Glastårn til verdensudstilling

Transkript

1 DTU - 2. udgave med appendix Maj 2005 Studerende: Marianne Rossen, s Martin Pedersen, s Teddy Olsen, s Vejledere: Jeppe Jönsson Teresa Surzycka Titel: Glastårn til verdensudstilling Udgave: 2. udgave med appendix ( ) Afleveret:

2 Info Studerende: Marianne Rossen, s Martin Pedersen, s Teddy Olsen, s Vejledere: Jeppe Jönsson Teresa Surzycka Uddannelse: DTU, Diplom, Arch.Ing (By- og Byg.ing), 6. semester. Kursus: Valgfri projektopgave Point: 15 ECTS-point pr. studerende Kursusperiode: Udgave: 2. udgave med appendix ( ) Copyright

3 Indholdsfortegnelse 1 Forord 4 2 Resumé 5 3 Konklusion 6 4 Indledning Problemformulering Afgrænsning Proces Kort om glas 11 5 Design af glastårnet Inspirationen Arkitektonisk hovedidé Formgivningen 13 6 Konstruktionen Facade og kerne Vandrette plateauer Fundament 22 7 Dimensioneringen Bæreevne Samling 33 8 Glas Historie Brugen af glas i byggeri Materiale sammensætningen Fremstilling Materiale egenskaber 44 2.

4 8.6 Glastyper Lastpåvirkninger Glassamlinger Fordele og ulemper 55 9 Perspektivering Leksika Referenceliste Litteraturliste Bilag Tegningsliste Appendix Fremlæggelsen Modelfotos Plancher Powerpoint Appendix CD-rom 68 3.

5 1 Forord Denne valgfri projektopgave på 6. semester er udarbejdet af tre studerende på Architectural Engineering (By og Byg.ing), bacheloruddannelse på Danmarks Tekniske Universitet. Projektopgaven er normeret til 15-ECTS point pr. studerende. Tak til vores vejledere Jeppe Jönsson og Teresa Surzycka, der har udvist interesse for projektet på hver deres måde. Jeppe Jönsson har vejledt omkring alle de ingeniørmæssige aspekter i brugen af glas, mens Teresa Surzycka har bidraget med sine mange idéer til at tilføre glasset kunstnerisk dybde. Projektet er afleveret ultimo maj Glass is an inorganic product of fusion which has cooled to a rigid condition without crystallizing. American Society for Testing Materials (1945) 4.

6 2 Resumé Denne rapport indeholder et projektforslag til et glastårn, hvor hovedidéen er at bruge glas som bærende element. Tårnet er opbygget af glasskiver og glasbjælker, som samles med stålbeslag. Indledningsvis opstilles problemformulering og afgrænsning, samt processen i forløbet forklares. Derudover findes et kort afsnit om glas med nyttige informationer for at forstå valg af design og de efterfølgende beregninger. Der gives en gennemgang af glastårnets design, hvor den arkitektoniske hovedidé, inspiration og formgivningen uddybes. Tårnet er opbygget efter tre grundidéer; modulnet, mellemrum mellem elementer og brugen af beslag til at samle med. Efterfølgende et afsnit om konstruktionsprincipper, hvor der bl.a. redegøres for opbygningen af de konstruktive systemer i facade og kerne, samt vandrette plateauer. Derudover et afsnit med en kort beskrivelse af tårnets fastgørelse til fundamentet. I afsnittet Beregninger er udvalgte dele af konstruktionen dimensioneret. Der beregnes på bæreevnen af glas som bjælke og som søjle. Derudover beregnes den maksimale bæreevne af en glassamling, som dimensioneres således, at det er nylonen omkring stålbolten, der vil være den afgørende faktor for bæreevnen. Derved opnås en varslingszone, og et skørt brud i glasset udgås. Afslutningsvis findes en mere detaljeret gennemgang af glas, herunder historie og brugen af glas i byggeriet, samt materialeegenskaber og styrker for glas. Dette afsnit har til formål at forklare problemstillingerne omkring brugen af glas som bærende element. Til sidst i rapporten er en tegningsliste med målfaste tegninger af tårnet. 5.

7 3 Konklusion Det færdige resultat skal ses som et projektforslag, og det betyder, at der er en del emner, der skal bearbejdes og beregnes nærmere af eksempelvis et rådgivende ingeniør firma, inden tårnet kan opføres. Projektet er udmundet i et 12 meter højt glastårn med udsigtspunkt på toppen. Tårnet er opbygget efter 3 principper: Modul, mellemrum og beslag. Opbygges tårnet efter disse principper, vil det være let at opføre, og det kan samles og skilles et utal af gange. Modulet er med til at tilføre tårnet en symmetri, og derved fås en simpel statisk opbygning, som ikke er for kompleks. Glasstykkerne må ikke berøre hinanden, da der ellers vil opstå for store spændinger. Derfor bruges mellemrum mellem alle glaselementer. Beslagene er til for at overføre kræfter mellem glassene. Den ydre form er en trekant, og konstruktionen består af en kerne og en facade, hvor imellem trappen er placeret. Alle flader er opbygget af plane 24 mm glasstykker, der er hærdet og lamineret. Facadesystemet og plateauerne er opbygget som skiver. Plateauer og trappesektioner bæres af glasbjælker. I facaden er der placeret både vandrette og lodrette finner til at afstive systemet. De lodrette finner er placeret på ydersiden, mens de vandrette varierer mellem at være på inderside og yderside. Variationen i placeringen af vandrette finner skyldes det ønskede arkitektoniske udtryk. Ved at placere dem varieret fås et mere levende udtryk, og spejlingen i glasset fremhæves yderligere, da hele facaden ikke er ensformig. Da glas er stærkest ved trykpåvirkning, er opbygningen af tårnet udført således at kræfter så vidt muligt overføres til midten af elementerne for ikke at få excentrisk belastede glaselementer og derved momentpåvirkning. Brugen af stål i tårnet er som ønsket blevet relativt minimalt. Stål optræder kun til overførelse af kræfter. Alle elementer bliver samlet ved hjælp af et trepunktssystem, der sikrer, at der ikke opstår tvangskræfter i glasset. Kræfterne i samlingerne overføres fra en stålbolt til et nylonlag og derved til glasset. Samlingerne er dimensioneret således, at nylonen vil være dimensionerende og ikke glasset. Samlingen kan optage en kraft på 320 kn. Nylonen i hullerne har en størrelse på 130 mm, hvori der er en 42 mm stålbolt. Dog er det endelige beslag ikke designet i dette projekt. Glasset har en usikker brudstyrke, og derfor er tårnet konsekvent dimensioneret med ekstra sikkerhed. Lasterne er sat højt og styrken af glasset reduceret med sikkerhedsfaktorer. Ud over disse forbehold er der en yderligere sikkerhed i konstruktionen, idet der optræder ekstra glaslag som sikkerhed på alle kon- 6.

8 struktionsdele. Tårnets højde er altså 12 m, og består af 6 lag bærende glas, hvoraf det faktisk kun er nødvendigt med 4 lag til at bære tårnet. Det formodes, at tårnet kan bygges endnu højere, hvis blot man øger antallet af bærende elementer i bunden. Det har ikke været muligt i dette projekt at finde ud af den maksimale højde, der kan opnås på bygningsværker opført i glas. Glastårnet i dette projekt er opført i den maksimale højde, der kan opnås ved kun at bruge 4 lag á 24 mm lamineret hærdet glas i kerne og facade som bærende element. Fakta box: Højde 12,4 m Grundareal 44 m 2 Antal plateauer 6 stk. Vægt 204 ton Glasforbrug 78,5 m 3 7.

9 4 Indledning 4.1 Problemformulering Det er målet at formgive og dimensionere et glastårn, der skal repræsentere Danmark til en verdensudstilling. Efter verdensudstillingen skal tårnet til Danmark, hvor det skal genopføres. Idéen med opgaven er at bruge glas som bærende element. Målet er derfor ikke at bygge et tårn af en vis højde, men at designe et tårn, hvor glasset bruges som den bærende konstruktion. Glassets egenskaber er derfor afgørende for højden af tårnet. Hvor det er nødvendigt at overføre kræfter i samlinger, kan eksempelvis stål benyttes. Stålet må kun bruges til overførelse af kræfter mellem glassene, og må ikke fungere som et bærende skelet. Det er tanken, at publikum skal kunne komme op i tårnet, hvor der skal være et udsigtspunkt. Det endelige mål er at fremkomme med et projektforslag, hvor der både lægges vægt på det konstruktive og det arkitektoniske udtryk. 4.2 Afgrænsning Fokus er på glasset som bærende element, derfor har vi fundet det nødvendigt at afgrænse opgaven på en række punkter. - Designet af samtlige stålbeslag i glastårnet undlades, der beregnes kun på størrelsen af den kraft, beslaget skal kunne optage. - Der tages kun stilling til antallet af fastgørelsespunkter til fundamentet, derudover berøres fundamentet ikke yderligere i form af en egentlig dimensionering. - Da klimaet i glastårnet ikke har været et fokusområde, vil dette ikke blive berørt. 8.

10 4.3 Proces Der er lavet mange arkitektoniske perler i glas gennem tiden, men de har altid indeholdt et skellet af stål. På trods af dette var vi håbefulde mht. at komme med et kvalificeret bud på et meter højt glastårn. Det blev dog hurtigt klart, at dette ikke ville være os muligt inden for dette projekt. Til at starte med lå fokus på samlingsdetaljen, da vi forventede at opbygge tårnet af en søjle- og bjælkekonstruktion. Når samlingsdetaljens størrelse og styrker var blevet klarlagt, kunne vi kalkulere hvor højt, hvor bredt og hvor langt, der kunne bygges, og på den måde finde tårnets maksimale højde, set i forhold til hvor store samlinger vi ville acceptere. Denne fremgangsmetode gik vi dog senere bort fra, da det var nødvendigt for os først, at bestemme tårnets form før detaljerne. Vi fordybede os derfor endnu mere i litteraturen, som vi, hele vejen igennem processen, har støttet os utrolig meget til. Vi begyndte at komme med en masse bud på forskellige udformningsprincipper, for tårnets store linier, i nogle grove arbejdsmodeller og skitser. Da den ydre ramme endelig blev fastlagt, kunne vi gå et skridt dybere ned gennem formgivningens mange problemstillinger, som eksempelvis overførelse af kræfter imellem bjælkerne, for til sidst at ende i samlingsdetaljen. De mange lag af problematikker der fremkommer, når glas skal fungere som bærende konstruktionselement, har været anledning til mange interessante diskussioner i gruppen. Vi har haft en masse udfordringer i de utallige benspænd, der har været på vores vej mod et smukt, let og elegant glastårn. Disse såkaldte benspænd kan ved første indskydelse opfattes som negative men ved nærmere eftertanke er det netop dem, som har tilført projektet dybde ved at få os til at tænke i nye formgivningsprincipper næsten hver eneste uge. Derved er vi kommet utrolig godt rundt om de problemstillinger, der er ved glasset, og hvilke fareelementer man i særdeleshed skal være opmærksom på. Uge Gruppedannelse Litteratur indsamling Problemformulering Litteratur studie Formgivning Rapportskrivning Aflevering Fremlæggelse Faktisk tidsplan 9.

11 4.3.1 Arbejdsfordeling Følgende oversigt viser fordelingen af det skriftlige arbejde: De indledende afsnit 1 4 er udarbejdet af hele gruppen. Afsnit 5 Design af glastårnet og afsnit 7 Dimensioneringen er udarbejdet af Marianne og Teddy i fællesskab. De tre underafsnittene i afsnit 6 Konstruktionen er udført af hver sit gruppe medlem. Afsnit 8 Glas har Martin og Marianne delt imellem sig, mens Teddy har brugt tid i AutoCAD på rentegning. Visuel oversigt: 5 Design af glastårnet Marianne og Teddy 6 Konstruktionen 6.1 Facade og kerne Marianne 6.2 Vandrette plateauer Martin 6.3 Fundament Teddy 7 Dimensioneringen Marianne og Teddy 8 Glas 8.1 Historie Marianne 8.2 Brugen af glas i byggeri Marianne 8.3 Materiale sammensætningen Martin 8.4 Fremstillingen Martin 8.5 Materiale egenskaber Martin 8.6 Glastyper Martin og Marianne 8.7 Lastpåvirkninger Martin 8.8 Glassamlinger Marianne 8.9 Fordele og ulemper Marianne 10.

12 4.4 Kort om glas Materialet glas er et af de ældste materialer, mennesket har skabt. Glas består hovedsageligt af sand, soda og kalk. Glas er først for nyligt begyndt at blive opfattet som et konstruktionsmateriale. Op til i dag er glas blevet anvendt til at få lys, luft og sol ind i bygningen. I 1900-tallet skete der en enorm udvikling af glas. Produktionen blev effektiviseret, der kom energi-glas, og glas begyndte at blive brugt som stabiliserende element i f.eks. store vinduespartier. Den nyeste forskning forsøger at gøre glasset anvendeligt som konstruktionsmateriale. Glas er endnu ikke velegnet som konstruktionsmateriale, da det er skørt, og dets styrke er statistisk bestemt. Dvs. det kan ikke forudsiges, ved hvilken belastning glasset bryder. Der findes en nedre grænse for ved hvilken belastningen, glasset vil bryde. Denne kendes ikke med sikkerhed endnu, og det er det, der er afgørende for om glas er sikkert at anvende som konstruktionsmateriale. Glas advarer ikke om brud. Visse andre konstruktionsmaterialer har en såkaldt flydespænding, der tillader materialet at udvide sig, deformere, under belastning for derefter at antage sin oprindelige form, når belastningen fjernes. Disse materialer kan altså advare om snarligt brud. Under fremstillingsprocessen dannes der små mikrorevner i glassets kanter. Disse kan ikke ses med det blotte øje, men er bestemmende for, hvornår der opstår et brud i glasset. Når glasset belastes udvides mikrorevnerne til et punkt, hvor revnerne begynder at løbe, og bruddet indtræffer. Dette er grunden til, at glas er meget sårbart over for langtidslaster. Revnerne vil konstant udvide sig når glasset er belastet. Størrelsen af belastningen bestemmer hastigheden af udvidelsen. Der findes forskellige typer af glas, bl.a. lamineret glas og hærdet glas, der hver især har forskellige egenskaber. Lamineret glas er flere stykker glas, der er limet sammen. Ved lamineret glas formodes det, at glassene kan glide på hinanden, og dermed dele lasten mellem sig, på en eller anden måde. Hærdet glas er den styrkemæssige stærkeste glastype. Fysiske egenskaber for hærdet glas: Vægt 25 kn/m 3 Elasticitetsmodul MPa Trækstyrke (dimensionerende) 50 MPa [Tabel 1] 11.

13 5 Design af glastårnet 5.1 Inspirationen Skal det være en ny fortolkning af Chr. IV s rundetårn fra 1637, et babelstårn, et transparent fyrtårn/vindmølle eller skal det være noget helt fjerde, der er hypermoderne og måske endda asiatisk inspireret? Hvis Glastårnet skal være Danmarks bidrag til en verdensudstilling, og derfor vise det ypperligste af, hvad danske arkitekter og ingeniører kan præstere, er det oplagt at lade det være inspireret at dansk kultur i dets formgivningssprog. I en meget tidlig fase af projektet arbejdede vi med inspiration fra det danske landskab, hvor vindmøller er mere og mere fremherskende, specielt langs kysten. Det er endt med, at hovedinspirationen kommer fra et udsigtstårn af relativ lav højde og lethed, som f.eks. ornitologer og vildtjægere har stor glæde af. Illustration 1 Babelstårnet Illustration 2 Udsigtstårn ved vadehavet 5.2 Arkitektonisk hovedidé Vores tre kodeord i udarbejdelsen af glastårnets visuelle udtryk har været: Modul, mellemrum og beslag. Modul; for at give tårnet et stærkt arkitektonisk udtryk som en samlet helhed, hvor detaljen automastik passer ind i det overordnede system. Ved brug af mo- 12.

14 dul fås de samme typer løsninger overalt i systemet, og derved undgås specialdesignede elementer og samlingsdetaljer. Mellemrum; for at tydeliggøre modulet. Glasstykkerne må aldrig komme til at berøre hinanden, derfor er det nødvendigt med mellemrum mellem glassene. Denne nødvendighed understreges yderligere ved at forøge det nødvendige mellemrummet, så det bliver en del af det arkitektoniske udtryk. Mellemrummene tilfører tårnet en fysisk åbenheden og lethed. Beslag; for at forbinde glasmodulerne. Beslag er en nødvendighed for at få overført kræfter fra glas til glas, og ved at bruge samme beslag overalt fremstår tårnet ensartet. Beslagene er med til at holde afstanden mellem glasstykkerne. De tre elementer tilsammen gør, at tårnet bliver simpelt at opstille, da tårnet gentager sig selv både i højden, bredden og igennem samlingstypen. Tårnet vil kunne stilles op, pilles ned og atter igen opføres et nyt sted. 5.3 Formgivningen Da først fokus i projektets begyndelse blev flyttet fra samlingsdetaljen til de store linier i udformningen, kom der væsentlig flere muligheder mht. formgivningen. Idéen om dobbeltkrumme overflader var fra start meget oplagt at benytte, men blev endnu hurtigere forkastet pga. det uoverskuelige kraftforløb, der er i krumme overflader. Det samme var gældende for enkeltkrumme overflader. Det blev forsøgt at arbejde med krumme overflader i form af vinklede plane trekantede flader, hvilket dog også viste sig yderst kompliceret samt svært at opnå statisk ligevægt i. Derfor er der blevet arbejdet med mange forskellige geometrier der har både været 3-kanter, 4-kant, 5-kant, 6-kanter og 8-kanter som bud på grundformen til tårnets opbygning. 5-kanten var længe meget tiltalende, fordi den minder om en cirkel/cylinder uden at være symmetrisk. Netop det asymmetriske, kombineret med skråvinkler imellem de forskellige glasstykker, ville give en masse spejlingseffekter og få glasset til at fremstå meget varieret. Ulempen er dog, at 5-kanten er sværere at gøre stabil i forhold til 3-kantens naturlige stabilitetsevne. 3-kanten kan være ligesidet, ligebenet, vinkelret eller helt vilkårlig. I et forsøg på at bruge de positive kvaliteter fra femkanten blev resultatet en vilkårlig trekant med sidelængder i forholdet 4:5:6 som geometrisk grundform. 13.

15 Illustration 3 Grund geometri Dette har udløst en ydre facade og en indre kerne bestående af lodretstillede rektangulære glasplader med tværliggende bjælker imellem, som bærer trapper og plateauer. Dette gør, at belastningerne på vandrette flader bliver ledt igennem bjælkerne, og ned til jorden gennem kernen og facaden. Illustration 4 (1) Vandret snit (2) Topview De rektangulære glasplader i facaden og kernen varierer i højden, og det skyldes et forskelligt antal trin på hver af de tre sider. Antallet af trin ganget med trinhøjden på 17 cm, har gjort, at der er forskellige højder mellem plateauerne. 14.

16 Illustration 5 Trappen med underlæggende bjælker Der er i alt 6 niveauer, da trappen løber rundt to gange. Dette giver en gentagelse af glaspladernes højde, på 1. og 4., 2. og 5. samt 3. og 6. niveau, hvilket tydeligt kan ses på facaden. Illustration 6 (1) Modulhøjder, (2) Modulsystem. I facaden er der lodrette og vandrette finner. De lodrette finner er placeret på ydersiden af tårnet, mens de vandrette varierer mellem at være på inderside og yderside. De vandrette finner løber som bånd på yderfacaden med varierende længde, og derved opnås en levende facade, hvor der er stor variation, trods en opbygning efter et modulsystem. En af de arkitektoniske kvaliteter ved glas er spejlingseffekten. Finnerne er med til at øge denne effekt, da der herved opnås flere forskellige spejlingsvinkler. 15.

17 6 Konstruktionen Konstruktionen er opbygget af skriver og bjælker i glas. Det bærende konstruktive hovedprincip bygger på samme system som bl.a. en glasbro i Arnhem Zoo [se Illustration 32], hvor skiver bæres af bjælker, der igen bæres af skiver. 6.1 Facade og kerne Opbygning Facaden og kernen er opbygget efter næsten samme princip, og består af fire typer elementer; lodrette glaspartier, lodrette finner, vandrette finner og stålbeslag. Facaden er opbygget i et modulsystem, der måler 1200 mm i bredden. I højden varierer målene med hhv. 2210, 1870 og 1530 mm [Tegning 2]. Disse højder er bestemt ud fra højden af trappen på den pågældende side [se Illustration 8]. Størstedelen af facaden er de lodrette glaspartier, som består af 6 lag laminerede hærdede glas á 24 mm, hvoraf 4 lag glas er nok til at bære lasten. De to sidste lag glas fungerer som sikkerhedslag. Alle glaspartierne har en bredde på 1100 mm og en højde svarende til de tidligere nævnte modul højdemål minus 100 mm, som er den afstand, der er imellem glaspartierne, dvs. højder på 2110, 1770 og 1430 mm. I alle mellemrum mellem de lodrette partier er der placeret hhv. lodrette og vandrette finner, som består af 2 lag glas á 24 mm og med en bredde på 300 mm. Alle lodrette finner er placeret på ydersiden, mens de vandrette varierer mellem at være på yder- og inderside, alt efter hvor på tårnet de befinder sig. Der er placeret vandrette finner på indersiden i så stort et omfang som muligt, dvs. hvor det lader sig gøre uden at genere for passagen [Illustration 8]. 16.

18 Illustration 7 Princip løsning af samling af vandrette og lodrete finner. Illustration 8 3D af facaden med finner Kernen er som sagt opbygget på samme måde som facaden. Inden i kernen er der i stedet for finner placeret bjælker for hvert elementskifte i højden for at afstive og stabilisere kernen. Bjælkerne fungerer som trykstænger, og er placeret som vist på Illustration 9. Bjælkerne har samme dimensioner som de øvrige bjælker i tårnet, nemlig 300 mm x 48 mm (2 x 24 mm glas). 17.

19 Illustration 9 Vandret snit i kernen Alle glaselementerne er i knudepunkterne samlet med stålbeslag. Systemet er opbygget således, at de lodrette partier kun fastholdes i tre punkter for at undgå tvangskræfter i glasset. Tvangskræfter medfører store lokalspændinger, som kan få glasset til at gå i stykker. På Illustration 9 ses et udsnit af facaden, hvor 3-punktsystemet er afbilledet. Illustration 10 (1) Hele facaden, (2) Facade udsnit. De stiplede linier viser trekantsopdelingen Overførelse af kræfter Ved lodret belastning kan kraften enten overføres direkte til det nedenstående glasparti via beslaget, for til sidst at blive optaget i fundamentet [Illustration 11 (1)], eller forsøge at flytte punkt 1 og 2. Reaktionen i punkt E fastholder punkt 1 og 2 i deres positioner, så flytningerne ikke finder sted [Illustration 11 (2)]. 18.

20 Illustration 11 (1) og (2) Overførelse af kræfter ved lodret belastning. Hvert glasparti understøttes i to punkter ved fundamentet, og derved bliver hele facaden og kernen en statisk ubestemt konstruktion, og det kan derfor være svært at bestemme kraftforløbet. For at klarlægge hvad der sker ved vandret påvirkning langs med facaden og kernen, [se Illustration 12] ses på flytningerne af de enkelte punkter. Punkterne D-F er fastholdte, dvs. punkterne 1 og 2 er derfor også fastholdte. Bestod systemet kun af glaspartier indenfor området A- F, ville der kunne opstå små flytninger af punktet A, B og C. Ses på hele systemet, kan denne flytning blive minimeret, hvis nabosektionen er med til at afstive systemet, samt at vandrette og lodrette finner forhindrer flytninger. Der udover kan beslagene være med til at fastholde punkterne, selv ved moment påvirkning. Illustration 12 Facadesystem med vandret påvirkning 19.

21 De vandrette og lodrette finner på facaden skal virke stabiliserende ved påvirkning vinkelret på facadepartiet som f.eks. vindpåvirkning. Finnerne afstiver facaden, så den ikke knækker ud/ind eller vælter. Illustration 13 Facade med vindpåvirkning 6.2 Vandrette plateauer Opbygning Tårnets vandrette system bygger (ligesom det lodrette) på skiveprincippet. Det er fundet nødvendigt at konstruere skiver i planen, der kan føre især vindkræfter ind til kernen, eller de to andre sidefacader end den som vinden rammer. Det vandrette system består af reposer i hjørnerne forbundet af trappetrin. Reposerne består af firkantede plane glasstykker, der er sammenholdt i tre punkter med stålbeslag (for at undgå tvangskræfter), så de danner en skive. De tre punkter forhindrer også glaspladerne i at glide fra hinanden, og danne sprækker imellem sig, ved vandrette påvirkninger. Både reposer og trappetrin hviler på et skelet af lodrette bjælker, der er fastgjort til de lodrette vægge med stålbeslag. De vandrette glasstykker er ikke fastgjort til de lodrette bjælker, men har en elastisk fuge imellem sig. Bjælkerne er opbygget af 2 lag 24 mm lamineret hærdet glas, hvoraf det ene er et ekstra glaslag som sikkerhed. Bjælkerne er 300 mm høje. Bjælkekonstruktionen er sat sammen med stålbeslag. 20.

22 Illustration 14 Skriveprincip i plateau Der er i alt fem reposer op gennem tårnet samt en udsigtsplatform på toppen, der alle er opbygget, så de fungerer som skiver. Opbyggelse af skiverne er udført sådan, at der ikke dannes tvangskræfter i glasstykkerne samtidig med, at glasstykkerne ikke kan forskydes i forhold til hinanden. Bjælkerne under trappetrinene, fungerer som trykstænger, der fører de vandrette kræfter direkte ind til den stabile kerne Overførelse af kræfter Når en vandret kraft, f.eks. vindlast, påvirker en af tårnets facader, vil de vandrette reposer fungere som skiver og fordele kraften hen til den stabile kerne eller de to andre facadesider, og herefter ned til fundamentet. Hvis en belastning påføres et repos eller et trappetrin, som vist på Illustration 15, vil kraften dele sig ud til trinets understøtninger (skråbjælkerne), der fordeler kraften ud til sine understøtninger (de vandrette bjælker mellem kernen og facaden). Til sidst ledes kraften ud til kernen og facaden (bjælkens understøtninger). 21.

23 Illustration 15 3D af trappen med kraftpile 6.3 Fundament Fastgørelse til fundament Fundamentet skal kunne optage alle kræfterne fra tårnet og er derfor et yderst vigtigt punkt i projekteringen, når en opførelse af glastårnet skal foretages. Alle glaspartierne fastgøres til fundamentet i to punkter for at få overført kræfterne til fundamentet, så tårnet bliver stabilt. Dette medfører, at fundamentet, statisk set, skal fungere som en stiv bjælke, så der ikke opstår differensflytning i et eller flere af tårnets understøtningspunkter. Hvis hver fjerde understøtning blev fjernet, [se Illustration 16] vil de skraverede trekanter kunne bevæge sig op og ned, hvilket i dette tilfælde ikke er ønskeligt. 22.

24 Illustration 16 Eksempel på ufuldstændig fundaments fastgørelse Den tolerance, der er brug for i fastgørelsen mellem tårn og fundament, skal derfor udelukkende være i samlingerne af glasset, da det begrænser glassets bevægelsesmuligheder, når der er understøtninger i samtlige punkter. Fundamentet (der bør udføres i armeret beton) skal altså dimensioneres, så det kan optage de nødvendige kræfter fra tårnet. Form og volumen er sekundært, da det er placeret i jorden og derfor ikke er synligt Dimensionering Den samlede vægt af glastårnet er 2000 kn (200 tons) [se Bilag 1], hvilket vil kræve et fundament på en meters dybde på 15 cms brede under hele den indre kerne og under hele facaden. Dette er dog ikke noget, som vil blive berørt yderligere i dette projekt, da fokus har været på glas som materiale. 23.

25 7 Dimensioneringen 7.1 Bæreevne En søjle defineres som en trykpåvirket stang, dvs. længden er væsentlig større end legemets andre dimensioner. En stang er en søjle, hvis den er aksialt trykbelastet og en bjælke, hvis den er tværbelastet. Der beregnes derfor to bæreevner af glasset. Dels beregnes søjlebæreevnen, hvilket svarer til bæreevnen af lodretstående glas som i f.eks. facade og kerne. Derudover beregnes bjælkebæreevnen, som svarer til bæreevnen for plateauer og trappetrin. Alt glas, som benyttes i tårnet, er 24 mm tykke hærdede glasstykker med en brudstyrke på 50 MPa [Reference 9], der lamineres i et ønskede antal lag. Metoden, der er brugt i det efterfølgende, bygger på, at der først er givet et bud på tykkelsen, hvorefter dette bud kontrolleres i beregningerne Dimensionering af plateauer og trappetrin Trappetrin og plateauer er opbygget af rektangulære glaspaneler, og kan derved dimensioneres ved at betragte glasset som en simpelt understøttet bjælke. Alle glaspaneler dimensioneres ud fra det største element. Det vil i dette tilfælde sige den længste bjælke, som befinder sig under et af plateauerne [Illustration 17]. Det valgte glaspanel er en vilkårlig firkant, men i det følgende beregnes på et rektangulært stykke med målene 1800 x 600 mm. 24.

26 Illustration 17 Placering af største plateauplade Lasterne bestemmes ud fra et skøn, idet tårnet ikke umiddelbart falder indenfor de eksisterende kategorier i normen. Nyttelast bestemmes til q = 5 kn/m 2. Punktlast bestemmes til Q = 4 kn [DS410, punkt og 8]. Idet tårnet er en forholdsvis lukket konstruktion, og der dermed ikke kan forekomme store mængder af sne på de vandrette plateauer inde i tårnet, ses der umiddelbart bort fra sne. Dog er nyttelasten sat så højt, at sneen kan argumenteres inkluderet. På taget (udsigtspunktets gulv) beregnes snelast som 2 kn/m 2 (inkl. ophobning). Til dimensionering af glasset gives et overslag på tykkelsen af glasset, idet der tages udgangspunkt i metoden for beton. Tykkelsen bestemmes som 1/10-1/20 af spændvidden. Da glaspanelet har en spændvidde på 1400 mm, giver det en tykkelse på mm. Der vælges en tykkelse på 3 x 24 mm. Det maksimale moment beregnes med lastkombination 2.1. Egenlast og snelast beregnes som langtidslaster, ellers er alle andre korttidslaster. I det følgende tages der udgangspunkt i glaspladen markeret på Illustration 17. Det maksimale moment beregnes i fire lasttilfælde, for at finde det største moment, der bliver dimensionsafgørende. Tilfælde 1a: Jævnt fordelt last Tilfældet svarer til, at der er påført egenvægt og nyttelast. Illustration 18 Tilfælde 1a: Jævnt fordelt last 25.

27 Egenvægten består af 3 lag glas á 24 mm, hvoraf de 2 lag er bærende, mens det sidste er et beskyttende lag. Den samlede last på hele fladen (q) beregnes: Egenvægt 25 kn/m 3 x 0,072 m = 1,8 kn/m 2 Nyttelast 5,0 kn/m 2 Lastkombination 2.1: S = egenvægt x 1 + nyttelast x 1,3 8,3 kn/m 2 Samlet last på fladen (q) 0,6 m x 8,3 kn/m 2 = 4,98 kn/m Da glasbjælken består af to lag bærende glas, beregnes lasten på et enkelt lag som q 1 = q/2. M = ql [Formel 1] 1 2 max 8 1 W 1 2 = 6 bh [Formel 2] M W max σ M = [Formel 3] Bjælken har en længde (l) på 1,4 m og en bredde (b) på 0,6 m. Tykkelsen (t), der bruges i beregningerne, er 24 mm, da der kun regnes på bæreevnen af ét stykke glas. Ved indsættelse i Formel 1, Formel 2 og Formel 3 fås følgende værdier for det største moment, modstandsmomentet og den tilhørende spænding: M max knm 0.6 W m σ M MPa 10.6 Tilfælde 1b: Punkt last Tilfældet svarer til, at en person står midt på glaspladen. 26.

28 Illustration 19 Tilfælde 1b: Punkt last 1 Q Mmax = 4 Ql 1 hvor Q1 = [Formel 4] 2 Q = 4,0 kn M max knm 0.7 W m σ M MPa 12.2 Tilfælde 2a: Jævnt fordelt last Tilfældet svarer til, at lasten er påført i den frie ende. Illustration 20 Tilfælde 2a: Jævnt fordelt last Momentet er beregnet ved at snitte i bjælken og derved fås følgende udtryk, hvor y svarer til længden vist på Illustration q Mmax = q1 y hvor q1 = [Formel 5] 2 2 M max knm -0.1 W m σ M MPa -1.6 Tilfælde 2b: Punkt last Tilfældet svarer til, at en person står på den frie ende. Illustration 21 Tilfælde 2b: Punkt last Q Mmax = Q1 y hvor Q1 = [Formel 6] 2 27.

29 M max knm -0.6 W m σ M MPa -9.5 Brudstyrken for hærdet glas er 50 MPa. For at kunne sammenligne ovenstående værdier med denne brudstyrke, korrigeres der med en sikkerhedsfaktor på 2,5, idet brudstyrken er meget usikker. Glasset skal derved overholde en styrke på 20 MPa. Som det ses af overstående beregninger opnås størst moment i det tilfælde, hvor der er punktlast på midten (tilfælde 1b). Spændingen fra dette moment svarer til 12,2 MPa, og glasset overholder derved kravene. Ud fra denne betragtning kunne glastykkelsen teoretisk set reduceres, men ud fra valget om at bruge 24 mm glas overalt i byggeriet, ville det betyde en reduktion i antallet af glas. I det tilfælde, at glasset går i stykker, skal der tages højde for, at der stadig er en vis bæreevne, derfor bruges der 3 lag glas inkl. et sikkerhedslag. Til dimensionering af det øverste plateau, som er udkigsplatformen, skal snelasten tages med i betragtningen. Dimensionerne på glasstykkerne er fuldstændig identisk med de andre plateauer. Der regnes kun på den jævntfordelte last, da punktlasten vil være det samme som i ovenstående beregninger. Det ses umiddelbart, at momentet på midten giver det største bidrag i de to tilfælde af jævnt fordelt last. Der regnes derfor kun på dette tilfælde, da momentet i det andet tilfælde er så lille, at det ikke har nogen betydning for dimensioneringen. Egenvægt 25 kn/m 3 x 0,072 m = 1,8 kn/m 2 Nyttelast 5,0 kn/m 2 Snelast 2 kn/m 2 8,8 kn/m 2 Lastkombination 2.1: S = egenvægt x 1 + nyttelast x 1,3 + naturlast x 1,5 11,3 kn/m 2 Samlet last på fladen (q) 0,6 m x 11,3 kn/m 2 = 6,78 kn/m Størst moment på midten: M max knm 0,8 W m 3 0,0001 σ M MPa 14,4 Ud fra beregningerne ses det, at det øverste plateau kan have samme dimensioner som resten af plateauerne uden at overskride bæreevnen da 14,4 MPa < 20 MPa. 28.

30 7.1.2 Dimensionering af bjælker under plateau Plateauer og trapper bliver båret af underliggende bjælker, som består af to stykker lamineret glas på højkant. Bjælkerne beregnes ved samme metode som ved dimensionering af plateauer. Bjælkerne har dimensionerne b = 48 mm (to stykker glas) og h = 300 mm. Der regnes på den længste bjælke som er 3,9 m [se Illustration 22]. Illustration 22 Placering af længste bjælke Jævnt fordelt last Egenvægt 25 kn/m 3 x 0,3 m = 7,5 kn/m 2 Nyttelast 5,0 kn/m 2 Lastkombination 2.1: S = egenvægt x 1 + nyttelast x 1,3 14 kn/m 2 Samlet last på fladen (q) 0,048 m x 14 kn/m 2 = 0,672 kn/m M = ql hvor q = 1 2 max q 2 M max knm 0.6 W m σ M MPa 1.8 Punktlast M = Ql hvor Q = 1 max Q 2 29.

31 Q = 4,0 kn M max knm 1.95 W m σ M MPa Dimensionering af facade og kerne Søjlebæreevnen af lamineret glas afhænger af tykkelsen af glassene, forhåndsudbøjningen, egenskaberne for folien og brudspændingen af glasset. PVB-folien virker som en forskydningsforbindelse mellem glaslagene, og har derved en vis indflydelse på styrken. I det efterfølgende regnes bæreevnen dog som antallet af glas gange styrken af et enkelt glas. Der tages ikke højde for laminatet, da styrken af dette afhænger af lastens varighed og temperatur, som er ukendt. Ved høj temperatur vil PVB-folien være blød og ved koldere temperaturer hårdere. Lastens varighed har indflydelse, idet PVB en med tiden vil begynde at flyde ud. Formlen for Eulerbæreevnen bruges til at beregne bæreevnen af lange søjler, som har risiko for udknækning. Søjlen forudsættes udført af et lineært elastisk materiale med inertimoment svarende til den udbøjningsretning, der ønskes undersøgt. Der ses bort fra søjlens egenvægt. Den kritiske bæreevne beregnes: 2 3 π EI bt Ncr = hvor I = [Formel 7] 2 h 12 N σ = cr [Formel 8] A λ f yd r = [Formel 9] σ Den kritiske bærevene (N cr ), også kaldet Eulerlasten, er udtryk for den kraft søjlen kan bære, og ud fra denne værdi beregnes spændingen (σ). λ r er søjlens relative slankhedsforhold (denne værdi bruges senere). Skemaet viser bæreevner af et enkelt stykke glas ved forskellige længder. Elasticitetsmodulet (E) = 70 GPa Glastykkelsen (t) = 24 mm Arealet (A) = b x t 50MPa f yd = = 33,3MPa 1, 5 30.

32 Bæreevner ved forskellige mål: højde brede N cr σ λ r mm mm kn N/mm ,5 2, ,2 1, ,7 1,50 [Tabel 2] Af skemaet ses det, at Eulerlasten afhænger af højden af søjlen. Ved at fordoble højden reduceres bæreevnen med en faktor 4. Hårdest belastet søjle: Hele facaden og kernen dimensioneres ud fra den hårdest belastet søjle [Illustration 23], dvs. tykkelsen på alle glaspartier bliver den samme trods forskellige bæreevner. Ved at dimensionere på denne måde opnås en ekstra sikkerhed nogle steder i konstruktionen. For detaljer omkring beregning af egenvægtsbelastningen på den hårdest belastede søjle [se Bilag 2]. Illustration 23 Hårdest belastet søjle [kn/m 2 ] m 2 γ Egenvægt: 1,0 83,4 kn Nyttelast: 5 13,4 1,3 87 kn Snelast: 2 2,2 1,5 7 kn Samlet last q 177 kn Den ideelle teoretiske bæreevne for et stykke glas med dimensionerne 24 mm x 2100 mm x 1100 mm er 199 kn (N cr ) [Tabel 2]og ud fra denne betragtning burde ét glas derfor kunne bære den samlede last på 177 kn. Denne betragtning er dog ikke fuldstændig korrekt, idet der i ovenstående ikke er taget højde for en masse faktorer, som spiller ind på den praktiske bæreevne. Søjlen kan være belastet en lille smule excentrisk, idet det kan være svært at kontrollere det helt nøjagtigt. Søjlen kan have en forhåndsudbøjning opstået under fremstilling, eller der kan være lokale spændinger i glasset allerede inden 31.

33 lasten påsættes. Derudover er der som tidligere nævnt stor risiko for fejl i materialet, hvilket kan forårsage væsentlig reduktion af bæreevnen. For at få en mere realistisk værdi udføres interaktion mellem moment og normalkraften ud fra nedenstående formel, σ N N M + N e A N N W cr = + cr f yd [Formel 10] [Reference 5] hvor N cr er den kritiske bæreevne N er normalkraften svarende til den samlede last M er momentet fra vindpåvirkning A er stangens tværsnitsareal W er modstandsmomentet e er den ækvivalente geometriske imperfektion Det største moment, forekommende ved vindlast, beregnes. Tårnet vurderes at befinde sig i terrænkategori 1 for fladt landskab. Ved en tårnhøjde på ca. 12 meter fås en vindlast på q= 1,1 kn/m 2 [Reference 6, s. 41]. M = ql hvor q = 1 2 max q 2 M max knm 0.67 W m Arealet beregnes. A = 1,1 m x 0,024 m = 0,0264 m 2 Den ækvivalente geometriske imperfektion bestemmes: Massive profiler svarer til søjletilfælde c [Reference 5 s. 33]. For søjletilfælde c gælder følgende udtryk: e W = 0,49( λr 0,2), hvor k = k A e= 0,49( λr 0,2) k e = 0,00373 m Ved indsættelse i Formel 10, hvor N cr = 199 kn og N = 177 kn fås: σ = 120,5 MPa f yd = 33,3 MPa FALSK! Af ovenstående beregninger kan det konkluderes, at ét glas ikke kan bære lasten, da spændingen i glasset bliver for stor. Derfor regnes der på 2 glas, hvor 32.

34 det antages, at hvert glas tager halvdelen af lasten. Momentet og den tilhørende spænding bliver derved: M max knm 0,33 W m 3 0,0001 Ved indsættelse i Formlen 10, hvor N cr = 199 kn og N = 88,5 kn fås: σ = 14,7 MPa f yd = 33,3 MPa SANDT! To lag glas burde derfor kunne bære den påførte last, men af sikkerhedsmæssige grunde dimensioneres det dog med 4 lag glas, da der ikke er taget højde for lokale spændinger. Der skal desuden også påregnes en reduktion af bæreevnen pga. af huller til samlinger. 7.2 Samling Samlingen er ofte det kritiske punkt i det at bygge med glas. Der kan opstå for store spændinger, der får glasset til at bryde. I det efterfølgende regnes på en samling af typen som vist på Illustration 24. Illustration 24 Kraftoverførelse i samling Kraften overføres fra stålet til nylonen og derefter fra nylonen til glasset. Der regnes to værdier for overgangen mellem nylon og glas, idet det inden beregning foretages er uvist, hvorvidt det er nylon eller glas, der er dimensionerende ved indsættelse af forskellige talkombinationer. Samlingen skal dimensioneres således, at glasset aldrig vil blive den afgørende faktor, for på den måde at kunne få varsling om brud. Det ønskes i det følgende, at overgangen fra stål til nylon skal være dimensionsgivende, derfor er det et kriterium i de efterfølgende beregninger, at F1 max skal antage den laveste værdi. Det antages, at lasten beregnet i afsnittet Hårdest belastet søjle skal kunne overføres til samlingen, dvs. samlingen skal kunne klare en kraft på 177 kn, 33.

35 hvilket betyder at de følgende tre udtryk [Formel 11-13] alle sammen skal være større end 177 kn. Last på nylon antages jævnt fordelt. Udover at opfylde kravet om bæreevne af den påsatte last skal bolten undersøges for overklipning. Overklipningsbæreevnen bestemmes ud fra en bolt 8.8, hvor belastningen også skal kunne optages i gevinddelen, og derved ikke kun i skaftet. Det betyder, at overklipningsbæreevnen bliver lidt mindre. Der regnes på ét snit, da boltens udformning endnu ikke er fastlagt, og overklipningsbæreevnen derved er på den sikre side. Boltens underlagsskive må ikke kunne røre glasset. For at undgå dette forudsættes det, at der er nylon på undersiden af underlagsskiven, samt at nylonen skal dimensioneres efter dette plus en tolerance på 20 mm, da bolten ikke nødvendigvis kommer til at sidde præcis i midten af nylonen. Illustration 25 3D af samlingen Den maksimale kraft som samlingen kan optage beregnes. Fra stål til nylon: F1 max = f yd,nylon t n d s [Formel 11] hvor f yd, nylon er den regningsmæssige styrke for nylon t n er tykkelsen af nylon d s er diameter af stålbolt Fra nylon til glas: F2 max = f yd,nylon t g d n [Formel 12] hvor t g er tykkelsen af glasset d n er diameter af nylon Fra nylon til glas: 34.

36 F3 max = f yd,glas t g d n [Formel 13] hvor f yd, glas er den regningsmæssige styrke for glas glas tykkelse lag bærende glas 24 mm 4 stk f yd,nylon 80 MPa t n 96 mm 4 x 24 mm glas t g 96 mm 4 x 24 mm glas d s 42 mm M42 bolt d n f yd,glas 130 mm 33.3 MPa Underlagsskiven for en M42 bolt er 78 mm, med en tolerance på 20 mm på begge sider, giver den en minimumsdiameter af nylon på 118 mm, som for en sikkerhedsskyld er rundet op til 130 mm. fra stål til nylon F1 max kn < 383 kn * fra nylon til glas kn F2 max * Overklipningsbærevnen ved 1 snit i gevind, M42 [Reference 9, s. 265] Ud fra beregningerne ses det, at det er overføringen af kræfter fra stål til nylon, der som ønsket, er dimensionsgivende. Bolten er sikret mod overklipning og derved opnås, at nylonen vil bryde først ved en kraft på 323 kn. Ved at dimensionere på denne måde fås en fysisk varsling før brud, idet bolten vil begynde at trække hullet i nylonen aflangt, og glaspartierne begynder at hænge. Ud over at undersøge samlingens bæreevne, skal minimumsafstande fra kant til samling bestemmes. Ifølge Pilkington skal der være følgende minimumafstande fra kant til hul i hærdet glas [Reference 14]: For d 50 mm 1,5 x tykkelsen For t 8 mm 2 x tykkelsen Det formodes at den omtalte tykkelse ved lamineret glas kun er for et af lagene, da de ikke virker som en samlet masse. 35.

37 Diameteren på hullet er 130 mm, og dermed større end 50 mm. Da glasset er 24 mm tykt, regnes der med en afstand på 2 x tykkelsen af glasset, hvilket medfører, at afstanden fra kant til hul skal være 48 mm. I hjørner skal afstanden i andre retninger være mindst 4 gange glassets tykkelse. Dvs. hullet skal være placeret 96 mm fra øvrige kanter. Afstanden mellem huller skal minimum være 0,5 gange det største huls diameter, eller mindst 2-5 gange glastykkelsen. Den største værdi fås ved 5 x tykkelsen, og det giver en afstand på minimum 120 mm. Et cirkulært hul må aldrig være mere end 1/3 af glassets bredde. De lodrette glaspartier har en bredde på 1100 mm Det giver en maksimum diameter på 367 mm og derved er der ingen problemer med at overholder denne værdi. Illustration 26 (1) Minimumsafstande fra kant til hul i hærdet glas, (2) faktiske minimumsafstande i tårnet 36.

38 8 Glas 8.1 Historie Glas er et af de ældste menneskeskabte materialer. I naturen findes der allerede glaslignende materialer, og det første, der blev brugt som glas, er stenkrystal. Indtil slutningen af 1800-tallet var det kun muligt at producere meget små objekter, og det var først i forbindelse med industrialiseringen, at der blev udviklet en metode til produktion af større stykker glas. [Reference 13] Til at begynde med blev glas mundblæst. Ved hjælp af et hult rør dyppet i flydende glas, kunne glasset blæses op til en boble og ved efterfølgende at punktere den og svinge massen, blev det til en flad cirkulær plade [Illustration 27]. Med denne metode var det dog begrænset, hvor store stykker glas der kunne produceres. Herhjemme kendes det fra dannebrogsvinduer, hvor størrelsen af glasset passer med den størrelse, der kunne udskæres af cirklen. Senere blev det muligt at producere større stykker glas, idet glasset blev pustet op til en cylinder, og derved kunne der opnås aflange glasplader. Illustration 27 Fremstilling af mundblæst glas 37.

39 Illustration 28 Fremstilling af pulled glas I begyndelsen 1900-tallet blev en ny metode udviklet, hvor glasset blev trukket op af et kar med flydende glas. Glas fremkommet ved denne metode kaldes pulled glass. Omkring 1950 blev metoden, til at lave glas, forbedret. Metoden bestod i at hælde flydende glas ud over et kar med flydende tin. Herved navnet float glass. Denne metode bruges den dag i dag. [Reference 12] Illustration 29 Fremstilling af float glas Lamineret glas blev opfundet ved et tilfælde i 1903 af en fransk forsker ved navn Edouard Benedictus. Forskeren kravlede efter sigende op på en stige for at hente et reagensglas, men tabte det på gulvet. Splinterne fra det smadrede reagensglas viste sig til forskerens forbavselse at sidde sammen. Det viste sig senere, at reagensglasset havde indeholdt en opløsning af cellulose nitrat (flydende plastik). Denne opdagelse udnyttede Edouard til brug i bilruder, der ellers før havde været særdeles farlige. Splinterne fra glasset gjorde stor skade på passageren, når det smadredes, men med brug af laminering bliver glasset holdt sammen i tilfælde af brud. [Reference 12] 8.2 Brugen af glas i byggeri Glas i byggeriet kendes helt tilbage fra tidligere tider, hvor det blandt andet blev brugt som mosaikker i gotiske katedraler. Metoden til at puste glas blev udviklet for 2000 år siden [Reference 2], men det var som tidligere nævnt først i slutningen af 1800-tallet, at større produktion af glas blev muligt. 38.

40 De første glasbygninger er de såkaldte væksthuse som eksempelvis Crystal Palace. Derudover blev glasset også brugt i en del offentlige bygninger. Illustration 30 Crystal Palace fra 1851 Brugen af glas i byggeriet kom for alvor frem omkring 1920 erne med Neues Bauen. I denne periode var det altafgørende at få lys, luft og sol ind i bygningen, og derfor var glasset ideelt at bruge. Et problem var dog, at der på dette tidspunkt ikke var udviklet metoder til forbedring af indeklimaet, så brugen af glas var stadig begrænset. Det var først i 1950 erne, da aircondition blev udviklet, at de større glas og stålbygninger blev opført. Pga. oliekriserne i 1970 erne [Reference 2] begyndte en udvikling af energiglas, hvor glassets u-værdi blev væsentligt forbedret. I samme periode kom det første intelligent -glas, som er selvregulerende i forhold til lysindfaldet. Brugen af glas i byggeriet er derfor ikke en ny opfindelse, men glasset har indtil for nyligt kun været brugt som vinduer. Det har ikke været en del af det bærende system, og har kun fungeret som fyld i åbninger. Indenfor den seneste tid har brugen af glas dog ændret sig. Det er nu muligt at bruge glasset som stabiliserende element i f.eks. store vinduespartier, hvor glasset ses som en finne vinkelret på vinduespartiet, og derved afstiver for vindpåvirkning. Illustration 31 Glasfinner i vinduesparti er med til at stabilisere ved vindpåvirkning 39.

41 Det næste skridt i brugen af glas er at bruge glasset som egentligt konstruktions element. Viljen til at bygge med glas findes, men pga. glassets statistiske styrke, har det endnu ikke været muligt at gennemføre projekter med glasset som bærende element i sig selv. Det er lykkedes på tegnebrættet, men når projektet skal udføres, kommer der alligevel tvivl om glassets pålidelighed og tilliden til det. Den hollandske arkitekt Rob Nijsse har eksperimenteret en del i brugen af glas som bærende element. Til Arnhem Zoo i Holland har han designet to glasbroer, hvor det samme princip benyttes [Illustration 32]. Elementerne i byggeriet opdeles efter bærende elementer og beskyttende elementer. Den bærende del består af to glasbjælker, som bærer gulvet, mens den beskyttende del er vægge og loft. De bærende glasbjælker har en spændvidde på 3,5 meter og en højde på 300 mm. Den ene af broerne er ud over at være en gangbro samtidig en trappe, idet der er niveauforskel mellem de to bygninger, der forbindes. Elementerne til siden af trappetrinnene er udskåret af et stykke glas ved hjælp af laserteknik. Glasset udskæres ved hjælp af en computer, som kan lave en bedre afslutning på kanter, og derved mindskes risikoen for revner og fejl. Alle samlinger er udført i silikone, dvs. der er ikke brugt stål til opbygningen, men til fastgørelsen i de eksisterende bygninger [Illustration 32]. [Reference 12]. Illustration 32 Glas bro i Arnhem Zoo 40.

42 8.3 Materiale sammensætningen Glas fremstilles af en smeltet blanding af sand, soda og kalk. Stofferne opvarmes til over 1500 o C, hvor de smelter og blandes, for derefter at blive nedkølet under meget kontrolleret forhold. Glas består af næsten ¾ sand, og det er sandets indhold af kvarts, der giver glasset dets karakteristiske egenskaber bl.a. gennemsigtighed. Kvarts hører til de få uorganiske stoffer, der kan afkøles uden at krystallisere. Det betyder at glas kan blive et hårdt, sprødt fast materiale. Illustration 33 Ingredienser i glas. Dolomit, MgCa(CO 3 ) 2, er en kemisk forbindelse mellem de to typer kalk. Råmaterialer i glas: Iltforbindelser: Sand SiO 2 72,6 % Soda Na 2 O 13,9 % Kalk CaO 8,4 % Kalk (Magnesium) MgO 3,9 % Tilsætningsstoffer 1,2 % I alt 100 % [Tabel 3] For at mindske den høje smeltetemperatur af sand (ca o C) tilsættes et flusmiddel som f.eks. soda. Soda er et billigt temperatursænkningsmiddel, men har desværre den uheldige egenskab at gøre glasset kemisk ustabilt, hvis kun dette tilsættes. Så for at undgå, at glasset bliver for skørt og sårbar over for kemikalier, sågar opløseligt i vand, tilsættes kalk. Kalken virker som en stabilisator. For at opnå specifikke egenskaber i glasset anvendes også en række tilsætningsstoffer bl.a. forskellige iltforbindelser af svovl, kalium, natrium, calcium, jern og aluminium. I sand findes der allerede aluminium og jern i forskellige mængder afhængig af sandtypen. Da der ønskes en bestemt mængde aluminium og jern i glasblandingen, og det er uøkonomisk at fjerne disse stoffer fra sandet, udvælges med omhu den sandtype med det laveste indhold. Herefter tilsættes iltforbindelserne, til den ønskede mængde er opnået. Aluminiumoxider øger 41.

43 modstandsdygtigheden i glasset, og jernoxiderne hjælper massen med at smelte, og giver glas dets grønne skær. Normalt tilføres der i blandingen også næsten 25 % genbrugsglas, afskåret glas, dels af genbrugshensyn og energimæssige grunde, og dels fordi det gør glasset nemmere af skære i. Glas er som tidligere nævnt gennemsigtigt, og dette skyldes den uregelmæssige molekylesammensætning, kvartsen frembringer. Når temperaturen er så høj, glasmassen så tyktflydende og kølingsprocessen så kort, kan ioner og molekyler ikke nå at orientere sig, og komme tilbage til deres oprindelige rene former som krystalliske sammensætninger de oprindelige stoffer. Så disse tilfældigt orienteret molekylære tilstande fryser ind i strukturen pga. manglende bevægelsesfrihed i den meget tyktflydende masse, og det er dette, der medfører gennemsigtighed i materialet. Illustration 34 Molekylerne i glas er vilkårligt omdannet ved tilstedeværelsen af calcium og natrium. Derved bliver glasset skørt, men får også sine karakteristiske egenskaber bl.a. gennemsigtighed. Hvis en sand-soda-kalk-blanding (glas) befinder sig ved temperaturer mellem o C i længere tid, vil glasmaterialet begynde at krystallisere i mange forskellige krystalliske sammensætninger af kvarts og oxider (aluminium og jern), og skille sig fra den tyktflydende masse. Derfor sættes kølingstempoet af det smeltede glas drastisk op ved disse temperaturer. 42.