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Der Beitrag gibt eine Übersicht über den gegenwärtigen Stand der Entwicklungen eines “Computational Steering” Werkzeuges zur interaktiven Simulation und Bewertung des thermischen Komforts in Innenräumen. Das System besteht aus einem parallelen CFD Rechenkern, einem schnellen 3D Gittergenerator und einer integrierten VR-basierten Visualisierungskomponente. Das numerische Verfahren basiert auf einem hybriden thermischen Gitter-Boltzmann-Verfahren mit Erweiterungen zur Simulation turbulenter konvektiver Raumluftströmungen. Die Nutzung von Techniken des wissenschaftlichen Höchstleistungsrechnens ermöglicht dabei interaktive Veränderungen am geometrischen Modell und an den Randbedingungen zur Laufzeit bei gleichzeitiger Neuberechnung und Darstellung von Ergebnissen. Das Modell wird gegenwärtig um ein Strahlenmodell und ein lokales thermisches Komfortmodell erweitert, das gemeinsam mit Projektpartnern entwickelt wird. Die Anwendung wird anhand der Strömungssimulation des Großraumabteils eines Zuges demonstriert.

The purpose of exploration drillings in tunnelling operations is to investigate rock structure, geological composition of the rock, especially with regard to fault zones, and the identification and characterisation of water-bearing zones. When determining the quality of exploration, the economic parameters must be taken into account. The application of combined exploration drilling methods allows the successful drilling of exploration drillings even in complex geotechnical and hydrogeological rock conditions. The concept provides the flexibility to switch between drilling systems and to realise probe measures tailored to the specific geology quickly and according to economic requirements. For successful exploration projects, documents and findings from past projects are used in the planning phase. The use of digital drilling data management offers enormous potential for optimising data evaluation. The determination of machine, equipment and the preparation of a drilling plan can thus be prepared much more specifically for the upcoming exploration. During execution, direct conclusions can be reached regarding e.g. drillability or drilling tool condition on the basis of the process-oriented process analysis.
Vorauserkundungsbohrungen im Tunnelbau dienen der Erkundung des Gebirgsaufbaus, der baugeologische Beschaffenheit des Gebirges, insbesondere im Hinblick auf Störzonen, sowie der Identifizierung und hydraulische Charakterisierung von wasserführenden Zonen. Mit Festlegung der Aufschlussqualität sind bauwirtschaftliche Rahmenbedingungen zu berücksichtigen. Der Einsatz kombinierter Bohrverfahren ermöglicht auch bei komplexen geotechnischen und hydrogeologischen Gebirgsverhältnissen erfolgreich Vorauserkundungsbohrungen. Mit dem Konzept ”kombiniertes Bohrverfahren” sind ein Wechsel zwischen den Bohrsystemen und auf die spezifische Geologie zugeschnittene Sondermaßnahmen schnell und bedarfsgerecht realisierbar, um somit die optimale Aufschlussqualität bei Wahrung der bauwirtschaftlichen Ziele zu erreichen. Für erfolgreiche Erkundungsvorhaben werden in der Planungsphase Unterlagen und Erkenntnisse aus vergangenen Projekten genutzt. Hierbei besteht durch den Einsatz von digitalem Bohrdatenmanagement ein enormes Optimierungspotenzial hinsichtlich der Datenauswertung. Die Bestimmung von Maschine, Ausrüstung und das Erstellen einer Bohrplanung lassen sich dadurch wesentlich spezifischer auf die bevorstehende Erkundung vorbereiten. Im Zuge der Ausführung können auf Basis der verfahrensorientierte Prozessanalyse direkte Rückschlüsse, z. B. auf Bohrbarkeit oder Bohrwerkzeugzustand, getroffen werden.

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The Semmering Base Tunnel with a total length of 27.3 km is being excavated from the Gloggnitz portal as well as from three intermediate faces at Göstritz, Fröschnitzgraben and Grautschenhof. The geological conditions of the project are characterized by tectonically extremely complex rock formations with difficult geotechnical conditions. The excavation passes through numerous fault zones with deep overburden. During the excavation works, some large-volume collapses occurred. In this article, the collapse events are reconstructed from the available geological and geotechnical information. The reconstruction of the observed system behaviour is based on analytical and numerical calculations. The aim is to identify the respective failure mechanisms.
Der Semmering-Basistunnel mit einer Gesamtlänge von 27,3 km wird vom Portal Gloggnitz sowie von den drei Zwischenangriffen Göstritz, Fröschnitzgraben und Grautschenhof aus aufgefahren. Die geologischen Verhältnisse des Projekts sind durch einen tektonisch äußerst komplexen Gebirgsaufbau mit teils schwierigen geotechnischen Verhältnissen geprägt. Die Vortriebe durchörtern zahlreiche Störungszonen mit hoher Überlagerung. Im gegenständlichen Beitrag werden Nachbruchereignisse auf Basis der vorliegenden geologischen und geotechnischen Informationen aus den Vortrieben rekonstruiert. Die Nachbildung des beobachteten Systemverhaltens erfolgt mittels analytischer und numerischer Berechnungen. Ziel der Rekonstruktion ist die Identifikation der jeweiligen Versagensmechanismen.

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Im Rahmen des SDE 21/22 entwickelt das interdisziplinäre Team “coLLab” der Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) ein ganzheitliches und übertragbares Konzept für die Aufstockung und Sanierung eines Bestandsgebäudes auf dem Campus der Hochschule in der Stadtmitte von Stuttgart. Dabei handelt es sich um einen für die Nachkriegszeit typischen Stahlbeton-Skelettbau mit Verwaltungsnutzung aus den 1950er Jahren. Im Sinne hoher Übertragbarkeit und einer möglichst günstigen Gesamt-Ökobilanz kommt eine leichte Holzkonstruktion zum Einsatz. Für den Wettbewerbsbeitrag werden außerdem Low-Tech Konzepte mit innovativen Technologien und Methoden kombiniert. Dies wird insbesondere an der Fassade des Entwurfs durch den Einsatz von organischen Photovoltaikzellen (OPV) und einem Solarkamin sichtbar, auf deren Integration und Funktionsweise in diesem Bericht eingegangen wird.

coLLab - Low-tech meets innovation for an extansion and renovation with OPV façade
Within the framework of the SDE 21/22, the interdisciplinary team “coLLab” of the HFT Stuttgart is developing a holistic and transferable concept for the addition and renovation of an existing building on the campus of the university in the city center of Stuttgart, Germany. This is a reinforced concrete skeleton building with administrative use from the 1950s, typical of the post-war period. In the interests of high transferability and the most favorable overall ecological balance possible, a lightweight timber construction is used. In addition, low-tech concepts are combined with innovative technologies and methods for the competitive contribution. This is particularly visible on the façade of the project building through the use of organic photovoltaic cells and a solar chimney, the integration and functioning of which is discussed in this report.

The objective of this paper is to provide a brief review of recent (over approximately the last five years) advances in the application, analysis and design of cold-formed steel structures. Attention here is focused on load-bearing cold-formed steel structures; as opposed to secondary systems, curtain walls, etc. Cold-formed steel applications continue to advance in three primary categories: framing, metal buildings, and racks. Examples largely derived from the author’s experiences in North America are used to illustrate the applications. The behaviour of cold-formed steel structures can be complicated due to the thin-walled nature of the sections; thus, analysis advances are required. Recent work in Generalized Beam Theory and the constrained Finite Strip Method demonstrate that, at least when it comes to thin-walled members, significant advances in structural analysis are still possible and desirable. Design of cold-formed steel structures continues to see significant improvements and refinements. Recent efforts related to the Direct Strength Method of design are highlighted, including novel extensions from the member to the system level. Finally, similar to many other areas of structural engineering, seismic engineering has motivated notable advances in applications, analysis, and design. For cold-formed steel structures these advances are reviewed to demonstrate current progress and future directions in this important area.

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The paper addresses an experimental programme that is part of an ongoing investigation on the behaviour, strength and design of cold-formed steel lipped channel columns undergoing mode interaction involving local, distortional and global buckling. The 16 column specimens tested were selected to exhibit either (i) close local, distortional and critical buckling loads (PcrL ≍ PcrD ≍ PcrG) or (ii) PcrL ≍ PcrD (condition ensured via the cross-sectional dimensions) and PcrG up to around 20 % below or above that value (difference controlled via the column length). The test set-up, procedure and results are presented and discussed, and the failure load data obtained are used to explore the possibility of developing a design approach based on the direct strength method (DSM).

Steel beams with corrugated webs represent a relatively new structural system that has emerged in the past two decades. The thin corrugated web results in a significant weight reduction in these beams compared with hot-rolled or welded ones. In the initial solutions the flanges were made of flat plates welded to the sinusoidal web sheet, which required a specific welding technology. A new solution is proposed in this paper in which the beam is composed of a web of trapezoidal cold-formed steel sheet and flanges of built-up cold-formed steel members (e.g. back-to-back lipped channels or angles or hat omega). Self-drilling screws or spot welding are used for the connections between flanges and web. This paper summarizes the experimental and numerical investigations carried out at the CEMSIG Research Centre (http://cemsig.ct.upt.ro), “Politehnica” University of Timisoara, in order to evaluate and validate a new technological solution.

In [1] a unified method for the design of steel beam-columns is presented. The method has been checked for rolled steel beam-columns and extruded aluminium beam-columns. It is included in Eurocode 9 [19] for aluminium members and it is proposed to be included also in Eurocode 3 Part 1-3 [16] as well, but then it needs to be checked for typical cold-formed sections.
Cold-formed sections are usually un-symmetric and thin-walled, for instance channel sections or C-shaped sections (lipped channels). When used as compression members, local buckling causes a redistribution of the longitudinal stress which leads to a shift of the effective centroid. The shift causes overall bending and reduces the column strength when the member is compressed between pinned ends. In fixed-ended columns, however, the shift of the effective centroid is balanced by a shift of the applied force and bending is not introduced [6]. As a result, the strength of fixed-ended channel column exceeds that of a pin-ended column of the same effective length [7].
Using effective width for the flanges of channels e.g. according to EN 1993-1-5 [17] gives conservative result as the centroid of the effective section is too close to the web. The mixed effective width/effective thickness method for outstand elements given in Annex D of EN 1993-1-3 [16] is the basis in the following interpretations.

Cold-formed hollow sections are the dominant tubular construction material. The applicability of cold-formed tubes is sometimes questioned because of doubts about low-temperature ductility, deformation capacity of welded joints, suitability for welding in the cold-formed corner, poor fatigue behaviour of the corner or suitability for hot-dip galvanizing. It is also claimed that by choosing hot-finished tubes, such risks can be automatically avoided. This study confirms that appropriate tube manufacturing yields cold-formed EN 10219 tubes in grades S355J2H to S460MH with a performance equal to or better than hot-finished tubes. Properly made cold-formed high-strength tubes are available for fabricating efficient lightweight structures and can be safely used even at low temperatures without the aforementioned doubts.

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Vor 20 Jahren machte sich Christoph Schalk mit seiner Firma CoachNet in Würzburg selbstständig. Seitdem coacht er Führungskräfte, insbesondere Ingenieure, bei deren beruflicher und persönlicher Entwicklung und trainiert sie in so genannten Soft Skills. Dazu gehören Mitarbeiterführung, Konfliktlösungs- und Motivationsfähigkeit sowie der Umgang mit Krisen. Der UBB hat sich mit ihm unterhalten über Coaching, Training, Probleme und Lösungen.

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Der Bericht beleuchtet Ansätze, Strategien und Instrumente zur CO2-Reduktion in der gebauten Umwelt. Dabei wird hier die frühzeitige Einbindung der CO2-Thematik in der Leistungsphase 0 bzw. Projektkonzeption betrachtet, in der die Zielsetzung eines Projekts festgelegt wird. In dieser Phase können ausschlaggebende Leitlinien zur Reduktion grauer sowie Betriebsemissionen formuliert werden, die wesentlich die Ausschreibung und Umsetzung eines Projekts beeinflussen. Ebenso wird erläutert, wie im weiteren Fortschritt das Erreichen von CO2-Zielen unterstützt und auch gewährleistet werden kann. Dabei liegt der Fokus auf der Berechnung des globalen Erwärmungspotenzials (GWP) von Tragwerkskonstruktionen, da CO2 hier in besonderem Maße durch seine Baumasse relevant ist. Es wird diskutiert, in welcher Leistungsphase solche Berechnungen und Betrachtungen sinnvoll sind, um einen Beitrag zur CO2-Reduktion zu leisten. Anhand eines aktuell in der Erstellung befindlichen Bürogebäudes werden Tragwerkskonzepte in Bezug auf ihre Ökobilanz gegenübergestellt. Die Bauindustrie ist verantwortlich für ca. 40 % der globalen CO2-Emissionen. Als Ingenieur:innen haben wir die Verantwortung und Möglichkeiten, diesen Wert wesentlich zu beeinflussen. Buro Happold als interdisziplinäres Beratungs- und Planungsbüro kann dabei auf fachübergreifende Expertise zurückgreifen, die es erlaubt, Projekte von der ersten Idee bis zur Umsetzung zu begleiten. Somit kann ein möglichst großer positiver Einfluss hinsichtlich Nachhaltigkeit und CO2-Fußabdruck erzielt werden. Die Autorin und der Autor mit ihrem Hintergrund aus Tragwerksplanung und Nachhaltigkeitsberatung zeigen das Potenzial dieses integrierten Ansatzes auf.

CO2-Reduction in the built environment - from strategic guidelines until planning and implementation
The paper highlights approaches, strategies and instruments for CO2 reduction in the built environment. The authors examine the early integration of CO2 reduction aspects at stage 0 or at concept stage, during which the objective of a project is being determined. At this stage, decisive guidelines for the reduction of embodied and operational emissions can be formulated, which have a significant influence on the tendering process and implementation of a project. It is also explained how the achievement of CO2 targets can be supported and guaranteed throughout further stages. With CO2 being embodied in the construction mass, the particular focus is on the calculation of the Global Warming Potential (GWP) of load bearing structures. It is discussed at what stage such calculations and considerations are meaningful, in order to make a contribution to the CO2 reduction. Based on an office building currently under construction, structural concepts are compared regarding their life cycle assessment. The construction industry is responsible for about 40 % of global CO2 emissions. Engineers have the responsibility and possibilities to influence this value significantly. As an international, integrated engineering consultancy, Buro Happold can draw on interdisciplinary expertise that allows us to accompany projects from the initial idea to implementation. Thus, the greatest possible positive impact in terms of sustainability and carbon footprint can be achieved. The authors with their background in structural engineering and sustainability consulting demonstrate the potential of this integrated approach.

Bei der energietechnischen Sanierung von Wohngebäuden wird der Wärmeschutz durch die Dämmung von Bauteilen der Gebäudehülle deutlich erhöht. Die Erneuerung von Fenstern und die Dämmung von Außenwänden, Dachflächen oder obersten Geschoßdecken, Kellerdecken und die Entschärfung von Wärmebrücken gehören hier zum Standardprogramm. Auf der Seite der Anlagentechnik wird der in den meisten Fällen veraltete Heizkessel durch einen modernen Wärmeerzeuger mit hoher Effizienz ersetzt. Das Rohrleitungssystem, welches die Wärme verteilt und das Verbindungsglied zwischen Wärmeerzeuger und dem beheizten Gebäude bildet, wird in vielen Fällen unverändert beibehalten. Rohrleitungen, die im Gebäudebestand oftmals gar nicht oder nur unzureichend gedämmt sind, werden in vielen Fällen nicht nachträglich gedämmt und weisen hohe Wärmeverluste auf. Die Studie hat das Ziel, die Wärmeverluste von Rohrleitungen zu quantifizieren und das Kohlendioxid-Einsparpotenzial aufzuzeigen.

Die Reduzierung von Treibhausgasemissionen ist gegenwärtig eine der größten Herausforderungen für die Menschheit. Neue Daten zur Freisetzung und Fixierung von CO2 finden deshalb Eingang in Ökobilanzen und Umweltproduktdeklarationen (EPD) von Bauprodukten und betreffen gem. der gültigen DIN EN 15804:2020-03 nicht nur die Produktherstellung, sondern den gesamten Produktlebenszyklus. Bindemittelgebundene Baustoffe nehmen über dessen Verlauf CO2 wieder auf, das bei der Herstellung von Zement und Branntkalk freigesetzt wurde. Für Porenbeton und Kalksandstein kann diese Menge aus dem Rohstoffeinsatz errechnet werden. Die Reduzierung ist absolut und auf die eingesetzte Bindemittelmasse bezogen. Damit kann sie umfassend und ohne Einfluss des verwendeten Datenbanksystems der Hintergrunddaten in EPD Anwendung finden.

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Tunnel construction is not immune to the climate crisis - here too there is an urgent need to improve the carbon footprint. The production of concrete and consumption of cement cause climate-damaging CO2 emissions. A tunnel with a 10 m diameter, for example, generates around 10 t of CO2 per linear metre. The main priority is thus to reduce the amount of concrete and steel reinforcement used and to select low-carbon cements and binders, as well as employing single-shell construction methods suited to the requirements of the construction project. We need to consider practical approaches to reducing concrete volumes which go beyond structural requirements. CO2 reduction in tunnelling starts with the design and approval process, so financial incentives must be built into award criteria and construction contracts. This article aims to highlight ideas which in future will play an increasingly important role in the design of underground construction works than is currently the case. Although many well-established work practices and design details in underground construction are based on decades of experience and are bound by normative and contractual framework conditions, it is now time to re-examine the facts and consider new ideas that reflect the need to reduce CO2 in concrete construction.
Die Klimakrise macht auch nicht vor dem Tunnelbau halt, sondern fordert eine Verbesserung der CO2-Bilanz. Betonherstellung bzw. Zementverbrauch verursachen klimaschädliche CO2-Emissionen. So fallen zum Beispiel bei einem Tunnel mit 10 m Durchmesser durchschnittlich etwa 10 t CO2 je Laufmeter an. Im Fokus stehen daher sowohl die Reduktion von Betonkubaturen und Stahlbewehrung als auch die Verwendung von CO2-armen Zementen und Bindemitteln, sowie einschalige Bauweisen je nach Anforderungen an das Bauwerk. Praktische Arbeitsabläufe zur Verringerung von Betonmengen, die über das statisch Erforderliche hinausgehen, sind zu diskutieren. CO2-Reduktion im Tunnelbau beginnt zum einen mit Planung und Genehmigungsverfahren und braucht zum anderen Anreize einer monetären Bewertung in Vergabekriterien und Bauverträgen. In diesem Aufsatz sollen Denkanstöße aufgezeigt werden, die in Zukunft bei der Planung von Untertagebauwerken zunehmend eine größere Rolle als bisher einnehmen sollen. Auch wenn viele bislang etablierte Arbeitsschritte und Ausführungsdetails im Untertagebau auf jahrzehntelangen Erfahrungen beruhen als auch durch normative und vertragliche Randbedingungen gebunden sind, müssen im Hinblick auf die notwendige CO2-Reduktion im Betonbau in vielerlei Hinsicht neue Überlegungen angestellt und Gegebenheiten hinterfragt werden.

Tunnelling and underground construction is a material-intensive undertaking that involves the use of large quantities of concrete. Analyses of the life-cycle assessment of a new tunnel show that the carbon footprint is largely determined by cement and concrete consumption. Optimising the quantity used, composition and properties of this construction material is thus crucial to reducing ''grey'' emissions - CO2 emissions arising from the construction phase. While strength and durability requirements along with exposure classes are clearly set out in directives and tender specifications, CO2 emissions per cubic metre of concrete are not currently considered a relevant criterion when it comes to project design, award and implementation. And this, despite the fact that the current state of knowledge and research shows that substantially lower-carbon concretes could be used than is generally the case today. A paradigm shift is required to achieve the goal of carbon neutrality in the construction industry.
This paper shows how CO2 emissions per cubic metre of concrete can be declared and reduced in tunnel construction, and how concrete recipes can be formulated using climate-friendly materials, while maintaining the required strengths and durability properties. Using the design approaches outlined here, it is possible to increase clinker efficiency and reduce CO2 intensity without adversely affecting the structure and its functionality.
Der Tunnel- und Untertagebau ist ein materialintensives Unterfangen, bei dem große Betonmengen zum Einsatz kommen. Analysen der Umweltbilanz eines Tunnelneubaus zeigen, dass insbesondere der CO2-Fußabdruck maßgeblich vom Zement- bzw. Betonverbrauch abhängt. Zur Reduktion der sogenannten grauen Emissionen - der CO2-Emissionen, die während der Bauphase entstehen - ist die Optimierung der Einsatzmenge, der Zusammensetzung und der Eigenschaften dieses Baustoffs demnach von signifikanter Bedeutung. Während Festigkeit und Dauerhaftigkeitsanforderungen bzw. Expositionsklassen in Richtlinien und Ausschreibungen klar spezifiziert werden, stellen CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton derzeit kein planungs-, vergabe- oder ausführungsrelevantes Kriterium dar. Und das, obwohl nach Stand des Wissens und der Forschung bereist heute wesentlich CO2-ärmere Betone ausgeführt werden könnten als es in der Praxis i. d. R. der Fall ist. Um das Ziel der CO2-Neutralität im Bauwesen zu erreichen, sollte es hier zu einem Paradigmenwechsel kommen.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton für den Tunnelbau deklariert und reduziert werden können, wie Betonrezepturen mit klimafreundlichen Stoffen entworfen und wie dabei die erforderlichen Festigkeiten und Dauerhaftigkeitseigenschaften sichergestellt werden können. Mit den dargestellten Design-Ansätzen können die Klinkereffizienz gesteigert und CO2-Intensität gesenkt werden, ohne negativen Einfluss auf das Bauwerk und seine Funktionalität zu nehmen.

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