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Titelbild: Bautechnik 1/2022Bautechnik1/2022Titelbild

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Zum Titelbild:
Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, denen wir uns in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Mit einem Anteil von knapp 40 % trägt die Bauwirtschaft einen maßgeblichen Anteil an den anthropogenen Treibhausgasemissionen. Die immer intensivere Nutzung unserer Lebensräume und der Verbrauch natürlicher Ressourcen sind weitere gesamtgesellschaftliche Aufgaben für den zukünftigen Erhalt unseres Planeten. Die Dekarbonisierung der Bauindustrie ist hierbei ein wesentlicher Faktor. Doch auch mit klugen Konzepten können Architekten und Fachplaner wichtige Beiträge zu einem nachhaltigen Bausektor leisten. Die Reduzierung energieintensiver Baustoffe, die Vereinfachung von Gebäuden in Richtung Lowtech-Architektur und die Wertschätzung von Bestandsbauten als Materialbanken sind dabei wesentliche Grundprinzipien einer neuen und zwingend erforderlichen Planungskultur. Mehr dazu im Beitrag von Ulrike Elbers: “Ressourcenschonendes Bauen”. Das Bild zeigt “1 Triton Square” - eine nachhaltige Sanierung und Erweiterung der Firmenzentrale von British Land.
Quelle: Simon Kennedy

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Bautechnik: Jahresinhaltsverzeichnis des 98. Jahrgangs 2021Bautechnik1/2022Jahresinhaltsverzeichnis

Kurzfassung

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Inhalt: Bautechnik 1/2022Bautechnik1/2022Inhalt

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Hochuli, Antonina; Trouillet, Jean-Georges; Brühwiler, Eugen; Schulz, Olaf; Hoffmann, MichaelErneuerung einer festen Fahrbahn der Bahn unter Verwendung von UHFB - weltweit erstmaliger Einsatz von UHFB im Gleisbau - Teil 1: Bericht über Technologie, Wirtschaftlichkeit und BaumanagementBautechnik1/20221-9Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Der erste Teil dieses Aufsatzes berichtet über die Planungsarbeiten in früheren Projektphasen und die Bauvorgänge während der Ausführung. Es werden außerdem die Hintergründe erläutert, die zur Anwendung von UHFB geführt haben, und die Ergebnisse der erfolgreichen Anwendung dieses Baustoffs für feste Fahrbahnen der Eisenbahn sowie das weitere Optimierungspotenzial aufgezeigt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 1
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

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Hochuli, Antonina; Trouillet, Jean-Georges; Brühwiler, Eugen; Schulz, Olaf; Hoffmann, MichaelErneuerung einer festen Fahrbahn der Bahn unter Verwendung von UHFB - weltweit erstmaliger Einsatz von UHFB im Gleisbau - Teil 2: Übersicht der statischen Nachweise, Dimensionierung der hochleistungsfähigen Schwellensockel aus UHFBBautechnik1/202210-17Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. In diesem Teil wird das Vorgehen bei der Bemessung der Sockel aus UHFB erläutert. Die einzelnen Punkte der Dimensionierung der Sockel aus traditionellem Beton C50/60 werden ebenfalls erwähnt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 2
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

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Abrahamczyk, Lars; Penava, Davorin; Marku i , Snjezana; Stanko, Davor; Hasan, Peshawa Luqman; Haweyou, Melad; Schwarz, JochenDie Magnitude 6,4 - Erdbeben in Albanien und Kroatien - Ingenieuranalyse der Erdbebenschäden und Erfahrungswerte für die BaunormungBautechnik1/202218-30Aufsätze

Kurzfassung

In 2019 und 2020 wurde die Balkanregion von zwei Erdbeben der Stärke MW = 6,4 heimgesucht. Am 26. November 2019 erschütterte ein Erdbeben den Nordwesten Albaniens. Es war das stärkste Erdbeben seit mehr als 40 Jahren. Städte wie Thumanë, Tirana und Durrës erlitten Schäden, wobei Durrës mit mehreren eingestürzten Gebäuden am stärksten betroffen war. Die Region Sisak-Moslavina in Kroatien, etwa 50 km südlich von Zagreb, wurde am 29. Dezember 2020 erschüttert. Auch hier war es das stärkste Erdbeben seit dem Pokupsko-Erdbeben vom 8. Oktober 1909 und das größte Erdbeben in der Region seit 140 Jahren. Es verursachte umfangreiche Schäden in den Städten Petrinja, Glina und Sisak sowie in zahlreichen benachbarten Kleinstädten und kleinen Siedlungen der Region. Die Schüttereffekte und Gebäudeschäden beider Erdbeben konnten im Rahmen von Feldeinsätzen untersucht und dokumentiert werden. In Durrës (Albanien) verursachte das Erdbeben erhebliche Schäden an Stahlbetonskelettbauten mit Ausfachungswänden. Schäden infolge des Erdbebens in Kroatien konzentrieren sich hingegen auf ältere und moderne Gebäude aus unbewehrtem Mauerwerk. Der Beitrag gibt einen Überblick über die erdbebeninduzierten Schäden in verschiedenen Gebäudetypen und deren Variationen. Die Ursachen der Schäden sowie die Konsequenzen für die schnelle Reaktion auf ein Erdbeben werden in engem Zusammenhang mit der Normung in moderat erdbebengefährdeten Gebieten in Europa diskutiert.

The Magnitude 6.4 - earthquakes in Albania and Croatia - engineering analysis of earthquake damage and lessons for standardization in Europe
In 2019 and 2020, the Balkan region was hit by two earthquakes of magnitude MW = 6.4. On November 26, 2019, an earthquake struck Northwestern Albania. It was the strongest to hit Albania in more than 40 years. Cities such as Thumanë, Tirana, and Durrës suffered damage, but Durrës was the hardest hit with several building collapsed. On December 29, 2020, an earthquake occurred in the Sisak-Moslavina county of Croatia, located approximately 50 km south of Zagreb. Comparable to Albania, it was the strongest to hit in the Pokupsko-Petrinja seismic zone since the October 8, 1909 Pokupsko earthquake and the largest earthquake in the region in 140 years. It caused extensive damage in the cities of Petrinja, Glina, and Sisak as well as in numerous neighboring small towns and small settlements in the region. The shaking effects and building damage of both earthquakes could be investigated and documented during field operations. In Durrës (Albania), the most affected buildings by the earthquake damage were reinforced concrete (RC) frame buildings with infill walls. Whereas, the Croatia earthquake caused major damage on the older and modern unreinforced masonry buildings. The paper provides an overview of the earthquake-induced damage in different types of buildings and their variations. The causes of the damage as well as the consequences for rapid response to earthquake are discussed in close relation to the standardization in low to moderate seismic regions in Europe.

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Helm, Lukas; Sadegh-Azar, Hamid; Jahnel, Lars; Jandrey, HaukeInnovativer Einsatz von Ringfedern in der ErdbebenauslegungBautechnik1/202231-40Aufsätze

Kurzfassung

Ringfedern finden im Erdbebeningenieurwesen kaum Anwendung und sind nur wenig erforscht. Dabei bieten sie eine Reihe von Vorteilen: sie sind äußerst robust, hitzebeständig, langlebig und wartungsarm. Ihr Verhalten ist superelastisch, wobei die Feder trotz großer plastischer Verformungen und hoher Energiedissipation immer wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Ein mit Ringfedern ausgestattetes System kann ein Erdbeben ohne große plastische Verformungen und Schäden überstehen und liefert somit einen maßgeblichen Beitrag zum Investitionsschutz (Wirtschaftlichkeit) und zum nachhaltigen Einsatz von knappen Materialien und Ressourcen. Die Dämpfer selbst bleiben dabei ebenfalls schadensfrei und müssen nicht ausgetauscht werden. In diesem Aufsatz wird ein neuartiger Einsatz von Ringfedern zur Erhöhung der Erdbebensicherheit und zur Schwingungsreduktion von Strukturen untersucht. Hierbei werden die klassischen Aussteifungselemente durch Ringfedern ersetzt. Um die praktische Anwendung im Erdbebeningenieurwesen zu ermöglichen und die Effizienz im Vergleich zu anderen Systemen zu bewerten, werden nichtlineare dynamische Simulationen durchgeführt, wobei die klassischen schwingungstechnischen Eigenschaften der Feder analytisch und numerisch quantifiziert werden. Abschließend wird die praktische Anwendung von Ringfedern zur Schwingungsreduktion und zur Optimierung der Erdbebenauslegung eines Hochhauses anhand eines Praxisbeispiels demonstriert.

Innovative application of ring springs for seismic design
Ring springs are hardly used in earthquake engineering and have been little investigated. Though they offer several benefits: they are extremely robust, heat-resistant, durable and low-maintenance. Their behavior is superelastic, whereby the spring always returns to its initial state despite large plastic deformations and high energy dissipation. A system equipped with ring springs can withstand an earthquake without major plastic deformation and damage, thus makes a significant contribution to investment protection (economic efficiency) and the sustainable use of scarce materials and resources. The dampers themselves also remain damage-free and do not need to be replaced. In this paper, a novel use of ring springs to increase earthquake resistance and reduce vibration of structures is investigated. Here, the classical bracing elements are replaced by ring springs. To enable practical application in earthquake engineering and to evaluate the efficiency in comparison to other systems, nonlinear dynamic simulations are performed, quantifying the classical vibrational properties of the spring analytically and numerically. Finally, the practical application of ring springs for reducing vibrations and optimizing the seismic design of a high-rise building is demonstrated by means of a practical example.

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Weidner, Stefanie; Bechmann, Roland; Sobek, WernerRessourcenminimierung im urbanen KontextBautechnik1/202241-49Aufsätze

Kurzfassung

Innerhalb der Systemgrenze Erde sind die vom Menschen nutzbaren Ressourcen faktisch begrenzt. Dennoch steigt der Verbrauch natürlicher Ressourcen durch ein anhaltendes Wachstum der Weltbevölkerung und einen Anstieg des Wohlstands in vielen Regionen jährlich weiter an. Die gebaute Umwelt (v. a. in Form von Städten und urbanen Strukturen) gehört zu den Haupttreibern des Ressourcenverbrauchs. In der hier vorgestellten Studie wird in einer phänomenologischen Untersuchung die Auswirkung bestimmter Parameter auf den Ressourcenverbrauch von typischen Wohnbauten analysiert. Darin werden das klassische Einfamilienhaus, vier- und sechsgeschossige Mehrfamilienhäuser und 20- bzw. 40-geschossige Wohnhochhäuser quantifiziert und in drei unterschiedlichen urbanen Dichten in einem städtischen Kontext betrachtet. Darauf aufbauend zeigt eine Fallstudie Optimierungspotenzial für Hochhäuser auf, die sich unter bestimmten Umständen als eine nachhaltige Gebäudetypologie erweisen können.

Minimal resource consumption in the urban context
Within the earth's boundaries, global resources are limited. However, a continuing growth of global population and an accompanying increase of wealth, causes an annual increase of resource consumption. The built environment, especially urban structures are the main drivers for resource consumption. In phenomenological investigation, the study, summarized here, analyses the impacts of certain parameters of typical urban residential buildings on resource consumption. Herein, the classic single-family house, four- and six-storey apartment buildings and 20- and 40-storey high-rise residential buildings are quantified and put in relation in three different urban densities. In conclusion, a case study shows the optimisation potential of high-rise buildings that can become a sustainable building typology under certain circumstances.

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Schadow, ThomasRessourcenschonung im Bauwesen - Aspekte aus der PlanungspraxisBautechnik1/202250-56Berichte

Kurzfassung

Die Errichtung von Gebäuden und Bauwerken ist immer mit dem Einsatz von natürlichen Ressourcen und mit Emissionen verbunden. Als Planer im Hoch-, Industrie-, Ingenieur- und Wasserbau berichtet der Verfasser beispielhaft aus den unterschiedlichen Bereichen der Praxis und beschreibt aktuelle und zukünftige Beiträge und Handlungsfelder zur Ressourcenschonung im Bauwesen. Schwerpunkte sind dabei statisch-konstruktive Aspekte aus dem Hoch- und Ingenieurbau, ohne die ganzheitliche Betrachtung aller Dimensionen der Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes oder Bauwerks zu vernachlässigen.

Resource conservation in construction - aspects from planning practice
The construction of buildings and structures of the infrastructure is always associated with the use of natural resources and with emissions. As planner in structural, industrial, civil and water engineering the author reports exemplarie from the different areas of practice and describes current and future contributions and fields of action to conserve resources in construction. The focus is on structural aspects from structural and civil engineering without neglecting the holistic consideration of all dimensions of sustainability over the entire life cycle of a building or structure.

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Elbers, UlrikeRessourcenschonendes Bauen - Wege und Strategien der TragwerksplanungBautechnik1/202257-64Berichte

Kurzfassung

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, denen wir uns in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Mit einem Anteil von knapp 40 % trägt die Bauwirtschaft einen maßgeblichen Anteil an den anthropogenen Treibhausgasemissionen. Die immer intensivere Nutzung unserer Lebensräume und der Verbrauch natürlicher Ressourcen sind weitere gesamtgesellschaftliche Aufgaben für den zukünftigen Erhalt unseres Planeten. Die Dekarbonisierung der Bauindustrie ist hierbei ein wesentlicher Faktor. Doch auch mit klugen Konzepten können Architekten und Fachplaner wichtige Beiträge für einen nachhaltigen Bausektor leisten. Die Reduzierung energieintensiver Baustoffe, die Vereinfachung von Gebäuden in Richtung Lowtech-Architektur und die Wertschätzung von Bestandsbauten als Materialbanken sind dabei wesentliche Grundprinzipien einer neuen und zwingend erforderlichen Planungskultur. Die Überführung von der linearen in die zirkuläre Kreislaufwirtschaft wird sich auch im Bauwesen durchsetzen müssen, das reine Downcyclen von Materialien wird nicht ausreichen, um den Ressourcenverbrauch und die Treibhausgasemissionen zu eliminieren. Architekten und Fachplaner können in einer Vorreiterrolle mit Kreativität und Haltung maßgebende Impulse setzen und durch ihre Profession Bauherrn in ihrem Mut und ihrer Bereitschaft überzeugen, eine nachhaltige Planung umzusetzen. Die Politik ist aufgefordert, durch wirtschaftliche Anreize und Förderprogramme nachhaltige Planung zu belohnen. Normen und Bauordnungen müssen vereinfacht werden, um Wege für mehr Nachhaltigkeit zu ebnen und die Umsetzung von überzeugenden Lösungen nicht zu blockieren. Die großen klimapolitischen Ziele und Errungenschaften sind ebenso wichtig wie das Aufzeigen von Erfolgen auf Projektebene. Dazu brauchen wir einen uneigennützigen Wissensaustausch und eine kulturelle Debatte zwischen allen am Bau Beteiligten, um neue Maßstäbe im Bausektor zu setzen und Erfolge wie Misserfolge transparent zu machen.

Sustainable construction - pathways and implementation strategies in structures
Climate change is one of the biggest challenges we will have to face in the coming decades. With a share of almost 40 %, the construction industry accounts for a significant share of anthropogenic greenhouse gas emissions. The increasingly intensive use of our habitats and the consumption of natural resources are further social tasks for the future preservation of our planet. The decarbonisation of the construction industry is a key factor. But even with sound concepts, architects and specialist planners can make important contributions to a sustainable construction sector. The reduction of energy-intensive building materials, the simplification of buildings in the direction of low-tech architecture and the appreciation of existing buildings as material banks are essential basic principles of a new and absolutely necessary planning culture. The transfer from the linear to the circular economy will also have to prevail in the construction industry, the pure downcycle of materials will not be sufficient to eliminate resource consumption and greenhouse gas emissions. Architects, structural engineers, and specialists can set decisive impulses in a pioneering role with creativity and attitude and convince builders in their courage and willingness to implement sustainable planning through their profession. Politicians are called upon to reward sustainable planning through economic incentives and funding programs. Standards and building codes must be simplified in order to pave the way for more sustainability and not to block the implementation of convincing solutions. The major climate policy goals and achievements are just as important as the identification of successes at project level. To this end, we need an altruistic exchange of knowledge and a cultural debate between all those involved in construction in order to set new standards in the construction sector and to make successes and failures transparent.

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Czepuck, KnutBefestigung von Leitungsanlagen über abgehängten Decken - bauordnungsrechtlicher RahmenBautechnik1/202265-70Berichte

Kurzfassung

Für die Errichtung von Leitungsanlagen über abgehängten Decken sind die bauordnungsrechtlichen Anforderungen des jeweiligen Landesrechts einzuhalten und zu beachten. In diesem Beitrag wird anhand der Mustervorschriften - also der Musterbauordnung und der Muster-Sonderbauvorschriften, der Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen und der Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie - ein Einblick in die relevanten Texte, deren Bedeutung und Zusammenhänge für die Anwender gegeben. Die genannten Muster werden in den Ländern in Landesrecht umgesetzt, ggf. mit geringfügigen Änderungen. Neben diesen genannten Rechtsvorschriften und Regeln dürfen auch die allgemein anerkannten Regeln der Technik - oder wie es in der bayerischen Bauordnung heißt “der Baukunst” - nicht vergessen werden. Für die Beurteilung in einzelnen Bauvorhaben - also für Einzelfallbetrachtungen - sind Hinweise für die Gemengelage der Pflichten der am Bau Beteiligten aufgenommen. Ebenfalls werden die bautechnischen Nachweise und die Nachweisführung für Bauprodukte und Bauteile im Überblick kursorisch dargestellt.

Fastening of line systems via suspended Ceilings - building regulations framework
For the construction of pipeline systems above suspended ceilings, the building regulations requirements of the respective state law must be observed and observed. This article provides an insight into the relevant texts, their meaning and context for users based on the model regulations - i. e. the model building regulations and the model special building regulations, the model administrative regulation for technical building regulations and the model line system directive. The named models are implemented in the federal states in federal state law, if necessary with minor changes. In addition to these legal provisions and rules, the generally recognized rules of technology - or, as it is called in the Bavarian building code, “architecture” - must not be forgotten. For the assessment of individual construction projects - also for individual considerations - notes are included for the mixed situation of the obligations of those involved in the construction. In addition, the structural engineering verifications and the verification for building products and components are presented in a cursory overview.

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Reichel, SusanneBefestigungssysteme für die technische Gebäudeausrüstung im Brandfall - Stand der TechnikBautechnik1/202271-77Berichte

Kurzfassung

Im Rahmen des vorliegenden Beitrags wird der Stand der Technik bez. der Charakterisierung der Leistungseigenschaften von Befestigungssystemen für die technische Gebäudeausstattung im Brandfall beschrieben. Neben originalmaßstäblichen Brandversuchen und Berechnungen gem. DIN EN 1993-1-2 wird eine modulare und hybride Herangehensweise vorgestellt, die im Europäischen Anwendungsdokument EAD 280016-01-0602 verankert ist. Die getrennte Analyse der Einzelkomponenten erlaubt eine differenzierte Betrachtung der relevanten Eigenschaften und zielführenden Untersuchungsmethoden. Zudem können unter Nutzung der Ergebnisse beliebige Ausführungsvarianten hinsichtlich ihres Trag- und Verformungsverhaltens beschrieben werden. Im Vergleich zu bisherigen Methoden ist folglich ein Zuwachs sowohl an Effizienz als auch an Wirtschaftlichkeit zu verzeichnen.

Fastening systems for technical building equipment in case of fire - state of the art
This paper describes the state of the art regarding the characterization of the performance properties of fastening systems for technical building equipment in case of fire. In addition to full-scale fire tests and calculations according to DIN EN 1993-1-2, a modular and hybrid approach is described, which is anchored in the European Assessment Document EAD 280016-01-0602. The separate analysis of the individual components allows a differentiated consideration of the relevant properties and target-oriented investigation methods. In addition, any design variants can be described in terms of their load-bearing and deformation behavior using the results. Compared to previous methods, this results in an increase in both efficiency and economic effectiveness.

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Riello, Giovanni; Nguyen, Huu ToanBrandschutztechnische Auslegung der Installationstechnik beim Kantonsspital BadenBautechnik1/202278-84Berichte

Kurzfassung

Die neue Generation von Befestigungssystemen der Installationstechnik ist gekennzeichnet durch eine frühzeitige Einbindung in die Planungsphase, einen hohen Vorfertigungsgrad, effiziente Montagezeiten, deutliche Materialersparnisse sowie eine optimale Raumnutzung unter Einhaltung aller relevanten Vorschriften. Die Ausnutzung dieser Optimierungspotenziale wird erst ermöglicht durch eine frühzeitige und gewerkübergreifende Befestigungsplanung für die technische Gebäudeausrüstung, bei der gemeinsame Tragstrukturen für Leitungen aller betroffenen Ausbaugewerke konzipiert werden. Dabei müssen auch für das Gesamtsystem div. Auflagen in Bezug auf den Brandschutz erfüllt werden. Mit der Bereitstellung technischer Regelwerke für die Auslegung von modularen Tragsystemen unter Brandbedingungen werden entsprechende Bemessungskonzepte vermehrt in der Praxis eingesetzt. Dieser Beitrag gibt eine allgemeine Einführung in die Konzeption modularer Tragsysteme und deren Auslegung im Brandfall und beschreibt anhand eines Projektbeispiels, wie auch anspruchsvolle Planungsanforderungen in Bezug auf den Brandschutz effizient umgesetzt werden können. Das gewählte Projektbeispiel - das Kantonsspital Baden in der Schweiz - steht dabei exemplarisch für ein Großprojekt im Gesundheitswesen mit herausfordernden Anforderungen an den Brandschutz für Tragsysteme der technischen Gebäudeausrüstung.

Fire protection design of installation systems at the Baden cantonal hospital
The new generation of installation fastening systems is characterized by early involvement in the planning phase, a high degree of prefabrication, efficient assembly times, significant material savings and optimum use of space in compliance with all relevant regulations. Utilizing these optimization potentials is only made possible by early and cross-trade fastening planning for the technical building equipment, in which common support structures for cables of all affected trades are designed. At the same time, various fire protection requirements must also be fulfilled for the overall system. With the provision of technical regulations for the design of modular support systems under fire conditions, corresponding design concepts are increasingly used in practice. This paper provides a general introduction into the conception of modular support systems and their design in case of fire and describes, based on a project example, how even demanding planning requirements with regard to fire protection can be efficiently implemented. The selected project example - the cantonal hospital in Baden/Switzerland - is exemplary for a large-scale project in the health care sector with challenging fire protection requirements for structural systems of the technical building equipment.

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Bautechnik aktuell 1/2022Bautechnik1/202285-92Bautechnik aktuell

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Nachrichten:
Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2022 erschienen
Einreichen für Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2023
Klimaneutral wohnen - warum ist das wichtig und was ist dafür zu tun?
Baukultur als Schlüsselfaktor für die ländliche Entwicklung: Übergabe des Veltener Fünf-Punkte-Plans am 9.11.2021 in den Museen Velten

Wettbewerbe:
Deutscher Nachhaltigkeitspreis Architektur 2021 für “Einfach Bauen”

Veranstaltungen:
3. Symposium Ingenieurbaukunst - Wie bauen wir zirkulär?
Olympia-Sprungschanze Garmisch-Partenkirchen

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik1/202292Veranstaltungskalender

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Beton- und Stahlbetonbau: Jahresinhaltsverzeichnis des 116. Jahrgangs 2021Beton- und Stahlbetonbau1/20221-24Jahresinhaltsverzeichnis

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 1/2022Beton- und Stahlbetonbau1/2022Inhalt

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 1/2022Beton- und Stahlbetonbau1/2022Titelbild

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Zum Titelbild:
Einer der Wege zu Klimaneutralität und Ressourceneffizienz führt über den Leichtbau. Und dieser ist auch mit Beton möglich. Der optimale Lastabtrag über Membranspannungen findet dabei über einfach oder doppelt gekrümmte Schalen statt. Durch die Verwendung von Carbon als Bewehrung können derartige Schalen mit einer Dicke von nur 4 cm hergestellt werden. Hier zu sehen ist ein hyperbolischer Paraboloid, der sich durch gerade Erzeugende auszeichnet und damit sehr einfach geschalt werden kann, wie man durch bewusste Sichtbarmachung der Schalungsstöße erkennen kann. Dass mit dem vorhandenen Regelwerk im Betonbau nachhaltig geplant und gebaut werden kann, zeigen die Planungshinweise des DAfStb “Nachhaltig bauen mit Beton”. Diese wurden als eine erste konkrete Maßnahme und Vorbereitung einer möglichen Nachhaltigkeitszertifizierung erarbeitet. Lesen Sie dazu den Bericht auf den Seiten 58-65. (Foto: Manfred Curbach)

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Morgen, Karl; Bergmeister, KonradIn eigener SacheBeton- und Stahlbetonbau1/20221-2Editorials

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Vogdt, Fritz Daniel; Speck, Kerstin; Petryna, Yuri; Curbach, Manfred; Loutfi, JamilaExperimentell gewonnene Erkenntnisse zur Plastizität von Beton unter multiaxialem DruckBeton- und Stahlbetonbau1/20222-11Aufsätze

Kurzfassung

Nichtlineare Materialmodelle für Beton sind aus theoretischer Sicht für eine Simulation von Betonkonstruktionen bis zum Versagen geeignet. Anwendungsfälle bleiben allerdings nicht selten auf die Nachrechnung bekannter Versuche beschränkt. Dabei ist eine Anpassung einer Vielzahl nicht physikalischer Modellparameter an vorhandene Versuchsergebnisse erforderlich. Eine Prognose des Bauteilverhaltens ist auf diese Weise unmöglich. Einschränkungen vorhandener Modelle werden schon bei der Simulation eines einfachen uniaxialen Würfeldruckversuchs deutlich. In Belastungsrichtung wird zwar ein realistisches Kraft-Verformungs-Diagramm vorhergesagt. Quer zur Lastrichtung aber werden Verformungen durch stark vereinfachende Annahmen ermittelt. In Belastungsrichtung wird der Druckbruch von Beton suggeriert, obwohl das Versagen im Experiment durch Querzugrisse zustande kommt. Dieser Beitrag liefert bisher fehlende Versuchsbeobachtungen, um die grundlegenden Annahmen der Plastizitätstheorie für Beton zu erweitern und zu verbessern. Sie enthalten die erforderlichen mehrfachen Be- und Entlastungen und insbesondere Verzerrungen quer zur Hauptbelastungsrichtung werden dokumentiert. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse werden neue Evolutionsgleichungen für das multiaxiale Verhalten von Beton formuliert. Der resultierende Modellansatz ist in der Lage, verschiedene multiaxiale Druckversuche abzubilden, ohne dass eine Anpassung der Modellparameter an die jeweiligen Versuchskurven erforderlich ist.

New experimental insights on concrete plasticity under triaxial loading
From the theoretical point of view, nonlinear material models for concrete are suitable for failure simulations of concrete structures. From the practical point of view, however, they remain limited to verification calculations of known experiments, where it is necessary to adapt many non-physical model parameters to the existing test results. Hence, a prognosis of the behavior of building components is impossible. Already in the simulation of a simple uniaxial compression test, the cause for the limitations of existing concrete material models becomes obvious. In the direction of the load, a realistic force-deformation diagram is predicted. However, the corresponding lateral deformations are simplified to a large extent. In the direction of the load, concrete failure due to compression is suggested, although the failure in the experiment occurs due to transverse tensile cracks. This contribution provides the so far missing experimental observations to expand and improve the basic assumptions of the plasticity theory for concrete material models. The performed compression tests contain the required multiple un- and reloading steps, and deformations lateral to the direction of the main load are documented carefully. Based on the new insight, the evolution laws for the multiaxial behavior of concrete are developed. With the resulting model approach, the simulation of various multiaxial compression tests becomes possible without the adaption of the model parameters to respective test results.

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Matz, Henrik; Empelmann, MartinBauteildruckfestigkeit bei Stahlbetonstützen aus normal- und hochfestem BetonBeton- und Stahlbetonbau1/202212-23Aufsätze

Kurzfassung

Die Betondruckfestigkeit, die bei der Bemessung von Stahlbetonstützen anzusetzen ist, wird in den unterschiedlichen Regelwerken (EC2, EC2+NA, MC10) mit einem Beiwert &agr;cc multipliziert, der neben zeitabhängigen Dauerstandeinflüssen auf der Materialseite (&agr;cc, m) auch einfache bauteilspezifische Effekte (&agr;cc, b) berücksichtigt. Hiermit werden aber die in Stahlbetonstützen vorliegenden speziellen bauteilspezifischen Zusammenhänge (z. B. Einfluss einer Längs- und Bügelbewehrung) nicht differenziert erfasst, sodass besonders bei Stahlbetonstützen mit höherfesten Betonen oder hohen Bewehrungsgraden in Bezug auf eine sichere Bemessung Bedenken bestehen. Für eine zuverlässigere Berücksichtigung wird in diesem Beitrag eine Stützendatenbank vorgestellt, mit der zunächst ein pauschaler Bauteilfaktor in Abhängigkeit von der Betondruckfestigkeit identifiziert werden kann. Anschließend werden die bauteilspezifischen Effekte aus dem Geometrie- und Bewehrungseinfluss auf die Bauteildruckfestigkeit aufgeschlüsselt und ein Produktansatz zur differenzierten Erfassung des Bauteilfaktors vorgeschlagen.

Component-specific compressive strength of reinforced concrete columns made of normal- and high-strength concrete
The applied concrete compressive strength for the design of reinforced concrete columns is multiplied in various codes (EC2, EC2+NA, MC10) by a coefficient &agr;cc, which considers time-dependent behaviour of concrete (&agr;cc, m) as well as simple component-specific effects (&agr;cc, b). However, the component-specific conditions in reinforced concrete columns (e.g. influence of longitudinal and stirrup reinforcement) cannot be captured adequately. Particularly for reinforced concrete columns with high strength concretes or high reinforcement ratios, there are concerns regarding safe design. For a more reliable consideration, a column database is presented, which can be used to identify a general reduction factor depending on the concrete compressive strength. Subsequently, the effects caused by geometry and reinforcement configuration on the component-specific compressive strength are discussed in a more differentiated way. Using the findings, a multiplicative approach for the detailed determination of the component-specific factor is proposed.

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Ungermann, Jan; Schmidt, Philipp; Hegger, JosefEinfluss exzentrischer Belastungen auf das Tragverhalten von EinzelfundamentenBeton- und Stahlbetonbau1/202224-36Aufsätze

Kurzfassung

Während das Durchstanzen zentrisch belasteter Einzelfundamente bereits häufig untersucht wurde, liegen zu den in der Praxis vorwiegend auftretenden Fundamenten mit exzentrischen Belastungen nur wenige Untersuchungen vor. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden vierzehn exzentrisch belastete und vier zentrisch belastete Durchstanzversuche unter Einsatz eines neu entwickelten Hydrauliksystems durchgeführt. Die einaxialen und zweiaxialen Lastausmitten wurden systematisch abgestuft, um die Auswirkungen der Lastexzentrizität in Verbindung mit weiteren Einflüssen wie unterschiedlicher Schubschlankheit, Stützengeometrie und -größe zu analysieren. Die experimentellen Untersuchungen an Stahlbetonfundamenten im Realmaßstab belegen den signifikanten Einfluss der Lastexzentrizitäten sowohl auf die Durchstanztragfähigkeit als auch auf das Tragverhalten. Infolge der exzentrischen Belastungen nehmen die Verformungen und die Änderung der Plattendicke deutlich zu und führen sowohl zu einer Verschiebung der Rissbildung in die höherbelastete Fundamenthälfte als auch zu einer unvollständigen Ausbildung des Durchstanzkegels. Der abschließende Vergleich der Versuchsergebnisse mit den Normansätzen nach EC2+NA(D) und aktuellem Entwurf des EC2 der nächsten Generation bestätigt einen höheren Einfluss der Lastexzentrizität bei größerer Schlankheit und lässt erkennen, dass die Bewertung des &bgr;-Faktors nicht unabhängig vom Ausgangspunkt des Grundwerts für das zentrische Durchstanzen erfolgen kann.

Influence of eccentric loading on the structural behavior of column bases
The punching shear behavior of centrically loaded column bases and flat slabs has already been extensively investigated. However, the load eccentricities with column bases usually occurring in practice have so far only been analyzed in a rudimentary way. To close this gap, fourteen eccentrically loaded and four centrically loaded punching tests were performed using a new automated hydraulic system. The uniaxial and biaxial load eccentricities were systematically varied to analyze the effect of load eccentricity related to other influences such as different shear slenderness, column geometry and size. The experimental investigations on real-scale reinforced concrete footings reveal a significant influence of load eccentricities on the punching shear strength as well as on the structural behavior. Significantly larger deformations and thickness measurements are observed as consequence of the non-uniform loading conditions leading both to a more pronounced crack formation in the side with higher soil stresses as well as to an incomplete formation of the punching cone. The comparison of the test results with the approaches according to EC2+NA(D) and the current draft of the next generation of Eurocode 2 confirms an increased influence of the load eccentricity for larger slenderness and reveals that the evaluation of the &bgr;-factor cannot be performed without considering the reference value.

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Fröhlich, Thilo; Hofmann, Jan; Ziwes, Maximilian; Kuhlmann, UlrikeErmüdungsverhalten von Kopfbolzen in Beton- und VerbundkonstruktionenBeton- und Stahlbetonbau1/202237-46Aufsätze

Kurzfassung

Für die Ermüdungsfestigkeit von Kopfbolzen zur Übertragung von Schubkräften in Verbundkonstruktionen stehen in Eurocode 4 normierte Wöhlerlinien zur Verfügung, die auf zahlreichen Schwingversuchen an Push-out-Körpern beruhen. Dagegen liegen in der Befestigungstechnik für an Ankerplatten geschweißte Kopfbolzen, bei denen neben Schub auch relevante Zugkräfte wirken, bisher nur wenige Kenntnisse vor, sodass deren Verwendung bei zyklischer Belastung derzeit nicht ausreichend geregelt ist. Im Rahmen eines aktuellen Forschungsvorhabens wurden experimentelle Untersuchungen an Einzelbefestigungen mit einbetonierten Kopfbolzen im Hinblick auf Stahlversagen durchgeführt. Die erzielten Versuchsergebnisse werden vorgestellt und daraus Ermüdungsfestigkeiten unter Zug- und Querbelastung abgeleitet. Auf Basis einer umfangreichen Versuchsdatenbank aus dem Verbundbau werden abschließend die Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Vergleich zum Tragverhalten von Verbundmitteln diskutiert.

Fatigue behavior of headed studs in concrete and composite structures
For the fatigue strength of headed studs transmitting shear forces within composite structures, standardized S-N curves are available in Eurocode 4 based on numerous cyclic tests on Push-out specimens. In contrast, only limited knowledge is available for fastenings with headed studs welded to anchor plates. In this case not only shear loads but also significant tensile forces need to be considered. Consequently, their application under fatigue loading is currently not regulated sufficiently. Within the scope of a recent research project, experimental investigations have been performed on single fasteners with headed studs embedded in concrete with the objective of steel failure. The test results obtained are presented in this paper. Fatigue resistance values under tension as well as shear loading are derived from the test data. On the basis of an extensive test database for composite structures, the similarities and differences compared to the load-bearing behavior of shear connectors are finally discussed.

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Schuler, Harald; Meier, FlorianBiegeversuche zur Demonstration wesentlicher Phänomene im StahlbetonbauBeton- und Stahlbetonbau1/202247-57Berichte

Kurzfassung

Der einfache Biegeversuch ermöglicht das Aufzeigen vieler grundsätzlicher Phänomene des Biegetragverhaltens im Stahlbetonbau. Geht man die Last-Verformungskurve hoch, kommt es zu einem Steifigkeitsabfall durch die Bildung erster Risse und der Querschnitt geht vom ungerissenen in den gerissenen Querschnitt über. Bei weiterer Lastaufbringung vervollständigen sich die Risse zum abgeschlossen Rissbild. Danach bleibt das Rissbild konstant und die Bewehrung beginnt zu fließen. Fährt man mit der Lastaufbringung fort, krümmt sich der Träger zunehmend, bis schlussendlich die Bewehrung reißt oder die Betondruckzone versagt. Die Gebrauchstauglichkeits- und Tragsicherheitszustände können innerhalb dieser Last-Verformungskurve zugeordnet werden. Für Studierende und auch spätere Tragwerksplaner*innen ist es wichtig, die Kenntnisse über das Biegetragverhalten sicher zu beherrschen, und dazu können Versuche einen wichtigen Beitrag leisten. In diesem Aufsatz werden Laborversuche vorgestellt, die das Ziel haben, die wesentlichen Phänomene des Biegetragverhaltes von Stahlbeton sichtbar zu machen. Dazu wird ein Biegetragelement, wie es im üblichen Wohnungs- oder Bürobau auftritt, betrachtet. Von Studierenden der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) wurden die Experimente vorausberechnet, die Probeköper hergestellt und gemeinsam mit Mitarbeitenden getestet. Es war beeindruckend, wie viele Phänomene des Biegetragveraltens im Stahlbetonbau mit nur vier einfachen Balken nachvollzogen werden konnten.

Bending tests to demonstrate essential phenomena in reinforced concrete construction
The simple bending test makes it possible to demonstrate many fundamental phenomena of the bending load-bearing behaviour in reinforced concrete construction. If one goes up the load-deformation curve, there is a drop in stiffness due to the formation of the first cracks and the cross-section changes from the non-cracked to the cracked cross-section. With further load application, the cracks complete the final crack pattern. After that, the crack pattern remains constant and the reinforcement begins to flow. If the load is continued to be applied, the beam curves increasingly until the reinforcement finally cracks or the concrete compression zone fails. The serviceability and ultimate limit states can be assigned within this load-deformation curve. For students and also for future structural engineers, it is important to master the flexural load-bearing behaviour and tests can make an important contribution to this.
In this paper, student experiments are presented that have the goal of making the essential phenomena of the bending behaviour of reinforced concrete visible. For this purpose, a flexural element as it occurs in the usual residential or office construction is considered. Students from the University of Applied Sciences Northwestern Switzerland (FHNW) calculated the experiments in advance, produced the test specimens and tested them together with staff. It was impressive to see how many phenomena of flexural behaviour of reinforced concrete could be reproduced with just four simple beams.

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Wiens, UdoNachhaltig bauen mit Beton - Planungshilfe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb)Beton- und Stahlbetonbau1/202258-65Berichte

Kurzfassung

Zunehmende Rohstoffknappheit, begrenzter Deponieraum und das Erfordernis zur Reduktion von CO2-Emissionen sind die globalen Vorgaben, die von nachhaltigen Gebäuden u. a. einen geringen Verbrauch von Rohstoffen und Energie ebenso wie eine größtmögliche Nutzungsflexibilität und Wiederverwendbarkeit oder Dauerhaftigkeit der Funktion im Bauwerk fordern. Sie müssen ökologischen, ökonomischen und sozio-kulturellen Ansprüchen gerecht werden, gleichzeitig eine hohe technische Qualität bieten sowie auf die Prozesse des Bauwesens abgestimmt sein. Die Planungshinweise des DAfStb für Bauwerke des üblichen Hochbaus (Wohnungsbauten, Verwaltungsgebäude, Veranstaltungsbauten, Einkaufszentren, Industriehallen etc.) dienen Investoren, Bauherren, Planenden, Ausführenden und Vertretern der Bauaufsicht für Entscheidungsprozesse beim nachhaltigen Bauen mit Beton. Sie zeigen auf, wie mit dem bereits vorhandenen Regelwerk im Betonbau nachhaltig geplant und gebaut werden kann.

Sustainable building with concrete - Practical guidance from German Committee for Structural Concrete (DAfStb)
Increasing scarcity of raw materials, limited landfill space and the need to reduce CO2 emissions are the global requirements that sustainable buildings, among others, demand a low consumption of raw materials and energy as well as the greatest possible flexibility of use and reusability or durability of the function in the building. Sustainable buildings have to meet ecological, economic and socio-cultural requirements, at the same time offer a high technical quality and have to be aligned to the processes of construction. The following practical guidance from DAfStb for buildings of common high-rise construction (residential buildings, administration buildings, event buildings, shopping centers, industrial halls, etc.) serves investors, clients, designers, contractors and representatives of the building supervision for decision-making processes in sustainable construction with concrete.

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