Der Beitrag beschäftigt sich mit dem Themenfeld des “elementierten Stukturleichtbaus” - hauptsächlich unter Verwendung von offenen Stahlprofilen in Kombination mit Spannbetondeckenelementen (weiterführende Überlegungen ersetzen aber auch noch diese, bspw. durch Brettstapeldecken).
Ein weiteres Detailmerkmal besteht darin, dass innerhalb der Struktur entstehende Kräfte nicht “gebündelt” werden, um sie wenig später vor der Einleitung in den Baugrund wieder zu verteilen, sondern ähnlich dem Prinzip einer Rennradfelge mit sehr vielen, aber äußerst schlanken Speichen die Lasten dort abzutragen, wo sie entstehen.
So kann es bspw. gelingen, dass die vertikalen Tragelemente des sog. “Primärtragwerkes” den Strukturabmessungen von Fassadenprofilen sehr stark nahe kommen - bis zu dem Punkt, diese zu ersetzen. Die Fassade erhält somit gar kein eigenes Tragsystem, sondern wird nur mittels “Aufsatzprofilen” integriert.
Das gewählte System zeichnet sich weiterhin auch dadurch aus, dass es gleichzeitig die endgültige Element-/Oberfläche des “Endausbaus” bildet. Es wird nicht verkleidet.
Bestimmte Voraussetzungen müssen hierfür stets erfüllt werden - der konzeptionelle Brandschutz muss eine F0- oder zumindest nur eine F30-Konstruktion zulassen, das Aussteifungskonzept sollte weitestgehend ohne Einspannungen auskommen sowie der weitere technische und baukonstruktive Gebäudeausbau sollte diese “strukturelle Direktheit” aufgreifen. Auch der Schallschutz muss auf diese Art des Leichtbaus reagieren - so würden die verwendeten Betonfertigteildecken z. B. nur einer vergleichsweise 11 cm starken massiven Ortbetondeckenplatte entsprechen. Diese geringe Eigenlast ist aber wiederum Voraussetzung für die äußerst filigrane weiterführende lastabtragende Konstruktion.
Sichtbar wird hierbei der unabdingbare Zusammenhang zwischen konstruktiv bedingter “Eigenlast” und der gewählten zugehörigen lastabtragenden Struktur.

On designing lightweight force paths - with the example of the extension to the Transport Department building Kißlegg.
This article addresses the topic “the design of modular lightweight structures” - using primarily open steel profiles in combination with prestressed concrete slab elements (further considerations, however, even replace these, for example, with slabs in the brettstapel system).
A further design feature consists of forces that arise within the structure not being “bundled” for later distribution prior to being introduced into the ground. Instead, similar to the principle of the rim of a racing bike with many but extremely thin spikes, loads are transferred at the point where they arise.
For example, it may happen that the vertical structural elements of what is referred to as the “primary load-bearing structure” may come so close to the structural dimensions of facade profiles to the point of actually replacing them. Therefore, the façade does not have its own structural system but is integrated only by way of “add-on profiles”.
An additional feature of the chosen system is the fact that it is also the final element/surface of the “inal expansion phase”. It will not be clad.
Certain requirements always have to be fulfilled to achieve this. The fire protection concept has to provide for class F0 design or at the very least only permit an F30 structure, the stiffening concept should be achieved without clamping as far as possible and the additional technical and construction extension is intended to take up this “structural directness”. The sound insulation also has to react to this type of lightweight structure. For example, the precast concrete slabs used would only correspond to a comparable 11 cm thick solid in-situ concrete slab. However, this low dead load is, in turn, a requirement for the extremely delicate, continuous load-bearing design.
The indispensable connection between the design “dead load” and the chosen associated load-bearing structure becomes visible in this case.

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Die alte Comeniusbrücke über die Elbe aus dem Jahr 1886, die das historische Zentrum der Stadt mit einem neueren Stadtteil auf dem rechten Ufer des Flusses verband, wurde im Juni 2013 vom Hochwasser zerstört. Das Autorenteam siegte in einem zur Erneuerung der Brücke ausgelobten Architektenwettbewerb mit einem ungewöhnlichen Entwurf eines dreiseitig vorgespannten Balkens. Aufgrund ihrer Subtilität fand diese Konstruktion vor allem bei den Vertretern der Denkmalpflege großen Zuspruch, denn sie versprach, das historische Stadtpanorama nur minimal zu beeinträchtigen. Die neue Brücke dient dem Fußgänger- und Fahrradverkehr sowie den Fahrzeugen der Unterhaltung bis zu 3,5 t Gesamtgewicht. Darüber hinaus dient sie als Träger für die Wasserleitung und die Leitungen der öffentlichen Beleuchtung. Sie ist 61, 50 m lang und überspannt zwischen den Lagern 59,50 m.

The new Comenius Bridge in Jarom/Czech Republic.
The old Comenius Bridge was constructed over the River Elbe in 1886. It connected the historical centre of the town with the new right-bank district, but was destroyed by floods in June 2013. The present authors won the architectural competition with their unusual concept of a three-side pre-stressed beam to replace the original. The filigree structure impressed national heritage representatives because it offers almost completely undisturbed views of the historical panorama. The new bridge is designed for the use of pedestrians and cyclists; access is also permitted for maintenance vehicles of up to 3.5 t. It also carries water supply piping and public lighting cables. The bridge is 61.50 m long and the span between supports is 59.50 m.

Die Radlasten von Brückenlaufkranen werden über Kranschienen in die unterstützenden Kranbahnträger eingeleitet. Für viele Anwendungen ist es ausreichend, Flach- oder Vierkantstäbe als Kranschienen zu verwenden und auf den Kranbahnträgern mit in Trägerlängsrichtung durchgehenden Doppelkehlnähten zu befestigen. Mit der Einführung der europäischen Stahlbaunormen (Eurocode 3) im Jahr 2010 hat sich die ansetzbare Ermüdungsfestigkeit der Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung, zu denen die Schienenschweißnähte zählen, erheblich reduziert. Es wird ein Bemessungsvorschlag vorgestellt, der sich erstmals auf realitätsnahe Ermüdungsversuche an Schienenschweißnähten abstützen kann und eine wirtschaftlichere Dimensionierung hinsichtlich Ermüdung gestattet.

Welded rectangular and square rails of crane runway beams - fatigue evaluation of rail fastening welds.
The wheel loads of overhead travelling cranes are introduced through crane rails into the supporting crane runway beams. For many applications, it is sufficient to use rectangular or square bars as crane rails fastened to the crane runway beams by continuous double fillet welds. By introducing the European steel design standards (Eurocode 3) in 2010, the nominal fatigue strength of the constructional details with wheel load application including the crane rail welds suffered an essential reduction. A proposal that allows a more efficient fatigue design is presented supported by realistic fatigue tests on crane rail welds.

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Fachseminar “Innovative Stahllösungen für die Verkehrsinfrastruktur der Zukunft”
Mitarbeiter FINDEN und BINDEN
Praxis-Seminar “Zukunft Bauen in Europa”
FeuerTrutz Workshop 2018
Vortragsreihe baupraxis
Praxis-Seminar Flammrichten
Korrosionsschutz im Stahlbau
Workshop FEM-Simulation im Stahlverbundbau
Wirklichkeitsnahe und vollständige Bemessung von Ankerplatten einschließlich der Befestigungsmittel
Bau 2019
3rd Annual conference on Steel and Structural Engineering
steeltraining
SEMC 2019
17th International Probabilistic Workshop
The international Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures SDSS2019
Green Engineering for Infrastructure and Safety against Hazards
7th International Conference of Euro Asia Civil Engineering Forum

Stahl-, Metall- und Komplettbauer planen und steuern oft komplexe Aufträge, die mit erheblichen Investitionen einhergehen. Um Projektabläufe vorausschauend zu steuern und die Performance der Aufträge in Echtzeit zu überwachen, bedarf es einer Software, die diese Aufgaben sicher und schnell bewältigt. Mit ams.erp STEEL erhalten Einzel-, Auftrags- und Variantenfertiger ein durchgängiges Informationssystem, das ihnen zu allen kaufmännischen und technischen Fragen ihrer Projekte verlässlich Auskunft gibt. Die so gewonnene Transparenz sichert die optimale Projektsteuerung und somit die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen - so wie bei Stahlbau Oberlausitz. (Foto: ams.erp)

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Das begehbare Dachtragwerk der TRUMPF Smart Factory in Chicago ist als ‘Structure as Space’ entwickelt. Die Stahlstruktur, in die ein Stegsystem über dem Ausstellungsraum von Werkzeugmaschinen der Firma TRUMPF integriert ist, wurde als Rahmenträger nach dem von Artur Vierendeel Ende des 19. Jahrhunderts eingeführten Konzept entwickelt. Dabei wurde durch eine kraftflussgerechte Formoptimierung und die konsequente Anwendung moderner Analyse- und Fertigungsverfahren das 120 Jahre alte Konstruktionsprinzip als eine effiziente und wirtschaftliche Konstruktionslösung neu interpretiert. Die Smart Factory wurde 2018 mit dem “Preis des Deutschen Stahlbaues” ausgezeichnet. Dieser Artikel erläutert den Entwurfsansatz, die statische Berechnung und die Umsetzung der Dachstruktur.

Structure as Space - The roof structure of TRUMPF's Smart Factory in Chicago, USA.
The walkable roof structure of the 'TRUMPF Smart Factory' in Chicago is designed as ‘Structure as Space’. The steel structure, incorporating an open skywalk offering an impressive overview of the TRUMPF machinery exhibited within the showroom, was developed as frame-girder following the principle concept introduced by Artur Vierendeel at the end of the 19th century. This 120-year-old design principle was reinterpreted as an efficient and cost-effective design solution by means of a geometry optimization considering size and direction of internal forces and moments as well as consistent application of modern analysis and production methods. The Smart Factory was honoured with the “Preis des Deutschen Stahlbaues”, a prestigious German award given to architectural projects” in 2018. This article explains the design approach, the structural calculation and the implementation of the roof structure.

Die neue Eldetalbrücke ist ein wichtiger Teil des Lückenschlusses der deutschen Bundesautobahn A 14. Sie besteht aus zwei parallel verlaufenden Teiltragwerken in Stahlverbundbauweise. Die vier Hauptträger der Brücke sind als Stahlhohlkästen ausgebildet, die im Bereich der beiden größten Spannweiten voutenförmig nach unten erweitert sind. Insgesamt liegt die Brücke auf 14 Achsen auf, die aufgrund der schwierigen Baugrundverhältnisse auf Großbohrpfählen gelagert sind. Die zwei Lagerachsen mit den größten Vouten sind als Besonderheit als semi-integrale Verbundpfeiler ausgebildet, deren Planung und Bau eine Herausforderung für alle Beteiligten darstellten. Zusätzliche Einschränkungen bei der Zugänglichkeit erforderten kreative Lösungen bei der Stahlbaumontage. Mit einer Gesamtlänge von 506 m zählt die fertiggestellte Eldetalbrücke zu den größten Brückenbauwerken in Mecklenburg-Vorpommern.

The A 14 Eldetalbrücke - special features of the structural steelwork.
The new Eldetal Bridge forms an important part of the German Bundesautobahn A 14. The basic configuration of its dual carriageways is that of a reinforced concrete deck slab on top of in total four box girders with rectangular cross sections. In the largest spans, the box girders are haunched in elevation with a curved soffit. In total, the bridge is supported in 14 bearing axes; due to difficult soil conditions, the majority of them is founded on concrete piles. As a special feature, the two bearing axes next to the main span are designed as integral pillars; their construction was a challenge for the project partners. In addition, limited accessibility of some areas of the building site required several smart solutions during assembly. With an overall length of 506 m the Eldetal Bridge is one of the biggest bridges in the federal state of Mecklenburg-Vorpommern.

Das Saarpolygon ist ein Symbol des tiefgreifenden Wandels der saarländischen Industrielandschaft nach dem Ende der Bergbauära. Es erinnert an die über 250-jährige Tradition des Kohlebergbaus und verweist zugleich auf den Strukturwandel und die zukünftige Entwicklung der Region. Die formal abstrakte, begehbare Großskulptur aus Stahl von fast 30 m Höhe auf der Bergehalde Duhamel ist aus mehreren Kilometern Distanz sichtbar. Als Aussichtsturm mit Panoramablick auf das umgebende Saartal ist es zugleich ein Ausflugsziel auf dem 150 m hohen Haldenplateau (Bild 1).
Das Projekt entstand aus einem internationalen Wettbewerb, aus dem der Entwurf von Katja Pfeiffer und Oliver Sachse als Gewinner hervorging. Mit der Realisierung der Landmarke auf der Halde Duhamel wurden vom Förderverein BergbauErbeSaar e.V. als Bauherr die Gewinner des Wettbewerbs pfeiffer sachse architekten (Berlin) und die Claus Queck GmbH (Düren) als Generalunternehmer beauftragt.

Saarpolygon - the Duhamel Landmark. Monument of the transformation of the region.
The Saarpolygon is symbol of the industrial landscape's profound transformation after the closure of the coal mining activity in the Saarland region. The monument embodies the 250-years-long mining tradition, simultaneously pointing to the current socio-economical changes and the future development of the region. The formally abstract mountable steel sculpture is erected on the crown of the Duhamel overburden and is visible at great distance in the landscape. The structure of approx. 30 m height also provides a panoramic viewing platform over the Saar river valley.
The project, by Katja Pfeiffer und Oliver Sachse, emerged as the winner of the international design competition called for the creation of an architectural landmark on occasion of the end of the coal mining era in the Saarland region. pfeiffer sachse architekten (Berlin) was assigned the planning by the non-profit association BergbauErbeSaar e.V., and Claus Queck GmbH (Düren) was commissioned as general contractor.

Zahlreiche Forschungsarbeiten der letzten Jahre belegen die ermüdungsfestigkeitssteigernde Wirkung höherfrequenter Hämmerverfahren bei geschweißten Stahlbauteilen. Ungeachtet der intensiven Forschungstätigkeiten auf dem Gebiet der höherfrequenten Hämmerverfahren (HFH) auf nationaler sowie internationaler Ebene darf die durch diese Verfahren erzielbare Ermüdungsfestigkeitssteigerung in Deutschland derzeit noch nicht bei der Bemessung berücksichtigt werden. Bisherige Anwendungen dieser Verfahren beschränken sich im Bauwesen auf Projekte, in denen der Bauherr oder die Bauaufsicht im Einzelfall zugestimmt hat. Eine DASt-Richtlinie, die die Ermüdungsbemessung von HFH-nachbehandelten Konstruktionen regelt, wird einen entscheidenden Beitrag zur zukünftigen baupraktischen Anwendung dieser Verfahren leisten. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse eines Forschungsprojekts, dessen Ziel die Entwicklung eines Bemessungskonzepts für HFH-nachbehandelte Schweißnähte war, vorgestellt. Dieser Bemessungsvorschlag stellt die Grundlage für die künftige DASt-Richtlinie dar und regelt die Kerbfalleinordnung gemäß Eurocode 3 für nachbehandelte Schweißnähte abhängig vom Spannungsverhältnis und der Werkstoffstreckgrenze unter Angabe geeigneter Anwendungsgrenzen. Die zunehmende Wirksamkeit dieser Verfahren für höherfeste Stähle wird durch das erarbeitete Konzept vorteilhaft berücksichtigt.

Development of a DASt-guideline for high frequency mechanical impact treatments - conclusion of investigations and proposal of DASt-guideline-draft.
Numerous research work in recent years has proven an increase in fatigue strength by using high frequency mechanical impact (HFMI) treatment on welded steel joints. Regardless of the profound research activities in the field of HFMI-methods at national and international level, the increase in fatigue strength that can be achieved by these methods may not be taken into account for the design of welded structures in Germany until now. Previous use of HFMI-methods for structural applications is limited to projects in which a technical approval has been obtained for particular cases (ZiE). A DASt-guideline, which regulates the design of HFMI-treated structures, will make a decisive contribution regarding structural applications of these methods in future. This paper presents the results of a research project with the objective of developing a design concept for HFMI-treated welds. This design proposal forms the basis for the forthcoming DASt-guideline and regulates the classification of fatigue strength for HFMI-treated welds depending on the stress ratio and the material yield strength according to Eurocode 3, specifying suitable application limits. The developed concept also takes into account the increasing effectiveness of these methods with increasing material strength.

Das Modell des “äquivalenten T-Stummels” ist ein anerkanntes Verfahren zur Beurteilung der Tragfähigkeit geschraubter Plattenverbindungen. In DIN EN 1993-1-8 wird diese Methode als Standard vorgegeben. Die dort angegebenen Formeln für die Berechnung der effektiven Länge beruhen auf der Auswertung umfangreicher Versuchsergebnisse und ergänzender FE-Berechnungen. Ein schlüssiges mechanisches Modell fehlt bis heute. Im Folgenden wird nun ein solches mechanisches Modell vorgestellt, welches es erlaubt, auf der Basis der Fließlinientheorie die effektive Länge von Fließlinien für unterschiedliche Versagensmuster auf einfache Weise zu berechnen.

To the mechanics of the equivalent T-stub.
The “equivalent T-stub” model is a recognized method of assessing the load bearing capacity of bolted end-plate connections. In DIN EN 1993-1-8 this method is specified as standard. The formulas given there for calculating the effective length are based on the evaluation of a large number of test results and supplementary FE calculations. A conclusive mechanical model is still missing. In the following, such a mechanical model will be presented, which allows to easily calculate the total effective length of yield lines for different collapse patterns on the basis of the plastic hinge line theory.

Die in Bauwerken mit zyklischen oder nicht vorwiegend ruhenden Beanspruchungen eingesetzten Schraubverbindungen werden gezielt vorgespannt, um die Beanspruchbarkeit und Steifigkeit der Anschlüsse zu erhöhen. Die bereits nach der Montage in den geschraubten Verbindungen auftretenden Vorspannkraftverluste sind idealerweise bei der Bemessung und Ausführung der Konstruktion realistisch abzuschätzen und implizit zu berücksichtigen, damit die rechnerisch angesetzte Vorspannkraft während der Nutzungsdauer des Bauwerks in der Verbindung verbleibt. Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 18711 BG “Vorspannkraftverluste ermüdungsbeanspruchter vorgespannter Schraubverbindungen” wurden hierzu systematische Untersuchungen an vorgespannten geschraubten Verbindungen der Kategorien B/C und E nach DIN EN 1993-1-8 vom Institut für Metall- und Leichtbau der Universität Duisburg-Essen (IML) in Kooperation mit der Fraunhofer-Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik in Rostock (IGP) durchgeführt. Hierbei wurden Vorspannkraftverluste aus Setzen und infolge Ermüdungsbeanspruchung experimentell ermittelt und auf die geplante Lebensdauer logarithmisch extrapoliert. Die Untersuchungen erfolgten an M20-Schraubengarnituren mit verschiedenen Verbindungsmitteln/Anziehverfahren sowie Klemmlängenverhältnissen und Oberflächenausführungen der Prüfteile.

Losses of preload in bolted connections due to coated faying surfaces.
Bolted connections are preloaded to increase their resistance and stiffness. Preload losses during the lifetime of a structure might lead to loosening and consequently pose a risk to the serviceability or even the load capacity of the bolted connections. For this reason, the estimation of potential preload losses as well as their consideration during design and execution is an important issue. In the frame of the IGF research project 18711 BG “Loss of preload of fatigue loaded preloaded bolted connections” carried out by the Institute for Metal and Lightweight Structures (IML) of the University of Duisburg-Essen in cooperation with Fraunhofer Research Institution for Large Structures in Production Engineering (IGP), Rostock, systematic investigations were carried out on preloaded bolted connections of categories B/C and E according to EN 1993-1-8. Herein, preload losses due to setting and fatigue loading were experimentally determined, evaluated and extrapolated to the intended service life. The investigations were based on different types of M20 bolting assemblies, tightening methods as well as clamping length ratios and surface treatments.

Der Problematik des selbsttätigen Losdrehens wird offensichtlich auch im Stahl- und Metallbau eine solche technische und wirtschaftliche Relevanz beigemessen, dass Keilsicherungsscheiben auch für die Verwendung im bauaufsichtlich geregelten Bereich vorgesehen sind. Die Sicherungswirkung stellt hierbei ein Gebrauchstauglichkeitskriterium dar, welches auf der Ausnutzung einer Vorspannkraft beruht. In diesem Beitrag wird die Verwendung der Keilsicherungsscheiben in Schraubenverbindungen vor dem Hintergrund der derzeitigen Normungslage des bauaufsichtlich geregelten Bereiches diskutiert. Aus den Erfahrungen umfangreicher experimenteller Untersuchungen wird in diesem Beitrag eine Methodik vorgestellt, mit deren Hilfe der Verwendbarkeitsnachweis für Keilsicherungsscheiben experimentell und rechnerisch abgebildet werden kann.

A contribution to the use of wedge-lock washers for bolted connections in the building construction authorities regulated field.
The problem of self-loosening has obviously such a technical and economic relevance for steel and metal constructions, that wedge-lock washers are also intended to be used in the building construction authorities regulated field. The securing effect of the wedge-lock washers constitutes a criterion of usability, which is based on the utilization of a preload. This article discusses the usage of wedge-lock washers for bolted connections with the background of the present standard situation for the building construction authorities regulated field. Furthermore a procedure is introduced by which the usability of the wedge-lock washers can be determined in an experimental and calculating way.

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