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Inhalt: Stahlbau 6/2019Stahlbau6/2019Inhalt

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Goldbeck, JoachimEnergie für das 21. JahrhundertStahlbau6/2019521Editorials

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Reger, Vitali; Kuhnhenne, Markus; Ebbert, Thiemo; Hachul, Helmut; Blanke, Tobias; Göttsche, Joachim; Döring, BerndPlusenergiegebäude 2.0 in StahlleichtbauweiseStahlbau6/2019522-528Aufsätze

Kurzfassung

Ab dem Jahr 2020 soll die Versorgung von Neubauten möglichst weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen. Bei der Konzeption und Realisierung zukünftiger Neubauten werden neben der Senkung des Heizwärmebedarfs auch die Anlagentechnik und Beleuchtung sowie die Nutzung erneuerbarer Energien miteinbezogen werden müssen. Außerdem wird eine ganzheitliche Betrachtung, Bewertung und Optimierung hinsichtlich Energiebedarf und Energiebereitstellung notwendig. Sogenannte Plusenergiegebäude erzeugen dabei mehr Energie, als sie für ihren eigenen Bedarf im Jahresmittel benötigen. Durch Energiemanagement und -speicherung im Gebäude wird dabei zusätzlich eine weitere Entlastung der Energieversorgungsinfrastruktur angestrebt (Plusenergie 2.0).
Im Rahmen eines Forschungsprojekts, in einer Kooperation aus dem Lehr- und Forschungsgebiet Nachhaltigkeit im Metallleichtbau der RWTH Aachen, des Lehrgebiets Gebäudetechnik der FH Aachen sowie des Lehr- und Forschungsgebiets Architektur und Metallbau der FH Dortmund, sollen Lösungen für Plusenergiegebäude in Stahlleichtbauweise wissenschaftlich untersucht, erprobt und optimiert sowie Handlungsempfehlungen für zukunftsfähige Gebäudekonzepte abgeleitet werden. Neben der Optimierung der Gebäudehülle wird der Einsatz von einzelnen Stahllösungen, wie gebäudeintegrierter PV bzw. Solarthermie, stahlpfahlbasierter Geothermie sowie neuartiger Flächenheiz- und Kühlelemente aus Stahl, anhand konkreter architektonischer Entwürfe betrachtet und in experimentellen Untersuchungen sowie anhand eines parametrisierten Mustergebäudes erprobt. Als Projektergebnis entstehen ganzheitliche Plusenergiekonzepte für energetisch optimierte Gebäude in Stahlleichtbauweise.

Plus energy buildings 2.0 in lightweight steel constructions
From the year 2020 onwards, the supply of new buildings should be widely independent form fossil fuels. In the planning and realization of new buildings, the technical installations and lightning as well as the use of renewable energies will be considered in addition to the reduction of the heating demand. Besides a holistic examination, evaluation and optimisation considering energy demand and energy supply will be necessary. So called plus energy buildings are producing in a yearly average more energy than they need. With energy management and storage in the building, an additional relief of the energy supply structure can be achieved (plus energy 2.0).
In the context of a research project, in cooperation of the chair for Sustainable Metal Building Envelopes of the RWTH Aachen University, the Subject Area Building Services of the FH Aachen University of applied sciences and the Department of Architecture and Metal Construction of the FH Dortmund University of applied sciences and arts, solutions for plus energy buildings in lightweight steel constructions will be scientifically researched, proved, optimized and recommended procedures for future building concepts evolved. Besides of the optimization of the building envelop the use of steel solutions like building integrated PV or solar thermal energy, steel pile based geothermal energy as well as new steel panel heating and cooling devices will be considered with the use of a detailed architectural draft. Furthermore, it will be proved in experimental analyses and based on a parametric sample building. As a result of the project holistic plus energy concepts for energy optimized buildings in lightweight steel constructions will be created.

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Weinrebe, Gerhard; Balz, MarkusEffizienter Stahlbau für solarthermische KraftwerkeStahlbau6/2019529-536Berichte

Kurzfassung

Solarthermische Kraftwerke mit ihren großen thermischen Speichern stellen elektrische Energie planbar und kostengünstig bereit. Die quadratkilometergroßen Kollektorfelder dieser Anlagen bestehen aus beweglichen Leichtbau-Stahlstrukturen, die Spiegelflächen so dem Lauf der Sonne nachführen, dass das konzentrierte Sonnenlicht in Wärme umgewandelt und einem Dampfkraftprozess zugeführt werden kann. Die Anforderungen an die Kollektoren bezüglich Kosten, Steifigkeit und Präzision definieren gemeinsam eine spannende Herausforderung für Ingenieure. Im Bericht wird das Funktionsprinzip der Kraftwerke und ihrer Kollektoren kurz vorgestellt. Am Beispiel zweier moderner Kollektoren - Parabolrinnenkollektor und Heliostat - wird die jeweilige Bauweise und ihre Besonderheiten erläutert werden.

Efficient steel structures for solar thermal power plants
Solar thermal power plants with their large thermal storage system provide dispatchable electric energy at low cost. Their collector fields extend over square kilometers. Collectors consist of light-weight steel structures tracking the sun in a way allowing conversion of concentrated solar radiation into heat to drive a steam power process. Requirements placed on the collectors in terms of costs, rigidity and precision jointly define an exciting challenge for engineers. The report briefly introduces the functional principle of these power plants and their collectors. Using the example of two modern collectors - parabolic trough collector and heliostat - the respective design and their special features are explained.

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Moor, Dieter; Fink, MichaelaPhotovoltaik-Ãœberdachung eines ParkdecksStahlbau6/2019537-539Berichte

Kurzfassung

Im November 2018 wurde der neu errichtete Bau- und Gartenmarkt Hellweg in Fürstenfeld, Österreich, für die Kundinnen und Kunden eröffnet. Dieser Eröffnung gingen Monate voller Planung und der tatsächlichen Errichtung voraus. Die Themen der Nachhaltigkeit und des sozialen Engagements sind für die Bauherren wichtige Unternehmenswerte, die bei der Errichtung des Baumarkts unbedingt Berücksichtigung finden mussten. Eine weitere Herausforderung, die sich aus dem Standort ergab, stellte die Reglementierung im Bundesland Steiermark dar, nach welcher bei der Mindestanzahl an Stellplätzen eine Doppelbenutzung vorliegen muss. Um die Unternehmenswerte in den Bau der KundInnenparkplätze einfließen zu lassen und zudem die Reglementierung der Steiermark zu berücksichtigen, wurde nach ausführlicher Planung eine halbtransparente Horizontalverglasung aus Verbundsicherheitsglas (VSG) mit Solarzellen realisiert. Um nachhaltig Strom erzeugen zu können, wäre eine aufgeständerte Photovoltaikkonstruktion auf einem konventionellen Leichtdach ebenfalls infrage gekommen, jedoch fiel die Entscheidung aufgrund unterschiedlicher Gründe auf die transluzente Photovoltaikvariante.

Photovoltaic parking roof
The newly built DIY superstore and gardencenter Hellweg in Fürstenfeld, Austria was opened for customers in November 2018. This opening was preceded by months of planning and actual construction. The themes of sustainability and social commitment are important corporate values for the building developers which had to be taken into account in the construction of the building. A further challenge was the regulation in the federal state of Styria, according to which the minimum number of parking spaces requires double occupancy. In order to incorporate the corporate values into the construction of the customer parking lots and also take into account the regulations of Styria, a semi-transparent overhead photovoltaic system was implemented after extensive planning. In order to be able to generate sustainable electricity, an elevated photovoltaic construction could have been built on a conventional lightweight roof. It was decided to build a translucent photovoltaic option for various reasons.

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Collmann, Mareike; Kohlmeier, Martin; Widerspan, Viktor; Schenk, AlexanderBemessung im Grenzbereich - Potenzial von Großversuchen für eine effiziente AuslegungStahlbau6/2019540-548Aufsätze

Kurzfassung

Tragstrukturen von Windenergieanlagen sind längst Serienprodukte. Allein in der deutschen Nord- und Ostsee sind mittlerweile etwa 1 350 Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) installiert. Die großen Dimensionen, die hohen dynamischen Beanspruchungen und die spezifischen Umgebungsbedingungen offshore sind besonders herausfordernd und im Grenzbereich dessen, was Bemessungsvorschriften abdecken. Dennoch treten an Tragstrukturen bisher wenige schwerwiegende Schäden auf. Dies ist selbstredend positiv, bedeutet auf der anderen Seite aber auch, dass möglicherweise Potenzial besteht, die Strukturen schlanker auszulegen. Der Kostendruck erfordert es, diese Traglastreserven genauer zu quantifizieren und Potenziale aufzuzeigen. Insbesondere großmaßstäbliche Versuche bieten die Möglichkeit, Konstruktion und Auslegung individueller und damit effizienter zu gestalten. Seit 2014 werden im Testzentrum Tragstrukturen Hannover (TTH) großmaßstäblich Komponenten und Bauteile analysiert, geprüft und damit Berechnungsgrundlagen validiert. In diesem Beitrag werden wesentliche Ergebnisse aus der Projektbearbeitung der jüngeren Vergangenheit vorgestellt. Die betrachteten Projekte adressieren die Erarbeitung von Turmkonzepten in Stahlbauweise für große Nabenhöhen, die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens dickwandiger Schweißkonstruktionen auch unter dem Aspekt des Korrosionsschutzes und die Untersuchung eines Structural-Health-Monitoring-Systems zur Überwachung der Zuverlässigkeit von Grout-Verbindungen.

Design at the limit - opportunities of large scale physical testing for an efficient design
Support structures for wind energy converters have become serial products. More than 1 350 wind turbines are installed offshore only in the German North and Baltic Sea. Structures of large dimensions being highly dynamically loaded and located in a harsh offshore environment are challenging and moving at the limit of design standards. However, serious damages are rare. This is obviously positive, but meaning on the other side that there might be potential for dimensioning structures more efficiently. Driven by high cost pressure these reserves have to be quantified and potentials have to be demonstrated. Large scale experiments in particular offer possibilities for a more individual design of structures. With the objective of validating and optimising design approaches the Test Center for Support Structures in Hannover was founded in 2014. Here, large scale components and structures can be analysed and tested. This paper summarises the findings of research projects in the recent past. The regarded projects deal with the development of new tower concepts in steel for large hub heights, with the fatigue of thick-walled welded structures considering special aspects of corrosion, and with the development of a structural health monitoring system in order to ensure the reliability of grouted connections.

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Keindorf, Christian; Wagner, Dirk; Hartmann, KristinEinfluss des sequenziellen Anziehens von großen Schrauben bei gerammten RingflanschverbindungenStahlbau6/2019549-558Aufsätze

Kurzfassung

Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Offshore-Windenergieanlagen werden in der Nord- und Ostsee vorwiegend mit sogenannten Monopiles gegründet, die am Pfahlkopf eine kraftschlüssige Verbindung zum Transition-Piece bzw. Turm benötigen. Als Alternative zu den Groutverbindungen werden dafür seit einigen Jahren gerammte Ringflanschverbindungen eingesetzt, die aufgrund der ungeregelten Bauart eine Zustimmung im Einzelfall beim BSH benötigen. Eine Besonderheit ist zum Beispiel, dass die Flanschoberflächen nicht planparallel, sondern geneigt ausgeführt werden, um die Kontaktfläche zwischen Amboss und Flansch gering zu halten. Nach dem Aufsetzen des TP liegt dadurch ein planmäßig nach innen geneigter Spalt vor. Des Weiteren werden die Größe und Form des Spalts durch Herstell- und Montagetoleranzen sowie durch den Rammvorgang beeinflusst.
In diesem Aufsatz werden Ergebnisse von Parameterstudien vorgestellt, mit denen der Einfluss des planmäßigen Spalts sowie der geometrischen Imperfektionen auf die Vorspannkraft der Schrauben analysiert wurde. Mithilfe von Finite-Element-Berechnungen wurde auch die tatsächliche Montageabfolge simuliert, wobei die Schrauben sequenziell vorgespannt wurden. Dabei konnten Reihenfolgeeffekte aufgezeigt werden, die im Aufsatz diskutiert werden. Abschließend werden Empfehlungen für zukünftige Ausführungen von gerammten Ringflanschverbindungen im Offshore-Bereich gegeben.

Influence of sequential tightening of bolts for rammed flange connections
Offshore wind turbines in the North Sea and Baltic Sea are often installed with so-called monopiles, which require a connection to the transition piece. Alternative to grouted connections rammed ring flange connections have been used since some years, which require also a single case approval due to their special type of construction. For example, the flange surfaces have a non-parallel flange surface to reduce the contact area between the anvil and the flange. Therefore a scheduled inclined gap to inside occurs if the flange of the transition piece is placed on top. Furthermore, the size and shape of the gap is influenced due to manufacturing and assembly tolerances as well as due to the pile driving procedure.
This paper presents the results of parameter studies that analysis the influence of the planned gap and geometric imperfections on the pre-tension force in the bolt. With the help of finite element analysis, the actual assembly sequence was also taken into account, with the bolts being tightened sequentially. Sequence effects were identified and discussed in the paper. Finally, recommendations are given for future projects with rammed ring flange connections in the offshore sector.

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Nagel, Sven; Zieger, Toni; Luhmann, Birger; Knödel, Peter; Ritter, Joachim; Ummenhofer, ThomasErschütterungsemissionen von WindenergieanlagenStahlbau6/2019559-573Aufsätze

Kurzfassung

Durch die Windanströmung werden auf die Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) Kräfte ausgeübt, die den Rotor in Rotation versetzen. Über die Nabe und ggf. ein Getriebe wird diese Drehbewegung auf den zur Stromerzeugung notwendigen Generator übertragen. Alle rotierenden Komponenten weisen erhebliche Massen auf, sitzen am Kopf einer schlanken, elastischen Turmtragstruktur und rufen in dieser dynamische Effekte hervor. Die dynamisch angeregte Turmstruktur leitet diese durch die Kopfanregung provozierten Schwingungen modifiziert über die Gründung in den Baugrund ein. Mithilfe von Breitbandseismometern können Bodenschwinggeschwindigkeiten nicht nur im direkten Anlagenumfeld, sondern auch in größeren geometrischen Abständen aufgezeichnet werden. Windenergiegegner sehen in der Bodenanregung ein Potenzial für gesundheitsbeeinträchtigende Schwingungseffekte. Im Rahmen dieses Aufsatzes werden die am Fundament einer 2-MW-Windenergie-Beispielanlage gemessenen seismischen Anregungen mithilfe von numerischen Simulationen analysiert und deren physikalische Hintergründe erklärt. Bislang werden die gemessenen Bodenschwinggeschwindigkeiten meist ausschließlich den Anregungsfrequenzen aus dem Rotor zugeschrieben. Die hier vorgestellten Untersuchungen verdeutlichen, dass die strukturellen Eigenschaften der Turmstruktur die Art und Intensität der in den Boden eingebrachten Schwingungen erheblich beeinflussen und die in den Baugrund eingebrachte Bodenbewegungsamplitude dominieren. Abschließend wird gezeigt, dass ein gezielter Einsatz von Schwingungstilgern eine Reduktion der in den Baugrund übertragenen Schwingungsamplituden bewirken kann.

Soil vibrations induced by wind turbines
The towers of wind turbines (WT) are constantly excited due to the rotation of the rotor, hub, gear and generator. The resulting vibrations, generated at the upper end of the tower, are modified by the dynamic properties of the tower structure and induced into the ground. Broadband seismometers record these vibrations not only in the close environment of the WT but also up to several kilometers away from the turbine. In addition, residents and wind power opponents fear a potential of negative health effects caused by these vibration phenomena. In the context of this paper, seismic vibrations are measured at the foundation of an exemplary 2 MW WT. These seismic signals are compared to numerical simulations. Based on this, the technical background of the source mechanism is explained. So far, the measured ground vibrations usually have been attributed exclusively to the excitation frequencies of the WT. However, the investigations presented in this article show that the structural properties of the tower structure influence the type and intensity of the vibrations introduced into the ground and dominate the emitted ground motion amplitudes. Finally, it is shown that the use of absorbers can cause a significant reduction of the vibrations.

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Mix, MatthiasSicherheitsaspekte beim Stabilitätsnachweis von Winkelprofilen nach Theorie 2. OrdnungStahlbau6/2019574-585Aufsätze

Kurzfassung

Winkelprofile weisen im Vergleich zu anderen Querschnittsformen kleine Flächenträgheitsmomente auf. Ihr Einsatz erfolgt daher überwiegend in Gitterkonstruktionen wie beispielsweise Masten. Die Montage ist konstruktiv unproblematisch. Stäbe der Diagonalausfachung können mit Schrauben oft ohne Bleche an den Eckstielen angeschlossen werden. Die Beanspruchung der Profile resultiert überwiegend aus Längskräften. Der Zugnachweis erfolgt mithilfe einer effektiven Nettoquerschnittsfläche. Der Drucknachweis kann bei reiner Druckkraftbeanspruchung mithilfe der Theorie 1. Ordnung oder der Theorie 2. Ordnung erfolgen. Treten neben den Druckkräften auch Biegemomente auf, muss ein Nachweis nach Theorie 2. Ordnung erfolgen, weil die DIN EN 1993-1-1 im Gegensatz zur zurückgezogenen DIN 18800-2 einen Interaktionsnachweis nach Theorie 1. Ordnung nur noch für doppeltsymmetrische Querschnitte erlaubt. Dieser Beitrag vergleicht Ausnutzungsgrade und Zuverlässigkeitsindizes für einen druckbeanspruchten Beispielstab nach Theorie 1. und 2. Ordnung. Schließlich wird die Auswirkung eines zusätzlich auftretenden Biegemoments infolge einer Kraft senkrecht zur Stabachse auf den Zuverlässigkeitsindex untersucht.

Safety aspects in the proof of stability of angle profiles using the second order theory
Angle profiles compared to other cross-sectional shapes have small second moments of inertia. These are used therefore predominantly in lattice constructions for example in towers. The installation is constructively unproblematic. Beams of the diagonal bracing can be joined with the corner beam by bolts. Often there are no joining plates necessary. The stress in the profiles is often caused by axial forces. The tension proof uses an effective net area. In case of axial force stress without additional bending moments the pressure proof can use the first order theory or the second order theory. In case of compressive axial force with additional bending moments the pressure proof has to use the second order theory. DIN EN 1993-1-1 accepts an interaction proof using the first order theory only for double symmetric cross-sectional shapes. The repealed DIN 18800-2 accepted an interaction proof using the first order theory without constraints. This article compares utilisation rates and safety indices for a pressure stressed example beam using the first order theory and the second order theory. Finally it examines the effect of an additional bending moment caused by a force vertical to the axis on the safety index.

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Takács, Patrik; Fink, JosefNeuartige Sandwichfahrbahnplatte für Eisenbahnbrücken - Experimentelle Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit der LochdübelleisteStahlbau6/2019586-593Aufsätze

Kurzfassung

Eine neu entwickelte, extrem schlanke Steel-Concrete-Steel-Composite-(SCSC-)Platte soll als Fahrbahnplatte für Eisenbahnbrücken in Trogbrückenbauweise dienen. Namensgebend ist der mehrschichtige Aufbau der Platte, die aus zwei außen liegenden Stahlblechen mit unbewehrtem Betonkern besteht. Lochdübelleisten mit einem Achsabstand von 500 mm werden wechselweise am oberen und am unteren Blech angeschweißt, sie dienen der Schubübertragung zwischen den äußeren Blechen durch die Aktivierung von horizontal liegenden, diagonalen Betondruckstreben zwischen benachbarten Dübelleisten. Untersuchungen zur Tragfähigkeit ohne Ermüdung sowie die Erläuterung des Tragmechanismus der SCSC-Platte erfolgten in [1, 2]. Die aktuellen Forschungen konzentrieren sich auf das Ermüdungsverhalten der Lochdübelleisten. Ziel war es, den Zusammenhang zwischen dem Niveau der Verkehrslast (Lastmodell 71 [3]) und der ertragbaren Anzahl der Schwingspiele, bis Rissbildung in den Dübelleisten entsteht, zu quantifizieren.
Die rechnerische Beurteilung der Lebensdauer der Lochdübelleiste wurde anhand nichtlinearer FE-Berechnungen mit Abaqus/Explizit [4] zur Ermittlung der Spannungen und Dehnungen als Eingangsgrößen für die Kerbdehnungsmethode [5] bereits in [6, 7] vorgestellt. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Planung, Durchführung und Auswertung der experimentellen Untersuchungen und einen Vergleich der Ergebnisse aus den Versuchen mit den rechnerisch ermittelten Lebensdauerwerten.

Innovative composite deck slab for railway bridges - experimental investigations on the fatigue resistance of the dowel strips
A newly developed, extremely slender Steel-Concrete-Steel-Composite (SCSC) plate is intended to serve as a deck slab for trough railway bridges. The multi-layer structure of the plate consists of two steel cover plates with an unreinforced concrete core, hence the name of sandwich plate. Perforated shear connectors, welded alternately to only one of the outer steel plates, work together to ensure the transmission of the shear flow between the outer plates, by activation of diagonal concrete compression struts between adjacent dowel bars. After the examination of the static load bearing capacity in former research programs [1, 2], the current investigations are focussed on the fatigue behaviour of the SCSC plate, whereby the focus lies on the investigation of the relation between the amplitude of the traffic load and the bearable number of load cycles of the SCSC plate till crack initiation in the shear connectors.
A detailed description of the numerical modelling of the SCSC plate using the Abaqus/Explicit [4] software and the calculation of the fatigue life of the dowel strips using the notch strain concept [5] are described in [6, 7]. This paper gives an overview of the planning, execution and evaluation of the experimental investigations and compares the experimental and the numerical results regarding the fatigue life of the dowel strip.

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Zenner, Harald; Hinkelmann, KarstenAugust Wöhler (1819 -1914) - Begründer der Schwingfestigkeitsforschung - 200. GeburtstagStahlbau6/2019594-601Berichte

Kurzfassung

2014 war der 100. Todestag von August Wöhler. Aus diesem Anlass entstand gemeinsam mit dem DVM Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. ein Buch über A. Wöhler [1], welches die Biografie, seine wissenschaftlichen Arbeiten, aber auch übergeordnete Themen wie die industrielle Revolution und die Entwicklung der Technik im 19. Jahrhundert beleuchtet. Nationale und internationale Tagungen zeigten (z. B. [2]), dass diese Themen von großem Interesse sind. Daher wurde nicht zuletzt wegen des 200-jährigen Geburtstages von A. Wöhler eine englische überarbeitete Fassung veröffentlicht [3].
August Wöhler war eine interessante und eigenwillige Persönlichkeit, geprägt durch die Industrialisierung im 19. Jahrhundert und hier insbesondere durch die Entwicklung der Eisenbahn. Die Verbreitung der neuen Technik führte zu zahlreichen Problemen. Schadensfälle an Bauteilen zeigten, dass der bisher durchgeführte Festigkeitsnachweis nicht mehr ausreichte. Brüche entstanden an Achsen, Rädern und Schienen bei Beanspruchungen, die niedriger waren als die statische Bruchfestigkeit des Bauteils. August Wöhler konnte durch systematische Versuche nachweisen, dass wiederholte, also schwingende Beanspruchungen, die weit unterhalb der statischen Festigkeit liegen, zum Bruch führen können und dass die ertragbare Schwingspielzahl bis zum Bruch mit abnehmender Beanspruchungsamplitude zunimmt. Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick über Wöhlers Biografie und seine Leistungen.

August Wöhler (1819-1914) - founder of fatigue strength research, 200th anniversary of his birth
In 2014 was the 100th return of August Wöhlers obit. On this occasion, the authors published a book about his scientific work, his work on the safety of components and constructions in the emerging industrial society, his biography and his significance for the historical development in the field of fatigue strength of components and constructions [1, 3]. These investigations were accomplished in cooperation with DVM (German Association for Materials Research and Testing). As national and international events have shown [2], these developments are of great interest. Therefore, an English version suggested itself, not least because of the 200th anniversary of Wöhler in 2019.
August Wöhler was an interesting and unique character, influenced by the 19th century Industrial Revolution, especially railway development. The spread of this new technology caused numerous problems. Fractures arose on axles, wheels and rails at stresses below the components static fracture strength. Through systematic tests August Wöhler was able to prove that repeated stresses far below the static strength, might lead to fractures. The present article gives a brief overview of Wöhlers biography and his achievements.

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Zimmermann, Gerd; Werner, FrankEisen und Stahl - Baumaterial der Moderne - Zur Architektur des beginnenden Industriezeitalters - Teil IStahlbau6/2019602-607Berichte

Kurzfassung

Bauhaus, Moderne und die Leistung der Ingenieure
Das Eisen, der Stahl sind der dominante Werkstoff der industriellen Revolution und die entscheidenden Insignien der Moderne. Manche Autoren lassen die Moderne in dem Moment beginnen, an dem die industrielle Revolution und mit ihr die Technikwelt der Ingenieurbauten auf den Plan tritt - ein markantes Datum stellt die Gründung der ersten Ingenieurschule der Welt, der École des Ponts et Chaussées, in Paris 1747 dar.
Hier soll beispielhaft gezeigt werden, wie Eisen und Stahl technologisch und symbolisch zum Medium der gesellschaftlichen Umbrüche und der Architektur in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts werden.
Von der “Kathedrale” des Eisenbaus im 19. Jahrhundert, dem Kristallpalast der Weltausstellung in London 1851, ist es ein beeindruckender, wenn auch nicht unbedingt geradliniger Weg zu den Stahlbauten der Moderne im 20. Jahrhundert. Es existiert noch häufig eine markante Kluft zwischen den neuen Technologien, vorangetrieben von den Ingenieuren und einer Architektur, die ihre Repräsentation und ihre Sprache aus dem Gebrauch historischer Stilformen beziehen will. Seit Anfang des 20. Jahrhunderts jedoch gelingt es einer Avantgarde, mit dem Bekenntnis zu den modernen Technologien und Materialien, prominent hier der Stahl, eine neue Architektur zu entwickeln - mit neuen Konstruktions- und Raumkonzepten.

Iron and steel - the building materials of the Modern Era - on architecture of the early Industrial Era - part I
Iron and steel were the predominant materials of the industrial revolution and represent key symbols of the modern age. Some would argue that the modern era started with the industrial revolution when buildings, designed by engineers, started to make an appearance. A significant milestone in this context was the founding of the first school of engineers worldwide, the École des Ponts et Chaussées in Paris 1747.
In the following, it will be demonstrated how technologically and symbolically, iron and steel became the catalyst of social change and the means for realizing architecture of the first half of the 20th century.
It has been a remarkable journey, from the 19th century “cathedral” of iron buildings, the Crystal Palace in London, 1851, to modern steel buildings of the 20th century, albeit not without tribulation. Yet a chasm can be observed between the new technologies promoted by engineers and an architecture which draws its representation and expression from the interpretation of historic styles. Nevertheless, since the beginning of the 20th century a new movement is succeeding in developing an architecture with new structures and concepts of space, using modern technologies and materials - first and foremost steel.

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Stahlbau aktuell 6/2019Stahlbau6/2019608-617Stahlbau aktuell

Kurzfassung

Aktuelles:
Bundesverband Deutscher Stahlhandel - Research
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlsorten in Deutschland

Persönliches:
Wölfel Engineering tritt mit Clarissa Rapps in die Fußstapfen des Sprengexperten Dr. Rainer Melzer

Firmen und Verbände:
ÖSTV-Argumentarium Stahlbau - Technologie mit Zukunft: Überzeugende Argumente für den Stahlbau

Wettbewerbe:
Nordic Steel - Beiträge für Bernt Johansson Outstanding Paper Awards nominiert

Tagungen und Veranstaltungen:
Das war der Bautechniktag 2019 in Stuttgart

Dissertationen:
Ermittlung von geometrischen Formbeiwerten für Flachdächer mit aufgeständerten Photovoltaikanlagen anhand eines physikalischen Analogiemodells

Einen Besuch wert:
Einen Besuch wert: Nord/LB Hannover

bauforumstahl news:
bauFORUMstahl und LOUNGE ab 2020 - Berufsfachmesse Stahlbau November 2019 in Düsseldorf
Ausfüllhilfe für Meldung der Stahlbau-Produktionsmengen
Alternative zur Bauprodukteverordnung in Arbeit: Materialüberprüfung muss wirtschaftlich und einfach sein

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenStahlbau6/2019616Veranstaltungskalender

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Ernst & Sohn (Hrsg.)UBB 6/2019 - GesamtausgabeUnternehmerBrief Bauwirtschaft6/20191-44Gesamtausgabe

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Inhalt: Bauphysik 5/2019Bauphysik5/2019Inhalt

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Titelbild: Bauphysik 5/2019Bauphysik5/2019Titelbild

Kurzfassung

Jahrelang erregte das leerstehende Hertie-Kaufhaus die Gemüter der Lüner Bevölkerung. Aus dem markanten Betonklotz im Herzen der Stadt wurde ein Prestigeobjekt mit 24 barrierearmen Mietwohnungen und 6 Gewerbeeinheiten. Beim Umbau der Großimmobilie setzte die Bauverein zu Lünen Bewirtschaftungs-GmbH auf nachhaltige Produkte und Lösungen: Wohnungsstationen von AEG Haustechnik übernehmen die dezentrale Raumheizung und Warmwasserbereitung. So bleiben die Nebenkosten langfristig niedrig und das Trinkwasser fließt stets hygienisch einwandfrei. (Foto: AEG Haustechnik)

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Port, Lukas; Goeke, JohannesThermische Analyse einer Dachbegrünung mit MoosmattenBauphysik5/2019233-242Fachthemen

Kurzfassung

Obwohl vor Jahrzehnten der Energiebedarf von Gebäuden noch eine untergeordnete Rolle gespielt hat, wurden bereits früh die thermischen Vorteile von Dachbegrünungen genutzt. Beispielsweise lassen Funde von Grassodenhäuser in Island auf das Jahr 1000 n. Chr. schließen. Auch findet sich immer wieder der spezielle Baustil dicker Grasplatten als Dach an Orten mit extremen Klimaschwankungen.
In der hier vorliegenden Studie werden Moosmatten auf ihre Wärmeleitfähigkeit (&lgr;) und den thermischen Widerstandswert (R-Wert) untersucht. Im Fokus stehen dabei sowohl der strukturelle R-Wert ohne Änderung des Wassergehalts als auch der effektive R-Wert, der insbesondere durch die Änderung der latenten Energie gekennzeichnet ist. Die Ergebnisse werden mit den Resultaten ähnlicher Dachbegrünungen von Studien anderer Autoren der letzten Jahre verglichen und in Beziehung gesetzt. Damit sollen die Berechnung der thermischen, energetischen Aktivität der Gebäudehülle unterstützt und die Transmissionswärmeverluste quantifizierbar werden.

Thermal analysis of a roof greening with moss mats.
Although the energy needs of buildings played a minor role decades ago, the thermal benefits of green roofs have already been exploited. For example, finds from turf houses in Iceland date back to the year 1000 A. D. The special architectural style of thick grass slabs as a roof in places with extreme climatic fluctuations can also be found again and again.
In the present study, moss mats are examined for their thermal conductivity and thermal resistance (R value). The focus is on both the structural R-value without changing the water content and the effective R-Value, which is characterized in particular by the change in latent energy. The results are compared and correlated with the results of similar green roofs from studies of other authors in recent years. The aim is to support the calculation of the thermal, energetic activity of the building envelope and to quantify transmission heat losses.

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Maas, Stefan; Da Cruz Antunes, Joël; Steffgen, GeorgesEnergy efficiency and indoor air quality of seminar rooms in older buildings with and without mechanical ventilationBauphysik5/2019243-251Fachthemen

Kurzfassung

The present paper reports on an experimental study performed in a seminar room of the University of Luxembourg in a building of the 1970ies without a major renovation. This lecture room is typical for this building period and has a capacity of 60 seats. It is equipped with a mechanical ventilation system that is normally in operation on workdays for 11 hours a day in semester periods (8:00-19:00h), while windows can be opened manually. A blower-door test revealed that the room is not airtight. During a year, the ventilation system was shut “on” and “off” in periods of some weeks and the consumed final-energy was measured, as well as the indoor climate assessed by physical and psychological measurements. For instance, the measured CO2 concentrations are marginally better with the ventilation system “on”, which was not perceived in any way by the occupants during the investigations. It was not possible to properly identify the impact of ventilation on the consumed heat-energy, as the room could not be thermally separated from the rest of the building. But with the system “on”, there was a clear increase in consumed primary energy due to the electric consumption of the fans. No relationship between the perceived percentage of dissatisfied and perceived climate could be observed. It is concluded that the typical normal operation modus is questionable for seminar rooms in older buildings with variable occupancy and that a simple shut down or semi-automatic user-controlled modus by low-cost retrofit seems advantageous.

Energieeffizienz und Raumluftqualität von Seminarräumen im Bestand mit und ohne mechanische Belüftung.
Der vorliegende Artikel berichtet über eine experimentelle Studie, die in einem Seminarraum der Universität Luxemburg in einem Gebäude der 1970er Jahre ohne größere Renovierung durchgeführt wurde. Dieser für diese Bauzeit typische Hörsaal hat eine Kapazität von 60 Plätzen. Er ist mit einer mechanischen Lüftungsanlage ausgestattet, die in den Vorlesungszeiten (8:00-19:00 Uhr) an Werktagen in der Regel 11 Stunden täglich in Betrieb ist, während Fenster manuell geöffnet werden können. Im Rahmen eines Blower-Door-Tests wurde festgestellt, dass der Raum nicht luftdicht ist. Während eines Jahres wurde die Lüftungsanlage in Zeiträumen von einigen Wochen ein- und ausgeschaltet und die verbrauchte Endenergie sowie das Raumklima durch physikalische und psychologische Messungen ermittelt. So sind beispielsweise die gemessenen CO2-Konzentrationen bei eingeschalteter Lüftungsanlage etwas besser, was aber von den Nutzern während der Untersuchungen in keiner Weise wahrgenommen wurde. Die Auswirkungen der Lüftung auf die verbrauchte Wärmeenergie konnten nicht eindeutig identifiziert werden, da der Raum nicht thermisch vom Rest des Gebäudes getrennt werden konnte. Aber mit eingeschaltetem System kam es zu einem deutlichen Anstieg des primären Energieverbrauchs aufgrund des Strombedarfs der Ventilatoren. Es konnte kein Zusammenhang zwischen dem wahrgenommenen Prozentsatz an Unzufriedenen und dem wahrgenommenen Raumklima festgestellt werden. Es wird die Schlussfolgerung gezogen, dass der typische Normalbetrieb für Seminarräume in Bestandsgebäuden mit variabler Belegung fragwürdig ist und dass ein einfacher Shutdown oder ein halbautomatischer benutzergesteuerter Modus durch kostengünstige Nachrüstung vorteilhaft erscheint.

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Jahrbuch Ingenieurbaukunst: bis Dezember für 2021 einreichen!Bauphysik5/2019251Aktuell

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Ganster, Konstantin; Ringhofer, Andreas; Schickhofer, GerhardExperimentelle und numerische Untersuchungen des hygrothermischen Verhaltens von Brettsperrholz am Beispiel einer AußenwandBauphysik5/2019252-268Berichte

Kurzfassung

Im Rahmen des Bauvorhabens “massive_living” in Graz (AT) wurden Sensoren innerhalb eines Außenwandabschnitts in Holz-Massivbauweise mit Brettsperrholz installiert und über einen Zeitraum von mehr als zwei Jahren beobachtet. Aufgrund des hygroskopischen Verhaltens von Holz kommt es zu einer Anpassung der Holzfeuchte (Holzausgleichsfeuchte) an das umgebende Klima. Da die Holzfeuchte alle mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Holz maßgeblich beeinflusst, ist deren Kenntnis von großer Bedeutung für die Realisierung von Bauwerken aus Holz. Bezüglich der umgebenden Luft werden tragende Holzbauteile nach ÖNORM EN 1995-1-1:2019 [1] in sogenannte Nutzungsklassen unterteilt, welche einen wesentlichen Einfluss auf die Nachweisführung in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit haben. Es stellt sich nun die Frage, welche Werte die Holzausgleichsfeuchte eines Bauteiles im Laufe einiger Jahre annehmen kann. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein Verständnis des hygrothermischen Verhaltens einer Brettsperrholzwand (BSP-Wand) zu erlangen und die dabei gewonnenen Messdaten im Anschluss daran mit jenen aus den Simulationen zu vergleichen. Die Simulationsergebnisse zeigen einen starken Einfluss der Innenraumbedingungen auf die Holzausgleichsfeuchte, wobei auch bei hohen Feuchtigkeitsbeanspruchungen ein gutmütiges Verhalten in Bezug auf Feuchtepufferung zu beobachten ist. Außerdem zeigten weiterführende Messungen eine Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit von der Raumhöhe, welche bei hygrothermischen Berechnungen (wie beispielsweise im deckennahen Bereich) Berücksichtigung finden sollten.

Experimental and numerical investigations of the hygrothermal behaviour of cross laminated timber using the example of an exterior wall
- Within the scope of the project “massive_living” in Graz (AT), sensors were installed within an external wall section in a solid wood construction with cross laminated timber and observed over a period of more than two years. Due to the hygroscopic behaviour of wood, the moisture content of the wood adapts to the surrounding climate (equilibrium moisture content). The wood moisture content has a significant influence on all mechanical, physical and chemical properties of wood. Therefore, the knowledge of wood moisture content is of great importance for the realisation of wooden structures. According to ÖNORM EN 1995-1-1-1:2019 [1], load-bearing timber components are divided into service classes with regard to the surrounding air, which have a significant influence on the verification in the limit states of load-bearing capacity and serviceability. The question now arises as to which values the wood equilibrium moisture content of a building component can assume in the course of several years. The aim of this research project was to gain an understanding of the hygrothermal behaviour of a cross laminated timber wall (CLT wall) and then to compare the measurement data obtained with those from the simulations. The simulation results show a strong influence of the indoor conditions on the wood equilibrium moisture, whereby a good-natured behaviour with regard to moisture buffering can also be observed at high moisture loads. In addition, further measurements showed a dependence of the relative air humidity on the room height, which should be taken into account in hygrothermal calculations (as for example in the area near the ceiling).

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Kölsch, Philipp; Künzel, Hartwig; Zirkelbach, DanielKonvektiver Feuchteeintrag in Leichtbaukonstruktionen - Leckagearten, Tauwasserverteilung und Schlussfolgerungen für die PraxisBauphysik5/2019269-278Berichte

Kurzfassung

Im Vergleich zur Gesamtgebäudedichtheit und den damit verbundenen energetischen Aspekten ist der konvektive Feuchteeintrag in Baukonstruktionen durch kleinste verbleibende Luftströmungen immer noch eine Herausforderung. Konvektiver Feuchteeintrag in Leichtbaukonstruktionen kann zu erhöhten Bauteilfeuchten und in vielen Fällen auch zu massiven Schäden führen, selbst wenn die ursächlichen Leckagen energetisch vernachlässigbar sind. Um die hier ablaufenden Befeuchtungsvorgänge besser verstehen zu können, wurden Experimente an realen Wänden in einer Doppelklimakammer durchgeführt. Aus den Versuchsergebnissen wurden verschiedenste Einflussfaktoren analysiert und Schlussfolgerungen für die Praxis gezogen. Die Ergebnisse geben hierüber aufschlussreiche Informationen. So ist die Feuchteverteilung zwischen Schalung und Mineralwolle vor allem von der Dämmstoffdichte abhängig. Die Feuchteverteilung über die Höhe einer Wand wird dagegen maßgeblich von der vorherrschenden Druckdifferenz beeinflusst. Zudem konnte ein Grenzströmungseffekt beobachtet werden, der bei Leckagen nahe Pfosten bzw. Sparren zu einer erhöhten Luftströmung in diesem Bereich und damit auch zu erhöhten Holzfeuchten führen kann. Weiterhin konnten Unterschiede im Strömungsverhalten verschiedener Leckagetypen ermittelt werden. Eine ebenfalls wichtige Erkenntnis ist, dass trotz sehr guter Verarbeitung ein maßgeblicher Leckageanteil den Klebeverbindungen selbst zugeordnet werden muss.

Convective moisture entry in lightweight assemblies - Types of leakage, moisture distribution and conclusions for practice
Compared to the overall building envelope airtightness concerning energetic aspects, the condensation caused by air exfiltration through small remaining leakages is still a challenge today. Convective moisture entry in lightweight assemblies can lead to increased moisture contents and cause massive structural damages even if the leakages are negligible from the energetic point of view. For a better understanding of the processes inside lightweight constructions, hot- and cold-box experiments and airflow measurements on 14 different full-scale wall assemblies under realistic climatic conditions were performed. The influences of different mineral wool densities and leak configurations, as well as different pressure differences were analyzed to draw conclusions for the practice. The results show some interesting aspects about the influencing factors of the convective moisture entry. The distributions of the water content between sheathing and insulation samples show that the main influencing factor is the mineral wool density. Moreover, the findings indicate that the moisture distribution over the height of the sheathing is more influenced by the pressure difference level than by insulation air permeability or arrangements of the small openings. For the tested configurations, a lateral flow due to openings near the posts shows the highest air flow rates and therefore moisture content inside the assemblies. These boundary flow can lead to increased moisture contents in posts or rafters. In addition differences in the flow behavior associated with the leak arrangements could clearly are detected. However, another important finding of these experiments is that, despite good workmanship, a remarkable amount of air and moisture seams to penetrate the sealing tape joints.

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Mostböck, Ines Zoe; Trenz, Sandra; Cvetkovic, Vibor; Arandjelovic, AlexanderBauakustische Messungen zur Untersuchung der Reduktion der Luftschallübertragung bei Trittschallanregung - Die störende Luftschallkomponente bei TrittschallmessungenBauphysik5/2019279-283Berichte

Kurzfassung

Im Zuge des Diplomprojektes an der HTL Spengergasse wurde ein Versuch ausgeführt, um die entstehende primäre Luftschallkomponente, die während der Messungen des Trittschalls von der Normschallquelle, dem sogenannten Norm-Hammerwerk, produziert wird, zu minimieren. Bei der Messung des Trittschalls in einem Gebäude wird in einem Raum, dem sogenannten Senderaum, das Norm-Hammerwerk platziert, welches mit kleinen Hämmern Trittschall produziert. Der entstehende Körperschall geht durch Wände, Decken und Böden und erreicht schließlich den Empfangsraum, in welchem das Schallpegelmessgerät platziert ist. Das Problem bei solchen Messungen liegt darin, dass durch das Norm-Hammerwerk, welches stark auf den Boden hämmert, auch eine direkte Luftschallkomponente, der sogenannte primäre Luftschall, entsteht. Dieser kann über Öffnungen in der Wand, Durchbrüche oder auch durch andere bauliche Schwachstellen wie einer Tür, vom Senderaum in den Empfangsraum eindringen und somit die Messung verfälschen. Das Ziel des Diplomprojekts beinhaltet die Beantwortung der Fragestellung, ob und vor allem in welchen Frequenzbändern die störende, primäre Luftschallkomponente mit Hilfe von speziell entwickelten Abschirm-Gehäusen reduziert werden kann.

Acoustic Measurements in order to investigate the reduction of airborne sound transmission in case of impact sound excitation - The disturbing airborne sound component in impact sound measurements.
As part of the diploma project, an experiment was carried out to minimize the resulting primary airborne sound component, which is produced by the standardized forge. When measuring the impact sound in a building, the hammer mechanism is placed in a room (the so-called transmission room). It produces impact noises with small hammers. The resulting impact sound passes through the walls, ceilings and floors and finally reaches the receiving room in which the sound level meter is located. The problem with such measurements is that through the hammer mechanism, which strongly knocks on the ground, also creates an airborne sound, the so-called primary airborne sound. This can penetrate holes in the wall, breakthroughs or other structural weaknesses such as a door, from the transmission room into the receiving room and thus influence the measurement in a negative way. The aim of the diploma project is to answer the question whether and in which frequency bands the disturbing, primary airborne sound component can be reduced with the help of specifically developed shielding housings.

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Aktuell: Bauphysik 5/2019Bauphysik5/2019284-291Aktuelles

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Gemeinsames Positionspapier der Planerorganisationen zu HOAI und EuGH
Schadstoffe erkennen, bewerten und entsorgen: DCONex Fachkongress in Essen
Seminarpavillon mit begrünter Dachterrasse auf der BUGA Heilbronn 2019
Urbanes Wohnen im ehemaligen Hertie-Kaufhaus
BVS-Standpunkt zum Umgang mit Asbest
Zertifikatslehrgang zum Sachverständigen für hygrothermische Bauphysik
Studiengang Smart Building an der FH Salzburg mit Zertifizierungslehrgang Building Information Modeling (BIM)
Organische Architektur mit organischen Materialien: Bio-Fassade
Defekte Produkte und Qualitätsmängel treiben Schäden bei Bauprojekten in Deutschland in die Höhe

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Pröll, MichaelJäger, W. (Hrsg.): Mauerwerk-Kalender 2019, Schwerpunkte: Bemessung, Bauwerkserhaltung.Bauphysik5/2019291Bücher

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