Weihnachtsaufgabe:
Lösung und Gewinner der Weihnachtsaufgabe 2021

Persönliches:
Georg Geldmacher wechselt an die Frankfurt UAS
Nachruf Dr.-Ing. Günter Timm

Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

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In April 2020, the world's first submerged full size slip joint was installed in the Borssele V offshore wind farm. An extensive qualification programme in terms of numerical modelling and testing (see photo) was set up prior to installing the slip joint. The Borssele V offshore wind farm offered a unique opportunity to demonstrate to the industry that the slip joint connection is fully feasible, certified and ready for practical implementation (s. paper Suur, S; Hengeveld, F., p. 152 ff.)

The galvanizability of high-strength, hot-finished hollow sections was investigated as part of a test programme. Here, square sections made of steel grades ranging from 355 to 620 MPa were galvanized using two processes: a classic, quasi-rare zinc melt and a zinc-5 % aluminium alloy. To determine the influence of galvanizing on the material properties, samples were taken from the galvanized specimens, tensile tests and Charpy-V-tests were performed on them, and the results were compared with those in the ungalvanized initial state. Furthermore, we investigated the optical and microstructural characteristics of the zinc coatings, as well as possible cracking due to liquid metal embrittlement (LME). The results show that the two galvanizing processes used in the test programme produce no negative effect, but rather tend to have a positive effect on the mechanical properties of the steels tested. In all cases, stable zinc coatings are formed that exhibit the expected characteristics. Cracking as a result of LME could not be detected.

Bolted joints in steel structures are generally subject to combined actions. The research on ultimate capacity of bolted joints under combined tension and shear actions, twin shear actions, and combined tension-twin shear actions is relatively limited. The aim of this paper is to calibrate the fracture locus of grade 10.9 bolts using the mesoscale critical equivalent plastic strain (MCEPS). We use ductile fracture simulation to numerically evaluate the ultimate resistance of bolts subject to multiaxial loading and compare the results with the current design standards. The results show that predictions for grade 10.9 bolts subject to multiaxial loading in Chinese code GB 50017 and American code AISC-360 are not on the safe side, while predictions in European code EN1993-1-8:2005 are slightly on the conservative side. We propose two modification factors to improve prediction of bolt strength subject to multiaxial loading; namely the multiaxial loading factor for shear resistance &xgr;v and the multiaxial loading factor for tensile resistance &xgr;t.

In April 2020 the world's first full-size submerged slip joint connection was installed at the Borssele Site V offshore wind farm. This event marked the launch of a new, alternative transition piece/monopile (TP/MP) connection for the offshore wind market. An extensive qualification programme in terms of numerical modelling and testing was set up prior to installing the slip joint. This process was witnessed, reviewed and accepted by DNVGL. It led to a certified slip joint design for Borssele V, with a 9.5 MW wind turbine generator (WTG) on top of the foundation as well as an A-level component certificate for the slip joint in general. The installation of the slip joint for Borssele V was the first use of this connection in a commercial full-size wind turbine.
The implementation of the slip joint connection at Borssele V demonstrated the benefits of the slip joint in terms of simple, safe and fast installation as well as the option for using the slip joint submerged, thus allowing a more optimized weight/length split between MP and TP and the use of smaller installation vessels. A monitoring campaign was executed during and after installation to provide lessons for future slip joint designs.
Reducing the levelized cost of energy (LCoE) requires big steps in technology innovation. The Borssele V offshore wind farm offered a unique opportunity to demonstrate to the industry that the slip joint connection is fully feasible and ready for practical implementation.
The slip joint: simple connection, ingenious design.

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This paper describes finite element simulations of the structural deformation and material fracture behaviour of high-strength steel RHS K gap truss joints. The fundamental scope was to examine whether the joint strength predictions based on the behaviour of lower strength and more ductile steel with a yield stress of 355 MPa or less would hold good for higher strength 450 MPa steel with a lower ductility. The FEA reliability analysis indicates that for failure modes associated with local buckling, yielding and deformation (chord side wall failure, chord face plastification and brace failures due to reduced effective width), the existing approach could, with modifications, be extended to cover higher strength tubes, but for failure modes associated with fracture or ductility or modes liable to brittle failure (tearing in the tension brace and chord punching shear), a strength reduction modifying factor was required. The finite element simulations incorporated a damage mechanics approach to calibrate experimental results in both the fracture and deformation modes of failure. The paper proposes a new formulation for strength and incorporates reduced ductility in high-grade steel with a modifier function that is not based on yield stress, instead recognizes the reduced ultimate strains, damage parameter for fracture and ultimate stress of the material.

Fatigue enhancement by way of high-frequency mechanical impact (HFMI) treatment can enable effective design and construction of steel bridges. However, bridges may experience high and varying mean stresses, the effects of which are not covered today by any design recommendation or in the literature on HFMI-treated joints. In this study, fatigue experiments were conducted with realistic in-service bridge loading, which revealed the same high fatigue performance as for constant amplitude loading. The effect of mean stress in spectrum loading was quantified and a method to account for it in an equivalent manner is proposed. A design framework has been developed for design and engineering purposes.

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The Parametric FEM Toolbox is a plug-in for the visual programming environment Grasshopper which implements the RF-COM API of the Dlubal RFEM finite element software to establish a connection between these two platforms. Both the transfer of data from Grasshopper into RFEM and back from RFEM into Grasshopper are supported. Thus, new possibilities are enabled beyond the options of the conventional graphical user interface (GUI) of RFEM: the use of the Rhino 3D modelling tools to create NURBS curves and surfaces; the possibility of the parametric modification of an existing FE model or part of it; the export and processing of FE model data, which sometimes is not even available through the program GUI, e.g. 3D shapes of beam elements; etc. With these functionalities, the object-oriented structure and compact GUI, this tool can easily be adapted to numerous workflows and optimization processes. This paper explores which possibilities exist for implementing a commercial FEM software in a parametric design platform. Existing approaches are reviewed, the development of the Parametric FEM Toolbox is described and some of the possible workflows with this new tool are explored through a collection of real-world case studies.

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Book Review:
Design, Analysis and Construction of Space Structures

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Zum Titelbild:
Mit der Komplettsanierung und -modernisierung der Neuen Nationalgalerie von Mies van der Rohe in Berlin wurde eine bauliche und logistische Mammutaufgabe gestemmt. Die technischen Ansprüche eines zeitgemäßen Museumsbetriebs mussten mit den Anforderungen des Denkmalschutzes in Einklang gebracht werden. Dies galt auch für die Erneuerung des Dachaufbaus. Mit Schaumglasdämmung (Foamglas) ist es gelungen, den Wärmeschutz des Museums wesentlich zu verbessern, ohne dabei die Optik des Daches zu verändern. Das nachhaltige und leistungsfähige Material kam sowohl in der Dachkonstruktion als auch für die Besucherterrasse zum Einsatz, siehe Meldung S. 235 (Foto: © Thomas Bruns, BBR)

Inhalt: Bauphysik (Test)

Doppelfassaden verbessern den Schallschutz bei natürlicher Fassadenlüftung und bieten der Verschattung im Fassadenzwischenraum (FZR) einen Schutz vor hohen Windlasten. Bezüglich der natürlichen Lüftung ist jedoch zu beachten, dass die Luftströmungen zwei Fassadenebenen passieren müssen und die Luftwechselzahl nicht mit den Annahmen für einschalige Fassaden geplant werden kann. Die potenziell höheren Temperaturen im Fassadenzwischenraum erfordern zudem eine besondere Beachtung bei der Planung des sommerlichen Wärmeschutzes. An zehn Gebäuden in Hamburg mit Korridor-Doppelfassaden und Kastenfenster-Doppelfassaden wurden Klimadaten erfasst und Luftwechselmessungen vorgenommen. Anhand dieser Daten wurde ein Berechnungsansatz des Außenluftwechsels erstellt und in transienten thermischen Gebäudesimulationen angewandt. Erstellt wurde eine Methode, mit der in frühen Planungsphasen schnell und ohne Softwareanwendung die erforderliche Größe der Lüftungsöffnungen bestimmt werden kann.

Pre-dimensioning of ventilation openings in double façades
Double façades improve sound insulation while natural ventilation and offer the shading in the space between the façades, protection from higher wind loads. With regard to natural ventilation, however, it should be noted that the air flows must pass through two façade layers and the air exchange rate cannot be planned with the existing assumptions for single-skin façades. The potentially higher temperatures in the intermediate façades space also require special consideration when planning summer heat protection. Climate data were recorded, and air exchange measurements were taken on 10 buildings in Hamburg with corridor double façades and box window double façades. Based on these data, a calculation approach of the outdoor air exchange was created and applied in transient thermal building simulations. A method was created with which the required size of the ventilation openings can be determined quickly and without software application in early design phases.

Moderne energieeffiziente Gebäude definieren sich über einen hohen Grad an verbauter Technik. Durch deren vielseitigen Einsatz werden solche Gebäude als komfortabel und qualitativ hochwertiger empfunden. Auch die gesetzlichen Vorgaben und Förderungen lenken den Trend zukünftiger Gebäude hin zu einem hohen Grad energieeffizienter Technik. Dabei gilt jedoch der Leitsatz: Die beste Energie ist die, die erst gar nicht verbraucht wird. Um vor allem auch der grauen Energie Rechnung zu tragen und tatsächlich nachhaltige, zukunftsfähige Gebäude entstehen zu lassen, sollte ein Paradigmenwechsel eingeleitet werden hin zur Suffizienz. Ein Trend ist dabei besonders hervorzuheben - die Lowtech-Gebäude. Sie folgen dem Grundsatz, zuerst die Potenziale der Baukonstruktion bauphysikalisch voll auszuschöpfen und danach die benötigte Restenergie durch Technik zu ergänzen. Definiert werden könnten sie durch den Leitsatz: Technology follows Construction. Lowtech-Gebäude sind aber nicht nur im Kontext des Klimawandels vorteilhaft, sie bieten außerdem wirtschaftliche Lösungsansätze für Herausforderungen wie die gesellschaftliche Akzeptanz energieeffizienter Maßnahmen, die soziale Nachhaltigkeit und die Post-Pandemie. Dank der zunehmenden Anzahl erfolgreicher Praxisprojekte gewinnen Lowtech-Gebäude an Bedeutung.

Technology follows Construction - Potentials of low-tech buildings
Modern energy-efficient buildings are defined by a high degree of installed technology. Thanks to their versatile use, such buildings are perceived as comfortable and of higher quality. The legal requirements and subsidies also steer the trend of future buildings toward a high degree of energy-efficient technology. However, the guiding principle is: the best energy is the one which is not consumed. A paradigm shift toward sufficiency should be initiated in order to take grey energy into account and actually create sustainable, future-proof buildings. One trend in particular should be highlighted: low-tech buildings. They follow the principle of first fully exploiting the potential of the building structure in terms of building physics and then supplementing the required residual energy with technology. They could be defined by the guiding principle: Technology follows Construction. Low-tech buildings are not only beneficial in the context of climate change, they also offer economic solutions to challenges such as social acceptance of energy-efficient measures, social sustainability and post-pandemic. Thanks to the increasing number of successful practical projects, low-tech buildings are gaining in importance.

Die kühlende Wirkung von Fassadenbegrünung wird in der Literatur häufig als ein Ansatz zur Bekämpfung des Klimawandels und der erhöhten Temperaturen im Sommer diskutiert. Neben diesem Effekt können Fassadenbegrünungen auch im Winter eine Dämmwirkung entfalten. In dieser Studie wurden die Auswirkungen eines Fassadenbegrünungsmoduls auf den Wärmetransport durch die dahinter stehende Außenwand während der Heizperiode untersucht. Dafür wurden empirische Messungen an einem Prototyp eines Begrünungsmoduls an einem Testcontainer durchgeführt. Zu den gemessenen Parametern gehörten die Oberflächen- und Lufttemperatur (jeweils innen und außen) und die Wärmestromdichte durch den Wandaufbau. Die Messungen wurden an zwei verschiedenen Stellen durchgeführt: ohne Begrünung (Referenzwand) und mit Begrünung. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Fassade wurde für beide Stellen nach drei verschiedenen Datenfilterungsmethoden berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fassadenbegrünungsmodul den Wärmetransport durch die Wand reduziert. Je nach verwendeter Filterungsmethode ergibt sich durch die Fassadenbegrünung eine Reduktion des Wärmedurchgangskoeffizienten des Wandaufbaus um 9 % bis 18 %.

In situ measurement of the effect of façade greening on the U-value of the exterior wall
The cooling effect of façade greening is frequently discussed in the literature as an approach to fight climate change and elevated temperatures in the summer. However, façade greening can have an insulation effect during winter as well. In this study, the effects of a façade greening module on heat transport through the external wall behind it during the heating season were investigated. These effects were evaluated using empirical measurements conducted on a prototype greening module set in front of a test container. The measured parameters included surface temperature (inside and outside), air temperature (inside and outside), air temperature directly in front of the façade, and heat flux through the assembly. The measurements were conducted at two different positions: without greening (reference wall) and with greening. The heat transfer coefficient of the façade was calculated for both positions according to three different data filtering methods from the literature. The results indicated that the façade greening module reduced the heat transfer through the wall. Moreover, due to façade greening, the heat transfer coefficient of the wall assembly was reduced between 9 % and 18 %, depending on the used filtering method.

Für die thermische Trennung von Balkonen und Laubengängen von der Fassade sind bewehrte Anschlusselemente Stand der Technik. Diese Elemente beeinflussen die Trittschallübertragung und sind somit für die schalltechnische Planung von Bedeutung. Im Rahmen von Forschungsarbeiten an der HFT Stuttgart wurde ein Labor-Prüfverfahren zur schalltechnischen Kennzeichnung solcher Anschlusselemente entwickelt. Der relativ kompakte Prüfaufbau besteht aus einem Balkon, der über das Anschlusselement mit einer Decke verbunden ist. Anhand von Körperschallmessungen wird die Trittschallminderung in Analogie zu Deckenauflagen, bzw. die Trittschallpegeldifferenz als Einfügungsdämmung mit Bezug auf die durchbetonierte Situation bestimmt. Beide Kenngrößen können für den Produktvergleich und die Prognose der Trittschallübertragung im Gebäude nach DIN EN ISO 12354-2 verwendet werden. In diesem Beitrag wird das Prüfverfahren vorgestellt und anhand von Finite-Elemente-Simulationen validiert.

Test method to determine the impact sound insulation of thermal insulation elements of balconies
The thermal insulation of balconies and access balconies from the façade is usually performed by using reinforced thermal insulation elements. These elements also affect the impact sound transmission and are therefore relevant for the acoustic planning of a building. In a research project at the University of applied sciences Stuttgart a laboratory test procedure to provide acoustic quantities of such elements was developed. The relatively compact test set-up consists of a balcony that is connected to a ceiling by a thermal insulation element. The impact sound reduction in analogy to floor coverings and the impact sound difference as insertion loss with reference to a rigidly connected balcony can be determined using structure-borne sound measurements. Both values can be used for product description and to predict the impact sound transmission in a building according to EN ISO 12354-2. This article describes the test procedure and validates it by means of finite element simulations.

Diese Artikelserie stellt den Einsatz von Computerprogrammen in der Hochschullehre der Bauphysik und Gebäudetechnik für Architekten und Bauingenieure vor.
In diesem Beitrag werden die Motivation zur Artikelserie und die Ergebnisse einer Online-Umfrage an die Lehrenden der deutschsprachigen Hochschulen, initiiert und durchgeführt vom Fachgebiet Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung der Universität Wuppertal, aufgeführt.

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Diese Artikelserie stellt den Einsatz von Computerprogrammen in der Hochschullehre der Bauphysik und Gebäudetechnik für Architekten und Bauingenieure vor.
Das Fachgebiet Bauphysik (Fachbereich Architektur Stadtplanung Landschaftsplanung) der Universität Kassel bietet im Bereich der Lehre Vorlesungen und Seminare primär für Architekturstudent:innen im Bachelor und Master an. Die Veranstaltungen sind meist auch für Student:innen der Ingenieurwissenschaften an der Universität Kassel belegbar. Je nach Studiengang und Abschluss werden Softwareprogramme abgestuft angewendet.