Ein Beitrag zur Anwendung von Dünnglas und Polycarbonat im Bauwesen

Abstract

In der Architektur und im Bauwesen erfährt Glas eine zunehmende Bedeutung. Glaslaminate erfüllen heute weit mehr als nur den Raumabschluss, indem der Verbund ebenfalls einen Wärme-, Sonnen-, Schall-, Witterungs- und Brandschutz bietet. Gleichzeitig wachsen die Sicherheitsanforderungen, insbesondere im Hinblick auf einen Widerstand gegen manuellen Angriff als Einbruchschutz. Steigende Anforderungen im Bereich der aktiven Sicherheit führen zu dickeren und schwereren Verglasungsaufbauten. Dank neuerer Entwicklungen in der Glasherstellung großformatiger Dünnglastafeln mit einer Nenndicke unterhalb von 2 mm ist eine Anwendung auch im Bauwesen denkbar. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Lamination von Dünnglas und Polycarbonat für leichte und schlanke Sicherheitssonderverglasungen als Alternative zu herkömmlichem Verbundsicherheitsglas als Sicherheitssonderverglasung mit einem Widerstand gegen manuellen Angriff. Dazu sind thermomechanische Untersuchungen an der Zwischenschicht und dem Polycarbonat durchgeführt, um die erforderlichen Materialkennwerte für die Charakterisierung der einzelnen Schichten des Verbundes zu ermitteln. Die Verbundtafel muss zum Nachweis als Verbundsicherheitsglas hinsichtlich der klimatischen Beständigkeit, der mechanischen Festigkeit im Pendelschlagversuch und der Kugelfallprüfung sowie des Trag- und Resttragverhaltens im Vierpunkt-Biegeversuch untersucht werden. Die experimentelle und numerische Bestimmung weiterer Eigenschaften wie Angriffhemmung, Wärme-, Schall- und Brandschutz sowie spektrale Kenngrößen vervollständigt die Angaben zu der Verbundtafel als Einfachverglasung. Die analytische Berechnung mittels der Sandwichtheorie sowie einer erweiterten Näherungslösung und die numerische Berechnung über die Finite-Elemente-Methode (FEM) ermöglichen Vergleiche mit den Messwerten sowie untereinander. Insgesamt zeigt sich, dass eine Dünnglas-Polycarbonat-Verbundtafel um bis zu 73% leichter und 51% schlanker bei gleichbleibenden oder verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu einer Glas-Verbund als Verbundsicherheitsglas und Sicherheitssonderverglasung ausgeführt werden kann.

Glass is becoming increasingly important in architecture. Currently, glass laminates serve a multitude of demands beyond room closure, as the composite also should offer protection from heat, sunlight, noise, weather, and fire. At the same time, security requirements are on the rise, particularly with regard to resistance to manual attack as protection against burglary. Furthermore, increasing requirements in the area of active safety are leading to thicker and heavier glazing structures. The recent development of large-sized thin glass panes with a nominal thickness of less than 2 mm, has opened the possibility of their use in the construction industry. This thesis describes the lamination of thin glass and polycarbonate for slight security glazing as an alternative to conventional laminated safety glass as security glazing with resistance against manual attack. In order to determine the required material properties of each layer of the composite, thermomechanical measurements are conducted on the interlayer and polycarbonate. To substantiate that the composite panel is indeed a laminated safety glass, the laminate must be examined in terms of durability under climatic stress, mechanical strength in the pendulum test and the ball drop test, as well as the load-bearing and residual load-bearing behaviour in the four-point bending test. The experimental and numerical investigation of further properties, including resistance class against manual attack, thermal insulation, sound insulation, fire protection and luminous and solar characteristics complete the information on the composite panel as single glazing. The analytical calculation using the sandwich theory and an extended approximate theory, in conjunction with the numerical calculation using the finite-element-method (FEM), enable comparisons with the experimental measured values and with each other. This demonstrates that a thin glass-polycarbonate composite panel can be manufactured up to 73% lighter and 51% slimmer with maintaining the same or improved performance compared to a glass composite as laminated safety glass and security glazing.