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Zum Titelbild:
Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, denen wir uns in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Mit einem Anteil von knapp 40 % trägt die Bauwirtschaft einen maßgeblichen Anteil an den anthropogenen Treibhausgasemissionen. Die immer intensivere Nutzung unserer Lebensräume und der Verbrauch natürlicher Ressourcen sind weitere gesamtgesellschaftliche Aufgaben für den zukünftigen Erhalt unseres Planeten. Die Dekarbonisierung der Bauindustrie ist hierbei ein wesentlicher Faktor. Doch auch mit klugen Konzepten können Architekten und Fachplaner wichtige Beiträge zu einem nachhaltigen Bausektor leisten. Die Reduzierung energieintensiver Baustoffe, die Vereinfachung von Gebäuden in Richtung Lowtech-Architektur und die Wertschätzung von Bestandsbauten als Materialbanken sind dabei wesentliche Grundprinzipien einer neuen und zwingend erforderlichen Planungskultur. Mehr dazu im Beitrag von Ulrike Elbers: “Ressourcenschonendes Bauen”. Das Bild zeigt “1 Triton Square” - eine nachhaltige Sanierung und Erweiterung der Firmenzentrale von British Land.
Quelle: Simon Kennedy

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Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Der erste Teil dieses Aufsatzes berichtet über die Planungsarbeiten in früheren Projektphasen und die Bauvorgänge während der Ausführung. Es werden außerdem die Hintergründe erläutert, die zur Anwendung von UHFB geführt haben, und die Ergebnisse der erfolgreichen Anwendung dieses Baustoffs für feste Fahrbahnen der Eisenbahn sowie das weitere Optimierungspotenzial aufgezeigt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 1
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

Dieser Aufsatz in zwei Teilen berichtet über die Instandsetzung und Anpassung der festen Fahrbahn im stark frequentierten unterirdischen Bahnhof Zürich Flughafen. Die 1980 eingebaute feste Fahrbahn hatte die vom Systemanbieter vorausgesagte Nutzungsdauer erreicht und wies Schäden auf. Damit die Bahnsteige die Vorgaben des Behindertengleichstellungsgesetzes (BehiG) erfüllen, musste außerdem die Gleisgeometrie abschnittweise durch eine Absenkung angepasst werden. Aus diesem Grund war ein einfacher Austausch der Schwellenblöcke nicht möglich und eine Sonderlösung erforderlich. Mit der Anwendung des ultrahochleistungsfähigen zementgebundenen Faserverbundbaustoffs UHFB wurde eine nachhaltige und wirtschaftliche Lösung für ein Projekt gefunden, bei dem eine traditionelle Lösung zeit- und kostenaufwendig gewesen wäre. Außerdem wurde im Rahmen dieses Projekts festgestellt, dass die Anwendung des UHFB mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn erhöht. Mit dem Einsatz von UHFB wird die Nutzungsdauer der festen Fahrbahn gleich derjenigen der gesamten Bahnhofanlage, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. In diesem Teil wird das Vorgehen bei der Bemessung der Sockel aus UHFB erläutert. Die einzelnen Punkte der Dimensionierung der Sockel aus traditionellem Beton C50/60 werden ebenfalls erwähnt.

Renewal of a fixed railway track using UHPFRC - first use worldwide of UHPFRC in rail track construction, part 2
This two-part article reports on the renewal and adaptation of the fixed railway track in the heavily frequented underground train station at Zurich Airport. The fixed track built in 1980 had reached the service duration predicted by the system provider and was showing damage. In order for the platforms to meet the requirements for people with disabilities, the track geometry had to be adapted in sections by lowering. For this reason, a simple exchange of the sleeper blocks was not possible and a special solution was required. With the use of the Ultra-High-Performance Fiber Reinforced Cement-bound composite building material UHPFRC, a sustainable and economical solution was found for a project in which a traditional solution would have been time-consuming and costly. In addition, it was found within the scope of this project that the use of UHPFRC with significantly improved mechanical properties increases the service duration of the fixed railway track. With the use of UHPFRC, the service duration of the fixed railway track becomes equal to the one of the whole train station, which further improves economic efficiency.

In 2019 und 2020 wurde die Balkanregion von zwei Erdbeben der Stärke MW = 6,4 heimgesucht. Am 26. November 2019 erschütterte ein Erdbeben den Nordwesten Albaniens. Es war das stärkste Erdbeben seit mehr als 40 Jahren. Städte wie Thumanë, Tirana und Durrës erlitten Schäden, wobei Durrës mit mehreren eingestürzten Gebäuden am stärksten betroffen war. Die Region Sisak-Moslavina in Kroatien, etwa 50 km südlich von Zagreb, wurde am 29. Dezember 2020 erschüttert. Auch hier war es das stärkste Erdbeben seit dem Pokupsko-Erdbeben vom 8. Oktober 1909 und das größte Erdbeben in der Region seit 140 Jahren. Es verursachte umfangreiche Schäden in den Städten Petrinja, Glina und Sisak sowie in zahlreichen benachbarten Kleinstädten und kleinen Siedlungen der Region. Die Schüttereffekte und Gebäudeschäden beider Erdbeben konnten im Rahmen von Feldeinsätzen untersucht und dokumentiert werden. In Durrës (Albanien) verursachte das Erdbeben erhebliche Schäden an Stahlbetonskelettbauten mit Ausfachungswänden. Schäden infolge des Erdbebens in Kroatien konzentrieren sich hingegen auf ältere und moderne Gebäude aus unbewehrtem Mauerwerk. Der Beitrag gibt einen Überblick über die erdbebeninduzierten Schäden in verschiedenen Gebäudetypen und deren Variationen. Die Ursachen der Schäden sowie die Konsequenzen für die schnelle Reaktion auf ein Erdbeben werden in engem Zusammenhang mit der Normung in moderat erdbebengefährdeten Gebieten in Europa diskutiert.

The Magnitude 6.4 - earthquakes in Albania and Croatia - engineering analysis of earthquake damage and lessons for standardization in Europe
In 2019 and 2020, the Balkan region was hit by two earthquakes of magnitude MW = 6.4. On November 26, 2019, an earthquake struck Northwestern Albania. It was the strongest to hit Albania in more than 40 years. Cities such as Thumanë, Tirana, and Durrës suffered damage, but Durrës was the hardest hit with several building collapsed. On December 29, 2020, an earthquake occurred in the Sisak-Moslavina county of Croatia, located approximately 50 km south of Zagreb. Comparable to Albania, it was the strongest to hit in the Pokupsko-Petrinja seismic zone since the October 8, 1909 Pokupsko earthquake and the largest earthquake in the region in 140 years. It caused extensive damage in the cities of Petrinja, Glina, and Sisak as well as in numerous neighboring small towns and small settlements in the region. The shaking effects and building damage of both earthquakes could be investigated and documented during field operations. In Durrës (Albania), the most affected buildings by the earthquake damage were reinforced concrete (RC) frame buildings with infill walls. Whereas, the Croatia earthquake caused major damage on the older and modern unreinforced masonry buildings. The paper provides an overview of the earthquake-induced damage in different types of buildings and their variations. The causes of the damage as well as the consequences for rapid response to earthquake are discussed in close relation to the standardization in low to moderate seismic regions in Europe.

Ringfedern finden im Erdbebeningenieurwesen kaum Anwendung und sind nur wenig erforscht. Dabei bieten sie eine Reihe von Vorteilen: sie sind äußerst robust, hitzebeständig, langlebig und wartungsarm. Ihr Verhalten ist superelastisch, wobei die Feder trotz großer plastischer Verformungen und hoher Energiedissipation immer wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Ein mit Ringfedern ausgestattetes System kann ein Erdbeben ohne große plastische Verformungen und Schäden überstehen und liefert somit einen maßgeblichen Beitrag zum Investitionsschutz (Wirtschaftlichkeit) und zum nachhaltigen Einsatz von knappen Materialien und Ressourcen. Die Dämpfer selbst bleiben dabei ebenfalls schadensfrei und müssen nicht ausgetauscht werden. In diesem Aufsatz wird ein neuartiger Einsatz von Ringfedern zur Erhöhung der Erdbebensicherheit und zur Schwingungsreduktion von Strukturen untersucht. Hierbei werden die klassischen Aussteifungselemente durch Ringfedern ersetzt. Um die praktische Anwendung im Erdbebeningenieurwesen zu ermöglichen und die Effizienz im Vergleich zu anderen Systemen zu bewerten, werden nichtlineare dynamische Simulationen durchgeführt, wobei die klassischen schwingungstechnischen Eigenschaften der Feder analytisch und numerisch quantifiziert werden. Abschließend wird die praktische Anwendung von Ringfedern zur Schwingungsreduktion und zur Optimierung der Erdbebenauslegung eines Hochhauses anhand eines Praxisbeispiels demonstriert.

Innovative application of ring springs for seismic design
Ring springs are hardly used in earthquake engineering and have been little investigated. Though they offer several benefits: they are extremely robust, heat-resistant, durable and low-maintenance. Their behavior is superelastic, whereby the spring always returns to its initial state despite large plastic deformations and high energy dissipation. A system equipped with ring springs can withstand an earthquake without major plastic deformation and damage, thus makes a significant contribution to investment protection (economic efficiency) and the sustainable use of scarce materials and resources. The dampers themselves also remain damage-free and do not need to be replaced. In this paper, a novel use of ring springs to increase earthquake resistance and reduce vibration of structures is investigated. Here, the classical bracing elements are replaced by ring springs. To enable practical application in earthquake engineering and to evaluate the efficiency in comparison to other systems, nonlinear dynamic simulations are performed, quantifying the classical vibrational properties of the spring analytically and numerically. Finally, the practical application of ring springs for reducing vibrations and optimizing the seismic design of a high-rise building is demonstrated by means of a practical example.

Innerhalb der Systemgrenze Erde sind die vom Menschen nutzbaren Ressourcen faktisch begrenzt. Dennoch steigt der Verbrauch natürlicher Ressourcen durch ein anhaltendes Wachstum der Weltbevölkerung und einen Anstieg des Wohlstands in vielen Regionen jährlich weiter an. Die gebaute Umwelt (v. a. in Form von Städten und urbanen Strukturen) gehört zu den Haupttreibern des Ressourcenverbrauchs. In der hier vorgestellten Studie wird in einer phänomenologischen Untersuchung die Auswirkung bestimmter Parameter auf den Ressourcenverbrauch von typischen Wohnbauten analysiert. Darin werden das klassische Einfamilienhaus, vier- und sechsgeschossige Mehrfamilienhäuser und 20- bzw. 40-geschossige Wohnhochhäuser quantifiziert und in drei unterschiedlichen urbanen Dichten in einem städtischen Kontext betrachtet. Darauf aufbauend zeigt eine Fallstudie Optimierungspotenzial für Hochhäuser auf, die sich unter bestimmten Umständen als eine nachhaltige Gebäudetypologie erweisen können.

Minimal resource consumption in the urban context
Within the earth's boundaries, global resources are limited. However, a continuing growth of global population and an accompanying increase of wealth, causes an annual increase of resource consumption. The built environment, especially urban structures are the main drivers for resource consumption. In phenomenological investigation, the study, summarized here, analyses the impacts of certain parameters of typical urban residential buildings on resource consumption. Herein, the classic single-family house, four- and six-storey apartment buildings and 20- and 40-storey high-rise residential buildings are quantified and put in relation in three different urban densities. In conclusion, a case study shows the optimisation potential of high-rise buildings that can become a sustainable building typology under certain circumstances.

Die Errichtung von Gebäuden und Bauwerken ist immer mit dem Einsatz von natürlichen Ressourcen und mit Emissionen verbunden. Als Planer im Hoch-, Industrie-, Ingenieur- und Wasserbau berichtet der Verfasser beispielhaft aus den unterschiedlichen Bereichen der Praxis und beschreibt aktuelle und zukünftige Beiträge und Handlungsfelder zur Ressourcenschonung im Bauwesen. Schwerpunkte sind dabei statisch-konstruktive Aspekte aus dem Hoch- und Ingenieurbau, ohne die ganzheitliche Betrachtung aller Dimensionen der Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes oder Bauwerks zu vernachlässigen.

Resource conservation in construction - aspects from planning practice
The construction of buildings and structures of the infrastructure is always associated with the use of natural resources and with emissions. As planner in structural, industrial, civil and water engineering the author reports exemplarie from the different areas of practice and describes current and future contributions and fields of action to conserve resources in construction. The focus is on structural aspects from structural and civil engineering without neglecting the holistic consideration of all dimensions of sustainability over the entire life cycle of a building or structure.

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen, denen wir uns in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Mit einem Anteil von knapp 40 % trägt die Bauwirtschaft einen maßgeblichen Anteil an den anthropogenen Treibhausgasemissionen. Die immer intensivere Nutzung unserer Lebensräume und der Verbrauch natürlicher Ressourcen sind weitere gesamtgesellschaftliche Aufgaben für den zukünftigen Erhalt unseres Planeten. Die Dekarbonisierung der Bauindustrie ist hierbei ein wesentlicher Faktor. Doch auch mit klugen Konzepten können Architekten und Fachplaner wichtige Beiträge für einen nachhaltigen Bausektor leisten. Die Reduzierung energieintensiver Baustoffe, die Vereinfachung von Gebäuden in Richtung Lowtech-Architektur und die Wertschätzung von Bestandsbauten als Materialbanken sind dabei wesentliche Grundprinzipien einer neuen und zwingend erforderlichen Planungskultur. Die Überführung von der linearen in die zirkuläre Kreislaufwirtschaft wird sich auch im Bauwesen durchsetzen müssen, das reine Downcyclen von Materialien wird nicht ausreichen, um den Ressourcenverbrauch und die Treibhausgasemissionen zu eliminieren. Architekten und Fachplaner können in einer Vorreiterrolle mit Kreativität und Haltung maßgebende Impulse setzen und durch ihre Profession Bauherrn in ihrem Mut und ihrer Bereitschaft überzeugen, eine nachhaltige Planung umzusetzen. Die Politik ist aufgefordert, durch wirtschaftliche Anreize und Förderprogramme nachhaltige Planung zu belohnen. Normen und Bauordnungen müssen vereinfacht werden, um Wege für mehr Nachhaltigkeit zu ebnen und die Umsetzung von überzeugenden Lösungen nicht zu blockieren. Die großen klimapolitischen Ziele und Errungenschaften sind ebenso wichtig wie das Aufzeigen von Erfolgen auf Projektebene. Dazu brauchen wir einen uneigennützigen Wissensaustausch und eine kulturelle Debatte zwischen allen am Bau Beteiligten, um neue Maßstäbe im Bausektor zu setzen und Erfolge wie Misserfolge transparent zu machen.

Sustainable construction - pathways and implementation strategies in structures
Climate change is one of the biggest challenges we will have to face in the coming decades. With a share of almost 40 %, the construction industry accounts for a significant share of anthropogenic greenhouse gas emissions. The increasingly intensive use of our habitats and the consumption of natural resources are further social tasks for the future preservation of our planet. The decarbonisation of the construction industry is a key factor. But even with sound concepts, architects and specialist planners can make important contributions to a sustainable construction sector. The reduction of energy-intensive building materials, the simplification of buildings in the direction of low-tech architecture and the appreciation of existing buildings as material banks are essential basic principles of a new and absolutely necessary planning culture. The transfer from the linear to the circular economy will also have to prevail in the construction industry, the pure downcycle of materials will not be sufficient to eliminate resource consumption and greenhouse gas emissions. Architects, structural engineers, and specialists can set decisive impulses in a pioneering role with creativity and attitude and convince builders in their courage and willingness to implement sustainable planning through their profession. Politicians are called upon to reward sustainable planning through economic incentives and funding programs. Standards and building codes must be simplified in order to pave the way for more sustainability and not to block the implementation of convincing solutions. The major climate policy goals and achievements are just as important as the identification of successes at project level. To this end, we need an altruistic exchange of knowledge and a cultural debate between all those involved in construction in order to set new standards in the construction sector and to make successes and failures transparent.

Für die Errichtung von Leitungsanlagen über abgehängten Decken sind die bauordnungsrechtlichen Anforderungen des jeweiligen Landesrechts einzuhalten und zu beachten. In diesem Beitrag wird anhand der Mustervorschriften - also der Musterbauordnung und der Muster-Sonderbauvorschriften, der Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen und der Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie - ein Einblick in die relevanten Texte, deren Bedeutung und Zusammenhänge für die Anwender gegeben. Die genannten Muster werden in den Ländern in Landesrecht umgesetzt, ggf. mit geringfügigen Änderungen. Neben diesen genannten Rechtsvorschriften und Regeln dürfen auch die allgemein anerkannten Regeln der Technik - oder wie es in der bayerischen Bauordnung heißt “der Baukunst” - nicht vergessen werden. Für die Beurteilung in einzelnen Bauvorhaben - also für Einzelfallbetrachtungen - sind Hinweise für die Gemengelage der Pflichten der am Bau Beteiligten aufgenommen. Ebenfalls werden die bautechnischen Nachweise und die Nachweisführung für Bauprodukte und Bauteile im Überblick kursorisch dargestellt.

Fastening of line systems via suspended Ceilings - building regulations framework
For the construction of pipeline systems above suspended ceilings, the building regulations requirements of the respective state law must be observed and observed. This article provides an insight into the relevant texts, their meaning and context for users based on the model regulations - i. e. the model building regulations and the model special building regulations, the model administrative regulation for technical building regulations and the model line system directive. The named models are implemented in the federal states in federal state law, if necessary with minor changes. In addition to these legal provisions and rules, the generally recognized rules of technology - or, as it is called in the Bavarian building code, “architecture” - must not be forgotten. For the assessment of individual construction projects - also for individual considerations - notes are included for the mixed situation of the obligations of those involved in the construction. In addition, the structural engineering verifications and the verification for building products and components are presented in a cursory overview.

Im Rahmen des vorliegenden Beitrags wird der Stand der Technik bez. der Charakterisierung der Leistungseigenschaften von Befestigungssystemen für die technische Gebäudeausstattung im Brandfall beschrieben. Neben originalmaßstäblichen Brandversuchen und Berechnungen gem. DIN EN 1993-1-2 wird eine modulare und hybride Herangehensweise vorgestellt, die im Europäischen Anwendungsdokument EAD 280016-01-0602 verankert ist. Die getrennte Analyse der Einzelkomponenten erlaubt eine differenzierte Betrachtung der relevanten Eigenschaften und zielführenden Untersuchungsmethoden. Zudem können unter Nutzung der Ergebnisse beliebige Ausführungsvarianten hinsichtlich ihres Trag- und Verformungsverhaltens beschrieben werden. Im Vergleich zu bisherigen Methoden ist folglich ein Zuwachs sowohl an Effizienz als auch an Wirtschaftlichkeit zu verzeichnen.

Fastening systems for technical building equipment in case of fire - state of the art
This paper describes the state of the art regarding the characterization of the performance properties of fastening systems for technical building equipment in case of fire. In addition to full-scale fire tests and calculations according to DIN EN 1993-1-2, a modular and hybrid approach is described, which is anchored in the European Assessment Document EAD 280016-01-0602. The separate analysis of the individual components allows a differentiated consideration of the relevant properties and target-oriented investigation methods. In addition, any design variants can be described in terms of their load-bearing and deformation behavior using the results. Compared to previous methods, this results in an increase in both efficiency and economic effectiveness.

Die neue Generation von Befestigungssystemen der Installationstechnik ist gekennzeichnet durch eine frühzeitige Einbindung in die Planungsphase, einen hohen Vorfertigungsgrad, effiziente Montagezeiten, deutliche Materialersparnisse sowie eine optimale Raumnutzung unter Einhaltung aller relevanten Vorschriften. Die Ausnutzung dieser Optimierungspotenziale wird erst ermöglicht durch eine frühzeitige und gewerkübergreifende Befestigungsplanung für die technische Gebäudeausrüstung, bei der gemeinsame Tragstrukturen für Leitungen aller betroffenen Ausbaugewerke konzipiert werden. Dabei müssen auch für das Gesamtsystem div. Auflagen in Bezug auf den Brandschutz erfüllt werden. Mit der Bereitstellung technischer Regelwerke für die Auslegung von modularen Tragsystemen unter Brandbedingungen werden entsprechende Bemessungskonzepte vermehrt in der Praxis eingesetzt. Dieser Beitrag gibt eine allgemeine Einführung in die Konzeption modularer Tragsysteme und deren Auslegung im Brandfall und beschreibt anhand eines Projektbeispiels, wie auch anspruchsvolle Planungsanforderungen in Bezug auf den Brandschutz effizient umgesetzt werden können. Das gewählte Projektbeispiel - das Kantonsspital Baden in der Schweiz - steht dabei exemplarisch für ein Großprojekt im Gesundheitswesen mit herausfordernden Anforderungen an den Brandschutz für Tragsysteme der technischen Gebäudeausrüstung.

Fire protection design of installation systems at the Baden cantonal hospital
The new generation of installation fastening systems is characterized by early involvement in the planning phase, a high degree of prefabrication, efficient assembly times, significant material savings and optimum use of space in compliance with all relevant regulations. Utilizing these optimization potentials is only made possible by early and cross-trade fastening planning for the technical building equipment, in which common support structures for cables of all affected trades are designed. At the same time, various fire protection requirements must also be fulfilled for the overall system. With the provision of technical regulations for the design of modular support systems under fire conditions, corresponding design concepts are increasingly used in practice. This paper provides a general introduction into the conception of modular support systems and their design in case of fire and describes, based on a project example, how even demanding planning requirements with regard to fire protection can be efficiently implemented. The selected project example - the cantonal hospital in Baden/Switzerland - is exemplary for a large-scale project in the health care sector with challenging fire protection requirements for structural systems of the technical building equipment.

Nachrichten:
Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2022 erschienen
Einreichen für Jahrbuch Ingenieurbaukunst 2023
Klimaneutral wohnen - warum ist das wichtig und was ist dafür zu tun?
Baukultur als Schlüsselfaktor für die ländliche Entwicklung: Übergabe des Veltener Fünf-Punkte-Plans am 9.11.2021 in den Museen Velten

Wettbewerbe:
Deutscher Nachhaltigkeitspreis Architektur 2021 für “Einfach Bauen”

Veranstaltungen:
3. Symposium Ingenieurbaukunst - Wie bauen wir zirkulär?
Olympia-Sprungschanze Garmisch-Partenkirchen

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Zum Titelbild:
Gute Zusammenarbeit - ein wichtiger Erfolgsfaktor - Eine erfolgreiche und vertrauensvolle Zusammenarbeit im eigenen Unternehmen und mit Partnern bietet viele Vorteile. Wie z. B. eine effizientere Projektabwicklung, mehr Motivation, Vertrauen und Wertschätzung bei den Beteiligten, Fehlerminimierung und ein erhöhtes Leistungs- und Innovationspotential. Aber was bedeutet gute Zusammenarbeit? Was sind die Grundlagen, Hürden und Unterschiede? Wie kann eine kollaborative Unternehmenskultur aufgebaut und gefördert werden? Welche Stellschrauben gibt es und wie können digitale Tools unterstützen?
Lesen Sie wie Zusammenarbeit, Teamwork und Kollaboration nicht nur bloße Theorie bleiben, sondern aktiv in die Unternehmenskultur integriert werden können. (Foto: PROJEKT PRO/Adobe Stock)

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Die angestrebten Ziele einer Ressourcen- und Klimaneutralität erfordern ein radikaleres Umdenken der Bauschaffenden, das mit einer noch viel stärkeren Sensibilisierung der Auftraggeber für die Auswirkungen des Material- und Energieverbrauchs im Bausektor verbunden ist. Ein Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, sind hybride Konstruktionen, in denen unterschiedliche Materialien, Elemente, Funktionen und Technologien auf mehreren Konstruktionsebenen ressourcen- und energieeffizient kombiniert sowie im Fall eines Rückbaus sortenrein rezykliert werden. Dieser anspruchsvolle Ansatz ist von Beginn an erklärtes Ziel des Lehrstuhls Hybride Konstruktionen - Massivbau an der BTU Cottbus-Senftenberg und zieht sich durch alle Lehr- und Forschungsaktivitäten. Mit ausgewählten Forschungsprojekten werden Motivation und Methoden hybrider Konstruktionen sowie deren Potenzial für ressourcen- und klimaneutrale Konstruktionen anhand von Prototypen aufgezeigt. Hierbei steht neben der ökologischen Weiterentwicklung klassischer hybrider Konstruktionen aus nachwachsenden und rezyklierten Rohstoffen, bspw. Holz und Recyclingbeton, auch die Entwicklung aktiver hybrider Konstruktionen im Fokus. Die gezielte Integration von aktiven Technologien wie Sensorik, Aktuatorik und Regelungstechnik ermöglicht multifunktionale Konstruktionen, einen hohen Nutzungskomfort, einen geringeren Rohstoffverbrauch bis hin zur Energiegewinnung aus dynamischen Einwirkungen.

Hybrid structures at BTU Cottbus-Senftenberg
The intended objectives of resource and climate neutrality require a more radical rethinking on the part of building professionals, combined with a much greater awareness on the part of clients of the effects of material and energy consumption in the building sector. Achieving these goals is possible using hybrid structures, in which different materials, elements, functions and technologies are combined on different levels of construction in a resource- and energy-efficient way as well as recyclable by type into their components in case of deconstruction. This ambitious approach has been the declared goal of the Chair of Hybrid Structures - Structural Concrete at BTU Cottbus-Senftenberg from the very beginning and runs through all teaching and research activities. With the aid of selected research projects, the motivation and methods of hybrid constructions as well as their potential for resource- and climate-neutral constructions are shown on the basis of prototypes. In addition to the further ecological development of classical hybrid structures made of renewable and recycled raw materials such as timber and recycled concrete, the focus is also on the development of active hybrid structures. The targeted integration of active/adaptive technologies such as sensor, actuator and control systems enables multifunctional constructions, a high level of user comfort, lower raw material consumption and the possibility of energy harvesting from dynamic loads.

In diesem Beitrag wird ein dynamisches Modell einer Offshore-Windenergieanlage mit Schwerpunkt auf der numerischen Modellierung der Boden-Struktur-Interaktion vorgestellt. Das entwickelte Modell basiert auf einem zweidimensionalen FE-Modell eines auf Federn gebetteten Euler-Bernoulli-Balkens. Die Pfahl-Boden-Interaktion bzw. das Last-Verformungsverhalten des den Pfahl umgebenden Bodens wird in Form von nichtlinearen Bettungsfedern idealisiert. Die Formulierung der Federkennlinien basiert auf einem hypoplastischen Bettungsansatz, welcher es ermöglicht, verschiedene Steifigkeiten bei Erst-, Ent- und Wiederbelastung sowie eine Ver- bzw. Entfestigung des Bodens abzubilden. Über die Änderung der Porenzahl wird zudem eine Materialdämpfung berücksichtigt. Das Bettungsmodell wird ergänzt durch parallel zu den Federn geschaltete viskose Dämpfer, welche eine geometrische Dämpfung des Untergrunds abbilden. Der Gründungspfahl wird erweitert um die aufgehende Struktur einer Offshore-Windenergieanlage. Dabei wird der natürliche Seegang auf Basis der linearen Wellentheorie für das Modellgebiet der Nordsee mit dem Jonswap-Spektrum modelliert. Der Rotor wird als Punktmasse idealisiert. Das Modell ermöglicht es, aufgrund der dynamischen Formulierung der nichtlinearen Bewegungsgleichung das Schwingungsverhalten in kurzer Rechenzeit praxisgerecht auszuwerten. Außerdem werden Untersuchungen zum Einfluss der Änderung der Steifigkeitsverteilung des Bodens im Zusammenspiel mit einer Änderung der Eigenfrequenz durchgeführt. Es wird das zeitabhängige Modellverhalten bei Wellenbelastung sowie für einen Modellsturm dargestellt. Zukünftige Erweiterungen des Modells sollen die Ableitung von Dämpfungsfaktoren zum Ansatz bei der Bemessung ermöglichen.

Soil-dynamic structural damping of offshore wind turbine plants
This paper presents a study of the natural vibration behavior of a dynamic model of an offshore wind turbine plant, highlighting aspects of numerical modeling of the nonlinear soil-structure interaction as well as soil dynamic damping. The applied model consists of a two-dimensional FE-model of a beam on elastic foundation. The formulation of the nonlinear spring elements is based on hypoplasticity. Thus, different stiffnesses during initial, un- and reloading as well as soil hardening and softening can be captured. Material damping is considered by calculating the change in void ratio. Parallel viscous dampers depict effects of geometric damping. The pile foundation model is extended to a complete model of an offshore wind turbine by modeling the natural sea state with linear wave theory for the North Sea. Due to the dynamic formulation of the nonlinear equation of motion, the model allows the time-dependent load-deformation behavior to be evaluated in a short computational time. Different load scenarios are considered and the natural vibration behavior is investigated with respect to soil-dynamic structural damping. Future research addresses the derivation of damping factors to be applied in offshore pile design.

Um unerwünschte Bauwerksschwingungen zu reduzieren, greift man herkömmlicherweise auf die Strategie zurück, Masse bzw. Steifigkeit eines Bauwerks zu erhöhen. Diese Strategie ist jedoch häufig ineffizient und unwirtschaftlich. Daher kommt es vermehrt zum Einsatz von intelligenten Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung. Neben längst etablierten passiven Systemen gibt es auch aktive oder adaptive Lösungen, welche sich an den Schwingungszustand eines Bauwerks anpassen und die auftretenden Bauwerksschwingungen gezielt reduzieren können. Das Innovationspotenzial hierbei liegt entweder in der Optimierung der dynamischen Parameter einer passiven Lösung sowie dem Erreichen dieser Kennwerte für alle relevanten Belastungszustände oder aber in der Implementierung einer semiaktiven, aktiven oder hybriden Schwingungskontrolle. Im Folgenden sollen diese Maßnahmen näher beschrieben und anhand von Ausführungsbeispielen (eigene Erfahrungen und in der Literatur beschriebene) illustriert werden. Dabei liegt der Fokus auf Massendämpfern, welche als semiaktive, aktive, adaptive oder hybride Systeme appliziert werden können. Neben der generellen Wirkungsweise wird auch die Auswahl geeigneterer Aktoren und Regelungskonzepte näher betrachtet.

“Smart Structures” - active and passive vibration control for buildings and structures - considerations and practical applications
To reduce unwanted structural vibrations, the conventional strategy is to increase the mass or stiff-ness of a structure. However, this strategy is often inefficient and uneconomical. Therefore, the use of intelligent measures for vibration reduction is increasing. In addition to long-established passive systems, there are also active or adaptive solutions that can adapt to the vibration state of a structure and specifically reduce the vibrations that occur in the structure. The innovation potential here lies either in the optimization of the dynamic parameters of a passive solution and the achievement of these characteristic values for all relevant load conditions, or in the implementation of a semi-active, active or hybrid vibration control. In the following, these measures will be described in more detail and illustrated by means of implementation examples (own experience and those described in the literature). The focus is on practical optimization approaches for passive systems and a description of active or adaptive systems, as well as their suitability for practical implementation. In addition to the general description and mode of operation, the selection of suitable actuators and control concepts will be considered in more detail.

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Für das 60 m hohe Holz-Beton-Hybridhochhaus Arbo auf dem Suurstoffi-Areal in Rotkreuz (CH) zeichneten als Holzbauingenieure die Pirmin Jung Schweiz AG verantwortlich. Sie entwickelten ein Stützen-Decken-Kern-System, das einen klassischen Skelettbau bildet und einen hohen sichtbaren Holzanteil aufweist. Einzig der Kern und das Untergeschoss sind in Beton hergestellt. Weil Holz und Beton verschiedene Materialeigenschaften aufweisen, waren kritische Punkte zu lösen. Ebenso bedingt der Kräftefluss an der Schnittstelle von Holz und Beton komplexe Details - aus bauphysikalischen, statischen und brandschutzspezifischen Gründen -, denn neben dem unterschiedlichen Materialverhalten von Beton, Holz oder ihrem Verbund prallen mit den Gewerken auch unterschiedliche Umgangsformen, verschiedene Toleranzen und ein anderes Handling aufeinander. Arbo ist daher ein Lehrbeispiel, wie ein Holzhybridbau aktuell umsetzbar sein kann und das beispielhaft ist für nachfolgende Bauten in der Schweiz und in Europa. Auch solche in einer reinen Holzkonstruktion.

Reaching new heights with a wood hybrid
Pirmin Jung Schweiz AG as the structural timber engineer was responsible for Arbo, the 60 m timber-concrete hybrid high-rise of the Suurstoffi development in Rotkreuz (CH). They developed a column-slab-core system that forms a classic skeleton structure and has a high visible timber content. Only the core and the basement are made of concrete. Because wood and concrete have different material properties, critical issues had to be solved. The connection between the timber construction and concrete core was equally challenging, especially due to the fire protection and the aesthetic requirements. Besides the different material properties of timber, concrete and the composite floor structure, the trades also clash with different ways of handling and different tolerances. Arbo is therefore a teaching example of how a timber hybrid building nowadays can be designed and which is exemplary for subsequent buildings in Switzerland and in Europe. Even those in a pure timber construction.