Besonderheiten der Werkstattplanung im Stahlbau am Beispiel des Großprojektes BBI‐Terminaldach

In diesem Artikel wird über die Stahlkonstruktion des neuen Flughafens Berlin Brandenburg International (BBI) berichtet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Werkstattplanung mittels eines 3D‐Modelles unter Beachtung der Komplexität der Gewerkeschnittstellen. Es wird auf die Möglichkeiten der Rationalisierung der Planung und der Weitergabe der Daten direkt an die Werkstätten und die Montage eingegangen. Features of the shop planning in structural steelworks exemplary shown at the large‐scale project BBI‐Terminal in Berlin, Germany. This article reports on the steel structure of the new airport Berlin Brandenburg International (BBI). The focus is on the shop drawings using a 3D model with respect to the complexity of the trades interfaces. It is on the possibilities of streamlining the planning and the dissemination of the data received directly to the workshops and assembly.     

Keynotes on bridges in Spain since the mid‐1980's

Spanish bridge engineering has developed creative and efficient answers to the challenges set by the extraordinary development of road and railway infrastructure during the last 25 years. This process provides continuity to the great tradition of good bridge engineering practice based on the ambition of overcoming such engineering challenges. These efforts also resulted in the exploration of new fields: typology, by generating new ideas to improve structural behavior; construction methods, by using new technologies (many of them perfected for other fields of activity) and by innovations using new specific methods for particular cases; structural materials by exploring the benefits of their new possibilities, deepening in the use of traditional composite steel‐concrete structures and starting a very interesting process of using composite materials. Consistent with the old aphorism “learning by doing” the lessons learnt from these daring tasks and experiences will remain in the back of these engineers' minds which will ensure continuity for future developments. At the present and in the near future, Spanish bridge engineering must face new challenges in design and construction in foreign countries, taking advantage of the experience gained during the past 25 years. Erfahrungen im Brückenbau in Spanien seit 1985 Brückenbauingenieure in Spanien haben sich mit ihren kreativen und wirtschaftlichen Lösungen den Herausforderungen der letzten 25 Jahre beim Ausbau der dortigen Straßenund Eisenbahnnetze gestellt. Diese Entwicklung steht in der langen und großen Tradition hervorragenden Brückenbaus, um solche Aufgaben zu meistern. In dieser Zeit wurde viel Neues entwickelt: Neue Typologien wurden erarbeitet, um die Tragwirkung zu verbessern; neue Technologien (viele davon für andere Aufgaben geschaffen) wurden adaptiert oder neue innovative Bauverfahren für spezifische Projekte kreiert; die Anwendung von Baustoffen wurde weiterentwickelt, resultierend z. B. in der verstärkten Nutzung von Stahl‐Verbundkonstruktionen, oder neue Verbundwerkstoffe wurden erstmals im Brückenbau eingesetzt. Im Sinne von “learning by doing” werden die Lehren und Erfahrungen dieser Aufgaben im Hinterkopf der Ingenieure bleiben und damit die Kontinuität für zukünftige Entwicklungen garantieren. Im Moment und in naher Zukunft müssen sich spanische Brückenbauingenieure den neuen Herausforderungen beim Entwurf und Bau von Brücken vor allem im Ausland stellen, wobei sie die Erfahrung der letzten 25 Jahren nutzen werden.     

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.     

Vom Entwurf zur Umsetzung der Stahlkonstruktionen für das Bauwerk Neue Mitte Lehen in Salzburg

Der neu errichtete, multifunktionale Kommunalbau Neue Mitte Lehen ist ein Gebäudekomplex mit Signalwirkung für die gesamte Stadt Salzburg und trägt wesentlich zur Belebung dieses Stadtteiles bei. Die Gebäudeform mit den weit auskragenden Gebäudeteilen Bibliotheksgeschoss und Panoramabar erfordert den Einsatz hochtechnologischer Werkstoffe, wie sie der Baustoff Stahl bestens erfüllen kann. Der Entwicklungsprozess vom Entwurfsgedanken bis zur Umsetzung erfordert ein Planungsteam, das die Herausforderungen besonders in der Phase der Umsetzung bewältigen kann. Im folgenden Aufsatz sind die Aspekte der Stahlkonstruktion vom Entwurf bis zur Montage beschrieben. Immer wo die Gewerke des Beton‐ und Stahlbaus abgestimmt aufeinander arbeiten, ist auf die Schnittstellenproblematik zu achten. Bei diesem Bauvorhaben wurde diese Aufgabe durch die Beteiligten vorbildlich gelöst. From the design up to the realization of the steel constructions for the building Neue Mitte Lehen in Salzburg. Salzburg's newest landmark, the recently completed public building Neue Mitte Lehen, accounts with its utilizations for public life within the quarter. The form with its cantilevering parts makes the use of demanding materials like steel necessary. The design process from first sketches to construction requires a team that masters the challenges especially during the building process. The following text describes aspects of the steel construction from design to erection. Special attendance must be paid to the coordination of the crafts of concrete and steel construction. However this task was perfectly solved within this building project.     

Neue Verbund‐Schrägseilbrücken (BW 29 und 4) im Zuge der BAB 30 – Nordumgehung Bad Oeynhausen

Zur Zeit befindet sich der Lückenschluss der BAB 30 als sogenannte Nordumgehung Bad Oeynhausen im Bau. In diesem Rahmen werden am östlichen und westlichen Ende der Nordumgehung die Bauwerke 29 und 4 erstellt. Hierbei handelt es sich um Schrägseilbrücken in Verbaundbauweise, welche architektonische Landmarken an den Enden der Nordumgehung Bad Oeynhausen setzen. Beide Bauwerke überführen die BAB 30 über den Fluss Werre. Die Stromöffnungen betragen ca. 68 m bzw. ca. 83 m und sind damit für Schrägseilbrücken vergleichsweise gering. Aufgrund der Lage im Krümmungsbereich, der örtlichen Randbedingungen (u. a. große Schiefe wegen des Kreuzungswinkels) sowie des FFH‐Status der Werre ergab sich im Rahmen der Entwurfsplanung eine anspruchsvolle Aufgabenstellung. Trotz eines ähnlichen Erscheinungsbildes unterscheiden sich beide Bauwerke jedoch maßgeblich in ihrer Konstruktion durch die Anzahl der Seilebenen und die Ausbildung der Seilquerträger. Der Aufsatz beschreibt die wesentlichen statisch‐konstruktiven Besonderheiten der Bauwerke aus Sicht der Entwurfsverfasser. New cable‐stayed bridges (Structure 29 and 4) in the course of the Autobahn A 30 – Northern bypass at Bad Oeynhausen. Closing a gap in the course of the Autobahn A 30, the Northern bypass at Bad Oeynhausen is currently under construction. Within this project two cable‐stayed bridges, Structure 29 and 4, are being constructed at the Western and Eastern ends of the bypass. The bridges are of composite construction and they have been architecturally designed to form landmarks at the respective ends of the Bad Oeynhausen bypass. Both structures carry the Autobahn A 30 across the river Werre. The main spans measure 68 m and 83 m respectively and are thus fairly short for cable‐stayed bridges. Due to the location in curved sections of the Autobahn, local constraints (such as a large skew because of the crossing angle) and the Werre being a nature reserve with FFH status, the structural design has been a demanding task. In spite of having a similar appearance both structures differ significantly in number of cable planes and the construction of the transversal girder for cable anchorages. This article describes the distinctive features of both bridges from a static and structural point‐of‐view.     

Integration von TGA‐Installationen im Aufbeton von Spannbeton‐Elementplatten

Im Hinblick auf eine Ressourcen schonende Bauweise ist eine möglichst flexible Gestaltung der Raumaufteilung bei Wohn‐ und Geschäftsgebäuden über die erste Nutzungsperiode hinaus wünschenswert. Dazu eignen sich Spannbeton‐Elementdecken in besonderer Weise. Aufgrund dieser Bauart wird es auch möglich, eine Vielzahl von Leitungen der technischen Gebäudeausrüstung einfach auf der Fertigplatte in die Ortbetonergänzung der Decke zu integrieren. Realistische Querschnittsschwächungen wurden in Zusammenarbeit mit TGA‐Planern für den üblichen Wohn‐ und Geschäftsbau ermittelt. Die auftretenden Querschnittsschwächungen der Decke werden in statischer Hinsicht beurteilt. Untersuchungen zeigen, dass diese Querschnittsschwächungen ohne weitere Maßnahmen, allein unter Beachtung von konstruktiven Regeln in weiten Bereichen der Decke zulässig sind. Implementation of Building Services' Installations on Top of Prestressed Precast Plates at Composite Concrete Floors With regard to the sustainable use of new housing and commercial buildings, a maximum flexibility of space should be achieved providing far more than its initial conceived use. Composite floors of prestressed precast plates with an in‐situ solid concrete topping serve to meet this requirement very well. It is also easily possible to install a lot of different building services' ducts and lines on top of the prestressed precast plate on site without impact of later design modification before in‐situ concrete is cast. Firstly, the effective weakening cross‐sections from the building installations at the slab structure have been defined on the basis of the evaluation of a number of representative housing and commercial buildings. The structural impact at the slab structure resulting from defined weakening sections are analysed to define the remaining structural resistance. Based on reported research results it can be shown that the weakening resulting from the implemented normal ducts and lines is widely admissible without reduction of total structural resistance.     

Zwischen Genie und Utopie – Johann Wilhelm Schwedlers vergessener Alternativentwurf für die erste Kölner Rheinbrücke

Im Wettbewerb um den Bau der ersten Kölner Rheinbrücke erhielt der junge Berliner Ingenieur Johann Wilhelm Schwedler den Ersten Preis für einen Hängebrücken‐Entwurf, der auf einer Planung seines Bruders aufbaut und sich eng an die Vorgaben der Ausschreibung hielt. Da aber schnell klar wurde, dass die verlangte Hängebrücke mit Schifffahrtsöffnung den stetig wachsenden Anforderungen an eine Eisenbahnbrücke nicht genügen konnte, schuf Schwedler kurz darauf einen Alternativentwurf, bei dem er die Fahrbahn an abgestumpft linsenförmigen Trägern aufhing. Dieser Entwurf, der bisher unbekannt war und erst im Jahre 1900 publiziert wurde, steht in engstem Zusammenhang mit Schwedlers bahnbrechender, ebenfalls zunächst kaum wahrgenommenen Publikation der “Theorie der Brückenbalkensysteme” von 1851. In Köln entschied man sich 1853/54 für den Bau einer Gitterträgerbrücke nach dem Vorbild der Dirschauer Weichselbrücke. Als Schwedler Jahrzehnte später genau dort seinen letzten Großbau ausführen konnte, nahm er die Kölner Entwürfe auf; in statisch aktualisierter Form bildeten sie ein Dokument des Fortschritts im Brückenbau und ein gebautes Manifest zugunsten der theoretisch‐wissenschaftlich fundierten Ingenieurbaukunst, an deren Durchsetzung Schwedler maßgeblich beteiligt war. Of vision and genius – The forgotten alternative design by Johann Wilhelm Schwedler for the first Rhine Bridge at Cologne, Germany. The competition on the first Rhine crossing was won, with a suspension bridge construction, based on his brother's preparatory designs and closely following the rules, by young engineer Johann Wilhelm Schwedler from Berlin. But it soon became clear that the bridge, including an opening section, could not cope with the constantly rising demands of railway traffic, and Schwedler created an alternative design, consisting of lenticular trusses with a suspended track. This design, hidden for al long time and published only once in 1900, is closely linked with Schwedler's groundbreaking, but also first neglected publication on the “Theory of Bridge Truss Systems” in 1851. Some years later, a lattice truss bridge was built at Cologne, following the Weichsel bridge at Dirschau (1850–55). Decades later when Schwedler got the chance to build another large size bridge right there, he returned to the Cologne design of 1850. Structurally modernized, he made it a document to progress in bridge building and a manifesto for an Art of Engineering based on science and theory, the success of which was not to a small extent the work of Schwedler.     

Windkraftwerke–Umwelt,Bemessung, Perspektiven

Die globale Erwärmung wird offensichtlich durch eine Membrane aus Industriegasen verursacht, die bei der konventionellen Energiegewinnung entstehen. Die zur Zeit vorherrschende Meinung besagt, dass die derzeitigen Naturkatastrophen Folgen dieser Umweltverschmutzung sind. Eine der Reaktionen der hochentwickelten Welt ist die Forcierung von erneuerbaren Energiequellen wie Biomasse, Wasser, Sonne und Wind. Wind ist definitive die wichtigste Alternative zu den fossilen Brennstoffen, und deshalb gehören Windkraftanlagen zu den wichtigsten Bauarten der nahen Zukunft. In diesem Beitrag wird “The state of the art” von Windkraftanlagen behandelt. Entsprechend dem hohen Stellenwert dieser turmartigen Massenbauwerke stehen dabei Lösungen ihrer beiden bautechnischen Fragen – Sicherheit und Wirtschaftlichkeit – im Vordergrund, untermauert durch drei Kernthemen: – Merkmale, Grundlagen, maßgebliche Tragrichtungen – vertikale Tragrichtung mit einem Erläuterungsbeispiel – horizontale Tragrichtung mit einem Erläuterungsbeispiel Der Aufsatz schließt mit Ausführungen über die aktuellen Herausforderungen und Entwicklungstendenzen der Energiegewinnung aus Windkraft. Wind Power Plants – Environment, design, outlook and scope. The today's world is confronted by two global threats: worming effect caused probably by the excessive use of fossil fuels and dependence on these becoming short sources of energy. The worming effect is caused by a membrane of gases produced among others during the conventional energy generation. There are voices claiming that some of the current natural disasters are consequences of such air pollution. One of the reactions of the highly developed world is use of renewable energy sources such as bio mass, water, sun and wind. Wind is definitive the most important alternatives to the fossil fuels and so wind mills belong to the most important structures of the near future. Consequently, the paper addresses the following major issues regarding modern structural design of wind mills: – Basis of structural design: Structural features, design principles, bearing directions – vertical bearing direction: Design process, design tools, design example – horizontal bearing direction: Design process, design tools, design example     

Eine neue 10‐MN‐Prüfmaschine für großformatige Bauteile

Im Otto‐Mohr‐Laboratorium der TU Dresden wurde eine 10‐MN‐Säulenprüfmaschine errichtet. Sie dient zur Prüfung von Bauteilen, die eine Spannweite von maximal 15 m, eine Länge von 20 m, eine Breite von 2,5 m und eine Höhe von 3,75 m, bei einem maximalen Bauteilgewicht von 120 t, aufweisen können. Die Herausforderung beim Bau lag zum einen darin, dass die Prüfmaschine in einer geschlossenen Halle bei laufendem Betrieb errichtet werden musste, und zum anderen auf der Konstruktionsseite, da wegen des schlechten Baugrundes ein in sich geschlossener Kraftfluss erzielt werden musste. Dies wurde durch einen massiven Stahlrahmen und einen Fundamentbalken erreicht, der als beidseitiger Kragarm ausgeführt wurde. Der Fundamentbalken ist in hohem Grade vorgespannt und hochgradig bewehrt, was für die Herstellung einen selbstverdichtenden Beton erforderte. Aus Platzgründen erfolgte die Betonage und die Vorspannung des 275 t schweren Fundamentbalkens oberhalb der Fundamentgrube. Anschließend wurde der Balken über ein ausgeklügeltes Absenksystem in die 4 m tiefe Fundamentgrube abgesenkt und auf den Maschinenrahmen aufgesetzt. In the Otto‐Mohr‐Laboratory of the TU Dresden a 10‐MN‐ testing machine was mounted. It serves for testing components with a maximum span width of 15 m, length of 20 m, width of 2.50 m and height of 3.75 m, not exceeding a weight of 120 tons. The challenge was at the one hand having to build it in a closed hall with running operation and on the other hand the construction itself. Due to bad the building lot a self‐contained power transmission was needed. This was achieved by a massive steel frame and a ground beam being completed as a two‐sided cantilever. The ground beam is highly pre‐stressed and strongly reinforced which called for a self‐compacting concrete. Due to the limited space the concreting and pre‐stressing of the 275 tons ground beam was done above the foundation pit. After that the beam was lowered into the 4 m deep foundation pit and put onto the machine frame by an elaborated lowering system.     

Sandwichtürme für Windenergieanlagen mit höherfesten Stahl‐ und Verbundwerkstoffen

Die Leistung und Größe von Windenergieanlagen sind in den letzten Jahren immer weiter angestiegen. Damit erhöhen sich zwangsläufig auch die Anforderungen an die Turmkonstruktionen, die bislang als Stahlrohr‐, Spannbeton‐ oder Fachwerkturm zur Ausführung kommen. Als Alternative dazu wurden am Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover mehrere Varianten von Sandwichtürmen untersucht, mit denen die Schalenstabilität und Tragfähigkeit gesteigert werden können. Eine einzelne Sandwichturmsektion besteht dabei grundsätzlich aus einem stählernen Innen‐ und Außenrohr, die durch einen dazwischen liegenden Verbundwerkstoff vollflächig ausgesteift werden. Als Verbundwerkstoffe können pumpfähige Elastomere, Epoxidharze und Vergussmörtel dienen, die vom Turmfuß aufsteigend in den Ringspalt gefüllt werden. Das Sandwichsegment ist dabei nur im unteren Turmbereich vorgesehen, in dem hohe Schalenstabilitäten und große Blechdicken erforderlich sind. Mit dem alternativen Einsatz einer zweischaligen Turmkonstruktion aus dünneren sowie höherfesteren Stahlrohren reduziert sich deutlich das Schweißvolumen gegenüber der herkömmlichen Bauweise. Für Turmsektionen mit einem Durchmesser D > 4,3 m wird ein neues Fertigungskonzept mit längsorientierten Teilschalen beschrieben, womit nicht nur das Transportproblem über Land gelöst, sondern auch die Anzahl der Rundnähte minimiert werden kann. Ferner wird eine neue Verbindungstechnik zwischen den Turmsektionen vorgestellt, die ohne ermüdungskritische und aufwändig geschraubte Ringflansche auskommt. Sandwichtowers for wind turbines with high strength steel and core materials. The performance and the dimensions of wind energy converters have been increased significantly within the last few years. Thus, the requirements on tower constructions will also increase following the development of bigger turbines. Usually tubular steel and pre‐stressed concrete towers are chosen as support structures for wind turbines. The structural design of tubular steel towers is mainly driven by ultimate and fatigue limit state. Especially shell buckling leads to large dimensions and thicknesses for the steel sections. Therefore, a new kind of tower, the so called sandwichtower, has been developed as an alternative solution with the aim of increasing the shell stability. The sandwich tower consists of an inner and outer steel shell which are bonded together with a core material between them. That works as a full space stiffener. As a result of the investigations a combination of steel and sandwich‐section is favoured where the sandwich is only planned for the lower tower section to get higher stability simultaneously with thinner shells. Therefore, the effective welding time can be decreased when the shells are made of high strength steels. Especially for tower sections with D > 4.3 m a new fabrication concept with longitudinal partial shells is developed to offer the transportation onshore and to minimize the number of critical circumferential welds. Furthermore, a new kind of connection between the tower sections is presented without bolted ring flanges.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

Trapezblechstege im Brückenbau kommen trotz der großen Vorteile, die diese Bauweise bietet, in Deutschland bisher nur an einem Pilotprojekt zur Anwendung. Durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezbleches entstehen konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Brückenbauweisen. Allerdings lassen die aktuell gültigen Regelwerke aufgrund fehlender Kenntnis zum Tragverhalten und mangelnder Erfahrung keine wirtschaftliche Ausbildung zu. Dies zeigt sich am Beispiel des Pilotprojekts. Die Ausbildung der Verbundfuge wurde hier nur sehr unbefriedigend gelöst und verdeutlicht somit die Notwendigkeit einfacher und praktikabler Verbindungsmöglichkeiten. Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktion und Entwurf ein von der Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) finanziertes Forschungsvorhaben bearbeitet, bei dem unterschiedliche Verbundfugenausbildungen numerisch und experimentell untersucht wurden. Der folgende Beitrag beschränkt sich auf die Verwendung von Betondübeln als Verbundmittel und stellt hierfür ein einfaches Bemessungskonzept für die Verbundsicherung unter Längsschubbeanspruchung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vor. The use of corrugated steel webs in bridge constructions – Load bearing behaviour of concrete dowels in combination with corrugated steel webs under longitudinal shear Studies of the load bearing behaviour under shear force of integrated connections at composite bridge girders using corrugated steel webs. Up to now there is only one project in Germany, where the application of corrugated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages. However there is a lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany expose some critical points. The design of the joint between the concrete slab and the corrugated steel web is actually not satisfactory and shows the need for simpler and more practicable connection methods. At the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at Universität Stuttgart and together with the Institute of Structural Design, a research project, financed by Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) was made. Within this project different types of composite joints were experimentally and numerically analysed. This paper deals only with the investigations of concrete dowels as connectors. On the basis of these studies simple design rules for shear connection in the ultimate limit state were developed.     

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.     

Form und Tragverhalten hyperbolischer Gittertürme

Mit dem im Jahr 1989 von Rainer Graefe, Murat Gappoev und Ottmar Pertschi herausgegebenen Buch “Die Kunst der sparsamen Konstruktion” ist das Werk des russischen Leichtbaupioniers Vladimir G. Šuchov in das Bewusstsein des deutschsprachigen Fachpublikums getreten. Seit 2007 werden am Lehrstuhl für Tragwerksplanung der Technischen Universität München (Prof. Dr.‐Ing. Rainer Barthel) die hyperbolischen Turmstrukturen von Vladimir G. Šuchov untersucht. Neben der Dokumentation der bestehenden Türme und der Analyse der originalen Planunterlagen und Berechnungen bilden die Untersuchungen zum Tragverhalten der Türme einen wichtigen Bestandteil der Arbeit. Im folgenden Beitrag soll die Tragwirkung von einstöckigen hyperbolischen Gittertürmen sowie die Wechselwirkungen zwischen Form und Tragverhalten aufgezeigt werden. Interaction of form and structural behaviour of hyperboloid lattice towers. The renown Russian engineer Vladimir Shukhov invented and patented in 1896 the hyperboloid lattice tower. In the following four decades he built about 200 towers with his new system. Most of them served as water towers, others were built as lighthouses or radio stations. Form and structure of these towers varies depending on their location and purpose. The geometry of hyperboloid lattice towers is based on five key parameters. The authors undertook an extensive parameter study to explore the interdependencies between the key parameters and their effect on the ultimate bearing load of the structure. Apart from the lattice configuration that was employed by Shukhov, two alternative options are discussed.     

Netzgenerierung von Netzwerkbogenbrücken

Nachdem der Netzwerkbogen über Jahrzehnte nahezu unbeachtet blieb, bildet er heute einen immer beliebteren Bestandteil des Brückenbaurepertoires. Seine statischen Vorteile überzeugen mehr und mehr Brückenbauverwaltungen, so dass in aller Welt zahlreiche neue Netzwerkbogenbrücken entstehen. Umso interessanter werden Hinweise für einen einfachen, raschen und nahezu optimalen Vorentwurf, gerade für “Einsteiger” auf dem Gebiet. Die größte Schwierigkeit beim Entwurf ist die Hängeranordnung, die durch Variablen wie Anzahl der Hängersets, Anzahl der Hänger pro Set sowie Neigungswinkel und Position jedes Hängers beschrieben wird. Anstatt der sehr aufwendigen Bestimmung von Lage und Neigung jedes einzelnen Hängers empfiehlt sich die Verwendung von Generierungsvorschriften für den Entwurf des gesamten Hängernetzes. Die gängigsten Generierungsverfahren Rautennetz, konstante Winkeländerung, konstanter Abstand sowie radiale Hängeranordnung werden erläutert und beurteilt. Letztendlich kristallisiert sich die radiale Hängeranordnung als eine Methode heraus, die auf sehr einfache und schnelle Art und Weise zu einer statisch sehr vorteilhaften Hängeranordnung führt. Generation of network arch hanger arrangements. After the network arch remained almost completely unnoticed for decades, it now constitutes an increasingly popular element of today's bridge construction repertory. Its structural advantages convince more and more bridge authorities, so that numerous new network arches are built all over the world. This circumstance calls for straight‐forward and quick ways to nearly optimal preliminary designs, especially for engineers who are new to this type of bridge. The biggest design challenge is the hanger arrangement that depends on the number of hanger sets, number of hangers per set as well as the hanger slope and hanger position. Instead of determining the geometry of each hanger individually, it is recommended to use general generation methods. The most common generation methods rhombus net, constant angle change, constant distance as well as the radial arrangement are discussed and evaluated. Ultimately, the radial arrangement turns out to be a very easy and fast method to obtain structurally very advantageous hanger arrangements.     

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.     

Bemessungs‐ und Ausführungshinweise für Aufbeton auf Brückenfahrbahnplatten

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

Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle: ein Vergleich zwischen EnEV 2009 und EnEV 2007

Im Hinblick auf die Anforderungen an die Dämmung der Gebäudehülle hat sich ein Wechsel der Bezugsgrößen und Abhängigkeiten von der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 zur EnEV 2009 vollzogen. Deshalb ist ein direkter Vergleich der beiden Vorschriften, zumindest bei Neubauten, nicht ohne weiteres möglich. Im folgenden Artikel wird die Möglichkeit eines allgemein gültigen Vergleichs der beiden Anforderungsniveaus untersucht. Daraus lassen sich für den Planer Schlüsse im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen und deren Auswirkung auf den Entwurf und die Konstruktion ziehen. Abschnitt 1 behandelt dabei den Neubau von Wohngebäuden, Abschnitt 2 den Neubau von Nichtwohngebäuden und Abschnitt 3 die Bestandsgebäude. Comparison of the heat insulation requirements for building envelopes between EnEV 2007 and EnEV 2009. The heat insulation requirements for building envelopes depending on reference values and various conditions have been changed from EnEV 2007 (German Building Energy Conservation Ordinance) to EnEV 2009. Therefore, a direct comparison of both regulations is not possible, especially for new buildings. In this article the possibility of a generally valid comparison of both requirement levels is examined. Conclusions for the design of residential buildings, commercial buildings and refirbishment of existing buildings are given.     

Einheit von Wissenschaft und Kunst im Brückenbau: Hellmut Homberg (1909–1990) – Leben und Wirken (Teil I)

Am 5. September 2009 wäre Hellmut Homberg einhundert Jahre alt geworden. Dies ist Anlass, an sein vor allem den Brückenbau bereicherndes Wirken zu erinnern und ein, wenn auch nicht vollständiges, Werkverzeichnis zu erstellen. Das gilt sowohl für die unter seiner maßgebenden Mitwirkung entworfenen Brücken als auch für seine völlig neuartigen, die statischen Berechnungen in der Praxis erleichternden, streng theoretisch hergeleiteten und eine zutreffende Bemessung der Kreuzwerke und orthotropen Fahrbahnplatten ermöglichenden Tafel‐ und Tabellenwerke. Teil I schildert Homberg s beruflichen Weg und versucht, ein Porträt zu zeichnen; Teil II ist seinen theoretischen Untersuchungen gewidmet, und Teil III geht auf besondere Brücken ein, und. Harmony between science and art in bridge‐building: Hellmut Homberg (1909–90) – life and work (part I). Hellmut Homberg would have been 100 years old on 5 September 2009. This is an opportunity to look back on his work which so enriched the world of bridge‐building in particular, and also a chance to compile a catalogue of his work, albeit incomplete. This applies to the bridges in which he played an influential role in their design and also to his books of mathematical and design tables that enabled the accurate design of beam grids and orthotropic bridge decks. The tables with their rigorous theoretical background were at the time quite new and eased structural calculations in everyday practice. Part I describes Homberg's professional career and attempts to draw a portrait of the man; part II is devoted to his theoretical studies, and part III deals with particular bridges.     

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.