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“Steibs Hof” ist ein Gebäudekomplex des frühen 20. Jahrhunderts in der Nikolaistraße 28-32 in Leipzig.
Foto: Patrick Baum/Unsplash

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Erdbeben stellen eine in Deutschland seltene, aber grundsätzlich mögliche Gefährdung für Gebäude und Teile davon dar. Mit Veröffentlichung neuester Erkenntnisse zur Erdbebengefährdung in Deutschland ging eine Neubewertung des Einwirkungsniveaus im Nationalen Anhang zum Eurocode 8 einher, die in vielen erdbebengefährdeten Regionen höhere Bemessungsbelastungen zur Folge hat. Seit Einführung normativer Vorgaben zur Erdbebenbemessung hat das Einwirkungsniveau zumeist kontinuierlich zugenommen. Für Bestandstragwerke aus Stahlbeton stellt sich aus Gründen der Verkehrssicherheit generell und bei Tragwerkseingriffen aufgrund von ressourcenschonenden Revitalisierungen im Speziellen die Frage nach der Verhältnismäßigkeit zwischen Bestandsschutz und Sicherungspflicht. Trotz grundsätzlich erdbebenkonformer Bauart mit duktilen Rahmen und Wandscheiben - insbesondere bei im Vergleich zur Vertikalbelastung geringem Horizontallastniveau - sind die vorhandenen Aussteifungssysteme zumeist nicht für die höheren Beanspruchungen nachzuweisen. Für den Bereich zwischen einer seismischen Mindestbeanspruchbarkeit und vollständigem Erdbebenwiderstand gegen aktuelle Einwirkungen wird eine risikobasierte Bewertung anhand von Erfüllungsfaktoren in Anlehnung an die schweizerische SIA 269/8 vorgeschlagen.

Seismic safety of existing reinforced concrete structures in the context of Eurocode 8 application
In Germany, earthquakes represent a rare but generally possible hazard for buildings and parts thereof. The publication of the latest findings on the earthquake hazard in Germany was accompanied by a re-evaluation of the action level in the National Annex to Eurocode 8, resulting in higher design loads in many earthquake-prone regions. Since the introduction of normative requirements for earthquake design, the action level has increased continuously in most cases. For existing reinforced concrete structures, the question of proportionality between the protection of existing structures and the obligation to safeguard them arises for reasons of traffic safety in general, and for structural interventions due to resource-saving revitalization in particular. Despite basically earthquake-compliant design with ductile frames and ductile shear walls - especially with low horizontal load levels compared to the vertical load - the existing bracing systems are mostly not verifiable for the higher loads. For the range between a minimum seismic load capacity and complete seismic resistance to current actions, a risk-based assessment using performance factors based on the Swiss SIA 269/8 is proposed.

Das Bauwesen ist einer der großen Einflussbereiche zur Verringerung des Klimawandels. Im Bausektor, wie auch in anderen Sektoren, ist man zunehmend gefordert, den ökologischen Fußabdruck möglichst gering zu halten. Um diesen Fußabdruck überhaupt definieren zu können, wird z. B. bei der Planung nachhaltiger Gebäude das Instrument der Ökobilanz angewandt. Hierbei fließen die Umweltwirkungen des Gebäudebetriebs sowie der Bereitstellung der verwendeten Baustoffe zur Errichtung eines Gebäudes ein. Letzteres wird in diesem Beitrag verfolgt. Mittels transparenter sowie quantifizierter Darstellung der Umweltwirkung von Baustoffen auf Bauteilebene lassen sich Vergleiche zu anderen zur Auswahl stehenden Bausystemen ziehen. Einer anschließenden Beurteilungsgrundlage können dabei der gesamte Lebenszyklus, aber auch nur Teilabschnitte dessen dienen. Hierbei wird zwischen den Modellen “Cradle to Gate”, “Cradle to Grave” und “Cradle to Cradle” unterschieden. Unter Anwendung der drei Modelle werden in einem Vergleich von Deckensystemen die Treibhauspotenziale und die Primärenergiegehalte gegenübergestellt.

LCA comparison at component level
The construction industry is one of the major spheres of influence for reducing climate change. In the construction sector, as in other sectors, there is an increasing demand to keep the ecological footprint as small as possible. In order to be able to define this footprint at all, the instrument of life cycle assessment is used, for example, when planning sustainable buildings. This takes into account the environmental impacts of building operation as well as the provision of the building materials used to construct a building. The latter is pursued in this paper. By means of a transparent and quantified presentation of the environmental impact of building materials at the component level, comparisons can be made with other available building systems. The entire life cycle or only parts of it can be used as a basis for subsequent assessment. A distinction is made between the models “cradle to gate”, “cradle to grave” and “cradle to cradle”. On the basis of a comparison of slab systems, this article shows and explains life cycle assessments for these three models and interprets the differences.

Geotextile Betonmatten weisen eine mehr als 50-jährige Historie auf. Ihre ursprüngliche Anwendung wurde sowohl für den Küsten- und Binnenwasserbau als auch für den Gebirgsbachverbau dokumentiert. Im Laufe der letzten Jahre ist der Einsatz von Betonmatten für die verschiedensten Anwendungen, mit einem Schwerpunkt für Kanalauskleidungen, wieder vermehrt zu beobachten. Trotz des jahrzehntelangen Einsatzes und der weltweiten Akzeptanz des Systems gibt es hinsichtlich der grundlegenden Funktionsmechanismen immer noch gewisse Fragestellungen zu klären. Dieser Fachbeitrag erläutert die Grundlagen der Betonmattentechnologie und beschreibt die prinzipielle Wirkungsweise, welche durch großmaßstäbliche Vier-Punkt-Biegeversuche, durchgeführt an der Fachhochschule Münster, illustriert werden. Darüber hinaus werden die an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen ausgeführten Untersuchungen zur hydraulischen Rauheit beschrieben und deren Versuchsergebnisse dokumentiert. Weitere kürzlich abgeschlossene Prüfungen, z. B. Eislastversuche in Russland, vervollständigen den Überblick an wissenschaftlichen Untersuchungen. Abschließend wird die Anwendung der Betonmatten als Deckwerkssystem für Kanäle, Wasserstraßen und Überströmstrecken anhand ausgeführter Projekte veranschaulicht.

New developments concerning geotextile concrete mattresses for revetment construction
Geotextile concrete mattresses provide a more than 50 years lasting history. Their initial application has been documented for coastal and river protection works as well as for mountain stream rehabilitations. Due to several reasons, their application has become more popular again over the last years. Although the system has been in use for decades, there are still some uncertainties left concerning the basic working principles of concrete mattresses. This paper is intended to explain the basic concrete mattress technology in conjunction with the four-point bending tests carried out at the University of Applied Sciences in Münster. Furthermore it describes the research concerning the hydraulic roughness recently carried out at the RWTH Aachen University and the ice load testing performed in Russia. Finally, applications for the mattress as revetment system for canals, waterways and overflow sections are provided.

Das Landschaftsbild an vielen Gewässern wird durch teils beachtliche Bauwerke des Wasserbaus geprägt. Sie dienen u. a. der Ermöglichung und Aufrechterhaltung der Schifffahrt sowie dem Hochwasserschutz. Ein sicherer Betrieb derer ist daher unerlässlich. Viele Bauwerke sind jedoch bereits am Ende ihrer Nutzungsdauer angekommen und bedürfen besonderer Beachtung. Die Bewertung, Nachrechnung und evtl. Instandsetzung alter Stahlwasserbaukonstruktionen bietet hierbei spannende Aspekte und Besonderheiten, die zu berücksichtigen sind.

Recalculation and refurbishment of existing triple-web gates on the Weser river
The landscape appearance on many natural waters is characterized by sometimes remarkable hydraulic structures. Their purposes include, but are not limited to, the facilitation and maintenance of navigation, as well as flood protection. As a consequence, their safe operation is essential. Many of these structures, however, have reached the end of their lifetime and need special observation. The assessment, recalculation and potential refurbishment of old hydraulic structures reveal exiting and special aspects to be considered.

Die Umschlaganlage Voslapper Groden in Wilhelmshaven ist ein Tiefwasseranleger für den Umschlag von chemischen Produkten. Infolge der Exposition im Meerwasser zeigen die Stahlbeton- und Spannbetonbauteile verschiedene komplexe Schadensbilder, die eine umfangreiche Instandsetzung des Bauwerks erfordern. So weist eine Vielzahl der Bauteile ausgeprägte Schäden in Form von Rissen und großflächigen Hohllagen infolge Alkali-Kieselsäurereaktion (AKR) auf. Weiterhin haben aus dem Meerwasser stammende Chloride bereits großflächig zu Bewehrungskorrosion geführt. Die beiden für sich gesehen getrennt ablaufenden Schädigungsmechanismen überlagern sich im vorliegenden Fall, sodass im Zuge einer Instandsetzung der betreffenden Stahl- und Spannbetonbauteile beide Schädigungsmechanismen berücksichtigt werden mussten. Im Zuge einer Pilotinstandsetzung in den Jahren 2010 und 2011 wurden erste Teile der Umschlaganlage durch Kombination verschiedener Instandsetzungsprinzipien, u. a. durch Anwendung des Prinzips des kathodischen Korrosionsschutzes (KKS), instand gesetzt. Im Jahr 2019 erfolgten erneut Untersuchungen an den beiden in den Jahren 2010 und 2011 instand gesetzten Bauteilen der Umschlaganlage. Im Zuge dieser Untersuchungen konnten keine neuen Schäden an den instand gesetzten Bauteilen festgestellt werden. Basierend auf diesen Erfahrungen wurde im Jahr 2020 mit der Instandsetzung weiterer Bauteile der Umschlaganlage begonnen.

Repair of a damaged jetty in the North Sea
The Voslapper Groden handling facility in Wilhelmshaven is a deep-water jetty for the handling of chemical products. Due to the exposure to seawater the reinforced concrete and prestressed concrete components exhibit various complex damage patterns which require an extensive repair of the structure. Many of the components show pronounced damage in the form of cracks and large-scale cavities as a result of alkali-silica reaction (ASR). Furthermore, chlorides originating from seawater have already led to large-scale reinforcement corrosion. In the present case, the two separate mechanisms overlap, so that both damaging mechanisms had to be taken into account in the course of repairing the relevant reinforced concrete and prestressed concrete components. As part of a pilot repair in 2010 and 2011, the first parts of the handling facility have been repaired using a combination of different repair principles, including the application of the principle of cathodic protection (CP). In 2019, the two components of the handling facility that were repaired in 2010 and 2011 were inspected again. In the course of these inspections, no new damage to the repaired components was detected. Based on this experience, the repair of further components of the handling facility has been started in 2020.

Der Schwarza-Witznaustollen ist ein zur Schluchseewerk AG gehörender, ca. 9 200 m langer Triebwasserstollen mit einer unbewehrten Betonauskleidung. Der Zustand dieses im Zeitraum von 1929 bis 1943 erbauten Stollens wurde im Rahmen eines Pilotprojekts mit zerstörungsfreien Erkundungsverfahren wie Orthofotos und Stollenradar in interdisziplinärer Zusammenarbeit von Bauingenieuren, Geophysikern und Vermessungsingenieuren erfasst, dokumentiert und bewertet. Als Basis für die Entwicklung und Planung eines Sanierungskonzepts erfolgte die Kontrolle der ausgeführten Probeinjektionen mit Stollenradar in mehreren ausgewählten Abschnitten. Anhand von Datensätzen identischer Vorher-Nachher-Messungen des Stollenradars konnten signifikante Veränderungen in der Betonauskleidung abgestuft über verschiedene Bauteiltiefen analysiert und bewertet werden. Es ist naheliegend, dass diese auf die erfolgten Injektionen zurückzuführen sind. Das betrifft zum einen Injektionen innerhalb der Betonschale und den Grenzbereich Beton-Fels und zum anderen Veränderungen der anstehenden Wasserfront in der Stollenlängsrichtung und Stollenwandtiefe. Mittels gezielter kalibrierender Voll- bzw. Kernbohrungen und Videoendoskopien wurden die physikalischen Messwerte des Stollenradars verifiziert.

Interdisciplinary appraisal for assessing and injection controls of the Schwarza-Witznau tunnel
The Schwarza-Witznau tunnel is an approx. 9 200 m long headrace tunnel with a non-reinforced concrete lining belonging to Schluchseewerk AG. Within the framework of a pilot project, the condition of the concrete lining, which was constructed in the period 1929 to 1943, was captured, documented and assessed by an interdisciplinary team of civil engineers, geophysicists and surveyors working together, using non-destructive investigative methods, including orthophoto imagery and tunnel radar. The basis for developing and planning a rehabilitation scheme was provided by the use of tunnel radar to inspect the outcome of test injections in multiple selected sections. Using the tunnel radar datasets of identical before-and-after measurements, it was possible to analyse and evaluate significant changes in the concrete lining resulting of the injections, graduated across different element depths. The areas of interest are, on the one hand, injections within the concrete lining and at the concrete-rock interface and, on the other, changes in the in situ water front in the longitudinal direction of the tunnel and the tunnel lining depth. The physical measured values recorded by the tunnel radar were verified by targeted solid and core drillings and video endoscopy for calibration purposes.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Nutzung der BIM-Software Desite von thinkproject in der Instandsetzungsplanung von Bestandsbauwerken. Anhand aktueller Projekte des Ingenieurbüros WTM Engineers wird die Art und Weise der Softwarenutzung in verschiedenen Phasen der Planung erläutert, um die Digitalisierung von Instandsetzungsprojekten voranzutreiben. In der Instandsetzungsplanung beginnt BIM mit der dreidimensionalen Modellierung des Bestands. Im weiteren Projektverlauf ist im Zusammenhang mit der Schadensaufnahme im Bestand und der Planung und Durchführung von Bauteil- und Baustoffuntersuchungen eine eindeutige Platzierung und Attribuierung von Objekten im Modell notwendig. Um die strukturierten Daten aus der BIM-Software an andere Projektbeteiligte weiterzugeben, steht ein verlustfreier Datenaustausch über allgemeingültige Dateiformate im Vordergrund. Das bezieht sich auch auf den Austausch von Informationen zwischen unterschiedlichen Softwareanwendungen in Bezug auf Terminplanungen und Kostenkalkulationen. Anhand von ersten Erfahrungen in diesem Bereich wird ein Ausblick über die Möglichkeiten einer BIM-basierten Instandsetzungsplanung gegeben.

BIM in repair planning
The following article describes the current situation at WTM Engineers using the BIM-software Desite (thinkproject) in projects regarding the repair of existing building structures. The usage possibilites of Desite in different planning phases are given in order to promote the digitalization progress in repair of concrete structures. Starting with the management of a 3D model of the existing structure, the software can be used to visualize damages or to plan necessary investigations of the existing structure as well as the materials used. Therefore, the implementation of essential properties has a high priority in order to create correlations between the single components and their current status. In order to ensure a successful cooperation with partners, a secure data environment muss be created. Especially with regard to the exchange of data and information between different software programs for scheduling and cost calculation.

Veranstaltungen:
Dresdner Märzsymposien im Rückblick
Ernst & Sohn ist Teil der WIN>DAYS
Konvent der Baukultur, zentrales Forum der Meinungsbildung zum Planen und Bauen in Deutschland
Willkommen zu den digitalen Vortragsveranstaltungen 2021 der DGGT

Nachrichten: Kalksandsteinindustrie bietet Plugin für BIM-Software Revit an

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Integratives computerbasiertes Planen und Bauen - BUGA Pavillon Heilbronn: Holzbau auf dem Level Industrie 4.0 - Gemeinsam haben die müllerblaustein HolzBauWerke GmbH, das Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart für die BUGA Heilbronn einen Holz-Pavillon entwickelt, geplant und realisiert, der auf den biologischen Prinzipien eines Plattenskeletts basiert. Ziel des Forschungsprojekts war es, die Möglichkeiten digitaler Technologien, computerbasierter Planung und robotergestützter Fertigung für die Zukunft des Bauwesens und der Architektur zu demonstrieren. Mit der Geiger Holzsystembau GmbH & Co.KG führt das Holzbauunternehmen müllerblaustein die revolutionären Erkenntnisse nun weiter fort, um die Kundenanforderungen ganzheitlich, nachhaltig und aus einer Hand erfüllen zu können. (Foto: Roland Halbe)

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Die Herausforderung an das Bauen der Zukunft besteht darin, mehr zu bauen, dabei weniger Schadstoffe zu emittieren und weniger endliche Ressourcen zu verbrauchen und trotzdem eine qualitätsvolle und lebenswerte gebaute Umwelt zu schaffen. In einem sich wechselseitig beeinflussenden Prozess müssen hierfür sowohl die Produktivität der Bauprozesse als auch die Energie- und Ressourceneffizienz der Bausysteme verbessert werden. Digitale Technologien bieten neue Lösungsansätze für diese Herausforderungen. Ziel des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme ist es, das volle Potenzial digitaler Technologien zu nutzen, um das Planen und Bauen in einem integrativen und interdisziplinären Ansatz neu zu denken und damit die methodischen Grundlagen für eine umfassende Modernisierung des Bauschaffens zu legen. Eine zentrale Zielsetzung ist die Entwicklung einer übergeordneten Methodologie des “Co-Design” von Methoden, Prozessen und Systemen, basierend auf interdisziplinärer Forschung zwischen den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Ingenieurgeodäsie, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. So sollen Lösungswege für die ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen aufgezeigt und die Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur geschaffen werden.

Integrative computational design and construction: digitally rethinking architecture
Increasing the construction capacity, while at the same time significantly reducing harmful emissions and consumption of non-renewable resources, and still providing a liveable and affordable built environment, provides a great challenge for future construction. In order to achieve this, both the productivity of construction processes and the energy and resource efficiency of construction systems have to be improved in a reciprocal process. Digital technologies make it possible to address these challenges in novel ways. The vision of this Cluster of Excellence IntCDC at the University of Stuttgart and the Max Planck Institute for Intelligent Systems is to harness the full potential of digital technologies to rethink design and construction based on integration and interdisciplinarity, with the goal of laying the methodological foundations to profoundly modernize the design and construction process and related building systems by adopting a systematic, holistic and integrative computational approach. One key objective is to develop an overarching methodology of “co-designing” methods, processes and systems based on interdisciplinary research encompassing architecture, structural engineering, building physics, engineering geodesy, manufacturing and systems engineering, computer science and robotics, humanities and social sciences. In this way, the cluster aims to address the ecological, economic and social challenges and to provide the prerequisites for a high-quality and sustainable built environment and a digital building culture.

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Die “Große Beschleunigung” bei Bevölkerungszahlen, klimaschädlichen Emissionen, Wasserverbrauch und vielem anderen stellt die gesamte Menschheit vor große Herausforderungen. Dies trifft besonders auf das Bauschaffen zu. Es gilt, zukünftig für mehr Menschen mit weniger Material emissionsfrei zu bauen. Hierfür muss unsere Art des Planens, Bauens und Nutzens von Bauwerken neu gedacht und neu konzipiert werden. Auf der bautechnischen Seite bedeutet dies die konsequente flächendeckende Umsetzung von Leichtbaustrategien. Zu diesen zählt neben dem klassischen Leichtbau und den Gradientenbauweisen auch das Bauen mit adaptiven Hüllen und Strukturen. Unter Adaptivität sind dabei unterschiedliche Veränderungen der Geometrie, der physikalischen Eigenschaften von einzelnen Bauteilen oder von ganzen Bauwerken zu verstehen. Durch Adaption können Spannungsfelder homogenisiert, Bauteilverformungen reduziert und bauphysikalische Verhalten von Bauteilen verändert werden. All dies verringert nicht nur den Materialbedarf, sondern liefert auch einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung des Nutzerkomforts. Adaptivität im weiteren Sinne bezeichnet einen ganzheitlichen Ansatz, in dem die Anpassung sozialer, kultureller und räumlicher Erfahrungen sowie architektonischer und planerischer Handlungsweisen eng mit den technologischen Entwicklungen verknüpft wird. Die Zusammenführung dieser Perspektiven ist Anspruch des SFB, um ganzheitliche Lösungen für eine zukünftige gebaute Umwelt zu finden.

Adaptive skins and structures - from the work of the Collaborative Research Centre 1244
The “Great Acceleration” in world population, climate-damaging emissions and water consumption poses major challenges for the whole of humanity. This is also relevant for the building sector. It is essentially in the future to build emission-free for more people using less material. The way in which buildings are planned, built and inhabited must be rethought and reconceived. On the engineering side, this implies the strict and comprehensive application of lightweight strategies. In addition to classic lightweight strategies and the use of graded materials this includes the implementation of adaptive skins and structures. Adaptivity in this context means various rapid changes in the geometry, physical properties of components and thus also of buildings. Adaptation can be used to homogenise stress fields, reduce component deformations or change the building physical properties of components. All this not only reduces material requirements, but can also make a significant contribution to increasing user comfort. Seen in a broader perspective, adaptivity describes a holistic approach in which the adaptation of social, cultural and spatial experiences as well as architectural and planning procedures are closely linked to technological developments. Bringing these perspectives together is the SFB's claim to find holistic solutions for a future built environment.

Die Bauwirtschaft stellt eine der bislang am wenigsten digitalisierten Branche dar. Im Unterschied zu anderen Produktionsbereichen ist die Herstellung von Gebäuden durch individualisierte Bauprozesse gekennzeichnet. Digitale Fertigungstechniken anderer Wirtschaftszweige haben sich im Bauwesen nicht durchgesetzt, da sie nicht die notwendige Individualisierung ermöglichen oder unwirtschaftlich sind. Die Vorteile additiver Fertigungstechnologien bestehen darin, dass Automatisierung und Individualisierung nicht im Widerspruch zueinanderstehen und dass beim 3-D-Drucken nur dort Material aufgebaut wird, wo es strukturell oder funktionell erforderlich ist. Die additive Fertigung ist insofern wirtschaftlich und ressourceneffizient zugleich. Der DFG-Sonderforschungsbereich/Transregio TRR 277 der beiden Universitäten TU Braunschweig und TU München will die Technologie der additiven Fertigung grundlegend für das Bauwesen erforschen und zur Digitalisierung der Bauwirtschaft beitragen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zu den Zielen, der Struktur und den Methodiken des TRR 277 sowie zu den drei Projektbereichen mit seinen insgesamt 18 wissenschaftlichen Teilprojekten.

TRR 277: additive manufacturing in construction
The construction industry is one of the least digitalised sectors of the economy to date. In contrast to other production sectors, the production of buildings is characterised by individualised construction processes. Digital production techniques from other branches of the economy have not become established in the construction industry because they do not allow the necessary individualisation or are uneconomical. The advantages of additive manufacturing (AM) technologies are that automation and customisation are not contradictory, and 3-D printing builds material only where it is structurally or functionally necessary. Additive manufacturing is therefore both economical and resource-efficient. The DFG Collaborative Research Centre/Transregio TRR 277 of the two universities TU Braunschweig and TU Munich wants to research the technology of additive manufacturing fundamentally for the construction industry and also contribute to the digitisation of the construction industry. This article gives an overview of the goals, structure and methods of the TRR 277 and its three focus areas with its 18 scientific research projects.