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.     

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.     

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.     

Modellkorrekturfaktoren als “Performance Indikatoren” für die Langzeitbewertung der integralen Marktwasserbrücke S33.24

Monitoring hat für den Entwurf und die Beurteilung sowohl neuer als auch bestehender Ingenieurtragwerke eine enorme Wichtigkeit. Die praktische Erfahrung und Beobachtungen zeigen, dass Monitoring die Grundlage für neue normative Grundlagen oder effiziente Erhaltungsprogramme liefern kann. Darüber hinaus können Monitoringsysteme erhebliche Instandsetzungskosten und Unannehmlichkeiten infolge von Störungen vermeiden. Dies begründet den erheblichen Forschungsaufwand, um eine effektive Implementierung der aufgenommenen Monitoringdaten in ein numerisches oder analytisches Strukturmodell zu erreichen, welches die Ermittlung eines vom erwarteten Verhalten abweichenden Strukturverhaltens und die Entdeckung eines beginnenden Verschlechterungsprozesses erlaubt. Dieser Aufsatz behandelt ein Konzept für eine effektive Einbindung einer Monitoringinformation in ein numerisches Modell auf Basis des Konzeptes der Modellkorrekturfaktoren. Insbesondere entstand diese Studie aus den Fragestellungen im Zuge des Forschungsprojektes “Monitoringbasierte Analyse von Integralen Brücken (MAIB)”. Das Forschungsvorhaben MAIB verfolgt Fragestellungen, welche das Tragwerk, die Interaktion zwischen Tragwerk und Bodenkörper, die Stabilität des Bodenkörpers hinter dem Widerlager und den Übergangsbereich zwischen dem Tragwerk und dem Boden im Fahrbahnbereich betreffen. Monitoring and Influence Lines Based Performance Indicators Monitoring is of most practical significance for the design and assessment of new as well as of existing engineering structures. Practical experience and observations show that monitoring can provide the basis for new code specifications or efficient maintenance programs. Moreover, monitoring systems can avoid considerable costs of repairs and inconvenience to the public due to interruptions. This gives rise to the need for a thorough investigation to achieve an effective implementation of recorded monitoring data in numerical or analytical structural models that allow the detection of a deviant behavior from the proposed and the detection of initial deterioration processes. This study attempts to derive a concept for the effective incorporation of monitoring information in numerical models based on the concept of model correction factors. In particular, these studies are performed on the abutment free bridge structure S33.24 that has been proof loaded in February 2010 and monitored since December 2008. A merit of models derived based on monitoring data is that they are directly related to performance indicators which can be used for the assessment of the existing structural capacity and for an efficient life cycle analysis.     

Stahlbetonbauteile unter einer kombinierten Beanspruchung aus Last und zentrischem Zwang

Im Allgemeinen führt eine linear elastische Berechnung von Biegebauteilen zu brauchbaren und hinreichend genauen Ergebnissen bei der Bestimmung der Schnittgrößen als Grundlage für die Bemessung der Querschnitte. Grundsätzlich anders verhält es sich dagegen mit den Schnittgrößen infolge von Zwang und den Durchbiegungen, die beide von den absoluten Steifigkeiten abhängig sind. Daher sind in diesen Fällen für eine realitätsnahe Berechnung nichtlineare Verfahren anzuwenden. Dabei sind die Einflüsse aus einer Rissbildung (Steifigkeitsabfall) sowie aus dem Kriechen und Schwinden des Betons zu berücksichtigen. Auf eine besondere Problemstellung führt dabei die kombinierte Beanspruchung infolge von Last und Zwang. DIN 1045‐1 enthält Näherungen als Regelungen, sowohl für die Begrenzung der Durchbiegungen, als auch der Rissbreiten unter einer kombinierten Beanspruchung. Es stellt sich u. a. die Frage nach deren Gültigkeitsgrenzen. Reinforced Concrete Elements subjected to a Combined Effect of Action due to Load and Centric Restraint In general a linear elastic analysis for bending members is useful and suitable for the determination of internal forces and moments as basis for design. This is fundamentally different in case of internal forces due to restraint and deflections, which requires a realistic non‐linear calculation. The influences of cracking, creeping and shrinkage definitely have to be considered. A special problem results from the combined subjection to load and restraint. Concerning this matter, the standard DIN 1045‐1 comprehends approximate rules for the deflections as well as for the crack control under the combined effects. The point is their limit of validity.     

Baustellenkoordinator; Haftung

Die Haftung des für den Zeitraum der Ausführungsphase eines Werks bestellten Baustellenkoordinators ist beendet, wenn die Bauarbeiten abgeschlossen sind, die Baustelle ger?umt ist und der Bauherr das errichtete Bauwerk zur Nutzung übernommen hat. M?ngelbehebungsarbeiten nach diesem Zeitpunkt sind sp?tere Arbeiten iSd § 8 BauKG und erfordern bei Zutreffen der Voraussetzungen nach § 3 Abs 1 BauKG neuerlich die Bestellung eines Baustellenkoordinators.     

Empfehlung Nr. 5 “Punktlastversuche an Gesteinsproben“ des Arbeitskreises 3.3 “Versuchstechnik Fels“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik

Der Arbeitskreis AK 3.3 “Versuchstechnik Fels“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. erarbeitet Empfehlungen für felsmechanische Labor‐ und Feldversuche sowie Messungen im Gebirge und an Bauwerken. Die vorliegende Neufassung der Empfehlung Nr. 5 behandelt den Punktlastversuch an Gesteinsprobekörpern und berücksichtigt die Weiterentwicklung der Versuchstechnik und ‐auswertung seit der gleichnamigen Empfehlung Nr. 5 von 1982. Es werden die Anforderungen an die Prüfeinrichtung und die Probekörper sowie die Vorgehensweisen für die Durchführung und Auswertung von Punktlastversuchen festgelegt. Die wesentliche Neuerung besteht darin, dass nicht mehr der Lastpunktabstand allein, sondern die Probekörperfläche zur Berechnung des Punktlastindex verwendet wird. Beim Punktlastversuch wird ein Indexwert für die Festigkeit eines Gesteins bestimmt, indem ein zylinderförmiger, quaderförmiger oder unregelmäßig geformter Probekörper zwischen zwei Lasteinleitungsspitzen bis zum Bruch belastet wird. In dieser Empfehlung werden der Zweck, die Begriffe, die Prüfeinrichtung, die Anforderungen an den Probekörper und die Versuchsdurchführung erläutert. Drei mögliche Optionen der Versuchsauswertung werden aufgezeigt, die Darstellung der Ergebnisse beschrieben und mit Hilfe von Beispielen illustriert. Abschließend wird erläutert, wie die einaxiale Druckfestigkeit aus der Punktlastfestigkeit abgeleitet werden kann. Recommendation No. 5 (revised) of the Commission on Rock Testing of the Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. — “point load tests on rock samples”. The Commission on Rock Testing of the Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. (German Geotechnical Society) is compiling instructions for rock tests conducted in the laboratory and in‐situ, and for performing monitoring of rock masses and civil engineering structures. The revised version of recommendation No. 5 deals with the point load test on rock samples and incorporates recent developments in testing machines and testing procedures since the first version from 1982. The requirements for the testing machines and the specimens are given, as well as the procedures to perform the tests and evaluate the data. The essential modification is the use of the sample area instead of the platen tip distance alone. The point load test is used to derive an index value for rock strength. Therefore rock specimens in the form of core, cut blocks or irregular lumps are loaded until failure between a pair of load tips. In this recommendation, scope, terms, apparatus, specimen requirements and procedure of the test are explained. Three possible options of test evaluation are given, the reporting of results described and illustrated by examples. Finally it is shown, how the uniaxial compressive strength can be derived by the point load strength.     

Entwicklung allgemeiner Entwurfsgrundsätze für Hängernetze von Netzwerkbogenbrücken

Um die statischen Vorteile von Netzwerkbogenbrücken effizient nutzen zu können, ist die Anordnung der Hänger von großer Bedeutung. Der Tragwerksentwurf wird deshalb wesentlich von der Wahl des Hängernetzes bestimmt. Hängerneigung, Hängeranzahl und die Lage der Hängeranschlusspunkte beeinflussen die Spannungszustände sowohl in Bogen und Versteifungsträger als auch in den Hängern in erheblichem Maße. So wird zum Beispiel die Größe der Biegemomente in Bogen und Untergurt durch die Anzahl der Hänger und die damit verbundenen Abstände der Anschlüsse bestimmt. Des Weiteren ist die Hängerneigung ein entscheidender Faktor für die Anzahl der Ausfälle der druckschlaffen Hänger oder die Größe der Spannungsamplituden der Hänger. Nicht minder wichtig ist jedoch auch das ästhetische Erscheinungsbild des Tragwerkes, welches erheblich durch die Art und Weise der Hängeranordnung geprägt wird. Um das effizienteste Hängernetz zu ermitteln, werden fünf mögliche Hängernetze mit variierenden Hängerneigungsparametern, Stützweiten und Bogenhöhen (f/l‐Verhältnisse) hinsichtlich gezielt ausgewählter statischer Kriterien untersucht und bewertet. Daraus resultierend werden Empfehlungen formuliert, die dem Ingenieur die Wahl eines für entsprechende Rahmenbedingungen geeigneten Hängernetzes erleichtern. Abschließend erfolgt ein Vergleich zwischen einer Brücke mit einem nach den erhaltenen Erkenntnissen konstruierten Hängernetz und einem Tragwerk, bei dem die Hänger ähnlich zu bereits ausgeführten Netzwerkbogenbrücken angeordnet sind. Development of general design principles for the hanger arrangements of network arch bridges. To use the static advantages of network arch bridges efficiently, the arrangement of the hangers is very important. The stress conditions in the arch and lower chord are strongly affected by the slope of the hangers, the number of the hangers and the position of the hanger connection points. For example, the size of the bending moments in the arch and lower chord depends on the number of hangers and the associated distances between the connection points. Furthermore, the slope of the hangers is a decisive factor for the number of relaxed hangers and the size of the stress amplitudes. Not less important is the aesthetic view of the structure, which is influenced by the kind of hanger arrangement. To optimize the hanger‐network, different kinds of hanger arrangement methods have been investigated, considering different hanger slopes for each hanger. Five different and possible hanger arrangements with varying parameters (slope of the hangers, number of the hangers, span of the bridge, arch rise) have been analysed in respect to systematic selected static criterions. On the basis of these investigations, recommendations are given for engineering applications how to choose an optimized hanger arrangement according to different geometrical bridge parameters. Finally, a comparison between a network arch, based on the results of the analyses, and a structure with a hanger slope similar to existing network arch bridges is shown to clarify the advantages of the developed hanger arrangement.     

Berücksichtigung der Fließgeschwindigkeit bei Hochwasser‐Schadensmodellen

Die Quantifizierung der Schadenspotentiale infolge Hochwasser setzt realistische Zusammenhänge zwischen Einwirkungs‐ und Verlustkenngrößen voraus. Da sich herkömmliche Schadensfunktionen auf den Zusammenhag zwischen Fluthöhe und den versicherungsseitig nachvollziehbaren Kosten für eine bestimmte Nutzungsklasse (wie. z. B. private Wohngebäude) beschränken, fehlt zum einen die notwendige Differenzierung nach den für die Widerstandsseite relevanten Merkmalen, zum anderen bleiben weitere Einwirkungsgrößen wie die Fließgeschwindigkeit unberücksichtigt. Auf der Grundlage einer einheitlichen Datenerhebung wurde ein System entwickelt, mit dem die strukturelle Schädigung eines Bauwerks oder eines betroffenen Bauwerksbestands für konkrete Hochwasserszenarien bestimmt werden kann. Dieses Instrumentarium wird erweitert, so dass der Zusammenhang zwischen den Einwirkungskenngrößen Überflutungshöhe und Fließgeschwindigkeit und dem strukturellen Schaden hergestellt werden kann. Die Studie stützt sich auf dabei zwei Datensätze, die nach dem Hochwasser 2002 erhoben wurden: – Datensatz 1 bezieht sich auf eine schriftliche Befragung, welche zwischen 2002 und 2004 in Sachsen durchgeführt wurde. – Datensatz 2 stellt dabei das Ergebnis einer Auswertung von Schadensgutachten im Auftrag der Landestalsperrenverwaltung Sachsen dar. Im Ergebnis kann ein neuartiger Typ von Verletzbarkeitsfunktionen bereitgestellt werden, der den Zusammenhang zwischen Überflutungshöhe, Fließgeschwindigkeit und den Schadensgraden D_i in Abhängigkeit von der konkreten Bauwerksverletzbarkeit beschreibt. Mit Hilfe ebenfalls neu entwickelter Schadensfunktionen werden die so berechneten Schadensgrade in konkrete Verlustaussagen überführt. Wie an drei Testgebieten im Freistaat Sachsen nachgewiesen werden kann, gelingt es mit diesen Funktionen, die gemeldeten Verluste infolge des Hochwassers 2002 in guter Übereinstimmung nachzuvollziehen. Im Weiteren werden erste Untersuchungen zum Einfluss der städtebaulichen Einbindung und der Anströmrichtung auf die strukturellen Schäden vorgestellt. Consideration of flow velocity in flood damage models. Reliable prognoses of building damage caused by flood impact require realistic relationships between action and damage or loss describing parameters. Due to the fact that commonly applied damage functions are related to the different usage classes (i.e. private housing), the required differentiation according to the parameters on the resistance side is still missing and further impact parameters like flow velocity remain unconsidered. On the basis of the August 2002 Saxony flood data base, a method to determine the structural damage for any given flood scenario was developed. This method is improved to consider the correlation between inundation level and flow velocity and structural damage. The study is based on two different datasets collected after the flood 2002 in Saxony: – Dataset 1 is related to the outcome of a questionnaire survey performed by the authors between 2002 and 2004. – Dataset 2 is the outcome of an evaluation of damage expertises by order of the “Landestalsperrenverwaltung Sachsen”. A set of new Specific Vulnerability Functions (SVF) for calculation of damage grades is derived considering the inundation level and the flow velocity depending on the vulnerability of the predominant building types. Based on new developed Specific Damage Functions (SDF) the calculated damage grades are transferred into loss estimates. The developed tools are applied to the reinterpretation of the August 2002 flood damage. Results of the approach are presented for three different study areas in the free state of Saxony. In all cases a remarkable good agreement between the predicted and the reported loss can be stated. First investigations with respect to the location of buildings, the direction of inflow and the structural damage are represented.     

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.     

Außenwandkonstruktionen für Schwimmhallen

Die kontinuierlich steigenden Anforderungen an die allgemeinen Komfortbedingungen in Verbindung mit einer immer weiter wachsenden Nachfrage nach den unterschiedlichsten Wellness‐Angeboten führen sowohl im Hotel‐ und Touristikgewerbe als auch im privaten Bereich zu umfangreichen Neu‐ und Umbaumaßnahmen. Bei öffentlichen Schwimmhallen liegt das Hauptaugenmerk dabei auf geeigneten Maßnahmen zur Steigerung der Energie‐Effizienz bei gleichzeitiger Modernisierung und Attraktivierung der entsprechenden Gebäudeteile. Nun handelt es sich bei diesen Gebäuden oder Gebäudeteilen um bauliche Einrichtungen, deren Nutzung beispielsweise als Schwimmhalle, als Whirlpoolraum oder als Saunavorraum eine gegenüber den konventionellen Randbedingungen von Aufenthaltsräumen deutlich erhöhte Feuchtebelastung bedingt: Es liegen hier nicht nur gegenüber Wohngebäuden deutlich erhöhte Temperaturen und Luftfeuchten – und damit eine völlig andere Größenordnung der Wasserdampfpartialdrücke der Raumluft – sondern auch grundsätzlich andere Nutzungs‐ und Betriebszeiten vor. Damit ergibt sich dann, dass der dauerhaft schaden‐ und mängelfreie Betrieb einer solchen Einrichtung eine entsprechend angepasste Baukonstruktion der umgebenden Bauteile und somit eine spezielle fachliche Betrachtung der bauphysikalischen Randbedingungen erfordert. Während für die konventionelle Wohn‐ oder Büronutzung eines Gebäudes die bauklimatisch anzusetzenden Randbedingungen (sowie die korrespondierenden Nachweisverfahren) normativ geregelt sind und die Auswirkungen auf die entsprechende bauliche Realisierung damit mehr oder weniger geläufig sind, fehlen diese Erkenntnisse im Bereich der Feuchträume im Allgemeinen und der Schwimmhallen im Besonderen weitestgehend. External wall constructions for indoor swimming pools. The continually increasing requirements for general comfort conditions combined with an ever growing demand for the widest range of wellness facilities result in numerous new‐build and extension projects in the hotel and tourist trade as well as in private homes (example see fig. 1). With public swimming pools the focus of attention is on suitable measures to increase the energy efficiency of the relevant parts of buildings and to modernise and make them more attractive at the same time. With these buildings or parts of buildings we are dealing with buildings used as swimming pools, jacuzzis or saunas and much more exposed to the effects of moisture compared to the normal boundary conditions of recreational areas: Not only are the temperatures and humidity content much higher and therefore the partial pressures of the water vapour in the air indoors on a completely different scale, but they are generally open and used at different times. This means that the long‐term operation of such a building free of damage and shortcomings requires a correspondingly suitable construction of the surrounding components and thus a special expert assessment of the building physics boundary conditions. Whereas the boundary conditions relating to the temperature and moisture in the building (and the corresponding methods) to be applied to residential or office buildings are regulated by standards and the effects on the corresponding construction of the building in practice are therefore more or less familiar, there is a general lack of this information for indoor areas with high humidity in general and swimming pools in particular.     

Heidebroek‐Bau der Technischen Universität Dresden – Ertüchtigung und Instandsetzung des vorgespannten Faltwerkdachs

Die Dachkonstruktion des als Experimentalbau errichteten Heidebroek‐Baus ist ein Faltwerk, das aus zusammengespannten Stahlbetonfertigteilsegmenten besteht. Aufgrund von Unzulänglichkeiten in der konstruktiven Durchbildung und jahrelanger, durch eine desolate Abdichtung verursachte Durchfeuchtung des Faltwerks musste von einer bereits eingetretenen Korrosion der Spannglieder ausgegangen werden, so dass die Standsicherheit des Dachs in Frage stand. Zunächst durch temporäre Gerüsttürme als Hilfsunterstützung gesichert, wurde die Dachkonstruktion schließlich ertüchtigt und instandgesetzt. Dabei erfolgten die Baumaßnahmen bei laufendem Betrieb in der von der TU Dresden genutzten Versuchshalle. Zur Sicherstellung der ausreichenden Tragfähigkeit im Fall des Versagens einzelner Spannglieder sowie zur Verhinderung eines plötzlichen Gesamtversagens des Faltwerks durch progressiven Kollaps wurden Stahllamellen auf der Dachinnenfläche aufgeklebt und an den Stirnseiten der Falten endverankert. Die Bemessung der Lamellen einschließlich ihrer Verankerung und der Nachweis der vorhandenen Dachkonstruktion erfolgten unter Berücksichtigung der gemäß den gültigen Normen anzusetzenden Einwirkungen. Dieser Beitrag geht auf die Konzeption der Tragwerksertüchtigung sowie auf die diesbezüglichen, nach vier hauptsächlichen Grenzzuständen differenzierten Standsicherheitsnachweise ein und fasst die wesentlichen Aspekte der Ausschreibung, Vergabe und Ausführung der Sanierungsarbeiten sowie der Überwachung der Ertüchtigungs‐ und Instandsetzungsmaßnahmen zusammen. Heidebroek‐Bau at the Dresden University of Technology – Improvement and repair of the prestressed folded‐plate roof. The roof construction of the Heidebroek‐Bau, erected as an experimental building, is a folded‐plate construction comprising tied precast segments of reinforced concrete. Given the inadequacies in the design and the dampness which had penetrated the structure over a period of many years as a result of the desolate condition of the seals, it was to be assumed that the prestressing members already displayed corrosion and that the structural safety of the roof was thus to be questioned. Initially secured by way of temporary staging towers as auxiliary support, the roof construction was subsequently strengthened and repaired. The building work was accomplished without interrupting the use of the research hall by the Dresden University of Technology. To ensure a sufficient load‐bearing strength should individual prestressing members fail, and to eliminate the risk of a sudden total failure with progressive collapse of the folded‐plate construction, steel lamellae were attached to the inner surface of the roof and anchored at the ends of the folds. The dimensioning of the lamellae, including their anchoring and verification of the existing roof construction, took into account all potential influences specified by the applicable technical standards. This paper discusses the concept for improvement of the supporting structure and the corresponding differentiated verification of stability on the basis of four essential critical states, and provides an overview of key aspects of the tender process, execution of the improvement work and monitoring of the implemented strengthening and repair measures.     

Thermal performance in three different low‐cost dwellings for the tropical climate of Brazil

Thermisches Verhalten dreier kostengünstiger Wohnhaustypen im tropischen Klima Brasiliens. Ziel des Projektes war, das thermische Verhalten kostengünstiger Passivwohnhäuser im halbfeuchten tropischen Klima zu untersuchen. Die Häuser befinden sich in Cuiabá‐MT (15.5° südlicher Breite), eine der heißesten Städte Brasiliens. Die Daten über die Typologie der Häuser wurden von drei repräsentativen Bauweisen gewonnen: Holz, Mauerwerk und Massivbauweise. Die Messungen wurden innerhalb eines Jahres während jeweils 20 aufeinanderfolgenden Tagen in den vier Jahreszeiten durchgeführt und nach drei Kriterien ausgewertet: (1) Untersuchung der Konstruktionsempfehlungen und Vergleich der Außenwandkonstruktion mit der brasilianischen Norm NBR 15220‐3/2005, (2) Häufigkeitsverteilung der Temperaturwerte 18 °C und 29 °C, sowie (3) thermisches Verhalten mit Untersuchung der Behaglichkeit und eines bioklimatischen Konzepts mit Hilfe der Software Analysis Bio 2.1.2 in Übereinstimmung mit dem darin verwendeten Bioklimatischen Diagramm für Entwicklungsländer nach Givoni.     

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.     

Bauteile aus Stahlfaserbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton

Mit der zu erwartenden Einführung der Richtlinie “Stahlfaserbeton” des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) entsteht für den Verbundwerkstoff Stahlfaserbeton ein neues, breites Spektrum an zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten. Durch die Wirkung der Fasern im Beton können nach Überschreitung der Betonzugfestigkeit nennenswerte Kräfte zwischen den Rissufern übertragen und bei der rechnerischen Erfassung des Tragverhaltens berücksichtigt werden. Im Aufsatz werden Vorgehensweisen, Hilfsmittel und ein auf Tabellenkalkulationen und Optimierungsmethoden basierendes Programm zur Biegebemessung und Verformungsabschätzung von Querschnitten und Systemen aus Stahlfaserbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton entwickelt. Grundlage sind die bekannten Bemessungsansätze und ‐hilfsmittel für Stahlbetonquerschnitte. Die Anwendung der Hilfsmittel – auch für Verformungsabschätzungen auf Basis nichtlinearer Verfahren – zeigen zwei Beispiele. Structural Elements of Steel Fibre Reinforced Concrete with or without Bar Reinforcement Tools for Design and Deflection Estimations according to the Guideline “Stahlfaserbeton” by DAfStb The expected release of the guideline “Stahlfaserbeton” by ‘German Committee for Reinforced Concrete’ (DAfStb) offers a wide application range for the composite material steel fibre reinforced concrete (SFRC). Due to additional steel fibres in concrete considerable tension forces can be transferred between crack edges after reaching plain concrete's tensile strength. These forces can be accounted for in calculation of load bearing capacity. Adapted from common design methods and tools for plain reinforced concrete new procedures, tools and a computer application – based on spreadsheet analysis and optimisation methods – for SFRC are presented in this article. These allow for both bending design as well as deflection estimation of crosssections and structural systems made of SFRC with and without additional rebars. Their application – also in case of deflection estimation using non‐linear methods – is demonstrated in two elaborated examples.     

A contribution to understanding the influence of concrete cracking on timber concrete composite bridge beams

Despite of widely implemented advances in TCC bridge technology, there are still no satisfying design recommendations that consider the influence of concrete cracking on the distribution of forces and deformation. A research project at Universidad Austral de Chile studied several aspects of concrete cracking in TCC bridges with timber beams of greater depth than width using elastic dowel‐type shear connectors. One of the results of concrete cracking is a reduction of the slip modulus of the connectors. This weakening was simulated in shear tests by a small gap between the timber and the concrete. A test calibrated FEM model was used for a parametric study of 120 different cases, most of which did not show concrete cracking. Where concrete cracking occurred, it caused an increase in the timber tensile stresses and beam deflection of up to 20 %. We conclude that concrete cracking occurs when the timber‐concrete depth ratio is less than four times the cubic root of the effective flange width of the concrete slab. Beitrag zur Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung im Beton in Holz‐Beton‐Verbundbrücken Trotz des hohen Entwicklungsstands der Holzverbundbrückentechnologie, fehlen ausreichende Entwurfsgrundlagen für die Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung auf die Schnittkraft‐ und Verformungsverteilung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universidad Austral de Chile werden verschieden Aspekte der Rissbildung in Holzverbundbrücken mit Holzbalken mit größerer Höhe als Breite und elastischen stiftförmigen Verbindungsmitteln untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Rissbildung auf den Schubmodul del Verbindungsmittel auswirkt. Dieser Einfluss wurde in Scherversuchen durch einen kleinen Spalt zwischen Holz und Beton simuliert. Anhand eines mit Versuchen kalibrierten FEM‐Modells wurden eine Parameterstudie mit 120 verschieden Fälle durchgeführt. In den meisten Fällen tritt keine Rissbildung auf. Wenn es zu Rissbildung kommt, vergrössern sich die Holzzugspannungen und die Durchbiegung um bis zu 20 %. Wir stellen fest, dass Rissbildung auftritt, wenn das Bauhöhenverhältniss von Holz und Beton kleiner als die vierfache Kubikwurzel der mitwirkenden Plattenbreite der Betonplatte ist.     

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.     

Beurteilung und Instandsetzung von chloridinduzierten Korrosionsschäden an Spannbetonbindern einer Filteranlage für Trinkwasser

An der Filteranlage des Wasserwerks Langenau wurden Risse und Abplatzungen im Bereich der Spannköpfe von Spannbetonbindern festgestellt. Erste Untersuchungen zeigten, dass chloridinduzierte Korrosion vorlag. Da konstruktionsbedingt insbesondere die Spannbewehrung betroffen war, wurde eine eingehende Untersuchung der Schäden veranlasst, welche das Ziel hatte, neben der Entwicklung eines geeigneten Instandsetzungskonzepts auch Aussagen zur Resttragfähigkeit der Spannglieder zu treffen. Die Untersuchungen vor Ort offenbarten neben den Korrosionsschäden an den Spannköpfen auch ausgeprägte Verpressfehler im Bereich der Festanker. Nachfolgend werden die Herangehensweise an die Problematik, die durchgeführten Untersuchungen und die dabei angewandten Untersuchungsmethoden, das entwickelte Instandsetzungskonzept (Konservierung des Ist‐Zustands) und die Schlussfolgerungen zur Resttragfähigkeit erläutert. Auf Grundlage der Ergebnisse konnte die Korrosionsursache (Chloridquelle) eindeutig bestimmt und die Standsicherheit der Halle nachgewiesen werden. Die Halle wurde zwischenzeitlich instand gesetzt und wird zukünftig auf Wunsch des Bauherrn durch regelmäßige Überwachung auf neuerliche Auffälligkeiten kontrolliert. Assessment and Repair of Chloride Induced Corrosion on the Prestressed Concrete Binder of a Filtration System for Drinking Water On the filter system of the Langenau water work, cracks and spalling were identified in the area of the clamping chucks of the prestressed concrete binder. Initial investigations showed, that chloride induced corrosion was present. Since especially the prestressed reinforcement was affected, an expert assessment of the damages was conducted, which had the objective of, along with the development of an appropriate repair plan, making statements regarding the residual strength of the tendons. In addition to the corrosion of the clamping heads, the investigations revealed a distinctive injection defect in the area of the fixed anchor. Consecutively, the approach to the problem, the conducted investigations and the investigation methods used, the developed repair concept (conservation of the actual status) and the conclusions on the remaining carrying capacity are explained. Based on the results, the cause of the corrosion (the source of the chloride) could be clearly determined and the stability of the hall could be verified. In the meantime, the hall has since been repaired and in the future will be controlled through regular monitoring of noticeable problems at the request of the client.