Bärande konstruktionselement av glas: Dimensionering och utformning av glaspelare

Sammanfattning: Användandet av glas som byggnadsmaterial har ökat kraftigt sedan många år tillbaka och har under det senaste årtiondet även använts som bärande konstruktionselement. Materialets främsta egenskap är att det är transparent och därmed släpper igenom ljus. Detta gör också att ett utökat användningsområde för materialet skulle ge en stor möjlighet till att skapa modern arkitektur. Det finns ännu inga standarder i Sverige för hur dimensionering av bärande glaselement ska gå till, men det pågår arbete med att ta fram normer för detta i Europa, s.k. Eurokoder.
Några av glasets egenskaper är att det är ett beständigt material som kan motstå fukt och andra typer av angrepp, det är också ett känsligt material för temperaturförändringar. Den typ av glas som används i byggnationer är flytglas, d.v.s. glas som tillverkats genom att massan flyter på ett tennbad och sakta svalnar. Därmed är materialet av väldigt tunna dimensioner och sätts då också lätt i svängning av ljudvågor. Därför är ljudisoleringsförmågan något sämre. För att få tjockare dimensioner på glaset kan flera lager glas lamineras ihop med hjälp av ett genomskinligt mellanliggande lager som oftast består av polyvinylbutyral, PVB.
Materialets strukturella egenskaper är att det är ett sprött material som har en hög hållfasthet under tryckbelastning, ca 890 MPa, och relativt låg hållfasthet i böjande belastning, 45 MPa. Härdat glas har högre draghållfasthet, 120 MPa. Härdning sker genom att hetta upp glaset en gång till för att sedan kylas lite snabbare, det bildas då en tryckspänning på glasytan och glaset spricker först då den maximala dragspänningen överstigits. Hållfastheten är också beroende av hur glasets yta ser ut, en skada i ytan kan göra att hållfastheten försämras.
Hur anslutande detaljer utformas är väldigt viktigt för att undvika spänningskoncentrationer i glaset. Håltagning i glaset gör att lite av hållfastheten går förlorad, det är något som bör beaktas om man vill ansluta glaset med bultar. Kontaktytan med andra material kan också gärna spridas ut för att minska spänningskoncentrationer.
En bärande glaspelare skulle kunna skapa ett stort mervärde för ett rum, jämfört med att använda ett annat traditionellt byggnadsmaterial som inte släpper igenom ljus. En glaspelare bör vara en stadig konstruktion och därmed bestå av flera glasskivor som limmats ihop.
Vid dimensionering av glaspelare, där glasskivor antingen har laminerats ihop eller limmats ihop på annat sätt måste det tas hänsyn till de skjuvdeformationer som kan uppkomma i limfogarna. Detta görs genom att ta hänsyn till att materialen har olika elasticitetsmoduler och skjuvmoduler. I arbetet presenteras olika sätt att ta hänsyn till detta genom att använda tre olika metoder för beräkningen. De olika metoderna ger liknande resultat och visar också på att man inte är på den säkra sidan vid införande av olika typer av förenklingar.
Bärförmågan hos en glaspelare är relativt bra i jämförelse med andra material, det som begränsar är glasets tunna dimensioner och spröda brott. Därför är det viktigt att utforma glaspelaren så att någon typ av back-up finns; att limma ihop flera glasskivor kan vara en bra lösning.
Det krävs mer forskning inom detta ämne, både att ta fram standarder för beräkning av glasets hållfasthet och ta fram formler som gör dimensioneringen lättare.
För att glas ska få ett genombrott som konstruktionsmaterial måste det inte bara finnas normer för dimensionering utan det måste också bli billigare att välja glas som material, kanske genom att prefabricerade glaselement tillverkas.