In der hier vorgestellten Arbeit wird die Materialermüdung von Stahlproben anhand der Verzerrung von Lamb-Wellen untersucht. Gekerbte Stahlproben werden zyklisch auf Zug bis zum Bruch im Low-Cycle-Fatigue (LCF) belastet. In Abständen von 1000 Lastzyklen wird die Prüfmaschine angehalten. Ein Aktuator regt Lamb-Wellen bei einzelnen Frequenzen und Frequenzbändern im Bereich von 1 bis 500 kHz an. Nachdem die Lamb-Wellen die Kerbe durchlaufen haben, werden sie von einem Sensor aufgenommen. Die Auswertung der gemessenen Spektren zeigt, dass die mittlere Amplitude mit zunehmender Materialermüdung kleiner wird. Diese Ergebnisse bieten die Grundlage zur Entwicklung eines möglichst robusten Verfahrens zur Risserkennung. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Ansatzes ist, dass kurz vor der Entstehung sichtbarer Risse die Materialermüdung erkannt werden kann, ohne dass dafür Referenzmessungen des ungeschädigten Bauwerks nötig sind.

Lamb-wave distortion as approach to detect cracks in steel plates
The work presented here examines fatigue of steel specimens based on harmonic-distortion of Lamb-waves. Cyclic tension load is applied on notched steel specimens until failure under Low-Cycle-Fatigue (LCF) occurs. The fatigue test is interrupted every 1000 load cycles. An actuator excites Lamb-waves with singular frequencies and frequency bands in a range from 1 to 500 kHz. After the Lamb-waves passed the notch they are recorded by a sensor. Analysing the spectra shows a declining of the average amplitude with increasing material fatigue. These results provide an approach to develop a robust crack detection methodology. A major advantage of such an approach is the ability to detect cracks at least shortly before they become visible without requiring reference measurements of the undamaged structure.

Die Fußgängerbrücke am Stern-Center in Potsdam wurde vor sieben Jahren in Betrieb genommen. Seitdem werden sowohl von der Brückenverwaltung als auch von den Nutzern deutlich spürbare Schwingungen beim Überqueren der Brücke festgestellt, die Anlaß zu Beunruhigungen geben. Ziel der durchgeführten Untersuchungen war es, das Schwingungsverhalten und die Schwingungsursachen der Schrägseilbrücke anhand von Messungen zu identifizieren und ein geeignetes FE-Rechenmodell zu entwickeln, das die dynamischen Wirkungen hinreichend genau erfasst

In dieser Arbeit werden elastische Grenzmomente bei einer Torsionsbelastung prismatischer Stäbe für einige wesentliche Walzprofilreihen mittels der Methode der finiten Elemente berechnet und tabelliert. Die Grenzmomente sind dadurch definiert, daß an einem oder mehreren Punkten des Querschnitts die Vergleichsspannung nach von Mises die Fließspannung gerade erreicht. Die Grundlage der Berechnung ist die St.Venantsche Torsionstheorie für beliebige dickwandige offene und geschlossene Querschnitte. Dabei können Spannungskonzentrationen, die an einspringenden Ecken mit Ausrundungen entstehen, im Rahmen einer vorgegebenen Genauigkeit berechnet werden. Die ermittelten elastischen Grenzmomente sind um ungefähr 40 bis 80% geringer im Vergleich zu einer Theorie dünnwandiger Querschnitte, welche die Spannungskonzentrationen nicht berücksichtigt. Somit liegt eine Berechnung mit der Theorie dünnwandiger Querschnitte erheblich auf der unsicheren Seite.

Ausgehend von der Differentialgleichung und den Randbedingungen der St.-Venantschen Torsionstheorie wird eine Finite-Element-Formulierung zur Ermittlung der Verwölbungen beliebiger Querschnitte beschrieben. Hierbei werden keine vereinfachende Annahmen hinsichtlich Querschnittsgeometrie sowie Verlauf der Verwölbungen getroffen. Auf dieser Basis werden die Torsionskennwerte der gängigen Walzprofile bestimmt. Die gewonnenen Ergebnisse werden den DIN-Tafelwerten gegenübergestellt, welche auf den Berechnungen von Bornscheuer, beruhen. Die Unterschiede werden diskutiert.

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Das Interesse an freien Formen in der Architektur und im Industriedesign nimmt immer stärker zu. Für komplex geformte Strukturen sind faserbasierte Werkstoffe nahezu prädestiniert und bieten gegenüber klassischen Materialien im Bauwesen etliche Vorteile. Dennoch finden diese Materialien nur in seltenen Fällen Einzug in das Bauwesen. Die Abbildung von Geometrie und Materialität stellt dabei eine erhebliche Komplexität dar. Aus diesem Grund wurden von den Autoren neue bionische und multidisziplinäre Ansätze verfolgt, die es erlauben, das Potenzial des Materials für hocheffiziente Strukturen auszuschöpfen. Hierzu wurden ein angepasstes Verfahren zur Fertigung und neue Simulationswerkzeuge zur Planung für Architekten und Ingenieure entwickelt. Die entwickelten Methoden dienten als Grundlage eines im Sommer 2012 umgesetzten Versuchsbaus auf dem Campus der Universität Stuttgart und konnten dadurch erprobt und verifiziert werden. Die Strukturlogik des semitransparenten Pavillons wurde durch die räumliche Anordnung von Carbon- und Glasfasern definiert. Er hatte bei einer Spannweite von 8 m nur eine durchschnittliche Bauteildicke von 4, 6 mm und wog trotz seiner beachtlichen Größe weniger als 320 kg.

Bio-inspired fibre composite structures - principles for fabrication and design
The request of free-form surface generation strategies in architecture and industrial design is ever more increasing. For complex-shaped structures, fibre-based materials are often an obvious choice as they offer numerous advantages compared to traditional building materials and techniques. However, the usage of these materials in the construction field is still limited. Moreover, the design and simulation of fibre-based materials is still a very challenging topic. For these reasons the authors developed an innovative, bionic-inspired and multidisciplinary approach which allows the exploitation of the material potential to create highly efficient structures. Following this purpose, an integrated methodology for the simulation and manufacturing process was conceived for the architects and engineers. The developed methods were the basis for a prototype realized on the campus of the University of Stuttgart in the summer 2012, allowing the testing and proof of the proposed approach. The semi-transparent pavilion spanned 8 m for a thickness of only 4.6 mm and weighed, despite its considerable size, less than 320 kg.

Die Schaffung von bezahlbarem und sozialem Wohnraum in bedarfsgerechter Größenordnung ist weiterhin eine der größten Herausforderungen, die an Politik, Bau- und Wohnungswirtschaft derzeit gestellt ist. Die aktuellen Baukosten und Materialpreisentwicklungen gelten dabei als eine der Hürden für eine entsprechende Umsetzung in höherer Schlagzahl. Unter anderem gestiegene Qualitätsansprüche an die baulichen Standards, z. B. die Energieeffizienz und das barrierefreie Bauen, Kfz-Stellplätze und weitere kommunale oder behördliche Auflagen sowie das innerstädtische Bauen mit seinen erhöhten logistischen Anforderungen, haben das kostengünstige Bauen in den letzten Jahren immer weiter erschwert.

Building prices and construction costs for housing construction in Germany are growing dynamically. The main cost drivers are still legal, normative and other regulations that are generally drawn up at federal level. However, the trend in building prices also shows that intense building activity is also affecting prices. This trend is also complex: the trend in the groups of trades concerned with carcass work can be categorised between the rate of inflation and increased building prices. The price trend in the whole of technical completion, on the other hand, is disproportionate, and it is these completion trades (heating, ventilation, sanitation and electrical) that are actually driving construction costs. Building materials for primary construction of our residential buildings are also developing at different rates. Masonry falls within the sphere of the general growth rate of prices, while reinforced concrete and wood are much higher. This overall trend shows the finiteness of supposedly simple solutions for accelerating the rate of construction in housing construction. Serial building can only offer a niche solution. Far more intelligent is the use of standardised construction, i.e. repetition of ideal ground plans, development types and standardised buildings that can be adapted to the conditions at each site. Furthermore, it is clear that the use of masonry construction in a multi-floor residential building is still the most economical type of building to construct in Germany.

Masonry as the primary form of construction is currently the most economic option for the building of multi-storey apartment blocks in Germany in order to provide affordable housing. It can however also be stated that there is definitely further rationalisation potential in masonry construction, in contrast to lightweight construction.
In comparison to masonry construction, lightweight building methods show no apparent economic advantages, the ecological balance is objectively equivalent and the fire protection and sound insulation properties have to be provided technically and constructively at high cost in order to comply with the same requirements.
Under consideration of a realistic and objective assessment, there is therefore no reason to promote the use of lightweight building methods, such as timber-frame, from their current status as niche products, especially for residential building.

In the context of a comprehensive analysis of the current situation in Germany’s residential sector as regards construction costs and developments in these, the Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (ARGE) undertook a specific study to investigate the use of the main materials for building walls (using both solid and timber construction methods) in residential buildings. In order to obtain comparable data, two buildings typical of the residential sector were modelled: an apartment block and a detached house. These reflect the current building situation in Germany.
It should be noted that for both multi-storey buildings and detached homes, if we look at the median cost, it is more economical to use masonry for the basic structure than timber. The cost advantage of the solid construction method over the timber method for detached houses is 4 %, and the median advantage for apartment blocks is between 4.7 and 6 %.
The studies we used in our assessment of the sustainability of the building materials used (for example from TU Darmstadt) conclude that both construction methods (solid and timber) are comparable in terms of the ‘ecological balance sheet’ results achieved over their entire life cycles and occupancy phases.

Die Studie “Wohnungsbau in Deutschland 2011 - Modernisierung oder Bestandsersatz“ entstand zwischen Juli 2010 und März 2011 durch die Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. im Auftrag der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM), des Bundesverbandes freier Immobilien- und Wohnungsunternehmen e.V. (BfW), des Zentralverbandes Deutsches Baugewerbe e.V. (ZDB), des Verbandes privater Bauherren e. V. (VPB), des Bundesverbandes Deutscher Baustofffachhandel e.V. (BDB) und des Bundesverbandes Baustoffe - Steine und Erden e.V. (BBS). Sie ermittelte erstmals in dieser Art auf der Grundlage vorliegender Daten (Energieverbräuche und Baukostenauswertungen) eine Einschätzung des baulichen und nutzungstechnischen Potentials des “kleinen Wohnungsbaus“ in Deutschland. Der in dieser Studie untersuchte “kleine Wohnungsbau“ umfasst ca. 17 Mio. Gebäude mit ca. 36 Mio. Wohnungen, davon ca. 15 Mio. Ein- und Zweifamilienhäuser und 2,7 Mio. kleinere Mehrfamilienhäuser mit 3 bis 12 Wohnungen und 17 Mio. Wohneinheiten, insgesamt ca. 90 % aller Wohnungen in Deutschland.
Die umfassende Bewertung des Gebäudebestands erfolgte sowohl nach energetischen Kriterien als auch hinsichtlich der Nutzbarkeit und Zukunftsfähigkeit der Grundrisse und Wohnungs- und Gebäudezuschnitte, umfasst also deutlich mehr Kategorien als eine nur auf energetische Verbesserung ausgerichtete Sichtweise.
Die Studie soll einen Beitrag dazu leisten, das bauliche Potential des “kleinen Wohnungsbaus“ in Deutschland sowohl hinsichtlich seines energetischen Nutzens als auch in Bezug auf die Zukunftsfähigkeit seiner Wohnungs- und Gebäudezuschnitte abzuschätzen.

Für den Bau einer Eisenbahnbrücke über den Rhein oberhalb von Mainz richtete die Nürnberger Maschinenfabrik Klett & Co. 1860 eine Baustelle auf der "Mainspitze" ein, aus der in den folgenden Jahren die Brückenbauwerkstatt Gustavsburg entstand. Nach Heinrich Gerber (1832 - 1912) und Anton Rieppel (1852 - 1926) war Max Carstanjen von 1901 bis 1923 Leiter dieses bedeutenden Werkes, das später zur MAN gehörte. In Planung und Bauvorbereitung von Brücken und Stahlhochbauten im In- und Ausland hat er dort Hervorragendes geleistet (z. B. Schwebebahn Wuppertal, Straßenbrücke Worms, Festhalle Frankfurt/M). Sein besonderes Interesse galt aber der theoretischen und praktischen Bearbeitung von Fragen der Wasserbewegung und der Stauregulierung von Flüssen, wofür er das Walzenwehr entwickelte, sowie den verschiedenen Bauarten von Schiffshebewerken.

Für die “Weltausstellung des Friedens”, 1889 in Paris, hatte neben vielen Mitbewerbern auch Gustave Eiffel einen Plan für den später nach ihm benannten Turm vorgelegt. Entwurf und Berechnung stammten aber von dem Elsässer Maurice Koechlin , dem leitenden Ingenieur seines Unternehmens, der nach dem Studium bei Karl Culmann in Zürich zunächst mit Planung und Bauvorbereitung der Garabit-Brücke (Auvergne) und dann mit dem Entwurf für das Stützgerüst für die Freiheitsstatue in New York betraut war. Koechlin s Hauptwerk war anschließend die Gestaltung des Turmes und seiner Elemente unter besonderer Berücksichtigung der Windeinwirkung. Ihm oblag auch die Organisation des Planungsbüros mit der Detailbearbeitung der immerhin rund 18000 Einzelteile des Turmes. 1893 übernahm er von Eiffel , mit dem ihn zeitlebens eine herzliche Kollegialität verband, die Leitung des Unternehmens und den Vorsitz der Eiffelturm-Gesellschaft - bis zu seiner Pensionierung 1926. Seinen Lebensabend verbrachte er in Veytaux/Genfer See. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Der 150. Geburtstag von Anton von Rieppel, dem Erbauer der Müngstener Brücke und Firmengründer der MAN, gibt Anlaß, auf sein außerordentlich interessantes und erfolgreiches Lebenswerk zurückzublicken.

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Mit der material- und werkgerechten Verwendung von Sichtmauerwerk ist der Anspruch einer Architektur weitgehend vorbestimmt.
Ihre modulare Struktur wird durch das Fugennetz als Ausdruck einer immanenten Ordnung wahrgenommen, sie verrät die Machart und suggeriert Wirkungen, die vom Menschen mit Gefühlen und Reaktionen beantwortet werden. So gebildete Lebensräume wirken stimulierend und fördern die Entwicklung des Menschen.
Diese Abhandlung nimmt sich vor, anhand von 12 Beispielen gebauter Architektur die Zeitlosigkeit und den Facettenreichtum von Sichtmauerwerk aufzuzeigen.
Stimulation beispielsweise als belebender Einfluß wird bei einer Schule für Behinderte aus Sichtmauerwerk von Busso von Busse erläutert, wo die plastisch wahrnehmbaren konstruktiven Elemente, Pfeiler, Träger und “fühlbare” Wandflächen die reduzierte Sensorik behinderter Kinder fördern. Das Beispiel eines Hauses am Hang zeigt, wie Sichtmauerwerk die Wahrnehmbarkeit des menschlichen Maßstabes bei einer aus stilistischen Gründen überhöhten Giebelfassade ermöglicht. Bei einem Reihenhaus einer Karlsruher Architektengruppe wird die beinahe schon sprichwörtliche Monotonie des Bautyps “Reihenhaus” durch ein fantasievolles morphologisches Spiel differenzierter Kuben, die mit kleinformatigen Sichtmauersteinen realisiert wurden, umgangen.
An allen Beispielen wird der werk- und materialgerechte Umgang mit unverputztem Mauerwerk nachgewiesen und die Vielseitigkeit mit anschaulichem Bildmaterial belegt.
In einem baugeschichtlichen Exkurs befaßt sich der Beitrag mit dem ethischen Bemühen der Architektur um Wahrheit als stilimmanentes Phänomen im zurückliegenden Jahrhundert. Konstruktion und Material sollten nackt und ungeschminkt bleiben und ihre Identität behalten. Es sollte kein Zweifel aufkommen an der Art wie und woraus Konstruktionen und Bauteile gemacht sind. Das Sichtmauerwerk kam diesem Bemühen entgegen und hat angesichts dieses Anspruchs und ungeachtet der oft sehr schnellebigen Stilwandlungen immer einen hohen Stellenwert behalten.
Der Artikel schließt mit einem Appell an die für das Baugeschehen Verantwortlichen, sich auch künftig der Herausforderung einer anspruchsvollen Bauweise nicht zu entziehen und Sichtmauerwerk als vielseitiges Konstruktions-, Gestaltungs- und Stilmittel zu erhalten.

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In diesem Beitrag werden die Grundsätze der mehrstufigen Finite-Elemente-Modellierung für die Bemessung von Stahlverbindungen beschrieben. Der wesentliche Bestandteil der Bemessung durch finite Elemente ist die Validierung und Verifizierung des Modells und seiner Ergebnisse. Für Modelle mit Schalen- und Volumenkörpern handelt es sich um eine Untersuchung der Netzsensitivität. Bei der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) werden die Stahlplatten mittels nichtlinearer Materialanalyse (MNA) untersucht. Ihre Tragfähigkeit im plastischen Zustand wird durch die Dehnungen begrenzt. Das Verhalten der Komponenten, z. B. von Schrauben, Ankerschrauben, Schweißnähten usw., wird durch die Einführung nichtlinearer Federn berücksichtigt, die das Verhalten der Komponenten in Bezug auf Anfangssteifigkeit, Zugtragfähigkeit und Verformungskapazität darstellen. Zur Erläuterung dieses Vorgehens wird ein Überblick über die Erfolgsgeschichte der Finite-Elemente-Analyse (FEA) in Stahlbauverbindungen zusammengestellt. Dieser Beitrag zeigt Unterschiede zwischen den forschungs- und bemessungsorientierten Modellen und den aktuellen Erkenntnissen in der Modellierung von Verbindungskomponenten. Beide haben ihre Berechtigung in weiterführenden Untersuchungen. Die Validierung und Verifizierung wird am Modell des Blockversagens aufgrund des Versagens für die Knotenblechverbindung und für die durch Biegemomente um beide Achsen belasteten Grundplatten dargestellt. Die Schlussfolgerung zeigt das Potenzial bei der Bemessung von Bauteilen, einschließlich ihrer Anschlüsse.

Component based finite element design of steel joints
This paper describes the principles of multi-level finite element modelling for design of structural steel joints. The internal part of the design by finite elements is the validation and verification of the model and its results. For models by shell and solid elements is mesh sensitivity study. In component bases finite element design (CBFEB) are the steel plates considered by geometrically and materially non-linear analysis (GMNA). Its resistance in elastoplastic stage is limited by strains. The behaviour of components, e. g. of bolts, anchor bolts, welds etc., is treated by introducing nonlinear springs representing its behaviour in term of initial stiffness, ultimate resistance and deformation capacity. To show this process a contribution is prepared, which summarises the history of achievements of finite element analyses (FEA) in structural steel connections. This paper shows differences of the research-oriented and design-oriented models and the currents trends in modelling of connection components. Both have their roles in advanced analyses. The validation and verification is demonstrated on model of block shear during potential failure mode for gusset plate connection and for the base plates loaded by bending moments to both axes. The summary shows the potential in design of elements including its connection.

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Der Artikel gibt einen Überblick über Hintergründe und Ausblicke einer nachhaltigen Entwicklung als Leitbild im Bausektor. Im Fokus steht hierbei die Notwendigkeit der Anpassung bei der Übertragung bereits generierter Erfahrungswerte in andere Klimazonen und Kulturen. Gerade in diesem Sektor liegt enormes Potential in Bezug auf eine Lösung der globalen Probleme wie Klimaerwärmung und die Endlichkeit vieler Ressourcen. Erfahrungen mit analysierten Projekten zeigen jedoch, dass häufig Technologien nicht auf regionale Bedingungen angepasst werden, um schadensfreie und gesunde Gebäude zu erstellen.
Am Beispiel eines Projektes der Eidgenössischen Mess- und Prüfanstalt (EMPA) und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ), in dem eine klimaangepasste Gebäudehülle für zentraljapanische Wohngebäude entwickelt wurde, wird aufgezeigt, warum gerade im Bereich der Bauphysik die Anpassung von Konzepten zwingend ist, um Bauschäden zu vermeiden und nachhaltige Gebäude zu ermöglichen.
Daneben soll durch ein Aufzeigen der Wechselwirkungen und Abhängigkeiten der entwickelten Hülle mit verschiedenen Rahmenbedingungen, wie beispielsweise der regionalen Ressourcenverfügbarkeit, gezeigt werden, welche Herausforderungen ein solches Vorhaben mit sich bringt und welche Aspekte beachtet werden sollen, um Probleme möglichst vollumfänglich und regionalspezifisch zu lösen.

User- and Climate-tailored Design  -  a vision and chance for global acceptance of sustainable building solutions.
The paper gives an overview on background and outlook on sustainable development as a trend and vision in the building sector. Focus is on the necessity to adapt existing experience values and concepts in when transferring them to other climate zones and cultures than they originate from. This approach shows a great potential in regards to a solution of problems like global warming and limited resources. Experiences with analyzed projects show however, that, despite the goal to create working and healthy homes, technologies and concepts often are not tailored to local conditions.
Using the example of a cooperation project of the Swiss Federal Institute of Technology Zürich (ETH Zürich) and the Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA) in which a climate adapted building envelope was developed the paper shows what modifications have to be made. This is especially relevant in the field of building physics in order to increase efficiency and avoid damages to the building and inhabitants and create sustainable homes.
Besides this the interchange of the developed envelope, associated production methods and other relevant frame conditions, like local resource availability, is used to demonstrate what barriers and potential synergies can emerge in the course of such a project.

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