Toetsing Hardglazen schuifwanden

Transcriptie

1 Toetsing Hardglazen schuifwanden Opdrachtgever Edge Italiaans Restaurant Meer van Annecy JT WOERDEN Datum: 03 juni 2019 Aantal pagina s: bijlage: uitdraai berekening windbelasting Opdrachtnemer Kenniscentrum Glas Postbus BE GOUDA T: E: [email protected] W: Pagina 1 van 11

2 Inhoudsopgave Hoofdstuk 1 Hoofdstuk 2 Hoofdstuk 3 Hoofdstuk 4 Hoofdstuk 5 Inleiding Belastingen en belastingsfactor Bepaling van de toegestane buigtrekspanning en doorbuiging Bepaling van de toe te passen glasdikten Conclusie Pagina 2 van 11

3 Hoofdstuk 1 Inleiding Edge, een Italiaans restaurant te Woerden, wil het terras uitbreiden. Edge heeft aan Kenniscentrum Glas gevraagd om te toetsen of de toe te passen glassamenstelling voldoende bestand is tegen de in rekening te brengen belasting. In dit document wordt aangegeven met welke parameters er rekening gehouden wordt, welke belasting van toepassing is met bijhorende factoren en wat de maximaal optredende spanning in het glas mag zijn. Qua normen zijn NEN EN 1991 deel 1-4 en NEN 2608 van toepassing. In dit document wordt één situatie uitgewerkt. Verticaal geplaatst glas 2 zijdig opgelegd verticale zijden zijn de vrije zijden. Pagina 3 van 11

4 Hoofdstuk 2 Belastingen en belastingsfactor In heel Europa gelden de Eurocodes als het gaat om de in rekening te brengen belastingen op constructies en onderdelen hiervan. In de NEN-EN 1991 serie worden alle belastingen opgesomd. In deze normen staan richtwaarden waarop de diverse landen op nationaal niveau hun waarden moeten afstemmen. De nationale waarden staan dan in de Nationale Bijlagen van de Eurocode van het desbetreffende land. NEN-EN inclusief nationale bijlage Eurocode 1: Belastingen op constructies- deel 1-4: Algemene Belastingen Windbelasting Het terras wordt gebouwd in Woerden. Woerden is gelegen in de provincie Utrecht en valt daarmee in windgebied 3. Het is een los staand bouwwerk, de hoogte is ca. 3 meter. Het wordt gebouwd aan de rand van de recreatieplas Cattenbroek. De locatie is daarmee onbebouwd. Windgebied III Gebouwhoogte mm Ongebouwde omgeving Extreme windstuwdruk is 0.49 kn/m 2. De schuifwanden kunnen langs elkaar schuiven en zoals op foto te zien is kunnen de delen achter elkaar geschoven worden (foto op pagina 1). De situatie kan vergeleken worden met vrij staande wanden waarbij de wand niet wordt omgezet. De meest ongunstigste situatie is zone A. De lange zijde van het terras is opgesplitst in 2 gelijke delen met een lengte van mm. De hoogte wordt ingeschat op mm. Dit houdt in dat de lengte van de wand gedeeld door de hoogte van de wand uitkomt op een getal kleiner of gelijk aan 3. Als windvormfactor dient dan waarde 2,3 te worden gehanteerd. De in rekening te brengen windbelasting is: 0,49 kn/m 2 x 2,3 = 1,127 kn/m 2. Belastingsfactor De in rekening te brengen belastingen dienen vermenigvuldigd te worden met de bijbehorende belastingsfactor. Deze belastingsfactor is standaard 1,5. Deze mag worden verhoogd of verlaagd afhankelijk van de gebouwfunctie. Deze aanpassing wordt tot stand gebracht door de belastingsfactor te vermenigvuldigen met een Kfifactor (vermenigvuldigingsfactor). Het product hiervan noemt men de partiële factor. Pagina 4 van 11

5 De grootte van de in rekening te brengen belastingsfactor is gekoppeld aan de faalkans van de constructie of van het constructief element en het mogelijk aantal slachtoffers. Dit aantal is gekoppeld aan de gevolgklasse en de gebruiksfunctie. Het toegepaste glas, dat ook wel constructief element van vlakglas wordt genoemd, dient beoordeeld te worden op de waarschijnlijkheid van bezwijken in combinatie met de mogelijke gevolgen van dit bezwijken. Zijn de gevolgen van het bezwijken klein, dan mag het constructief element van vlakglas worden ingedeeld in gevolgklasse bouwwerk CC1. Zijn de gevolgen groot door het bezwijken van het constructief element van vlakglas, dan moet het glas ingedeeld worden in gevolgklasse bouwwerk CC3. Middelmatige gevolgen horen bij klasse CC2. Gevolgklasse Omschrijving Voorbeelden van gebouwen en civieltechnische werken CC3 CC2 CC1 Grote gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens, of zeer grote economische gevolgen, sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving Middelmatige gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens, of aanzienlijke economische gevolgen, sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving Geringe gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens, of kleine of verwaarloosbare economische gevolgen, sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving Tribunes, openbare gebouwen waarbij de gevolgen van het bezwijken groot zijn (bijvoorbeeld een concertzaal) Woon- en katoorgebouwen, openbare gebouwen waar de gevolgen van bezwijken beperkt zijn (bijvoorbeeld een kantoorgebouw) Gebouwen voor de landbouw waar mensen normaal niet verblijven (bijvoorbeeld opslagschuren en tuinbouwkassen) Tabel 1 Gevolgklasse met bijbehorende omschrijving en voorbeelden Ten behoeve van de wiskundige benadering van de betrouwbaarheid mogen constructies of onderdelen hiervan worden onderverdeeld in gevolgklassen. De gevolgen van het bezwijken of het slecht functioneren van de constructie of een onderdeel hiervan worden hierbij beoordeeld. Er zijn ook drie betrouwbaarheidsklassen welke overeenkomen met de drie gevolgklassen: CC3 = RC 3 CC2 = RC 2 CC1 = RC 1 Pagina 5 van 11

6 De belastingsfactor is er voor om de betrouwbaarheid van de constructie of het onderdeel hiervan te waarborgen. Anders gezegd: de belastingsfactor is een extra veiligheid die wordt ingebouwd. Deze belastingsfactor wordt vermenigvuldigd met de in rekening te brengen belasting. De in rekening te brengen belastingsfactor is het product van de partiële factor γf en de Kfi factor. Belastingsfactor = γf x Kfi γf = 1,5 voor overheersende veranderlijke belastingen Kfi = zie tabel 2 K fi factor voor belastingen Betrouwbaarheidsklasse RC1 RC2 RC3 Kfi 0,9 1,0 1,1 Tabel 2 Kfi factoren Hieruit kunnen wij concluderen dat de in rekening te brengen belastingsfactor voor de verschillende betrouwbaarheidsklassen (gevolgklassen) zijn: Belastingsfactor in RC 1 = 1,5 x 0,9 = 1,35 Belastingsfactor in RC 2 = 1,5 x 1,0 = 1,50 Belastingsfactor in RC 3 = 1,5 x 1,1 = 1,65 Voor de voorliggende casus geldt dat indien de constructie, of een onderdeel hiervan bezwijkt, de gevolgen middelmatig zijn. We gaan daarom uit van gevolgklasse CC2. Pagina 6 van 11

7 Hoofdstuk 3 Bepaling van de toegestane buigtrekspanning en doorbuiging Bepaling van de rekenwaarde van de buigtreksterkte van glas De rekenwaarde van de buigtreksterkte van glas is afhankelijk van de tijdsduur dat het glas belast wordt door een belasting en de wijze van rekenen. De rekenwaarde wordt bepaald aan de hand van de volgende formule: Fmt; u; d = ka x ke x kmod x ksp x fg; k γma Fmt;u;d ka ke kmod ksp fg;k γma is de rekenwaarde van de buigtreksterkte van niet-voorgespannen glas, uitgedrukt in N/mm 2 is de factor voor het oppervlakte effect is de factor voor de randkwaliteit van de ruit is de modificatiefactor afhankelijk van de belastingsduur en de referentieperiode is de factor voor de oppervlaktestructuur van de ruit is de karakteristieke waarde van de buigbreeksterkte van glas is de materiaalfactor van glas Bij thermisch voorgespannen glas mag de mate van voorspanning worden opgeteld bij de rekenwaarde van de buigtreksterkte van glas. Dit wordt gedaan aan de hand van de onderstaande formule: Fmt; u; d = ka x ke x kmod x ksp x fg;k γma + ke x kz x (fb;k ksp x fg;k) γmv kz fb;k γmv is de factor voor de zone van de ruit is de karakteristieke waarde van de buigtreksterkte van voorgespannenglas in N/mm 2 is de materiaalfactor van voorgespannen glas Pagina 7 van 11

8 Bepaling F;mt;ud tijdsduur 5 seconden Fmt; u; d = ka x ke x kmod x ksp x fg; k γma ka factor voor het oppervlakte effect Waarde = 1,00 ke factor voor de randkwaliteit van de ruit Waarde = 1,00 kmod modificatiefactor afhankelijk van de belastingsduur, referentieperiode en de positie van de optredende spanning Waarde = 1,00 ksp factor voor de oppervlaktestructuur van de ruit Waarde = 1,00 fg;k karakteristieke waarde van de buigbreeksterkte van glas Waarde = 45 N/mm 2 γma materiaalfactor van glas Waarde = 1,6 Bij Thermisch Gehard glas mag de mate van voorspanning worden opgeteld bij de rekenwaarde van de buigtreksterkte van glas. Dit wordt gedaan aan de hand van de onderstaande formule: ke x kz x (fb; k ksp x fg; k) γmv ke factor voor de randkwaliteit van de ruit Waarde = 1,00 kz factor voor de zone van de ruit Waarde = 1,00 fb;k-kspxfgk karakteristieke waarde van de buigtreksterkte van voorgespannen glas in N/mm 2 Waarde = 75,00 N/mm 2 γma materiaalfactor van de voorspanning Waarde = 1,2 Glasplaat Belasting ka ke kmod ksp f;gk F;mt;ud 1 ke kz f;bk-kspxfgk F;mt;ud 2 F;mt;ud = = Oppervlakte YmA in N/mm2 YmV in N/mm2 totaal 1,00 1,00 1,00 1,00 45,00 1,00 1,00 75,00 1 Windbelasting = 28,13 = 62,50 90,63 1,60 1,2 Tabel 3 F;mt;ud Rekenwaarde van de buigtreksterkte Pagina 8 van 11

9 Bepaling van de bruikbaarheidsgrenstoestand (doorbuiging) Bij het bepalen van de juiste glasdikte dient ook rekening gehouden te worden met de toelaatbare doorbuiging van de ruit. NEN 2608 maakt onderscheid in 3 verschillende situaties: 1) Doorbuiging van de zijden van isolatieglas De maximale doorbuiging van de zijden van isolatieglas moet zodanig beperkt blijven dat er sprake blijft van een hermetisch gesloten spouw. U max Lz 200 U max Lz is de maximale doorbuiging van de zijde van de ruit in mm is de lengte van de zijde van de ruit in mm 2) Doorbuiging van de zijden van enkelglas (al dan niet gelaagd) De doorbuiging van de ruit van enkelglas moet ter plaatse van de zijden voldoen aan de volgende vergelijking: U max Lz 100 U max Lz is de maximale doorbuiging van de zijde van de ruit in mm is de lengte van de zijde van de ruit in mm 3) Doorbuiging in het midden van de ruit De doorbuiging van de ruit in het midden van de ruit moet voldoen aan: U max;dia Ldia mm In de voorliggende casus is er sprake van vrije zijden. De hoogte maat is de vrije zijde. U max komt daarmee uit op 2314 / 100 = 23,14 mm. Pagina 9 van 11

10 Hoofdstuk 4 Bepaling van de toe te passen glasdikte Bij de bepaling van de glasdikte zijn wij uitgegaan van een 2 zijdige oplegging. De onder- en bovenzijde worden vrij opgelegd. De zijkanten zijn vrij. De afmeting van de ruit is opgegeven: x mm (B x H). Glasblad: Floatglas nominale glasdikte 10 mm Het floatglas heeft een thermische voorspanning ondergaan, waardoor er sprake is van thermisch gehard glas. Bijlage Samenstelling Afmeting Berekende Maal F;t;ud Breedte Hoogte optreden belastings in in mm in mm spanning in N/mm2 factor 1,5 N/mm mm thermisch gehard glas ,88 73,32 90,63 0,81 Tabel 4 Uitkomsten berekening Note: UC = Unity Check. De berekende optredende spanning mag niet groter zijn dan de rekenwaarde van de buigtreksterkte. De UC = de berekende optredende spanning gedeeld door de rekenwaarde van de buigtreksterkte. De uitkomst van deze deling mag niet groter zijn dan 1,00. De optredende berekende doorbuiging is 80 mm. Deze is groter dan is toegestaan. UC Pagina 10 van 11

11 Hoofdstuk 5 Conclusie Edge Italiaans Restaurant Meer van Annecy 20 Woerden Het uitbreiden van een bestaand terras: Windgebied: 3 Gebouwhoogte: 3 mm Omgeving: Onbebouwd De extreme windstuwdruk: 0,49 kn/m 2 Windvormfactor: 2,3 In rekening te brengen windbelasting: 1,127 kn/m 2 Belastingsfactor: 1,50 Afmeting van de ruit: x mm (B x H) Oplegging: 2 zijde Vrije zijde: Hoogte zijde is mm Glasdikte: 10 mm thermisch gehard glas Berekende optredende spanning: 73,32 N/mm 2 Rekenwaarde buigtrekspanning: 90,63 N/mm 2 Unity Check: 0,81 De berekende glassamenstelling VOLDOET Note: De berekende optredende doorbuiging is te groot. Deze is berekend ca. 80 mm terwijl deze volgens de norm maximaal 23,14 mm mag zijn. De ruit breekt niet en de doorbuiging is ook geen reden om de ruit niet goed te keuren. Echter willen wij wel adviseren om het terras bij harde wind niet te gebruiken. Hierbij kan men denken aan een windkracht van 6 Beaufort of hoger. Pagina 11 van 11

12 Project: EDGE, glazen schuifwanden - 01 Windbelasting Verticaal geplaatst glas Pagina: 1 SJ MEPLA Berekeningsprotocol: Geometrie: Rand Randpunt Middelpunt boog Draairichting mm mm mm mm +/ Dit protocol is aangemaakt door SJ MEPLA. Copyright by SJ Software GmbH Aken, Duitsland.

13 Project: EDGE, glazen schuifwanden - 01 Windbelasting Verticaal geplaatst glas Pagina: Ondersteuning: Randondersteuning: Rand Type ondersteuning 1 w : vast - u,v,φ,θ : vrij (scharnier) 3 w : vast - u,v,φ,θ : vrij (scharnier) Veerondersteuning: Pakket Laag x y z C_x C_y C_z C_φ C_θ mm mm mm N/mm N/mm N/mm Nmm Nmm e e e e e e e e e e+00 Lagen: Laagopbouw: Pakket Laag Beschrijving 1 1 Glas, thermisch voorgespannen Karakteristieke waarden: Pakket Laag E-mod. ν Dikte Dichtheid αt ΔT N/mm² mm kg/m³ 1/K K_ e Belastingen: Vlakbelastingen: - gelijkmatig verdeeld: Pakket druk N/mm²_ e-03 Berekeningsmethode: Dit protocol is aangemaakt door SJ MEPLA. Copyright by SJ Software GmbH Aken, Duitsland.

14 Project: EDGE, glazen schuifwanden - 01 Windbelasting Verticaal geplaatst glas Pagina: 3 geometrisch lineair statische berekening Eigenschappen van de eindige elementen mesh:: Elementgrootte : mm Aantal elementen : 230 Aantal knooppunten : 987 (per pakket) Aantal van onbekend : 4893 Berekeningsresultaat: Minimale en maximale vervorming w: - Positie - Vervorming Pakket x y w mm mm mm (min) (max) Maximale hoofdtrekspanning: Pakket Laag x y σ σ (max) mm mm N/mm² N/mm²_ 1 1 (boven) (onder) Dit protocol is aangemaakt door SJ MEPLA. Copyright by SJ Software GmbH Aken, Duitsland.