Glasdicke berechnen: Mit diesem Onlinetool gelingt es schnell und präzise

Glasdicke berechnen: Aus der heutigen Architektur sind Glaselemente nicht wegzudenken, zu vielseitig sind doch die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile des Baustoffs. Ob rein funktional – dank seiner vorrangigen Eigenschaft, für Tageslicht im Innenbereich zu sorgen – oder als Designelement, um etwa mit prestigeträchtige Glasfassaden hohen ästhetischen Ansprüchen zu genügen.

Die Vorteile von Glas haben aber auch ihren Preis, da die Ansprüche an den Baustoff hoch sind, um allen Sicherheitsanforderungen zu entsprechen. So unterliegen Flachglaskonstruktionen vielfältigen Anforderungen an die Zuverlässigkeit, deren Einhaltung die Glashersteller gewährleisten müssen – von europäischen Standards bis zu nationalen Normen.

Glasdicke berechnen und schnell ermitteln

Py-Engineering in Rotterdam ist ein Anbieter und Entwickler von Online-Tools für die Baubranche. Sie kombinieren traditionelles Engineering mit modernster Softwareentwicklung, um komplexe Berechnungen für Unternehmen zu standardisieren und so zu vereinfachen.

Im Auftrag der niederländischen Organisation für Flachglasverarbeitung Bouwend Nederland Vakgroep GLAS hat Py Engineering ein Online-Tool zur einfacheren Berechnung von Glasscheiben nach NEN 2608 entwickelt. Das ist eine niederländische Norm für Flachglasprodukte, die Anforderungen und das Verfahren zur Bestimmung der Tragfähigkeit und der Verformungen von statisch belastetem Flachglas festlegt. Zusätzlich zur Programmierung der komplexen Berechnungsformeln in der Norm wurden Simulationen mit Altair HyperStudy durchgeführt und verwendet, um eine Wissensdatenbank zu erstellen, mit der die erforderlichen Glasdicken erheblich schneller zu ermitteln sind.

Die von Py-Engineering entwickelte Plattform ermöglicht es Ingenieuren, Berechnungen zu erstellen, zu entwickeln und gemeinsam zu nutzen. „Unsere Mission ist es, den Prozess der Entwicklung von Online-Tools zu vereinfachen und zu beschleunigen“, sagt Jouke Lutgendorf, Mitbegründer von Py-Engineering. Die Py-Engineering-Plattform und -Tools werden mit der Programmiersprache Python entwickelt, eine frei verfügbare Software die zur TIOBE-Programmiersprache des Jahres 2021 ernannt wurde.

„Nachdem ich mein Studium des Bauingenieurwesens an der TU Delft abgeschlossen hatte, begann ich mit der Programmierung von Software für die komplexen Glasberechnungen aus NEN 2608. Dabei handelt es sich um äußerst arbeitsintensive Routineberechnungen zur Ermittlung der Dicke von statisch belastetem Flachglas in Bauprojekten, die man durch Automatisierung deutlich beschleunigen kann.“

Die Glasberechnungen nach NEN 2608 wurden bisher von den Glasherstellern und einigen Dienstleistern mit einer komplexen und teuren Software durchgeführt. Um alle möglichen Belastungen und Wechselwirkungen zu berechnen und je nach Zusammensetzung die richtige Glasdicke zu bestimmen, sind bis zu acht Stunden notwendig. Das Py-Engineering-Online-Tool reduziert diese Berechnungszeit auf wenige Sekunden. „Als ich erfuhr, dass die Vakgroep GLAS von Bouwend Nederland ein einfach zu bedienendes Glasberechnungstool für alle ihre Mitglieder benötigte, begannen wir über eine mögliche Zusammenarbeit zu sprechen“, so Lutgendorf. Anfang 2021 gipfelte dies in einem Vertrag mit Py Engineering über die Weiterentwicklung des Online-Berechnungsprogramms und einer umfassenden Datenbank mit Berechnungsergebnissen für die Zwischenschritte.

Simulieren und automatisieren

Wer zum ersten Mal mit der NEN 2608 arbeitet, wird sich angesichts der komplexen Formeln und Variablen, die für die Berechnung der Glasdicken vorgegeben sind, vermutlich erschrecken. Wichtige Variablen sind dabei die Breite und Höhe einer Glasscheibe, ihre Stützen, ihre Zusammensetzung und alle Lasten. Um die Dicke von Glasscheiben erheblich schneller zu berechnen, hat Py-Engineering daher 80 Prozent aller gängigen Kombinationen mit der Entwurfs- und Optimierungssoftware HyperStudy vorberechnet. Die Berechnung erfolgt mit einem parametrischen Skript und automatisierten Iterationen. Die Simulationsergebnisse von Tausenden von Kombinationen werden anschließend in einer Wissensdatenbank gespeichert. Jede neue Berechnung, die man online eingibt, wird mit den bereits vorhandenen Ergebnissen verglichen und gegebenenfalls interpoliert. Das Ergebnis lässt sich direkt als PDF herunterladen und umfasst eine rückverfolgbare Verifizierung gemäß NEN 2608.

Um die komplexen FEM-Glasberechnungen zu automatisieren, hat Py-Engineering zunächst parametrische Skripte mit dem Altair-HyperMesh-Preprozessor erstellt. Diese wurden im Anschluss n-mal in HyperStudy unter Verwendung des OptiStruct Solvers von Altair ausgeführt, um so die Wissensbasis mit Berechnungsergebnissen zu füllen. Die aus den durchgeführten HyperStudy-Simulationen gewonnenen Daten dienten als Grundlage für das Online-Glas-Tool der Bouwend Nederland Vakgroep GLAS. Schließlich hat Py-Engineering die auftretenden Spannungen und Verformungen jeder FEM-Berechnung mit zusätzlichen Automatisierungsskripten im Altair-HyperView-Postprozessor visualisiert. Die Visualisierungen liefern ein visuelles Feedback der Berechnung, das sich bei Bedarf in die PDF-Ausgabe des Glastools einfügen lässt.

Von Jouke Lutgendorf.

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