Bemessung von Stahlbauten für Anprall‐ und Explosionslasten

Die zunehmende Gefahr von Anschlägen und Industrieunfällen haben zu neuen Anforderungen an die Auslegung und Bemessung von Bauwerken geführt. Diesen neuen Anforderungen wird derzeit in Normen jedoch nur unzureichend Rechnung getragen. Insbesondere für Bauwerke in Stahl‐ und Verbundbauweise führen die gegenwärtig üblichen Auslegungskonzepte nicht zu wirtschaftlichen Bemessungen. Das bauforumstahl hat daher in Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau der RWTH Aachen und HOCHTIEF Construction AG einen Bemessungsleitfaden für Anprall‐ und Explosionslasten erarbeitet, mit dem die Möglichkeiten des Werkstoffes Stahl wesentlich effizienter ausgenutzt werden können. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Elemente dieses Leitfadens vorgestellt, der sowohl eine Bewertung von Entwurfsstrategien für robuste Bauwerke enthält, als auch ein Bemessungskonzept zur Auslegung von Stahlbauten gegen spezifische kurzzeit‐dynamische Einwirkungen bereitstellt. Design of steel structures against impact and blast loads. The increasing threat of terroristic attacks as well as industrial hazards have led to new demands for the conception and design of buildings. Current standards, however, do not provide sufficient guidance to cope with these new requirements. Particularly for steel and composite structures there is a lack of appropriate and therefore economic design concepts. Hence, bauforumstahl in cooperation with the Institute for Steel Structures at RWTH Aachen University and HOCHTIEF Construction AG has published a new design guide to exploit the capabilities of steel more efficiently. This paper presents the main aspects of this design guide. It includes the assessment of strategies for robust structures and a concept to design steel structures against specific high dynamic loads.     

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 Auswahl eines geeigneten Verfahrens für die Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug

Die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berücksichtigung der Mitwirkung des Betons auf Zug sollte nach DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), in Abhängigkeit von der jeweiligen Bemessungsaufgabe getroffen werden. In den Erläuterungen zu DIN 1045‐1 wird im Heft 525 des DAfStb als einziges Verfahren nur die Verringerung der Betonstahldehnung mit einer modifizierten Spannungs‐Dehnungslinie für Betonstahl erläutert. Verfahren, die mittlere wirksame Betonzugspannungen in der Betonzugzone berücksichtigen, werden erwähnt aber nicht erläutert. Mit den Ergebnissen nachgerechneter Moment‐Verkrümmungs‐Werte von Stahlbetonröhren aus drei Versuchen mit unterschiedlichen Längskräften wird gezeigt, dass die Mitwirkung des Betons auf Zug mit dem Verfahren nach Heft 525 DAfStb nur bei reiner Biegung befriedigend erfasst wird. Bei Biegung mit Längskraft werden besser mittlere wirksame Betonzugspannungen berücksichtigt. Es werden vier unterschiedliche Ansätze für die Betonzugspannungen besprochen. On the selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension. The selection of an adequate method for considering the contribution of concrete in tension should according to DIN 1045‐1:2001‐07, 8.5.1 (9), be chosen with respect to the particular design problem. The explanations to DIN 1045‐1 in book 525 from DAfStb describe only one method, the method which reduces the steel strain taking a modified stress‐strain relationship into account. Methods that consider mean effective concrete stresses in tension are mentioned but not explained. The results of recomputed moment‐curvature values from three tests with different longitudinal forces show that the method in book 525 DAfStb covers the contribution of concrete in tension only for reinforced concrete members without longitudinal forces. For members with longitudinal forces methods with mean effective concrete stresses give better agreements. Four different assumptions for the concrete stresses in tension are discussed.     

Baugrubenböschungen mit etwas über 5 m Höhe im ungestörten Untergrund

Bei Baugrubenböschungen werden aus Platz‐ und Kostengründen die in den jeweiligen Böden möglichen Böschungsneigungswinkel ausgenutzt. Dazu gibt DIN 4124 für verschiedene Bodenarten und für bis zu 5 m hohe Baugrubenböschungen Grenzwerte für die Böschungsneigungen an, die in Regelfällen ohne weitergehende Standsicherheitsuntersuchungen nicht überschritten werden dürfen. Bei Überschreitung der Grenzwerte wie generell bei Baugrubenböschungen über 5 m Höhe sind nähere Standsicherheitsuntersuchungen nach DIN 4084 durchzuführen. Diese können zu geringeren Böschungsneigungen mit einem entsprechend erhöhten seitlichen Platzbedarf dann insbesondere führen, wenn nicht die während der Bauzeit günstigen Einflüsse ausgeschöpft werden wie die befristet ausnutzbare Kohäsion aus Feinkornanteilen und kohäsiven Verkittungen. Im Folgenden werden für Baugrubenböschungen mit etwas über 5 m Höhe für Standardfälle Grenzwerte zur Bestimmung der Böschungsneigung und des seitlichen Platzbedarfes hergeleitet. Mit zunehmender Böschungshöhe gehen die Grenzwerte gleitend in die zulässigen Böschungsneigungen über, die sich aus näheren Standsicherheitsberechnungen nach DIN 4084 ergeben. Zur rechnerischen Ermittlung der Grenzwerte wird deren Funktionsbeschreibung für allgemeine Bodenverhältnisse hergeleitet und für die häufiger auftretenden Fälle einer Baugrube in einem Kies und in einem Schluff graphisch ausgewertet. Sloped excavation walls slightly exceeding 5m height in undisturbed subsoil. For lack of space and in order to limit the costs, sloped excavation walls typically are designed by applying the maximum achievable slope angle of the soil. For different type of soil and for slope heights of up to 5 m, the German Standard DIN 4124 for this purpose provides limit values for the slope angles, which as a rule without further stability analysis should not be exceeded. Steeper inclinations exceeding these limit values as well as slope heights above 5 m then generally do require corresponding stability analysis according to DIN 4084, which could lead both to smaller slope angles and to an increased place requirement respectively, especially if favourable influences during the construction period as for example the short‐term usable cohesion‐effect resulting from a fines content and cohesive cementation would not be utilized. For standard cases in the following therefore also for slope heights slightly exceeding 5 m such appropriate limit values for determination of the maximum slope angle and the corresponding minimum place requirement will be developed. With increasing height, these limit values then will pass continuously into the admissible slope angles as resulting from related stability analysis according to DIN 4084. For the calculative determination of the limit values a mathematical function for generalized subsoil conditions will be examined and finally graphically charted for a standard situation of an excavation pit in gravel and silt.     

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.     

Erfahrungen bei der Anwendung der neuen DIN 1052 mit Vergleichen zur Vorgängernorm

Mit Einführung der neuen DIN 1052 kommen nun auch im Holzbau das semiprobabilistische Sicherheitskonzept sowie neue Bemessungsregeln und zum Teil erheblich abgeminderte Festigkeitswerte im Vergleich zur alten Norm zur Anwendung. Um die Auswirkungen der niedrigeren Querdruckfestigkeiten aufzuzeigen, werden Vergleichsrechnungen am Beispiel einer eingespannten Stütze und eines Einfeldträgers durchgeführt und einige kritische Anmerkungen zu den in vielen Fällen erforderlichen Verstärkungsmaßnahmen gemacht. Bei Holzbalkendecken wird dargestellt, dass die neu aufgenommenen Empfehlungen zum Schwingungsnachweis die erforderliche Konstruktionshöhe bestimmen und damit Holzbalkendecken für größere Spannweiten unwirtschaftlich werden. Insgesamt zeigt sich bei Anwendung der neuen DIN 1052, dass der Planungsaufwand gegenüber der alten Norm erheblich anwächst. Experience in application of the new German code DIN 1052 in comparison with the previous standard. With the new German code DIN 1052 the semi‐probabilistic safety concept has been introduced for timber constructions as well as new design procedures and to some extent considerably reduced strength properties in comparison to the previous standard. For illustration of the impact of the low lateral pressure strength comparative calculations are performed using a clamped column and a simply supported beam and some critical comments are given for strengthening measurements required in many cases. For timber beam ceilings it is shown that the new recommendations for vibration control govern the required construction height und make such constructions inefficient for longer span lengths. In general, the complexity applying the new DIN 1052 is considerably higher than designing on the basis of the previous standard.     

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.     

Qualitätsprüfung für Energieausweis‐Software

Nach der Einführung der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007) beauftragte das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) ein Forschungsprojekt, um die am Markt verfügbare Software zur EnEV 2007 einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Der Zweck des Projektes war die Prüfung hinsichtlich einer korrekten Nachweisführung und Energiepassausstellung sowie die Erarbeitung von Methoden zur Qualitätsprüfung und ‐sicherung mit dem Ziel, Transparenz bei den am Markt vorhandenen Softwarelösungen zu schaffen. Darüber hinaus sollte durch die Bereitstellung von Testmodulen die Möglichkeit geschaffen werden, vorhandene Softwareprodukte durch das Aufdecken von Mängeln stetig weiter zu entwickeln, um so die Qualität der Produkte auf hohem Niveau dauerhaft zu sichern. Es wurden 15 Softwareprogramme für Nichtwohngebäude und 13 Programme für Wohngebäude für die Bedarfsberechnung nach DIN 4108‐6 und DIN V 4701‐10 und für Verbrauchsausweiserstellung untersucht. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden schwerpunktmäßig die Ergebnisse für die Bedarfsberechnungen auf Basis von DIN V 18599 für den Nichtwohngebäudebereich vorgestellt. Quality tests for Energy Passport software. Shortly after the introduction of the 2007 Building Energy Conservation Ordinance (EnEV 2007), the German Institute for Applied Information Technology in Construction (IAIB) was commissioned by the German Federal Office for Building and Regional Planning (BBR) to carry out quality tests for the EnEV 2007 software available on the market. The specified project aims were to check calculation and Energy Passport issuing procedures and the development of quality assurance methods with the aim of creating transparency regarding the software solutions available on the market. 15 software programs for office buildings and 13 software programs for residential buildings were examined with regard to the determination of energy demand according to DIN V 18599 and with regard to energy consumption.     

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.     

Durchrutschende Grout‐Verbindungen in OWEA – Tragverhalten,Instandsetzung und Optimierung

Grout‐Verbindungen werden für die Verbindung zwischen den Gründungs‐ und Turmstrukturen von Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) vielfach eingesetzt. Insbesondere die seit Beginn der 90er Jahre im Meer installierten Windturbinen mit Monopile‐Gründung verfügen über diese hybride Verbindungskonstruktion, bei der Stahlzylinder mit glatter Mantelfläche übereinander gefädelt werden und der Zwischenraum mit hochfesten Feinkornmörteln vergossen wird. Bislang wurde auf eine spezielle Oberflächenprofilierung der Stahlrohre verzichtet. Während standardmäßiger Wartungsintervalle wurden nun an Rohr‐in‐Rohr‐Steckverbindungen in Monopiles in Dänemark, Großbritannien und den Niederlanden vertikale Verschiebungen festgestellt, die auf ein Versagen des Haftverbunds zwischen Stahl und Füllmaterial schließen lassen. Im Rahmen dieses Beitrags wird zunächst der Aufbau sowie das Trag‐ und Ermüdungsverhalten der Grout‐Verbindung erläutert und eigene Untersuchungen an diesen Verbindungen mit Ergebnissen präsentiert. Darauf aufbauend werden mögliche Gründe für die aufgetretenen Schäden diskutiert und Instandsetzungsvorschläge unterbreitet. Neben der Betrachtung der offshore‐spezifischen Einbaubedingungen werden die Maßnahmen hinsichtlich des technischen Aufwands vorgestellt und Kerbfallklassen für die Stahlbauteile zur Bestimmung der Materialermüdung präsentiert. Für zukünftige Gründungsstrukturen werden Optimierungsmöglichkeiten vorgestellt. Sinking grouted joints in offshore wind turbines – Bearing behaviour, repair, and optimisation. Grouted joints are mainly used for the connection of foundation piles and substructures of offshore wind turbines. Grouted joints consist of tube‐to‐tubeconnections where the annulus is filled with a high performance mortar. Since the early 90s, grouted joints have been installed in offshore wind energy converters with monopiles using plain steel sections with no additional mechanical interlock. During maintenance work vertical slippages have been detected at substructures with monopiles in Denmark, UK and the Netherlands. The movements may result from a loss of bond between steel and mortar. Within this paper the construction and the bearing behaviour of grouted joints is presented. Additionally experimental investigations are shown. Based on own experiences reasons for failure and repair opportunities are introduced and optimisation opportunities for future turbines are proposed.     

Regelung und Steuerung von thermoaktiven Bauteilsystemen (TABS)

Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS) haben eine zunehmende Bedeutung bei der energieeffizienten Kühlung und Heizung von Gebäuden, doch ihre Regelung/Steuerung führt in der Praxis oft zu Problemen. Mit dem Ziel, diese Probleme in den Griff zu bekommen, wurde vor fünf Jahren das Forschungsprojekt TABS‐Control gestartet, das zu Beginnd des Jahres 2009 abgeschlossen wurde. Es wurden folgende wesentliche Resultate erarbeitet: Modelle und Simulationsprogramme für TABS; Performance‐Bound‐Berechnungen für die Zonenregelung; eine Auswahl von Regel‐/ Steuer‐Strategien für die Zonenregelung, u. a. mit Lösungen für das automatische Umschalten zwischen Heizen und Kühlen, für den Taktbetrieb der Zonenpumpe und für eine Raumtemperaturregelung; Implementierung von Standardlösungen in einem Gebäudeautomationssystem; Labortests; das neue UBB‐Planungsverfahren (Unknown‐But‐Bounded) zur integrierten Planung von TABS und ihrer Regelung/Steuerung; ein Excel‐Planungstool; Richtlinien zur Wahl der Topologie der hydraulischen Schaltung; eine Methode zur Betriebsoptimierung; eine theoretische Grundlage (UBB‐Ansatz) für das neue integrierte Planungsverfahren und die neuen Regel‐/Steuer‐Strategien; eine Patentanmeldung. Regulation and control of thermally activated building systems (TABS). Thermally activated building systems (TABS) are becoming increasingly important in terms of energy efficient cooling and heating of buildings. In practice, however, regulation and control of such systems often causes problems. Started five years ago with the aim of getting to grips with these problems, the TABS Control research project was completed in early 2009. The project yielded the following results: various models and simulation programs for TABS; performance‐bound calculations for regulating zones; a range of zone regulation/control strategies for planners to choose from, including good solutions for automatic switching between heating and cooling, for pulsed operation of the zone pump and for room temperature control; the implementation of a subset of these strategies as standard solutions in a Siemens building automation system; laboratory tests on these strategies; a new procedure for the integrated planning of TABS and their regulation/control (referred to as UBB planning procedure – Unknown But Bounded); an Excel planning tool; guidelines on selecting the hydraulic switching topology; a method for operation optimization; the theoretical basis for the new integrated planning procedure and the new regulation/ control strategies; a patent application.     

Küstenschutzmaßnahmen in Togo — Stabilisierung erosionsgefährdeter Strandabschnitte und Schutz des Containerterminals Lomé durch den Neubau einer Buhne

Die Küste Togos am Golf von Guinea in Westafrika verfügt über keinen natürlichen Schutz, z. B. durch vorgelagerte Inseln oder felsige Uferabschnitte. Der gesamte rd. 65 km lange Küstenstreifen besteht aus Sand und ist daher dem Wellenangriff des Atlantiks und der überwiegend vorhandenen West‐Ost‐Strömung ausgesetzt. Da die Uferbereiche traditionell dicht bewohnt sind, stellen Landverluste durch Erosion ein großes Problem für die Bevölkerung und die Infrastruktur dar. Die Erosionsproblematik wird daher von der togoischen Regierung sehr intensiv verfolgt. Von den rd. 6 bis 7 Millionen Togoern leben rd. 2,5 Millionen im Großraum Lomé direkt an der Küste. Durch den Bau zusätzlicher und die Rehabilitierung vorhandener Buhnen sollen langfristig der Küs tenabschnitt Togos stabilisiert und die Schutzziele erreicht werden. Die technische Umsetzung der von der INROS LACKNER AG geplanten und zu überwachenden Küstenschutzmaßnahmen wird detailliert beschrieben. Coastal protection measures in Togo — stabilization of erosionthreatened sections of the beach and protection of the container terminal Lomé by means of a sea groyne. The coast of Togo at the Gulf of Guinea, situated in West Africa is not sheltered by natural protection, such as offshore islands or rocky shorelines. The approximately 65 km long Atlantic Ocean coastline does mainly consist of sand, which is prone to erosion due to wave attacks and the prevailing west‐east current. With a traditionally dense populated coast, the land losses caused by erosion constitute a main issue for the Togolese as well as for the infrastructure in general. The problems caused by erosion are therefore vigorously pursued by the Togolese Government. Greater Lomé, located at the coast, accommodates 2,5 Million of the 6 to 7 Million Togolese people. The construction of additional and maintaining of existing groins would stabilize Togo’s coastline. The article describes the technical implementation of coastal protection measures designed and supervised by INROS LACKNER AG.     

Bemessung von Stahlbetonstützen im Brandfall: Absicherung der nicht‐linearen Zonenmethode durch Laborversuche

Die nicht‐lineare Zonenmethode kann für die Bemessung von Stahlbetonstützen im Brandfall verwendet werden. Sie bildet die wesentlichen mechanischen Auswirkungen einer Brandbeanspruchung ab und wurde durch einen Ergebnisvergleich nachgewiesen. Hierzu wurden Traglasten und Verformungskurven sowohl mit der nicht‐linearen Zonenmethode als auch mit den Allgemeinen Rechenverfahren bestimmt und beurteilt. In Ergänzung dieses Nachweises wird im vorliegenden Beitrag statistisch untersucht, ob eine Nachrechnung von Laborversuchen mit der nicht‐linearen Zonenmethode eine ausreichende Sicherheit nach DIN 4102‐2 erreicht. Die vorliegenden Laborversuche werden hierzu mit ihren Systemparametern dargestellt. Nicht genau bekannte Randbedingungen werden durch begründete Annahmen vervollständigt. Besonderheiten der Nachrechnung der Laborversuche mit der nicht‐linearen Zonenmethode werden beleuchtet. Die statistische Auswertung dieser Nachrechnung zeigt die relevanten Kennzahlen, mit denen im Ergebnis eine ausreichende Sicherheit nach DIN 4102‐2 nachgewiesen werden kann. Design of Reinforced Concrete Columns exposed to Fire: Validation of Simplified Method (Zone Method) by Tests The nonlinear zone method (simplified calculation method) can be used for design of reinforced concrete columns exposed to fire. The decisive action effects of a fire exposure on the structural behaviour are considered by this method and have been proofed by a comparison of ultimate loads and deformation curves computed by using nonlinear zone method as well as using advanced method. In addition, this article statistically evaluates how safe – according to DIN 4102‐2 – published full scale tests can be modelled by using nonlinear zone method. Information to mentioned tests is shown. Reasonable assumptions are given for not published boundary conditions. The application of nonlinear zone method is explained. The statistical evaluation leads to governing key data, which proof adequate safety according to DIN 4102‐2.     

Sicherheit gegen Rissentstehung in statisch beanspruchten Stahlkonstruktionen

Die in den im Stahlbau zur Vermeidung von Sprödbrüchen neu eingeführten bruchmechanischen Regeln getroffene Voraussetzung, dass bereits ein Riss in der Konstruktion vorhanden ist, gibt für vorwiegend ruhend beanspruchte Konstruktionen die Veranlassung, ein Kriterium für die Rissenstehung zu suchen. Dieses ergibt sich als Kriterium für die erste Hauptdehnung, wobei deren kritischer Wert von Parametern abhängt, die den Bruch beeinflussen. Dazu werden bei Variation dieser Parameter Versuche und nichtlineare FE‐Berechnungen durchgeführt. Variiert werden: die Form und die Dicke der Versuchskörper, die Festigkeit und die Kerbschlagzähigkeit des Stahls sowie die Prüftemperatur. Es werden sowohl ungeschweißte wie auch geschweißte Proben untersucht. Daraus ergibt sich eine von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes, der Temperatur, der Bauteildicke sowie der Festigkeit und der Zähigkeit des Stahls abhängige Funktion für den Wert der ersten Hauptdehnung, bei der die Rissentstehung zu erwarten ist. Mit der Mehrachsigkeit werden auch die Schweißeigenspannungen erfasst. Safety against crack initiation in steel structures without fatigue loading. When fracture mechanics is used for selection of steels to avoid brittle fracture the indispensable crack assumption the question of crack initiation arises with structures without fatigue loading. The crack initiation is assumed to depend upon the maximum principal strain, where the critical value of the principal strain is a function of several determining factors. Experimental tests and accompanying nonlinear FE‐analyses are performed with unwelded and welded specimens with variation of: shape, thickness of specimens, strength and Charpy impact toughness of the steel and test temperature. The consideration of triaxiality of the stress state and maximum principal strain obtained from the nonlinear FE‐analysis for the load at crack initiation in the test together with the other test parameters leads to a criterion for crack initiation which gives the critical maximum principal strain as a function of triaxiality, temperature, strength, impact toughness and thickness of the material. This includes the effect of welding residual stresses by their effect on the triaxiality of the stress state.     

Bauphysikalische, ökologische und ökonomische Bewertung von geförderten Sanierungskonzepten in Wien

In diesem Beitrag wird die Nachhaltigkeit von Gebäudesanierungen untersucht, wobei die Reduzierung des Energieverbrauchs das oberste Ziel ist, was mit bis zu 80 % erreicht werden kann. Während in anderen Großstädten Europas das Konzept der Flächensanierung praktiziert wurde und wird, wird in Wien die “sanfte Sanierung” propagiert und auch gefördert. Die Stadt Wien hat dafür verschiedene Sanierungskonzepte bei der Hand. In dieser Untersuchung werden die verschiedenen geförderten Sanierungskonzepte anhand eines realen Beispiels gezeigt und rechnerisch überprüft. Ein Vergleich der verschiedenen Konzepte beleuchtet die einzelnen Punkte der Sanierung: Energieeffizienz, Sanierungskosten, Belastung für den Eigentümer bzw. Mieter der Wohnungen und Belastung für den Fördergeber (Land Wien). Die Ergebnisse ausgeführter Sanierungskonzepte brachten folgende Erkenntnisse bzw. Problemstellungen: – die Sanierungsmaßnahmen kommen hauptsächlich den Mietern zugute, während der Kostenträger (Eigentümer) nur die Wertsteigerung als Nutzen hat; – mangelnde Bereitschaft der Bewohner zur Sanierung; – erhebliche Mehrkosten für Passivhaustechnik; – zu geringe höchstzulässige Gesamtsanierungskosten. Evaluation of retrofitting concepts and municipal sponsoring in Vienna. Major energy efficiency improvements can be achieved via building stock retrofit. While in some major cities in Europe, mostly large‐area building retrofit measures have been targeted; in Vienna a gradual thermal improvement of the building stock has been practiced. Thereby, a number of different instruments and programs have been promoted by the regional government. In the present contribution, a number of such programs are compared and evaluated based on the demonstrative case of a concrete example. Thereby, multiple related issues were addressed: energy efficiency, retrofit expenses, burden for the building owners and tenants, and burden for the funding agency (Municipal of Vienna). The results suggest: – the main beneficiary of retrofit programs are typically the tenants. The landlords benefit indirectly due to the appreciation of property value; – there is a certain lack of willingness on the side of the occupants toward thermal building retrofit measures; – achieving passive house standard in the course of retrofit measures cause significant additional costs; – permissible (fundable) maximum total retrofit expenses has been set too low.     

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.     

Schweißnahtnachbehandlung mit höherfrequenten Hämmerverfahren – Ermüdungsfestigkeit,Qualitätssicherung,Bemessung

Im Rahmen des Forschungsprojekts REFRESH wurden umfangreiche systematische Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit mit höherfrequenten Hämmerverfahren nachbehandelter Schweißnähte durchgeführt. Die statistisch abgesicherten Ergebnisse belegen die hohe ermüdungsfestigkeitssteigernde Wirksamkeit der Verfahren und ermöglichten die Entwicklung eines experimentell abgesicherten Bemessungskonzeptes. Um die Anwendung überwachen zu können und die Behandlungsqualität sicherzustellen, wurde ein Qualitätssicherungssystem und ein Anforderungskatalog an das Fachpersonal erarbeitet. Die Zertifizierung der Verfahren erfolgt auf Basis eines gemeinsam von der Bundesanstalt für Materialforschung und ‐prüfung und der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine der Universität Karlsruhe erarbeiteten Zertifizierungssystems. Postweld treatment by high frequency hammer peening methods – fatigue resistance, quality control, design. In the range of the research project REFRESH comprehensive, systematic investigations regarding the fatigue resistance of welds treated with high frequency peening methods have been conducted. The statistically confirmed results prove the high beneficial effect of the methods and allowed to develop an experimentally verified design concept. In order to control the application quality and to ensure the desired effects a quality assurance system and a catalogue of requirements for specialists has been worked out. The certification of the methods is performed on the base of a common certification system, developed by the German Federal Institute for Material Research and Testing (BAM) and the Research Centre for Steel, Timber and Masonry, University of Karlsruhe.     

Vereisung von Kabeln

Aerodynamische Instabilität von Seilen als Folge eines durch Eisablagerungen geänderten Querschnitts ist ein bekanntes Phänomen. Da die experimentelle Untersuchung von Vereisungsvorgängen sehr aufwendig ist, soll hier ein numerisches Vereisungsmodell vorgestellt werden. Das numerische Modell besteht aus zwei Berechnungsschritten: Zunächst wird die Strömung aus Luft und Niederschlagspartikeln als einfach gekoppelte Zweiphasenströmung berechnet. Basierend auf dem Massestrom der Niederschlagspartikel wird dann das Eiswachstum ermittelt. Die neue Geometrie dient dann als Grundlage für die nächste Strömungsberechnung. Ice accretion on cables. Aerodynamic instability of cables due to ice accretion is a known phenomenon. Investigating the shape and density of the ice accretion by experiments is very complex. Therefore a numerical model is presented to simulate ice accretion processes on cables. The model is divided into two main parts, the calculation of the flow field and the ice accretion. The stream of air and precipitation particles is modeled as a one‐way coupled multiphase flow. Ice accretion and flow field are calculated iteratively to account for geometrical changes of the ice deposit in the flow calculation.     

Deutsches Archäologisches Institut DAI in Rom

Die Bundesrepublik betreibt in Rom das Deutsche Archäologische Institut (DAI). Der achtstöckige Stahlbeton‐Skelettbau aus dem Baujahr 1963 mit ca. 8000 m² Geschossfläche als Rippendecken mit Ziegelhohlkörpern soll für Bibliothekslasten überprüft und erdbebensicher ertüchtigt werden. Rechnerische Nachweise und ein früherer Belastungsversuch mit Wasserballast ergaben keine ausreichende Tragsicherheit. Um einen sehr aufwendigen Dübelverbund der geplanten Aufbetonschicht zur Herstellung der erforderlichen Platten‐ und Scheibensteifigkeit zu vermeiden, ist im März 2009 an repräsentativen Testbereichen die Tragwirkung eines flächigen Haftverbunds in situ erprobt worden. Aus den Ergebnissen der zerstörungsfreien Ermittlung der Grenzschnittgrößen für das Verbundsystem Bestand — Verbundschicht — Aufbeton konnte anschließend in einem hybriden Verfahren die Tragsicherheit für Bibliothekslasten q = 6,0 kN/m² sowie die Erdbebensicherheit rechnerisch nachgewiesen werden. Die Belastungsversuche in situ erforderten regelbare Versuchslasten bis zu ΣF = 360 kN je Deckenfeld und haben eine Versuchsdauer von 2 Wochen in Anspruch genommen. Das gesamte Equipment wurde per LKW nach Rom transportiert und wog etwa 8 t. German Archaeologicial Institute in Rome — Structural safety for library loads and earthquake‐proof with hybrid statics. The Federal Republic of Germany supports the German Archaeological Institute in Rome. The 8‐storey steal concrete frame building from 1963 with 6000 m² storey area has ribbed slabs with hollow‐bricks should be enforced for library use and earthquake‐proof. From Numerical calculations and a former loading test with water ballast, no adequate structural safety results. In March 2009 at adequate test areas the bearing capacity of a mineral resin‐bonding was tested in situ to avoid a very expensive stud bond for the planned blinding concrete for the necessary slab stiffness. From the non‐destructive evaluation of the limit stress resultant for the composit system “actual slab — knitting layer — structural concrete topping” the structural safety for library loads q = 6,0 kN/m² and seismic design could be verified with hybrid statics. The loading tests in situ required controllable test loads up to ΣF = 360 kN for each ceiling panel have been accomplished during two weeks. The total equipment of about 8 tons was transported by truck to Rome.     

Baugrubenverformungen in weichen Böden bei spannungspfadabhängigem Materialverhalten

Es werden die wesentlichen Ergebnisse zur Untersuchung der Baugrubenverformungen in weichen Böden bei spanungspfadabhängigem Materialverhalten anhand von 1g‐Modellversuchen, Elementversuchen, numerischen Berechnungen sowie Validierungen an drei Fallbeispielen vorgestellt. Wesentliche neue wissenschaftliche Erkenntnisse resultieren insbesondere aus spannungspfadabhängigen Triaxialversuchen. Die bodenmechanischen Kenngrößen sind danach eindeutig spannungspfadabhängig. Darüber hinaus wird eine verbesserte, unmittelbar in der Ingenieurpraxis anwendbare Vorgehensweise zur Berücksichtigung der spannungspfadabhängigen Steifigkeit vorgestellt, die für zukünftige Projekte bei vergleichbaren Randbedingungen besser abgesicherte Prognosen der Beanspruchungen und besonders der zu erwartenden Verformungen ermöglichen. Deformations of excavations in soft soils with stress‐path‐dependent material behavior. The substantial results of a research work on deformations of excavations in soft grounds with stress path dependent material behavior on the basis of 1g‐model tests, element tests, numerical analysis as well as validations of three practical case studies are presented. The investigations revealed a pronounced dependency of the stiffness on the stress paths. Therefore, a new approach for numerical analyses is introduced which allows a consideration of the stress path dependent stiffness according to the characteristic stress path zones. Taking into account both temporal and spatial effects in the construction of the three case studies, a good agreement is reached further between the measurements and numeriod results. Thus, the new approach contributes to the optimization of the analysis of excavations in soft soils.