Wie werden Pfosten für Vorhangfassaden dimensioniert?

Die Dimensionierung der Pfosten für Vorhangfassaden ist ein wichtiger Bestandteil der Gestaltung einer sicheren, effizienten und optisch ansprechenden Gebäudefassade. Die richtige Pfostengröße muss die vorgegebenen Windlasten aufnehmen, die Durchbiegung begrenzen, das Verglasungssystem aufnehmen und den architektonischen Anforderungen des Projekts entsprechen.

Es gibt jedoch keine universelle Pfostengröße, die für jede Vorhangfassade geeignet ist. Ein Profil, das für ein niedriges Gewerbegebäude geeignet ist, bietet möglicherweise nicht die erforderliche Steifigkeit für eine höhere Fassade mit größeren Glasscheiben.

Für Architekten, Bauträger, Bauunternehmer und Beschaffungsteams ist das Verständnis des Dimensionierungsprozesses hilfreich, um das richtige Aluminiumprofil zu identifizieren und unnötige Materialkosten oder Leistungsprobleme zu vermeiden.

Wovon hängt die Dimensionierung der Pfosten von Vorhangfassaden ab?

Die Dimensionierung der Pfosten von Vorhangfassaden hängt von mehreren wichtigen Konstruktionsfaktoren ab, nicht nur von der Geschosshöhe:

• Pfostenabstand: Der Pfostenabstand ist der Abstand zwischen den Stützpunkten der Konstruktion. Größere Pfostenabstände erhöhen die Biegebeanspruchung, was ein tieferes Profil, eine Verstärkung oder angepasste Stützen erforderlich machen kann.
• Bemessungswindlasten: Der Winddruck ist ein primärer Einflussfaktor und variiert je nach Gebäudehöhe, Standort und geltenden Bauvorschriften. Die Profile müssen hinsichtlich spezifischer ein- und auswärts gerichteter Drücke überprüft werden; es dürfen niemals allgemeine Werte aus anderen Projekten verwendet werden.
• Glasbreite (Lastübertragungsbreite): Die Breite der Glasscheibe bestimmt die auf den Pfosten übertragene Last. Bei Innenpfosten entspricht diese in der Regel der Hälfte des Abstands zu benachbarten Pfosten. Rand- und Eckpfosten erfordern aufgrund unterschiedlicher Lastverteilungen separate Berechnungen.
• Durchbiegungskriterien: Pfosten benötigen neben Festigkeit auch ausreichende Steifigkeit. Übermäßige Biegung kann Glas, Dichtungen und die Witterungsbeständigkeit beeinträchtigen. Zulässige Grenzwerte werden durch Bauvorschriften und Branchenstandards wie AAMA TIR-A11-15 festgelegt.
• Gewicht des Glases und sonstige Lasten: Das System muss den tatsächlichen Lastpfad berücksichtigen, einschließlich des Eigengewichts des Glases, der Gebäudebewegungen und der Wärmeausdehnung. Ingenieure müssen die spezifischen Kräfte ermitteln, die auf jedes Bauteil wirken, anstatt von gleichmäßigen Lasten auszugehen.

Abmessungen der Vorhangfassade: Breite, Tiefe, Dicke und Spannweite

Die Pfostenabmessungen beschreiben verschiedene Merkmale des Rahmens. Eine schmale Sichtfläche bedeutet nicht zwangsläufig einen flachen oder leichten Querschnitt. PRANCEs Leitfaden dazu Vorhangfassadenkomponenten erklärt, warum Aufrisszeichnungen allein nicht die Tiefe der Tragkonstruktion, die Bewehrung oder die Verbindungen erkennen lassen.

Lastberechnung für Pfosten an Vorhangfassaden: Was muss berücksichtigt werden?

Der Winddruck ist oft die maßgebliche Last für die Pfostenkonstruktion. Glas- und opake Paneele nehmen Winddruck oder Sog auf und leiten diesen über die Rahmenkonstruktion und Verankerungen an die Gebäudestruktur weiter.

Der Bemessungsdruck muss die Projektlage, die Höhe, die Exposition und die Fassadenzone berücksichtigen. In Eckbereichen kann ein höherer Sog auftreten als in zentralen Wandbereichen; daher sollte nicht automatisch ein einheitlicher Druck für alle Fassadenflächen angewendet werden.

Weitere relevante Faktoren können das Eigengewicht der Vorhangfassade, seismische Einwirkungen und Lasten im Zusammenhang mit Gebäudewartungsanlagen sein. Ihre Relevanz und Lastpfade hängen vom gewählten System ab. STRUCTURE Magazin Designleitfaden identifiziert diese als gemeinsame Überlegungen neben dem Wind.

Das Gewicht des Glases erfordert zudem eine definierte Lastverteilung. Durch die Montageblöcke wird das Gewicht des Glases auf die tragende Rahmenkonstruktion übertragen; anschließend müssen die Verbindungen von Querbalken, Pfosten und Verankerungen hinsichtlich der ihnen zugewiesenen Lasten überprüft werden.

Wie wird die Spannweite der Pfosten einer Vorhangfassade berechnet?

Die Spannweite der Pfosten wird durch den Abstand zwischen ihren effektiven Stützen und das Tragverhalten des gewählten Rahmensystems bestimmt.

In einer vereinfachten Geschosskonstruktion kann ein vertikaler Pfosten als Träger modelliert werden, der sich zwischen den Auflagerpunkten aufeinanderfolgender Geschosse erstreckt. Andere Konstruktionen können durchgehende Bauteile, unterschiedliche Aussteifungsbedingungen oder spezielle Elementverbindungen verwenden.

Vor der Berechnung der Pfostenweite einer Vorhangfassade ist Folgendes zu prüfen:

• Die Positionen der einzelnen Stützkonstruktionen
• Die Bauteile sind einfach gelagert, durchlaufend oder freitragend.
• Ob mehrfeldrige oder unterschiedliche Lastbedingungen berücksichtigt werden müssen
• Die Fähigkeit der Verbindungsteile, Kräfte zu übertragen und Verschiebungen auszugleichen

Diese Details sind wichtig, weil die gleiche physikalische Pfostenlänge unter verschiedenen Lagerungsbedingungen zu unterschiedlichem Strukturverhalten führen kann.

Wählen Sie die richtige Pfostentiefe für die Vorhangfassade.

Bei der Wahl der Pfostentiefe geht es in erster Linie darum, die erforderliche Steifigkeit und Tragfähigkeit unter Einhaltung architektonischer und bautechnischer Vorgaben zu erreichen.

Ein tieferes Profil kann die Biegesteifigkeit erhöhen, sofern der Querschnitt effektiv gestaltet ist. Die Tiefe allein entscheidet jedoch nicht darüber, ob ein Pfosten ausreichend ist.

Bei der Auswahl sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Erforderliche Querschnittseigenschaften bezüglich der relevanten Biegeachse.
• Bemessungswinddruck und Pfostenabstand.
• Ablenkungskriterien.
• Glasabmessungen und Anforderungen an die Kantenunterstützung.
• Anschluss- und Verankerungsbedingungen.
• Thermische Bewegung und angrenzende Grenzflächen.
• Architektonische Sichtachsen und verfügbarer Installationsraum.

Der Ingenieur sollte die berechneten Beanspruchungen mit den vom Hersteller dokumentierten Querschnittseigenschaften und den relevanten Auslegungskriterien vergleichen.

Ein größeres Profil ist nicht automatisch die beste Lösung. Je nach Projekt können eine andere Profilgeometrie, Verstärkung, Stützanordnung oder ein anderer Pfostenabstand eine effizientere Konstruktion ermöglichen.

Bei Projekten mit Aluminiumrahmen und Architekturglas, PRANCE Aluminium-Vorhangfassadensystem ist eine relevante Produktreferenz bei der Prüfung von Fassadensystemoptionen. Die tatsächlichen Profilabmessungen und strukturellen Eigenschaften sollten anhand projektspezifischer technischer Dokumentationen bestätigt werden.

Fallstudie: Rahmenlose Glasfassade für ein Krankenhaus in Saudi-Arabien

Das von PRANCE veröffentlichte Saudi-Arabien-Krankenhausprojekt umfasst ein Rahmenverdeckte Glasfassade mit Aluminiumprofil Die Abmessungen betragen 70 × 140 mm bei einer Profilstärke von 3 mm. Die Verglasung besteht aus 6 mm Low-E-Glas, einem 12 mm breiten Luftzwischenraum und 6 mm Glas. Die Gesamtfläche des Projekts beträgt 15.000 m².

Dieses Beispiel veranschaulicht, wie Pfostenabmessungen und Verglasungsspezifikationen als Teil eines Fassadensystems gemeinsam dokumentiert werden. Profiltiefe, Glasaufbau, Rahmenanordnung und Tragverbindungen müssen als koordiniertes Gesamtkonzept betrachtet werden.

Wichtig ist, dass die veröffentlichten Abmessungen weder den Bemessungswinddruck, noch die berechnete Pfostenweite, das Flächenträgheitsmoment oder die zulässige Durchbiegung des Projekts festlegen. Diese Werte sollten nicht allein aus den Profilabmessungen abgeleitet werden.

Wie sollten die Produktabmessungen von PRANCE verwendet werden ?  

Auf der Produktseite für Glasfassaden von PRANCE werden die Aluminiumprofile 6063/T5 und 6063/T6 aufgeführt. Zudem werden Mindestwandstärken von 2,5 mm für Stützen und 2,0 mm für Träger angegeben, wobei die genauen Wandstärken projektbezogen festgelegt werden.

Diese Daten bieten eine grundlegende Einführung in das Produkt. Die endgültige Auswahl erfordert jedoch weiterhin die Berücksichtigung der tatsächlichen Extrusionsgeometrie, der Materialeigenschaften, der statischen Berechnungen und der Verbindungsdetails.

Warum beeinflussen Verankerungen und Gebäudebewegungen die Dimensionierung von Pfosten?

Ein geeigneter Pfosten kann eine unzureichende Verankerung oder Tragplatte nicht ausgleichen. Die Konstruktion muss die Verankerungsreaktionen, die Exzentrizitäten der Verbindungen und die auf die Primärkonstruktion übertragenen Lasten berücksichtigen.

Auch Gebäudebewegungen erfordern eine Koordination. Durchbiegungen an den Plattenrändern, Kriechen, Bautoleranzen, thermische Bewegungen sowie Wind- oder Erdbebenverformungen können die Fugenabstände und Fassadenanschlüsse beeinflussen. Ein größeres Profil allein reicht für die Bewältigung dieser Bewegungsanforderungen nicht aus.

Abschluss

Die Dimensionierung der Pfosten für Vorhangfassaden erfolgt durch abgestimmte Prüfungen von Lasten, Stützweite, Querschnittseigenschaften, Durchbiegung und Verbindungen. Ziel ist es nicht einfach, ein tieferes Profil zu wählen, sondern eine Rahmenkonstruktion auszuwählen, die mit dem Glas, den Verankerungen, den Verbindungen und der Gebäudestruktur harmoniert.

Für Projektentwickler und Beschaffungsteams ist es am sinnvollsten, vor der Genehmigung des vorgeschlagenen Pfostens dokumentierte Querschnittseigenschaften, statische Berechnungen und Leistungsnachweise anzufordern.

FAQS

1. Wie berechnet man die Pfostengröße einer Vorhangfassade?

Der Prozess umfasst typischerweise die Festlegung der Bemessungslasten und der Lagerungsbedingungen, die Berechnung der sich daraus ergebenden strukturellen Effekte sowie die Überprüfung von Festigkeit, Durchbiegung und Systemkompatibilität.

2. Wovon hängt die Wahl der Pfostentiefe bei Vorhangfassaden ab?

Zu den wichtigsten Kriterien zählen Spannweite, Bemessungswinddruck, Zuflussbreite, Querschnittseigenschaften, zulässige Durchbiegung, Anschlussdetails und architektonische Sichtachsen. Gegebenenfalls müssen auch das Glasgewicht und andere systemspezifische Lasten berücksichtigt werden.

3. Welche Durchbiegung ist für einen Pfosten einer Vorhangfassade zulässig?

Die zulässige Durchbiegung hängt von den geltenden Vorschriften, technischen Normen, Projektspezifikationen und dem Verglasungssystem ab. Verhältnisse wie L/175 werden in einigen nordamerikanischen Richtlinien verwendet, es sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass ein einzelnes Verhältnis für jedes Projekt gilt.

4. Benötigt ein höheres Gebäude immer tiefere Pfosten?

Nicht unbedingt. Eine größere Höhe kann zwar zu höheren Winddrücken führen, das erforderliche Profil hängt aber auch von der Exposition, der Fassadengeometrie, dem Stützenabstand, der Paneelbreite und dem gewählten System ab.

5. Kann ein Pfostenprofil aus einem anderen Projekt wiederverwendet werden?

Nicht wirklich. Die Windlasten, Spannweiten, Glasspezifikationen, Verbindungen, Durchbiegungsanforderungen und geltenden Vorschriften des neuen Projekts müssen überprüft werden.