Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen an der Hagia Sophia in Istanbul — Teil 2: Zum Tragverhalten

Die Hagia Sophia in Istanbul, eines der bau‐ und kulturgeschichtlich wichtigsten und ingenieurmäßig bemerkenswertesten Bauwerke der letzten 1500 Jahre, war im Rahmen des DFG‐Projektes “Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen an der Hauptkuppel und den Hauptpfeilern der Hagia Sophia in Istanbul” [1] Gegenstand umfänglicher Forschungstätigkeit, erst zum Konstruktionsgefüge, dann zum Tragverhalten. Ein optimierter Einsatz zerstörungsfreier, geophysikalischer Untersuchungsmethoden ermöglichte erstmals eine umfassende Aussage zum Bestand und inneren Zustand der tragenden Bauteile, wie sie sich über die Jahrhunderte und mehrere Teileinstürze hinweg bis zum heutigen Tag entwickelt haben. Hierüber wurde im ersten Teil dieses Beitrages berichtet [15]. Der sich nun anschließende zweite Teil beschäftigt sich mit dem Tragverhalten der Hagia Sophia. Ausgehend von grundsätzlichen Überlegungen zum Lastfluss in Pendentifkuppeln werden die erarbeiteten neuen Kenntnisse über die Bauwerksstruktur in ihrer statischen Bedeutung bewertet, den bisherigen Berechnungsgrundlagen vergleichend gegenübergestellt und im Rahmen eigener Studien zum Lastfluss und Tragverhalten unter statischer Belastung eingesetzt. Hinsichtlich der Frage der Erdbebengefährdung wird ein Ausblick auf ein Anschlussprojekt gegeben, welches — auf den erzielten Forschungsergebnissen aufbauend — die dynamische Analyse der Hagia Sophia zum Inhalt hat. Engineering Studies on the Hagia Sophia in Istanbul — Part 2: On the Structural Behavior. The Hagia Sophia in Istanbul, which is one of the most important and remarkable buildings of the past 1500 years from the point of view of architectural and cultural history as well as from a civil‐engineering perspective, has been the object of extensive research — first, regarding its structure and then, its structural behavior as the subject of the DFG Project ”Engineering Studies of the Main Dome and Main Pillars of the Hagia Sophia in Istanbul”. The optimized use of non‐destructive, geo‐physical methods of examination allowed, for the first time, making comprehensive statements on the existing structure and the internal condition of the structural parts as they have developed over the centuries and through several partial collapses to this day. A report on this can be found in the first part of my article. This second part focuses on the structural behavior of the Hagia Sophia. Departing from fundamental deliberations on load flow in pendentive domes, the importance of the new findings about the structural characteristics for structural behavior is evaluated, compared to the bases for calculation used before, and used in the context of studies on load flow and structural behavior under a structural load. With regard to the issue of earthquake risk, an outlook is provided on a follow‐up project that will focus on a dynamic analysis of the Hagia Sophia, based on these research results.     

A numerical model for roof detailing of cold‐formed purlin‐sheeting systems

Ein numerisches Modell zur Detailausbildung von Dachsystemen aus kaltgeformten Pfetten mit Blecheindeckung. In den aktuellen Regelwerken werden unterschiedliche Methoden vorgeschlagen, wie die Details von geschraubten Dachsystemen ausgeführt werden können, die aus kaltgeformten Pfetten mit einer Blecheindeckung bestehen. Die gesamte Verankerungskraft des Daches und die lokalen Kräfte in den Verbindungsmitteln werden mit dem Ziel ermittelt, die Detailausbildung der Auflagerung und der Verbindung zwischen Pfette und Dachblech zu bemessen. Hierfür werden die Faktoren “R” und “r” eingeführt, um die Stabilisierungskräfte zu beschreiben, die an den Auflagern und den Halterungen im Feld erforderlich sind. Die beiden Faktoren sind bereits in einigen Regelwerken des Stahlbaus enthalten. Hier soll dargestellt werden, dass diese Faktoren aber auch mit Hilfe eines vereinfachten Finite‐Element‐Modells des gesamten Dachsystems direkt berechnet werden können. Ein Vergleich mit anderen vorhandenen Näherungslösungen wird durchgeführt, um zu zeigen, dass das vorgeschlagene Modell ein äußerst hilfreiches Werkzeug für den Entwurf und den Nachweis der tragenden Bauteile ist. Es kann weiterhin gezeigt werden, dass das beschriebene Vorgehen der Berechnung allgemein gültig ist und an neuartige Dachsysteme, die in den aktuellen Regelwerken noch nicht berücksichtigt sind, einfach angepasst werden kann. Damit kann zum Beispiel die Lücke in Eurocode 3, Teil 1‐3, Abschnitt 10, ausgefüllt werden, da das Vorgehen im Gegensatz zu den Annahmen des Eurocode, der eine volle seitliche Halterung voraussetzt, eine elastische seitliche Halterung berücksichtigen kann.     

Auswirkungen von Vereinfachungen bei der Flächenerfassung für Mehrzonenbilanzen auf die Energiebedarfsermittlung

Die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden macht in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude erforderlich, was auch eine zeitaufwändige Ermittlung der Hüllflächen mit sich bringt. Im ersten Teil der Veröffentlichung wurde ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, mit dem die Erfassung der Gebäudehüllfläche im Ein‐Zonen‐Modell erfolgen kann, während die energetische Bilanzierung im Mehrzonenmodell nach DIN V 18599 stattfindet [1]. In diesem Artikel wurden zwei Methoden diskutiert. Beim einfachen Verfahren erfolgt die Verteilung der Hüllfläche automatisch über einen vorgegebenen Algorithmus. Das erweiterte Verfahren erlaubt von der Zonenebene aus Präzisierungen bei der Verteilung. In Teil 1 wurde der Einfluss auf den flächenbezogenen Fehler aufgezeigt [1]. Der vorliegende Teil 2 beschäftigt sich mit den Auswirkungen auf den Energiebedarf und führt beide Analysen zusammen. Ziel der Untersuchungen war die Bewertung, ob für die Berechnung des Gebäudeenergiebedarfs im Rahmen der Erstellung eines Energieausweises die Flächen und Stoffwerte der Gebäudehülle auf Gebäudeebene definiert und dann nach einem vorgegebenen Schlüssel (einfaches und erweitertes Verfahren) auf die Zonen aufgeteilt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fehler im Energiebedarf gering und für die frühe energetische Bewertung von Gebäuden, im Rahmen der Nachweiserstellung, ausreichend präzise sind. Das Verfahren ist so konzipiert, dass das Gebäudemodell im Rahmen der Projektbearbeitung weiter präzisiert und detailliert werden kann, ohne dass die zuvor hinterlegten Daten verloren gehen. Die vorgestellten Vereinfachungen finden Anwendung in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden. The effects on energy demand analysis of the simplified surface area calculation and zoning model. The energy performance assessment of non‐residential buildings generally requires a detailed zoning procedure, which in turn leads to a time‐consuming allocation of the envelope surface areas to the individual zones. The first part of the study, in [1], describes a simplified procedure, whereby the building is analysed according to a single‐zone model whereas the energy balance in the multi‐zone model is calculated according to DIN V 18599. In this paper two methods are discussed. The simplified procedure uses an algorithm to allocate the building envelope surface area automatically to the zones. The extended procedure enables precise allocations starting from the zone level. In part 1 the influence on error relating to allocation based on envelope surface area is revealed. The following part 2 of the report examines the effects on energy demand, combining the two analyses. The results show that the errors in energy consumption for heating, cooling and lighting are minor and sufficiently precise for the scope of the pre‐assessment required for a building permit. The procedure is designed to enable the building model to be made more detailed and precise during the planning phases of the project without losing the underlying data. The simplifications presented will be implemented in the new Luxembourg EnEV for the energy performance assessment of non‐residential buildings.     

Energieeinsparpotential eines Passivhauses unter Berücksichtigung von Wetterprognosen

Innovative Regelungen in Gebäuden können beachtliche Energieeinsparungen zur Folge haben. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf Gebäude gelegt, die in einem gesteigerten Maße von ihrer Umwelt thermisch entkoppelt sind: dazu wird ein nach Passivhausstandard gebautes, real existierendes Bürogebäude modelliert, das Modell mit Monitoring‐Daten validiert und simuliert. Anhand der Simulationen mit der Simulationsumgebung TRNSYS und der Hinzunahme von gemessenen Wetterdaten werden mögliche Energieeinsparpotentiale erkannt und ausgewertet. In dieser Betrachtung, die den Zeitraum eines kompletten Jahres (Zeitraum 2009/2010) beinhaltet, liegt der Fokus auf Energieeinsparungen, die durch intelligentes Heizen und Kühlen des Gebäudes erzielt werden können. Potential for saving energy in a Passivhaus building, taking into account weather forecasts. Innovative controls in buildings can lead to remarkable energy savings. The main focus of this paper is on buildings that are highly thermally insulated from their environment: the model is based on an existing building that was built to Passivhaus standard, and then validated with monitoring data and simulated. By adding actual, measured weather data in the simulations (which were done in the TRNSYS simulation environment) potential energy savings are identified and evaluated. In this analysis, which covers a full year (2009/2010), we concentrate on energy savings in the building’s heating and cooling systems.     

Hybride Strukturen frei geformt – Das Haus für Musik und Musiktheater in Graz

Im März 2009 wurde das Haus für Musik und Musiktheater – kurz MUMUTH – der Musikhochschule in Graz eröffnet. Der architektonische und tragwerkstechnische Höhepunkt des Gebäudes ist der dreistöckige Foyerbereich, der von einem freigeformten “Twist” getragen wird. Im Tragwerk des Twists werden gebogene Stahlrohre im Verbund mit frei geformtem Stahlbeton eingesetzt und mit zusätzlichen Füllkörpern aus Schaumstoff zu einer hybriden Tragstruktur kombiniert. Der folgende Beitrag beschreibt den Entwurfsprozess, die Formfindung des Twists im Dialog von Architekt und Tragwerksplaner, die Besonderheiten der Tragwerksplanung und die Herstellung dieser frei geformten Tragstruktur. Free formed hybrid structures – House of music and music theatre in Graz, Austria. In March 2009 the house for music and music theatre – short MUMUTH – in Graz opened for the public. The architectural and engineering highlight of the three storey building is the foyer area, which is supported by a free formed and load bearing structure called the “Twist”. The structural system of the Twist consists of bended steel tubes working compositely together with free formed concrete slabs and additional plastic foam elements to reduce its weight. The paper describes the design process, the form finding of the Twist and the challenges for the structural design and the execution of the structure.     

Berechnung des Abhebens von verankerten Flüssigkeitsbehältern unter Erdbebeneinwirkung

Die horizontalen Einwirkungen aus Erdbeben können bei Flüssigkeitsbehältern zum Abheben des Bodenblechs führen. Damit verbunden sind zusätzliche Axialkräfte in der gegenüberliegenden Behälterwand und Verformungen des Bodenblechs. Insbesondere die Verdrehungen des Bodenblechs sind oftmals kritisch für den Nachweis der Erdbebensicherheit. Verankerungen können das Abheben wirkungsvoll begrenzen, wobei z. B. Ringfundamente oder Mikropfähle die in den Ankerbolzen auftretenden Zugkräfte aufnehmen. Im vorliegenden Beitrag wird die Wirkung der Verankerung am Gesamtsystem von Behälterwand und Bodenblech untersucht. Dieses wird mit ebenen FE‐Schalenelementen unter Berücksichtigung nichtlinearen Materialverhaltens für die Ankerbolzen modelliert. Der dynamische Druck des verankerten Behälters aus horizontaler Erdbebenanregung wird inkrementell als statische Last aufgebracht und mit dem statischen und dynamischen Flüssigkeitsdruck aus vertikaler Erdbebenanregung überlagert. In jedem Lastschritt wird iterativ das Abheben des Tankbodens berechnet. Die Ergebnisse werden den Angaben des EC 8, Teil 4, Anhang A gegenübergestellt. Uplift analyses of anchored liquid storage tanks under earthquake excitation. Horizontal earthquake excitations may lead to an uplift of the base plate of liquid storage tanks. The uplift results in additional axial forces on the opposite site of the tank wall and rotational deformations in the base plate. Especially the rotation of the tank base plate is critical for the verification of the earthquake resistance. Anchorages can effectively restrict the uplift while ring foundation or piles bear the appearing tensile forces. In the present paper the effect of anchorages is analysed on the overall system of tank wall and base plate. The tank shell is modelled by flat shell elements. The anchor bolts are considered as spring elements with nonlinear material behaviour. The dynamic pressure of the anchored tank due to horizontal excitation is applied incrementally to the tank shell. The uplift and the material nonlinearity are considered by iterative calculations at every load step. The results are compared with the specifications of EC 8, part 4, appendix A.     

Multifunktionale Gebäudehülle und Raum im Raum – Die Cité du Design in St. Etienne/Frankreich

Die nach den Plänen des deutsch‐französischen Architekten Finn Geipel errichtete Cité du Design in Saint‐Etienne soll sich zum führenden Zentrum für Design entwickeln und als solches wesentliche Impulse zum Strukturwandel in dieser zentralfranzösischen Region geben. Die Cité du Design bietet Raum für verschiedene Institutionen, Initiativen und Unternehmen aus dem Bereich des Design sowie der Informationstechnologie. Das Bauvorhaben besteht aus der sogenannten Platine, einem Aussichtsturm und den umgebauten Gebäuden einer ehemaligen Waffenmanufaktur (Bild 1). Die Platine spielt die zentrale Rolle im Gesamtprojekt: sie bietet wichtige Funktionen wie Ausstellungsräume, Säle für Veranstaltungen und eine Bibliothek. Der Aussichtsturm hatte als erstes fertig gestelltes Gebäude eine wesentliche kommunikationsstrategische Aufgabe zu erfüllen. Der vorliegende Aufsatz widmet sich den neu errichteten Gebäuden, d. h. der Platine und dem Aussichtsturm, die sich durch ihr filigran gestaltetes Stahltragwerk auszeichnen. Multifunctional building envelope and space‐and‐space – The Cité du Design in St. Etienne/France. The Cité du Design in Saint‐Etienne, built according to the German‐French architect Finn Geipel's designs, is planned to be developed as a leading centre of design and to drive further the structural change in this central French region. The Cité du Design offers space for various institutions, initiatives and companies from the field of design as well as information technology. The project consists of the so‐called Platine, an observation tower and renovated buildings of a former weapon factory. The Platine is the main part of the project and offers important functions such as showrooms, event halls, and a library. The observation tower, the first completed building, had to fulfil an essential task in communication strategy. The following essay presents the newly set up buildings, i. e. the Platine and the observation tower, both of which are characterised by their filigree steel structure design.     

Hölzerne Bogenbrücken und Modellstatik von Perrault bis Euler

Die alte Idee einer hölzernen Brücke mit einem Tragwerk aus polygonalen Stabbögen wurde im 17. Jh. wiederbelebt und zieht sich von da an durch die Fachliteratur zum Bauwesen. Praktische Anwendungen der Idee finden sich jedoch erst in der zweiten Hälfte des 18. Jh., und zwar vor allem im Lehrgerüstbau. Der Beitrag verfolgt einen Entwurf Claude Perraults und einen Konkurrenzvorschlag, nämlich den hölzernen Stabbogen nach Vorlage der Trajansbrücke über die Donau, durch die Literatur und zeigt auf, dass die Propaganda für hölzerne Bogenbrücken eng verzahnt ist mit den ersten Versuchen einer “Modellstatik”: Das Tragwerk wird im Modell gebaut und belastet, und anhand der Traglast des Modells wird auf jene der Originalbrücke hochgerechnet. Während die Geschichte der Bogenstatik schon oft untersucht worden ist, schlägt der vorliegende Beitrag ein bisher wenig beachtetes Kapitel der frühen Ingenieurwissenschaft auf. Arched timber bridges and structural analysis by scale models. Timber bridges based on the principle of polygonal arches are an idea which received increased attention from the 17th century onwards. However, the idea remained mostly academic. It was intimately connected to early attempts at structural analysis using scale models. The present contribution discusses the evolution of the arched timber bridge and the associated model‐based considerations on the load‐bearing capacity of such structures. When Euler had finally figured out precisely how model‐based analysis could be employed, the high tide of model‐building was already over, and analytical methods came to dominate the scene.     

Farben im Metallleichtbau

Auch im Industriebau spielt die Farbe eine wichtige Rolle zur architektonischen Gestaltung eines Gebäudes. Für die Außenhautdieser Bauwerke werden zum großen Teil Elemente aus dem Metallleichtbau verwendet. Bei einem großen Teil dieser Elemente handelt es sich um Sandwichelemente, Bauteile mit dünnen Metalldeckschichten und einem Dämmstoffkern zur Erzielung der Wärmedämmung. Die Deckschalen sind in aller Regel bandbeschichtet und können jede erdenkbare Farbe haben. Im Rahmen der Ursachenforschung von zwei zunächst nicht erklärbaren Schadensfällen wurde festgestellt, dass für die Helligkeit der eingesetzten Farbe der Kunststoffbeschichtungen infolge zweier Messverfahren unterschiedliche Ergebnissen gemessen wurden. Auch die allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen gaben hierzu keine verlässlichen Angaben. Dies führte dazu, auf diese Messverfahren und vor allem auf die sich daraus ergebenden Schadensmöglichkeiten näher einzugehen. Colours in light metal construction. Also in the industrial construction the colour plays an important role in the architectural design of a building. For the lining of these buildings light metal elements are used largely. For the most part these elements are sandwich elements, components with thin metal top layers and a core of insulating material to achieve thermal insulation. Usually the top layer is coated and can have any conceivable colour. In the course of investigating two cases of damage, which could not be clarified initially, it was established that the brightness of the plastic‐coatings measured by two different measurement procedures gave different results. In addition the general technical approvals did not provide any reliable statements for this. This led to investigate these measurement methods and above all the possibilities of damage resulting.     

Neubau der Kultur‐ und Gesellschaftswissenschaftlichen Fakultät der Universität Salzburg

Mit der Planung und Errichtung des Neubaus für die Kultur‐ und Gesellschaftswissenschaftliche Fakultät (KGW) der Universität Salzburg entsteht ein Gebäude, das dank seiner exponierten und herausfordernden Architektur, aber auch wegen der Problematik des anstehenden Baugrunds höchste Anforderungen an die Aus‐ und Durchbildung des gesamten Tragwerks stellt, über das zu berichten lohnt. Dabei bedingen die unterschiedlichsten gestalterischen und funktionalen Anforderungen des Gebäudes bauteilkonkret spezifische Antworten, die frühzeitig in der Planung an zudenken und bezüglich ihrer Wirtschaftlichkeit zu bewerten waren. Die entwurfsbedingt weitgehende Freistellung der mittleren Geschosse des Baus von Stützelementen erfordert die Ausbildung weitspannender Tragwerke in den Obergeschossen, wobei hier nur begrenzt Platz für die Erzielung statischer Höhen zur Verfügung stand. Andererseits mussten die konzentriert angreifenden, beträchtlichen Lasten der Obergeschosse mit weit gespannten Gründungskonstruktionen verteilt und in den begrenzt tragfähigen Baugrund abgeleitet werden. The new building for the Faculty of Cultural & Social Sciences of the University of Salzburg — A remarkable building with an exceptional supporting structure. Due to its prominent and provocative architecture as well as because of the difficult ground conditions the new building for the Faculty of Cultural & Social Sciences (KGW) of the University of Salzburg becomes a building that requires the highest standards for the development and reali zation of the static superstructure, which is worth to mention. The most different design and functional requirements of the building call for component‐specific answers which had to be tackled early in the design and to be assessed regarding their economics. The design‐related extensive clearance of the middle floors from supporting elements requires the construction of large‐span supporting structures in the upper floors leaving only limited space to achieve static heights. Contrary to that, the immense acting forces of the upper floors had to be distributed through large‐span foundations and transferred into the inadequate loadbearing ground.     

Gründerzeit‐Mauerwerk unter Erdbebenbelastung — Vergleich zwischen normativen Ansätzen und messtechnischen Ergebnissen

Das Bauen mit Mauerwerk beruht auf Erfahrungen aus vielen Jahrhunderten. Obwohl diese Bauweise weltweit Anwendung findet, ist die Kenntnis über das Materialverhalten von Mauerwerk bis heute mit Unsicherheiten behaftet. Die Bestimmung der Sicherheit dieser Strukturen gegen Erdbeben ist eine komplexe Herausforderung und unter anderem vom Widerstand des Gebäudes, der Einwirkung und konstruktiven Details abhängig. Deshalb sind die seismischen Einwirkungen und das Verhalten von Mauerwerk unter seismischer Belastung von großem Interesse. Für die Bewertung bestehender Altbauten ist das tatsächliche Trag‐ und Verformungsverhalten bedeutsam, damit vorhandene Reserven abgeschätzt werden können. Insbesondere in erdbebengefährdeten Regionen kann durch die Kenntnis des Materialverhaltens eine realitätsnahe Beurteilung der bestehenden Bausubstanz erfolgen. Falls erforderlich, können konstruktiv und wirtschaftlich optimierte Ertüchtigungs‐ und Verstärkungsmaßnahmen zum Einsatz kommen. Old masonry under seismic loads — Comparison of normative guidelines and measured results. Building with masonry is based on experiences of many centuries. Although, this design is used worldwide, knowledge about the material behaviour of masonry is still afflicted with uncertainties. The determination of the safety of these structures against earthquakes is a complex challenge. For instance, it depends on the resistance of the structure, the seismic action and on many of uncertain structural details. Therefore the seismic impact itself and the behaviour of masonry under seismic loads are of high inter est. Especially in earthquake prone regions a realistic assess ment of existing buildings may be achieved by having knowledge regarding material behaviour. If needed, constructively and economically optimized retrofit and strengthening methods can be applied.     

Das Magnitude 8.8 Maule (Chile)‐Erdbeben vom 27. Februar 2010 — Ingenieuranalyse der Tsunamischäden,Teil 2

Das Maule (Chile)‐Erdbeben vom 27. Februar 2010 gehört zu den stärksten, weltweit jemals registrierten Erdbeben. Das seismische Ereignis löste einen Tsunami aus, der durch mehrere Wellenfronten verheerende Schäden an der Küste Chiles verursachte. Ereignisspezifische Besonderheiten aus der überlagerung der Effekte aus Erdbeben und darauffolgenden Flutwellen (Tsunami) waren Motivation, im Rahmen einer Erkundungsmission der Ingenieurgruppe der Deutschen Task Force im betroffenen Gebiet die Bauwerksschäden aufzunehmen und ihre regionale Verteilung zu dokumentieren. Der Beitrag vermittelt einen Eindruck von den durch den Tsunami bedingten Schäden; es wird der Versuch unternommen, das Verhalten der typischen Bauweisen unter den zeitlich sequentiell auftretenden extremen Einwirkungen aufzuzeigen. Die Auswertungen schließen an die Ingenieuranalyse der Erdbebenschäden an, so dass auf die im vorangegangenen 1. Teil des Beitrags vom August 2010 [1] gegebene allgemeine übersicht zum Gebäudebestand in Chile und zur Typisierung der Bauweisen verwiesen werden kann. Die Schäden aus dem Tsunami konzentrieren sich auf die eher ländlichen und ohnehin weniger tauglichen traditionellen Bauweisen in den Küstenregionen. An den wesentlichen Wirkungsmechanismen eines Tsunami werden die Verletzbarkeit der Bauweisen und die Effizienz einfacher baulicher Schutzmaßnahmen herausgearbeitet. Wie gezeigt werden kann, tragen Schäden aus Treibgut erheblich zum Schadensbild bei. The Magnitude 8.8 Maule (Chile) earthquake of February 27, 2010 — Engineering analysis of tsunami damages. The Maule (Chile) February 27, 2010 earthquake is regarded as one of the strongest earthquakes ever recorded world‐wide. The seismic event triggered a tsunami which caused by several wave fronts serious damage alongside the coastal border. Event‐specific characteristics from the overlay of the effects from earthquakes and following flood wave (Tsunami) were motivation to examine building damage and to document their regional distribution, in the context of a reconnaissance mission of the engineering group of the German Task Force for earthquakes. The paper provides an impression from the tsunami induced damage to the different building types under the impact of time‐varying sequence of extreme natural events. First results of the studies in [1] are related to the engineering analysis of earthquake damage. Therefore it can be referred to the overview of the building stock and the predominant structural systems in Chile given there. Damage caused by the tsunami is concentrated on rural and often less resistant traditional buildings in coastal areas. The main loading and impact components induced by the tsunami are used to explain the vulnerability of building types and the efficiency of simple structural measures. As the damage cases demonstrate, debris in its general sense has contributed to the observed effects.     

Fassaden‐ und Dachkonstruktionen für ein Kernkraftwerk

Für den Neubau eines Kernkraftwerkes mussten bei den Fassaden‐ und Dachkonstruktionen verschiedene besondere technische Aufgabenstellungen bewältigt werden. Diese sind zum einen in den lokalen klimatischen Verhältnissen begründet, zum anderen wird mit dem Neubau eines Kernkraftwerkes ein besonderer Anspruch hinsichtlich Betriebssicherheit verbunden. Die statisch‐konstruktiven Beanspruchungen, die Anforderungen aus der Bauphysik sowie die Montagebedingungen erforderten die Weiterentwicklung etablierter Fassadenaufbauten und deren Prüfung in Laboren und Prüfinstituten vor Fertigungsbeginn. Thema des Aufsatzes ist die bereits weitgehend realisierte Gebäudehülle des nichtnuklearen, konventionellen Bereiches – dem “Turbine Island“. Züblin Stahlbau GmbH, Mitglied des IFBS und DStV, führte im Turbine Island neben den Fassadenarbeiten auch die Stahlbauarbeiten aus. Aus der Verbindung beider Gewerke wurden Synergien insbesondere in der Planung der Schnittstellen und der Verzahnung von Montageabläufen vor Ort gezogen. In Summe werden beim Turbine Island ca. 90000 m² Profilbleche verlegt und ca. 4000 t Stahlkonstruktionen montiert. Facade and roof construction for a nuclear power plant. For the new building of a nuclear power plant, different special technical problems are to be handled with regard to the facade and roof constructions. On the one hand, these are caused by the local climatic conditions, while on the other hand a special demand with regard to operational safety is associated with the new building of a nuclear power plant. The static‐construction demands, the requirements from the construction physics and as well as the erection conditions required the further development of established façade structures and their testing in laboratories and testing institutes before production commencement. The already largely realized building envelope of the conventional area – the “Turbine Island” – is the subject of this paper. Züblin Stahlbau GmbH, an IFBS and DStV member, also implemented the steel construction works in the Turbine Island, as well as the facade work. Synergies were generated from the combination of both trade sectors, in particular in the planning of the interfaces and the intermeshing of assembly process sequences on site. In sum, with the Turbine Island, approx. 90000 m² profiled sheet metal units are laid and approx. 4000 tons steel structures mounted.     

Model assumptions and their influence on the predicted heating load of an office building

Using the example of an existing office building, the present paper explores the influence of different simulation input assumptions such as set point temperatures and ventilation behavior on the heating load of a building. Moreover, heating load simulation results with empirically‐based input assumptions are compared with simulation that uses standardized input assumptions. Modellannahmen und ihre Auswirkungen auf die berechnete Heizlast eines Bürogebäudes. Anhand eines beispielhaften bestehenden Bürogebäudes wird der Einfluss verschiedener Simula tionsannahmen wie zum Beispiel Temperatursollwerte und Lüftungsverhalten auf die Heizlast eines Gebäudes untersucht. Weiterhin werden auf empirischen Annahmen basierende Heizlast‐Simulationsergebnisse mit auf standardisierten Annahmen beruhenden Ergebnissen verglichen.     

Exakte U‐Werte von Stahlbeton‐Sandwichelementen

Zur genauen Ermittlung der Wärmeverluste über die Hüllfläche eines Gebäudes unter stationären Randbedingungen ist — neben anderen Kennwerten — die möglichst exakte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten (U‐Werte) der Fassadenflächen notwendig. Für Fassaden aus Stahlbeton‐Sandwichelementen ist der U‐Wert dabei aus den homogenen Einzelschichten in Verbindung mit den zusätzlichen Wärmeverlusten infolge der systembedingt vorhandenen Anker‐ und Fugensysteme zu bestimmen. üblicherweise werden dazu vereinfacht Pauschalzuschläge angenommen, die zwar das Berechnungsverfahren deutlich vereinfachen, jedoch zu verfälschten Ergebnissen und in der Regel darüber hinaus auch zu ökonomisch ungünstigen Ergebnisse führen. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden ein praxistaugliches Berechnungsverfahren vorgestellt, das die genaue Erfassung der Wärmeverluste aus Anker‐ und Fugensystemen sowohl für individuelle Elementkonfigurationen als auch für beliebig gestaltete Fassaden ermöglicht und damit zu exakten U‐Werten führt. Precise U‐values of precast concrete sandwich panels. For the exact determination of the heat losses over the building envelope with static boundary conditions it is necessary to determine — besides other parameters — the thermal transmittance (U‐value) of the exterior walls as accurate as possible. The U‐value of precast concrete sandwich panels is quantified on the one hand out of the homogeneous layering of the three sandwich components and on the other hand out of the additional thermal losses of different anchor and joint systems. Usually simplified additions are assumed, which obviously simplify the computation method but generally lead to economically unfavorable results. With this in mind, a practice‐suited computation method is presented which enables the exact examination of additional heat losses for anchor and joint systems for individual element configurations as well as the whole facade system and therefore leads to accurate U‐values.     

Energy efficiency of double skin façades: an approach to Brazilian climates

The heat gains and daylight transmitted through windows directly influence the building's energy demand. High performance façades, when correctly specified, produce a great potential of energy savings by using daylight efficiently and controlling heat gains and/or losses. In Brazil, the lack of natural ventilation associated with large glass areas in office buildings exhibits substandard results concerning energy efficiency. This article demonstrates an approach to highly ventilated double skin façades in Brazil, investigating the potential of natural ventilation in accordance with the local climate. Applying the Light Design and Ideal Window Area methodologies, window areas as a function of different types of high performance glass are thermally simulated in the program EnergyPlus. The simulations are run for 10 cities in Brazil, in one of those cities, Curitiba (–25° 25′ 40′′), the annual results of hourly simulations demonstrate the building energy demand as a function of window area, glass type, room ratio and size. The results concerning the energy efficiency perspective only illustrated that double skin façades could be applied for southern regions in Brazil and under certain criteria. Energieeffizienz von doppelschaligen Fassaden: eine Annäherung an brasilianische Klimabedingungen. Die ansteigende Temperatur und das Tageslicht, das ungehindert durch die Fenster tritt, beeinflussen den Energiehaushalt eines Gebäudes. Moderne Hochleistungsfassaden bieten bei korrekter Auslegung ein großes Potential zur Energieeinsparung, indem sie Tageslichtnutzung zulassen und solare Gewinne kontrollieren. Das Fehlen von natürlichen Belüftungsmöglichkeiten und der hohe Anteil großflächiger Glasfassaden in Bürogebäuden führen in Brasilien zu unterdurchschnittlicher Energieeffizienz. Der Beitrag beschäftigt sich mit belüfteten doppelschaligen Fassaden in Brasilien, indem das Potential von natürlicher Belüftung unter den lokalen Klimabedingungen geprüft wird. In Anlehnung an Regeln der Kunstlichtplanung und zur Ermittlung der idealen Fensterfläche werden unterschiedliche Fensterflächenanteile unter Variation der Glasqualitäten in dem Programm EnergyPlus thermisch simuliert. Die Simulationen wurden für 10 brasilianische Städte durchgeführt. Die Jahresergebnisse der stündlichen Simulationen für Curitiba (–25° 25′ 40′′) zeigen, dass der Energiebedarf des Gebäudes von der Größe der Fensterflächen, der Art der Glasscheiben sowie der Raumproportion und ‐größe abhängt. Die Ergebnisse bezüglich der Einschätzung der Energieeffizienz weisen ferner darauf hin, dass doppelschalige Fassaden in südlichen Regionen von Brasilien und vergleichbaren Klimaten unter bestimmten Bedingungen angewendet werden können.     

Zur Schadensverteilung des durch Spannungsriss korrosion geschädigten vergüteten Spannstahls bei Brückenbauwerken

Die Aussagekraft der rechnerischen Untersuchung zur Abschätzung des Gefährdungspotentials infolge Spannungsrisskorrosion hängt entscheidend von den Annahmen zu Schädigungsverlauf und —verteilung des Spannstahls ab. Mit systematischer Untersuchung des aus einem Bauwerk entnommenen Spannstahls konnte festgestellt werden, dass die bisher angenommene Schadenskonzentration an einer Stelle, welche zum Ausfall des gesamten Spannglieds führt, sehr wenig wahrscheinlich ist. Viel wahrscheinlicher ist die drahtweise Schädigung mit unbegrenzter Anzahl der Risse über die gesamte Drahtlänge. Weiterhin ist keine Korrelation zwischen chemischer Zusammensetzung des Spannstahls bzw. zwischen Zusammensetzung des Verpressmörtels und der Versprödung des Spannstahls feststellbar. Weitere Untersuchungen zur Bestätigung der gewonnenen Ergebnisse sind wünschenswert. Damage distribution of hardened and tempered prestressing steel dues to stress corrosion in prestressed concrete bridges. The accuracy of the analysis to estimate the hazard potential due to the stress corrosion depends strongly on the assumption of the damage distribution and the damage progress of the prestressing steel in the constructions. Through a systematic test of the prestressing steel, which is taken from an old bridge, it is shown that the traditional assumption of a damage concentration with the breakdown of the whole tendon is less probable. Instead, the damage of single wires over its total length with unlimited number of cracks is considerably more probable. Furthermore, no correlation between the chemical compositions or mixtures of the grout and the brittleness of the prestressing steel is found. More investigations to check these results obtained in this study are preferable.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

Durch die ständige Erhöhung der Verkehrsbelastungen in den letzten Jahrzehnten und durch die Verwendung moderner Fahrzeugrückhaltesysteme sind ältere Brücken häufig nicht mehr in der Lage, ohne Verstärkungsmaßnahmen den Anforderungen des modernen Straßenverkehrs zu genügen. Eine bewährte Methode, die Tragfähigkeit einer Brücke zu erhöhen, besteht darin, auf das entsprechend vorbehandelte Rohtragwerk eine bewehrte Platte, welche mit dem Bestand kraftschlüssig verbunden ist, zu betonieren. Für die Bemessung sind der Eurocode und die in den europäisch technischen Dübelzulassungen (ETA) angegeben Bemessungsvorschriften (ETAG, TR, ...) anzuwenden. Der Anwender steht vor einer Fülle von breit gefächerten Wahlmöglichkeiten innerhalb dieser Vorschriften. Auf Basis der Erkenntnisse von mehreren Versuchsprogrammen gibt in Österreich die RVS 15.02.34 Anweisungen für die Fugenvorbereitung, die Rezeptur und den Einbau des Aufbetons und für die zugehörige Interpretation des Eurocodes und der Dübelbemessungsvorschriften bei der Bemessung der Schubfuge. Design and Detailling of Concrete Overlays Due to a permanent increase of traffic loads during the last decades and due to installation of modern vehicle restraint systems older bridges are often overloaded and thus have to be strengthened. Casting a concrete overlay on the existing structure is a state of the art method in order to increase the bearing capacity. The key is to prepare the interface in a way that no slip will occur between old and new concrete when forces are transferred over the interface. Mandatory for designing the concrete overlay is the Eurocode and in the European Technical Approvals (ETA) for dowels referred design guidelines (ETAG, TR, ...). However, the designer has to choose within a lot of options. On the basis of several research programs the RVS 15.02.34 gives recommendations for the preparation of the old concrete, the composition of the new concrete, casting and curing as well as choosing the associated options of the Eurocode within the structural design and detailing of the interface.     

Ertüchtigung eines Gründerzeithauses für den Lastfall Erdbeben

Infolge einer Umwidmung eines ehemaligen Geschäftslokals in einen Kindergarten verlangte die Baubehörde eine Verbesserung der Horizontalaussteifung des in den 60er Jahren geschwächten Gründerzeitgebäudes. Die Erdbebensicherheit von Gründerzeithäusern wird erläutert. Die erfolgte Ertüchtigung des Gebäudes wird beschrieben. Strengthening of a Gründerzeit building for the load case earthquake. As a consequence of a rededication of a former salesroom to a kindergarten the building authority demanded a strengthening of the horizontal stability of the Gründerzeit building, which was weakened by removing walls in the 1960s. The earthquake resistance of Gründerzeit buildings is explained. The strengthening of the building is described.