C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc ties46 cement 2008 2Constructies met glas wordensteeds meer toegepast, onder meerals verticale afscheiding zoals pui-bekleding en balkons, maar ookals horizontale afscheiding zoalstrappen, vloeren en daken. Innormen worden testen beschrevenwaaraan de constructies moetenvoldoen, zowel bij dynamische alsstatische belastingen. De meesttoegepaste test voor verticale af-scheidingen bij een hoogteverschilis de slingerproef (NEN 6702, art.9.6). Deze wordt uitgevoerd op deaangebrachte afscheiding, veelalkort voor de oplevering, waarbijmoet blijken of het ontwerp vol-doet.Door de vele onzekerheden bij debelasting in de test en door hetcomplexe gedrag van de construc-tie met een puntvormige verbin-ding in glas, zijn er vrijwel geenrichtlijnen voor het ontwerpenervan. Door het ontbreken van ex-pliciete ontwerpregels wordt ont-worpen op basis van ervaring. Metname axiale voorspanning bij deverbinding, de positie van de be-lastingen waaraan de constructiebij de test moet voldoen, alsmedethermische invloeden zorgen vooronzekerheden in het ontwerp.Constructies met puntvormigeverbindingen in glasir. M.F.A. Derkink, O&O Civieltechnisch Advies bv, Hengelo1)dr.ir. E.A.D. Lamers, Reden bv, Hengelo2)Bij klassieke constructies met glas worden veelal lijnverbindingen gebruikt omhet glas en de achterliggende constructie te verbinden. Steeds vaker worden,onder meer vanwege de grote esthetische voordelen, puntvormige verbindin-gen toegepast. Een nadeel hierbij zijn spanningsconcentraties rond de verbin-dingspunten. Aan de hand van een slingerproef (NEN 6702 art. 9.6) op eenbalkonconstructie wordt beschreven hoe met de eindige-elementenmethodeontwerpregels kunnen worden opgesteld voor complexe constructies metpuntvormige verbindingen in glas. In dit ontwerpproces wordt gebruikge-maakt van de huidige generatie puntvormige verbindingen, de `door-en-door'-verbinding. Ten slotte wordt een innovatieve ontwikkeling op hetgebied van glasverbindingen besproken.1) ir. M.F.A. Derkink is tevenscursusleider bij de PAO-cursus `Constructief glas' ensecretaris van de CUR/KCG-commissie constructief glas.2) Reden is een afkorting vanReseach DevelopmentNederland, specialisten inmodelvorming in simulatie.1 |Positie balkons ROCTwenteC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc tiescement 2008 2 472 |Ge?nstalleerd balkonOm deze onzekerheden af te dek-ken, wordt bij het ontwerp veelaleenvoudig extra zekerheid inge-bouwd. Ondanks de overdimensi-onering is de slingerproef steedsweer een `spannende' aangelegen-heid, waarbij falen van het glas ofde achterliggende constructie nogsteeds aan de orde van de dag is.H e t s i m u l e r e n v a n d es l i n g e r p r o e fMeer dan bij beton, hout en staal,zijn bij glas het ontwerp en deuitvoering van de verbindingenvan cruciaal belang. De verbindingmoet in staat zijn de belastingsaf-dracht van het glas te wijzigen vaneen oplegging naar een inklem-ming. Sterker nog: de mate vaninklemming kan het gedrag vande totale constructie domineren.Tijdens de PAO-cursus wordenalle mogelijke verbindingen metglas, waaronder de gelijmde ver-bindingen, uitvoerig besproken.Vaak worden voor (delen van) deconstructie statische berekenin-gen gemaakt, zelden dynamische,terwijl NEN 6702 in artikel 9.6.1een stootbelasting voorschrijft inde vorm van een slingerproef opafscheidingen ter plaatse van eenhoogteverschil. Bij de slingerproefwordt een leren zak, gevuld metglaskogeltjes met een totale massavan 50 kg, tegen een verticaalgeplaatste afscheiding geslingerd.De voornaamste redenen voor deslingerproef zijn enerzijds eenpraktische reden, anderzijds deeis het totale systeem te testen,dus niet alleen de glasplaat, maarook de verbinding en de achterlig-gende constructie.Opvallend is dat de in NEN 6702,art. 9.6.1, voorgeschreven dynami-sche stootbelasting mag wordenvervangen door zeer conservatievestatische berekeningen conformartikel 9.6.2 en 9.6.3. Aangeziendeze equivalente statische bereke-ningen tot oneconomische oplos-singen leiden, worden deze nietgebruikt. Van de huidige generatiesoftware simulatiepakketten magworden verwacht dat zij in staatzijn dynamische stootbelastingente simuleren.Er ligt dus een uitdaging om deslingerproef te simuleren meteen eindige-elementenmethodeom het gedrag van het glas metde verbinding voor het ontwerp tevoorspellen. Onaangename ver-rassingen na uitvoering van hetontwerp, die bij de slingerproefregelmatig optreden, kunnen daar-mee worden voorkomen.O&O en Reden hebben de uit-daging opgepakt voorspellingente doen over het gedrag van deconstructie van de balkons aan debuitengevel van het ROC Twente(foto's 1 en 2), die zowel in dezomer als in de winter `veilig' voorgebruik moeten zijn. In de bal-kons wordt de glazen afscheidingmet `door-en-door' verbindingenopgehangen. De voorruit wordtmet zes punten opgespannen ende zijruit met vier. Het thermischvoorgespannen gelaagde glasbestaat uit twee ruiten van 8 mmdikte, met daartussen twee lagenPVB (1,52 mm). De balusters vanhet balkon zijn van staal. Om bijde puntvormige verbindingen di-rect contact tussen staal en glas tevoorkomen, worden rubberringentoegepast.I n t e g r a l e o n t w e r p a a n p a kOm te voorspellen hoe de con-structie zich onder impactbe-lasting zal gedragen, is voor deeindige-elementenmethode geko-C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc ties48 cement 2008 2zen. Hiermee is het gedrag vancomplexe constructies op nume-rieke wijze te voorspellen. Eenvoorbeeld hiervan zijn carcrash-simulaties (http://www.simulia.com/solutions/automotive_crash-worthiness.html).Om het complexe gedrag van deconstructie met glas op voldoendenauwkeurige wijze te bepalenen ook de relevante effecten vanaxiale voorspanning, temperatuur-schommelingen en posities van debelasting in rekening te brengen,kan niet meer worden volstaanmet berekeningen aan deelele-menten. Er is derhalve een modelopgesteld dat de totale constructieomvat: balustrade, glas en verbin-dingen (fig. 3).Aangezien gelaagd glas wordt toe-gepast, wordt ook het PVB in de-tail gemodelleerd. De PVB is eenrelatief slappe thermoplastischekunststof, die in het temperatuur-toepassingsgebied conform NEN6702, tabel 12 (-25 tot 50 ?C), zeertemperatuurafhankelijke eigen-schappen heeft.Het gevolg van de toepassing vanhet PVB is prominent aanwezig inhet buiggedrag van de glasplaat.Ten gevolge van de relatief slappelaag en de dikte van de glasplaatkan afschuiving optreden (fig.4). Om accurate voorspellingenmogelijk te maken, dient dit be-langrijke gedrag van de gelaagdeglasplaat in rekening te wordengebracht. Afhankelijk van de tem-peratuur is een verslapping vande glasplaat tot 50% mogelijk. Datdit een significante invloed heeftop de prestatie van het systeem, isevident.De impacttest is vooralsnog ge-modelleerd als een quasi-statischebelasting. Als aanvulling op devoorschriften is een dynamischebeschrijving gewenst, equivalentaan de slingerproef. De voorschrif-tencommissie zou hierin kunnenvoorzien.R e s u l t a t e nHet model is gevalideerd aan dehand van een statische test (fig. 5,midden). Zoals uit de resultatenblijkt, vervormt zowel de construc-tie als het glas. Verwaarlozing vanhet effect van de constructie levertderhalve onnauwkeurige resulta-ten op.Met het gevalideerde modelis vervolgens bij verschillendetemperaturen het effect van eenimpact aan de zijkant van debalkonconstructie gesimuleerd.Duidelijk is te zien dat bij hogeretemperatuur de vervormingentoenemen. De spanningen tengevolge van de test zijn in figuur6 getoond. De spanningsverdelingverandert door de temperatuurin-vloeden (stijfheid) en bij hogeretemperatuur faalt het glas eerder.Opvallend is een verandering vande voorspelde faalpositie van hetcentrum van de plaat naar de in-klemming, bij toenemende tempe-ratuur. Het effect van de inklem-ming is dus significant.Aangezien de constructie `in hetwerk' wordt getest, is het testenbij verschillende temperaturen inde praktijk dikwijls niet mogelijk.3 |Eindige-elementenme-thode model voor bal-konconstructie4 |Spanning en buigvervor-ming in een glasplaatdoor afschuiving `door-de-dikte' ten gevolgevan een slappe PVB-folie-laag5 |Deformaties (mm) in deconstructie ten gevolgevan een statische belas-ting van 1 kN op de zij-ruit6 |Von Mises spanningen(MPa) ten gevolge van deimpactbelasting30?C 20?C -10?C30?C 20?C -10?CC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gGlasconstr uc tiescement 2008 2 49Een (numeriek onderbouwde)ontwerpaanpak, waarbij met de re-levante belastingen (ook tempera-tuurbelasting) integraal rekeningwordt gehouden, is derhalve zeeraan te bevelen.S a m e n v a t t i n gOp termijn kan via de eindige-elementenmethode ontwerpken-nis worden verkregen die deontwerper ontwerphulpmiddelengeeft. Afhankelijkheid van deslingerproef, vaak kort voor deoplevering, kan sterk worden ver-minderd. Naast de beschreven testzijn uiteraard meer cases, bijvoor-beeld uit het archief, noodzakelijkvoor het ontwikkelen van bovenge-noemde ontwerphulpmiddelen.Mits zorgvuldig en correct toege-past kan met de eindige-elemen-tenmethode, beter dan met deslingerproef, die subjectief doorde keurmeester wordt bepaald,rekening worden houden met devariabele omstandigheden zoalstemperatuurverschillen, axialevoorspanning in de verbinding endiverse posities van de belasting.Ook kan met de eindige-elemen-tenmethode onzichtbare breuk,bijvoorbeeld achter de verbinding,worden voorspeld, alsmede het re-dundantiegedrag bij bijvoorbeeldeen falende verbinding.N i e u w e v e r b i n d i n gEnkele tientallen jaren geleden isbegonnen met het ontwikkelenvan een geboorde verbindingwaarbij slechts gedeeltelijk in hetglas wordt geboord. Het resultaatvan de ontwikkeling is te verge-lijken met de bekende `zwaluw-staartverbinding' in de houtwereld(fig. 7).De voornaamste voordelen vandeze verbinding zijn:? een gladde en dichte buitenzijdevan de gevel, waarbij het glasniet wordt doorboord. Reinigingen conservering zijn eenvou-diger dan bij doorboorde sys-temen;? gecontroleerd automatisch boor-systeem;? verbinding met hoogwaardigematerialen met enige flexibiliteit;? minimale bevestigingen, dusmaximale transparantie.Nadelen zijn dat goed moet wor-den bepaald wat de mechanischecapaciteit van de verbinding isonder invloed van statische endynamische belasting, alsmedeonder invloed van opgelegde ver-vorming door onder meer tempe-ratuur en kruip (van bijv. achterlig-gend beton of metselwerk). Er isaltijd een minimale dikte van circa10 mm nodig om de verbindingte kunnen maken. Wel kunnende hart-op-hart afstanden van deverbindingen effici?nt wordenbepaald.De verbinding is momenteel be-schikbaar voor toepassingen metdubbelglas en isolatieglas. Tevensis bij gerenommeerde buitenland-se onderzoeksinstellingen onder-zocht wat de betrouwbaarheid vande mechanische sterkte van deverbinding is. In het buitenland isreeds ervaring opgedaan, die nogin Nederland moet worden inge-bracht. n7 |Fischer FZP-G-verbindingvoor glasconstructiesmet puntvormige verbin-ding