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Die Baubranche steht aktuell vor einer nie dagewesen Herausforderung: Wie können die durch sie verursachten klimaschädlichen Treibhausgase drastisch reduziert und der weltweit steigende Bedarf der gebauten Umwelt gedeckt werden? Gewiss ist: Nachhaltigkeit kann nur durch ganzheitliche architektonische Qualität entstehen. Mindestens genauso wichtig wie die Berücksichtigung der betrieblichen Emissionen sind die Emissionen, die beim Bau selbst entstehen. Denn die Menge dieser von heute bis 2050 entstehenden grauen Emissionen wird für das Erreichen der Klimaziele der Vereinten Nationen entscheidend sein. Die drei R “Reduce - Reuse - Recycle” sind im Bau unverzichtbar, um diese Ziele erreichen zu können. Im Folgenden werden Projekte präsentiert, die sich an den drei R orientieren und damit erfolgreich demonstrieren, wie innovative Ansätze und Konzepte den Wandel zur Netto-Null vorantreiben können. Dazu gehören die Überdachung des Olympiastadions in München als Vorbild aller Leichtbauten, das Holz-Hängedach für das Olympische Wassersportzentrum 2024 in Paris als Beispiel des materialgerechten Entwurfs, die vier Freiform-Stahl-Glaskuppeln der Moynihan Train Hall in New York City und das modulare Containerstadion als Beispiele für den Erhalt und die Lebenszyklusverlängerung von Bauwerken oder ganzen Bauteilen, der City of Dream Pavillon “Cast & Place” aus rezykliertem Aluminium sowie die Jugendreinrichtung Betonoase in Berlin, deren Außenwände und Vordächer aus dem besonders recyclingfreundlichen Infraleichtbeton (ILC) bestehen.

The net zero as a target: examples for building in line with the reduce-reuse-recycle principle
The building sector is currently facing an unprecedented challenge: How can we drastically reduce emissions of climate-damaging greenhouse gases and still meet the growing global demand for a built environment? It is certain that sustainability can only be achieved through a holistic architectural approach. Just as important as taking into account operational emissions are the emissions generated during construction itself. After all, the amount of these embodied emissions produced by 2050 is crucial to achieving the United Nations' climate goals. The three R's of “Reduce - Reuse - Recycle” are essential for the building industry to be able to meet these objectives. In the following, projects are presented that are guided by these three R's and successfully demonstrate how innovative approaches and concepts can drive the change to net-zero. Among these are the roof of the Olympic Stadium in Munich as a pioneering model for all light-weight structures, the hanging timber canopy for the 2024 Olympic Aquatics Center in Paris as an example of materials-based design, the free-form steel and glass domes of the Moynihan Train Hall in New York City, as well as the modular container stadium serving as examples for preserving and extending the life cycle of structures or entire building components, the City of Dream Pavilion “Cast & Place” made of recycled aluminum, and the youth facility Betonoase in Berlin, whose exterior walls and porches are made of the particularly recycling-friendly infra-light concrete (ILC).

Die Umsetzung der Prinzipien der Kreislaufwirtschaft im Bausektor hat großen Einfluss auf die globalen klimapolitischen Ziele und besitzt großes Potenzial, die Umweltauswirkungen der Herstellung von Bauprodukten und die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren natürlichen Ressourcen zu reduzieren. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über verschiedene Strategien zur Umsetzung von Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft im Allgemeinen und in Bezug auf das Bauwesen. Darüber hinaus werden verschiedene Beispiele und Initiativen beschrieben, die sich mit der Umsetzung dieser Strategien im Stahl- und Metallleichtbau beschäftigen. Insbesondere sind dies die Ressourceneffizienz, die Wiederverwendung sowie das Bauen im und mit dem Bestand.

Circular economy in steel and lightweight metal construction
The implementation of the principles of the circular economy in the construction sector has a major impact on global climate policy goals and has great potential to reduce the environmental impact of the manufacture of building products and the dependence on non-renewable natural resources. This paper provides an overview of different strategies for implementing sustainability and the circular economy in general and in relation to construction. In addition, various examples and initiatives are described that deal with the implementation of these strategies in steel and lightweight metal construction. In particular, these are resource efficiency, reuse and refurbishment.

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Die Stahlindustrie ist eine Branche, die mittelfristig erhebliche Mengen CO2 einsparen kann. Sowohl mit Wasserstoff wie auch mit grünem Strom sind die Reduktionspotenziale bei der Stahlherstellung erheblich. Mithilfe der Direktreduktion können für den Übergang bereits durch den Einsatz von Erdgas erhebliche CO2-Minderungen erzielt werden. Ein weiterer wichtiger Baustein einer klimaneutralen Stahlindustrie ist die schrottbasierte Elektrostahlproduktion. Die Rolle von Stahl als wesentlicher Baustein der Circular Economy ist schon jetzt durch den etablierten und ökonomisch funktionierenden Schrotthandel gesetzt. In diesem Beitrag werden alle Potenziale und Hebel für das Bauen mit Stahl für eine CO2-neutrale Zukunft aufgezeigt.

Roadmap to climate-neutral steel construction
The steel industry can potentially save significant amounts of CO2. Both with hydrogen and with green electricity, the reduction potentials in steel production are considerable. With the help of direct reduction using natural gas, significant CO2 reductions can already be achieved for the transition. Another important component of a climate-neutral steel industry is scrap-based electric steel production. The role of steel as an essential component in the circular economy is already established by the economically functioning scrap trade. This article shows all the potential and levers of building with steel for a CO2-neutral future.

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Auch mittelständische Stahlbauunternehmer und Arbeitgeber haben eine persönliche Verantwortung, ihre Unternehmen und ihre Branche im Interesse nachfolgender Generationen nachhaltig aufzustellen. In einem persönlichen Beitrag wird erläutert, wie der Unternehmer Bernhard Hahner innerhalb der für sein Unternehmen herausgearbeiteten sechs Handlungsbereiche agiert, um dem Ziel “Klimaneutraler Stahlbau” kontinuierlich näher zu kommen. Der Beitrag beleuchtet die Einflussmöglichkeiten auf Lieferanten und Dienstleister, stellt die Entwicklung eigener nachhaltiger Stahlbauprodukte vor und erläutert im Bereich Stahlbaufertigung bereits umgesetzte ebenso wie geplante Veränderungen und Verbesserungen an Gebäuden und Anlagen. Thema ist auch die Kooperation mit Kunden, die sowohl nachhaltige Produktion einfordern als auch selbst durch intensive Zusammenarbeit in der Planungsphase Projekte vor Produktionsbeginn optimieren können. Dabei wird auch auf Trends wie Urban Mining oder Building Information Modeling eingegangen. Fazit der gegenwärtigen Situation: Tiefgreifende Veränderungen sind unumgänglich, sie sind aber auch realistisch machbar.

“Keeping it up” is out of the question - steel construction production must become climate-neutral
Owners of Medium-sized steel construction companies and employers also have a personal responsibility to position their companies and their industry in a sustainable manner in the interests of future generations. A personal contribution explains how the entrepreneur Bernhard Hahner acts within the six areas of action worked out for his company in order to continuously come closer to the goal of “climate-neutral steel construction”. The article examines the possibilities of influencing suppliers and service providers, presents the development of own sustainable steel construction products and, in the area of “steel construction production”, explains changes and improvements to buildings and systems that have already been implemented and are planned. Another topic is the cooperation with customers who both demand sustainable production and who can optimize projects before the start of production through intensive cooperation in the planning phase. Trends such as urban mining or building information modeling are also discussed. Conclusion of the current situation: far-reaching changes are unavoidable, but they are also realistically feasible.

Das Bauwesen ist weltweit einer der größten Verursacher von klimaschädlichen CO2-Emissionen. Lösungen für den Weg hin zum klimaneutralen Bauen und Betreiben sind nur durch eine ganzheitliche Auseinandersetzung zu finden, die auch den Umgang mit Ressourcen mit einschließt. Dies umfasst Fragen von Notwendigkeit und Ausmaß eines Bauwerks (build less) über eine geplante Wiederverwendung von Bauteilkomponenten und angestrebte Materialreduzierung im Entwurfsprozess (build clever) bis hin zur Auswahl der Materialien basierend auf der Berücksichtigung der baustoffspezifischen grauen Emissionen (build efficiently) in einem möglichst geschlossenen Material-Kreislaufsystem (minimise waste). Eine einheitliche Bewertung der Ressourcen- und Emissionseffizienz von Brückenbauwerken ist aufgrund des Fehlens international abgestimmter Regelungen derzeit noch nicht abbildbar. Am Beispiel der Campusbrücke in Leverkusen-Opladen, einer 2013 erbauten Fußgängerbrücke, werden verschiedene praktische Ansätze vorgestellt, die zu einer Emissionsreduktion und Ressourcenschonung beigetragen haben. Anhand einer Lebenszyklusanalyse (LCA) wird das gewählte Tragwerk einer alternativen Ausführung gegenübergestellt.

Resource and emission efficiency in bridge construction using the example of the Leverkusen campus bridge
The construction industry is a major contributor to the global emissions of climate-affecting CO2. Solutions on the track to carbon-neutral construction and operation can only be achieved through a holistic approach that includes the use of resources. The approach spans from questions about the necessity and size of a building (build less), through a planned re-use of components and the reduction of material in the design process (build clever), to the selection of materials based on their specific grey emissions (build efficiently) in a tight circulation system (minimise waste). A uniform assessment of the efficiency of resources and emissions for bridge structures is currently not possible due to the lack of internationally coordinated regulations. Using the example of the Campusbrücke in Opladen, Leverkusen, a footbridge built in 2013, the paper explores the different practical approaches that have contributed to a reduction of emissions and used resources. Using a Life Cycle Analysis method (LCA), the selected structure is compared to an alternative design.

The destructive impact of the construction industry on the planet and its inhabitants is no longer in question. Global warming, waste management, depletion of natural resources, air and soil pollution are all issues that must be urgently addressed. They are also challenging the current economy, whose growth is directly correlated to the extraction of raw materials, the manufacture of new products and, ultimately, to their increased consumption. Besides, the constant transformation of the built environment and infrastructure of a territory is a necessary lever for sustainable development and for guaranteeing the well-being of all. Faced with this situation, an emerging circular strategy could be salutary: component reuse, which makes it possible to build new assemblies without manufacturing new materials. Steel, if assembled with reversible means, is a particularly well-suited material for reuse. But are the stakeholders ready to adopt new business models?

Stahl, ein wiederverwendbarer Werkstoff
Die zerstörerischen Auswirkungen der Bauindustrie auf den Planeten und seine Bewohner sind inzwischen unbestritten. Der Klimawandel, die Abfallwirtschaft, die Verknappung der Bodenschätze, die Luft- und Bodenverschmutzung - all dies sind Themen, die dringend angegangen werden müssen. Sie stellen zudem eine Herausforderung für die derzeitige Wirtschaft dar, deren Wachstum in direktem Zusammenhang mit der Gewinnung von Rohstoffen, der Herstellung neuer Produkte und letztlich mit deren steigendem Verbrauch steht. Eine kontinuierliche Umgestaltung der bebauten Flächen und der städtischen Infrastrukturen ist ein unerlässlicher Hebel für eine nachhaltige Entwicklung und für die Wahrung des Wohlergehens aller Menschen. Angesichts dieser Situation könnte eine sich derzeit entwickelnde Strategie der Kreislaufwirtschaft von Nutzen sein: die Wiederverwendung von Bauteilen, die es ermöglicht, neue Gebäude zu errichten, ohne neue Baustoffe herzustellen. Stahl ist ein besonders gut geeigneter Werkstoff für die Wiederverwendung, sofern Bauteile reversibel montiert werden. Doch sind die Akteure bereit, neue Geschäftsmodelle zu übernehmen?

Aufgrund rechnerischer Defizite in der Ermüdungstragfähigkeit der orthotropen Fahrbahnplatte wurde an der Theodor-Heuss-Brücke ein Monitoringsystem installiert, um Dehnungen an maßgebenden Stellen für ein Jahr zu messen. In Teil 1 dieses Beitrags wurden das Monitoringsystem und Erkenntnisse zum Tragverhalten anhand der Messdaten beschrieben. Dieser zweite Teil schließt mit messwertgestützten Ermüdungsnachweisen und der Lebensdauerprognose an. Grundlage der Auswertungen ist ein numerisches Berechnungsmodell, welches anhand von zwei Probebelastungen in Sommer und Winter kalibriert wird. Unter Berücksichtigung verschiedener Laststellungen werden Übertragungsfaktoren abgeleitet, die die Differenz zwischen Messstelle und maßgebender Nachweisstelle kompensieren. Damit werden die gemessenen Schwingbreitenhistogramme in maßgebende Belastungsspektren transformiert, mit denen schließlich die Lebensdauerprognose erfolgt. Die Auswertungen zeigen, dass für die meisten Bauteile weitere Tragreserven vorhanden sind und eine deutliche Verbesserung gegenüber der Nachrechnung erreicht wird. Einzig die Ecken der Querträgerausnehmungen (Querträgerstegzähne) weisen deutliche Defizite auf, die sich auch im vorhandenen Rissbild widerspiegeln. Über die Zukunft der Theodor-Heuss-Brücke, die von weiteren Faktoren abhängt, wird derzeit entschieden.

Monitoring of the Theodor Heuss bridge in Düsseldorf - part 2: modelling and model improvements for a measurement-based fatigue analysis
Due to calculated deficits in the fatigue bearing capacity of the orthotropic deck, a monitoring system was installed at the Theodor Heuss bridge to measure strains at significant locations for one year. Part 1 of this paper describes the monitoring system and findings on the load-bearing behavior resulting from the measured data. This second part follows with data-based fatigue evaluations and the lifetime prediction. The basis of the evaluations is a structural model, which is calibrated based on two load tests in summer and winter. From this, transfer factors are derived, taking into account different load positions, which compensate the distance of the measuring points to the decisive design points. In this way, the measured stress range histograms are transformed into representative load spectra, which are finally used for the lifetime prediction. The evaluations show that further load reserves are available for most components and that a significant improvement is achieved compared to the recalculation. Only the corners of the floor beam cut-out (cross girder tooth) still show significant deficits, which are also confirmed by the existing cracks. A decision on the future of the Theodor Heuss bridge, which depends on further factors, is currently pending.

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

Persönliches:
Univ.-Prof. DI Dr. Gerhard Lener (1955-2022)

Tagungen & Veranstaltungen:
Rückblick 23. DAST-Kolloquium an der TU Dortmund
Münchener Stahlbautage 2022

SZS steel news:
Kurs Brandschutz im Stahlbau: Grundlagen & praktische Bemessungsübungen

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The European Steel Bridge Awards are given by ECCS every two years to encourage the creative and outstanding use of steel in construction of bridges. Among 23 projects received from all over Europe, three winning projects were awarded during the 2022 ESBA Ceremony, which took place on 21st September 2022 in Istanbul. The winning project in the category “Cycle and Pedestrian Bridges” was the “Bridge De Lille Langebro” in Denmark (Foto: Rasmus Hjortshøj - COAST). S. the complete news on p. 270.

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In the framework of the revision of Eurocode 3, Part 1-1, several amendments have been proposed and accepted in order to improve the rules for the resistance to member buckling. For clarification, a flow chart connecting the global analysis (first or second order), the imperfections and the type of verification has been implemented for ease of use. Since the publication of the standard in 2005, many research projects have been conducted across Europe on this topic and their results have contributed to provide appropriate answers to problems identified in practice. Therefore, the revised code provides new design rules for stability. Important works of calibration have been performed in these different projects to derive appropriate values of the partial factor on the resistance side. For example, a new formulation for lateral-torsional buckling has been introduced for the calculation of the reduction factor. The consequence is a reduction of the discrepancy between the results obtained by these new methods and those from experimental or numerical tests. In order to extend the scope of Eurocode 3, Part 1-1, additional methods have been implemented in an annex to cover the stability of members with mono-symmetric cross-section under compression axial force, biaxial bending, with or without torsion. The format of the resistance criteria remains similar to the format of the current interaction formulae so that the designers can easily identify the evolution of the rules. This article presents in a systematic way the new implementations in the formal vote version FprEN 1993-1-1 of the code.

For the stability assessment of members and structures according to EN 1993-1-1, the equivalent member method, the geometrical non-linear calculation with equivalent geometrical imperfections or the GMNIA analysis with geometrical imperfections and residual stresses can be used alternatively. The second possibility requires a corresponding model for the cross-section resistance. For the verification of lateral torsional buckling, bow imperfections e0 out-of-plane are defined, which lead in combination with the given loading in-plane and the geometrical non-linear analysis to bending moments Mz and torsion of the members. The amplitudes of the imperfections are highly dependent on the nature of the approach (e.g., scaling of the buckling shape, assumption of bow imperfections) and the verification method for the members. Within the framework of the scientific work supervised by the TU Dresden and TU Darmstadt, extensive parametric studies were conducted to calibrate imperfections for lateral torsional buckling based on the GMNIA. After determining the nature of imperfections and the design models for section resistance, this article presents results of these parametric studies and shows the calibration of imperfections for a standardisation proposal based on EN1993-1-1. The evaluation of the data in combination with the necessary simplifications for the design practice leads to appropriate definitions of imperfection values e0, LT and the necessary differentiations.

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The buckling behaviour of panels may be determined according to EN 1993-1-5 [1]. Most of the design rules relating to stiffened panels in EN 1993-1-5 were derived on the basis of open-section stiffeners. Several recent investigations have shown that the application of the design rules according to EN 1993-1-5 considering the torsional stiffness of the stiffeners may overestimate the resistance of the panels. Therefore, the recent Amendment A2 to EN 1993-1-5 states that the torsional stiffness of stiffeners should generally be neglected in determining critical plate buckling stresses. In addition, prEN 1993-1-5 [2] provides rules for considering the torsional stiffness of stiffeners. However, in this article it is shown that even the rules of prEN 1993-1-5 are not sufficient to overcome the safety deficiencies. The article focuses on the investigation of the buckling behaviour of stiffened panels with closed-section stiffeners subjected to constant longitudinal compression stresses. Improved rules have been developed that allow to consider the torsional stiffness of the stiffeners. Based on an extensive numerical parametric study, a new interpolation equation between column- and plate-like behaviour is proposed. In comparison to [3], the investigations have been extended to the effective width method. They show that the proposal provides a safe and economic solution for the reduced stress method and the effective width method when considering the torsional stiffness of stiffeners by calculating the critical plate buckling stresses.

Residual stresses have considerable effect on both the local and the member stability behaviour of steel structures. Previous studies have shown that the structural stability behaviour depends on both the distribution and the amplitude of the residual stresses. The residual stress distribution is affected by the cross-section geometry, the steel grade and the manufacturing process, e.g. flame cutting and the welding procedure. A realistic consideration of residual stresses is necessary for an efficient and safe design of steel structures.
This article presents an experimental and numerical study on the influence of residual stresses on the stability behaviour of structural members, i.e. steel columns and beams considering a variety of cross-sectional slenderness, i.e. plastic, compact and slender cross-sections are taken into account. A novel residual stress model for welded I-shaped sections was developed and evaluated using test data. This model takes into account the main influencing parameters, i.e. the cross-sections geometry, the steel grade as well as manufacturing process with thermal cuts or non-thermal cuts of the steel plates. The novel residual stress model is then used to investigate the stability behaviour in terms of a numerical simulation study. The result of the study allows to propose an improvement of the buckling curve selection for welded high strength steel columns and beams.

Due to the commonly eccentric connection on only one angle leg (bolted or welded), additional bending moments are acting on the angle member under compression axial force, leading to a complex load-carrying behaviour with flexural and/or flexural torsional buckling phenomena. Furthermore, type and size of rotational restraints at the member's ends (provided by the adjacent structure) significantly influence the compression capacity of these members. In this article, a recently developed design model for angle members in compression with welded or bolted end connection is presented. The design model considers the accurate rotational spring stiffness of three common joint types. The presented procedure allows for calculating the internal forces based on elastic second-order theory for an individual member with eccentricities, equivalent geometric imperfection and rotational spring stiffness at both ends. The detailed analytical equations for the rotational spring stiffness of all studied joint configurations are summed up. In addition, calibration factors fDi are presented, to get accurate compression capacities with the design model. Finally, the accuracy of the design model for all three studied joint types of angle members with welded connections is shown through comparison with sophisticated finite element calculations, code provisions (EN 1993-1-1, AISC) and experimental tests from the literature.

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ECCS News:
Technical Committee TC8 Stability of Steel Structures of the ECCS
ECCS Annual Meetings, 22nd September 2022 in Istanbul
European Steel Bridge Awards 2022 Laureates
Save the date: ECCS Annual Meetings 2023
Failnomore and Freedam+: Manuals available

News:
2023 Registration for the Dutch Open Students Steel Award

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