Vakuumglas: Wie berechnet man die Festigkeit?

Wie wir alle wissen, wird bei der Berechnung der Festigkeit von Architekturglas die Last auf ein einzelnes Glasstück verteilt und die Spannung des einzelnen Glasstücks berechnet, um festzustellen, ob sie den Festigkeitsentwurfswert überschreitet, um so festzustellen, ob die Glasfestigkeit ausreichend ist.
Daher konzentriert sich die Festigkeitsberechnung von Architekturglas im Allgemeinen auf zwei Aspekte: Lastverteilung und Festigkeitsberechnungswert. Bei Vakuumglas müssen wir außerdem auf die individuellen Probleme des Glases achten, wenn es über einen längeren Zeitraum einem atmosphärischen Druck (Vakuum) ausgesetzt ist.
Schauen wir uns zunächst die Lastverteilung an.
Artikel 6.2.12, Absatz 1 von DB 29-221-2013 verdeutlicht das Lastverteilungsproblem von Vakuumglas. Konkret können die auf Vakuumglas einwirkenden Windlasten und Erdbeben gemäß der folgenden Formel auf zwei Glasscheiben verteilt werden:

Der Inhalt steht im Einklang mit der Lastverteilungsmethode für Verbundglas in Artikel 6.1.4 von JGJ 102-2003 „Technische Spezifikationen für die Konstruktion von Glasvorhangfassaden“ und beide beziehen sich auf die dritte Potenz der Glasdicke.
Ich persönlich halte die Erklärung für plausibel: Wenn Vakuumglas und Verbundglas Wind- und Erdbebenlasten ausgesetzt sind, überträgt das Verbundglas die Last über die Folie, während das Vakuumglas die Last über die Stütze überträgt. Beide Glasstücke verformen sich gleichmäßig, sodass die Lastverteilung beider Glasstücke als konsistent angesehen werden kann.
Dann gibt es das Problem des Festigkeitsentwurfswerts.
Wir wissen, dass der Festigkeitswert von Glas im Allgemeinen in den Festigkeitswert bei Kurzzeitbelastung und den Festigkeitswert bei Langzeitbelastung unterteilt wird. Der Wert ist in Artikel 5.2.1 des DB 29-221-2013 wie folgt angegeben:
Diese Tabelle stammt eigentlich aus den Artikeln 4.1.9 und 4.1.10 des JGJ 113-2015 „Technischer Code für die Anwendung von Architekturglas“, genauer gesagt aus dem JGJ 113-2009.
Es ist ersichtlich, dass der Festigkeitsbemessungswert von Glas bei Langzeitbelastung nur die Hälfte des Festigkeitsbemessungswerts bei Kurzzeitbelastung beträgt.
Was ist also eine kurzfristige Belastung und was eine langfristige Belastung?
Einfach ausgedrückt handelt es sich bei der von Glas getragenen Windlast und Erdbebeneinwirkung um kurzfristige Lasten, während das Eigengewicht von horizontal angebrachtem Glas, wie z. B. bei Oberlichtern, Markisen, horizontalen Oberlichtern usw., eine langfristige Last darstellt. Dies ist auch die Grundlage für den Festigkeitsbemessungswert von Oberlichtglas in Tabelle 5.2.7 von JGJ 255-2012 „Technischer Code für Oberlichter und Metalldächer“.
Hier liegt ein Problem. Der Druck zwischen den beiden Vakuumglasscheiben beträgt nur 0,01 Pa, und auf beiden Seiten herrscht ein atmosphärischer Druck von 101325 Pa (≈0,1 MPa), der weit über unserem üblichen Eigengewicht, der Windlast und der Erdbebeneinwirkung liegt. Daher erfüllt Vakuumglas selbst die Bedingungen für die Aufnahme von Langzeitbelastungen, und der Festigkeitswert sollte unter Langzeitbelastungen berücksichtigt werden.
Dies führt zur dritten Frage: Wie ist die Beanspruchung von Vakuumglas selbst unter Langzeitbelastung zu bewerten?
Anhang A von DB 29-221-2013 gibt die Dauerspannungswerte an den äußeren Oberflächenstützen von Vakuumglas sehr genau an, siehe die Tabelle unten.
Es ist ersichtlich, dass der Wert der permanenten Spannung an der Stütze der Außenfläche von Vakuumglas mit zunehmender Glasdicke abnimmt und mit zunehmendem Stützabstand zunimmt, was mit unserer Simulationsschlussfolgerung übereinstimmt.
Der Autor führte außerdem eine Finite-Elemente-Simulation der Spannung von Vakuumglas unter langfristiger atmosphärischer Druckbelastung durch. Das Simulationsergebnis einer bestimmten Maximalspannung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

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