela 5. Wartości obliczeniowej wytrzymałości szkła według DIN 18008

2016 06 52 3

  

Spełnienie warunku SGU polega na porównaniu efektu (tutaj maksymalnego ugięcia) Ed z kryterium ugięć Cd: 

 

2016 06 52 4

 

Kryteria SGU dla różnego rodzaju konstrukcji podane są w kolejnych częściach serii norm DIN 18008 i zostaną omówione w dalszej części niniejszego artykułu.

 

Kolejnym zagadnieniem, który porusza norma DIN 18008-1 jest nośność poawaryjna, która powinna być rozumiana jako ogólny zapas bezpieczeństwa, polegający na założeniu, że w przypadku zniszczenia jednej tafli nie dojdzie do zniszczenia kolejnych elementów, a tym samym katastrofy postępującej. Należy zapewnić tzw. alternatywne ścieżki obciążeń, jak również zastosować środki ochrony, przykładowo elementy ochronne krawędzi szkła, stosowanie odbojów itp.

 

Nośność poawaryjna może być wykazana w badaniach laboratoryjnych, jak również można ją określić przy zastosowaniu odpowiednich analiz numerycznych. W prostych przypadkach należy pominąć jedną taflę w obliczeniach, zakładając, że pozostałe przeniosą bezpiecznie obciążenia użytkowe, jak również ciężar własny tafli zniszczonej.

 

Na końcu norma DIN 18008-1 podaje specyfikacje dotyczące przechowywania i wykonania. Tafle szklane powinny być tak przechowywane i transportowane, aby nie generować dodatkowych (nieuwzględnianych w obliczeniach) koncentracji naprężeń. Wszystkie połączenia w szklanej konstrukcji powinny być tak zaprojektowane, aby pozwalały akomodować tolerancje szkła, jak również zmiany geometrii spowodowane rozszerzalnością materiału. Otwory w szkle generalnie nie powinny być oddalone od krawędzi tafli więcej niż o 80 mm.

 

 

DIN 18008-2 Systemy szklenia podparte liniowo [5,6]

 

Norma DIN 18008-2 zawiera głównie zapisy z wytycznych TRLV dla szklanych elementów podpartych liniowo. Norma dzieli elementy na poziome i pionowe. Jeśli tafla pochylona jest od pionu o więcej niż 10° zakwalifikowana zostaje jako szklenie poziome. Jest to o tyle ważne, że wymagania dla szklenia poziomego są bardziej restrykcyjne. Przykładowo, szyby zespolone pionowe mogą być zbudowane ze szkła monolitycznego, natomiast w przypadku poziomych (inklinacja >10º) wewnętrzna tafla musi być wykonana ze szkła klejonego.

 

Kolejno, norma podaje, że ugięcia konstrukcji wsporczej nie mogą być większe niż l/200, gdzie l to rozpiętość elementu podpierającego (np. stalowej belki). Dodatkowo, tafle poziome o rozpiętości większej niż 1,2 m muszą być podparte na wszystkich krawędziach. Minimalna grubość folii dla poziomych tafli wykonanych ze szkła klejonego wynosi 0,76 mm. Tafle pionowe montowane na wysokości większej niż 4,0 m od poziomu posadzki muszą być podparte wzdłuż wszystkich krawędzi.

 

Norma DIN 18008-2 zawiera również zapis, że dla szkła odprężonego podpartego wzdłuż wszystkich krawędzi współczynnik kc=1,8, natomiast dla szkła poddanego obróbce termicznej kc=1,0 (patrz wzór (5)). Maksymalne ugięcia elementów podpartych liniowo norma ogranicza do 1/100 z uwagą, że skrót elementu na podporach nie spowoduje wysunięcia się elementu z podpór. Należy szczególną uwagę zwrócić na wysokie i smukłe tafle.

 

Załącznik A podaje procedurę do obliczania rozdziału obciążeń na poszczególne tafle w szybie zespolonej. Zagadnienie to zostało szczegółowo opisane w artykułach A. Piekarczuka publikowanych w „Świecie Szkła” [15, 16].

 

 

DIN 18008-3 Systemy szklenia mocowane punktowo [7]

 

Norma DIN 18008-3 dotyczy elementów szklanych mocowanych punktowo i w większości stanowi kopię zapisów wytycznych TRPV. 

 

Jeśli w szklanym elemencie stosuje się tafle o różnej grubości, ich stosunek nie może być większy niż 1,7. Dodatkowo, podobnie jak w przypadku elementów podpartych liniowo, minimalna grubość folii dla elementów podpartych punktowo i wykonanych ze szkła klejonego wynosi 0,76 mm. Norma sugeruje skrajny układ mocowań punktowych w planie tafli przedstawiony na rys. 1. Podaje też minimalne i maksymalne odległości mocowań od krawędzi tafli (rys. 2).

 

Związane jest to z faktem, że zbyt bliska odległość otworu od krawędzi generuje duże koncentracje naprężeń w tym rejonie. Natomiast znaczna odległość mocowania od krawędzi sprawia, że boczna część tafli pracuje jako wspornik i powoduje znaczne momenty zginające w okolicy otworu, co przekłada się na większe naprężenia. Minimalna średnica krążka mocowania T wynosi 50 mm, natomiast minimalna długość oparcia tafli szkła na krążku S to 12 mm (rys. 3). Minimalny zestaw szkła przy mocowaniach punktowych to 2×6 mm, natomiast w celu zapewnienia odpowiedniej nośności awaryjnej, minimalna grubość folii wynosi 1,52 mm.

 

2016 06 53 1

Rys. 1. Sugerowany układ mocowań punktowych w planie tafli

 

2016 06 53 2

 

Rys. 2. Sugerowane rozstawy mocowań punktowych w planie tafli

 

2016 06 53 3

 

Rys. 3. Sugerowane rozstawy mocowań punktowych w planie tafli

 

2016 06 53 4

 

Rys. 4. Schemat mocowania punktowego

 

 

Norma DIN 18008-3 podaje również tabelę ze szklanymi taflami, które wykazują udowodnioną nośność poawaryjną przy maksymalnych odległościach między mocowaniami punktowymi (Tabela 6).

  

Tabela 6. Przetestowanie elementy mocowane punktowo

2016 06 53 5

 

Maksymalne ugięcia elementów podpartych punktowo norma ogranicza do 1/100 odległości między mocowaniami. W załączniku A przedstawione zostały charakterystyki materiałów, które należy wykorzystywać jako podkładki, do oddzielenia szkła i elementów stalowych w celu wyeliminowania niebezpiecznych koncentracji naprężeń w szkle. Zestawienie materiałów podano w Tabeli 7.

  

Tabela 7. Charakterystyki materiałów

2016 06 53 6

 

W załączniku B została opisana procedura, która pozwala na sprawdzenie poprawności modelu numerycznego, a dokładnie ma na celu wyznaczenie zastosowanego rodzaju elementów skończonych i wielkości siatki wokół otworu. Jest to o tyle ważne, ponieważ właśnie wokół otworów w szkle występują maksymalne naprężenia i te rejony determinują ostatecznie jego grubość. Weryfikacja modelu odbywa się na podstawie płyty o wymiarach B×D i grubości t z centralnym otworem o średnicy d obciążonej momentami zginającymi M wzdłuż boków o długości D, przedstawionej na rys. 4.

  

2016 06 54 1

Rys. 5. Model weryfikacyjny

 

 

Norma podaje rozwiązanie analityczne dla tego schematu, obliczenia zostały przeprowadzone dla materiału o module sprężystości E=210 GPa i współczynniku Poissona równym ν=0,3. Naprężenie na krawędzi otworu, przy założeniu d<1/3D, wyznacza się ze wzoru:

 

2016 06 54 2

 

gdzie współczynnik koncentracji naprężeń wynosi: 

 

2016 06 54 3

 

Model uznaje się za zweryfikowany, jeśli wyniki różnią się o mniej niż 5% w porównaniu do rozwiązania analitycznego. Wyniki dla dwóch przypadków zostały przedstawione w Załączniku B (Tabela 8).

 

 

Tabela 8. Geometria modeli weryfikacyjnych

2016 06 54 4

 

 

Sposób wyznaczenia naprężeń w monolitycznych płytach mocowanych punktowo z mocowaniami w postaci krążków metodą analityczną został zaprezentowany w Załączniku C. Mankamentem metody jest uwzględnienie jedynie naprężeń od momentów zginających i sił w płaszczyźnie płyty, pominięto natomiast koncentrację naprężeń wokół otworów. Jest to spora wada, ponieważ właśnie naprężenia na krawędzi otworu w szkle są największe.

 

Wykorzystując tą metodę pozostaje uwzględnienie odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa. Dodatkowo, metoda zakłada, że zapewniona jest minimalna odległość (prześwit) między śrubą a otworem w szkle, równa 1 mm. Założenia do metody przedstawia rys. 5. W metodzie rozróżnia się dwie strefy występowania naprężeń. Pierwsza z nich, tzw. globalna, dotyczy naprężeń zginających w środkowej części płyty, oddalonej o więcej niż trzy średnice otworu od jego środka.

 

Naprężenia w drugiej strefie, tzw. lokalnej, są wynikiem działania reakcji w podporze. Strefa lokalna zdefiniowana jest jako okrągła strefa o średnicy równej 3d. Całkowite naprężenia uzyskuje się przed dodanie wartości naprężeń ze strefy lokalnej i globalnej.

 

 

2016 06 54 5

Rys. 5. Założenia uproszczonej metody obliczeń szkła podpartego punktowo

 

2016 06 54 6

 

 

Tabela 9. Wyjaśnienie zmiennych wykorzystywanych w metodzie analitycznej

2016 06 54 7

 

W normie można również znaleźć wartości współczynników bFz oraz k w zależności od średnicy otworu i wielkości krążka. 

 

Ostatni załącznik D opisuje metodę badania nośności i wyznaczania podatności połączeń punktowych.

 

 

DIN 18008-4 Dodatkowe wymagania dla szklanych balustrad ochronnych [8]

 

Norma DIN 18008-4 dotyczy szklenia zabezpieczające przed wypadnięciem. Norma ma zastosowanie do przegród pionowych oraz pochylonych o 10°. Przeszklenia zabezpieczające przed wypadnięciem dzieli się na trzy kategorie:

 

Kategoria A – przeszklenia pionowe mocowane liniowo, bez nośnego rygla podokiennego lub bez przedniego pochwytu, zamontowanego przed szkleniem na wysokości wymaganej do przyjęcia poziomego obciążenia (standardowo 1,1 m).

 

Kategoria B – balustrady szklane, mocowane liniowo wzdłuż dolnej krawędzi za pomocą konstrukcji zaciskowej, których poszczególne szyby połączone są za pomocą zamontowanej stałej poręczy.

 

Kategoria C – przeszklenia zabezpieczające przed wypadnięciem, które nie służą do przejmowania obciążeń poziomych na wysokości poręczy. Dzielimy je na podgrupy: C1 – wypełnienia balustrad mocowane liniowo i/lub punktowo po przynajmniej dwóch przeciwległych stronach; C2 – oszklenia pionowe mocowane liniowo po przynajmniej dwóch przeciwległych stronach, znajdujące się poniżej rygla poprzecznego, który przejmuje obciążenie poziome i usytuowany jest na wysokości poręczy; C3 – oszklenia kategorii A z poręczą przejmującą obciążenia poziome, która zamontowana jest przed konstrukcją szklaną na wysokości 1,1 m.

 

Zgodnie z normą DIN 18008-4 należy stosować (w zależności od kategorii i rodzaju przeszklenia) tylko szyby hartowane i laminowane o budowie symetrycznej. Inne rodzaje szkła mogą być stosowane tylko pod warunkiem zapewnienia bezpieczeństwa przy wykorzystaniu dodatkowych rozwiązań konstrukcyjnych. Zastosowanie szkła hartowanego, jako szkła pojedynczego lub jako szyby zewnętrznej w szybie zespolonej ponad powierzchniami, po których odbywa się ruch pieszy, wymaga zapewnienia dodatkowych środków ostrożności.

 

Reguły obowiązują dla przeszkleń zamocowanych mechanicznie, które mają stanowić barierę zabezpieczającą osoby przed wypadnięciem. Aby spełnić nadzwyczajne warunki użytkowania (np. stadiony piłkarskie, sale koncertowe) lub związane ze szczególnym ryzykiem narażenia na uderzenie potrzebne jest podjęcie dalszych środków bezpieczeństwa (np. zwiększenie wytrzymałości poręczy) oraz przeprowadzenie badań wytrzymałościowych.

 

Pojedyncze przeszklenia kategorii A powinny być wykonane ze szkła laminowanego bezpiecznego. Natomiast w przypadku szyb zespolonych, szyby oszkleń izolacyjnych, które narażone są na bezpośrednie uderzenie, powinny być wykonane ze szkła laminowanego bezpiecznego. Folia PVB stosowana w laminatach musi mieć grubość minimum 0,76 mm.

 

Balustrady kategorii B muszą być prostokątne o gładkiej powierzchni oraz nie mogą być osłabione żadnymi dodatkowymi otworami lub wycięciami poza otworami konstrukcyjnymi wykonanymi pod okucie. Należy stosować wyłącznie szyby laminowane. Pojedyncze szyby hartowane w szybie laminowanej nie mogą być poddawane żadnej innej obróbce, która mogłaby osłabić powierzchnię szkła (np. trawienie, emaliowanie).

 

Wszystkie pojedyncze przeszklenia kategorii C powinny być wykonane ze szkła laminowanego bezpiecznego. Jedynie przeszklenia kategorii C1 i C2 mocowane na wszystkich krawędziach, mogą być wykonane ze szkła hartowanego. Wolne brzegi wypełnień balustrad mocowanych liniowo wzdłuż dwóch krawędzi, muszą być chronione przez konstrukcję balustrady lub przez przyległe tafle wypełnień przed niezamierzonymi uderzeniami. Warunek ten jest spełniony, gdy między elementami wypełnienia nie zostanie przekroczony odstęp 30 mm.

 

W Załączniku A zostały przedstawione szczegółowe wymagania dotyczące badania na uderzenie ciałem miękkim (tzw. uderzenie wahadłem) oszkleń zabezpieczających przed wypadnięciem. Badania dokonuje się przez zwolnienie z uchwytu i swobodny spadek wahadła (wykonanego z dwóch gumowych opon), które uderza z odpowiednią siłą w badany element. W zależności od kategorii przeszkleń zabezpieczających przed wypadnięciem rozróżnia się trzy wysokości zrzutu: 0,9 m (kategoria A), 0,7 m (kategoria B) oraz 0,45 m (kategoria C). Norma podaje również lokalizację uderzenia wahadłem dla każdej kategorii.

 

Załącznik B zawiera tabele z wymiarami i budową szyb, które zostały przetestowane na obiektach w ostatnich latach. Oznacza to, że w Niemczech można zabudować na obiekcie szkło o takiej samej budowie, wymiarach i sposobie montażu, bez potrzeby dokumentowania odporności na uderzenie ciałem miękkim. Jednak obliczenia wytrzymałości z punktu widzenia statyki są w dalszym ciągu konieczne [17].

 

Załącznik C opisuje metodę numeryczną, która bardzo dokładnie odtwarza kolejność odkształceń balustrady szklanej pod wpływem uderzenia ciałem miękkim. Wynikiem symulacji jest chronologiczna prezentacja procesu oddziaływania, zwykle o zakresie czasowym od 40 do 120 ms. Z tego powodu analiza wymaga nie tylko potężnego oprogramowania MES, ale także w równym stopniu, odpowiednio przeszkolonego inżyniera specjalisty.

 

Jako element systemu zapewnienia bezpieczeństwa, norma DIN 18008-4 wymaga weryfikacji modelu obliczeniowego. Aby to ułatwić, norma zawiera wyniki trzech przykładowych symulacji (uderzenie w twardą ścianę, uderzenie w szklaną taflę podpartą na 4 krawędziach, uderzenie w szklaną taflę podpartą na 2 krawędziach), do których indywidualnie przygotowany model symulacyjny musi być zgodny w określonym zakresie tolerancji.

 

Jednakże, w niektórych obszarach, które są faktycznie nieistotne z punktu widzenia projektowania konstrukcji, zakres tolerancji jest tak wąski, że może być trudno, jeśli w ogóle będzie to możliwe, aby stosować go w praktyce.

 

Załączniki D, E i F opisują kolejno: sposób przeprowadzania badań okuć śrubowych i talerzyków, sposób przeprowadzania badań stalowych elementów chroniących krawędzie szkła oraz przetestowane elementy chroniące krawędzie szkła, dla których badania nie są wymagane.

 

 

DIN 18008-5 Dodatkowe wymagania dla szklanych elementów z możliwością chodzenia [9]

 

Norma DIN 18008-5 dotyczy elementów szklanych z możliwością chodzenia po nich (stropy, stopnie, spoczniki). Zgodnie z normą, takie elementy mogą być wykonane jedynie ze szkła klejonego, z minimum trzema taflami szkła. Powierzchnia górna musi być antypoślizgowa. Oprócz standardowego obciążenia na powierzchnię pojedynczego stopnia lub spocznika norma wymaga sprawdzenia również elementu na działanie pojedynczej siły skupionej, przyłożonej na powierzchnię 50x50 mm2, przyłożoną w najbardziej niekorzystnej lokalizacji.

 

Sprawdzenie Stanu Granicznego Nośności należy dokonywać przy założeniu, że wszystkie tafle w laminacie są nieuszkodzone. Ugięcia, pod działaniem kombinacji od obciążeń charakterystycznych, należy ograniczyć do 1/200 rozpiętości elementu. Dodatkowo, należy rozpatrzyć sytuację, w której zniszczeniu ulega pojedyncza tafla.

 

Procedura przeprowadzania badania odporności elementu na uderzenie ciałem twardym oraz badania nośności poawaryjnej elementu została omówiona w Załączniku A. Ciało twarde określone jest jako metalowy blok o masie 40 kg z przymocowaną w dolnej części śrubą M8. Wysokość spadania to 800 mm. Przed zwolnieniem ciała twardego element należy obciążyć połową obciążenia, na które element został zaprojektowany.

 

Miejsce uderzenia ciałem twardym należy tak dobrać, aby doprowadzić do maksymalnego zniszczenia (krawędź, naroże, środek elementu, okolice otworu). Test uznaje się za zaliczony, jeśli element nie wysunie się z podpór, nie dojdzie do zniszczenia wszystkich tafli w laminacie oraz nie będzie odprysków (kawałków szkła).

  

Tabela 10. Przetestowane elementy z możliwością chodzenia

2016 06 56 1

 

Załącznik B, tak jak w przypadku poprzedniej normy, zawiera tabele z wymiarami i budową szyb, które zostały przetestowane na obiektach w ostatnich latach a które można w Niemczech zabudować bez potrzeby dokumentowania odporności na uderzenie ciałem twardym oraz nośności poawaryjnej na obiekcie, jeśli zastosuje się szkło o takiej samej budowie, wymiarach i sposobu montażu,.

 

Jednak również w tym przypadku obliczenia wytrzymałości z punktu widzenia statyki są wciąż konieczne. Tabela 10 opracowana została przy założeniu, że obciążenie użytkowe jest nie większe niż 5 kPa, element jest podparty wzdłuż wszystkich krawędzi, a zastosowana folia PVB ma grubość 1,52 mm.

 

Dodatkowo, należy stosować podkładki o twardości Shore A 60-80 o grubości 5-10 mm, trwale elastycznie, nie zmieniające własności mechanicznych w czasie.

 

 

dr inż. Marcin Kozłowski

 

 

Literatura:

[1] TRLV: Przepisy techniczne dotyczące stosowania przeszkleń podpartych liniowo, wersja ostateczna sierpień 2006, DIBt Official Communication 3/2007

[2] TRAV: Przepisy techniczne dotyczące stosowania przeszklonych barier ochronnych, wersja ostateczna styczeń 2003, DIBt Communication 2/2003

[3] TRPV: Przepisy techniczne w zakresie projektowania i montażu szklanych elementów mocowanych punktowo, wersja ostateczna sierpień 2006, DIBt Communication 3/2007

[4] DIN 18008-1:2010-12: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 1 Warunki i zasady ogólne, data publikacji: grudzień, 2012

[5] DIN 18008-2:2010-12: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 2 Systemy szklenia podparte liniowo, data publikacji: grudzień, 2010

[6] DIN 18008-2: 2011-04: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 2 Systemy szklenia podparte liniowo. Poprawka do DIN 18008-2 2010-12, data publikacji: grudzień, 2010

[7] DIN 18008-3:2013-07: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 3 Systemy szklenia mocowane punktowo, data publikacji: lipiec, 2013

[8] DIN 18008-4:2013-07: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 4 Dodatkowe wymagania dla szklanych balustrad ochronnych, data publikacji: lipiec, 2013

[9] DIN 18008-5:2013-07: Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 5 Dodatkowe wymagania dla szklanych elementów z możliwością chodzenia, data publikacji: lipiec, 2013

[10] DIN 18008-6:2015-02 (projekt): Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 6 Dodatkowe wymagania wobec przeszklenia z możliwością chodzenia w celu czyszczenia i konserwacji, data publikacji: luty, 2015

[11] DIN 18008-7 (w przygotowaniu): Szkło w budownictwie. Zasady projektowania i wykonania. Cz. 7 Konstrukcje specjalne

[12] M. Kozłowski: Szacowanie ugięć wielkoformatowych szklanych ścian osłonowych. „Świat Szkła” 9/2014

[13] DIN 1055-100:2001-03 Actions on structures. Part 100: Basis of design, safety concept and design rules

[14] M. Kozłowski: Experimental and numerical analysis of hybrid timber-glass beams (Analiza doświadczalno-numeryczna hybrydowych belek drewniano-szklanych). Praca doktorska, Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska, 2014

[15] A. Piekarczuk: Weryfikacja badawcza numerycznych metod obliczeń szyb zespolonych. „Świat Szkła” 10//2008

[16] A. Piekarczuk: Metoda projektowania szyb zespolonych. „Świat Szkła” 05//2011

[17] T. Michałowski: Dobór szkła na balustrady wg przepisów polskich i niemieckich. „Świat Szkła” 05/2012

 

 

 

patrz też: 

 

- Szkło gięte na zimno i laminowane na potrzeby zastosowania w dużych jachtach morskich , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 03/2017


- Beispiele zur Bemessung von Glasbauteilen nach DIN 18008 – recenzja , Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 11/2016

- Szkło w renowacji zabytków , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2016

- Glasbau 2016 – recenzja , Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 9/2016
 

Seria norm DIN 18008 do projektowania szklanych elementów konstrukcyjnych , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 06/2016

 

Szacowanie ugięć wielkoformatowych szklanych ścian osłonowych , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2014

Szacowanie ugięć wielkoformatowych szklanych ścian osłonowych , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2014

 

Efekty stosowania nowych norm DIN 18008 w oszkleniach okien i drzwi , Geralt Siebert, Świat Szkła 02/2014

 

Naprężenia w uszczelnieniu krawędzi szyb zespolonych , Anneliese Hagl, Świat Szkła 07-08/2013

 

Obliczenia szyb zespolonych , Eugen Schuler, Świat Szkła 07-08/2013

 

Balustrady szklane zgodne z DIN 18008. Weryfikacja za pomocą symulacji MES , Harald W. Krewinkel, Świat Szkła 04/2013

 

Szkło laminowane kontra materiały wybuchowe, Jens Schneider, John Kuntsche, Świat Szkła 3/2013

 

Bariery ochronne ze szkła Obliczenia zamiast badań? , Benno Eierle, Harald Krewinkel, Świat Szkła 01/2013 

 

Obciążenia wyjątkowe szkła a bezpieczeństwo , Dobrosława Jaśkowska, Świat Szkła 3/2012

 

Dobór szkła na balustrady wg przepisów polskich i niemieckich, Tadeusz Michałowski, Świat Szkła 5/2012

 

Nośność zginanego szkła warstwowego , Paolo Foraboschi, Świat Szkła 05/2012

 

- Metoda projektowania szyb zespolonych , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 05//2011

 

Weryfikacja badawcza numerycznych metod obliczeń szyb zespolonych , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 10//2008

 

Szkło laminowane - 10 najważniejszych zalet , Tadeusz Michałowski, Świat Szkła 4/2007 

 

 

oraz:

Północnoamerykańskie normy do projektowania szkła ,  Marcin Kozłowski, Świat Szkła 12/2010

Europejskie normy do wymiarowania szkła, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2010

Szklane schody w Toronto, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 7-8/2010

Realizacje, które inspirują, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 6/2010

Właściwości i odmiany szkła konstrukcyjnego, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 5/2010

Szkło jako materiał konstrukcyjny , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 4/2010

Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 2 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2005

Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 1 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2004 

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 06/2016

 

 

 

01 chik
01 chik