Das Bauwesen ist weltweit einer der größten Verursacher von klimaschädlichen CO2-Emissionen. Lösungen für den Weg hin zum klimaneutralen Bauen und Betreiben sind nur durch eine ganzheitliche Auseinandersetzung zu finden, die auch den Umgang mit Ressourcen mit einschließt. Dies umfasst Fragen von Notwendigkeit und Ausmaß eines Bauwerks (build less) über eine geplante Wiederverwendung von Bauteilkomponenten und angestrebte Materialreduzierung im Entwurfsprozess (build clever) bis hin zur Auswahl der Materialien basierend auf der Berücksichtigung der baustoffspezifischen grauen Emissionen (build efficiently) in einem möglichst geschlossenen Material-Kreislaufsystem (minimise waste). Eine einheitliche Bewertung der Ressourcen- und Emissionseffizienz von Brückenbauwerken ist aufgrund des Fehlens international abgestimmter Regelungen derzeit noch nicht abbildbar. Am Beispiel der Campusbrücke in Leverkusen-Opladen, einer 2013 erbauten Fußgängerbrücke, werden verschiedene praktische Ansätze vorgestellt, die zu einer Emissionsreduktion und Ressourcenschonung beigetragen haben. Anhand einer Lebenszyklusanalyse (LCA) wird das gewählte Tragwerk einer alternativen Ausführung gegenübergestellt.

Resource and emission efficiency in bridge construction using the example of the Leverkusen campus bridge
The construction industry is a major contributor to the global emissions of climate-affecting CO2. Solutions on the track to carbon-neutral construction and operation can only be achieved through a holistic approach that includes the use of resources. The approach spans from questions about the necessity and size of a building (build less), through a planned re-use of components and the reduction of material in the design process (build clever), to the selection of materials based on their specific grey emissions (build efficiently) in a tight circulation system (minimise waste). A uniform assessment of the efficiency of resources and emissions for bridge structures is currently not possible due to the lack of internationally coordinated regulations. Using the example of the Campusbrücke in Opladen, Leverkusen, a footbridge built in 2013, the paper explores the different practical approaches that have contributed to a reduction of emissions and used resources. Using a Life Cycle Analysis method (LCA), the selected structure is compared to an alternative design.

The destructive impact of the construction industry on the planet and its inhabitants is no longer in question. Global warming, waste management, depletion of natural resources, air and soil pollution are all issues that must be urgently addressed. They are also challenging the current economy, whose growth is directly correlated to the extraction of raw materials, the manufacture of new products and, ultimately, to their increased consumption. Besides, the constant transformation of the built environment and infrastructure of a territory is a necessary lever for sustainable development and for guaranteeing the well-being of all. Faced with this situation, an emerging circular strategy could be salutary: component reuse, which makes it possible to build new assemblies without manufacturing new materials. Steel, if assembled with reversible means, is a particularly well-suited material for reuse. But are the stakeholders ready to adopt new business models?

Stahl, ein wiederverwendbarer Werkstoff
Die zerstörerischen Auswirkungen der Bauindustrie auf den Planeten und seine Bewohner sind inzwischen unbestritten. Der Klimawandel, die Abfallwirtschaft, die Verknappung der Bodenschätze, die Luft- und Bodenverschmutzung - all dies sind Themen, die dringend angegangen werden müssen. Sie stellen zudem eine Herausforderung für die derzeitige Wirtschaft dar, deren Wachstum in direktem Zusammenhang mit der Gewinnung von Rohstoffen, der Herstellung neuer Produkte und letztlich mit deren steigendem Verbrauch steht. Eine kontinuierliche Umgestaltung der bebauten Flächen und der städtischen Infrastrukturen ist ein unerlässlicher Hebel für eine nachhaltige Entwicklung und für die Wahrung des Wohlergehens aller Menschen. Angesichts dieser Situation könnte eine sich derzeit entwickelnde Strategie der Kreislaufwirtschaft von Nutzen sein: die Wiederverwendung von Bauteilen, die es ermöglicht, neue Gebäude zu errichten, ohne neue Baustoffe herzustellen. Stahl ist ein besonders gut geeigneter Werkstoff für die Wiederverwendung, sofern Bauteile reversibel montiert werden. Doch sind die Akteure bereit, neue Geschäftsmodelle zu übernehmen?

Aufgrund rechnerischer Defizite in der Ermüdungstragfähigkeit der orthotropen Fahrbahnplatte wurde an der Theodor-Heuss-Brücke ein Monitoringsystem installiert, um Dehnungen an maßgebenden Stellen für ein Jahr zu messen. In Teil 1 dieses Beitrags wurden das Monitoringsystem und Erkenntnisse zum Tragverhalten anhand der Messdaten beschrieben. Dieser zweite Teil schließt mit messwertgestützten Ermüdungsnachweisen und der Lebensdauerprognose an. Grundlage der Auswertungen ist ein numerisches Berechnungsmodell, welches anhand von zwei Probebelastungen in Sommer und Winter kalibriert wird. Unter Berücksichtigung verschiedener Laststellungen werden Übertragungsfaktoren abgeleitet, die die Differenz zwischen Messstelle und maßgebender Nachweisstelle kompensieren. Damit werden die gemessenen Schwingbreitenhistogramme in maßgebende Belastungsspektren transformiert, mit denen schließlich die Lebensdauerprognose erfolgt. Die Auswertungen zeigen, dass für die meisten Bauteile weitere Tragreserven vorhanden sind und eine deutliche Verbesserung gegenüber der Nachrechnung erreicht wird. Einzig die Ecken der Querträgerausnehmungen (Querträgerstegzähne) weisen deutliche Defizite auf, die sich auch im vorhandenen Rissbild widerspiegeln. Über die Zukunft der Theodor-Heuss-Brücke, die von weiteren Faktoren abhängt, wird derzeit entschieden.

Monitoring of the Theodor Heuss bridge in Düsseldorf - part 2: modelling and model improvements for a measurement-based fatigue analysis
Due to calculated deficits in the fatigue bearing capacity of the orthotropic deck, a monitoring system was installed at the Theodor Heuss bridge to measure strains at significant locations for one year. Part 1 of this paper describes the monitoring system and findings on the load-bearing behavior resulting from the measured data. This second part follows with data-based fatigue evaluations and the lifetime prediction. The basis of the evaluations is a structural model, which is calibrated based on two load tests in summer and winter. From this, transfer factors are derived, taking into account different load positions, which compensate the distance of the measuring points to the decisive design points. In this way, the measured stress range histograms are transformed into representative load spectra, which are finally used for the lifetime prediction. The evaluations show that further load reserves are available for most components and that a significant improvement is achieved compared to the recalculation. Only the corners of the floor beam cut-out (cross girder tooth) still show significant deficits, which are also confirmed by the existing cracks. A decision on the future of the Theodor Heuss bridge, which depends on further factors, is currently pending.

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

Persönliches:
Univ.-Prof. DI Dr. Gerhard Lener (1955-2022)

Tagungen & Veranstaltungen:
Rückblick 23. DAST-Kolloquium an der TU Dortmund
Münchener Stahlbautage 2022

SZS steel news:
Kurs Brandschutz im Stahlbau: Grundlagen & praktische Bemessungsübungen

Keine Kurzfassung verfügbar.

The European Steel Bridge Awards are given by ECCS every two years to encourage the creative and outstanding use of steel in construction of bridges. Among 23 projects received from all over Europe, three winning projects were awarded during the 2022 ESBA Ceremony, which took place on 21st September 2022 in Istanbul. The winning project in the category “Cycle and Pedestrian Bridges” was the “Bridge De Lille Langebro” in Denmark (Foto: Rasmus Hjortshøj - COAST). S. the complete news on p. 270.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

In the framework of the revision of Eurocode 3, Part 1-1, several amendments have been proposed and accepted in order to improve the rules for the resistance to member buckling. For clarification, a flow chart connecting the global analysis (first or second order), the imperfections and the type of verification has been implemented for ease of use. Since the publication of the standard in 2005, many research projects have been conducted across Europe on this topic and their results have contributed to provide appropriate answers to problems identified in practice. Therefore, the revised code provides new design rules for stability. Important works of calibration have been performed in these different projects to derive appropriate values of the partial factor on the resistance side. For example, a new formulation for lateral-torsional buckling has been introduced for the calculation of the reduction factor. The consequence is a reduction of the discrepancy between the results obtained by these new methods and those from experimental or numerical tests. In order to extend the scope of Eurocode 3, Part 1-1, additional methods have been implemented in an annex to cover the stability of members with mono-symmetric cross-section under compression axial force, biaxial bending, with or without torsion. The format of the resistance criteria remains similar to the format of the current interaction formulae so that the designers can easily identify the evolution of the rules. This article presents in a systematic way the new implementations in the formal vote version FprEN 1993-1-1 of the code.

For the stability assessment of members and structures according to EN 1993-1-1, the equivalent member method, the geometrical non-linear calculation with equivalent geometrical imperfections or the GMNIA analysis with geometrical imperfections and residual stresses can be used alternatively. The second possibility requires a corresponding model for the cross-section resistance. For the verification of lateral torsional buckling, bow imperfections e0 out-of-plane are defined, which lead in combination with the given loading in-plane and the geometrical non-linear analysis to bending moments Mz and torsion of the members. The amplitudes of the imperfections are highly dependent on the nature of the approach (e.g., scaling of the buckling shape, assumption of bow imperfections) and the verification method for the members. Within the framework of the scientific work supervised by the TU Dresden and TU Darmstadt, extensive parametric studies were conducted to calibrate imperfections for lateral torsional buckling based on the GMNIA. After determining the nature of imperfections and the design models for section resistance, this article presents results of these parametric studies and shows the calibration of imperfections for a standardisation proposal based on EN1993-1-1. The evaluation of the data in combination with the necessary simplifications for the design practice leads to appropriate definitions of imperfection values e0, LT and the necessary differentiations.

Keine Kurzfassung verfügbar.

The buckling behaviour of panels may be determined according to EN 1993-1-5 [1]. Most of the design rules relating to stiffened panels in EN 1993-1-5 were derived on the basis of open-section stiffeners. Several recent investigations have shown that the application of the design rules according to EN 1993-1-5 considering the torsional stiffness of the stiffeners may overestimate the resistance of the panels. Therefore, the recent Amendment A2 to EN 1993-1-5 states that the torsional stiffness of stiffeners should generally be neglected in determining critical plate buckling stresses. In addition, prEN 1993-1-5 [2] provides rules for considering the torsional stiffness of stiffeners. However, in this article it is shown that even the rules of prEN 1993-1-5 are not sufficient to overcome the safety deficiencies. The article focuses on the investigation of the buckling behaviour of stiffened panels with closed-section stiffeners subjected to constant longitudinal compression stresses. Improved rules have been developed that allow to consider the torsional stiffness of the stiffeners. Based on an extensive numerical parametric study, a new interpolation equation between column- and plate-like behaviour is proposed. In comparison to [3], the investigations have been extended to the effective width method. They show that the proposal provides a safe and economic solution for the reduced stress method and the effective width method when considering the torsional stiffness of stiffeners by calculating the critical plate buckling stresses.

Residual stresses have considerable effect on both the local and the member stability behaviour of steel structures. Previous studies have shown that the structural stability behaviour depends on both the distribution and the amplitude of the residual stresses. The residual stress distribution is affected by the cross-section geometry, the steel grade and the manufacturing process, e.g. flame cutting and the welding procedure. A realistic consideration of residual stresses is necessary for an efficient and safe design of steel structures.
This article presents an experimental and numerical study on the influence of residual stresses on the stability behaviour of structural members, i.e. steel columns and beams considering a variety of cross-sectional slenderness, i.e. plastic, compact and slender cross-sections are taken into account. A novel residual stress model for welded I-shaped sections was developed and evaluated using test data. This model takes into account the main influencing parameters, i.e. the cross-sections geometry, the steel grade as well as manufacturing process with thermal cuts or non-thermal cuts of the steel plates. The novel residual stress model is then used to investigate the stability behaviour in terms of a numerical simulation study. The result of the study allows to propose an improvement of the buckling curve selection for welded high strength steel columns and beams.

Due to the commonly eccentric connection on only one angle leg (bolted or welded), additional bending moments are acting on the angle member under compression axial force, leading to a complex load-carrying behaviour with flexural and/or flexural torsional buckling phenomena. Furthermore, type and size of rotational restraints at the member's ends (provided by the adjacent structure) significantly influence the compression capacity of these members. In this article, a recently developed design model for angle members in compression with welded or bolted end connection is presented. The design model considers the accurate rotational spring stiffness of three common joint types. The presented procedure allows for calculating the internal forces based on elastic second-order theory for an individual member with eccentricities, equivalent geometric imperfection and rotational spring stiffness at both ends. The detailed analytical equations for the rotational spring stiffness of all studied joint configurations are summed up. In addition, calibration factors fDi are presented, to get accurate compression capacities with the design model. Finally, the accuracy of the design model for all three studied joint types of angle members with welded connections is shown through comparison with sophisticated finite element calculations, code provisions (EN 1993-1-1, AISC) and experimental tests from the literature.

Keine Kurzfassung verfügbar.

ECCS News:
Technical Committee TC8 Stability of Steel Structures of the ECCS
ECCS Annual Meetings, 22nd September 2022 in Istanbul
European Steel Bridge Awards 2022 Laureates
Save the date: ECCS Annual Meetings 2023
Failnomore and Freedam+: Manuals available

News:
2023 Registration for the Dutch Open Students Steel Award

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Zum Titelbild:
Flachdächer sicher dämmen und schützen - Das Prinzip Umkehrdach ermöglicht den optimalen Aufbau für bekieste, begrünte, begeh- und befahrbare Flachdächer. Die Besonderheit: Die Dämmschicht liegt hier über der Abdichtung und schützt diese so vor Witterungseinflüssen. Dadurch entstehen Freiräume für vielfältige architektonische Gestaltungskonzepte. JACKODUR® Wärmedämmplatten aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) sind ideal für Umkehrdächer geeignet - feuchtigkeitsunempfindlich, formstabil und äußerst druckfest. Durch die innovative Multilayertechnologie lassen sie sich in Dicken bis 320 mm einlagig verlegen. In Verbindung mit dem diffusionsoffenen Dachvlies bildet dies die Basis für verschiedenste Aufbaukonstruktionen. (Foto: Jackodur)

Keine Kurzfassung verfügbar.

Gemäß der Bauproduktenverordnung der Europäischen Union (EU-BauPVO) müssen Baustoffe und Bauwerke derart gestaltet sein, dass sie während ihres gesamten Lebenszyklus keine übermäßig hohen negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Ziel der hier vorgestellten Arbeit war es daher, ein Modell zu entwickeln, mit dem eine Bewertung der Umwelteigenschaften von mineralischen Außenputzen und -mörteln vorgenommen werden kann. Als Grundlage bzw. zur Validierung wurde eine umfangreiche Datenbasis verwendet, die in 10 Jahren Feld- und Laborexperimenten am Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP aufgebaut wurde. Das Ergebnis ist ein dreistufiges Modell. In “Level 1” werden die Wassermengen berechnet, die von einer Fassade mit einem bestimmten mineralischen Putz oder Mörtel ablaufen. In “Level 2” werden dann ausgelaugte anorganische Stoffe und deren Konzentrationen im Abflusswasser identifiziert. Als letzter Schritt erfolgt in “Level 3” die Bewertung des Umweltrisikos mittels einer Sickerwasserprognose. Es konnte gezeigt werden, dass von den Stoffen, die bei Regenereignissen aus den untersuchten Putzen und Mörteln ausgewaschen werden, v. a. Vanadium, Chrom und Blei in relevanten Konzentrationen im Fassadenablauf auftreten können. Die Auswertung der Sickerwasserprognose ergab jedoch, dass unter üblichen Anwendungsszenarien nicht mit Grenzwertüberschreitungen am Ort der Beurteilung im Grundwasser zu rechnen ist.

Development of a model to evaluate the environmental properties of common outdoor plasters and mortars
A requirement of the Construction Products Regulation (CPR) in the European Union states that construction materials and works must be designed in a way that throughout their entire life cycle, they have no exceedingly high negative impact on the environment. The objective of the current work was to develop a model capable to evaluate the environmental properties of outdoor plasters and mortars. Therefore, the extensive database recollected during 10 years of field and laboratory experiments by Fraunhofer IBP for these products was used as a basis and for validation, respectively. A three-stage model was set up. In “Level 1”, runoff volumes are calculated for a specific façade. In “Level 2”, leached inorganic substances and their concentrations in runoff water are identified. As a final step, the evaluation of the environmental risk of stormwater runoff from façades covered with plasters and mortars takes place in “Level 3” using a groundwater risk assessment including leachate prognosis. It could be shown that vanadium, chromium and lead can be leached from mineral plasters and mortars during rain events in relevant concentrations. However, the evaluation showed that within usual application scenarios threshold values at a defined point of compliance are not expected to be exceeded.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Für das Erreichen der Klimaziele ist die Reduktion des Energiebedarfs von öffentlichen Gebäuden aufgrund ihrer Vorbildwirkung von besonderer Bedeutung. Gleichzeitig sind ein angenehmes Raumklima und unbelastete Innenraumruft für die Behaglichkeit und die Gesundheit der Gebäudenutzer von entscheidender Bedeutung. Rasante Entwicklungen bei Sensoren sowie in den Bereichen Datenanalyse und Simulation haben dazu geführt, dass zunehmend versucht wird, mithilfe von datenbasierten Ansätzen Verbesserungen bei Energieverbrauch und Raumklima zu erzielen. Auch wenn öffentliche Gebäude im Vergleich zu Wohngebäuden im wissenschaftlichen Diskurs eine untergeordnete Rolle spielen, hat die Dynamik zuletzt so stark zugenommen, dass es immer schwieriger wird, den Überblick darüber zu behalten, welche Ansätze in welchen Situationen mit welchem Erfolg angewendet werden. Im vorliegenden Beitrag wird eine Literaturstudie vorgestellt, die sich mit dieser Problematik befasst. Für die Studie wurden 91 von Experten begutachtete Artikel untersucht, die zwischen 2014 und 2022 in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht worden sind. Festgestellt wurde, dass die Bedeutung des Raumklimas bei datenbasierten Ansätzen im Vergleich zu der des Energieverbrauchs zunimmt, gebäudemodellbasierte Simulationen mit zunehmender Häufigkeit eingesetzt werden, sich Artikel mit sehr spezifischen Fragestellungen beschäftigen und eine Ende-zu-Ende-Betrachtung, die auch die Gebäudenutzer berücksichtigt, meist ausbleibt.

Data-based improvement of energy consumption and indoor climate in public buildings - Literature study with focus on the success of approaches
Reducing the energy consumption of public buildings is particularly important for achieving climate targets because of the exemplary role they play. A comfortable indoor climate and clean indoor air are crucial for the well-being and health of building users. Rapid developments in sensors as well as in the fields of data analysis and simulation have led to increasing attempts to achieve improvements in energy consumption and indoor climate using data-based approaches. The momentum has increased so much that it is becoming increasingly difficult to keep track of which approaches are applied in which situations and with what success. This paper presents a literature study that addresses this issue. For the study, 91 peer-reviewed articles published between 2014 and 2022 were examined. It was found that the importance of indoor climate in data-based approaches is increasing compared to that of energy consumption, building-model-based simulations are used with increasing frequency, articles deal with very specific issues, and an end-to-end consideration that also takes building users into account is usually omitted.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Personal control has a considerable impact on individual perception of the indoor climate. This paper's objective is to shed more light on the perception of personal control at office workplaces by analysing: 1) the impact of perceived control on perception of indoor climate, 2) the effect of office type and season on level of control perceived, 3) objectively available adaptive opportunities; 4) subjective perception of their availability; 5) occupants' desire for certain adaptive opportunities; 6) how often and which controls were exercised; and 7) reasons for not exercising available adaptive opportunities. New variables were introduced: i) consistency of perception of controls and ii) conformity to expectation of controls, and their correlation with the level of personal control perceived hypothesised. A longitudinal survey was carried out in three office buildings (two mixed-mode, one free-running) in the hot-summer Mediterranean climate of Amman, Jordan during four seasons. Indoor climate perception correlates positively with perceived control. Office type affects level of perceived control but not season. Most frequent stated reason for not exercising available adaptive opportunities was 'no need to change'. In this study, perceived control is not correlated with consistency of perception of controls but correlated with conformity to expectation of controls.

Raumklima in Bürogebäuden - Wahrnehmung der individuellen Kontrolle und Nutzung von Anpassungsmöglichkeiten am Arbeitsplatz
Die individuelle Kontroll- und Anpassungsmöglichkeit des Raumklimas hat einen erheblichen Einfluss auf die individuelle Wahrnehmung des Raumklimas. Ziel dieses Beitrages ist es, die wahrgenommene Kontrolle an Büroarbeitsplätzen durch eine Analyse der folgenden Faktoren näher zu beleuchten: 1) Auswirkung der wahrgenommenen Kontrolle auf die Wahrnehmung des Innenraumklimas, 2) Auswirkung des Bürotyps und der Jahreszeit auf den Grad der wahrgenommenen Kontrolle, 3) objektiv verfügbare Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten, 4) subjektive Wahrnehmung von deren Verfügbarkeit, 5) Nutzerwunsch nach bestimmten Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten, 6) welche Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten wurden wie oft benutzt, und 7) Gründe für die Nichtbenutzung verfügbarer Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten. Für die Analyse wurden die neuen Variablen i) Konsistenz der Wahrnehmung von Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten und ii) Konformität mit den Erwartungen an Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten eingeführt sowie deren Korrelation mit dem Grad der wahrgenommenen individuellen Kontrolle angenommen. In drei Bürogebäuden (davon zwei mit öffenbaren Fenstern und maschineller Lüftung sowie dezentraler Kühlung/Beheizung; und eines weder gekühlt noch beheizt) wurde in Amman's (Jordanien) Mittelmeerklima mit heißen Sommern während vier Jahreszeiten eine Längsschnittstudie durchgeführt. Die Wahrnehmung des Raumklimas korreliert positiv mit der wahrgenommenen Kontrolle. Der Bürotyp beeinflusst das Niveau der wahrgenommenen Kontrolle, die Jahreszeit nicht. Der am häufigsten angegebene Grund für die Nichtbenutzung verfügbarer Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten war “keine Notwendigkeit zur Veränderung”. In dieser Studie korreliert die wahrgenommene Kontrolle nicht mit der Konsistenz der Wahrnehmung von Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten, jedoch mit der Konformität der Erwartung an Kontroll- und Anpassungsmöglichkeiten.