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Fraunhofer EMI prüft Glasfassadenelemente hinsichtlich Explosionsbelastungen

(6.2.2013) Fassaden aus Glas sehen schön aus – doch sie müssen auch sicher sein. Halten sie etwa einer Sprengstoffdetonation im näheren Umfeld stand? Das testen Forscher vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik mit einer Stoßrohr-Anlage - un­ter anderem für einen neuen 4 Milliarden US Dollar-Gebäudekomplex in San Francisco.


In dieser Anlage untersuchen Forscher, bei welcher Belastung Fenster und Glasfassaden zerstört werden. (Bild vergrößern)

Große Metropolen wie San Francisco befinden sich in ständigem Wandel. Bagger und Abrissbirnen reißen alte zerfallene und nicht sanierbare Fabriken sowie Häuser ab und schaffen so Platz für Neues. Auch dort, wo kürzlich noch eine Bahnstation zu finden war, entsteht bald ein riesiger Gebäudekomplex: Das „Transbay Transit Center“ ist ein fünfstöckiger Bau mit Glasfassaden und mehr als 20.000 Quadratmetern Grundfläche, auf dem Dach ist ein mit Glas überdachter Park vorgesehen. In einer zweiten Phase soll noch ein Hochhaus dazukommen. Das Budget: 4 Milliarden US Dollar.

Die Glasfassaden und das gläserne Dach sorgen für die Ästhetik des Gebäudes. Doch wie steht es um die Sicherheit der riesigen Fronten? Was passiert, wenn im näheren Umfeld des Komplexes Sprengstoff detoniert? Das untersuchen Forscher am Fraunho­fer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI in Efringen-Kirchen, im Auf­trag eines New Yorker Ingenieurbüros. „Mit dem Stoßrohr 'Blast-STAR' prüfen wir ver­schiedene Glasfassadenelemente auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen weiter entfernte Explosionsbelastungen“, sagt Oliver Millon, Wissenschaftler am EMI.

Sicherheitsverglasungen, Fenster und Türen im Test

Das Stoßrohr besteht aus einem Kompressions- und einem Expansionsteil, getrennt durch eine Stahlmembran. Im Kompressionsteil können die Forscher die Luft auf bis zu 30 bar komprimieren, den Druck also auf den 30-fachen Luftdruck erhöhen. Damit kann am Bauteil ein Belastungsdruck von 2,3 bar erreicht werden. Ist der Druck ein­gestellt, wird die Stahlmembran angestochen: Die Luft entweicht schlagartig, läuft durch das Expansionsteil hindurch und trifft als ebene Stoßfront auf das Glaselement, das am Ende des Stoßrohrs befestigt ist. Dieses wird zunächst mit Wucht nach hinten gedrückt, bevor der Druck wieder nachlässt und das Glas nach vorne gesogen wird.

Je nachdem, welchen Druck die Wissenschaftler im Kompressionsteil einstellen, können sie Detonationen unterschiedlicher Sprengstoffmengen in verschiedenen Abständen vom Gebäude nachstellen – von 100 bis 2.500 Kilogramm TNT in Abständen von 35 bis 50 Metern vor dem Gebäude. Übersteht das Glas die Prozedur unbeschadet? Reißt es oder zersplittert es gar in unzählige Einzelteile? Welche Drücke Fenster und Glasfassa­den überstehen müssen, ohne zu bersten, legen verschiedene DIN- und ISO-Normen fest, nach denen die Forscher am EMI Sicherheitsverglasungen, Fenster und Türen unterschiedlicher Hersteller testen.

„Die Technologie der Stoßrohre ist zwar prinzipiell bekannt, allerdings gibt es weltweit nur eine Handvoll solcher Anlagen“, erläutert Millon. „Da in dem Rohr extrem hohe Be­lastungen auftreten, sind sowohl seine Herstellung als auch der Betrieb sehr komplex.“ So muss die Anlage die abrupten Druckänderungen aushalten, und das auf einem gro­ßen Querschnitt - die Glaselemente können bis zu drei mal drei Meter groß sein. „Zu­dem müssen wir sicherstellen, dass wir am Glaselement eine ebene Stoßfront erhalten, dass die Druckwelle also jede Stelle des Glaselements gleichzeitig erreicht“, sagt der Forscher. Um dies sicherzustellen, haben die Wissenschaftler bereits vor dem Bau des Stoßrohrs am Computer Simulationen durchgeführt, und diese dann später durch Mes­sungen in der fertigen Anlage bestätigt.

Die Vorab-Untersuchungen zur Auswahl geeigneter Glasaufbauten für das „Transbay Transit Center“ sind bereits abgeschlossen. Zum klassifizierten Nachweis des Blast­widerstands der während der Bauphase ausgewählten Scheibentypen sollen weitere Untersuchungen folgen.

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