„Engineering transparency“

Stephan Engelsmann und Stefan Peters zum Thema „Glas“

Glas ist ein Hochleistungswerkstoff mit bemerkenswerten Eigenschaften. Hervorstechendes Merkmal ist seine Transparenz. Das natürliche Einsatzgebiet des Glases im Bauwesen ist aus diesem Grund die Gebäudehülle, die mindestens in Teilen transparent sein muss, um eine natürliche Belichtung der innen liegenden Räume zu ermöglichen. Der Einsatz von Glas im Bereich der tragenden Strukturen ist eine relativ neue, aber faszinierende Entwicklung, denn er eröffnet Möglichkeiten, von denen Architekten und Ingenieure immer geträumt haben, vor allem die visuelle Entmaterialisierung von Teilen einer Konstruktion. Transparenz bedeutet aber auch, dass Erscheinungsbild und Tragwerkslogik beim Werkstoff Glas untrennbar verbunden sind und der Detailausbildung eine herausragende Bedeutung zukommt. Eine Gestaltungshaltung im Glasbau kann aus diesem Grund nicht ohne ingenieurmäßiges Denken entwickelt werden.

Für den Einsatz von Glas im konstruktiven Glasbau haben vor allem auch die mechanischen Eigenschaften des Glases eine überragende Bedeutung. Eine im Hinblick auf die Sicherheit der Konstruk­tion besonders problematische Eigenschaft ist seine Empfindlichkeit, denn Glas versagt spröde, also ohne Vorankündigung. Von nicht geringer Bedeutung ist auch der Umstand, dass das Versagen von nicht vorgespanntem und nicht laminiertem Glas eine hohe Verletzungs­gefahr für Menschen birgt. Es gilt also stets, Glas mit hoher Perfek­tion und angemessener Sorgfalt zu verarbeiten.

Den empfindlichen Werkstoff so einzusetzen, dass das gestalterische Potential herausgearbeitet wird und Gefährdungen in einer vertretbaren Größenordnung bleiben, ist die große Kunst des Glasbaus. Eine notwendige Voraussetzung ist es, Beanspruchungen und Verformungen mit einer hinreichenden Genauigkeit vorherzusagen. Die ingenieurmäßige Bemessung von Glas war aber lange Zeit nicht möglich, weil ingenieurwissenschaftliche Grundlagen und Werkzeuge fehlten. Der beispielsweise bei den Palmenhäusern des 19. Jahrhunderts sichtbare, teilweise ungewollte Einsatz von Glas als aussteifendes Element erfolgte auf überwiegend empirischen Grundlagen. In der Gegenwart profitieren wir von neuen Produkten, dem Expertenwissen der glasverarbeitenden Industrie und vom Fortschritt der ­Forschung.

Eine große Herausforderung ist es auch, werkstoffgerechte Fügetechnologien zu entwickeln. Es sind die Fügepunkte, die in der Regel  für Bemessung und Erscheinungsbild maßgebend sind. Der Nachweis der Verbindungsmittel ist bei Glas gegenüber konventionellen Werkstoffen ungleich komplizierter. Er erfordert ein spezielles Wissen und einen erheblichen Aufwand in der Modellierung und Berechnung, der nur mit leistungsfähigen Bemessungswerkzeugen zu bewältigen ist. Nur so können wir den berechtigen Sicherheitsanforderungen an Tragwerke gerecht werden und in Grenzbereiche vordringen. Das Entwerfen, Bemessen und Konstruieren von gläsernen Konstruk­tionen bedarf eines umfassenden Spezialwissens und erheblicher Ingenieurerfahrung.

Der Erkenntnisgewinn der vergangenen Jahre war rasant, aber die fertigungstechnische und die ingenieurwissenschaftliche Entwicklung des Werkstoffes Glas sind noch lange nicht abgeschlossen. Für den Erkenntnisfortschritt spielen Prototypen und Experimente eine große Rolle: Sie sind die Technologieträger von neuen Entwicklungen. Neue Fertigungstechniken ermöglichen beispielsweise die Produk­tion von immer größeren Scheiben. Die Herstellungstechniken von gekrümmten Gläsern sind erweitert worden durch den Einsatz von kaltgebogenem Glas. Klebeverbindungen werden eine größere Verbreitung finden. Verbundkonstruktionen mit faserverstärkten Kunststoffen ermöglichen hochleistungsfähige, neuartige Fassadenelemente. Die Herausforderungen für kreative, experimentell arbeitende und forschende Ingenieure bleiben also vielfältig.