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In order to address global environmental issues, there is an urgent need for the building structure field to use as much timber as possible to contribute to reforestation, as well as to research and develop a building system that does not diminish the structure’s functionality and safety [1]. The building structure field is required to actively use this wood as timber, but the timber is too weak to use for large buildings. Research and development of an appropriate building system that can utilize such timber is necessary.
This study examines the possibility of developing a building system for a composite steel-timber structure utilizing the authors’ wealth of expertise in steel structure construction. Different types of composite steel-timber structure building systems are categorized, and their features are described. Furthermore, the individual types are evaluated for the performance requirements needed to develop a building system.

For the construction of the Metro B1 line in Rome, special settlement reduction measures were implemented for settlement-sensitive structures beside deep excavations with depths of up to 45 m. These measures were necessary due to the excavation of tunnels with 6.8 and 9.8 m diameter under challenging soil and groundwater conditions. The originally designed jet grouting bodies were replaced by compensation grouting. This enabled all works to be performed from eight shafts (maximum 24 m depth), limiting the public space requirement. The efficiency of compensation grouting was demonstrated in two full-scale field trials and the advantages of active settlement compensation were proved during tunnel excavation.
Für den Bau der Metro B1 in Rom wurden neben bis zu 45 m tiefen Baugruben auch Sondermaßnahmen zur Setzungsreduktion für verformungsempfindliche Bauwerke realisiert. Diese Maßnahmen waren aufgrund des Vortriebs von Tunneln mit einem Durchmesser von 6,8 bzw. 9,8 m unter anspruchsvollen Boden- und Grundwasserverhältnissen erforderlich. Die im Amtsentwurf geplanten DSV-Arbeiten wurden durch Kompensationsinjektionen ersetzt. Dadurch konnten die Arbeiten aus acht Schächten (max. 24 m Tiefe) ausgeführt werden, wodurch sich ein geringer Bedarf an öffentlichen Flächen ergab. Die Effizienz der Injektionen konnte anhand von zwei großmaßstäblichen Feldversuchen gezeigt und die Vorteile eines aktiven Setzungsausgleichs während der eigentlichen Tunneldurchfahrt bestätigt werden.

Diese Artikelserie stellt den Einsatz von Computerprogrammen in der Hochschullehre der Bauphysik und Gebäudetechnik für Architekten und Bauingenieure vor.
Seit 2013 wird an der RWTH Aachen University am Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D das Fach “Energetische Gebäudesimulation” angeboten. Zielgruppe bilden die Kernstudiengänge “Bauingenieurwesen”, “Umweltingenieurwissenschaften” und “Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Bau” im Masterstudium an der Fakultät für Bauingenieurwesen. Ziel der aktuellen Lehrveranstaltung ist es, den Studierenden die theoretischen und praktischen Grundzüge der energetischen Gebäudesimulation zu vermitteln. Hierzu werden die theoretischen Grundlagen modular aufbereitet und detailliert in der Vorlesung vorgestellt. In der Übung werden die Grundlagen der Programmierung vermittelt oder aufgefrischt. Anschließend werden modular Teilkomponenten für eine Simulation in der Sprache Modelica selbst implementiert und programmiert. Dies ermöglicht es den Studierenden in angemessener Art und Weise durch die komplexe Themensammlung zu schreiten und sich mit Themen tiefgehend zu beschäftigen, die bei einer rein anwendungsbezogenen Sicht auf ein existierendes Gebäudesimulationsprogramm sicherlich zu kurz kommen würden.

Building Performance Simulation at RWTH Aachen University - Series: Building simulation and calculation tools in teaching
This series of articles presents the use of computer programs in university teaching of building physics and building technology for architects and civil engineers.
Since 2013, the subject “Building Performance Simulation” has been offered at RWTH Aachen University at the Institute of Energy Efficiency and Sustainable Building E3D. The target group is the core courses “Civil Engineering”, “Environmental Engineering” and Business Administration and Engineering: Civil Engineering in the Master's program at the Faculty of Civil Engineering. The aim of the current course is to teach the students the theoretical and practical basics of building performance simulation. For this purpose, the theoretical basics are prepared in a modular way and presented in detail in the lecture. In the exercise, the basics of programming are taught or refreshed. Subsequently, modular subcomponents for a simulation are implemented in the Modelica language. This enables the students to progress through the complex collection of topics in an appropriate manner and to deal in depth with topics that would certainly be neglected in a purely application-oriented view of an existing building simulation program.

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The contribution takes a glance at the application of BIM technologies in the design and construction phases of shield tunnelling projects. The intention is to show how Building Information Modelling can be translated into actual benefit, not only in the operation phase but also in the design and construction phases of bored tunnels. Emphasising the integrative character of referencing data uniformly in space and time, examples are given of seamless communication between 3D geometrical modelling, efficient numerical simulation and model adaptation based on measured data acquired during the boring process. The article covers the complete range from predesign through structural analysis and detailed design until the actual excavation process including its interactions with the environment. Special emphasis is given to data management, which is the key to transforming a mere 3D visualisation into a Building Information Model. The article therefore presents a concept for database-supported, web-based integration of software modules for geometrical modelling in various levels of detail, efficient numerical simulation tools that are based upon this representation, and process controlling that manages all data acquired during the construction process in a spatially and temporally coordinated reference system.
Der Beitrag wirft einen praxisorientierten Blick auf den Einsatz von BIM-Technologien in der Planungs- und Bauphase von maschinell vorgetriebenen Tunnelbauwerken. Dabei wird aufgezeigt, wie sich Building Information Modelling in einen direkt nutzbaren Mehrwert nicht nur im Betrieb von Tunneln, sondern auch bei der Planung und während des Vortriebs umsetzen lässt. Den integrativen Charakter von einheitlich referenzierter Datenhaltung betonend, gibt der Artikel Beispiele für die nahtlose Kombination von 3D-Geometriemodellierung, effizienter numerischer Simulation und messdatenbasierter Modellanpassung. Dabei wird der Bogen über die Entwurfsplanung, die statische Berechnung und die Ausführungsplanung bis zum Vortrieb und dessen Interaktion mit der Umgebung geschlagen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf das Datenmanagement gelegt, das aus einer reinen dreidimensionalen Visualisierung ein echtes Informationsmodell macht. Dazu wird ein Konzept zur datenbankgestützten und webbasierten informationellen Integration von Softwaremodulen zur geometrischen Modellierung in multiplen Detailstufen, zur darauf aufbauenden effizienten numerischen Simulation des Vortriebsprozesses und seiner Interaktionsprozesse sowie des Prozesscontrollings mit Integration aller während des Schildvortriebs anfallenden Daten in einem räumlich und zeitlich koordinierten Referenzsystem vorgestellt.

If correctly applied, digitalisation can also create great added value for railways, which explains why German Railways (DB) is taking it seriously. As with many other construction client organisations, the DB with their portfolio of major projects was and is confronted with the situation that cost targets and deadlines can often not be maintained. The causes for such deviations are various and in addition to the many external reasons, are also due to the current methods of controlling construction projects. The DB has recognised that the use of digital methods of project implementation such as Building Information Modelling (BIM) can achieve a great contribution to the improvement of project stability. While DB has already consistently furthered the use of BIM for station buildings in recent years, BIM has only been in use on DB infrastructure projects since 2015. By the end of 2020, however, the running up process of BIM at DB should have reached the stage that all complex major projects and all projects suitable for standardisation are designed and controlled with BIM. The DB hopes to gain from the use of BIM more transparency on projects, considerable economic benefits and the strengthening of the collaboration of all sides as partners.
Richtig eingesetzt kann die Digitalisierung auch bei der Eisenbahn einen hohen Mehrwert schaffen, weshalb die Deutsche Bahn (DB) der Digitalisierung einen sehr hohen Stellenwert gibt. Wie viele andere Bauherrenorganisationen auch, war und ist die DB mit ihrem Portfolio an Großprojekten mit der Tatsache konfrontiert, dass Kosten- und Terminziele in einem nicht unerheblichen Ausmaß nicht eingehalten werden können. Die Ursachen für solche Abweichungen sind vielfältig und liegen neben vielen externen Gründen auch in der Art und Weise der aktuellen Steuerung von Bauprojekten. Die DB hat erkannt, dass mit dem Einsatz digitaler Methoden zur Projektabwicklung wie Building Information Modelling (BIM) ein großer Beitrag zur Verbesserung der Projektstabilität geleistet werden kann. Während im Bereich der Bahnhofsbauten der DB die Anwendung von BIM bereits in den letzten Jahren konsequent vorangetrieben wurde, kommt BIM für die Infrastrukturprojekte der DB Netz AG erst seit 2015 zum Einsatz. Bis Ende 2020 soll der BIM-Hochlauf bei der DB aber so geschaffen sein, dass alle komplexen Großprojekte und alle standardisierbaren Projekte mit BIM geplant und gesteuert werden. Die DB verspricht sich von dem Einsatz von BIM mehr Transparenz in den Projekten, erhebliche wirtschaftliche Vorteile und eine Stärkung der partnerschaftlichen Zusammenarbeit nach allen Seiten.

Mit dem Stufenplan des BMVI wurde bei öffentlichen Infrastrukturprojekten der Einsatz von Building Information Modeling (BIM) ab 2020 verpflichtend, obgleich diese Forderung in der Praxis noch nicht vollumfänglich erfüllt wird. Der Sachverständige für Geotechnik erstellt im BIM-basierten Planungsprozess das Fachmodell Baugrund. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem Aufbau des Fachmodells Baugrund aus Submodellen und deren Inhalt. Der Fokus liegt dabei auf der Darstellung der relevanten Schritte zur Findung einer zielführenden und BIM-konformen Attribuierung unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Fachmodells. Hierfür werden dessen Lebenszyklus und die Besonderheiten gegenüber anderen Fachmodellen beleuchtet. Ein Vorschlag zum Umgang mit der Boden-Bauwerks-Interaktion im BIM-gestützten Planungsprozess wird unterbreitet. Abschließend werden die Notwendigkeit von Attributkatalogen diskutiert und Ideen zu ihrer Ausgestaltung vorgestellt.

Building Information Modeling - attribution of the specialized model subsoil
The BMVI's “Stufenplan” has made the use of Building Information Modeling (BIM) mandatory for public infrastructure projects from 2020 onward, however this requirement is not yet fully met in practice. In the BIM-based planning process, the geotechnical expert creates the specialized model subsoil. This article takes an approach to its structure based on submodels and their content. The focus is on the presentation of the relevant steps for finding a target-oriented and BIM-compliant attribution, considering the special features of the specialized model. For this purpose, its life cycle and the special features compared to other specialized models are illuminated. A proposal for dealing with soil-structure interaction in the BIM-supported planning process is presented. Finally, the necessity of attribute catalogs is discussed and ideas for their design are presented.

Mit Building Information Modeling (BIM) wird der Planungsprozess von Bauprojekten grundlegend verändert. Dies bedeutet für alle Planungsbeteiligten, sich mit neuen Arbeitsprozessen und neuen Softwaretools vertraut zu machen. Grundlage für die neue Arbeitsmethode bilden ein dreidimensionales geometrisches Gebäudemodell und die daraus zur Verfügung stehenden Gebäudedaten.
In der Tragwerksplanung ermöglicht spezielle, für den BIM-Planungsprozess entwickelte Software eine automatisierte Überführung des geometrischen Gebäudemodells über ein analytisches Modell in ein Berechnungsmodell. Logische Folge dieses Arbeitsprozesses ist die Nutzung des dreidimensionalen Berechnungsmodells für den statischen Nachweis. Der Einsatz von 3-D-Statik-Software in der Praxis ist bereits zu verzeichnen.
Im Rahmen wissenschaftlicher Untersuchungen wurden für Gebäude aus dem Hochbau dreidimensionale Gebäudemodelle entsprechend dem BIM-Planungsprozess erstellt und ganzheitlich bemessen. In diesem Beitrag werden auf Basis der gesammelten Erfahrungen Defizite aufgezeigt, die bei der automatisierten Ableitung und Detaillierung des dreidimensionalen analytischen Modells und Berechnungsmodells sowie bei der Nutzung des 3-D-Modells in der Statik auftreten. Darüber hinaus werden Möglichkeiten, Intelligente Methoden in diesen Arbeitsprozess zu implementieren, dargelegt.

Building Information Modeling - implementation within structural design
Building Information Modeling (BIM) radically changes the planning process of construction projects. This implies that all planning partners have to familiarize oneself with new working structures and new software tools. A three-dimensional building design and its object-oriented database form the basis for this new working method.
Special applications, developed for the BIM planning process, assist the structural designer by providing features for an automated transformation from the building design over an analytical model in a calculation model. As a chain of reasoning three-dimensional calculation models are used for the static proof by this workflow. The application of 3d-static software in practice can already be noticed.
Three-dimensional calculation models concerning structural engineering were realized according to the BIM workflow for scientific research and designed in its entirety. This article points out difficulties of the transformation process, limits of structural detailing and problems of a 3d structural analysis based on experiences gained on three-dimensional analytic and calculation models. Additionally options to implement intelligent methods in the BIM workflow are presented.

Was in anderen Industriezweigen schon lange genutzt wird, findet langsam den Weg in die Bauwirtschaft. Das digitale Bauen und Simulieren von Herstellungsprozessen wird in der Automobil- und Flugzeugwirtschaft seit Jahren erfolgreich angewendet. Eine ähnliche Methodik ist in der Bauwirtschaft und damit in der Unikatherstellung ebenfalls möglich. Das so genannte Building Information Modeling (BIM) bildet eine neue Methodik ab, mit der der gesamte Lebenszyklus eines Bauprojekts abgebildet wird. Von der Idee bis hin zum Abriss können alle Information des Gebäudes in einem virtuellen Modell hinterlegt und transparent dargestellt werden. Die Autoren erläutern in unserem UBB-Hauptaufsatz, was BIM eigentlich ist und berücksichtigen dabei auch rechtliche Fragestellungen.

This article explains the process of developing a new method, called the balanced lift method, for constructing bridges based on an alternative to the bridge construction techniques used nowadays. The most common methods of building bridges are those using falsework or the cantilever method, but a rather uncommon method, the lowering of arches is seen as the origin of the balanced lift method. The idea was to create a method that would allow a bridge to be built in a very fast manner without the need for falsework, using prefabricated elements and assembling all parts together in a position - in this case vertically - that would simplify the construction process. In order to reach the final state of the bridge, the parts assembled vertically are rotated into their final horizontal position. This article contains descriptions of the development of the method, a large-scale test and two bridges already designed using the balanced lift method.

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The authors have studied the buckling-restrained brace providing a stable hysteretic characteristic even under high-strain conditions. The structural performance of the buckling-restrained brace is represented by the evaluation formula that is the lower limit of the cumulative plastic strain energy ratio. However, as earthquakes are becoming much longer, so it is necessary to research and develop a new buckling-restrained brace with a higher energy dissipation capacity. In this paper, our past studies are reviewed and the conditions of high-performance of buckling-restrained braces extracted. The buckling-restrained brace considered was tested. As a result, a buckling-restrained brace with a larger cumulative plastic strain energy ratio is proposed.

Es wird der Versuch unternommen, die Rechenarbeit zu reduzieren, die für Stützen entsteht, deren Trägheitsmoment sich linear ändert und deren Querschnitt entsprechend variiert. Das kann durch ein - zu normendes - Rechenverfahren geschehen für Druckstäbe mit konstantem Ie und konstanter Querschnittsfläche Ae. Die bisherigen Forschungsarbeiten sind brauchbar. Die Computersimulation fürhrte zu Ergebnissen für kritische Knicklasten Ncr für einige Stützenformen mit stetiger Verjüngung in folgenden Kombinationen: nichtkonstantes Trägheitsmoment bei konstanter Querschnittsfläche; I-Querschnitt mit nichtkonstantem Trägheitsmoment und nichtkonstanter Querschnittsfläche; Rohrquerschnitt mit nichtkonstantem Trägheitsmoment und nichtkonstantem Querschnitt. Es werden aus den Analysen neue Formeln entwickelt für die Berechnung der Trägheitsmomente Ie von Stützen mit gleicher kritischer Last wie Stützen, die sich stetig linear verändern und nach der Stabilitätsgleichung für Druckstäbe mit variablem Trägheitsmoment berechnet werden. Die vorgeschalgene Formel für Ie wird durch numerische Simulation abgesichert.

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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.

The length-dependent behaviour domains of thin elastic cylindrical shells under uniform bending have recently received significant research attention. Ovalization is known to affect very long cylinders that undergo significant cross-sectional flattening before failing by local buckling. This effect is restrained by the end boundary conditions in shorter cylinders, which instead fail by local buckling at moments close to the classical analytical prediction. In very short cylinders, however, even this local buckling is restrained by the end boundary, and failure occurs instead through the development of a destabilizing meridional fold on the compressed side. Although this is a limit point instability under bending, ovalization does not play any role at all. This 'very short' length domain has only recently been explored for the first time with the aid of finite element modelling.
A brief overview of the non-linear buckling behaviour of very short elastic cylinders under uniform bending is presented in this paper. Two types of edge rotational restraint are used to illustrate the influence of a varying support condition on the stability in this short length range. It is shown that short cylinders under bending do not suffer at all from local short-wave buckling. Additionally, when the meridional dimension of such cylinders becomes particularly short, the resulting numerical models may predict indefinite stiffening without a limit point, even when the shell is modelled using more complete 3D solid continuum finite elements. Idealized weld depressions, which are realistic representations of a systemic manufacturing defect, are used to demonstrate only a very mild sensitivity to geometric imperfections at such short lengths owing to a pre-buckling stress state dominated by local compatibility bending. The topic should be of interest to researchers studying shell problems dominated by local bending with computational tools and designers of multi-segment shells with very close segment spacing.

In englischer Sprache verfasster Artikel über das Beulen von elastisch gebetteten Platten.

The calculation of the loadbearing capacity of thin-walled structures, including trapezoidal sheeting, normally follows the procedures of EN 1993-1-3 and similar codes. EN 1993-1-4 complements this standard for thin-walled structures made of stainless steel. Unfortunately, a buckling curve for stiffeners between the plane cross-section parts of the flanges or the webs is lacking. A finite element analysis was performed in order to obtain a buckling curve for such stiffeners. The finite element model was calibrated based on test results and by recalculating the EN 1993-1-3 buckling curve for the stiffeners in trapezoidal sheeting made of non-alloy structural steel. The results of the research into the loadbearing behaviour of thin-walled stainless steel trapezoidal sheeting presented here are closing this gap: the proposed addition to the design formulae means it is now possible to carry out a complete calculation of the loadbearing capacity of stainless steel trapezoidal sheeting.