Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Nominated for Eurosteel 2021 Best Paper Award
The introduction to the market of metal foams represents a significant opportunity to increase the use of metal in the construction market. In fact, the development of new products made of metal foams and steel could improve the performance of conventional buildings in terms of stiffness and resistance. The first structural applications of these materials have already shown the potential of composites made of foam and steel, and demonstrated the feasibility of producing mono-dimensional and bi-dimensional elements with a high resistance-to-weight ratio. Reducing the structural weight can be a significant advantage in many cases, such as infrastructures or buildings in seismic zones. Within this framework, the work presented in this paper aims to assess the response of composite sandwich panels made of steel and aluminium foam using a set of tests that will serve as the basis for developing a new system of dry-assembled composite floors. The tests were carried out at the Strength laboratory (Structural Engineering Test Hall) at the University of Salerno, Italy and were designed to verify the mechanical properties of metal foam panels and double-skin glued sandwich panels. The tests have shed light on the basic mechanical properties of both foams and sandwich panels.

Nominated for Eurosteel 2021 Best Paper Award
The fatigue design of shear connectors for composite girders is based on fatigue strength curves (with 95 % survival probability) derived from tests with one or just a few connectors. According to the Eurocodes, the lifetime of a girder can then be limited by failure of the shear connector with the highest fatigue utilization. The failure probability of a component is thus determined by the failure probability of one shear stud or composite dowel, although a composite girder is an internally highly statically indeterminate system with the capability of redistributing forces in the composite joint. This paper outlines how considering crack propagation, the residual capacity of shear connectors with cracks and the redistribution of forces towards less stressed and damaged connectors can have positive effects on the lifetime of a girder. The failure probability of a girder is determined by several Monte Carlo simulations using a simplified FE lamella model with incremental calculation of the degradation of the connectors. The input parameters with the greatest influence on the fatigue behaviour of the girder are evaluated. Furthermore, the results show the economic potential of a future global safety concept for composite girders, especially those with composite dowels.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Nominated for Eurosteel 2021 Best Paper Award
In recent decades, innovative seismic-resilient structural systems have been proposed to reduce the direct and indirect losses related to seismic events. Among others, steel moment-resisting frames (MRFs) equipped with damage-free self-centring column bases (SC-CBs) represent a promising solution. Although several configurations of SC-CBs have been proposed in literature, only a few research studies investigated how the significant parameters (e. g. number of storeys, frame layout, seismic mass, seismic intensity) affect the seismic performance of MRFs with SC-CBs. To further investigate this aspect, the present work focuses on the influence of an additional parameter (i. e. the combination of seismic mass and acceleration) on their self-centring capability. Three 5-bay steel MRFs with 4, 6 and 8 storeys are considered as case-study frames and designed based on two different values of the seismic mass (i. e. M1 and M2). Numerical models are developed in OpenSees, incremental dynamic analyses (IDAs) are performed to monitor global engineering demand parameters (EDPs), and fragility curves are derived to evaluate the seismic performance of the structures. It is observed that the inclusion of SC-CBs produces beneficial effects in terms of increased self-centring capability on all the investigated case studies. Moreover, the parametric analysis allows some preliminary observations to be drawn regarding the influence of the number of stories and seismic mass.

Nominated for Eurosteel 2021 Best Paper Award
Additive manufacturing (AM) is playing an increasing role in the production of complex steel structures. Robot- or machine-guided gas-shielded metal arc welding (GMAW), known as wire and arc additive manufacturing (WAAM), is suitable for this purpose. A small footbridge was designed in shell form at TU Darmstadt. It was completely additively manufactured over a stream on site using a welding robot. The work called for cantilevered manufacturing without support structures, which poses special challenges in manufacturing. This paper describes selected aspects of this project: the preliminary strength studies, the manufacturing strategy to ensure homogeneous manufacturing and the findings from on-site manufacturing. In addition, investigations were carried out which led to a notable increase in the deposition rate with the right choice of gas and wire.

As part of the ongoing revision of the Eurocodes, design provisions in EN 1999-1-1 on the buckling of longitudinally welded aluminium compression members have been subjected to a critical review. The numerical investigations described in part 1 of the paper were conducted because a need for improvement was identified. In part 2 the main observations were presented qualitatively. Part 3, the final part of the paper, presents the statistical evaluation of the numerical investigations and the determination of the buckling curves. Two different approaches are conceivable for these buckling curves: conventional buckling curves with explicitly specified imperfection factor and plateau length parameters, and a modified Ayrton-Perry approach with interpolated parameters. Both approaches are compared with the results of the numerical investigations and with test results.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Vertical web stiffeners partially restrain the warping of the simply supported beam when lateral buckling occurs. The restraint increases the critical moment of the beam. This increase can be shown through the decrease of the warping effective length factor in the general formula determining the critical moment. An approximative expression to determine the warping effective length factor is proposed and verified by numerical analysis. Simply supported beams stiffened by vertical stiffeners, including end plates, which are subjected respectively to uniform bending, uniformly distributed loads, two concentrated loads and one concentrated load are numerically analyzed using COMSOL finite element software. The reliability of the proposed expression is assured by small coefficients of variation and very high coefficients of determination. It can provide a solution to improve the critical moment in the design of the beam without using an intermediate lateral bracing system.

ECCS News: ECCS Annual Meetings
Research Projects

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Zum Titelbild:
Im Rahmen des internationalen Wettbewerbs Solar Decathlon 21/22, der im Juni 2022 in Wuppertal ausgetragen wird, hat sich das Team levelup der TH Rosenheim das Ziel gesetzt, mittels Aufstockung den urbanen Raum nachzuverdichten. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Schaffung neuen Wohnraums in Kombination mit einer energetischen Sanierung zum Plusenergiegebäude. Erreicht wird dies durch ein Energiekonzept mit PV- und PVT-Kollektoren, Absorptionswärmepumpe und einer Fassadenheizung. Das Titelbild zeigt ein Rendering des saniertes Bestandsgebäudes mit Aufstockung in Nürnberg (Quelle: Team levelup).

Keine Kurzfassung verfügbar.

Auf der Basis einer vereinfachten Energie- und Feuchtebilanz für den bauklimatisch kritischen Raum eines Gebäudes ist ein Modell und Programm CLIMT für die Berechnung der Raumlufttemperatur und Raumluftfeuchte entwickelt worden. Außerdem ermöglicht das nutzerfreundliche Programm GLIG die Generierung der Außenklimadaten (Stundenwerte der Temperatur, der Luftfeuchte, der kurzwelligen Direkt- und Diffusstrahlung usw.). Die Rechenergebnisse sind mit Messwerten in zwei aktuellen Gebäuden in Deutschland verglichen worden: der Goldene Saal unter der Zeppelintribüne, der vom Hochbauamt Nürnberg seit 2015 renoviert wird und die Glaseinhausung der Busmannkapellenreplik in Dresden. Die Übereinstimmung zwischen den stündlichen Rechenwerten für die Raumlufttemperaturen und Raumluftfeuchten in den Jahren 2015 bzw. 2018 und den Messwerten in beiden Gebäuden ist beinahe perfekt. Das ist von großer Bedeutung für die Planung aller Sanierungsmaßnahmen und die museale Nutzung beider Gebäude.

Indoor climate study in the “heavy” Golden Hall in Nuremberg and in the “light” glass enclosure of the Busmann Chapel in Dresden
On the basis of the simplified energy and moisture balance of a building the model and program CLIMT (Climate-Indoor-Moisture-Temperature) for the practicable calculation of the indoor air temperature and relative humidity has been developed. Moreover the climatic generator CLIG is an userfriendly program in order to generate binary climatic dates (hourly values of temperature, relative humidity, shortwave direct radiation on chosen freely surfaces etc.) The results have been validated with hourly values of measurements in actual buildings in Germany: The “Golden hall” below the “Zeppelin terrace” in renovation since 2015 by the city building department Nuremberg and the glass housing around the Busmann chapel replica in Dresden. The correlation between calculation and measurement of temperature and humidity is nearly perfect. That is important for the planning of rehabilitation measures and the using of both buildings as museal spaces.

Das Finanzierungsinstrument Intracting schafft beim hochschulinternen Energiemanagement positive finanzielle und organisatorische Rahmenbedingungen für die kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz der Hochschulgebäude. So werden die vorhandenen oft hochwirtschaftlichen Energieeinsparpotenziale aktiv erschlossen. Beim Intracting werden mit einer einmaligen Anschubfinanzierung erste Energiesparmaßnahmen umgesetzt. Die erzielten Energiekosteneinsparungen werden einer sogenannten Intracting-Kostenstelle gutgeschrieben und in neue Energieeffizienzmaßnahmen reinvestiert. So ergeben sich weitere Energiekosteneinsparungen, die wiederum gutgeschrieben und reinvestiert werden usw. Dieser Intracting-Kreislauf führt bei richtiger Ausgestaltung zu einem exponentiellen Anstieg der verfügbaren Finanzmittel. In den ersten 15 Jahren können so Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen umgesetzt werden, die etwa dem 20-fachen der Anschubfinanzierung entsprechen, wodurch die CO2-Emissionen der Gebäude substanziell gesenkt werden.
Das Forschungsprojekt “Intracting an Hochschulen - IntrHo” untersucht die Ausgestaltung, Einführung und Anwendung von Intracting an Hochschulen und entwickelt benötigte Planungs- und Umsetzungshilfsmittel. Zentrale Ergebnisse werden hier vorgestellt. Sie sind weitestgehend auf Kommunen übertragbar.

Intracting as a financing instrument for energy saving measures in university buildings
Intracting creates positive conditions for the energy management to continuously improve the energy efficiency of university buildings. To start Intracting first energy saving measures implemented are financed by a given start up financing. The energy cost savings achieved are credited to an intracting-account and reinvested in further energy saving measures. This leads to more cost savings which are reinvested again and so on. If properly designed, this “Intracting cycle” creates an exponential increase of the available finances. The energy saving investments within 15 years can reach up to 20 times the start up financing. Therefore, energy consumption and CO2-emissions can be reduced substantially.
The research project “intracting at universities - IntrHo” examines the implementation of Intracting at universities and develops the tools necessary for planning and application. Fundamental results are presented in this paper. They are largely transferrable to municipalities.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Mit dem Beitrag des Teams der FH Aachen zum SDE 21/22 wird im Projekt LOCAL+ ein kreislauffähiger Holzmodulbau mit einem innovativen Wohnraumkonzept geplant und umgesetzt. Ziel dieses Konzeptes ist die Verringerung des stetig steigenden Wohnflächenbedarfs durch ein Raum-in-Raum Konzept. Gebäudetechnisch wird in dem Projekt nicht nur das Einzelgebäude betrachtet, sondern unter Berücksichtigung des Gebäudebestandes wird für das Quartier ein innovatives und nachhaltiges Energiekonzept entwickelt. Ein zentrales Wasserstoffsystem ist für ein Quartier geplant, um den Stromverbrauch aus dem Netz im Winter zu reduzieren. Zentraler Bestandteil des TGA-Konzepts ist ein unterirdischer Eisspeicher, eine PVT und eine Wärmepumpe mit intelligenter Regelstrategie. Ein Teil des neuen Gebäudes (Design Challenge DC) wird in Wuppertal als Hausdemonstrationseinheit (HDU) präsentiert. Eine hygrothermische Simulation der HDU wurde mit der WUFI-Software durchgeführt. Da im Innenraum Lehmmodule und -platten als Feuchtigkeitspuffer verwendet werden, spielen die Themen Feuchtigkeit, Holzfäule und Schimmelwachstum eine wichtige Rolle.

LOCAL+ - a recyclable wooden modular building with a sustainable energy and living space concept
In the LOCAL+ project, a recyclable timber modular building with an innovative living space concept is planned and implemented. The aim of this concept is to reduce the constantly increasing demand for living space through a house-in-house concept. As energy concept, the project not only looks at the individual building, but also develops an innovative and sustainable energy concept for the neighbourhood, taking into account the existing building. A central component of the TGA concept is an ice storage tank, PVT and a heat pump, hydrogen system with an intelligent control strategy. A part of the new building (Design Challenge DC) will be presented in Wuppertal as house demonstration unit (HDU). The hygrothermal simulation of HDU is performed using WUFI software. The simulation result of HDU is presented in the article to identify moisture damage, wood rot and mold growth. Since the proposed clay modules will be used as moisture buffers, this issue should be addressed to identify potential damage.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Das interdisziplinäre Team MIMO (Minimal Impact - Maximum Output) der Hochschule Düsseldorf beschäftigt sich mit der ganzheitlich ressourceneffizienten Nachverdichtung urbaner Quartiere. Ein gründerzeitliches Industriegebäude und heutiges Tanzhaus wird energetisch saniert und um eine Wohnnutzung aufgestockt. In theoretischem Entwurf und folgender 1:1-Umsetzung wird die Weiternutzung und Revitalisierung des Gebäudebestands, kreislaufgerechte Konstruktionen und Materialverwendung, der Einsatz recycelter, ökologischer und wiederverwertbarer Materialien, sozialnachhaltige Aspekte im Sinne von Gemeinschaft und Teilhabe sowie die Nutzung lokaler, erneuerbarer Energien zum Ausgleich der Gebäudeenergie- und Ökobilanz adressiert.

MIMO - MINIMAL IMPACT, MAXIMUM OUTPUT - Stacked Tiny Houses as an urban living community
The interdisciplinary team MIMO of the University of Applied Sciences Düsseldorf is working on the holistic, resource-efficient redensification of urban districts. A Wilhelminian industrial building and current dance hall is being energetically renovated and extended with apartments. The theoretical design and subsequent 1:1 implementation will address the continued use and revitalisation of the existing building stock, recyclable construction and material use, the use of recycled, ecological and recyclable materials, socially sustainable aspects in the sense of community and participation, and the use of local, renewable energies to equalize the building's energy and life cycle balance.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Das Team X4S der Hochschule Biberach entwickelt und plant für den SDE 21/22 eine Aufstockung mit vier Geschossen in Holzbauweise auf ein zweigeschossiges Bestandsgebäude im Quartier Wuppertal-Mirke. Ziele des Beitrags ist die Schaffung von neuem Wohnraum und Büroflächen. Solarenergienutzung in der Fassade und auf dem Dach soll die C02-neutrale Betrieb des Gebäudes aus Bestand und Aufstockung ermöglichen. Die Baukonstruktion der Aufstockung ist auf Langlebigkeit, Trennbarkeit, Wiederverwertbarkeit der verwendeten Roh- und Baustoffe ausgerichtet. In diesem Betrag werden die Konstruktion der Gebäudehülle und die bauphysikalischen Eigenschaften des Gebäudes mit einem Fokus auf ihre Bedeutung für das Energiesystem vorgestellt.

X4S - Climate-neutral living and working in the urban environment
Team X4S of Biberach University of Applied Sciences is developing and planning a four-storey addition in timber construction to a two-storey existing building in the Wuppertal-Mirke neighbourhood for SDE 21/22. The aim of this contribution are to create new living space and office space. The use of solar energy in the façade and on the roof allows for the C02-neutral use of the building from the existing building and the extension. The construction of the extension is based on durability, separability and recyclability of the raw and building materials used. In this paper, the construction of the building envelope and the physical properties of the building are presented with a focus on their significance for the energy system.

Im Rahmen des SDE 21/22 entwickelt das interdisziplinäre Team “coLLab” der Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) ein ganzheitliches und übertragbares Konzept für die Aufstockung und Sanierung eines Bestandsgebäudes auf dem Campus der Hochschule in der Stadtmitte von Stuttgart. Dabei handelt es sich um einen für die Nachkriegszeit typischen Stahlbeton-Skelettbau mit Verwaltungsnutzung aus den 1950er Jahren. Im Sinne hoher Übertragbarkeit und einer möglichst günstigen Gesamt-Ökobilanz kommt eine leichte Holzkonstruktion zum Einsatz. Für den Wettbewerbsbeitrag werden außerdem Low-Tech Konzepte mit innovativen Technologien und Methoden kombiniert. Dies wird insbesondere an der Fassade des Entwurfs durch den Einsatz von organischen Photovoltaikzellen (OPV) und einem Solarkamin sichtbar, auf deren Integration und Funktionsweise in diesem Bericht eingegangen wird.

coLLab - Low-tech meets innovation for an extansion and renovation with OPV façade
Within the framework of the SDE 21/22, the interdisciplinary team “coLLab” of the HFT Stuttgart is developing a holistic and transferable concept for the addition and renovation of an existing building on the campus of the university in the city center of Stuttgart, Germany. This is a reinforced concrete skeleton building with administrative use from the 1950s, typical of the post-war period. In the interests of high transferability and the most favorable overall ecological balance possible, a lightweight timber construction is used. In addition, low-tech concepts are combined with innovative technologies and methods for the competitive contribution. This is particularly visible on the façade of the project building through the use of organic photovoltaic cells and a solar chimney, the integration and functioning of which is discussed in this report.

Keine Kurzfassung verfügbar.