In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die die digitale Dokumentation auf Injektionsbaustellen nutzt, um automatisierte, baubegleitende Vorhersagen der noch zu erwartenden Injektionsmengen zu berechnen. Bei der untersuchten Baumaßnahme werden Abdichtungsinjektionen im Rahmen des Projekts Stuttgart 21 für einen 3,2 km langen zweiröhrigen Eisenbahntunnel erstellt. Die vorgestellte Methode verwendet eine spezielle Form des neuronalen Netzes, das Feed Forward Network. Dieses wird mit den Injektionsmengen pro Tunnelmeter der einen Tunnelröhre trainiert, um dann die Injektionsmengen der anderen Röhre vorherzusagen. Nach einer kurzen Einführung in die Funktionsweise neuronaler Netze wird gezeigt, dass die vorgestellte Methode in der Lage ist, die Gesamtinjektionsmengen mit einer Genauigkeit von > 5 % vorherzusagen. Die Daten wurden von der Renesco GmbH in Zusammenarbeit mit der eguana GmbH erhoben.

Use of neural networks for the prediction of the material volume of injection sites in tunnel construction
In this paper, a method is presented that uses digital documentation on injection construction sites to calculate automated, construction-accompanying predictions of the injection quantities still to be expected. In the construction project under investigation, waterproofing injections are being made as part of the Stuttgart 21 project for a 3.2 km long, twin-tube railroad tunnel. The presented method uses a particular form of a neural network, the Feed Forward Network. The network is trained with the injection quantities per tunnelmeter of one tunnel tube to predict the other's injection quantities. After a brief introduction to the operation of neural networks, it is shown that the presented method can forecast the total injection quantities with an accuracy > 5 %. Renesco GmbH has collected the data in cooperation with eguana GmbH.

Das Verhalten granularer Böden unter mehrdimensionaler zyklischer Beanspruchung ist für viele baupraktische Fragestellungen von großer Bedeutung. Beispielsweise können bei Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) Wind- und Wellenbelastungen aus unterschiedlichen Richtungen sowie mit einem zeitlichen Versatz auf die geotechnische Struktur einwirken, woraus eine mehrdimensionale zyklische Beanspruchung resultiert. Es ist bekannt, dass eine mehrdimensionale zyklische Beanspruchung zu einer größeren Akkumulation der Verformung im Boden führt als eine eindimensionale Beanspruchung gleicher Amplitude. Werden die akkumulierten Verformungen zu groß, kann dies zu einem unvorhergesehenen Verlust der Gebrauchstauglichkeit führen. Die numerische Erfassung des mehrdimensionalen Problems und die Prognose der zu erwartenden Verformungen sind daher in solchen Fällen unerlässlich. Gegenstand dieses Aufsatzes ist eine Untersuchung des Bodenverhaltens unter mehrdimensionaler zyklischer Beanspruchung. In über 120 zyklischen Triaxial- und Hohlzylindertriaxialversuchen wird das Bodenverhalten unter ein- bis vierdimensionaler Beanspruchung intensiv untersucht. Erstmals kann dabei die mathematische Formulierung der mehrdimensionalen Dehnungsamplitude im hochzyklischen Akkumulationsmodell (HCA-Modell) nach Niemunis et al. für ein- bis vierdimensionale Beanspruchungen versuchstechnisch überprüft werden. Das HCA-Modell mit der validierten Definition der Dehnungsamplitude wird anschließend in exemplarischen numerischen Berechnungen einer OWEA-Monopilegründung unter einer durch Wind- und Wellenbelastung hervorgerufenen mehrdimensionalen Beanspruchung studiert. Auf diese Weise werden die Anwendbarkeit und der Mehrwert der Definition der mehrdimensionalen Dehnungsamplitude im HCA-Modell für baupraktische Zwecke verdeutlicht.

Multidimensional high-cyclic loading in experiment and in finite element model
The behaviour of granular soils under multidimensional cyclic loading is of great importance for many engineering applications or design issues. For example, wind and wave loads from different directions of incidence and with temporal offset can affect the behavior of geotechnical structures of offshore wind energy turbines (OWT), from which a multidimensional cyclic stress results. It is known that a multidimensional cyclic load leads to a greater accumulation of deformation in the soil than a one-dimensional load of the same amplitude. If the accumulated deformations become too large, this can leads to an unforeseen loss of serviceability. The numerical simulation of the multidimensional problem and the prediction of the expected deformations is therefore in such cases essential. Subject of this contribution is the investigation of the soil behaviour under multidimensional cyclic loading. Within the conduction of more than 120 cyclic triaxial and hollow cylinder tests, the soil behaviour under one to four dimensional loading is intensively investigated. For the first time, the mathematical formulation of the multidimensional strain amplitude in the high-cycle accumulation (HCA) model after Niemunis et al. with up to four dimensional loading can be proven experimentally. The HCA model with the validated definition of the strain amplitude is then used in exemplary numerical calculations of an OWT monopile foundation under multidimensional loading caused by simultaneous wind and wave action. This way, the applicability and the added value of the definition of the multidimensional strain amplitude in the HCA-model for engineering applications and design purposes.

Während des Kaimauerbaus ist die plangenaue Installation der Träger herausfordernd und zugleich unabdingbar, um die Zwischenbohlen kombinierter Stahlspundwände einbringen zu können. Die Doppel-T-Träger haben profilbedingt, im Vergleich zu einem Rundrohrstahl, eine geringe Biegesteifigkeit um die schwache Achse und eine geringere Torsionssteifigkeit. Damit sind die Träger bei unsachgemäßer Einbringung stark verformungsgefährdet. Bisher wird das komplexe dynamische Zusammenspiel aus dem Einbringgerät, den gewählten Geräteparametern, dem Träger und dem Boden nicht hinreichend betrachtet, um genaue Prognosen zur erforderlichen Rammführung treffen zu können. Dazu wird ein mithilfe von Messdaten validiertes Ersatzmodell aufgebaut, welches die Einbringung eines Trägers abbilden kann. Hiermit gelingt die gezielte Untersuchung einzelner Einflussfaktoren, wie der Neigung des Schlaghammers, der Neigung des Trägers, der Trägerimperfektion sowie unterschiedlicher Rammführungen.

Numerical studies on the influences of the driving process of steel piles on positional accuracy based on a substitute model
During quay wall construction, the accurate installation of the king piles is of importance and thus highly challenging concerning the installation of the intermediate piles of combined steel sheet piles. The double-T piles have a low bending stiffness around the weak axis and a lower torsional stiffness than steel tubular piles due to their profile shape. As a result, the king piles tend to deform if not installed properly. So far, the complex dynamic interaction of the installation device, its device parameters, the king piles and the soil are not sufficiently considered to accurately predict the required pile driving guidance. For this purpose, a substitute model is created based on metrologically determined pile-soil interaction parameters, which can represent the installation of a king pile. Eventually, the present investigation enables the determination of individual influencing parameters, such as the inclination of the impact hammer, the inclination of the king pile, its imperfections as well as different pile guides.

Für Gebirge als Befestigungsuntergrund ist es aufgrund einer Vielzahl an möglichen Einbausituationen schwer, vorab auf das Tragverhalten und die Tragfähigkeit von Befestigungselementen schließen zu können. In diesem Aufsatz wird daher untersucht, wie sich ein Befestigungsmittel in anstehendem Fels bei geringen Einbindetiefen verhält und welche Untergrundparameter einen wesentlichen Einfluss auf das Tragverhalten und die Tragfähigkeit haben. Dazu werden Versuche an nachträglich installierten Befestigungen unterschiedlichen Wirkprinzips (Verbundanker, Spreizanker) in unterschiedlichen Lithologien Ostösterreichs vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass mittels Gebirgsklassifikation auf die Eignung des Gebirges als Befestigungsuntergrund rückgeschlossen werden kann. Für eine Abschätzung der Tragfähigkeit ist eine kleinräumige Untersuchung jedoch unbedingt notwendig. Nicht nur das Vorhandensein von Trennflächen hat einen Einfluss auf die Tragfähigkeit, sondern auch deren Beschaffenheit. Gewisse Analogien zu Beton als Untergrund konnten festgestellt werden.

Assessment of rock as a fastening foundation for post-installed fastenings with shallow embedment depths
For rock as a base material for post installed anchors, it is difficult to draw conclusions about the load-bearing behavior and capacity in advance due to the large number of possible installation parameter. This technical article therefore examines how post-installed anchors with low embedment depths behave in rock and which rock parameters have a significant influence on the load-bearing behavior and capacity. For this purpose, tests on anchors with different operating principles (injectable adhesive anchor, mechanical bolt anchor) in different geologies in Eastern Austria were performed. It could be shown that rock classification can be used to infer the suitability of a rock as a base material, but a small-scale investigation also is necessary to estimate the load-bearing capacity. Not only the presence of joints has an influence on the load-bearing capacity, but also the joint condition. Certain analogies to cracked concrete could be shown.

Die adaptive Fertigung von Fertigbetonbauteilen für modulare Tragwerke birgt das Potenzial, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren. Bei diesem Ansatz wird der Fertigungsprozess auf Basis der Geometrien bereits gefertigter Module iterativ angepasst, sodass sich Maßabweichungen im Gesamttragwerk bestmöglich kompensieren. Im vorliegenden Aufsatz wird untersucht, wie eine solche Kompensation durch gezielte Anordnung der Module in modularen Tragwerken erfolgen kann. Hierzu wird zunächst ein Maß entwickelt, um modulare Tragwerke unter Berücksichtigung der Kompensation von Maßabweichungen geometrisch zu bewerten. Anschließend wird darauf aufbauend ein Optimierungsmodell vorgestellt, mit dem eine optimale Anordnung von Modulen mit gegebenen Maßabweichungen berechnet werden kann. Hiermit werden optimale Lösungen für ausgewählte Fälle betrachtet, um hieraus einen allgemeingültigen Zusammenhang zwischen den Geometrien der einzelnen Bauteile und der geometrischen Bewertung des resultierenden Tragwerks herzustellen. Diese Erkenntnisse dienen als Grundlage für eine adaptive Fertigung.

Geometric evaluation and optimization of module arrangement in load bearing structures - towards adaptive manufacturing in civil engineering
Adaptive manufacturing of precast concrete components for modular structures has the potential to reduce scrap and rework. In this approach, the manufacturing process is iteratively adapted on the basis of the geometries of already manufactured modules so that dimensional deviations in the overall structure are compensated for in the best possible way. This article investigates how such a targeted compensation can be achieved by an arrangement of modules in modular structures. First, a measure is developed to geometrically evaluate modular structures with respect to the compensation of dimensional deviations. Then, based on this, an optimization model is presented with which an optimal arrangement of modules with given dimensional deviations can be calculated. Hereby, optimal solutions for selected problems are considered in order to establish a generally valid relationship between the geometries of the individual components and the geometric evaluation of the resulting structure. These findings serve as a basis for adaptive manufacturing.

Der notwendige Ausbau maritimer erneuerbarer Energien bedingt die eingehende Untersuchung von strukturellen Belastungsgrenzen und potenziellen Umwelteinflüssen von Offshore-Strukturen. Großmaßstäbliche Versuchseinrichtungen nehmen hierbei eine wichtige Rolle ein, da nur hier Belastungen, die sich mit der Expansion von Offshore-Strukturen in größere Wassertiefen ergeben, realitätsnah untersucht werden können. Von besonderer Bedeutung für die Bemessung von Offshore-Strukturen ist eine realistische Abbildung der komplexen Überlagerung von Wellen und Strömung, die bisher nur in wenigen Versuchseinrichtungen großmaßstäblich möglich ist. Mit der Erweiterung des Großen Wellenkanals (GWK) in Hannover zum GWK+ wird ab 2022 die erste Versuchsanlage dieser Art in Deutschland zur Verfügung stehen. Die Planung und Konstruktion der Einleitung einer zusätzlichen Strömung in einen Wellenkanal mit dem Ziel der Erreichung natürlicher Strömungszustände stellt eine große Herausforderung dar. Als wesentliche strömungstechnische Komponente soll daher in diesem Beitrag die Entwicklung der Strömungseinleitung in den erweiterten GWK vom Entwurf bis hin zu einer Optimierung durch ein eigens hierfür geschaffenes 1:10-Modell beschrieben werden. Einblicke in die Umsetzung, die strömungstechnischen Herausforderungen sowie die Optimierung der Strömungseinleitung in einen Wellenkanal mittels Leitwände und verstellbarer Lamellen sowie die Passfähigkeit eines 1/15-Potenzgesetzes für das vertikale Strömungsprofil werden gegeben.

GWK+: extension of the large wave flume in Hannover - analysis of current inlet
The necessary expansion of maritime renewable energies requires the detailed investigation of structural load limits and potential environmental impacts of offshore structures. Large-scale test facilities play an important role in this context, as they provide the rare opportunity to investigate offshore structures in large scale under realistic conditions. Of particular importance for the design of offshore structures is a realistic representation of the complex superposition of waves and currents, which is currently only possible in a few large-scale test facilities. With the extension of the large wave flume (GWK) in Hannover to the GWK+, the first test facility of this kind in Germany will be available from 2022. The design and construction of an additional current inlet into a wave channel represents a major technical challenge. The design of the current inlet must ensure that flow conditions similar to those in nature can be reproduced in the study area of the wave channel. As an essential flow component, this paper will therefore describe the development of the current inlet into the extended GWK from the design stage to further optimization by means of a 1:10 model created specifically for this purpose. Insights into the implementation, the flow-related challenges as well as the optimization of the current inlet into the wave flume by means of guiding walls and adjustable guiding vanes, and the general suitability for the approximation of the vertical velocity profile as a 1/15 law are presented.

Um die Eigenschaften des Schotteroberbaus in dynamischen Berechnungen von Eisenbahnbrücken zu berücksichtigen, steht in der Brückendynamik zwar ein breites Feld an Rechenmodellen zur Verfügung, eine erhebliche Streuung der zugehörigen Steifigkeits- und Dämpfungskennwerte erschwert jedoch einen ingenieurpragmatischen Zugang. Aufbauend auf dynamischen Analysen an einer Versuchsanlage, welche durch ihre spezielle Funktionsweise eine Betrachtung des vom Brückentragwerk unabhängigen Schotteroberbaus ermöglicht, werden Dämpfungskennwerte für den Schotteroberbau bestimmt. Die Kennwerte sind dabei zugehörig zu einem mechanischen Modell, welches auf die im Schotteroberbau wirkenden Energiedissipations- bzw. Dämpfungsmechanismen abgestimmt ist und eine Gleis-Tragwerk-Interaktion sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung berücksichtigt. Die ermittelten Dämpfungskennwerte zeigen für das gegenständliche Versuchsspektrum signifikante Frequenz-, Verschiebungs- und Beschleunigungsabhängigkeiten, unterliegen innerhalb dieser Abhängigkeiten jedoch nur einer geringfügigen Streuung, womit für den Schotteroberbau letztendlich eine ausreichend genaue und realitätsnahe Angabe von Rechenmodell und darauf abgestimmten Kennwerten ermöglicht wird.

Damping parameters of ballasted track on railway bridges - part II: energy dissipation in the ballasted track and related calculation model
Calculations of the dynamics of railway bridges rely on a broad range of pertinent models which analyse the dynamic properties of the ballasted track. However, the substantial variations of related stiffness and damping parameters complicate appropriate implementation into vibration prognoses. Relying on dynamic calculations gained from a special test facility, which allows to analyse the ballasted track (isolated from the bridge structure), it is possible to determine related damping parameters. Those core parameters correspond to a mechanical model which is tuned to the energy dissipation and damping mechanisms arising in the ballasted track. Within the scope of this test the damping parameters show significant dependencies as regards frequency, acceleration and displacement, but at the same time cause minimal variances within these dependencies. This facilitates the set-up of a sufficiently precise and realistic calculation model for the ballasted track, plus related core parameters.

Der Einfluss des Schotteroberbaus auf das dynamische Verhalten von Eisenbahnbrücken ist nach wie vor noch mit Unklarheiten behaftet und ein wesentlicher Grund für die in der ingenieurpraktischen Brückendynamik fortwährend thematisierte Diskrepanz zwischen Messung und Rechnung. Hinsichtlich der Berücksichtigung seiner Steifigkeits- und insbesondere seiner Dämpfungseigenschaften in dynamischen Berechnungen steht zwar eine weite Bandbreite an Rechenmodellen zur Verfügung, die zugehörigen Kennwerte streuen jedoch enorm und verdeutlichen insofern die Notwendigkeit einer gezielten Erforschung des vom Brückentragwerk getrennten Schotteroberbaus. Eine an der TU Wien entwickelte Versuchsanlage, welche eine dynamische Analyse des isolierten Schotteroberbaus ermöglicht, dient als Grundlage für die Bestimmung von dynamischen Kennwerten. Mit dem Fokus auf Energiedissipation infolge vertikaler Relativbewegungen im Schotteroberbau werden aufbauend auf den Reibungsmechanismen im Schotter und unter Kombination von Theorie und Empirie Dämpfungskennwerte bestimmt. Die ermittelten Kennwerte zeigen eine klare Beschleunigungsabhängigkeit und repräsentieren einen Teilaspekt eines umfassenderen Rechenmodells.

Damping parameters of ballasted track on railway bridges - part I: vertical relative displacements in the ballast
The effects of the ballasted track on the dynamic properties of railway bridges have been the focus of pertinent scientific discourse up to the present. The discrepancies between dynamic calculations and measurements have thus constituted core challenges in railway bridge engineering to this very day. A wide range of mechanical models allows for dynamic calculation of bridge vibrations. However, pertinent parameters vary considerably and thus call for targeted research of ballasted track. Such focused and isolated analysis of the dynamic behaviour on railway bridges is conducted at a special large-scale test facility at TU Wien. This paper focuses on the energy dissipation as a result of vertical displacements in the ballasted track with special consideration of damping parameters gained from combined theoretical and empirical calculations. The core parameters thus obtained show a significant dependency on the acceleration level. They are subsequently integrated into a comprehensive, detailed model.

In diesem Beitrag werden beobachtete Einsturzhäufigkeiten und berechnete Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken verglichen. Derartige Vergleiche liegen bisher nur für die Bauwerkstypen Brücken, Dämme und Tunnel vor. Der Vergleich basiert überwiegend auf Werten aus der Literatur. Diese wurden im Rahmen einer Literaturrecherche erfasst. Darüber hinaus wurden Einsturzhäufigkeiten bei Erdbebeneinwirkungen durch eigene Berechnungen ermittelt. Der Vergleich der Einsturzhäufigkeiten und Versagenswahrscheinlichkeiten von Stützbauwerken zeigt eine gute Übereinstimmung. Allerdings zeigt der Vergleich der Werte mit anderen Bauwerkstypen eine überdurchschnittlich hohe Einsturzhäufigkeit. Diese scheinbar akzeptierte hohe Einsturzhäufigkeit wird mit den geringeren Opferzahlen und Schadenskosten beim Versagen von Stützbauwerken begründet.

Comparison of collapse frequency and failure probability of retaining structures
In this contribution observed collapse frequencies and calculated failure probabilities of retaining structures are compared. Such comparisons are so far only available for bridges, dams and tunnels. The comparison is mainly based on values from the literature. These were recorded in the context of a literature search. Furthermore, collapse frequencies for earthquake impacts were determined by own calculations. The comparison of collapse frequencies and failure probabilities of retaining structures shows a good agreement. However, the comparison of the values with other types of structures shows an above-average frequency of collapses. This seemingly accepted high frequency of collapse is justified by the lower number of victims and damage costs when retaining structures fail.

Die Umsetzung einer modularen, vorgefertigten Bauweise sowie der weitreichende Einsatz von Leichtbauelementen aus Carbon- oder Textilbeton verlangen neue Verbindungselemente. Bauteile aus Carbonbeton werden wesentlich schlanker als vergleichbare Stahlbetonelemente ausgeführt. Neben den geometrischen Bedingungen für die Verbindung stellt insbesondere die Kraftübertragung in entsprechend dünnen Elementen eine Herausforderung für Planer und Bauausführung dar. Eine nachhaltige, modulare Bauweise benötigt darüber hinaus Verbindungselemente, die eine einfache und sichere Montage einzelner Elemente ermöglichen und die Ästhetik des Bauwerks nicht beeinflussen. In diesem Aufsatz werden für genau diesen Anwendungsfall innovative Verbindungselemente vorgestellt, die auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) funktionieren. Die neuen Verbindungskonzepte streben eine deutliche Vereinfachung der Montage auf der Baustelle an. Durch den Einsatz von Memory-Stahl als aktives Verbindungselement kann auf eine mechanische Zugänglichkeit zur Verbindung verzichtet werden. In diesem Beitrag werden das primäre Anwendungsfeld der FGL-Verbinder sowie die ersten Konzepte und Entwicklungen aufgezeigt.

Active connectors for components of carbon reinforced concrete - development of a compact connector made of thermal shape memory alloys
The implementation of a modular, prefabricated construction method as well as the extensive use of lightweight elements made of carbon or textile reinforced concrete requires new types of connection elements. Component parts made of carbon reinforced concrete can be made much slimmer than comparable reinforced concrete elements. In addition to the geometric conditions for the connection of such thin-walled carbon reinforced concrete components, the force transmission in such thin elements creates great challenges for the planner and the executing staff. In connection with the simplest possible assembly on the construction site, these seem to be insurmountable hurdles. As part of a research project, new and innovative connections that work on the basis of shape memory alloys (SMA) were developed for this specific application. The newly developed connection concepts aim to significantly simplify assembly on the construction site. By using memory steel as an active connection element, mechanical accessibility for connection can be dispensed with. In this article the primary field of application of the SMA connectors as well as the first concepts and developments are shown.

Bei modernen Vibratoren können die Vibrationsfrequenz und das exzentrische Moment während des Rammens verändert werden. Das dynamische Zusammenwirken der schwingenden Bohle mit dem umgebenden Boden kann durch Feldmessungen untersucht werden. Bisher wurde der Einfluss der Vibrationsfrequenz auf den Eindringvorgang und die Ausstrahlung von Vibrationen in die Umgebung nicht ausreichend beachtet, obwohl die Frequenz für die Rammbarkeit und die Erschütterungsausbreitung von Bedeutung sind. In vorliegendem Beitrag werden die Ergebnisse von drei Proberammungen beschrieben, bei denen Doppelbohlen in einen mitteldichten kiesigen Sandboden einvibriert wurden. Messungen wurden am Vibrator, an der Spundbohle und im Boden durchgeführt, womit u. a. die Frequenz, die Schwingungsamplitude, die Eindringgeschwindigkeit der Bohle und die Bodenerschütterungen registriert wurden. Eine Analyse der Messwerte zeigt, dass die Schwingungsfrequenz ein wichtiger Parameter ist. Wenn die Bohle nahe der Resonanzfrequenz des Vibrator-Bohle-Bodensystems erregt wird, schwingt die Bohle in Phase mit dem umgebenden Boden. In diesem Zustand sinkt die Eindringgeschwindigkeit ab, während die Vibrationsausstrahlung in den Boden ansteigt. Die Resonanzfrequenz kann einfach durch Messung der Bodenschwingungen bestimmt werden. Effektives Vibrationsrammen wird erreicht, wenn die Vibrationsfrequenz deutlich höher als die Resonanzfrequenz ist. Vibrationsmessungen zeigen, dass durch das Absenken des exzentrischen Moments stärkere Bodenerschütterungen verursacht werden können.

Significance of frequency for vibratory sheet pile driving
Sheet piles are frequently installed by vibratory driving. Modern vibrators provide the means to adjust the eccentric moment and the frequency during the driving to optimize the driving process, as demonstrated in a case history of installing double sheet piles by vibratory driving in a dense sand deposit. An electronic control system was used to vary the vibration frequency and eccentric moment, by which different parameters, such as eccentric moment, vibration frequency, vibrator displacement amplitude, sheet pile penetration speed and ground vibrations were monitored. The results showed that the vibration frequency is a key parameter that governs the penetration speed of the sheet pile as well as the emission of vibrations from the sheet pile to the surrounding ground. The system resonance can be determined by simple field measurements. When the sheet pile was vibrated at the resonance frequency of the vibrator-sheet pile-soil system, penetration speed slowed down, but emission of ground vibrations was enhanced. Furthermore, driving at a frequency significantly larger than the system resonance increased penetration speed and reduced the emission of vibrations to the surrounding ground.

Der Beitrag befasst sich mit der Bestimmung der Einsturzhäufigkeiten von Hochbauten bzw. Gebäuden für verschiedene Länder und Regionen. Zunächst werden entweder direkte Angaben des Gebäudebestands verwendet oder Gebäudebestände über Ersatzparameter abgeschätzt. Die Einsturzereignisse wurden aus der Tagespresse oder aus der Literatur entnommen. Neben der Berechnung der Einsturzhäufigkeiten werden auch die Mortalitäten durch Gebäudeeinstürze bestimmt. Dazu wurden wiederum Angaben aus der Tagespresse oder Literatur verwendet. Außerdem erfolgt eine kurze Diskussion der Ursachen der Gebäudeeinstürze. Für Industrieländer ergibt sich eine mittlere jährliche Einsturzhäufigkeit von 2,4 × 10-7 pro Jahr und für Entwicklungsländer von 4,7 × 10-6 pro Jahr. Die mittlere Mortalität liegt bei 9,8 × 10-8 für die Industrieländer und 1,5 × 10-6 pro Jahr für die Entwicklungsländer. Die Ursachen von Gebäudeeinstürzen liegen in den Entwicklungsländern - und damit bei der überwiegenden Anzahl der Einstürze - in der ungenügenden Qualifikation der Beteiligten.

Frequency and mortality of building collapses
The paper deals with the determination of collapse frequencies of buildings for different countries and regions. First, either direct data of the building stock are collected and building stocks are estimated by parameters specific for each country respectively. The collapse events are taken from the daily press or from literature. In addition to the calculation of the collapse frequencies, the mortalities due to building collapses are also determined. Again, data from the daily press or literature are used for this purpose. In addition, a brief discussion of the causes of building collapses is given. For industrialized countries, the annual collapse frequency is 2.4 × 10-7 per year and for developing countries 4.7 × 10-6 per year. Mortality ranges from 9.8 × 10-8 per year for developed countries and 1.5 × 10-6 per year for developing countries. The causes of building collapses in developing countries, and thus in the majority of collapses, are inadequate skills of those involved.

Um Stahlbauteile im Brandfall vor einer zu schnellen Erwärmung zu schützen, wird häufig auf reaktive Brandschutzsysteme (RBS) zurückgegriffen. Die Produkte eigenen sich besonders aufgrund der profilfolgenden Applikationsmöglichkeit und der vergleichsweise geringen Beschichtungsdicken. Bei einer Brandbeanspruchung schäumt das RBS auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlprofil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert, wodurch sich die Feuerwiderstandsdauer des Stahlbauteils verbessert. Aus Brandversuchen ist bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von RBS auf Stahlprofilen mit gekrümmter Oberfläche meist schlechter ausfällt als bei vergleichbaren Bauteilen mit ebener Oberfläche. Zum Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die thermische Schutzwirkung von RBS werden in dem folgenden Beitrag sowohl theoretische Hintergründe als auch die Ergebnisse aus Brandversuchen an kleinformatigen Probekörpern vorgestellt. Die systematischen Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Oberflächenkrümmung die Leistungsfähigkeit des RBS tendenziell abnimmt. Bei der Beurteilung der thermischen Schutzwirkung eines RBS sollte die Oberflächenkrümmung eines Bauteils berücksichtigt werden. Die alleinige Fokussierung auf den Profilfaktor eines Stahlprofils ist i. Allg. nicht ausreichend. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Screening-Tests zur Beurteilung der Eignung von RBS für gekrümmte Oberflächen, wodurch eine Vorauswahl von Produkten für diesen Einsatzzweck ermöglicht wird.

Thermal protection effect of reactive fire protection systems on small-scale steel components with curved surfaces
Intumescent fire protection coatings, also referred to as reactive fire protection systems, are often used to protect steel components from heating up too quickly in the event of a fire. The products are particularly suitable due to profile-following application as well as the comparatively low coating thickness. If exposed to fire, the intumescent coating foams up and forms a thermal protective layer around the steel profile. This slows down the heating of the steel and delays the temperature-related loss of strength, which improves the fire resistance of the steel component. From fire tests it is known that the performance of intumescent coatings on steel profiles with a curved surface is usually worse than on comparable components with a flat surface. The following article presents the theoretical background as well as the results from fire tests on small-scale specimens to show the influence of surface curvature on the thermal protective effect of intumescent fire protection coatings. The systematic investigations show that with increasing surface curvature, the performance of the intumescent coating tends to decrease. When assessing the thermal protective effect of an intumescent coating, the surface curvature of a steel component should be considered. Focusing solely on the profile factor of a steel profile is generally not sufficient. The research forms the basis for the development of screening tests to assess the suitability of intumescent coatings for curved surfaces, enabling a pre-selection of products for this application.

Die Verbrennungseffektivität c ist eine wesentliche Größe bei der Bestimmung der Wärmefreisetzungsrate und der Brandlastdichte bei Anwendung der Eurocode-Brandschutznachweise. Ein Berechnungsverfahren zur Bestimmung von c ist bisher jedoch nicht genormt. Im vorliegenden Beitrag werden Empfehlungen bez. der Wahl der Auswertekriterien zur Berechnung der Verbrennungseffektivität gegeben. Hierfür wurden Brandversuche im Labormaßstab sowie Realmaßstab am Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig durchgeführt. Bei den untersuchten Objekten handelte es sich um Alltagsgegenstände und handelsübliche Bodenbeläge. Die acht am häufigsten in der Praxis angewendeten Kriterien wurden für die Auswertung der experimentellen Untersuchungen herangezogen. Die Unterschiede der Auswertekriterien liegen in den zeitlichen Bezügen ihrer Eingangsparameter. Ergänzend wurde die Verbrennungseffektivität aus den Mittelwerten mehrerer Kriterien gebildet. Es zeigte sich, dass durch die Mittelwertbildung evtl. Ausreißerwerte eingefangen werden können. Als ebenfalls sehr robust erwies sich das Kriterium der Brennstoffbeladung. Die Ergebnisse wurden in einer Tabelle mit Empfehlungen bez. der Auswahl von Auswertekriterien bzw.-methoden zusammengetragen.

Concretisation of evaluation criteria for the calculation of the combustion efficiency
The combustion efficiency c is an essential factor in determining the heat release rate and the fire load density when applying the Eurocode fire protection verifications. However, a calculation method for determining c has not yet been standardised. In this paper, recommendations are given regarding the choice of evaluation criteria for the calculation of combustion efficiency. For this purpose, laboratory-scale and real-scale fire tests were carried out at the Institute for Building Materials, Solid Construction and Fire Protection (iBMB) at the Technische Universität Braunschweig. The objects tested were everyday objects and commercially available floor coverings. The eight criteria most frequently used in practice were used for the evaluation of the experimental investigations. The differences between the evaluation criteria lie in the temporal relationships of their input parameters. In addition, the combustion efficiency was formed from the mean values of several criteria. It was shown that possible outlier values can be captured by averaging. The criterion fuel load also proved to be very robust. The results were compiled in a table with recommendations regarding the selection of evaluation criteria and methods.

Ein Drittel aller Brände in Gebäuden lässt sich auf sog. Elektrobrände zurückführen. Eine, spätestens seit Einführung der DIN VDE 0100-420 im Jahr 2016 und der allgemeinen Forderung zur Verwendung von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) in Holzgebäuden, diskutierte Frage ist, ob die brennbare Konstruktion ein erhöhtes Risiko bei Elektrobränden darstellt und folglich Holzgebäude spezieller geschützt werden müssen. Im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Untersuchung wurde diese Fragestellung für moderne mehrgeschossige Gebäude aus Holz untersucht. Brennbare Dämmstoffe waren nicht Teil des Untersuchungsumfangs. Im Rahmen der Untersuchung konnte nachgewiesen werden, dass das Risiko eines Auftretens von Elektrobränden innerhalb der Konstruktion verhältnismäßig gering ist und die vorhandenen Schutzeinrichtungen eines Hausanschlusses einen Teil möglicher Defekte bereits abdecken. Als maßgebendes Einwirkungsszenario wurde ein Lichtbogen ermittelt. Bei allen durchgeführten Versuchen trat ein Selbstverlöschen auf. Eine Notwendigkeit von AFDDs in Standardgebäuden ließ sich nach Auswertung der Versuche nicht erkennen.

Fire hazard due to electrical installations in modern multi-storey timber buildings
Currently one third of all fires are due to electrical fires. An relevant question that has been raised, at the latest since the introduction of DIN VDE 0100-420 in 2016 and the general demand for arc fault detection devices (AFDDs) in timber buildings, is whether the combustible construction represents an increased fire hazard in the case of electrical fires and whether timber buildings therefore require more special protection. Within the scope of the study presented in this article that question was investigated for modern multi-storey timber buildings. Combustible insulation materials were not part of the scope of the investigation. In the course of the investigation it could be proven that the risk of an occurrence of electrical fires within the construction is low and that the existing protective devices of a building installation already cover a part of possible defects. An electric arc was determined as the decisive impact scenario. In all tests carried out, self-extinguishing occurred. After evaluation of the tests, it was not possible to identify a need for AFDDs in standard buildings.

In diesem Aufsatz werden experimentelle und numerische Untersuchungen zur Minderung von Explosionslasten auf Gebäude und Menschen durch verschiedene Konfigurationen einer Schutzwand vorgestellt. Die Wandkonstruktion besteht aus einer Gabionenwand mit einem aufgesetzten Leitblech, das mit unterschiedlichen Neigungswinkeln angeordnet wird. Für jede Testkonfiguration wurden drei Versuche durchgeführt. Numerische Modelle wurden entwickelt und anhand der Versuchsdaten validiert. Aus Kosten- und Platzgründen wurden Schutzwände mit einer geringen Breite von 2 m in den Versuchen untersucht. Hinter der Wand kommt es hierdurch zur Überlagerung der vertikal über die Oberseite der Schutzwand strömenden Schockwelle mit der seitlich um die Wand strömenden Schockwelle. Neben den in den Versuchen eingesetzten kurzen Wänden wurden lange Wände numerisch simuliert, wie sie in der Praxis benötigt werden. Die numerischen Untersuchungen an der langen Umfassungswand zeigten, dass Leitbleche die Intensität der Schockwelle deutlich reduzieren können. Bezüglich der Schutzwirkung erweist sich die Testkonfiguration mit einer Anordnung des Leitblechs von 45° in Richtung des Explosionsursprungs als wirkungsvollste Maßnahme. Im Vergleich zum Freifeldszenario wird in den untersuchten Bereichen eine Überdruckreduktion (Impulsreduktion) von 55, 0 % bis 86, 0 % (von 45, 7 % bis 63, 8 %) erreicht.

Investigations of the blast mitigation effect of blast walls with a canopy on top
This study shows experimental and numerical investigations on the effectiveness of various blast wall configurations in mitigating the blast loads. The blast walls are composed of a gabion wall with a canopy made of metal sheets, which is mounted at the top of the gabion wall with different angles of inclination. Three experiments were conducted for each configuration. Numerical models are developed and validated against the experimental data. For reasons of cost and space, blast walls with a small width (2 m) were tested in the experiments. This leads to the superposition between the vertical air flow over the top of the wall and the horizontal air flow around the sides of the wall behind the wall. This was investigated numerically. Subsequently, long walls, as they are needed in practice, were numerically simulated. Two observations arisen from the studies of blast walls having infinite width. Firstly, the canopies can significantly reduce the intensity of the shock wave behind the blast wall. Secondly, the configuration with a canopy arranged 45° facing the charge shows the best performance in mitigating the blast loads among all three configurations. It offers an overpressure (impulse) reduction ranging from 55.0 % to 86.0 % (from 45.7 % to 63.8 %) at the gauges employed in the experiments, compared to the free field scenario.

Erdbeben stellen eine in Deutschland seltene, aber grundsätzlich mögliche Gefährdung für Gebäude und Teile davon dar. Mit Veröffentlichung neuester Erkenntnisse zur Erdbebengefährdung in Deutschland ging eine Neubewertung des Einwirkungsniveaus im Nationalen Anhang zum Eurocode 8 einher, die in vielen erdbebengefährdeten Regionen höhere Bemessungsbelastungen zur Folge hat. Seit Einführung normativer Vorgaben zur Erdbebenbemessung hat das Einwirkungsniveau zumeist kontinuierlich zugenommen. Für Bestandstragwerke aus Stahlbeton stellt sich aus Gründen der Verkehrssicherheit generell und bei Tragwerkseingriffen aufgrund von ressourcenschonenden Revitalisierungen im Speziellen die Frage nach der Verhältnismäßigkeit zwischen Bestandsschutz und Sicherungspflicht. Trotz grundsätzlich erdbebenkonformer Bauart mit duktilen Rahmen und Wandscheiben - insbesondere bei im Vergleich zur Vertikalbelastung geringem Horizontallastniveau - sind die vorhandenen Aussteifungssysteme zumeist nicht für die höheren Beanspruchungen nachzuweisen. Für den Bereich zwischen einer seismischen Mindestbeanspruchbarkeit und vollständigem Erdbebenwiderstand gegen aktuelle Einwirkungen wird eine risikobasierte Bewertung anhand von Erfüllungsfaktoren in Anlehnung an die schweizerische SIA 269/8 vorgeschlagen.

Seismic safety of existing reinforced concrete structures in the context of Eurocode 8 application
In Germany, earthquakes represent a rare but generally possible hazard for buildings and parts thereof. The publication of the latest findings on the earthquake hazard in Germany was accompanied by a re-evaluation of the action level in the National Annex to Eurocode 8, resulting in higher design loads in many earthquake-prone regions. Since the introduction of normative requirements for earthquake design, the action level has increased continuously in most cases. For existing reinforced concrete structures, the question of proportionality between the protection of existing structures and the obligation to safeguard them arises for reasons of traffic safety in general, and for structural interventions due to resource-saving revitalization in particular. Despite basically earthquake-compliant design with ductile frames and ductile shear walls - especially with low horizontal load levels compared to the vertical load - the existing bracing systems are mostly not verifiable for the higher loads. For the range between a minimum seismic load capacity and complete seismic resistance to current actions, a risk-based assessment using performance factors based on the Swiss SIA 269/8 is proposed.

Das Bauwesen ist einer der großen Einflussbereiche zur Verringerung des Klimawandels. Im Bausektor, wie auch in anderen Sektoren, ist man zunehmend gefordert, den ökologischen Fußabdruck möglichst gering zu halten. Um diesen Fußabdruck überhaupt definieren zu können, wird z. B. bei der Planung nachhaltiger Gebäude das Instrument der Ökobilanz angewandt. Hierbei fließen die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs sowie der Bereitstellung der verwendeten Baustoffe zur Errichtung eines Gebäudes ein. Letzteres wird in diesem Beitrag verfolgt. Mittels transparenter sowie quantifizierter Darstellung der Umweltwirkung von Baustoffen auf Bauteilebene lassen sich Vergleiche zu anderen zur Auswahl stehenden Bausystemen ziehen. Einer anschließenden Beurteilungsgrundlage können dabei der gesamte Lebenszyklus, aber auch nur Teilabschnitte dessen dienen. Hierbei wird zwischen den Modellen “Cradle to Gate”, “Cradle to Grave” und “Cradle to Cradle” unterschieden. Unter Anwendung der drei Modelle werden in einem Vergleich von Deckensystemen die Treibhauspotenziale und die Primärenergiegehalte gegenübergestellt.

LCA comparison at component level
The construction industry is one of the major spheres of influence for reducing climate change. In the construction sector, as in other sectors, there is an increasing demand to keep the ecological footprint as small as possible. In order to be able to define this footprint at all, the instrument of life cycle assessment is used, for example, when planning sustainable buildings. This takes into account the environmental impacts of building operation as well as the provision of the building materials used to construct a building. The latter is pursued in this paper. By means of a transparent and quantified presentation of the environmental impact of building materials at the component level, comparisons can be made with other available building systems. The entire life cycle or only parts of it can be used as a basis for subsequent assessment. A distinction is made between the models “cradle to gate”, “cradle to grave” and “cradle to cradle”. On the basis of a comparison of slab systems, this article shows and explains life cycle assessments for these three models and interprets the differences.

Geotextile Betonmatten weisen eine mehr als 50-jährige Historie auf. Ihre ursprüngliche Anwendung wurde sowohl für den Küsten- und Binnenwasserbau als auch für den Gebirgsbachverbau dokumentiert. Im Laufe der letzten Jahre ist der Einsatz von Betonmatten für die verschiedensten Anwendungen, mit einem Schwerpunkt für Kanalauskleidungen, wieder vermehrt zu beobachten. Trotz des jahrzehntelangen Einsatzes und der weltweiten Akzeptanz des Systems gibt es hinsichtlich der grundlegenden Funktionsmechanismen immer noch gewisse Fragestellungen zu klären. Dieser Fachbeitrag erläutert die Grundlagen der Betonmattentechnologie und beschreibt die prinzipielle Wirkungsweise, welche durch großmaßstäbliche Vier-Punkt-Biegeversuche, durchgeführt an der Fachhochschule Münster, illustriert werden. Darüber hinaus werden die an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen ausgeführten Untersuchungen zur hydraulischen Rauheit beschrieben und deren Versuchsergebnisse dokumentiert. Weitere kürzlich abgeschlossene Prüfungen, z. B. Eislastversuche in Russland, vervollständigen den Überblick an wissenschaftlichen Untersuchungen. Abschließend wird die Anwendung der Betonmatten als Deckwerkssystem für Kanäle, Wasserstraßen und Überströmstrecken anhand ausgeführter Projekte veranschaulicht.

New developments concerning geotextile concrete mattresses for revetment construction
Geotextile concrete mattresses provide a more than 50 years lasting history. Their initial application has been documented for coastal and river protection works as well as for mountain stream rehabilitations. Due to several reasons, their application has become more popular again over the last years. Although the system has been in use for decades, there are still some uncertainties left concerning the basic working principles of concrete mattresses. This paper is intended to explain the basic concrete mattress technology in conjunction with the four-point bending tests carried out at the University of Applied Sciences in Münster. Furthermore it describes the research concerning the hydraulic roughness recently carried out at the RWTH Aachen University and the ice load testing performed in Russia. Finally, applications for the mattress as revetment system for canals, waterways and overflow sections are provided.

Die Herausforderung an das Bauen der Zukunft besteht darin, mehr zu bauen, dabei weniger Schadstoffe zu emittieren und weniger endliche Ressourcen zu verbrauchen und trotzdem eine qualitätsvolle und lebenswerte gebaute Umwelt zu schaffen. In einem sich wechselseitig beeinflussenden Prozess müssen hierfür sowohl die Produktivität der Bauprozesse als auch die Energie- und Ressourceneffizienz der Bausysteme verbessert werden. Digitale Technologien bieten neue Lösungsansätze für diese Herausforderungen. Ziel des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme ist es, das volle Potenzial digitaler Technologien zu nutzen, um das Planen und Bauen in einem integrativen und interdisziplinären Ansatz neu zu denken und damit die methodischen Grundlagen für eine umfassende Modernisierung des Bauschaffens zu legen. Eine zentrale Zielsetzung ist die Entwicklung einer übergeordneten Methodologie des “Co-Design” von Methoden, Prozessen und Systemen, basierend auf interdisziplinärer Forschung zwischen den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Ingenieurgeodäsie, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. So sollen Lösungswege für die ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen aufgezeigt und die Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur geschaffen werden.

Integrative computational design and construction: digitally rethinking architecture
Increasing the construction capacity, while at the same time significantly reducing harmful emissions and consumption of non-renewable resources, and still providing a liveable and affordable built environment, provides a great challenge for future construction. In order to achieve this, both the productivity of construction processes and the energy and resource efficiency of construction systems have to be improved in a reciprocal process. Digital technologies make it possible to address these challenges in novel ways. The vision of this Cluster of Excellence IntCDC at the University of Stuttgart and the Max Planck Institute for Intelligent Systems is to harness the full potential of digital technologies to rethink design and construction based on integration and interdisciplinarity, with the goal of laying the methodological foundations to profoundly modernize the design and construction process and related building systems by adopting a systematic, holistic and integrative computational approach. One key objective is to develop an overarching methodology of “co-designing” methods, processes and systems based on interdisciplinary research encompassing architecture, structural engineering, building physics, engineering geodesy, manufacturing and systems engineering, computer science and robotics, humanities and social sciences. In this way, the cluster aims to address the ecological, economic and social challenges and to provide the prerequisites for a high-quality and sustainable built environment and a digital building culture.

Die “Große Beschleunigung” bei Bevölkerungszahlen, klimaschädlichen Emissionen, Wasserverbrauch und vielem anderen stellt die gesamte Menschheit vor große Herausforderungen. Dies trifft besonders auf das Bauschaffen zu. Es gilt, zukünftig für mehr Menschen mit weniger Material emissionsfrei zu bauen. Hierfür muss unsere Art des Planens, Bauens und Nutzens von Bauwerken neu gedacht und neu konzipiert werden. Auf der bautechnischen Seite bedeutet dies die konsequente flächendeckende Umsetzung von Leichtbaustrategien. Zu diesen zählt neben dem klassischen Leichtbau und den Gradientenbauweisen auch das Bauen mit adaptiven Hüllen und Strukturen. Unter Adaptivität sind dabei unterschiedliche Veränderungen der Geometrie, der physikalischen Eigenschaften von einzelnen Bauteilen oder von ganzen Bauwerken zu verstehen. Durch Adaption können Spannungsfelder homogenisiert, Bauteilverformungen reduziert und bauphysikalische Verhalten von Bauteilen verändert werden. All dies verringert nicht nur den Materialbedarf, sondern liefert auch einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung des Nutzerkomforts. Adaptivität im weiteren Sinne bezeichnet einen ganzheitlichen Ansatz, in dem die Anpassung sozialer, kultureller und räumlicher Erfahrungen sowie architektonischer und planerischer Handlungsweisen eng mit den technologischen Entwicklungen verknüpft wird. Die Zusammenführung dieser Perspektiven ist Anspruch des SFB, um ganzheitliche Lösungen für eine zukünftige gebaute Umwelt zu finden.

Adaptive skins and structures - from the work of the Collaborative Research Centre 1244
The “Great Acceleration” in world population, climate-damaging emissions and water consumption poses major challenges for the whole of humanity. This is also relevant for the building sector. It is essentially in the future to build emission-free for more people using less material. The way in which buildings are planned, built and inhabited must be rethought and reconceived. On the engineering side, this implies the strict and comprehensive application of lightweight strategies. In addition to classic lightweight strategies and the use of graded materials this includes the implementation of adaptive skins and structures. Adaptivity in this context means various rapid changes in the geometry, physical properties of components and thus also of buildings. Adaptation can be used to homogenise stress fields, reduce component deformations or change the building physical properties of components. All this not only reduces material requirements, but can also make a significant contribution to increasing user comfort. Seen in a broader perspective, adaptivity describes a holistic approach in which the adaptation of social, cultural and spatial experiences as well as architectural and planning procedures are closely linked to technological developments. Bringing these perspectives together is the SFB's claim to find holistic solutions for a future built environment.

Die Bauwirtschaft stellt eine der bislang am wenigsten digitalisierten Branche dar. Im Unterschied zu anderen Produktionsbereichen ist die Herstellung von Gebäuden durch individualisierte Bauprozesse gekennzeichnet. Digitale Fertigungstechniken anderer Wirtschaftszweige haben sich im Bauwesen nicht durchgesetzt, da sie nicht die notwendige Individualisierung ermöglichen oder unwirtschaftlich sind. Die Vorteile additiver Fertigungstechnologien bestehen darin, dass Automatisierung und Individualisierung nicht im Widerspruch zueinanderstehen und dass beim 3-D-Drucken nur dort Material aufgebaut wird, wo es strukturell oder funktionell erforderlich ist. Die additive Fertigung ist insofern wirtschaftlich und ressourceneffizient zugleich. Der DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio TRR 277 der beiden Universitäten TU Braunschweig und TU München will die Technologie der additiven Fertigung grundlegend für das Bauwesen erforschen und zur Digitalisierung der Bauwirtschaft beitragen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zu den Zielen, der Struktur und den Methodiken des TRR 277 sowie zu den drei Projektbereichen mit seinen insgesamt 18 wissenschaftlichen Teilprojekten.

TRR 277: additive manufacturing in construction
The construction industry is one of the least digitalised sectors of the economy to date. In contrast to other production sectors, the production of buildings is characterised by individualised construction processes. Digital production techniques from other branches of the economy have not become established in the construction industry because they do not allow the necessary individualisation or are uneconomical. The advantages of additive manufacturing (AM) technologies are that automation and customisation are not contradictory, and 3-D printing builds material only where it is structurally or functionally necessary. Additive manufacturing is therefore both economical and resource-efficient. The DFG Collaborative Research Centre/Transregio TRR 277 of the two universities TU Braunschweig and TU Munich wants to research the technology of additive manufacturing fundamentally for the construction industry and also contribute to the digitisation of the construction industry. This article gives an overview of the goals, structure and methods of the TRR 277 and its three focus areas with its 18 scientific research projects.

Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien zeigten aber, dass zunächst weiterhin nach traditionellen - im Falle von Carbonbeton dem Stahlbeton entlehnten - Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potenzial innovativer Werkstoffe ausgenutzt. Losgelöst von etablierten Denkmustern sollen im Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 280 “Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen - Grundlagen für eine neue Art zu bauen” an der Technischen Universität Dresden und der RWTH Aachen University die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger, mineralisch basierter Komposite geschaffen werden. Die neuen Leichtbau-Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit; eine anspruchsvolle Ästhetik leistet einen Beitrag zur Baukultur. Der langjährige Forschungsverbund von TU Dresden und RWTH Aachen vereint exzellente Kompetenzen, was die Erforschung des materialminimierten Bauens mit mineralischen Kompositen beflügeln wird. Im Beitrag werden die für den Zeitraum Juli 2020 bis Juni 2024 geplanten Forschungsaktivitäten vorgestellt.

Collaborative research on carbon reinforced concrete structures in the CRC/TRR 280
New materials afford new building designs and construction types. Yet, first application projects using the new materials show that traditional construction principles are used, i. e. that conventional materials are merely substituted. Only combined with intelligent construction strategies it is possible to exploit the full potential of the innovative material carbon reinforced concrete. Detached from today's established thought patterns, the fundamentals for a new way of building with concrete shall be created in the frame of the Collaborative Research Centre Transregio (CRC/TRR) 280 “Design Strategies for Material-Minimised Carbon Reinforced Concrete Structures - Principles of a New Approach to Construction” at Technische Universität Dresden and RWTH Aachen University, based on profound insights into the mechanical behaviour of novel mineral structures. Innovative construction strategies and material composites reduce the resource and energy consumption by means of novel lightweight construction principles and offer a high serviceability, ultimate capacity and durability. Furthermore, they are reflected in ambitious aesthetics evolving to a novel “art of construction”. The long-term research alliance of TUD and RWTH pools the existing excellent competences, which will inspire research into material-minimised construction with mineral composites. The article highlights the research activities planned for the period July 2020 to June 2024.

Bauen im Regen, eine katastrophale Vorstellung, doch Praxis auf Baustellen. Es bringt Ungenauigkeit, behindert den Einsatz moderner Hochleistungswerkstoffe und kostet Zeit, da Störungen im Bauprozess oft umständliche Rückläufe in den Planungsprozess bedeuten. Dennoch gilt der handwerklich geprägte Bauprozess als unvermeidlich, da jedes Bauwerk individuell und in Handarbeit vor Ort zu erstellen ist. Tatsächlich? Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eingerichtete Schwerpunktprogramm “Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden” setzt auf einen gänzlich neuen Ansatz. Baustrukturen werden in ähnliche modulare Betonfertigteile zerlegt, in Serienfertigung mit Fließprinzip vorgefertigt, in ihrer Qualität gesichert und auf der Baustelle nur noch zusammengefügt. Die Bauzeiten reduzieren sich auf wenige Tage oder Wochen. Vergleichbar einem Puzzle aus vielen Teilen, bleibt die Einzigartigkeit des Tragwerks erhalten. Es gilt: “Individualität im Großen - Ähnlichkeit im Kleinen”. Der Beitrag zeigt Ansätze zur Modularisierung, Produktionskonzepte und verknüpfende digitale Modelle. Durch die ortsfeste Vorfertigung in Serie entstehen hohe Produktionsgeschwindigkeiten und schlanke, ressourceneffiziente Module, die zu Tragwerken mit geringen Maßabweichungen assembliert werden. Eine durchgängige Digitalisierung sichert die Qualität aller Einzelschritte. Sie reicht von der Fertigung über den Zusammenbau bis in die Nutzungszeit des Tragwerks. Es entsteht ein verschwendungsarmer, ressourceneffizienter Gesamtprozess.

From craft to customised flow production - the priority program adaptive modularised constructions made in a flux
Buidling under heavy weather is seldom beneficial, but common practice on site. It promotes inaccuracies and impairs the use of modern but sensible high-performance materials and costs time, since disruption in construction frequently causes complicated returns to the planning process. Nevertheless, a handcrafted production process is still considered the one and only alternative since all buildings are unique and thus must be manually constructed on site. Indeed? The priority program entitled “Adaptive modularised constructions made in a flux” funded by the German Research Foundation follows a completely new approach. Buildings are divided into similar modular precast concrete elements, prefabricated in flow production, quality assured, and just-in-time assembled on site. Comparable to puzzles with many pieces, the uniqueness of the structure is maintained. The motto is: “Individuality on a large scale - similarity on a small scale”. The contribution presents approaches of modularisation, production concepts, and linking digital models. Serial, stationary prefabrication enables short production times and resource-efficient modules that are assembled to load-bearing structures with low geometrical deviations. Stringent digitalisation ensures high quality of all intermediate steps. These comprise fabrication, assembly, and the whole service life of the structure. The result is a lean production process.

Verschiedene empirische Untersuchungen zeigen, dass die reale Tragfähigkeit von Brücken unter Verkehrslasten im Durchschnitt signifikant höher ist als die berechnete Tragfähigkeit der Brücken. Eine Ursache dafür ist z. B. die Vereinfachung der Berechnungsmodelle. Zusätzliche Reserven stecken u. a. in der Mitwirkung von Brückenelementen, die in den statischen Modellen zur Berechnung der Tragfähigkeit nicht berücksichtigt werden. Da zur Ermittlung der Versagenswahrscheinlichkeit von Brücken häufig die gleichen statischen Modelle verwendet werden wie für die deterministischen Tragfähigkeitsberechnungen, muss auch hier eine Unterschätzung der realen Tragfähigkeit und damit eine Überschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit vorliegen. Im Rahmen dieses Beitrags soll diese Überschätzung quantifiziert und Anpassungsfaktoren vorgeschlagen werden, um eine realistischere Versagenswahrscheinlichkeit zu bestimmen. Diese Anpassungsfaktoren und die damit korrigierten Versagenswahrscheinlichkeiten können im Rahmen bestandsübergreifender Lebenszykluskostenanalysen verwendet werden.

Correction of failure probability of bridges based on experimental load tests
Various empirical studies show that the real load-bearing capacity of road bridges under traffic loads is on average significantly higher than that indicated by deterministic calculation, mainly by the partial factor method for structural design. One cause is, for example, ignoring the contribution of secondary elements to the load-bearing capacity of the bridge. Since the same static models are often used to calculate the failure probability of bridges as for the deterministic calculations, there must also be an underestimation of the real load-bearing capacity and thus an overestimation of the failure probability. In this paper different factors to consider these differences for bridges are presented and discussed.