SKLENĚNÉ KONSTRUKCE TEORIE, PRAXE, NAVRHOVÁNÍ A EXPERIMENTÁLNÍ PROGRAM ÚKDK

Transkript

1 SKLENĚNÉ KONSTRUKCE TEORIE, PRAXE, NAVRHOVÁNÍ A EXPERIMENTÁLNÍ PROGRAM ÚKDK Ondřej Pešek LS 019 CO05 Vybrané problémy navrhování a realizace kovových a dřevěných konstrukcí a mostů

2 OBSAH Historie výroby skla Plavené sklo výroba, vlastnosti Úpravy skla temperování, vrstvení Navrhování podle norem Soudobé konstrukce Poruchy Výzkum ÚKDK Praktické příklady

3 SKLO VE STAVEBNICTVÍ 3 Ploché sklo U-profily Luxfery Trubky Cihly html -block-co/glazing/media/17756/coloured-glassblocks

4 PLOCHÉ SKLO 4 Zdroj: HALDIMANN, M.: Fracture strength of structural glass elements. Analytical and numerical modelling, testing and design

5 Ruční výroba HISTORIE VÝROBY SKLA 5 ze skleněných foukaných válců 14. století Čechy => procédé de Boheme válec 1100/400 mm roztáčení 9. století Sýrie 14. století Francie lití a válcování na stole 17. století Francie Ilustrace Š. POPOVIČ: Výroba a zpracování plochého skla. Grada Publishing a.s. Praha, 009. ISBN

6 Strojní výroba HISTORIE VÝROBY SKLA 6 Lubbersova metoda ze skleněných válců Sievertova metoda ze skleněných válců 0. století USA 0. století Francie Ilustrace Š. POPOVIČ: Výroba a zpracování plochého skla. Grada Publishing a.s. Praha, 009. ISBN válce 10-1 m dlouhé

7 Strojní výroba HISTORIE VÝROBY SKLA 7 kontinuální lití 195 Ford + Saint Gobain kontinuální tažení kontinuální plavení 1959 Anglie 1919 Hostomice Ilustrace Š. POPOVIČ: Výroba a zpracování plochého skla. Grada Publishing a.s. Praha, 009. ISBN

8 ZÁKLADNÍ NORMY 8 ČSN EN 57-1 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla Část 1: Definice a obecné fyzikální a mechanické vlastnosti. ČSN EN 57- Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část : Sklo float. ČSN EN 57-3 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 3: Leštěné sklo s drátěnou vložkou. ČSN EN 57-4 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 4: Ploché sklo tažené. ČSN EN 57-5 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 5: Vzorované sklo. ČSN EN 57-6 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 6: Vzorované sklo s drátěnou vložkou. ČSN EN 57-7 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 7: Profilované stavební sklo s drátěnou vložkou. ČSN EN 57-8 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 8: Dodávané a konečné řezané rozměry. ČSN EN 57-9 Sklo ve stavebnictví Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla - Část 9: Hodnocení shody/výrobková norma.

9 ZÁKLADNÍ NORMY 9 ČSN EN Sklo ve stavebnictví Zvláštní základní výrobky Borosilikátová skla Část 1-1: Definice a obecné fyzikální a mechanické vlastnosti. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Zvláštní základní výrobky Borosilikátová skla Část 1-: Hodnocení shody/výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Zvláštní základní výrobky Sklokeramika Část -1: Definice a obecné fyzikální a mechanické vlastnosti. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Zvláštní základní výrobky Sklokeramika Část -: Hodnocení shody/výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Základní výrobky z křemičitého skla s alkalickými zeminami Část 1: Sklo float. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Základní výrobky z křemičitého skla s alkalickými zeminami Část : Hodnocení shody/výrobková norma.. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Základní výrobky z hlinitokřemičitého skla Část 1: Definice a obecné fyzikální a mechanické vlastnosti. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Základní výrobky z hlinitokřemičitého skla Část : Výrobková norma.

10 ZÁKLADNÍ NORMY 10 ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Část 1: Definice a popis. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Část : Hodnocení shody/výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo Část 1: Definice a popis. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo Část : Hodnocení shody/výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Chemicky zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo Část 1: Definice a popis. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Chemicky zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo Část : Hodnocení shody/výrobková norma.

11 ZÁKLADNÍ NORMY 11 ČSN EN Sklo ve stavebnictví Prohřívané (HST) tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Část 1: Definice a popis. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Prohřívané (HST) tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Část : Hodnocení shody/výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně tvrzené borosilikátové bezpečnostní sklo Část 1: Definice a popis. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Tepelně tvrzené borosilikátové bezpečnostní sklo Část : Hodnocení shody/výrobková norma.

12 ZÁKLADNÍ NORMY 1 ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část 1: Definice a popis součástí. ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část : Vrstvené bezpečnostní sklo. ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část 3: Vrstvené sklo. ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část 4: Metody zkoušení stálosti. ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část 5: Rozměry a opracování hran. ČSN EN ISO Sklo ve stavebnictví Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo Část 6: Vzhled.

13 ZÁKLADNÍ NORMY 13 ČSN EN Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část 1: Obecné údaje, popis systému, pravidla pro náhradu, tolerance a vizuální kvalita. ČSN EN 179- Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část : Dlouhodobá metoda zkoušení a požadavky na pronikání vlhkosti. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část 3: Dlouhodobá metoda zkoušení a požadavky na rychlost unikání plynu a na tolerance koncentrace plynu. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část 4: Metody zkoušení fyzikálních vlastností utěsnění okrajů. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část 5: Výrobková norma. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Izolační skla Část 3: Řízení výroby v závodě a periodické zkoušky.

14 ZÁKLADNÍ NORMY 14 ČSN EN Sklo ve stavebnictví - Zasklení s konstrukčním tmelem - Část 1: Výrobky ze skla pro systémy zasklení s konstrukčním tmelem pro podepřená a nepodepřená monolitická a vícenásobná zasklení ČSN EN 130- Sklo ve stavebnictví - Zasklení s konstrukčním tmelem - Část : Pravidla montáže ČSN EN A1 Sklo ve stavebnictví - Výrobková norma pro konstrukční a/nebo UV odolné tmely (pro použití u zasklení s konstrukčním tmelem a/nebo izolačních skel s exponovaným utěsněním) ČSN EN Sklo ve stavebnictví - Sklo s nátěrem pro vnitřní prostory - Část 1: Požadavky ČSN EN Sklo ve stavebnictví - Samolepicí polymerová fólie - Část 1: Definice a požadavky ČSN EN Sklo ve stavebnictví - Sklo se samolepicí polymerovou fólií - Část 1: Definice a požadavky

15 ZÁKLADNÍ NORMY 15 ČSN EN Sklo ve stavebnictví Sklo s povlakem Část 1: Definice a klasifikace ČSN EN Sklo ve stavebnictví Sklo s povlakem Část : Požadavky a metody zkoušení pro povlaky třídy A, B, a S ČSN EN Sklo ve stavebnictví Sklo s povlakem Část 3: Požadavky a metody zkoušení pro povlaky třídy C a D ČSN EN Sklo ve stavebnictví Sklo s povlakem Část 4: Výrobková norma ČSN EN Sklo ve stavebnictví Sklo s povlakem Část 5: Metoda zkoušení a klasifikace samočistící funkce povrchů skla s povlakem

16 ZÁKLADNÍ NORMY 16 ČSN EN 1600 Sklo ve stavebnictví Kyvadlová zkouška Metoda zkoušení nárazem a klasifikace pro ploché sklo ČSN EN 356 Sklo ve stavebnictví Bezpečnostní zasklení Zkoušení a klasifikace odolnosti proti ručně vedenému útoku ČSN EN 1063 Sklo ve stavebnictví Bezpečnostní zasklení Zkoušení a klasifikace odolnosti proti střelám ČSN EN Sklo ve stavebnictví Bezpečnostní zasklení Zkoušení a klasifikace odolnosti proti výbuchovému tlaku ČSN EN Sklo ve stavebnictví Bezpečnost v případě požáru, požární odolnost Metodika zkoušení sklo pro účely klasifikace ČSN EN Sklo ve stavebnictví Stanovení pevnosti skla v ohybu Část 1: Podstata zkoušení skla ČSN EN 188- Sklo ve stavebnictví Stanovení pevnosti skla v ohybu Část : Zkouška dvojitým soustředným prstencem na plochých vzorcích s velkým zkušebním povrchem. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Stanovení pevnosti skla v ohybu Část 3: Zkouška se vzorkem podepřeným ve dvou bodech (čtyřbodový ohyb). ČSN EN Sklo ve stavebnictví Stanovení pevnosti skla v ohybu Část 4: Zkoušení profilovaného skla. ČSN EN Sklo ve stavebnictví Stanovení pevnosti skla v ohybu Část 5: Zkouška dvojitým soustředným prstencem na plochých vzorcích s malým zkušebním povrchem.

17 PLAVENÉ SKLO (FLOAT) 17 Rovnovážná tloušťka: Sklářský kmen = skl. písek ( 60 %) střepy ( 0 %) tavidlo (soda, živec) ostatní E = 70 GPa ν = 0,3 G 30 GPa T Sg S t Sgt g g S povrchové napětí ρ objemová hmotnost g gravitační zrychlení Česká terminologie Anglická terminologie Německá terminologie Sodnovápenatokřemičité sklo Soda lime silicate glass Kalk-Natron-silicatglas Borosilikátové sklo Borosilicate glass Borosilikatglas t Složka Sodnovápenatokřemičité sklo Borosilikátové sklo Oxid křemičitý SiO % % Oxid vápenatý CaO 5-14 % - Oxid sodný Na O % 0-8 % Oxid boritý B O % Oxid draselný K O % Oxid hořečnatý MgO 0-6 % - Oxid hlinitý Al O % 0-8 % Ostatní 0-5 % 0-8 % t g ČSN EN 57-1 ČSN EN

18 PLAVENÉ SKLO 18 Veličina Symbol Jednotka Sodnovápenatokřemičité sklo Borosilikátové sklo Hustota (při 18 C) ρ kg.m Tvrdost (Knoop) HK 0,1/0 GPa 6 4,5-6 Youngův modul (modul pružnosti) E MPa Poissonovo číslo υ - 0,3 0, Střední součinitel délkové tepelné roztažnosti α 10-6 K -1 9 Třída 1: 3,1 4,0 Třída : 4,1 5,0 Třída 3: 5,1 6,0 Měrná tepelná kapacita c p J.kg -1 K Odolnost proti rozdílům teploty a náhlé změně teploty - K Souč. tepelné vodivosti λ W.m -1 K Střední index lomu viditelného záření n - 1,5 1,50 Emisivita (opravená) ε - 0,837 0,837 ČSN EN 57-1 ČSN EN

19 PLAVENÉ SKLO ČSN EN 57- Sodnovápenatokřemičité sklo 19 Tloušťky Rozměry Jmenovitá šířka: B = 310 mm Jmenovitá tloušťka Přípustná odchylka ±0, 3 ±0, 4 ±0, 5 ±0, 6 ±0, 8 ±0,3 10 ±0,3 1 ±0,3 15 ±0,5 19 ±1,0 5 ±1,0 Jmenovitá délka: H = 6000, 5100, 4500, 550, 1000 mm [mm] už není běžné (max 16 m) Označení Sklo float EN 57- čiré 3 mm, 6000 mm 310 mm

20 ÚPRAVY SKLA 0 Řezání - získání požadovaného tvaru a velikosti Ohýbání plochého skla kolem jedné nebo dvou os Úprava hran zkosení hran, broušení, leštění Vrtání otvorů Aplikace povrchových vrstev Tepelné úpravy Vrstvení skla

21 ÚPRAVY SKLA Temperování skla ºC vzduchem Vývoj napětí ve skle při ochlazování Výsledek temperování Výsledek chemického temperování

22 ÚPRAVY SKLA Temperování skla Průběhy napětí v charakteristických místech tepelně tvrzené skleněné tabule Zdroj: Laufs W. a Luible A.: Úvod do použití skla v moderních budovách, ČVUT 003

23 ÚPRAVY SKLA Temperování skla 3 Reziduální napětí Česká terminologie Anglická terminologie Německá terminologie Žádné Plavené sklo, chlazené sklo, float Float glass, Annealed glass [ANG] Float glas Střední Tepelně zpevněné sklo Heat strengthened glass [HSG] Teilvorgespanntes Glas [TVG] Vysoké Tepelně tvrzené bezpečnostní sklo Fully tempered glass [FTG], Safety glass Einscheiben-Sicherheitsglas [ESG]

24 ÚPRAVY SKLA Temperování skla 4 Reziduální napětí Česká terminologie Anglická terminologie Německá terminologie Žádné Plavené sklo, chlazené sklo, float Float glass, Annealed glass [ANG] Float glas Střední Tepelně zpevněné sklo Heat strengthened glass [HSG] Teilvorgespanntes Glas [TVG] Vysoké Tepelně tvrzené bezpečnostní sklo Fully tempered glass [FTG], Safety glass Einscheiben-Sicherheitsglas [ESG] Normy: ČSN EN 1150 Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo ČSN EN 1863 Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo ČSN EN 1337 Chemicky zpevněné sodovápenatokřemičité sklo ČSN EN 1304 Tepelně tvrzené borosilikátové bezpečnostní sklo bezpečnostní ve smyslu, že nehrozí vážné pořezání od střepů neříká to nic o statické odolnosti apod.

25 ÚPRAVY SKLA Temperování skla 5 ČSN EN 1150 (017) Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Definice: sklo, u kterého bylo řízeným procesem ohřevu a ochlazení vyvoláno, dodatečně k základní mechanické pevnosti, permanentní povrchové tlakové napětí, s cílem značně zvýšit odolnost proti mechanickému a tepelnému namáhání a získat předepsané vlastnosti rozpadu. (Zde chybí označení výrobce) Trvalá značka na skle: Výrobce EN Foto: ČSN EN 1863 (01) Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo

26 ÚPRAVY SKLA Vrstvení skla ºC 10 barů Definice Česká terminologie Anglická terminologie Německá terminologie Celek tvořený několika tabulemi skla vzájemně spojenými jednou nebo více mezivrstvami Vrstvené sklo, u něhož v případě rozbití mezivrstva slouží k zadržení úlomků skla, omezuje velikost otvoru, poskytuje zbytkovou odolnost a snižuje riziko řezného nebo bodného poranění Vrstvené sklo Laminated glass Verbundglas [VG] Vrstvené bezpečnostní sklo Laminated safety glass Pokritické chování (Post breakage behaviour) Verbund-Sicherheitsglas [VSG]

27 ÚPRAVY SKLA Vrstvení skla 7 SGP PVB v obou případech FTG sklo, ale s jinou fólií Normy: ČSN EN ISO 1543 Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo bezpečnostní ve smyslu, že vykazuje definovanou třídu bezpečnosti ČSN EN ISO viz také ČSN EN 1600 Kyvadlová zkouška

28 ÚPRAVY SKLA Vrstvení skla 8 Značení vrstveného skla sklo 44.: 4 mm sklo 0,38 mm folie 4 mm sklo 8,76 mm sklo : 10 mm sklo 3 0,38 mm folie 10 mm sklo 3 0,38 mm folie 10 mm sklo 3,8 mm

29 ÚPRAVY SKLA Vrstvení skla 9 Materiály mezivrstev Obecně viskoelastické materiály = vlastnosti se mění v čase a v závislosti na teplotě PVB polyvinyl butyral EVA / EVA SAFE etyl vinyl acetát folie dodávaná v rolích / arších SGP ionoplast (SENTRY GLASS PLUS) Vrstvy na bázi pryskyřic litá vrstva Kelvin Maxwell Tucket Fyzikální modely viskoelastického materiálu

30 ÚPRAVY SKLA Vrstvení skla 30 Materiálové charakteristiky mezivrstev PVB SGP

31 ÚPRAVY SKLA Ohýbání skla 31 Ohýbání skla: - float i tepelně tvrzené sklo - v jednom směru nebo v obou směrech Definice: sklo, jemuž byl během výroby záměrně dán určitý tvar Dle normy je správný termín zakřivené sklo

32 ÚPRAVY SKLA Opracování hran 3 Běžné opracování hran: Sámovaní (s neopracovanými místy) Jemné broušení (bez neopracovaných míst) Broušení (s neopracovanými místy) Leštění Dekorační opracování hran: Hrany se upravují před případným tepelným tvrzením nebo zpevněním!

33 ÚPRAVY SKLA Vrtání otvorů 33 Vrták: plochý břit (malé průměry) diamantový korunkový Otvory se vrtají před případným tepelným tvrzením nebo zpevněním!

34 ÚPRAVY SKLA Řezání skla 34 Lámáním naříznuté tabule skla: CNC řezacím strojem Karbidové kolečko Ručně podle pravítka / šablony Vodním paprskem: Diamantovým kotoučem:

35 ÚPRAVY SKLA Řezání skla 35 Řezání lámáním - princip: lokální plastické přetvoření u kovů křehký lom skla rýha v linii budoucího lomu působením tahových napětí na straně rýhy

36 ÚPRAVY SKLA Izolační sklo 36 Inertní plyn (argon, krypton) Sklo (různé typy) Distanční rámeček (plast, hliník, nerez) Primární tmel (trvale plastický) Vysoušecí prostředek Sekundární tmel (trvale pružný) Izolační dvojsklo Vakuové izolační sklo Izolační trojsklo Vakuum IGU = Insulation Glass Unit

37 ÚPRAVY SKLA Izolační sklo 37 Namáhání skla vlivem změny teploty a atmosférického tlaku

38 OBCHODNÍ NÁZVY SKLA 38 Planibel (AGC) čiré float sklo pro tvrzení, vrstvení, zrcadla, izolační skla Lacobel (AGC) čiré float sklo z jedné strany barevně lakované, pouze interiér Stratobel (AGC) vrstvené sklo s PVB fólií Pyrobel (AGC) protipožární sklo Connex (- - -) vrstvené sklo s fólií kalené sklo tepelně tvrzené bezpečnostní sklo polokalené sklo tepelně zpevněné sklo Významní výrobci skla ve světě: Saint Gobain Pilkington Guardian

39 SPECIÁLNÍ SKLA 39 Fotovoltaické Zatmavovací S LED diodami atd

40 PLAVENÉ SKLO Pevnost skla 40 σ 3 max, f 1, 3 σ 1 σ Druh skla způsob výroby f b,k [MPa] Tepelně tvrzené bezpečnostní sklo, prohřívané tepelně tvrzené bezpečnostní sklo Tepelně zpevněné sklo Chemicky zpevněné sklo Tepelně tvrzené borokřemičité bezpečnostní sklo plavené sklo nebo ploché tažené sklo 10 vzorované sklo 90 smaltované plavené nebo smaltované vzorované sklo 75 plavené sklo nebo ploché tažené sklo 70 vzorované sklo 55 smaltované plavené nebo smaltované vzorované sklo plavené sklo nebo ploché tažené sklo 150 vzorované sklo 150 borokřemičité sklo 10 Chlazené plavené sklo => bez tepelné úpravy 45 45

41 PLAVENÉ SKLO Pevnost skla 41 Lomová mechanika Velikost napětí na čele trhliny závisí na: Tvaru ( ostrosti ) trhliny Velikost trhliny (hloubka) Způsobu namáhání Hovoříme-li o pevnosti skla v naší praxi, zpravidla máme na mysli inženýrskou pevnost, která je ovlivněna tvarem, počtem a velikostí trhlin na povrchu skla. Pevnost materiálu z hlediska meziatomových vazeb ne tomto nezávisí. tupá trhlina ostrá trhlina průřez v tlaku Vždy dochází k porušení tahem zajímá nás tahová pevnost skla

42 PLAVENÉ SKLO Pevnost skla 4 Lomová mechanika u skla si vystačíme s lineární elastickou lomovou mechanikou Tři základní módy namáhání trhliny: Eliptická trhlina v nekonečné desce:

43 PLAVENÉ SKLO Pevnost skla 43 Lomová mechanika Irwinova podmínka spolehlivosti: K K I Ic Skleněný prvek selže, jestliže součinitel intenzity napětí K I vlivem tahových napětí na čele trhliny dosáhne jeho kritické hodnoty K Ic K I součinitel intenzity napětí pro daný mód zatěžování I [MPa.m 1/ ] K Ic lomová houževnatost pro daný mód zatěžování I [MPa.m 1/ ]. K Ic je taková hodnota součinitele intenzity napětí, která vede k okamžitému selhání (nestabilnímu šíření trhliny). Tato hodnota je známa pod pojmem Lomová houževnatost, někdy se jí říká kritický součinitel intenzity napětí KI Y πa Y tvarový součinitel [-] σ a nominální tahové napětí [MPa] hloubka trhliny [m]. Zdroj K Ic [MPa.m 1/ ] Wiederhorn (1967) 0,8 Atkins a Mai (1988) 0,78 Gehrke a kol. (1990) 0,78 Menčík (199) 0,7 0,8 Ullner (1993) 0,76

44 CENA SKLA 44 Typ skla plavené, tepelně zpevněné, tepelně tvrzené bezpečnostní Úprava hran bez úpravy, broušené, leštěné Materiál mezivrstvy PVB, EVA SAFE, Sentry Glass Poměr plochy a obvodu Vrtané otvory Další úpravy ohýbání, povlaky, prohřívání atd. Popis Hrana Kč/m Kč/m /mm ESG 8 Tvrzené sklo Broušená matná TVG 8 Zpevněné sklo Broušená matná Float 8 Plavené sklo Broušená matná VSG 44. VG 88. Dvojvrstvé z tvrzeného skla s fólií EVASAFE Dvojvrstvé z plaveného skla s fólií PVB broušená matná před laminací broušená matná po laminaci Např. neprůstřelné sklo Kč/m (ceny ) Např. fasáda Šumavská =6336 m 4000 Kč/m = Kč bez DPH (hrubý nástřel)

45 NAVRHOVÁNÍ PODLE NOREM 45 ( ) pren Glass in building Design of glass panes Part 1: General basis of design pren Glass in building Design of glass panes Part : Design for uniformly distributed loads pren Glass in building Design of glass panes Part 3: General method of calculation and determination of strength of glass by testing ( ) pren 1661 Glass in building Determination of the load resistance of glass panes by calculation and testing pren Glass in building Laminated glass and safety laminated glass - Determination of interlayer mechanical properties CEN-TS Design of structural glass (019) jako podklad pro EC10 (00?) ČSN Ochranná zábradlí (017) ČSN EN Vnější clony a markýzy Funkční a bezpečnostní požadavky (015) ČSN Schodiště a šikmé rampy Základní požadavky (010) ČSN EN 1488 Sklo ve stavebnictví - Doporučení pro zasklívání - Zásady montáže pro svislá a šikmá zasklení Směrnice ČKLOP (Česká komora lehkých obvodových plášťů) ( BS 66-4 Glazing for Buildings Part 4: Code of Practise for safety related to human impact (018) DIN Glas im Bauwesen - Bemessungs- und Konstruktionsregeln

46 Relativní pevnost [-] t f = 6 týdnů t f = 50 let t f = 10 min NAVRHOVÁNÍ PODLE NOREM 46 Návrhová pevnost skla vliv okolního prostředí (vlhkost) + historie zatížení,00 1,75 1,50 1,5 1,00 0,75 0,50 k mod = 0,74 k mod = 0,43 0,5 k mod = 0,9 0,00 1,E-0 1,E+00 1,E+0 1,E+04 1,E+06 1,E+08 1,E+10 1,E+1 t f - Doba trvání zatížení [s]

47 Relativní pevnost Relativní pevnost NAVRHOVÁNÍ PODLE NOREM 47 vliv způsobu namáhání vliv velikosti (size effect) 4,0 3,5 3,0,5,0 1,5 1,0 0,005 m 0,01 m m = 7; ASTM (004) m = 7,3; Brown (1974) m = 9; Beason & Morgan (1984) m = 5; pren (007) 0,05 m 0,5 m 1,00 m 4,00 m 0,5 0,0 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 Plocha povrchu skla [mm ] 1,3 1, 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 m = 5 m = 15 m = 10 m = Plocha povrchu skla [m ]

48 NAVRHOVÁNÍ PODLE NOREM 48 Princip pevnostního posouzení pren 1661 pren max f g,d eff, d f g,d f g,d k mod k sp M,A f g,k k v f b,k M,v f g,k f f g,k b,k g,k g, d kmod n m k A v f f eff, d 1 1, d d x y x y A A 1 k mod vliv prostředí a trvání zatížení k sp úprava povrchu (surface profile) k v poloha skla při temperování k mod vliv prostředí a trvání zatížení k A vliv plochy skla A (size effect) γ n národní součinitel

49 ÚČINNÁ TLOUŠŤKA SKLA 49 potřebné pro ruční výpočet vliv spolupůsobení jednotlivých skleněných tabulí spojených mezivrstvou => přenos smykem v mezivrstvě zajišťuje smyková tuhost materiálu mezivrstvy => modul pružnosti ve smyku G int vliv teploty a trvání zatížení (visko-elastický materiál) různé modely a početní postupy průkopník Wölfel (sendvičové konstrukce)

50 ÚČINNÁ TLOUŠŤKA SKLA 50 Model Wölfel Bennison Calderone 1 1 int int 1 1 A A A A L b G t E Γ 0 int int s 9,6 1 1 L t G t E Γ s,1 s, s 1 t t t t t t t t t t A A A A b s,1 t t t t t 1 0 s, t t t t t 3 s w eff, 1 Γ t t t s, 1 3 w eff, 1,eff, t Γ t t t σ s,1 3 w eff,,eff, t Γ t t t

51 ÚČINNÁ TLOUŠŤKA SKLA 51 Příklad Stanovte účinnou tloušťku skla pro - Plné spolupůsobení G int = 1000 MPa Γ = 1 - nulové spolupůsobení G int = 0 MPa Γ = 0 Γ 1 E t 1 9,6 G t L int s 0 int t eff, w t1 t 1 Γ s

52 ÚČINNÁ TLOUŠŤKA SKLA I 1 1 b t 3 b 1 5 Příklad Plné spolupůsobení Gint = 1000 MPa Γ 1 I t t ,8 bt bt I b 1749, ,80 mm 749,87 mm Nulové spolupůsobení G int = 0 MPa 4 Γ 0 I t b t I b 1166, ,66 mm 1,60 mm 4

53 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 53 Schodiště

54 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 54 Fasády/opláštění

55 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 55 Přístřešky/markýzy

56 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 56 Zastřešení

57 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 57 Pochůzné plochy

58 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 58 Prostorové konstrukce

59 SOUDOBÉ KONSTRUKCE 59 Lávky

60 ULOŽENÍ/KOTVENÍ SKLA 60 Liniové

61 ULOŽENÍ/KOTVENÍ SKLA 61 V ploše vrtaný otvor Bodové Typ: spider

62 ULOŽENÍ/KOTVENÍ SKLA 6 Bodové V ploše vrtaný otvor

63 ULOŽENÍ/KOTVENÍ SKLA 63 Bodové V ploše vrtaný otvor Konstrukční spoj

64 ULOŽENÍ/KOTVENÍ SKLA 64 Bodové Na hraně bez vrtání

65 PORUCHY Náhlá exploze tepelně tvrzeného skla 65 inkluze NiS HST heat soak test Destruktivní zkouška ČSN EN Sklo ve stavebnictví Prohřívané (HST) tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo Část 1: Definice a popis.

66 PORUCHY Delaminace vrstveného skla 66

67 PORUCHY Tepelný šok 67

68 VÝZKUM KDK 68 Od r Plošné dílce příčně zatížené desky Bodově uložené Liniově uložené Prutové prvky stabilitní problémy Osový tlak => rovinný vzpěr Ohyb na tuhou osu => klopení Interakce vzpěru a klopení

69 VÝZKUM KDK Desky bodově podepřené 69 Těleso T1 T T3 T4 T5 T6 tl. [mm] 1 x 10 x 8 Skladebné uspořádání ESG 1 Bezpečnostní sklo VSG Vrstvené sklo VSG 8.8. ESG Vrstvené bezpečnostní sklo

70 VÝZKUM KDK Desky bodově podepřené 70

71 Desky bodově podepřené Výsledky zatěžovacích zkoušek 71 Skutečná hmotnost jednotlivých skleněných deskových zkušebních těles zjištěná vážením dosahuje následujících hodnot: tělesa T1, T.. 163,00 kg, tj. 9,50 kg.m - tělesa T3, T4.. 80,00 kg, tj. 50,7 kg.m - tělesa T5, T6.. 14,40 kg, tj. 38,84 kg.m - Experimentálně stanovená návrhová únosnost (zatížení) nosného dílce odpovídající konvenčnímu meznímu průhybu, který se u konstrukčního skla volí v rozmezí 1/100 až 1/ 00 rozpětí: Zkušební těleso Mezní únosnost p max [kpa] T 1 3,3 T 5,46 T 3 1,50 T 4,44 T 5 - x ) T 6 3,51 x ) Pozn.: těleso bylo cíleně porušeno mechanicky při zatížení p = 3 kpa

72 q [kpa] q [kpa] Desky bodově podepřené Výsledky zatěžovacích zkoušek 7 Výsledné závislosti q-w pro všechna zkušební tělesa stejné konstrukční a materiálové skladby zpracované metodou nejmenších čtverců. BOD 1 testy T1, T, testy T3, T4, testy T5, T6 BODY 1, 13 testy T1, T, testy T3, T4, testy T5, T w q [mm] w q [mm] testy T1, T testy T3, T4 testy T5, T6 testy T1, T testy T3, T4 testy T5, T6

73 Desky bodově podepřené Mechanismus porušení 73 Kromě problému závislosti přetvoření (průhybu) v procesu nárůstu zatížení až do dosažení objektivní mezní únosnosti zkušebního tělesa je zvláště v případě nosných systémů z konstrukčního skla nezbytné analyzovat důsledky mechanismu porušení skleněného dílce z hlediska bezpečnosti osob v překrytém prostoru. V uvedeném smyslu se proto zaměříme dále podrobněji na dokumentaci způsobu a průběhu porušení jednotlivých zkušebních těles T1 až T6 na mezi objektivní únosnosti při působení plného rovnoměrného zatížení.

74 Desky bodově podepřené Mechanismus porušení zkušební tělesa T1 a T 74 Jednovrstvé kalené sklo vykazuje příznivé pevnostní a deformační charakteristiky i hladinu mezní únosnosti. K porušení na mezi objektivní únosnosti dochází náhle, a to při iniciaci lomu skla v oblasti uchycení kovovými kruhovými deskami. Z hlediska bezpečnosti je příznivé, že se tabule skla rozpadne na malé části, nicméně všechny úlomky skla propadnou do překrytého prostoru.

75 Desky bodově podepřené Mechanismus porušení zkušební tělesa T3 a T4 75 Dvouvrstvé nekalené sklo s mezilehlou fólií má z analyzovaných typů zkušebních těles relativně nejmenší únosnost a tuhost, a to zejména též z hlediska podílu mezního zatížení a vlastní tíhy skleněného dílce. Na hladině objektivní mezní únosnosti dochází k postupnému rozvíjení lomových linií, proces porušování dílce není jednorázový. Z hlediska bezpečnosti v překrytém prostoru je příznivé, že skleněný dílec zůstává i po porušení v zásadě celistvý a ztužující fólie umožňuje i manipulaci s celým zkušebním tělesem

76 Desky bodově podepřené Mechanismus porušení zkušební těleso T5 76 Dvouvrstvé kalené sklo s mezilehlou fólií vykazuje příznivé přetvárné i pevnostní parametry. Úder kladivem uprostřed střešního dílce inicioval prudký a náhlý rozvoj dělení vrstvené skleněné tabule lomovými liniemi na drobné dílčí části, avšak vlivem vazby vytvořené mezilehlou fólií nedošlo k rozpadu deskového tělesa na dílčí úlomky. Nicméně po obvodu závěsných kovových svěrných desek došlo k vytvoření otvorů porušením mezilehlé fólie a celý skleněný zkušební dílec se po době rámcově 10 sekund propadl na dno zkušebního zařízení

77 Desky bodově podepřené Mechanizmus porušení zkušební těleso T6 77 S ohledem na jinak příznivé deformační i pevnostní charakteristiky navrženého skladebného řešení dílce zastřešení lze považovat za účelné eliminovat naznačený problém doplňkovou technickou úpravou vylučující pád porušeného tělesa. Navržená úprava spočívá ve vložení ochranného lanka pod skleněnou střešní desku. Lanko je uchyceno na závěsná oka v ose šroubů kruhových svěrných desek a je vedeno v diagonálách a dále po linii spojující čtyři podpůrné uzly skleněné desky. Použité ocelové lanko mělo průměr Ø 5 mm, obecně postačí dimenze odpovídající hmotnosti skleněného dílce a počtu závěsů.

78 Desky bodově podepřené Numerická analýza 78 Pro zkoušená tělesa z konstrukčního skla byl vytvořen výpočtový statický model s využitím programového systému ANSYS. V první fázi byl model sestaven pro dílec z jednovrstvého kaleného skla s rozměry odpovídajícími zkušebním tělesům T1, T (tloušťka 1 mm a další rozměry podle obr. ) a okrajovými podmínkami simulujícími podepření při zatěžovacích zkouškách, které bylo navrženo tak, aby odpovídalo uložení dílce ve skutečné konstrukci.

79 VÝZKUM KDK Desky liniově podepřené 79 Vzorek T1 T T3 Popis Vrstvené sklo: 4 mm float + 0,78 mm PVB + 4 mm float Laminated glass: 4 mm FTG + 0,78 mm PVB + 4 mm FTG Laminated glass: 4 mm float (spodní) + 0,78 mm PVB + 4 mm FTG (horní)

80 Posun [mm] Posun [mm] Desky liniově podepřené Výsledky experimentu Test 1; *FLOAT Test.1; *FTG Test 3; FLOAT+FTG Zatížení [kn.m - ] Snímač Test 1; *FLOAT Test.1; *FTG Test.3; *FTG Test 3; FLOAT+FTG Zatížení [kn.m - ]

81 Desky liniově podepřené Mechanismus porušení zkušební těleso T1 81 Vzorek T1: *4 mm plavené sklo Mezní únosnost 13,6 kn/m

82 Desky liniově podepřené Mechanismus porušení zkušební těleso T 8 Vzorek T: *4 mm kalené sklo Test.1: Zatíženo na 50 kn/m, test přerušen z důvodu limitů měřícího zařízení Test.: PVC kryt porušen při zatížení 54 kn/m Test.3: Porušení při už zatížení 51,5 kn/m

83 Desky liniově podepřené Mechanismus porušení zkušební těleso T3 83 Vzorek T3: 4 mm float + 4 mm FTG Float sklo porušeno při zatížení 6 kn/m (průběh hlavních napětí) Další nárůst zatížení až na hodnotu 37, kn/m

84 Posun [mm] Posun [mm] Desky liniově podepřené Numerická analýza Průhyb uprostřed desky 50 Vliv viskoelastického chování PVB folie 45 G int = 1.0 MPa 45 Numerický model Významný vliv G int Zanedbatelný vliv G int 0 Model Model 15 Gint = 4,0 MPa Model 3 Model 4 Model Gint = 1,0 MPa Gint = 0,05 MPa Gint = 0,01 MPa Zatížení [kn.m - ] Zatížení [kn.m - ]

85 Desky liniově podepřené Srovnání analýz 85 Koncentrace napětí SJ MEPLA: Hlavní napětí při zatížení 6 kn/m ANSYS: Hlavní napětí při zatížení 50 kn/m

86 86 Desky liniově podepřené Záznam testu zkušebního tělesa T

87 VÝZKUM KDK Pruty tlačené vzpěrná odolnost 87 Označení Popis Sklo Folie Délka [mm] Šířka [mm] Tloušťka skla [mm] Tloušťka folie [mm] ESG 1 Bezpečnostní sklo Tepelně tvrzené VG 66. Vrstvené dvojsklo Plavené chlazené PVB ,76 VSG 66.3 Vrstvené bezpečnostní dvojsklo Tepelně tvrzené EVASAFE ,14 VSG Vrstvené bezpečnostní trojsklo Tepelně tvrzené EVASAFE ,14

88 VÝZKUM KDK Pruty tlačené vzpěrná odolnost 88 Ocelový rám Kloubové uložení Lankový úchylkoměr Skleněný sloup Kloubové uložení Hydraulický válec Ruční pumpa

89 VÝZKUM KDK Pruty tlačené vzpěrná odolnost 89 Umístění zkušebního tělesa v rámu

90 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Mechanismus porušení tělesa FB4 - FB15 90 FB7-FB10 FB11 FB1 FB13 FB4 FB14 FB5 FB15 FB6

91 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Výsledky experimentu 91 PVB folie EVASAFE folie

92 9 Statistické vyhodnocení výsledků experimentu Pruty tlačené vzpěrná odolnost Normální rozdělení Lognormální rozdělení Průměr Směrodatná odchylka Variační koeficient Charakteristická hodnota Návrhová hodnota i x x n m 1 i x x n m ln x i x m x n s ln 1 1 x i x m x n s x x x m s V x n x V k m X 1 k x n x s k m X exp k x n x V k m X 1 m d x n x V k m X d, d 1 x n x s k m X exp 1 m d n s x k X d, d 1 exp

93 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Teoretická analýza teorie II. řádu 93 f w 0 L / w 0 N cr N N N cr π E I L z,eff cr max N A M W N A N w N N cr / W cr N b,\rk e 0 = L/000 e 0 = L/00 N b,\rk σ Rk σ Rk

94 94 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Numerická analýza teorie velkých deformací

95 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Srovnání analýz 95

96 96 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Praktický návrh křivky vzpěrné pevnosti Rk A N cr eff Φ 0,5 1 imp 0 Φ 1 Φ N b, Rk Rk Aeff N b, Rd Rd Aeff

97 97 Pruty tlačené vzpěrná odolnost Záznam testu zkušebních těles FB14 a FB15

98 VÝZKUM KDK Pruty ohýbané odolnost v klopení 98 Označení Popis Sklo Folie Délka [mm] Šířka [mm] Tloušťka skla [mm] Tloušťka folie [mm] VG 66. Vrstvené dvojsklo Plavené chlazené EVASAFE ,76 VG 88. Vrstvené dvojsklo Plavené chlazené EVASAFE ,76 VG Vrstvené trojsklo Plavené chlazené EVASAFE ,76 Ocelový rám Hydraulický lis Vahadlo Zatěžovací rámek Koncové botky Lankové úchylkoměry Skleněný nosník Podpory (schematicky zakresleny)

99 VÝZKUM KDK Pruty ohýbané odolnost v klopení 99 Vahadlo Zatěžovací rámek Koncová botka

100 VÝZKUM KDK Pruty ohýbané odolnost v klopení 100

101 Pruty ohýbané odolnost v klopení Mechanismus porušení 101 LTB1 LTB4 LTB7

102 Pruty ohýbané odolnost v klopení Výsledky experimentu 10 Úhel natočení Příčný posun Normálové napětí Svislý posun

103 Pruty ohýbané odolnost v klopení Statistické vyhodnocení 103

104 104 Teoretická analýza teorie II. řádu Pruty ohýbané odolnost v klopení x L z M L c I E M c L I G v M L c z M L c I E M c x π cos π π π π g y z y 1 t 0 y 1 g y z y 1 0 x L z M L c I E M c L I G v I E M c M I E I G c x v π cos π π g y z y 1 t 0 z y 1 0 y z t 1 z eff, z y eff, y max W M W M Rk Rk M max, max, σ Rk M max,σ,rk

105 105 Pruty ohýbané odolnost v klopení Numerická analýza teorie velkých deformací

106 Pruty ohýbané odolnost v klopení Praktický návrh křivky klopení 106 M cr C 1 π E I L z,eff LT C z g G I t,eff L π E I LT z,eff C z g LT Rk cr Rk M W cr y Φ LT 0,5 1 imp LT 0 LT LT LT 1 LT LT 1,0 M W b, Rk LT y fg,k M W b, Rd LT y fg,d

107 107 VÝZKUM KDK Interakce vzpěru a klopení skleněných prutů

108 SAMOSTUDIUM 108 Volné internetové zdroje o Pešek, O.: Stabilitní problémy prutů z vrstveného konstrukčního skla. Brno, s., 4 s. příl. Disertační práce o Laufs W. a Luible A.: Úvod do použití skla v moderních budovách, ČVUT 003. ISBN o Feldmann, M. et al.: Guidance for European Structural Design of Glass Components, ISBN (pdf) o AGC Yourglass Pocket Další odborná literatura o Schneider, J. et al.: Glasbau. Grundlagen, Berechnung, Konstruktion, Berlin, 016, ISBN o Haldimann, M. et al.: Structural use of glass, Zurich, 008. ISBN o Schittich, Ch. et al.: Glass construction manual. nd revised and expanded edition, Basilej, 007. ISBN o Wurm, J.: Glass structures. Design and construction of self-supporting skins, Basilej, 007. ISBN

109 PRAKTICKÝ PŘÍKLAD 109 Schodišťový stupeň

110 MOUDRÝ MUŽ NEVYSTAVUJE ZKOUŠCE SKLO A ŽENU LOPE DE VEGA LS 019 CO05 Vybrané problémy navrhování a realizace kovových a dřevěných konstrukcí a mostů