Es werden die Übertragungsmatrizen des Balkens auf elastischer Bettung unter Wirkung der beliebigen Querlast und Normalkraft mit Berücksichtigung der Schubverformung dargestellt.

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Es werden die vielfältigen Aspekte der Installationstechnik bei der Instandsetzung und Modernisierung von Gebäuden behandelt nach Untersuchungen über Mängel und Bauschäden an Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung im Bereich der Heizungs- und Sanitärtechnik, wobei natürlich nicht alle zu berücksichtigenden Faktoren am Gebäude erfaßt werden können. Als Arbeitshilfe werden Prioritäten und Rahmenbedingungen aus der Sicht des Einflusses der Bauphysik und Installationstechnik formuliert, die der Erhaltung der Bausubstanz dienen und aus der Umnutzung oder Komfortsteigerung herrühren.

During the Design-Build-Finance procurement of the “RER Highway 401 Rail Tunnel”, the option with two single SEM tunnels was selected as preferred alternative. The challenges of this project lie not only in the conditions and requirements by the Ministry of Transportation of Ontario, the owner of the highway above and the existing tunnel beside the new tunnels, but also in construction beneath one of the busiest highways in North America. Pre-support measures for tunnel excavation, which cannot involve any type of grouting directly beneath the roadway surface, were evaluated based on their risk exposure, resulting in the selection of a pipe jacked umbrella above the tunnel crowns. A sophisticated monitoring programme is implemented with online access at any time to allow for immediate response and implementation of pre-determined mitigation measures as required.
Im Zuge einer funktionalen Ausschreibung mit Bauzeitfinanzierung (Design-Build-Finance) wurde in einer Methodenevaluierung für den Bau des “RER Highway 401 Rail Tunnels” die Variante mit zwei eingleisigen Tunnelröhren in sequentieller Bauweise als bester Vorschlag ausgewählt. Die Herausforderungen dieses Projekts liegen nicht nur in den Rahmenbedingungen und Vorgaben des Verkehrsministeriums von Ontario als Eigentümerin der darüberliegende Autobahn und des unmittelbar daneben liegenden bestehenden Bahntunnels, sondern auch in der Abwicklung und Ausführung des Projekts unter einem Verkehrsknotenpunkt einer der meistbefahrenen Autobahnen Nordamerikas. Voraussicherungsmaßnahmen für den Tunnelausbruch, die Injektionen unter der Fahrbahn größtenteils ausschließen müssen, wurden in einer detaillierten Risikoevaluierung ausgewählt, wobei einer Rohrvorpressung zur Herstellung eines Rohrschirms der Vorzug gegeben wurde. Ein aufwändiges und jederzeit online einsichtiges Messprogramm soll ein frühes Erkennen von Hebungen und Setzungen und ein rasches Umsetzen von zuvor festgelegten Gegenmaßnahmen sicherstellen.

The “Southeast Collector” project, a 15 km long sewer tunnel in the York Region east of Toronto, Canada, has a special feature in that the four TBMs for boring the tunnel are being provided by the client. This holds many unusual situations and challenges concerning on the one hand the risk distribution and on the other hand the construction dynamics. The article intends to discuss the motivations as well as the advantages and disadvantages of this concept through the example of this project, diverse research and available references. It finally attempts to find answers to the questions where and when the procurement of tunnel boring machines by the client may be appropriate.
Das Projekt “Southeast Collector”, ein 15 km langer Abwasserstollen in der York Region östlich von Toronto, Kanada, zeichnet sich durch eine Besonderheit aus, nämlich, dass die vier TBMs für den Vortrieb durch den Bauherrn bereitgestellt werden. Diese Situation birgt viele Ungewöhnlichkeiten und Herausforderungen in sich, was sich einerseits in der Risikoverteilung, aber andererseits in der Ausführungsdynamik widerspiegelt. Es wird versucht anhand dieses Projekts, diverser Nachforschungen und bestehender Literatur die Motivation, die Vor- und Nachteile und Herausforderungen dieses Konzepts zu erarbeiten, um schlussendlich Antworten zu finden, wo und wann die Beistellung von Vortriebsmaschinen durch den Bauherrn sinnvoll erscheinen mag.

Die Umgebungstemperatur übt einen vielfältigen Einfluss auf Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit des Menschen aus. Durch die zunehmende Verlagerung von Arbeitsplätzen in Büros rückt der Bereich der moderaten Wärmebelastung, wie er beispielsweise in natürlich belüfteten Gebäuden im Sommer auftritt, in den Fokus. Hierzu ist aus der bisherigen empirischen Forschung ein Zusammenhang zwischen Raumtemperatur und Arbeitsleistung ermittelt worden, der allerdings verschiedene Nachteile für die Tauglichkeit als Planungskriterium für Gebäude aufweist. Der in der Psychologie weit verbreitete Ansatz der Meta-Analyse kann dabei einen wertvollen Beitrag zur Lösung dieses Problems leisten. In dem Beitrag wird systematisch die Methode der Meta-Analyse aufgezeigt und anhand einiger konkreter Beispiele das Potential für eine Integration von nutzerbasierten Verhaltensmustern in eine Gebäudesimulation dargestellt.

Methodology for the quantification of the influence of moderate heat stress on human performance.
Ambient thermal conditions have fundamental impact on human health, well-being and working performance. Due to the increasing amount of office-related work such as in naturally ventilated buildings, the impact of moderate thermal stress to individuals becomes more and more important to be understood. Based on available empirical research, a mathematical relation has been established which, however, shows disadvantages in terms of its eligibility as building design criterion. The method of meta-analysis, which is a well-established method of psychological research, can contribute to solve this problem in terms of providing further insight into the mentioned relation. In this paper, the method of meta-analysis is introduced and its potential is shown by practical illustrations, how occupant-based data may be integrated into building simulation.

Zunehmende Globalisierung und das Erfordernis, immer kostensparender zu wirtschaften, stellt für viele Unternehmen eine Herausforderung dar. Um wettbewerbsfähig zu sein, sollen die Mitarbeiter leistungsfähig und motiviert sein und optimal ihr Wissen einbringen können, andererseits sollen sie möglichst wenig Kosten verursachen. In den kommenden Jahren werden immer mehr Menschen im Büro beschäftigt sein. Daher beschäftigt sich dieser Artikel mit den Einflussfaktoren auf die Leistungsfähigkeit bei Büroarbeit. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf dem thermischen Raumklima, da es dazu sehr gegensätzliche Diskussionen in der Literatur gibt. Neben einer Definition der Leistungsfähigkeit und einer Übersicht über mögliche Einflüsse auf diese, stellt sich auch die Frage, wie Leistung adäquat erfasst werden kann. Nach Auswertung der zugänglichen Literatur ergeben sich widersprüchliche Ergebnisse. Die Ableitung einer Ursache-Wirkungs-Beziehung ist daher nicht trivial. Außerdem ist anzunehmen, dass das thermische Raumklima offensichtlich nicht den einzigen Einflussparameter auf die Leistungsfähigkeit darstellt. Vielmehr besteht eine weite Verzweigung sowohl mit anderen physikalischen Faktoren wie der Akustik oder der Beleuchtung und mit Aspekten wie Raumgestaltung oder psychosozialen Effekten.

Possibilities and limitations of modeling the influencing factors on human performance.
Increasing globalization and the necessity to reduce costs of economic activities poses a challenge for many companies. To act competitively on a global market, employees should be able to perform at their best, to be highly motivated and, on the other hand, to work in a costeffective manner. Furthermore, it is expected that within the next years people tend to work in offices to an increasing tendency. For this reason, this paper addresses factors that primarily affect the performance of office work. The focus is on the thermal indoor climate as this issue is controversially discussed in the literature. In addition to the definition of the terms performance and productivity and an overview over potential influences, it is not clear how performance can be measured adequately. Evaluation of the relevant literature shows contradictory results. Apparently, the derivation of a relationship between temperature and working performance is not trivial. Furthermore, it is anticipated that the thermal indoor climate is not the only performance indicator that affects working performance. In fact, there are mutual connections between other physical para meters like acoustics or lighting and, as well, with psycho-social factors and aesthetical issues in terms of the interior design.

In den letzten Jahrzehnten gab es wesentliche Veränderungen beim Bau von Stahlkonstruktionen. Die Genauigkeit bei der Herstellung und Montage wurde von mehreren europäischen und nationalen Normen bestimmt. Diese stimmen jedoch oft nicht überein und führen nicht immer zur richtigen Montage. Im Beitrag werden die Fragen der Imperfektion und der Toleranz in den aktuellen Normen besprochen und die Idee der Einführung von Genauigkeitsklassen für die Ausführung von Stahlkonstruktionen, in Abhängigkeit von mehreren projekttechnischen und wirtschaftlichen Faktoren, dargestellt. Zu diesem Zweck wird eine neue Klassifizierung der zulässigen Fertigungsabweichungen vorgeschlagen. Sie ist abhängig vom Ort des Auftretens und der Wertigkeit innerhalb der Montage. Dargestellt wird die Bestimmungsart der Fertigungsgenauigkeit von Koordinationsmontagemaßen mit Hilfe der Toleranzanalyse und -synthese, wobei die Methoden der Toleranzanalyse beschrieben werden. Die vorgeschlagene Methode der Toleranzklassifizierung ist ein modernes Werkzeug für die notwendige Qualitätssicherung von Stahlkonstruktionen ohne Zusatzkosten. Ein Zahlenbeispiel verdeutlicht die Methoden der Toleranzanalyse und -synthese.

Um Bauwerke bis zu ihrem wirklichen Lebensende zu nutzen, ist es von großer Bedeutung, den aktuellen Grad der Schädigung einer Struktur bestimmen zu können. Mithilfe der zurzeit gültigen Nachweis- und Bemessungskonzepte (z.B. CEB-FIP Model Code 2010) ist dies nicht möglich. Ein gangbarer Weg, den Schädigungsgrad einer Betonstruktur vor Ort zu bestimmen, ist der Einsatz von zerstörungsfreien Prüfmethoden (Monitoring). Dieser Bereich ist allerdings noch nicht zur Gänze erforscht. Das konstante Monitoring von der Entstehung eines Bauwerks bis hin zu dessen Lebensende wird als eine vielversprechende Möglichkeit der Lebenszeitabschätzung gesehen. In diesem Beitrag werden Ermüdungsversuche an Betonprüfkörpern, begleitet mit konstantem Monitoring durch Ultraschall- und Körperschall-Sensoren, näher betrachtet und ein möglicher Weg zur Bestimmung des Schädigungsgrades und der Lebenszeitabschätzung aufgezeigt.

Monitoring based lifetime assessment of concrete structures - Research Project MOSES
In order to use structures up to their real end of lifetime it is of great importance to know the degree of damage of the structure. By using the actual Codes and Specifications (e.g. CEB-FIP Model Code 2010) it is not possible to define the real degree of deterioration. A practicable way of determining the degree on-site is the employment of non-destructive testing methods (monitoring). This field until now is not finally explored. The constant monitoring from the erection of a structure up to the end of its lifetime is seen as a very promising possibility to assess the residual lifetime. In this article fatigue tests on concrete specimens, accompanied with ultrasonic and acoustic emission measurements will be investigated closer and a possible way for the determination of the degree of damage and lifetime assessment will be proposed.

Nach den heutigen aktuell gültigen Normen und Vorschriften (z. B. CEB-FIP-Model Code 2010 [1]) werden für den Ermüdungsnachweis und auch für die Bestimmung des Schädigungsgrades von Betonbauteilen Lastzyklen gezählt und lineare Schadens-Akkumulations-Hypothesen angewandt. Die so gewonnenen Ergebnisse entsprechen nicht der Realität, da Beton ein sehr stark nicht lineares Verhalten aufweist. Ein Weg, diese Ergebnisse zu verbessern, ist die Anwendung von Monitoring, um die Veränderung in der inneren Struktur des Betons mittels eines lastunabhängigen Messverfahrens überwachen zu können. In diesem Artikel wird ein Monitoring-Konzept vorgestellt, mit welchem es möglich ist, diese Ziele zu verwirklichen. Die zugehörigen Laborversuche wurden bereits in [2] beschrieben. Nun folgt deren tiefergehende Auswertung. Am Ende dieses Artikels werden dynamische Tests an vorgespannten Monoblockschwellen gezeigt. Diese wurden mithilfe des im Rahmen dieser Veröffentlichung beschriebenen Monitoring-Konzepts überwacht. Die dadurch erhaltenen Sensormesswerte wurden mit einer numerisch nichtlinearen Simulation der Schwelle korreliert.

Monitoring of the real degree of Fatigue deterioration within concrete structures - Research Project MOSES
According to actual codes and regulations (e.g. CEB-FIP-Model Code 2010 [1]) the verification concept for fatigue and the determination of the real degree of deterioration of Concrete structures is based on counted load cycles and the linear Palmgren-Miner summation. The results gained in this manner will never depict the reality because of the not considered heavily non-linear behavior of concrete. A way to improve the results is the application of monitoring sensors, which are able to image the changes in the inner part of the concrete matrix independently from applied loads. In this article a monitoring concept will be proposed which can achieve these objectives. The laboratory tests are already described in [2] and now a deeper assessment of the measured results will be made. At the end of this article dynamic tests with prestressed railway sleepers and mounted monitoring system are presented. The measurement data of the sensors will be correlated with results of a numerical nonlinear simulation of the sleeper.

Ingenieurbauwerke sind im Laufe ihres Lebens ständig statischen und dynamischen Lasten ausgesetzt. Diese haben sowohl künstliche wie auch natürliche Ursachen. Durch die dynamische Belastung kann es an Betonbauwerken zu Ermüdungserscheinungen kommen. Die Änderungen in der Betonmatrix, die mit diesen Ermüdungserscheinungen einhergehen, sind noch nicht vollständig untersucht. Bei den Fundamenten für Windenergieanlagen im Bereich On- und Offshore stellt die Materialermüdung eine besondere Herausforderung dar. Die Lastkombinationen, welche für die Ermüdungsnachweise angenommen werden, sind oft bemessungsmaßgebend. Da eine Spannungsumlagerung innerhalb des Querschnitts beim Nachweis nicht berücksichtigt wird, hat dies zur Folge, dass die zu bemessende Betonstruktur sehr konservativ ausgelegt wird beziehungsweise über die Lebensdauer ein höherer Schädigungsgrad angenommen wird, als er in der Realität vorliegt. Ein Ziel der Forschungen ist die Entwicklung eines Monitoringsystems, mit welchem der wirklich vorhandene Schädigungsgrad einer Betonstruktur abgelesen werden kann. Das Strabag-Testfundament in Cuxhaven, gebaut von der Ed. Züblin AG, stellt eine optimale Möglichkeit dar, dieses Monitoringsystem an einer Betonstruktur mit realen Dimensionen zu testen. Die Durchführung der Ermüdungsversuche am Testfundament Cuxhaven sind für Anfang 2013 geplant.
Die vorliegende Veröffentlichung ist wie folgt gegliedert: Nach einführenden Worten über den Sachverhalt Betonermüdung und Offshore werden die Konzeption der Versuchsdurchführung, die geplante dynamische Erregung des Testfundamentes und erste Ergebnisse der nichtlinearen Modellbildung des Testfundamentes in der FE-Software ATENA vorgestellt.

Experimental modelling of fatigue processes to detect the real degree of deterioration. Conceptual design of the fatigue tests at the Strabag-Gravity base in Cuxhaven
Engineering structures are subjected to continuous and increasing static and dynamic loads from artificial and natural environmental conditions (e.g. wind, traffic loads or wave loading on offshore wind turbine structures). Dynamic Loads can result in fatigue phenomena within the material concrete which are not totally explored even in their beginnings. Especially in the fields of Foundations for wind energy plants on- and offshore fatigue is a big problem. The Fatigue associated load combinations are mostly the decisive ones for design and dimensioning of the structure. The targets of the research are the development of a monitoring system for detecting the initiation or the early stage of a fatigue process in concrete and for the identification of the degree of deterioration in the concrete structure. The full scale model of a new type of gravity base foundation for offshore wind turbines in Cuxhaven projected by the Ed. Züblin AG is an optimal possibility to test the monitoring system within a concrete structure of real dimensions.
The objective of this contribution is to provide a short review of concrete fatigue properties, to discuss, demonstrate and portray preliminary analyses results which are decisive for the final fatigue test layout at the Strabag gravity base foundation in Cuxhaven. The conduction of the fatigue tests at the gravity base foundation are planned in the beginning of the year 2013.

When it comes to dynamically loaded concrete structures, determining the real degree of fatigue damage of a structure on site is a very demanding process that has not been explored in depth. Calculation concepts according to current codes and specifications (e.g. fib Model Code for Concrete Structures 2010 [1]) do not offer efficient results for this task. However, the permanent monitoring from the erection of a structure up to the end of its lifetime is seen as a very promising possibility for assessing the degree of damage constantly. This article takes a closer look at the concrete fatigue concept of fib Model Code 2010 [1], shows an FE simulation of a time-dependent fatigue process for an offshore wind turbine foundation and presents a fatigue monitoring concept including laboratory tests, which enables the detection of the real degree of deterioration in a concrete structure. During tests, the use of ultrasound was identified as the most appropriate method. Measuring wave velocity enables the determination of the dynamic E-modulus, which correlates to the degree of damage within the cross-section of the structure considered.

Bei Ermüdungsnachweisen von Betonstrukturen, vor allem im Bereich Offshore, wird die schrittweise Degradation von Materialparametern oftmals nicht berücksichtigt. Eine Auswirkung dieser Schädigung des Materials in Teilbereichen des Betonquerschnitts in Abhängigkeit des Belastungszustands ist eine Spannungsumlagerung innerhalb des Querschnitts und somit die Verlängerung der theoretischen Nutzungsdauer der Betonstruktur. Beton wird in seinen Eigenschaften mithilfe von Materialparametern näher bestimmt. Ein sehr wichtiger Materialparameter ist der E-Modul, auch Elastizitätskoeffizient genannt. Ein Weg, die Schädigung des Materials in einer FE-Analyse zu berücksichtigen, ist die schrittweise Anpassung und Minimierung des E-Moduls. Um ein Bauwerk zu bemessen, seinen internen Spannungsverlauf oder sein Verformungsverhalten vorherzusagen, ist es somit von großer Wichtigkeit, diesen Parameter genau zu bestimmen, seine Veränderung mit der Zeit und aufgrund seiner Belastungshistorie zu kennen. In diesem Beitrag wird zusätzlich zur Robustheits- und Redundanz-Definition auch eine Lebenszeitberechnung des Strabag-Testfundaments in Cuxhaven nach Model Code 1990 für die geplanten Ermüdungsversuche mit realistisch verändertem E-Modul ausgeführt. An der Fallstudie Cuxhaven wird mithilfe eines linearen, iterativen Modellbildungsprozesses die Nutzung der Robustheit des Systems für die Verlängerung der verbleibenden Nutzungsdauer gezeigt.

Concrete structures under cyclic loading - robustness and redundancy considerations for residual lifetime optimization
Concerning fatigue analysis of concrete structures, especially in offshore areas, the continuous degradation of material parameters is not taken into account. One effect of the damaged material structure in parts of the concrete cross section is the stress redistribution from highly loaded (damaged) areas to low loaded (undamaged) areas and therefore an elongation of the theoretical residual service life. Concrete is described by the use of material parameters. A very important parameter is the E-modulus, also called the modulus of elasticity. A possibility to consider the degradation process within the material concrete is the gradual adaption and minimization of the E-modulus. In order to analyze and dimension a structure, to predict the internal stress distribution and deflection behavior, it is very important to specify this parameter and to know the variation according loading history and time.
In addition to robustness and redundancy definition given in this article, a life time calculation of the Strabag gravity base test foundation in Cuxhaven according Model Code 1990 for the planned fatigue tests with realistic reduction of E-Modulus is performed. Concerning the case study “Cuxhaven” the use of system robustness in order to extend the residual service life is been demonstrated by means of a linear iterative modeling process.

Für den Neubau eines Kernkraftwerkes mussten bei den Fassaden- und Dachkonstruktionen verschiedene besondere technische Aufgabenstellungen bewältigt werden. Diese sind zum einen in den lokalen klimatischen Verhältnissen begründet, zum anderen wird mit dem Neubau eines Kernkraftwerkes ein besonderer Anspruch hinsichtlich Betriebssicherheit verbunden. Die statisch-konstruktiven Beanspruchungen, die Anforderungen aus der Bauphysik sowie die Montagebedingungen erforderten die Weiterentwicklung etablierter Fassadenaufbauten und deren Prüfung in Laboren und Prüfinstituten vor Fertigungsbeginn.
Thema des Aufsatzes ist die bereits weitgehend realisierte Gebäudehülle des nichtnuklearen, konventionellen Bereiches - dem “Turbine Island“. Züblin Stahlbau GmbH, Mitglied des IFBS und DStV, führte im Turbine Island neben den Fassadenarbeiten auch die Stahlbauarbeiten aus. Aus der Verbindung beider Gewerke wurden Synergien insbesondere in der Planung der Schnittstellen und der Verzahnung von Montageabläufen vor Ort gezogen. In Summe werden beim Turbine Island ca. 90000 m2 Profilbleche verlegt und ca. 4000 t Stahlkonstruktionen montiert.
Facade and roof construction for a nuclear power plant.
For the new building of a nuclear power plant, different special technical problems are to be handled with regard to the facade and roof constructions. On the one hand, these are caused by the local climatic conditions, while on the other hand a special demand with regard to operational safety is associated with the new building of a nuclear power plant. The static-construction demands, the requirements from the construction physics and as well as the erection conditions required the further development of established façade structures and their testing in laboratories and testing institutes before production commencement.
The already largely realized building envelope of the conventional area - the “Turbine Island” - is the subject of this paper. Züblin Stahlbau GmbH, an IFBS and DStV member, also implemented the steel construction works in the Turbine Island, as well as the facade work. Synergies were generated from the combination of both trade sectors, in particular in the planning of the interfaces and the intermeshing of assembly process sequences on site. In sum, with the Turbine Island, approx. 90000 m2 profiled sheet metal units are laid and approx. 4000 tons steel structures mounted.

Historische Bauten, insbesondere Kirchen, reagieren i.allg. sehr empfindlich auf mögliche Baugrundbewegungen. Wenn diese Bauwerke aufgrund eines Erdbebens einstürzen oder erheblich geschädigt werden, können neben hohen Verlusten an Menschenleben auch erhebliche immaterielle Werte verloren gehen. Die Bewertung des Risikos enthält dabei die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit eines Schadens und die Bestimmung möglicher Schadensfolgen. In diesem Aufsatz wird eine Methodik zur Beschreibung und vergleichenden Bewertung solcher Risiken vorgestellt. Dazu wird zunächst die Bodenbewegung infolge Erdbeben mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen dargestellt, der Einfluß möglicher Materialparameter mit Sensitivitätsanalysen abgeschätzt, um mögliche Schadensklassen nach der Europäischen Makroseismischen Skala vorherzusagen. Verluste werden anhand einer speziell für diesen Fall zusammengetragenen Datengrundlage erfaßt, so daß ein Vergleich mit einer Vielzahl anderer Risiken möglich ist.

In bestehenden Gebäuden, aber auch bei Neubauten, können Bauteile oder Konstruktionsdetails hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsfähigkeit sehr oft nicht nach den eingeführten technischen Baubestimmungen bewertet werden. Für die Bewertung derartiger Bauteile oder Konstruktionsdetails existieren keine Regelwerke, da genau diese Ausführungsdetails nicht durch zertifizierte Prüfstellen geprüft bzw. in allgemeinen bauaufsichtlichen Verwendbarkeitsnachweisen geregelt worden sind. Allerdings können die Bauteile und Konstruktionsdetails sehr oft z. B. durch die Auswertung von Brandversuchen, in Anlehnung an DIN 4102-4, anhand von ähnlichen Verwendbarkeitsnachweisen oder durch pragmatische Überlegungen in Feuerwiderstandsklassen eingestuft werden. Zur Absicherung der Bewertungsergebnisse werden seit der bauaufsichtlichen Einführung der Brandschutz-Eurocodes immer öfter Ingenieurmethoden des Brandschutzes auf der Grundlage dieser Eurocodes in Form von Heißbemessungen durchgeführt. Im Rahmen dieses Beitrags werden Methoden und Möglichkeiten der brandschutztechnischen Bewertung der Bauteile und Konstruktionsdetails vorgestellt. Die Vorgehensweise beim Nachweis einschließlich der Dimensionierung von gegebenenfalls erforderlichen Ertüchtigungsmaßnahmen wird durch Anwendungsbeispiele aus der Praxis erläutert. Dabei werden die verschiedenen Werkstoffe Stahl, Beton und Holz auch in Verbindung mit verschiedenen Brandschutzprodukten behandelt. Der Beitrag soll die Möglichkeiten der Bewertung von Bauteilen und Konstruktionsdetails mit Brandschutzanforderungen einschließlich ihrer Ertüchtigungsmaßnahmen insbesondere auch im Bestand verdeutlichen.

Special-purpose solutions in the fire-protective evaluation of construction details
Very often components or construction details in existing buildings but also in new buildings cannot be evaluated with regard to its fire resistance ability considering established technical building regulations. There are no regulations for the evaluation of such components or construction details as these specific construction details have not been evaluated by a certified test authority. However, these components and construction details very often can be classified in fire resistance classes e. g. by evaluating fire tests, with regard to DIN 4102-4, on the basis of similar proof of usability or only by pragmatic considerations. Since introducing the technical approval of the fire protection Eurocodes more often engineering methods of fire protection are used based on these Eurocodes by using temperature assessment in order to secure the evaluation results. Within this essay we show methods and ways of fire-protective evaluation for components and construction details. The approach of proof including dimensions of possible upgrade measurements if necessary are being illustrated by examples of use out of practical experience. At the same time different materials such as steel, concrete and wood will be treated with different fire-proof products. The essay is to explain ways of evaluation of components and construction details involving fire-proof requirements including upgrade measurements also especially for existing buildings.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann zum 65. Geburtstag gewidmet
Der Einsatz von Ingenieurmethoden zur Tragwerksbemessung im Brandfall ermöglicht es, ungeschützte Stahl- und Verbundtragwerke in offenen Parkgaragen auch dann zu realisieren, wenn baurechtliche Anforderungen an den Feuerwiderstand gestellt werden. Besonders wirtschaftliche Konstruktionen sind möglich, wenn reale Tragstrukturen unter der Einwirkung realer Brandszenarien nachgewiesen werden. Dazu wird die Temperaturverteilung infolge eines lokalen Brandszenarios in einem Brandsimulationsmodell ermittelt und als Eingangswert an die FE-Software zur thermischen und mechanischen Berechnung der Bauteile übergeben. Hierzu wurde eine Schnittstelle zwischen den Programmen FDS und SAFIR entwickelt.
In diesem Beitrag werden die Grundlagen der Kopplung von FDS und SAFIR erläutert und mit den etablierten Ingenieurmethoden zur Bemessung einer Stahlverbundkonstruktion an einem Beispiel gegenübergestellt. Anhand des mittels verschiedenen methodischen Ansätzen ermittelten Erwärmungs- und Tragverhaltens wird gezeigt, dass die entwickelte Kopplung der Brandsimulations- und FE-Software eine wesentlich wirtschaftlichere Bemessung für offene Parkgaragen ermöglicht, da die Widerstände realitätsnah berücksichtigt werden.

Fire engineering methods for unprotected constructions of car parks
The application of engineering methods for the structural design of open car parks in case of fire enables the usage of unprotected steel or composite constructions, even if building regulations require a certain fire resistance. The construction is especially economical, if the design includes the real structure and natural fire scenarios. Therefore, the temperature distribution due to a local fire scenario is calculated using a field model and is used as a basis for the subsequent thermal and mechanical analysis of the structural elements. An interface between the programs FDS and SAFIR was developed therefore.
This paper presents the basics of the interface between FDS and SAFIR and compares this new method to common engineering methods within a working example. Comparing the thermal and mechanical behaviour of the structural elements determined using the different methods, it is revealed, that using the interface aims in more economic design as the resistance is considered in a realistic manner.

In dem vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen zum Feuerwiderstand von Stahlbetonstützen auf der Basis eines allgemeinen Berechnungsverfahrens durchgeführt. Die Berechnungen erfassen sowohl Pendelstützen als auch Kragstützen mit Knicklängen im Brandfall von bis zu 20,0 m. Für Pendelstützen in Geschossbauten wird aufgrund der üblichen Geschosshöhen von etwa 4,0 m eine neue Klassifizierungstabelle vorgeschlagen. Kragstützen können unter Einhaltung von praxistauglichen Randbedingungen in Feuerwiderstandsklassen eingeordnet werden (Level-1 Verfahren). Schlussendlich werden Sicherheitsbetrachtungen für bestehende Stahlbetonstützen durchgeführt, die zeigen, dass bestehende Stahlbetonstützen, die entsprechend den Mindestabmessungen der Tabelle 31 der DIN 4102-4 dimensioniert wurden, im Brandfall standsicher sind, wenn sie regelkonform geplant und hergestellt worden sind.

In diesem Beitrag werden Belüftungseffekte am Beispiel des EnergieForums Berlin untersucht. Um Erkenntnisse über den Einfluss fluktuierender Windfelder auf die Belüftung zu erzielen, wird die Windumströmung und Temperatur im und um das Atriumgebäude mit einer Large Eddy Simulation (LES)-Modell zeitaufgelöst und räumlich untersucht. Dazu wird das Lattice Boltzmann-Verfahren mit dem Multi Relaxation Time (MRT)-Modell auf einem D3Q19-Gitter verwendet. Das kürzlich entwickelte Eso-Twist-Verfahren, das nur einen einzigen Lattice Boltzmann-Verteilungssatz benötigt, kommt zum Einsatz. Als LES-Modell wird das Smagorinsky-Modell verwendet. Zur Temperaturmodellierung dient das HTLB-Verfahren. Die Simulationen werden CUDA-basiert auf einer GeForceGTX 580 GPGPU durchgeführt. Anhand der Simulationen wird der Abfall der Tracergaskonzentration über der Zeit sowie der mittlere, durch Temperaturunterschiede und äußeren Wind induzierte Fluss bestimmt.

Numerical simulation of building ventilation with a Lattice Boltzmann LES model.
In this contribution ventilation effects are studied for the EnergieForum Berlin. To estimate the influence of external wind fields on the ventilation process, wind and temperature fields are simulated with a large eddy simulation (LES) model. With this approach spatially-and time-resolved output is generated. The Lattice Boltzmann method is being used on a D3Q19 grid with a multiple relaxation time (MRT) model. The recently developed EsoTwist scheme, which uses only a single set of LB distributions, is employed. The Smagorinsky model serves as the LES model. To model the temperature dynamics, the HTLBE method is used. The simulations are CUDA-based and carried out on a GeForce GTX580 GPGPU. The decay of the tracer-gas concentration over time and the mean flow through the building generated by temperature gradients and external wind is determined.

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Zur Klärung des Tragverhaltens von Injektionsankern wurden experimentelle Untersuchungen über die Bohrlochgeometrie, die Schubspannungsverteilung entlang der Ankerstange und die mechanischen Kennwerte der Verbundmasse durchgeführt. Als Bohrverfahren wurden das Diamant- und das Hammerbohren bei gereinigtem und ungereinigtem Bohrloch untersucht. Es wurde gezeigt, daß bei gereinigten und mit Hammerbohren erzeugten Bohrlöchern der arithmetische Mittenrauhwert und die mittlere Rauhtiefe am größten sind. Dadurch kann bei guter Reinigung des Bohrloches beim Injektions- und Verbundanker aufgrund von mechanischem Formschluß die Tragfähigkeit verbessert werden. Die auftretenden Dehnungen in der Ankerstange wurden experimentell ermittelt und die wirksamen Schubspannungen errechnet. Daraus zeigte sich, daß bis zu einer Einbindetiefe von ca. 1,5d kaum Last in den Beton eingeleitet wird. Ein Maximum der Schubspannungen tritt in einem Abstand von ca. 2d bis 3d und ein zweites von ca. 5d ab der Betonoberfläche auf. Mittels einer nichtlinearen FE-Analyse und unter Verwendung eines viskoelasto-plastischen Materialmodells für die Verbundmasse und für den Beton wurde der Ausziehwiderstand ermittelt. Die Versuchsergebnisse konnten bis auf 5 % genau mit dem entwickelten numerischen Modell für Injektionsanker bis zu einer Verankerungstiefe von 240 mm simuliert werden.

An Gurtdickensprüngen von geschweißten Biegeträgern kommt es zu lokalen Zusatzbeanspruchungen infolge des Ausgleiches der unterschiedlichen Gurtnormalkräfte und der häufig auftretenden Exzentrizität der Schwerlinien der Gurtbleche. Dies sind einerseits lokale zusätzliche Normalspannungen an den Gurten selbst, insbesondere bei zusätzlichen Exzentrizitäten an den unterschiedlich dicken Gurten. In letzterem Fall liegen auch hohe lokale Normalspannungsbeanspruchungen senkrecht zur Gurtlängsrichtung am anschließenden Steg vor. Darüber hinaus führen die unterschiedlichen Gurtnormalkräfte zu lokalen Schubspannungen im anschließenden Stegbereich.
Für alle drei erwähnten Zusatzbeanspruchungen erfolgten umfangreiche realitätsnahe numerische Berechnungen an Finite-Elemente-Modellen (FEM) für den baupraktischen Anwendungsbereich, die zu einem Bemessungsbehelf für die Praxis führten. Dieser Bemessungsbehelf sowie dessen Grundlagen und seine Anwendungen werden dargestellt. Einleitend wird das typische Tragverhalten an Gurtdickensprüngen kurz zusammengefasst.

Flange thickness transitions in welded girders - design recommendation for the complex additional local stress state.
Additional local stresses are present at flange thickness transitions of welded girders, caused by the necessary equalization of the different total flange forces, as well as by the - often present - eccentricity between the smaller and larger flange plates. On one hand, these additional stresses are present in the flange plates themselves, especially in the case of eccentric configurations. In this case, local bending in longitudinal direction also causes secondary bending in transversal direction of the flange plates, leading to high normal stresses in vertical direction in the attached web plate. On the other hand, the equalization of the flange forces leads to high local shear stresses in the web and fillet welds between web and flange plates.
In the study presented in this paper, extensive numerical calculations (using the finite element method), within the practically relevant geometric parameter range, were carried out in order to quantify the mentioned stress effects. These results were used as the basis for the development of a design recommendation for use in practice. After a brief discussion of the general load-carrying behaviour at thickness transitions, this paper explains the use and background of the recommendation.

Kranbahnträger, die gelenkig auf Stützen aufgelagert sind, weisen häufig konstruktive Zugverankerungen gegen Abhebekräfte in Form von vertikalen Schrauben zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopf auf. Bei Kranüberfahrt führt die vertikale Trägerdurchbiegung auch zu Auflagerverdrehungen. Die dadurch bedingten Relativverformungen zwischen Trägeruntergurt und Stützenkopfplatte führen zu außergewöhnlich hohen Zwängungsbeanspruchungen dieser Schrauben, wie anhand der FEM-Analyse eines Beispiels dargestellt wird. Für die Abschätzung der Zwängungsbeanspruchung in den Schrauben wird ein einfaches Ingenieurmodell vorgestellt, das alle wesentlichen Parameter für die unterschiedlichen Ausführungsformen beinhaltet und am FEM-Modell überprüft wurde. Abschließend werden erste Ansätze für eine verbesserte Detaillösung dargestellt.

Uplift fixing bolts in simply supported crane girders - unexpectedly high fatigue stresses and improved detailing solution.
Crane girders with hinged supports on top of the columns are often fixed to the column head by placing vertical bolts between the girder’s lower flange and the column’s head plate, in order to prevent uplift of the girder. The passing of the crane load over the girder causes a deflection of the latter, which in turn leads to rotations of the girder end cross-sections. The relative movements and rotations between the girder’s lower flange and the column’s head plate can lead to exceptionally large bending stresses in the fixing bolts, as is illustrated by means of a numerical (FEM) example in this paper. A simple engineering model, which is however capable of capturing all the relevant parameters for the different types of fixing detailing, is developed for the determination of these additional bending stresses and was verified by comparisons with the FEM models. Finally, proposals for an improved detailing solution are presented.

Druck- und biegebeanspruchte Stäbe mit Hohlkastenquerschnitten größerer Abmessungen (etwa b ≥ 400 mm) können insbesondere bei höherfesten Stählen bei wirtschaftlicher Optimierung zu schlanken Querschnitten der Querschnittsklasse 4 führen. Die dargestellte systematische Untersuchung von schlanken quadratischen Hohlprofilquerschnitten unter Druckbeanspruchung sowie Druck- und Biegebeanspruchung vergleicht die realitätsnahen numerischen Traglasten mit jenen des Eurocodes. Die aktuell unbefriedigende Festlegung lokaler Imperfektionen im Eurocode EN 1993-1-5 wird dargestellt. Die deutlich höheren Tragfähigkeiten bei Knickstäben mit Endeinspannung und durchschlagenden Momenten gegenüber dem Eurocode lassen unter Umständen eine Erweiterung der Gelenkfachwerktheorie auf schlanke Querschnitte der Querschnittsklasse 4 zu. Dies wird für die Füllstäbe eines untersuchten weitgespannten Fachwerkträgers aufgezeigt.

Beam columns with thin walled boxed sections - Load bearing behaviour and increased loading capacity compared with Eurocode 3.
Beam columns with box sections, especially if fabricated from plates made of high strength steels, often lead to slender elements with class 4 cross-sections, i. e. sections that are susceptible to local buckling. The presented comprehensive study compares the load bearing capacity, based on nonlinear FEM-models, with the predictions of Eurocode 3. The definitions of local imperfections in Eurocode EN 1993-1-5 are presented and discussed. The detected, significantly increased loading capacity of columns with fixed ends and antisymmetric moment distributions is an indication that, even for class 4 sections, a hinged-truss model may be used in the global analysis with sufficient safety. This is shown for the design of members of a single-span truss girder by means of a numerical example.

In many practical applications, columns are often fixed to a practically rigid concrete structure at the column base. This additional restraint should increase the real load-carrying capacity if the section is susceptible to lateral-torsional buckling. However, this effect is rarely taken into account in design, as most current design rules do not provide sufficient guidance on how to account for this additional rigidity, and so the column base fixity is often ignored. The background to the verification formulae for lateral-torsional buckling (LTB) of I-section beam-columns in Eurocode EN 1993-1-1 consists of comprehensive parametric numerical studies for members with “end fork” conditions only, i.e. for members with free rotational and warping deformations at both ends. However, these specific boundary conditions are not clearly mentioned in the code.
In the study presented in this paper, a comprehensive series of numerical FEM analyses for the realistic lateral-torsional buckling behaviour of beam-columns with one-sided rotation and warping restraints was carried out and compared with the results based on the LTB resistance of the Eurocode, calculated with increased idealized buckling loads (Ncr, Mcr) that account for the end restraints. The most important results of this study are presented in this paper and the ultimate capacity is compared for two different beam-column design methods in Eurocode 3: the interaction concept (EN 1993-1-1, 6.3.3) and the general method (EN 1993-1-1, 6.3.4).
In addition, a simplified formula is given for the additional bi-moment at the end restraint, which is to be used for designing the welded joint. Finally, an improved LTB design curve (buckling reduction factor &khgr;LT) is presented, developed at the authors' institution, which may be used for the cases studied.