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.     

Static tests on road bridge made from steel corrugated plates

Statische Versuche an Straßenbrücken aus Stahlwellblechen. Der Beitrag behandelt eine neue Bogenbrücke aus Stahlwellblechen, die Straßenbrücke über den Plawna‐Fluß zwischen Bystrzyca Klodzka und Ladek Zdroj in Stary Waliszow, Polen. Die Brücke ersetzt eine alte Steinbogenbrücke, die infolge der Flut im Jahre 1997 zerstört wurde. Die Stahlbrücke ist auf zwei Einzelfundamenten aus Stahlbeton gegründet. Ihre effektive Stützweite beträgt 10,00 m und ihre lichte Höhe 4,02 m. Es werden Versuchsergebnisse vorgestellt, die sich aus drei statischen Lastfällen nach vier Jahren Betriebsdauer ergaben. Die Mittelwerte der gemessenen Verschiebungen und Verformungen in ausgewählten Punkten und Elementen der Stahl‐Schalenkonstruktion lagen deutlich unter den für dieselbe Last errechneten Werten. Seit diese Art von Brückenentwürfen mehr und mehr für kleine und mittelgroße Brücken übernommen wird, können die aus den vorgestellten Versuchen gezogenen Schlußfolgerungen für die gesamte Klasse solcher Brückenkonstruktionen verallgemeinert werden.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

Zur Formulierung einer Handlungsanweisung wurden in Teil I die geänderten Lastannahmen für Brücken nach DIN Fachbericht 101 mit den Belastungsklassen nach alten Normen verglichen und gezeigt, wie anhand aktueller Verkehrszahlen die Lastansätze modifiziert werden können. Der aktuelle Brückenbestand in Hessen wurde mit der Straßeninformationsbank (Teilprojekt Bauwerksdaten) ausgewertet, um Klassifizierungs‐ und Bewertungskriterien zu erarbeiten. Zur Beurteilung des Querkraftwiderstandes wurden die Grundlagen der Querkraftbemessung nach DIN 1045, DIN 4227, DIN Fachbericht 102 und aus der Literatur gegenübergestellt. In Teil II werden Verfahren zur nachträglichen Verstärkung von Querschnitten und Tragsystemen mit zu geringer Querkrafttragfähigkeit zusammengestellt. Des Weiteren werden verschiedene Varianten der Modellierung verglichen, die bei der linearelastischen Schnittgrößenermittlung nach der Finite‐Elemente‐ Methode verwendet werden. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich Empfehlungen für eine Handlungsanweisung zur Beurteilung querkraftgefährdeter Brückenbauwerke formuliert. Shear‐Vulnerability of Existing Pre‐Stressed Concrete Bridges In Part I, to formulate an operation directive the revised load assumptions for bridges of DIN Technical Report 101 are compared with the loading classes according to old standards and it is demonstrated, how the loading models can be modified based on actual traffic data. The current bridge asset in the Federal State of Hesse is evaluated using the “Road Information Database (Sub‐Project: Structural Data)” in order to work out classification and evaluation criteria. Regarding the assessment of the shear load‐bearing capacity the fundamentals of the shear load design models of DIN 1045, DIN 4227, DIN TR 102 and from the literature are compared. In Part II, the procedures for the subsequent strengthening of cross‐sections and structural systems with a low shear load‐bearing capacity are compiled. In addition, different types of finite element modelling are compared used for the calculation of the linear‐elastic internal forces. Finally, based on the findings recommendations are formulated for an operation directive in regard to the assessment of shear‐vulnerable bridges.     

Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung

Es wird über Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Brückenfahrbahnplatten aus Stahlbeton berichtet. Diese zeigen, dass die bekannten Rechenansätze für Bauteile ohne Querkraftbewehrung nach DIN 1045‐1 bzw. DIN‐FB 102 für Fahrbahnplatten auf der sicheren Seite liegen, die tatsächliche Tragfähigkeit aber weit unterschätzt wird. Weitere Ansätze zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen ohne Querkraftbewehrung werden erörtert. Während die Modelle bei der Auswertung einer Datenbank von Balkenversuchen eine gute Übereinstimmung aufweisen, zeigt der Vergleich mit den Modellversuchen, dass die meisten Rechenverfahren die Tragfähigkeit der Platten unterschätzen. Zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit von Platten ohne Querkraftbewehrung unter Punktlasten wird ein Modell vorgeschlagen, welches die Querkrafttragfähigkeit mit der Zugbeanspruchung der Biegezugzone im kritischen Bereich verknüpft. Shear Resistance of Bridge Decks without Transverse Reinforcement The design of concrete bridge deck slabs is of major concern since the introduction of the Eurocodes as the calculated shear capacity of slabs without stirrups and staggered reinforcement according to the new design standards is often considerably smaller compared to the former regulations i.e. DIN 1045:88. This raises the question whether the existing structures are still save. A series of 12 tests on 4 different specimens representing a bridge deck was performed to examine the real load bearing behaviour of a slab with and without shear reinforcement under a wheel (point) load. The evaluation of the test results revealed, that the current design formula with an assumed elastic shear force distribution leads to rather conservative values of shear capacity for bridge deck slabs. Various approaches for shear design are discussed and the accuracy is checked by means of a shear database and the test results. A new model to calculate the shear capacity is proposed which shows a better agreement with test data than the known approaches.     

Zur Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton

Während die Druckfestigkeit des Betons durch gleichzeitig wirkenden Querdruck gegenüber der einaxialen Druckfestigkeit erheblich gesteigert werden kann, führen Querzugbeanspruchung und Rissbildung zu einer Abminderung der Tragfähigkeit. Dies gilt für unbewehrten Beton und Stahlbeton gleichermaßen. In den einschlägigen Regelwerken finden sich hierzu international sehr unterschiedliche Bemessungsansätze, wobei die vorgesehenen Abminderungsbeiwerte für denselben Anwendungsfall um das bis zu Zweifache differieren. Die Frage der Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton wurde in den vergangenen 40 Jahren von zahlreichen Wissenschaftlern untersucht. Ihre Ergebnisse sind allerdings zum Teil ebenso widersprüchlich wie die aktuelle Normensituation. Basierend auf eigenen experimentellen Untersuchungen sowie einer kritischen Auswertung und Einordnung als richtungweisend angesehener, früherer Versuchsreihen wird ein Vorschlag zur Abminderung der Druckfestigkeit des gerissenen Stahlbetons entwickelt. Erstmals wird dabei auch der Einfluss einer Faserzugabe in Kombination mit Stabstahlbewehrung berücksichtigt. Ein Vergleich mit den in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2 und ACI Standard 318‐05 angegebenen Bemessungsregeln zeigt, dass allein DIN 1045‐1 die in den Versuchen beobachtete maximale Abminderung der Druckfestigkeit durch Querzug und Rissbildung zum Teil erheblich unterschätzt, so dass eine konservative Auslegung der Tragwerke nicht immer sichergestellt ist. Biaxial Compression‐Tension‐Strength of Reinforced Concrete and Reinforced Steel Fibre Concrete The compressive strength of concrete can be substantially increased in relation to uni‐axial compressive strength by transverse compression acting at the same time. In contrast, transverse tension and cracking lead to a reduction of the load‐carrying capacity. This holds true for plain concrete as well as for reinforced concrete. In international standards very different calculation rules can be found on this subject, whereby the provided reductions differ up to a factor of two for the same application. The question of biaxial compression‐tension‐strength of reinforced concrete was examined in the past 40 years by numerous scientists. Their results are, however, partially contradictory in the same way as the current standard situation. Based on own experimental investigations as well as on a critical review and classification of former test series regarded as trend‐setting, a proposal for the reduction of the compressive strength of cracked reinforced concrete is developed. For the first time, also the influence of fibres in addition to bar reinforcement is considered thereby. A comparison with the calculation rules in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2, and ACI Standard 318‐05 shows, that exclusively DIN 1045‐1 underestimates sometimes substantially the maximum reduction of the compressive strength by transverse tension and cracking observed in the tests, so that a conservative design of structures cannot always be ensured.     

Natural Threat – Tornadoes

Counting only the month of May 2015 about 20 tornadoes developed in Germany. At least three of them reached tornado category F3 destroying villages, e.g. [ 15 ]. About 50 people were injured and the insurance companies recorded about 100 Mio. Euros insured loss. Press media headlined: Tornadoes in Germany – the underestimated threat? The forecasting of extreme weather conditions in Germany due to climate change is still very uncertain. The design codes in Germany do not consider tornado actions. Thus, they are still considered catastrophic events. But owners ask experts whether their home can actually be protected. In the USA tornado actions are defined in codes for critical infrastructure. Because of the frequency and intensity of tornadoes, people in the USA have experiences with such events. This article introduces the phenomena of extreme winds, defines actions generated by extreme winds, explains building vulnerabilities, and gives some guidelines on how to protect buildings. Because of lack of research in Germany concerning protection of structures against tornado actions, we benefit from the expertise in the USA. This article is aimed at sensitize for the tornado threat from an engineering point of view, showing related problems, and hopefully initiate research in the future. Naturgefahr Tornados Allein im Mai 2015 ereigneten sich fast 20 Tornados in Deutschland, von denen zumindest drei die Tornado‐Kategorie F3 erreichten und ganze Ortschaften verwüsteten, z.B. [ 15 ]. Etwa 50 Menschen wurden verletzt, der Sachschaden ging in die 100 Mio. Euro. Die Medien titelten: Tornados in Deutschland – eine unterschätzte Gefahr? Tatsächlich sind die Vorhersagen der Experten vor dem Hintergrund der Klimaänderung derzeit noch sehr unklar. Hauseigentümer fragen Architekten und Bauingenieure, ob man sich vor Tornados schützen kann. Die die Einwirkungen regelnden Normen (DIN 1055, EC 1 (DIN EN 1991‐1‐1)) in Deutschland behandeln den Lastfall Tornado bisher nicht. Insofern sind die Einwirkungen aus Tornado als Katastrophenlastfall einzustufen. In den USA sind Tornado‐Einwirkungen für kritische Infrastrukturen geregelt. Sie behandeln die Winddrücke und die Einwirkungen aus herum fliegenden Objekten. Als Folge von Tornados fällt häufig der Strom aus mit all den spezifischen weiteren Folgen. Der Beitrag führt in die Problematik des Naturphänomens “Tornado” ein, beschreibt anhand der amerikanischen Vorschriften die zu erwartenden Einwirkungen und behandelt Schwachstellen‐Analysen sowie bauliche Lösungen für unterschiedliche Tornado‐Kategorien. Eine Risiko‐Betrachtung dient als Grundlage zur Erweiterung der Normen um den Lastfall “Tornado”. Gerade technische Anlagen und bauliche Anlagen der kritischen Infrastruktur bedürfen einer Risiko‐Bewertung zu Sicherung der Resilienz. Da es in Deutschland bisher keine Forschungen zum baulichen Schutz vor Tornado‐Einwirkungen gibt, ist es zweckmäßig, sich in Ländern Rat zu holen, in denen Tornados ständig auftreten. Dieser Beitrag soll vom Ingenieurstandpunkt aus sensibilisieren, Probleme aufzeigen und zu Forschungen anregen.     

Der Eurocode 2 für Deutschland – Erläuterungen und Hintergründe

Der neue Eurocode 2: “Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton‐ und Spannbetontragwerken – Teil 1‐1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau” (EC2‐1‐1) mit seinem Nationalen Anhang ist nach einer ausführlichen Erprobungsphase bereit zur bauaufsichtlichen Einführung in Deutschland. In mehreren Beiträgen sollen Erläuterungen und Hintergründe zu einigen Regelungen im Eurocode 2 und zu den Entscheidungen für Regeln im Nationalen Anhang vorgestellt werden, die entweder zu Änderungen gegenüber DIN 1045‐1 oder zu Abweichungen vom Eurocode 2 führten. Der Teil 1 gibt zunächst eine Übersicht über die maßgeblichen europäischen Normen und führt in den Nationalen Anhang ein. The Eurocode 2 for Germany – Explanations and Backgrounds. Part 1: Introduction in the National Annex The new Eurocode 2 “Design of concrete structures – Part 1‐1: General rules and rules for buildings” (EC2‐1‐1) and its National Annex has undergone a phase of detailed testing and is now ready for the implementation in Germany. In some articles should be given explanations and backgrounds of some rules in Eurocode 2 and of decisions for rules in the National Annex, which have been taken either to changes compared with DIN 1045‐1 or to differences to Eurocode 2. Article 1 gives an overview about the important European standards and introduces in the National Annex.     

Berechnung einer Kombinierten Pfahl‐Plattengründung am Beispiel des Hochhauses “Skyper” in Frankfurt/Main

Am Bespiel des Hochhauses “Skyper” wurden durch den Unterausschuss “Kombinierte Pfahl‐Platten‐ und Pfahlgruppengründungen” des DIN verschiedene Berechnungsverfahren zur Berechnung einer Kombinierten Pfahl‐Plattengründung angewendet. Die Ergebnisse werden verglichen und diskutiert, wobei sich für den vorliegenden Fall herausstellte, dass sowohl numerische Verfahren als auch vereinfachte Verfahren, die auf der Halbraumtheorie basieren, akzeptable Ergebnisse liefern. Für eine Auswahl der geotechnischen Berechnungsverfahren wurden Federmodelle für die Abbildung der Reaktion der Baugrundoberfläche und der Pfähle abgeleitet und mit Ansatz dieser Federmodelle die Fundamentplatte bemessen. Auf dieser Grundlage gibt der Unterausschuss eine Empfehlung zur Anwendung von Berechnungsverfahren. Calculation of a piled raft foundation as a case study for the high rise building “Skyper” in Frankfurt/Main. Various calculation methods were applied on the piled raft foundation of the high rise building ”Skyper“. The results are compared and discussed. Numerical methods as well as simplified methods based on the elastic half space theory lead in the actual case to reasonable results. With the derived subgrade reaction modulus and pile stiffness the raft reinforcement was computed. A recommendation for the application of numerical and simplified methods is given.     

Querschnittsberechnung von Stahlbetonstäben

Viele Tragwerke aus Stahlbeton lassen sich mit Hilfe von Stabelementen berechnen. Die Einfachheit der Anwendung eines Stabelements steht im Kontrast zur Komplexität der mechanischen und mathematischen Formulierung. Die gesamte Information des realen Stabkontinuums muss auf ein linienförmiges Element projiziert werden. Dies ist insbesondere bei einer nichtlinearen Berechnung eine große Herausforderung. Gilt die Erfassung der geometrischen Nichtlinearität als gelöst, existiert für die materielle Nichtlinearität bislang noch kein etabliertes, allgemein anerkanntes Verfahren für räumliche Stäbe aus Stahlbeton. Die materielle Nichtlinearität wird im Rahmen der Stabtheorie auf Querschnittsebene erfasst. In einer Querschnittsberechnung wird der Spannungs‐ und Dehnungszustand korrespondierend zu den Schnittgrößen bestimmt. Die Grundidee des hybriden Modells ist die Aufteilung des Querschnitts in Bereiche mit einaxialen bzw. zweiaxialen Spannungs‐ und Dehnungszuständen. Der zweiaxiale Bereich wird durch Membranelemente modelliert und beteiligt sich am Abtrag aller sechs Schnittgrößen, während sich der einaxiale auf die beiden Biegemomente und die Normalkraft beschränkt. Cross‐Sectional Analysis of Reinforced Concrete Beams – A Hybrid Approach Many reinforced concrete structures can be analysed using beam elements. The simplicity of the application of beam elements contrasts the complexity of the mechanical and mathematical formulation. The whole information of the beam continuum has to be projected on an one‐dimensional element. Especially regarding a non‐linear analysis this is a big challenge. The geometrical nonlinearity is regarded as solved. Considering material nonlinearity, however, no established, generally accepted model for spatial reinforced concrete beam elements exists so far. Within beam theory, the material nonlinearity is captured on cross‐sectional level. In a cross‐sectional analysis, the stress and strain state corresponding to sectional forces is determined. The hybrid approach is based on dividing the cross section in areas with uniaxial and biaxial stress and strain states. The biaxial area is modelled by membrane elements and contributes to all six sectional forces. The uniaxial area is restricted to normal force and bending moments.     

Energetische Bilanzierung von Wohngebäuden nach DIN V 18599

Die energetische Bilanzierung von Wohngebäuden darf gemäß EnEV 2009 wahlweise auf Grundlage der neuen Berechnungsnorm DIN V 18599 oder auf Basis der älteren Vorschriften DIN V 4108‐6 in Verbindung mit DIN V 4701‐10 vorgenommen werden. Eine Berechnung nach DIN V 18599 führt hierbei im Regelfall zu einem höheren Primär‐ und Endenergiebedarf. Dieses ist einerseits auf den ungünstigeren Ansatz der Randbedingungen (Raumtemperatur, Interne Gewinne, Trinkwarmwasserbedarf, etc.) zurückzuführen, beruht aber im Wesentlichen auf einer im Allgemeinen deutlich ungünstigeren Bewertung der anlagentechnischen Seite bei Verwendung von Standardwerten. Auch der zulässige Primärenergiebedarf des Referenzgebäudes ist bei einer Auslegung nach DIN V 18599 im Regelfall deutlich höher und kann berechnungsabhängig sogar das Niveau der alten EnEV 2007 erreichen. Hier wäre eine zukünftige Anpassung der Rechenverfahren wünschenswert. Im Rahmen dieses Beitrags werden entsprechende Vergleichsrechnungen an idealisierten Wohngebäuden vorgenommen, die auch eine quantitative Einschätzung der Unterschiede für Regelfälle ermöglichen. Hierbei wird deutlich, dass unter Angleichung der Randbedingungen und bei genauerer Darstellung der anlagentechnischen Kenngrößen eine Annäherung der Rechenergebnisse erfolgt. Im Hinblick auf eine praxisgerechte und vereinfachte energetische Bilanzierung kann das Rechenverfahren der DIN V 4108‐6 in Verbindung mit DIN V 4701‐10 für Regelfälle im Wohnungsbau verwendet werden. Eine Berechnung von normalen Wohngebäuden nach dieser Norm gestattet eine gleichsam einfache wie zuverlässige energetische Bilanzierung. Für Gebäude mit Kühlung oder komplexer Anlagentechnik kann DIN V 18599 verwendet werden. Die Wahlfreiheit für Wohngebäude sollte auch bei zukünftigen gesetzlichen Regelungen Anwendung finden. Establishing the energy performance of residential buildings in accordance with DIN V 18599. In accordance with EnEV 2009 (Energy Conservation Regulations), it is permitted to calculate the energy performance of residential buildings on the basis of the new DIN V 18599 calculation standard or the older DIN V 4108‐6 regulations in combination with DIN V 4701‐10. As a rule, calculations carried out in accordance with DIN V 18599 lead to higher primary and final energy demand. This is in part due to less favourable input parameters (room temperature, internal gains, demand for domestic hot water, etc.) but in general, it is mostly due to a significantly less favourable evaluation of services installations when using standard values. Likewise, the permitted primary energy demand of the reference building is significantly higher in most cases when assessed under DIN V 18599, and may even reach the level of the old EnEV 2007, depending on how the calculations are carried out. For the future it would be desirable to modify the calculation methods. This article contains comparative calculations for theoretical residential buildings which also allow a quantitative assessment of the differences in standard cases. It becomes clear that when equivalent input parameters are used and the services installations parameters are defined more precisely, the calculation results are less divergent. With a view to a simplified and yet practice‐orientated method for calculating the energy performance of standard residential buildings, it is possible to use the calculation method of DIN V 4108‐6 in combination with DIN V 4701‐10. Calculating the energy performance of standard residential buildings in accordance with this standard provides a simple and yet reliable method. For buildings with cooling or more complex services installations, DIN V 18599 can be used. It is recommended that future legislation allow the option of choice for residential buildings.     

Tragverhalten und Dauerhaftigkeit einer schlanken Textilbetonbrücke

Auf der Schwäbischen Alb wurde eine ältere Fußgängerbrücke aus Stahlbeton durch eine neue Brücke aus Textilbeton ersetzt, die durch die Kombination von textilbewehrtem Beton und einer Vorspannung ohne Verbund eine außergewöhnliche Schlankheit erreicht. Bei einer Betondeckung von nur 1,5 cm für die Bewehrung aus technischen Textilien war ein im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen ungewöhnlich filigraner mehrstegiger Plattenbalkenquerschnitt als Überbau ausführbar. In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zu den Werkstoffen, zum Tragverhalten und zur Dauerhaftigkeit vorgestellt. Das Tragwerk, die Bemessung und Konstruktion sowie insbesondere das Schwingungsverhalten sind Gegenstand eines separaten Beitrags in diesem Heft. Load‐Bearing Behavior and Durability of a Slender Textile Reinforced Concrete Bridge An older pedestrian bridge was replaced by a new bridge made of textile reinforced concrete (TRC) in Southern Germany. A remarkable slenderness was achieved by using a combination of TRC and an unbounded prestressing. The concrete cover of only 1,5 cm makes it possible to design an uncommonly slender Tbeam with seven webs and which is used as superstructure. The article deals with the experimental investigations of the material properties, load‐bearing behaviour and durability. The design and construction, especially the dynamic behaviour, of the bearing structure is described in a separate article in this issue.     

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.     

Zur Ermittlung der Normalkraft‐Verlängerung und Moment‐Krümmung‐Beziehungen der Stahlbetonbauteile im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkei

Die Nachweise zur Begrenzung der Verformungen von Stahlbetonbauteilen sind infolge der Verwendung von Baustoffen höherer Festigkeiten immer wichtiger geworden, oft sogar maßgebend. Eine Verdopplung der Betondruckfestigkeit eines normalen Betons ruft eine etwa 20%ige Erhöhung des E_c‐Moduls hervor aber keine des Betonstahls, da E_s konstant ist. Dies und die dementsprechend schlanker gewordenen Stahlbetonbauteile führen zu größeren Verformungen – Verlängerungen, Durchbiegungen und/oder Verdrehungen – die deren Verhalten beeinträchtigen können. Die für die Ermittlung der Verformungen benötigten “Normalkraft‐mittlere Dehnungslinien”, bzw. “Moment‐mittlere Krümmungslinien” werden erläutert. About the Calculation of Displacements of Reinforced Concrete Members in the Serviceability Limit State The verification of reinforced concrete elements for the purpose of limiting deformations has become increasingly important, often even decisive, as a result of the use of higher strength materials. A doubling of the compressive strength of a normal concrete causes an increase of about 20% in the E_c‐module, and none of reinforcing steel, because E_s is constant. This and, accordingly, the slender reinforced concrete elements lead to larger deformations – elongations, deflections and/or rotations – which may affect their behaviour. The determination of “axial tensile force – mean strain diagrams”, respectively “bending moment – mean curvature diagrams”, needed for the calculation of the displacements, is explained.     

Risikobasierter Ansatz zur Bewertung der Robustheit von Bauwerken

Ziel des vorliegenden Beitrages ist es, einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Bewertung und der Quantifizierung der Robustheit von Bauwerken zu geben. In diesem Sinne ist eine Zusammenstellung von Ansätzen und Ergebnissen aktueller Veröffentlichungen enthalten. Ein umfassender entscheidungstheoretischer Ansatz für die Berechnung und das Management der Robustheit wird vorgestellt. Dieser beinhaltet die Definition der Robustheit als eine Qualität eines Systems, welches das Bauwerk beinhaltet, d. h. eine Qualität, die auf der Grundlage einer Risikoanalyse bewertet werden kann. Um eine umfassende Risikoanalyse zu ermöglichen, wird ein szenarienbasierter Modellansatz eingeführt, welcher zwei Arten von Konsequenzen im System unterscheidet: direkte Konsequenzen (in Verbindung mit Schäden einzelner Komponenten des Systems) und indirekte Konsequenzen (in Verbindung mit einem Versagen des Systems). Die Definition des Systems spielt deshalb für die Risikoanalyse eine wichtige Rolle, und es wird diskutiert, wie die Robustheit für verschiedene Definitionen zu unterschiedlichen Ergebnissen und Erkenntnissen im Sinne des Managements der Integrität des Bauwerks im gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung seiner Funktionalität führt. Weiterhin werden wichtige Aspekte der Standardisierung der Robustheitsanalyse, wie auch Anforderungen an die Robustheit, diskutiert und Vorschläge zum Umgang mit diesen Aspekten unterbreitet. Auf der Grundlage der vorgestellten Ansätze zur Berechnung der Robustheit eines Bauwerks wird beschrieben, wie Entscheidungen in Bezug auf den Entwurf, die Zustandsbewertung, auf Inspektionen und Wartung sowie in Bezug auf die Überwachung von Bauwerken, in Hinblick auf das Management der Risiken in allen Phasen des Lebenszyklus, optimiert werden können. Risk based approach for the assessment of the robustness of structures. The present paper serves as an overview of recent developments by the author on the assessment and quantification of robustness of structures; the paper aims in this sense not to present any new results but collects approaches and results from previous publications. A general decision theoretical approach to the assessment and management of structural robustness is outlined. Structural robustness is introduced as a quality of the system comprising the structure; a quality which can be assessed by means of risk assessments. To facilitate an appropriate risk assessment for structural systems a scenario based model approach is outlined which differentiates consequences into two different types: direct (related to damages to individual components) and indirect (related to collapse failures). The definition of the “structural system” thus plays an important role in the risk assessment and it is discussed how the robustness assessed according to different definitions of the structural system will lead to different results and insights of relevance for the lifecycle management of the structural integrity. Furthermore, the important aspects of standardization of robustness assessments as well as requirements to robustness are discussed and suggestions for the treatment of these are proposed. Based on the presented approach to the assessment of structural robustness it is outlined how decisions on design, condition assessment, inspection and maintenance as well as monitoring activities for structures can be optimized for the purpose of managing structural risks over all phases of the life‐cycle of structures.     

Funktionelle Akustik — Die Nachhall‐Charakteristik des Raumes als Basis für seine Nutzbarkeit.

Im aktuellen Baugeschehen spielt der Lärmschutz gemäß DIN 4109 und VDI 4100 bereichsweise eine wichtige Rolle. Dagegen wird die Raumakustik, auch nach dem Erscheinen der neuen DIN 18041, noch immer sträflich unterschätzt und oft schlecht behandelt. Das trifft für Räume jeder Größe und Nutzungsart gleichermaßen zu. Erfahrungen aus Hunderten von Neubauten, Restaurierungen und Sanierungen, bei denen es um den Schallschutz ebenso wie um die bestimmungsgemäße Nutzung für Sprache und Musik ging, legen es nahe, die Nachhall‐Charakteristik der Räume neu in den Blickpunkt der Planer und Berater zu rücken. In dieser Beitragsserie wird auf einige Fehleinschätzungen und Missstände aufmerksam gemacht, die insbesondere die Behandlung des Bassbereichs betreffen. An konkreten praktischen Beispielen wird demonstriert, wie man dem raumakustischen Design neue funktionelle Möglichkeiten erschließen kann, wenn man mit der richtigen Bedämpfung der tiefen Frequenzen generell für mehr akustische Transparenz und Klarheit sorgt. Functional acoustics — The reverberation characteristic as a basis for room quality. Noise control according to German standards DIN 4109 and VDI 4100 occasionally plays an important role. Architectural acoustics, however, are still deplorably underrated and ill‐treated, even after the new DIN 18041 has been issued. This holds for enclosures of any size and uses. Experiences from hundreds of new buildings, restorations and adjustments which dealt with acoustic comfort as well as functional value for speech and music suggest that designers and consultants should pay new and more attention to the reverberation characteristics of the rooms. This series will focus on misconceptions and nuisances concerning the treatment of the bass spectrum. Concrete practical examples will help to demonstrate, how one may create new design options by enabling more acoustic transparency and clarity through an adequate damping of the low frequencies.     

Grundlagen und Entwicklung von stochastischen Modellen zur Beurteilung der Schädigung von Massivbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse von Bauwerksüberprüfungen

In zwei Beiträgen wird ein auf der Zuverlässigkeitstheorie basierendes probabilistisches Verfahren für eine schnelle Bewertung der Tragfähigkeit eines geschädigten Stahlbetonbrückenbauwerks vorgestellt. Es ersetzt keine statische Nachberechnung, unterstützt jedoch den Bauwerksprüfer noch während der Prüfung gemäß DIN 1076 und lässt eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise einer ggf. erforderlichen Nutzungseinschränkung noch vor einer Nachberechnung zu. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine verbesserte Bewertung über die Auswirkung von Schäden und Mängeln an Stahlbetonbrücken auf deren Tragfähigkeit im Rahmen einer handnahen visuellen Bauwerksprüfung zu erreichen. Teil 1 behandelt die Grundlagen des Verfahrens sowie die Entwicklung der veränderten stochastischen Material‐ und Geometrieparameter infolge Schädigung. In Teil 2 wird die Modellunsicherheit “Bauwerksprüfer” sowie das baupraktische Näherungsverfahren für eine Anwendung im Rahmen der RI‐EBW‐PRÜF vorgestellt. Basics and Development of Stochastic Models for a Structural Reliability Assessment of Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from Bridge Inspection A probabilistic method based on the reliability theory allows a quick assessment of the load bearing capacity of damaged reinforced concrete bridges. The aim is to support the bridge inspection engineer during the bridge inspection according to DIN 1076 and not to replace a static recalculation. It should allow a quick decision as to whether or not a restriction of the crossing traffic is necessary. With this method it is possible to achieve a better assessment of the influence of damages on reinforced concrete bridges which are seen in a visual bridge inspection. Part 1 of the two papers describes the basics of the methodology and shows the development of the stochastic models for the material and geometry parameters which have changed as a result of damage. In Part 2 the model uncertainty for the bridge inspector and the practical use in accordance with the RI‐EBW‐PRÜF are shown.     

Bemessungsnomogramme für Stahlbetonkonsolen

In diesem Beitrag werden Nomogramme für die Bemessung von Stahlbetonkonsolen vorgestellt. Basierend auf den entsprechenden Bemessungsmodellen kann für eine gegebene Stahlbetonkonsole und eine Beanspruchung die Bewehrungsmenge des Zuggurts bestimmt werden. In den Nomogrammen sind alle relevanten Anwendungsgrenzen eingearbeitet. Die Praxistauglichkeit der Nomogramme wird anhand eines Beispiels erläutert. Support for the analysis by concrete brackets. In this contribution nomograms are introduced for the structural analysis of concrete brackets. Based on the appropriate design codes the reinforcement for the tension strut can be determined. In these nomograms all relevant limitations are incorporated. The application of the nomograms is shown using an example.     

Nachträgliche Abdichtung von Betonbauwerken durch Gelinjektionen

Der Beitrag beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, Betonbauwerke mit anderen als den in der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb aufgeführten Produkten abzudichten. Dafür kommen Injektionsgele in Frage, die eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften besitzen, durch die eine erfolgreiche Abdichtung auch dann noch möglich ist, wenn die “klassischen” Verfahren zu scheitern drohen. Wesentliche Vertreter der Injektionsgele, für die eine Reihe von praktischen Erfahrungen und Forschungsergebnissen vorliegen, sind die Acrylatgele, deren Anwendung beschrieben werden. Ausgehend von beispielhaft genannten Randbedingungen und einer Darstellung der wesentlichen Materialeigenschaften werden die Arten der mit Gelinjektionen herstellbaren Abdichtungen (Gelschleierabdichtungen, Injektion in das Bauteil, in Bauteilzwischenräume und in Risse, sowie deren Mischformen) dargestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Schleierinjektion, da sie die größten Besonderheiten gegenüber den üblichen Injektionen zum Füllen von Rissen und Fehlstellen aufweist. Für die Schleierinjektionen werden Grenzen der Ausführbarkeit und Möglichkeiten zum Erkennen dieser Grenzen aufgezeigt. Eine solche Möglichkeit besteht in der Ausführung von Probeinjektionen mit Wasser an vorgesehenen Injektionsstellen in den am Bauwerk anstehenden Baugrund. Neben der Darstellung der technischen Grundlagen und Anwendungsgrenzen wird für die einzelnen Arten der Gelinjektionen aufgeführt, welche baurechtlichen Anforderungen zu beachten sind. Post‐Construction Sealing of Concrete Structures by Gel Grouting This article deals with possibilities to seal concrete structures by other products than those authorized by the DAfStb. Among those products are grout injection gels which have several favourable properties which allow the user to seal even those structures where conventional methods might fail. Particularly for acrylate gel there is already a wide range of experience. This article describes the main properties of the materials, standard boundary conditions and the resulting types of sealing: curtain grouting, injections into the structural components or joints between structural elements, in cracks and a mixture of the methods mentioned above. The focus is set on curtain grouting which differs significantly from common grouting to repair cracks and defects. The usage of curtain grouting is limited. A method is described to recognize those limitations. One possibility could be to perform test injections at the original site using water instead of the gel. Apart from technical basics and practical limitations the requirements made by the authorities are characterized.     

Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonträgern

Auch nach vielen Jahren teilweise intensiver Forschung wird die Bestimmung des Querkraftwiderstands von Stahl‐ und Spannbetonträgern in der Fachwelt weiterhin rege diskutiert. Dies liegt einerseits an der Komplexität des Problems, andererseits an der Weiterentwicklung von Bauweisen und Baustoffen sowie den veränderten Fragestellungen. Im vorliegenden Beitrag wird ein dreistufiges Vorgehen präsentiert, das die Bemessung, die Überprüfung und die detaillierte rechnerische Beurteilung von Bauteilen unter Querkrafteinwirkung umfasst. Im Zentrum stehen die Verallgemeinerten Spannungsfelder, die sich insbesondere für die vertiefte Untersuchung und die generelle Überprüfung eines Tragwerks eignen. Die entsprechenden Festlegungen sind durch Versuche gut abgesichert und so aufbereitet, dass sie sich für die Anwendung in der Ingenieurpraxis eignen. Die auf dieser Grundlage ermittelten Querkraftwiderstände werden denjenigen nach den Normen DIN 1045‐1 und Eurocode 2 gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass eine Überprüfung der Normvorschriften angebracht wäre. Generell soll der Beitrag zur Diskussion und weiteren Entwicklung der nationalen und internationalen Normen beitragen. Shear Strength of Structural Concrete Beams Even after many years of in‐depth research, the determination of shear strength of structural concrete beams is still in discussion. The reasons for that are, on the one hand, the complexity of the problem and, on the other hand, further developments of structural systems and building materials as well as new questions arising from the evaluation of existing structures. In this contribution a structured procedure including design, detailed analysis and elaborate assessment of structural concrete members subjected to shear is presented. The focus is on the Generalized Stress Field Approach which particularly enables a profound analysis and a general evaluation of a structure. The corresponding definitions are well supported by experimental results and arranged to be easily used in practical application. Shear strengths calculated on the basis of this method are compared to results according to DIN 1045‐1 and Eurocode 2. It shows that a re‐evaluation of the code provisions is well appropriate. Basically, this contribution may be regarded as a contribution to the discussion about the development of national and international codes.     

Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1

Im vorliegenden Beitrag werden Arbeitshilfen für die Querkraftbemessung nach DIN 1045‐1 entwickelt. Unter Anwendung der vorgestellten Bemessungstabellen erfolgt die Bestimmung der Querkraftbewehrung auf sehr einfache Weise. Der Aufwand bei der Bemessung wird auf ein Minimum reduziert, positive Nebeneffekte bestehen in der Übersichtlichkeit und Wirtschaftlichkeit der Bemessungsergebnisse – auch bei Querkraft unter dem Einfluss von Längsspannungen. Aus dem vorgestellten Nomogramm für Vollplatten lässt sich in Abhängigkeit vom Rechenwert der bezogenen Querkraft – τ_Ed = V_Ed/z, der Betonfestigkeit und der statischen Höhe direkt bestimmten, welche Längsbewehrung erforderlich ist, um Querkraftbewehrung zu vermeiden. Die wichtigsten Bemessungshilfen – Diagramme für Bauteile ohne Querkraftbewehrung sowie eine Bemessungstabelle für die Querkraftbemessung ohne Längskraft – sind im Anhang als Arbeitsblatt zusammengefasst. Shear Force Design according to DIN 1045‐1. A simple procedure In the present paper are deduced worksheets for lateral force design according to DIN 1045‐1. By using the tabulars the amount of shear reinforcement can be determined in a very simple way. There are positive side effects in the clarity and economy of the calculation results – even with shear force under the influence of longitudinal stresses. Beside the tabulars a nomogram for the design of solid slabs is presented. It is possible to determine in a direct way the amount of main reinforcement, wich is required in order to eliminate the assembling of reinforcement stirrups in dependence on the related shear force – τ_Ed = V_Ed/z, the concrete strength and the effective depth. The basic measuring tools for the design without a longitudinal force are summarized in the annex as a worksheet.