Dieser Beitrag stellt ein vereinfachtes Rechenverfahren zur Bemessung von Hohlprofil-Verbundstützen für die Feuerwiderstandsklassen R30 bis R180 vor, das auf den Grundlagen des Eurocode 4 Part 1.2 für "Simple Calculation Models" basiert. Die Grenztragfähigkeit bei zentrischer oder exzentrischer Belastung wird über die Reduktion der Festigkeit und Steifigkeit des Querschnitts in Verbindung mit Knickspannungskurven für den Brandfall bestimmt. Eine exakte (FE-)Berechnung der Querschnittstemperaturen ist nicht erforderlich. Das Verfahren ist so aufbereitet, daß es für die "Handrechnung" geeignet ist bzw. leicht programmiert werden kann.

In diesem Beitrag wird ein vereinfachtes Naturbrandmodell vorgestellt, welches auf der Grundlage eines realistischen Bemessungsbrandes anhand von umfangreichen Wärmebilanzberechnungen abgeleitet worden ist. Mit Realbrandkurven kann der Temperaturzeitverlauf eines natürlichen Brandes in mehrgeschossigen Wohn- und Bürogebäuden durch einfache Handrechnungen bzw. Tabellenkalkulationen realitätsnah erfaßt werden. Im Gegensatz zur Bemessung mit der Einheitstemperaturzeitkurve können bei der Brandschutzbemessung nach Eurocode die thermischen Einwirkungen mit Hilfe der Realbrandkurven in Abhängigkeit der vorhandenen brandschutztechnischen Randbedingungen (Ventilation, Brandlast, Geometrie) berücksichtigt werden. Die Anwendung des Verfahrens wird an einem Beispiel demonstriert.

Bei der energetischen Bilanzierung nach DIN V 18599 müssen Gebäude aufgrund unterschiedlicher Nutzungseigenschaften zoniert werden. Auch die Gebäudehüllfläche wird nach diesen Kriterien aufgeteilt und den Zonen zur weiteren Berechnung zugewiesen. In der Praxis ist die Aufteilung der inneren Zonenumschließungs- und der äußeren Gebäudehüllfläche mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden. Etwa 50 % der Zeit wird für die Zonierung und die Ermittlung dieser Flächen- und Bauteileigenschaften benötigt. Zur Verringerung des Zeitaufwandes wurde eine Methode entwickelt, mit welcher die Gebäudehülle ähnlich dem 1-Zonen-Modell erfasst werden kann. Die Hüllfläche wird den Zonen vereinfacht zugeordnet, sodass die eigentliche Berechnung in der Mehrzonenbilanz erfolgen kann. Dies bringt wesentliche Vorteile bei der Auslegung und Optimierung nachgeschalteter Anlagentechnik mit sich. Die Verteilung der thermischen Hüllflächen erfolgt bei diesem vereinfachten Verfahren in Abhängigkeit von der Zonengröße und kann über ein Wichtungsverfahren beeinflusst bzw. korrigiert werden. Untersuchungen an mehreren Gebäuden haben gezeigt, dass die Flächenverteilung mit einer guten Genauigkeit eingesetzt werden kann, wobei eine “intelligente” Zuteilung über ein Wichtungsverfahren erforderlich ist. Die Zeitersparnis bei Anwendung der Vereinfachungen beträgt etwa 30 %. Bei komplexeren, vielzonigen Gebäuden ist die Einsparung tendenziell höher einzuschätzen. Das Verfahren erlaubt, alle Bauteilflächen detailliert auf Zonenebene nachzueditieren und somit die Möglichkeit, das Gebäudemodell planungsbegleitend zu konkretisieren. So kann die Berechnung im Laufe der Projektbearbeitung immer weiter präzisiert werden, wodurch die Berechnungsgenauigkeit und die Optimierungsmöglichkeiten gesteigert werden. Diese Vereinfachungen sollen zukünftig in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden nach DIN V 18599 Anwendung finden.

A simplified surface area calculation and zoning model for energy performance assessment of buildings
According to the DIN V 18599 energy performance assessment, buildings have to be divided into zones depending on their utilisation. The same zoning applies to the building envelope where the segments are being allocated to the individual zones. In engineering practice about 50% of the work is required for zoning, calculating surface areas and evaluating the properties of building envelope components. In order to reduce the time needed for these efforts a methodology similar to the single zone model has been developed. To carry out the multiple zone calculation the building envelope is being split and allocated to the individual zones in a simplified way. This as well provides a significant advantage for the dimensioning and optimisation of the related HVAC and lighting systems. Within the simplified calculation, the allocation of the building envelope is carried out in dependence of the zone size and corrected with a weighting factor if needed. The analysis of several buildings has shown that the simplified method can be applied with sufficient accuracy. The weighting factors are however necessary. By implementing this simplification the time expenditure to calculate a building is reduced by more or less 30%. This reduction tends to be even more important when dealing with complex buildings which have a high number of zones. The methodology enables building components to be edited by zones and hereby gives the opportunity to easily modify the design during the course of the planning. As the project develops, the calculations can be more detailed thereby increasing the precision of the calculation. In the near future this methodology will be implemented in the Luxembourg energy saving ordinance (EnEV) for the energy performance assessment of non residential buildings.

Das vereinfachte Berechnungsverfahren konnte in DIN 1053-100 in seiner Einfachheit erhalten werden. Mauerwerk kann damit auch nach dem Teilsicherheitskonzept wie bisher mit dem globalen Sicherheitskonzept nach DIN 1053-1 in der Praxis schnell und mit geringem Aufwand nachgewiesen werden, ohne daß eine aufwendige Schnittgrößenermittlung mit allen maßgebenden Lastfallkombinationen erforderlich wird. Die Anwendungsvoraussetzungen für die vereinfachte Bemessung sind die gleichen wie bisher. Bei der Umstellung auf das Teilsicherheitskonzept wurden die Nachweise modifiziert und auf Kräfte als nachzuweisende Größe anstelle der bisher üblichen Spannungen umgestellt. Auf der Grundlage ausführlicher Parameterstudien und theoretischer Untersuchungen konnte zudem eine Anpassung an den heutigen Stand der Technik vorgenommen werden. Der Beitrag stellt das vereinfachte Berechnungsverfahren insgesamt vor und informiert über neu aufgenommene Regelungen und deren Grundlagen.

In DIN EN 1993-1-8 steht mit der Komponentenmethode ein Verfahren zur Bemessung von Anschlüssen zur Verfügung, dessen Möglichkeiten von der Praxis u. a. wegen der aufwändigen Herangehensweise zurzeit noch wenig genutzt werden. Es besteht mit der Methode die Chance, Eigenschaften der Anschlüsse wie Tragfähigkeit und Duktilität gezielt einzustellen. Allerdings fehlen zurzeit im Konzept noch bestimmte Duktilitätskriterien, auch werden hier für duktile Anschlüsse nicht alle Trageffekte berücksichtigt.
Das Entscheidende am Anschluss für die Duktilität und Tragfähigkeit ist das Zusammenspiel zwischen Stirnplatten- bzw. Stützenflanschtragfähigkeit und Schraubentragfähigkeit. Die Stirnplatte bzw. der Stützenflansch müssen dabei eine hohe Verformungskapazität bereithalten, um große Knotenrotationen zu ermöglichen und die Schrauben dürfen nicht vorzeitig versagen. Durch große Verformungen der Stirnplatte trägt diese nicht mehr nur über reine Biegetragwirkung ab, sondern zusätzlich über Membrantragwirkung. Die Tragfähigkeit der Stirnplatte ist dadurch deutlich größer als unter reiner Biegetragwirkung. Die Verformung der Stirnplatte verursacht allerdings eine zusätzliche Biege- und Querkraftbeanspruchung der Schrauben.
Das hier vorgestellte vereinfachte Bemessungsverfahren für geschraubte Stirnplattenanschlüsse ermittelt die Momententragfähigkeit des Anschlusses in Abhängigkeit von der mittels eines Knotenkorrekturfaktors modifizierten Schraubenzugtragfähigkeit und des inneren Hebelarms. Der Knotenkorrekturfaktor berücksichtigt dabei alle auf die ungestörte Schraubenzugtragfähigkeit ungünstig wirkenden Effekte am Anschluss. Des Weiteren wurde für das Verfahren ein Anwendungs- bzw. Gültigkeitsbereich erarbeitet, um die maßgebenden Komponenten am Anschluss zu steuern. Zur Sicherstellung der Duktilität des Anschlusses wurden zudem Duktilitätskriterien entwickelt. Mit Hilfe des neuen Bemessungsverfahrens können voll- und teiltragfähige Anschlüsse nun in wenigen Schritten mit ausreichender Duktilität und Tragfähigkeit dimensioniert werden.

Simplified design method for bolted partial-strength joints.
The component method in DIN EN 1993-1-8 is a tool for designing joints which is at the moment not adequately utilized in practice due among others to the complex design procedure. The method however offers the possibility to design joints for high resistance and ductility in a targeted way. But for ductile joints the method lacks more detailed ductility criteria and does not consider all carrying effects.
The decisive factor for the ductility and bearing capacity of the connection is the interaction between endplate capacity (or column flange capacity) and bolts capacity. The endplate and the column flange have to sustain a high deformation capacity to allow large joint rotations and the bolts should not fail prematurely. By large deformations the endplate does not only develop pure bending, but also membrane effects. The load capacity of the endplate is therefore higher than resulting from pure bending load effect. But the deformations of the endplate also cause additional bending and shearing of the bolts.
The simplified design method for bolted joints presented here determines the moment resistance of the joint based on the tensile capacity of the bolts modified by a connection correction factor and the inner lever arm. The connection correction factor considers all unfavorable effects on the pure tensile capacity of the bolts which might occur at the joint. Furthermore, an application range has been defined for the method to control the relevant components at the joint. To ensure sufficient ductility of the joint additional ductility criteria have been developed. The new design method can now be used to dimension full and partial-strength joints with high resistance and ductility in only a few calculation steps.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann zum 65. Geburtstag gewidmet
In DIN EN 1991-1-2:2010 [1] ist aktuell ein vereinfachtes Verfahren enthalten, das die Berechnung von thermischen Einwirkungen von Bauteilen bei lokalen Bränden ermöglicht. Auf der Grundlage der Arbeiten von Heskestad und Hasemi kann für lokale Brände die Berechnung der Temperaturen im Feuer-Plume und des Netto-Wärmestroms im Bereich der brandbeanspruchten Bauteile im Deckenbereich (Ceiling Jet) vorgenommen werden. Das vereinfachte Verfahren wurde durch experimentelle Untersuchungen validiert und hat sich in der Anwendung bewährt. Im Zuge der Novellierung von EN 1991-1-2 Anhang C soll das vorgenannte Verfahren um neue analytische Bemessungsansätze erweitert werden. Der Vorschlag sieht vor, Netto-Wärmeströme von brandbeanspruchten (vertikalen) Bauteilen, die in Bezug auf die Flammenachse des lokalen Brands versetzt angeordnet sind, zu berechnen. Im Rahmen eines DIBt-Forschungsvorhabens [2] wurde die Plausibilität und Anwendbarkeit des erweiterten Bemessungsverfahrens geprüft. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Vereinfachungen und die Anwendung des erweiterten Bemessungsverfahrens für Stahlstützen unter lokaler Brandbeanspruchung gezeigt. Ferner wird eine Validierung anhand von Vergleichsrechnungen zwischen den Ergebnissen des Bemessungsverfahrens, Simulationsergebnissen mit dem CFD-Modell Fire Dynamics Simulator sowie anhand von Messdaten realer Pool- und Holzkrippenbrände vorgenommen.

Simplified design methods for steel columns under localised fire
DIN EN 1991-1-2:2010 [1] currently contains a simplified design method that allows the calculation of thermal effects under localised fires. Based on the work of Heskestad and Hasemi, the temperatures in the fire plume and the net heat flux in the ceiling area (Ceiling Jet) of structural elements under localised fires can be calculated. The design method have been validated by experimental investigations and have proven themselves in application. In the Draft of EN 1991-1-2 Annex C, the mentioned design method are to be extended by new analytical design approach. The new design approach calculates the net heat flux of structural elements (vertical) which are offset to the flame axis of the localised fire. Within the scope of a DIBt research project [2] the plausibility and applicability of the new design approach was tested. In this article the simplifications and the application of the new design approach for steel columns under localised fire are shown. Furthermore, a validation is carried out on the basis of comparative calculations between the results of the new design approach, simulation results with the Fire Dynamics Simulator as well as measurement data of real pool and wood crib fires.

Vereinfachte Nachweise für Bauteile in Form von Interaktionsgleichungen sind nach wie vor beliebt. Die in DIN 18800-2 und EN 1993-1-1 vorgesehenen, die auch die plastischen Reserven von Querschnitten ausnutzen, schließen den Fall der planmäßigen Torsion bisher aus. Die Frage der Erfassung der planmäßigen Torsion wurde in einem Forschungsvorhaben behandelt, das an der RWTH Aachen, der RU Bochum und der TU Berlin durchgeführt wurde. Dabei wurden insgesamt 71 Großversuche und zusätzliche FEM-Berechnungen vorgenommen, die es als "rechnerische" Versuche erlauben, das untersuchte Parameterfeld stark zu vergrößern. Hier wird über die an der TU Berlin durchgeführten Versuche berichtet, die Vergleichsrechnungen und die Ableitung einer Interaktionsgleichung mit den zugehörigen Interaktionsfaktoren werden beschrieben. Die Anwendung wird durch Beispiele gezeigt.

Ein Schema zum Nachweis der inneren Tragfähigkeit von unbewehrten Stabilisierungssäulen auf der Basis von Schiefstellungen in Anlehnung an das Berechnungsschema der DIN EN 1992-1 wurde vom Verfasser in der Bautechnik 90 (2013) vorgestellt. Um die Anwendung dieses Nachweises zu vereinfachen, wurde eine Vielzahl von Vergleichsberechnungen für verschiedene Arten von Stabilisierungssäulen durchgeführt. So war es möglich, einfache Bemessungskurven für horizontal unverschieblich gehaltene Tragsysteme zu entwickeln, die den Aufwand für diesen Nachweis erheblich verringern.

Simplified proof of the internal bearing capacity of rigid inclusions in soil
A scheme for proving the internal load bearing capacity of non-reinforced pile-like support elements on the basis of inclinations based on the calculation scheme of DIN EN 1992-1 was presented by the author in Bautechnik 90 (2013). In order to simplify the application of this proof, a large number of comparative calculations were carried out for various currently customary production methods. So it was possible to develop a simple design curve for horizontally non-sway support structures, which reduces the effort for this proof significantly.

Es wird gezeigt, wie einfach die aerodynamische Stabilität von Schrägseilbrücken rechnerisch abgeschätzt werden kann. Die ausreichende Wirklichkeitsnähe dieses Näherungsverfahrens wird durch die Nachrechnung von 18 ausgeführten und zwei noch im Bau befindlichen Schrägseilbrücken erbracht, für welche teilweise die Eigenfrequenzen am Bauwerk und/oder die kritischen Windgeschwindigkeiten im Windkanal bzw. am Bauwerk gemessen wurden.

Der Nachweis der Kippsicherheit für einfach symmetrische Stahlbetonbalken auf iterativem Weg mit Berücksichtigung der veränderlichen Biege- und Torsionssteifigkeit im Zustand II.

In diesem Beitrag wird ein vereinfachtes brandschutztechnisches Nachweisverfahren vorgestellt, das auf experimentell abgesicherten analythischen Ansätzen und Eingangsdaten beruht und insbesondere bei lokal begrenzten Bränden anwendbar ist. In diesem Anwendungsbereich ist es aufwendigeren Brandsimulationsmodellen nach dem internationalen Stand der Technik ebenbürtig, da es dieselben Grundlagen verwendet. Die für eine Bauteilbemessung benötigten Temperaturzeitverläufe lassen sich ohne aufwendige Simulationsrechnungen mit Hilfe nachvollziehbar physikalischer Zusammenhänge berechnen und leicht überprüfen. Die Anwendung des Verfahrens wird anhand eines Beispieles dokumentiert.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Es wird ein auf der Annahme der Affinität von Momenten- und Krümmungsfunktion basierendes Berechnungsverfahren zur vereinfachten, überschlägigen Abschätzung der Durchbiegung von Stahlbetonträgern unter Gebrauchslasten präsentiert. Der Einfluß der Kriechverformungen wird dabei wirklichkeitsnah erfaßt, so daß eine realistische Verformungsberechnung mit minimalem Berechnungsaufwand gelingt.

Wabenträger sind schon lange als materialsparende Leichtbauträger im Einsatz und haben früher auch zu entsprechenden Kosteneinsparungen geführt. Mit der Zunahme der Fertigungskosten stehen heute vor allem ästhetische Gründe für den Einsatz von Wabenträgern im Vordergrund. Die neuen Stahlbautabellen C5/05 des Stahlbau Zentrums Schweiz (SZS) [1] enthalten Grundwerte für Wabenträger, die eine einfache Vordimensionierung ermöglichen und somit den Entwurf erleichtern. Der vorliegende Aufsatz erläutert die technischen Grundlagen und gibt Hinweise zur Anwendung der tabellierten Werte.

Es wird auf die Unterschiede zwischen ausgeführten Versuchen und theoretischen Berechnungen hingewiesen, die in der einschlägigen Norm bisher keine ausreichende Berücksichtigung gefunden haben. Aus diesem Grund wird ein neues vereinfachtes Verfahren zur rechnerischen Voraussage der Tragfähigkeit des Baugrunds unter Flachgründungen vorgestellt und mit Versuchsergebnissen aus der Literatur verglichen.

Zur Windaussteifung von Gebäuden werden in ihrer Ebene schubsteif ausgebildete Wand- und Deckenteile (Scheiben) herangezogen, die ausser für Vertikallasten auch für die anteiligen Horizontallasten (Schubkräfte) bemessen und verankert werden müssen. Es wird ein Exponentialansatz für die Sohldruckverteilung sowie die Bernoulli-Naviersche Hypothese für die Sohlfuge benutzt und die Nachgiebigkeit der Ankeranschlüsse berücksichtigt.

Es wird ein vereinfachtes Verfahren für die Bestimmung der Erbebensicherheit von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken aufgezeigt.

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Ermüdungssicherheit für Strassen- und Eisenbahnbrücken vorgestellt.

Unter dem Nachweis der Gebrauchstauglichkeit wird der Nachweis der Beschränkung der Durchbiegungen verstanden und hierfür werden Beziehungen unter Berücksichtigung des Schwinden und Kriechens vorgestellt.

Aufbauend auf dem Fliessgelenkverfahren unter Berücksichtigung der Verformungen nach Theorie II. Ordnung und des Normalkrafteinflusses wird ein vereinfachtes Bemessungsverfahren für beliebig belastete Bogenbrücken und Gewölbe gezeigt.

Aufbauend auf der Fliessgelenktheorie wird ein Verfahren zur Bemessung von schlaff bewehrten und vorgespannten Rahmen vorgeführt.

Über die überschlägige Bemessung von Stahlbetonstützen.

Vereinfachtes Konzept für Entwurf, Vorbemessung und Überschlagsrechnung von linien- und punktgelagerten Deckenplatten aus Stahl- und Spannbeton

Kurzgefasste Darstellung für Entwurf, Vorbemessung und Überschlagsrechnung von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen.

Die Bemessung balkenartiger, einfeldriger Eisenbahnbrücken in WiB-Bauweise ist maßgeblich an Fragestellungen zur zuverlässigen Abschätzung möglicher Resonanzrisiken gekoppelt. Bekanntlich verhalten sich WiB-Brücken in der Realität deutlich günstiger als anhand von Berechnungen prognostiziert. In vielen Fällen kann der vereinfachte rechnerische Resonanznachweis gemäß DIN EN 1991-2 für Überfahrtsgeschwindigkeiten vö ≤ 200 km/h nicht erbracht werden, sodass eine Vielzahl von Zugüberfahrten anhand numerischer Modelle zu simulieren ist. Bei vö > 200 km/h sind immer Simulationsrechnungen erforderlich.
Der vorliegende Beitrag zeigt, wie anhand äquivalenter Einmassensysteme Zugüberfahrten simuliert werden können. Am äquivalenten System werden zunächst vertikale Durchbiegungen und Beschleunigungen in Feldmitte des Ausgangsbalkensystems ermittelt. Aus den Ergebnissen lassen sich alle bemessungsrelevanten Zustandsgrößen ermitteln. Die signifikante Zeitersparnis im Vergleich zur Berechnung mit einem Balkensystems resultiert daraus, dass die entsprechenden Zustandsgrößen lediglich an relevanten Stellen im System ermittelt werden.
In diesem Beitrag werden ideal gelenkig gelagerte Balkensysteme und Balkensysteme mit zusätzlichen Drehfedern an den Auflagern (Abbildung der Einspannwirkung von über die Brückenenden hinauslaufenden Gleisen) in äquivalente Einmassensysteme überführt. Die am äquivalenten System ermittelten Ergebnisse werden durch Vergleichsrechnungen an Balkensystemen verifiziert.

Simplified simulation of train crossings - dynamic design of filler beam railway bridges using an equivalent SDOF system
Design of simply supported longitudinal filler beam bridges is strongly linked with questions regarding reliable estimation of a possible resonance risk. As is generally known, filler beam bridges behave much better in reality than predicted by calculation. In many cases, a simplified formula based resonance check provided by EN 1991-2 for crossing velocities vö ≤ 200 km/h cannot be fulfilled. Thus, a high number of train crossings have to be simulated with numerical models. For vö > 200 km/h, simulations always have to be performed.
This paper demonstrates, how to simulate train crossings with an equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) system. With the equivalent system vertical deflections and accelerations are calculated in mid-span of the original beam system. From these results all parameters required for design can be derived. This significantly saves time as respective parameters are only calculated and evaluated for relevant spots in the system.
An ideally hinged beam system and a beam system with additional rotational springs, (where the springs represent the restraining effect of tracks overlapping the bridgés ends) are transformed into equivalent SDOF systems. Results obtained with an equivalent model are verified by comparison with results obtained with a beam model.