Die Simulation komplexer baukonstruktiver Details stellt hohe Anforderungen an numerische Lösungsverfahren. In dem Artikel wird sich auf das Alternating Direction Implicit (ADI)-Verfahren als Alternative zum klassischen Impliziten Euler-Verfahren konzentriert. Neben der direkten Anwendung wird eine Block-Variante eingeführt und mit zwei verschiedenen Lösungsstrategien kombiniert: als ADI-Zeitschrittverfahren und als ADI-Vorkonditionierer für ein Krylov-Unterraum-Verfahren innerhalb einer impliziten Euler-Zeitschrittintegration. Die numerischen Verfahren werden an zwei repräsentativen Beispielen getestet: der Trocknungsprozess einer Ziegelwand und ein Wärmebrückenproblem. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Anwendbarkeit der numerischen Methoden auf hochgradig nichtlineare Problemstellungen unter dem Einfluss unstetiger Materialeigenschaften.

Chances and challenges of using Alternating Direction Implicit (ADI) methods for heat and moisture transport simulation.
The simulation of complex details of building constructions imposes high demands on the numerical solution method. The article focuses on the Alternating Direction Implicit (ADI) method. We introduce the direct solution technique and a block variant of this method and combine it with different numerical strategies: an ADI time stepping procedure and an ADI preconditioned Krylov subspace method combined with an implicit Euler time integration. In order to check capability of the different numerical methods we design two representative examples: the drying of a brick wall and a thermal bridge simulation. The results give an indication about the applicability of the numerical methods to highly nonlinear problems combined with discontinuous material properties.

Der Anspruch an die akustische Qualität eines Raumes nimmt immer mehr an Bedeutung zu. Dadurch nimmt auch die Zahl der Messungen der Nachhallzeiten in Räumen, für die Anforderungen nach DIN 18041 [1] gestellt oder Maßnahmen empfohlen werden, zu. Oft sind schon vor der Möblierung die Nachhallzeiten messtechnisch zu prüfen und mit den Anforderungen zu vergleichen oder aus Nachhallzeitmessungen zu ermitteln, ob der Empfehlung an die mit Schallabsorbern zu bekleidende Raumbegrenzungsfläche entsprochen wird. Je nach Anordnung der Schallabsorber werden diese im leeren Raum nicht ausreichend “angeregt“, um entsprechend schallabsorbierend zu wirken. Insbesondere in großen Räumen, wie z. B. Sporthallen, in denen oft die schallabsorbierenden Maßnahmen an den Decken angebracht werden, tritt dieser “Effekt“ auf. Zusätzlich für die Nachhallzeitmessungen in den leeren Raum eingebrachte Streukörper führen zu einer Verringerung der Nachhallzeit und sind geeignet, den Nutzungszustand besser abzubilden. Bei Räumen, bei denen Empfehlungen an die mit Schallabsorbern zu bekleidende Raumbegrenzungsfläche gestellt werden, erfordert die messtechnische Überprüfung mit Hilfe von Nachhallzeitmessungen diffuse Schallfeldbedingungen. Anhand von Messbeispielen in Sporthallen und Büroräumen werden die Auswirkungen von Streukörpern aufgezeigt.

Measuring reverberation times in large and/or empty rooms.
The demands for good room acoustics are increasing all the time. This also means that more reverberation time measurements have to be carried out in rooms that are subject to DIN 18041 requirements. Often, these measurements have to be carried out before the furniture arrives, e.g. in offices and classrooms, and the results have to be compared with the requirements. Depending on the arrangement and layout of sound absorption devices it is possible that these are not sufficiently “excited” in empty rooms and therefore fail to have the intended effect. This effect occurs particularly in large rooms, such as sports halls, in which the sound absorption devices are fitted to the ceilings. In these situations it is necessary to use diffusers. The effect of diffusers is illustrated using examples of measurements in sports halls and offices.

Basierend auf Reihen- und Einzelmessungen zur Bestimmung des bewerteten Schalldämm-Maßes und der Norm-Flankenpegeldifferenz in horizontaler und vertikaler Übertragungsrichtung von Fassaden werden Auswirkungen des Meßverfahrens und konstruktiver Fassadendetails auf das Meßergebnis aufgezeigt. Bei der Messung des bewerteten Schalldämm-Maßes von Fassadenkonstruktionen besteht grundsätzlich die Möglichkeit der Anwendung von DIN EN SO140-3 in einem Wandprüfstand oder des In-situ-Verfahrens nach DIN ENISO140-5 in einem Fassadenprüfstand zur Ermittlung der Schall-Längsdämmung. Da die beiden Meßverfahren für die gleiche Fassadenkonstruktion systematisch deutlich differierende Meßergebnisse produzieren, wird neben dem formalen Aspekt der Übertragbarkeit der beiden Meßverfahren auf die Einbausituation der Fassade im Bauvorhaben eingegangen. Der Einfluß konstruktiver Ausführungsdetails auf das ermittelte bewertete Schalldämm-Maß und/oder die ermittelte Norm-Flankenpegeldifferenz werden aufgrund von Variantenuntersuchungen unterschiedlicher Fassaden aufgezeigt. Hierzu zählen z. B. Größe, Art und Anordnung der Verglasung, Ausführung von Fassadenpfosten und -riegeln sowie Ausbildung des Fassaden-Anschlußelementes als Einzelelement zur Bestimmung der Norm-Flankenpegeldifferenz einer Fassadenkonstruktion.

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Moderne Fenster werden hinsichtlich ihrer Heizenergieeinsparung mit einem transparenten Wärmedämmverbundsystem verglichen. Beispielrechnungen für Wohnungsgebäude unterschiedlichen Dämmstandards wurden mit einer einfachen stationären Methode wie auch mittels dynamischer Gebäudesimulation durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, daß das transparente Wärmedämm-Verbundsystem im Vergleich zu hochwertigen Verglasungen mit marktüblichem Holzrahmen für alle berücksichtigten Baustandards zu höherer Heizenergieeinsparung führt. Die Ergänzung von Fensterflächen mit transparent gedämmten Teilen der Fassade kann folglich zu beachtlichen Einsparungen des Heizwärmebedarfs im Wohnungsbau führen.

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Die Mikrowellentechnik eignet sich prinzipiell zur Bestimmung der Feuchte in verschiedenen Materialien. Zur zerstörungsfreien Prüfung im Bereich des Bauwesens an Bauwerksteilen oder Baustoffproben betreffen Frage- oder Aufgabenstellungen die Bestimmung des Feuchtegehalts oder die Verfolgung zeitlicher Vorgänge bei der Wanderung von Feuchte. Um die Eignung von Mikrowellenverfahren für die zuletzt genannte Aufgabe festzustellen, wurden Untersuchungen an plattenförmigen Zementmörtelproben und an Ziegeln ausgeführt. Im X-Band bei 10 GHz wurden sowohl die Transmission durch die Proben als auch die Reflexion gemessen. Im Versuchsablauf wurde dabei zeitweilig in einem begrenzten Bereich einer Probe Wasser zugeführt. Die örtliche Verteilung der Feuchte ließsich durch linienfömige Abtastungen der Proben registrieren. An Hand von aufgezeichneten Kurvenverläufen wurden die bei den Messungen wirksamen Einflußgrößen vorgestellt.

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Deckensysteme sind aufgrund ihres Materialvolumens eine der größten Herausforderungen im Geschossbau auf dem Weg zu klimaschonendem Bauen. Hier erweist sich die traditionelle gemauerte Kappendecke als robuste leistungsfähige Alternative mit Innovationspotenzial. Im Vergleich zu weitverbreiteten Stahlbetonflachdecken erfordert ihre Herstellung nur 50 % der grauen Energie. Zu weiteren Untersuchung ihres Anwendungspotenzials wurden sechs Deckensysteme für eine Büro- oder Schulnutzung vergleichend untersucht. Für diese Konstruktionen wurden auf Basis einer Vordimensionierung detaillierte Lebenszyklusanalysen (LCA) durchgeführt. Während die Stahlbetonflachdecke ein Global Warming Potential (GWP) von 136 kgCO2e/m2 hat, erreicht die Kappendecke im günstigsten Fall einen Wert von nur 64 kgCO2e/m2. Neben der Bewertung des Energieeinsatzes in der Herstellung werden sowohl auf Material- als auch auf Konstruktionsseite die Prinzipien der Circular Economy angewendet. Im Rahmen von Praxisexperimenten wurden an der historischen Konstruktion drei Transformationen vorgenommen: So entsteht durch die Substitution der Stahlträger im System durch Holz ein neuartiges Holz-Mauerwerk-Hybridsystem. Mithilfe digitaler Fertigungswerkzeuge wird eine wirtschaftliche und zeitgemäße Herstellungsweise aufgezeigt. Durch die Optimierung der verwendeten Ziegelsteine wird die Rohdecke um akustische Eigenschaften multifunktional angereichert.

Kappe+ - evaluation of a traditional construction method as to its performance in today's context
Due to their material volume, ceiling systems are one of the biggest challenges in mulit-storey construction on the way to climate-friendly building. Here, the traditional masonry cap ceiling proves to be a robust, efficient alternative with innovation potential. Compared to widely used reinforced concrete flat slabs, their production requires only 50 % of the grey energy. To further investigate their application potential, six ceiling systems for office or school use were comparatively examined. Detailed life cycle assessments (LCA) were carried out for these constructions based on pre-dimensioning. While the reinforced concrete flat ceiling has a Global Warming Potential (GWP) of 136 kgCO2e/m2, the vault ceiling achieves a value of only 64 kgCO2e/m2 in the most favourable case. In addition to assessing the energy input in manufacturing, principles of a circular economy are applied on both the material and construction side. Within a framework of practical experiments, three transformations were carried out on the historical construction: by substituting the steel girders in the system with timber, a new type of timber-masonry hybrid system is created; with the help of digital manufacturing tools, an economical and contemporary production method is demonstrated; by optimising the bricks used, the raw ceiling is enriched with multifunctional acoustic properties.

Zuschrift zum Beitrag “Untersuchungen zur Zementfiltration während der Herstellung von Verpressankern in nicht-bindigen Böden” von Dr. Xenia Domes und Prof. Dr.-Ing. Thomas Benz (Bautechnik 92 (2015), Heft 9, S. 605) und Stellungnahme der Autoren.

• Brandschutz und WDVS
• Friedrich-Wilhelm Preis 2009 für Sylvia Kürten
• Regeln für Herstellung und Einbau von Brettschichtholz
• Qualitätsgemeinschaft Holzbrückenbau gegründet
• Preise des Deutschen Stahlbaus 2010 ausgelobt
• ECEC wählt Hans-Ullrich Kammeyer zum Vizepräsidenten
• Arbeitsgemeinschaft Recycling gegründet
• Forensische Verfahren in der Altlastenbearbeitung
• Berufsbegleitender Fernstudienkurs “Europäisches Umweltrecht”

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Es wird über Versuche an Werk-Frischmörteln bei Kalksandstein mauerwerk berichtet. Wegen des starken Saugvermögens des Kalksandsteins besteht die Gefahr, daß das Mauerwerk nicht die geforderte Sicherheitsbeiwerte für die Druckspannungen erreicht.

Während des Tagesverlaufs können an Aussenfassaden Temperaturunterschiede von bis zu 70 °K auftreten, die aufgrund der Lagerung und bei mehrschichtigen Platten zu Zwangsbeanspruchungen im Werkstoff der Fassadenkonstruktion führen. Diese Zwänge können meist nur durch Risse abgebaut werden. Die Arbeit gibt Empfehlungen um Schäden an der Fassade möglichst gering zu halten.

Bei dem kollabierenden Abbruch von turmartigen Bauwerken wie Schornsteinen, Kühltürmen oder Fernmeldetürmen abseits der “grünen Wiese”, also im Baubestand, sind für das Umfeld kritische temporäre Bauzustände zu untersuchen, die sich mit einer normgerechten Analyse nicht im Detail abbilden lassen. Zur fachgerechten, sicheren und kosteneffizienten Planung und Durchführung solcher Abbrüche ist es erforderlich, diese Zustände zu identifizieren, um u. a. auch Risiken abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine Serie von modernen numerischen Methoden vorgestellt, mit der Abbruchzustände an diesen Bauwerken ganzheitlich beschrieben werden können: von der nichtlinearen Abbruchstatik über die Einsturzsimulation mit Finiten Elementen und diskreten Partikeln bis zur Schwingungssimulation. Hierbei liegt die Innovation in der Verknüpfung der Methoden zur Erlangung einer zuverlässigen Erschütterungsprognose für Abbruchprojekte. Damit können Schäden an der Infrastruktur vermieden und ein wirtschaftlicher Abbruch durch kontrollierten Kollaps oder Sprengung ermöglicht werden. An zwei konkreten Praxisbeispielen, einer Schornsteinsprengung und einem Kühlturmabbruch per kontrolliertem Kollaps, werden die Funktion und Interaktion der Simulationen erläutert.

Integrated simulation of tower demolition
The demolition of tall structures located in urban areas, such as chimneys, cooling towers or telecommunications towers can lead to the critical construction states. These conditions cannot be analyzed in detail using code oriented analysis. To plan and conduct these kinds of demolitions professionally, safely, and cost-effectively, it is necessary to know these states to assess the corresponding risks. We describe a series of modern numerical methods with which the demolition of these structures can be described holistically: from non-linear demolition statics, to collapse simulation with finite element and discrete particle, to vibration simulation. In doing so, a combination of this innovative method and other procedures is applied to obtain a reliable prediction of vibrations in demolition projects. In this way, infrastructure damages can be avoided and a cost-efficient demolition by means of collapse or explosion will be possible. The function and interaction of the simulations are explained using two concrete practical examples: explosive demolition of a chimney and controlled collapse of a cooling tower.

Im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs GRK 2250/1 “Impaktsicherheit von Baukonstruktionen durch mineralisch gebundene Komposite” werden neuartige Verstärkungsmaterialien mit unterschiedlichen Faserbewehrungen entwickelt, die die Widerstandsfähigkeit bestehender Konstruktionen gegen kurzzeitdynamische Belastungen deutlich erhöhen sollen. Des Weiteren werden adäquate Prüfkonzepte und Messverfahren für eine grundlegende Charakterisierung und Beschreibung des dehnratenabhängigen Materialverhaltens geschaffen. Die experimentell erzielten Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für die Formulierung numerischer Modelle zur Simulation von impaktbeanspruchten Kompositen sowie von verstärkten Betonstrukturen mit Kopplung unterschiedlicher Raum- und Zeitskalen dar. Schließlich werden im Rahmen des Projekts Methoden für die Analyse und Bewertung der Nachhaltigkeit und Resilienz von Verstärkungsmaßnahmen mit neuen Verbundwerkstoffen erarbeitet.

Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: material level investigations
The Research Training Group GRK 2250/1 “Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety” aims at the development of novel strengthening materials with various types of fiber reinforcement for enhancing the impact resistance of the critical infrastructure. Adequate testing methods and evaluation protocols are developed for a fundamental material characterization including the rate effects. The experimental results form an important basis for formulating numerical models for simulations of the composites, strengthening layers and concrete elements by linking different space and time scales. Finally, methods for evaluating the sustainability and resilience of the developed strengthening solutions and materials are developed.

Thema des vorliegenden Artikels ist die Untersuchung von Versagensvorgängen an Verbundankern. Um die Tragfähigkeit von Verbundankern optimieren zu können, ist das Verständnis dieser Versagensvorgänge notwendig. In einzelnen Versuchen wurden Bestrebungen unternommen, die Versagensvorgänge von Verbundankern untersuchbar zu machen. Bisher ist der tatsächliche, lastabhängige Verlauf der Versagensvorgänge bei Verbundankern, insbesondere bei kombiniertem Versagen, noch nicht vollständig geklärt. Ziel des vorliegenden Beitrags ist die experimentelle Untersuchung von Versagensvorgängen an einem Verbundanker bei steigender Zuglast. Da die kontinuierliche Analyse der realen Versagensvorgänge mit bisherigen Methoden nicht möglich ist, wird ein In-Situ-Versuchsmodell vorgestellt. Ergebnis der Untersuchung ist die lastabhängige Analyse der Versagensvorgänge von zwölf Verbundankern mit Vinylestermörtel. Die Analysen der Versagensvorgänge zeigen, dass 30 % der entstandenen Risse in den unteren 10 % der eingemörtelten Gewindestange entstehen. Die Rissentstehung beginnt dabei bereits bei 35 % der Auszugskraft und findet an den Zuschlagstoffen im Beton statt. Die entstehenden Risse wachsen bei weiterer Laststeigerung zu den Gewindeflanken des Verbundankers. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse können die Auslegung von Verbundankern verbessern.

Experimental investigation of failure processes on chemical anchors with an in situ-test model
Topic of this present work is the analysis of failure processes of chemical anchors. This is relevant as it is the only way to optimize the sustainability of chemical anchors by understanding its failure processes. In previous experiments several attempts were made to make the failure processes of chemical anchors investigable. The real load-dependent course of the failure processes, especially at combined failure, of chemical anchors has not been fully clarified. The aim of this contribution is the experimental investigation of the failure processes of chemical anchors under increasing tensile load. Since the continuous analysis of the real failure processes was not possible with previous methods a new experimental in situ-model will be introduced. Result of this investigation is the load dependent analysis of the failure processes of twelve chemical anchors with vinylester mortar. The achieved results allow the conclusion that 30 % of the occurred cracks emerged in the lower 10 % of the bonded part of the threaded rod. The crack initiation occurs at the aggregate of the concrete already at 35 % of the pull-out force. The occurring cracks then grow further to the thread flanks of the chemical anchor with increasing load. The gained knowledge of this investigation can be used for improving the calculation of chemical anchors.