Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2016

Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2016

‣ Architektur, Holz und Bau

Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2015

Vorwort

Der Beruf des Bauingenieurs, der Bauingenieurin ist äusserst vielfältig und bedarf einem hohen Mass an Fachwissen, analytischen Fähigkeiten sowie kommunikativen und sozialen Kompetenzen. All diesen Aspekten wird in dem Studium zum Bachelor of Science in Bauingenieurwesen an der Berner Fachhochschule Rechnung getragen. Im Zusammenwirken mit dem starken Praxisbezug werden die Studierenden optimal auf den Berufseinstieg in das Bauingenieurwesen vorbereitet.

zu werden, handelt es sich bei den hier vorgestellten Abschlussarbeiten um real durchgeführte bzw. an die Realität angelehnte Bauvorhaben.

Als wissenschaftliche Abschlussarbeit bildet die Thesis ein entscheidendes Element im Studium.

Die Studierenden weisen nach, dass sie innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, eine Aufgabenstellung theoretisch fundiert und mithilfe der erlernten Methoden lösen können. Um dem Anspruch der hohen Praxisorientierung gerecht

Für die Ausübung des Bauingenieurberufes wünscht der Studiengang Bauingenieurwesen der Berner Fachhochschule seinen Absolventinnen und Absolventen viel Freude und Erfolg.

Begleitet wurden die anspruchsvollen Aufgabenstellungen von Fachdozierenden des Studiengangs sowie externen Experten aus der Baupraxis. In diesem Jahr wurden 23 Arbeiten in den Bereichen Grundbau, Wasserbau, Siedlungsentwässerung, Verkehrswegebau und Tragwerksplanung verfasst.

Prof. Dr. Markus Romani Abteilungsleiter Bachelor Bau

Inhalt 2 Grundbau 6 Wasserbau 16 Siedlungsentwässerung 20 Verkehrswegebau 26 Tragwerksplanung

Grundbau

Geotechnische Bemessung einer Baugrube für einen Tagbautunnel 2

Projekt: Auswahl und Bemessung der optimalen Baugrubensicherung für ein Tunnelbauwerk Diplomand: Johannes Römpp Examinator / Experte: Prof. Martin Stolz (dipl. Ing. ETH) / Marco Kindler (Bauingenieur BSc)

Ausgangslage

Auf dem Wylerfeld im Osten von Bern liegt eine der meistbefahrenen Kreuzungen des Schienennetzes der SBB. Hier laufen die Strecken Olten – Bern, Biel – Bern und Thun – Bern zusammen. Bis zu 900 Züge verkehren hier täglich.

Durch die heutige Gleisführung kommt es immer wieder zu Konflikten beim Kreuzen der Züge (Abbildung 1), sobald ein Zug Verspätung hat. Dies ist vor allem für die Lötschberglinie (Richtung Thun) ein Problem, da hier die Zeiten exakt eingehalten werden müssen. Daher wurde in Zusammenhang mit dem Entwicklungsplan „Zukunft Bahnhof Bern“ eine Verbesserung geplant: eine Entflechtung durch einen im Tagebau erstellten Tunnel (Abbildung 2).

Zielsetzung

Im Rahmen dieser Thesis soll dieses Entflechtungsbauwerk im Allgemeinen und seine Baugrube im Speziellen betrachtet werden. Hierfür soll unter Berücksichtigung der geologischen und hydrogeologischen, sowie der örtlichen Gegebenheiten, die beste Methode der Baugrubensicherung gewählt und anschließend für diese der technisch und

logistisch optimale Bauablauf gefunden werden.

Umsetzung / Ergebnisse

In einem ersten Schritt wurden die im Vorfeld durchgeführten geologischen Erkundungen des Baugrundes analysiert (Bohrungen und Rammversuche) und für die statische Bemessung in ein Baugrundmodell überführt. Darauf folgte eine erste Bemessung der Baugrube mit der in einem Vorprojekt festgelegten Baugrubensicherung mit einer ausgesteiften Spundwand. Da diese Aussteifungen teilweise sehr zahlreich ausfielen und daher einem optimalen Bauablauf im Wege stehen, wird im Weiteren die mögliche Baugrubensicherung im Schlitzwandverfahren untersucht.

Diese Schlitzwand kann zudem als Teil der Tunnelkonstruktion genutzt werden.

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Abb. 1: Geplante Bauwerke (Quelle SBB)

Abb. 3: Geotechnisches Längenprofil

Abb. 2: Situation heute: Abkreuzungskonflikt (Quelle SBB)

Grundbau

Thun, Hofüberbauung Molkereiweg 4

Projekt: Thun, Hofüberbauung Molkereiweg Diplomand: Matthias Hitz Examinator / Experte: Prof. Martin Stolz (dipl. Ing. ETH) / Marc Schmid (dipl. Ing. MSc ETH / SIA / FH)

Ausgangslage

In der Ecke zwischen Malerweg und Molkereiweg in Thun ist ein neues Dienstleitungs- und Wohngebäude geplant.

Das neue Gebäude besteht aus einem Untergeschoss, einem Erdgeschoss und sechs Obergeschossen. Im Untergeschoss befindet sich eine Einstellhalle. Im Erdgeschoss und 1. Obergeschoss befinden sie die Verkaufs- und Dienstleistungsräume und ab dem 2. Obergeschoss werden neue Wohnungen entstehen.

Im Rahmen der Thesis werden die Baugrube und die Bodenplatte inkl. dessen Gründung projektiert. Das Projekt wird auf Grundlage der aktuellen Architektenpläne erstellt.

Diese entsprechen dem Stand „Entwurf Vorprojekt“.

Zielsetzung

Als Erstes soll geklärt werden ob es wirtschaftlicher ist, wenn statt einem Untergeschoss, zwei Untergeschosse gebaut werden.

Für die Baugrube soll ein geeigneter Baugrubenabschluss gefunden werden. Dieser wird bemessen und dimensioniert.

Die Bodenplatte soll bemessen und dimensioniert werden.

Es soll eine geeignete Tragkonstruktion gefunden werden, mit welcher die Lasten in den Baugrund geleitet werden können. Sämtliche Ergebnisse werden in einem Bericht und in Plänen festgehalten.

Umsetzung / Ergebnisse

Das Projekt wird in die Phasen Vorprojekt, Bauprojekt und Ausführungsprojekt unterteilt.

- Im Vorprojekt wird untersucht, ob die Variante mit einem oder mit zwei Untergeschossen wirtschaftlicher ist. Weiter werden möglich Baugrubenabschlüsse untersucht und bewertet.

- Im Bauprojekt wird ein Konzept für die Bodenplatte erarbeitet, so dass diese die Lasten in den Baugrund abtragen kann. Der gewählte Baugrubenabschluss wird bemes-sen und dimensioniert.

- Im Ausführungsprojekt wird die Bodenplatte bemessen und dimensioniert. Es werden zudem Gedanken über den möglichen Bauablauf erstellt. Die Ergebnisse werden in einem Bericht, Plänen und Skizzen festgehalten.

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Wasserbau

Hochwasserschutz Trubschachen 6

Projekt: Hochwasserschutz „Vorderes Weggräbli“, Trubschachen i.E. Diplomand: Thierry Stucki Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Ing. ETH / SIA) / Prof. Dr.-Ing. Axel Stoedter, HAWK Hildesheim

Ausgangslage

In Trubschachen im Emmental fliesst das etwa 720 m lange vordere Weggräbli erst einen steilen Hang hinunter und anschliessend durch ein Siedlungsgebiet, wo es schliesslich eingedolt in die Trueb mündet. Das Gräbli führt im Normalfall nur etwa 0.5 m3/s Wasser. Bei starken Niederschlägen erweist es sich jedoch als grössere Gefahr für die im unteren Bereich liegende Siedlung. Je nach Regenintensität führt das Gräbli nicht nur Wasser sondern auch erhebliche Geschiebefrachten, die jährlich zu Problemen führen. 2006 wurde an der Talflanke, vor Beginn der Siedlung, der bestehende Geschiebesammler soweit möglich ausgebaut. Dieser ist aber bereits bei einem 30-jährigen Ereignis ausgelastet. Der Geschiebesammler wurde bis jetzt regelmässig von einem Anwohner gereinigt. Durch den Wegzug dieses Anwohners spitzt sich die Lage weiter zu.

Zielsetzung

Die Gemeinde möchte die immer wieder auftretenden Probleme mit dem Gerinne aus der Welt schaffen. Dazu soll die heutige Kapazität des Gräblis und des bestehenden Ge-

schiebesammlers ermittelt und beurteilt werden. Anschliessend sind Varianten zur Kapazitätserhöhung aufzuzeigen.

Dies immer im Zusammenhang einer möglichst weitreichenden Renaturierung des momentan zu grossen Teilen unterirdisch geführten Gewässers. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Parzelle 711, durch diese der Bach momentan mitten durch läuft und die deswegen nicht überbaut werden kann.

Umsetzung / Ergebnisse

Als erstes werden alle nötigen Grundlagen zusammengetragen. Dort wo nötig werden ergänzende Terrainaufnahmen gemacht. Mit dem Programm HEC-RAS wird ein hydrodynamisches Modell erstellt. Aufgrund der Auswertung dieses Modells und den daraus resultierenden Schwachstellen werden Varianten erarbeitet. Es zeigte sich, dass es bei allen Varianten notwendig wird den Geschiebesammler erneut zu vergrössern. Für die Rohrleitungen wird eine neue Linienführung gefunden. So kann die Parzelle 711 überbaut werden. Bei der Bestvariante wird zudem ein wesentlicher Teil ausgedolt.

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Abb. 1: Neue Linienf체hrung rot, bestehende Linienf체hrung blau

Abb. 2: Gel채ndeaufnahme des bestehenden Geschiebesammlers

Abb. 3: Entwurf revitalisierter Gew채sserraum

Abb. 4: Eine der Schwachstellen bei Hochwasser

Wasserbau

Hochwasserschutz Trubschachen 8

Projekt: Hochwasserschutz Trubschachen, Unterdorf, Vorprojekt Diplomandin: Stefanie Deborah Bürki Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Ing. ETH / SIA) / Prof. Dr.-Ing. Axel Stoedter, HAWK Hildesheim

Ausgangslage

Das Hochwasserschutzprojekt befindet sich im Unterdorf in der Emmentaler Gemeinde Trubschachen. Vier kleinere Gräben verursachen nördlich der Staatsstrasse Entwässerungsprobleme und Hochwassergefahren. Zur Behebung dieser Probleme wurden diverse Variantenstudien entworfen. Diese wurden gemäss den Richtlinien von EconoMe auf ihre Kostenwirksamkeit überprüft. Nach der Aktualisierung von EconoMe 1.0 auf 2.2 und EconoMe Railway, wiesen die vorhandenen Varianten eine zu geringe Kostenwirksamkeit auf. Das Problem ist dennoch akut und die Gemeinde sucht nach kostenwirksameren Lösungen. Dies kann eventuell durch Modifikation der bisherigen Varianten oder durch neue Varianten erreicht werden.

Zielsetzung

Es gilt die vorliegenden Varianten auf eine Kostenoptimierung zu prüfen. Es stellt sich die Frage, ob die Varianten so angepasst werden können, dass sie kostenwirksam werden oder ob es andere Möglichkeiten gibt, die bestehenden Probleme einfacher zu lösen. Weiter soll geprüft werden, ob

eine Retention möglich ist. Die Bestvariante ist anschliessend bis zur Stufe Vorprojekt auszuarbeiten.

Umsetzung / Ergebnisse

Damit das Projekt kostenwirksam wird, dürfen die Erstellungskosten den Betrag von etwa einer Million Franken nicht übersteigen. Bei den bislang vorhandenen Varianten ist trotz verschiedener Anpassungen die Kostenwirksamkeit nicht zu erreichen. Es sind zwei neue Varianten ausgearbeitet worden, die nach ersten Kostenschätzungen die geforderte Kostenwirksamkeit erreichen. Eine erste Variante besteht aus mehreren Retentionsbecken, die das Wasser auffangen und langsam in das bestehende Entwässerungssystem abgeben werden. Bei der zweiten Variante wird ein grosser Teil des Gewässers in einem offenen, natürlichen Gerinne nördlich der Bahnlinie geführt. Eine Querung des Bahndamms sowie eine kurze Führung der Leitung in der Staatstrasse sind unerlässlich. Die Länge der Leitungsführung in der Staatsstrasse kann jedoch, gegenüber den früheren Varianten, deutlich verringert werden.

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Abb. 2: Handskizze Bachquerschnitt Variante 5

Abb. 1: Das Hasenleegräbli heute

Abb. 3: Ăœbersichtsplan der verschiedenen Varianten

Wasserbau

Mündung Gürbe/Müsche 10

Projekt: Mündung Gürbe/Müsche, Vorprojekt Sandfang Diplomand: Raphael Buser Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Ing. ETH / SIA) / Prof. Dr.-Ing. Axel Stoedter, HAWK Hildesheim

Ausgangslage

Die rund 29 km lange Gürbe entspringt mit mehreren Quellbächen am Nordhang des Gantrisch. Sie mündet im Raum Belp in die Aare. Das Sohlengefälle des Flusses nimmt im Verlauf stetig ab, die Feinanteile nehmen stetig zu und sammeln sich im Flussbett an. Diese tonigen, siltigen, sandigen und humusartigen Materialien landen auf. Um die Auflandung zu verhindern und die damit verbundenen Aushubarbeiten einsparen zu können, müssen spezifische Massnahmen getroffen werden. Im Jahr 2002 wurde der Gewässerrichtplan Gürbe + Müsche durch den Regierungsrat des Kantons Bern beschlossen. Darin ist unter anderem vorgegeben, dass sogenannte Kontroll- und Interventionspunkte (KIP) zur Verbesserung der Geschiebeproblematik geplant und umgesetzt werden sollen.

Zielsetzung

Im Rahmen der Bachelorthesis wird ein KIP näher untersucht. Ein Variantenstudium zur Entsandung der Feinanteile, basierend auf bestehenden und selbst geschaffenen Grundlagen, wird erarbeitet. Die verschiedenen Möglichkei-

ten werden bewertet und anschliessend wird die Bestvariante auf Stufe Vorprojekt ausgearbeitet.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Zielsetzung wird in drei Stufen erarbeitet.

(1) In der ersten Phase geht es darum, die Grundlagen zu beschaffen. Es werden innerhalb des definierten Perimeters Vermessungsarbeiten getätigt. Mit der Konstruktion eines dreidimensionalen Geländemodells können anschliessend sämtliche Geländeschnitte gezeichnet werden. Diese Arbeiten bilden die Grundlage für hydraulische Berechnungen. Ein Übersichtsplan des IST-Zustandes resultiert als graphisches Ergebnis.

(2) In der zweiten Phase werden Varianten zur Entsandung der Feinanteile im Fliessgewässer erarbeitet, ausgewertet und einander gegenübergestellt.

(3) In der dritten Phase wird auf Stufe Vorprojekt die gewählte Bestvariante ausgearbeitet. Zur Projektdarstellung werden eine Visualisierung wie auch Pläne erstellt.

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Abb. 1: Visualisierung Vorprojekt Sandfang

Abb. 2: Handskizze Variante Aufweitung

Abb. 3: Hydraulische Modellierung IST-Zustand

Wasserbau

Kraftwerk Emme Neuhof 12

Projekt: Kraftwerk Emme Neuhof Diplomand: Tobias de Stoutz Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Ing. ETH / SIA) / Prof. Dr.-Ing. Axel Stoedter, HAWK Hildesheim

Ausgangslage

Am Anfang dieses Projekts steht die Erkenntnis, dass unsere Gesellschaft ihr langfristiges Überleben nur durch die Erschliessung von geeigneten Energiequellen sichern kann.

Geeignete Energiequellen sind erneuerbar und gefährden die Umwelt weder durch ihren Schadstoffausstoss (Kohleund Gaskraftwerke) noch durch den nicht restlos zu erfüllenden Sicherheitsbedarf (Kernkraftwerke). Ihr Platzbedarf bewegt sich in erträglichen Dimensionen (Solarenergie).

Es ist naheliegend, die reichen Wasservorkommen in der Schweiz für die Energieproduktion zu nutzen. Dies immer unter Berücksichtigung von Umweltverträglichkeit und Hochwasserschutz; Lebensräume von Pflanzen, Tieren – und Menschen – dürfen nicht gefährdet werden.

Zielsetzung

Am Flusslauf der Emme, in Kirchberg BE, befindet sich auf der Höhe des Industriegebiets Neuhof eine sanierungsbedürftige Schwelle. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde nachgewiesen, dass an diesem Standort ein Wasserkraftwerk in ökologisch und ökonomisch befriedigendem

Rahmen gebaut und betrieben werden kann. Ziel dieser Bachelorthesis ist die Ausarbeitung eines Vorprojekts für das vorgesehene Kraftwerk.

Umsetzung / Ergebnisse

Herzstück der Anlage sind zwei Kaplan-Rohrturbinen, von denen jede einen Asynchron-Generator antreibt. Für die Einhaltung des Stauziels sorgt ein Schlauchwehr mit zwei Feldern, das gegenüber anderen Wehrtypen Vorteile bei der Hochwassersicherheit bietet.

Zur Wiederherstellung der Fischwanderung ist eine platzsparende, aber dennoch gebrauchstaugliche Variante für die Fischauf- und -abstiegsanlage vorgesehen. Auf die Umwelt hat das Kraftwerk keine negativen Auswirkungen.

Mit einer jährlichen Stromproduktion von gut 2.5 GWh kann das Kraftwerk rentabel betrieben werden. Sämtliche Ergebnisse sind im Bericht und in den Plänen dargestellt.

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Wasserbau

Geschiebesammler Teifbächli, Hasliberg Reuti 14

Projekt: Geschiebesammler Teifbächli, Hasliberg Reuti Diplomandin: Lisette Simone Schwab Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Ing. ETH / SIA) / Jörg Amport (dipl. Bauingenieur HTL/FH)

Ausgangslage

In der Gemeinde Hasliberg im Berner Oberland ereigneten sich während dem Unwetter 2005 verschiedene Murgänge, insbesondere auch im Milibach. Kurz nach den Ereignissen 2005 wurde von der Gemeinde ein Auftrag zur Ausarbeitung eines umfassenden Schutzkonzepts ausgelöst und verschiedene Massnahmen anschliessend umgesetzt.

Trotz der umgesetzten Massnahmen mit dem Schutzziel eines 100-jährigen Ereignisses, weist die Siedlung Reuti noch immer einen roten Gefahrenbereich auf. Dafür verantwortlich ist die Geschiebefracht eines 300-jährigen Murgangereignisses.

Um das Risiko weiter zu vermindern, wurden anhand einer Konzeptstudie Schutzmassnahmen evaluiert, um den Ortsteil Reuti besser zu schützen. Die Konzeptstudie kam zum Schluss, dass ein Geschiebesammler am Standort Teifbächli die bestmögliche Lösung ist.

Zielsetzung

Die Bachelorarbeit umfasste die Erarbeitung eines Murgangschutzprojektes auf Stufe Vorprojekt. Dazu gehörten

das Grundlagenstudium, die Evaluation von möglichen Ausführungsvarianten, die Wahl einer Bestvariante, die Vordimensionierung der Bestvariante mit Kostenvoranschlag sowie die Definition des weiteren Vorgehens.

Umsetzung / Ergebnisse

Der erste Teil befasste sich mit dem Grundlagenstudium und damit, wieviel Murgangvolumen am gewählten Standort zurückgehalten werden kann. Zudem mussten aus der Vielfalt an Möglichkeiten aus der Literatur für Geschiebesammler eine objektbezogene Auswahl getroffen werden. Im Anschluss wurden dann in einem zweiten Teil drei mögliche Varianten erarbeitet und deren Kosten geschätzt: Variante 1: 4.9 Mio CHF, Betonsperre Variante 2: 2.8 Mio CHF, Flexible Murgangbarriere Variante 3: 2.6 Mio CHF, Betonsperre kombiniert mit erdbewehrtem Damm Die Nutzwertanalyse zeigte Variante 2 als Bestvariante. Die Empfehlung lautet diese weiter zu verfolgen.

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Abb. 1: Variante 1, Betonsperre

Abb. 3: Variante 3, Betonsperre kombiniert mit erdbewehrtem Damm

Abb. 2: Variante 2, Flexible Murgangbarriere

Siedlungsentwässerung

Fremdwasserelimination in Kehrsatz 16

Projekt: Austrennung des Fremdwassers im Gebiet Zimmerwaldstrasse – Tannacker, Kehrsatz Diplomand: Michael L. Zimmermann Examinatoren / Experte: Hans Ulrich Gränicher (Dipl. Ing FH / SIA), Lorenz Guyer (Dipl. Ing. ETH) / Daniel Steuri (Bauverwalter der Gemeinde Kehrsatz)

Ausgangslage

Die Entwässerung im Gebiet Zimmerwaldstrasse – Tannacker in Kehrsatz wird bis anhin im Mischsystem betrieben.

Das heisst, dass für das anfallende Schmutz- und Regenabwasser nur eine gemeinsame Leitung besteht. In dieser werden die verschmutzten und die nicht verschmutzten Abwässer miteinander vermischt und zur ARA geführt. Dort werden diese gereinigt und anschliessend in ein Gewässer geleitet.

Die Gemeinde Kehrsatz will in der vorliegenden Thesis prüfen lassen, ob ein Umbau des Leitungsnetzes in ein Trennsystem die bessere Variante wäre. Künftig würde so das Schmutz- und Regenabwasser in zwei getrennten Leitungen geführt.

Für die Gemeinde Kehrsatz ist dies vor allem deshalb von grosser Bedeutung, da sehr viel Fremdwasser in Form von überschüssigem Quellwasser das Mischwasserleitungsnetz unnötig belastet. Auch für die ARA stellt das Fremdwasser eine unerwünschte Belastung dar. Es vermindert den Reinigungsgrad und reduziert die für das Regenwasser vorgesehene Aufnahmekapazität.

Zielsetzung

Das Ziel der Thesis besteht darin eine geeignete Lösung der Fremdwasserproblematik zu entwickeln. Ein Variantenstudium soll aufzeigen, wie diese Aufgabe am zweckmässigsten gelöst werden kann. Auf der Basis des Variantenstudiums ist die Bestvariante zu evaluieren, vertieft zu bearbeiten und zu dokumentieren. Für die Bestvariante ist zudem der Dimensionierungsnachweis zu erbringen.

Umsetzung / Ergebnisse

Anhand einer Bewertungsmatrix wurde das geeignete Entwässerungssystem gewählt. Daraufhin wurden zwei Varianten entwickelt und unter ökologischen und ökonomischen Aspekten miteinander verglichen. Dabei spielten auch der bauliche und der hydraulische Zustand der bestehenden Leitungen eine grosse Rolle. Es musste geklärt werden welche Kapazität das bestehende Netz aufnehmen kann und welche Anforderungen das zukünftige Netz erfüllen muss.

Für die Bestvariante wurde ein Projekt mit Leitungsdimensionierung entwickelt.

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Abb. 1: Situationsplan, Ausschnitt der projektierten Leitung

Abb. 2: Längenprofil, Ausschnitt der projektierten Leitung

Siedlungsentwässerung

Entwässerungskonzept Überbauung Bahnhofmatte in Kehrsatz 18

Projekt: Entwässerungskonzept Überbauung Bahnhofmatte in Kehrsatz Diplomand: Alfonso Macrini Examinatoren / Experte: Hans Ulrich Gränicher (Dipl. Ing FH / SIA), Lorenz Guyer (Dipl. Ing. ETH) / Daniel Steuri (Bauverwalter der Gemeinde Kehrsatz)

Ausgangslage

Mit der Erneuerung der Umfahrungsstrasse soll das Gebiet Bahnhofmatte in Kehrsatz erschlossen werden. Für das eingezonte Areal sowie die geplante Strassenanlage ist ein Entwässerungskonzept zu erarbeiten. Als möglicher Anschlusspunkt für das Schmutz- und Regenabwasser ist ein bestehender Schacht vorgesehen.

Zielsetzung

Für das Gebiet soll ein innovatives Entwässerungskonzept geplant werden. Eine hydraulische Überprüfung der bestehenden Sammelleitung ist durchzuführen. Des Weiteren ist zu prüfen, inwiefern das unverschmutzte Regenabwasser zur Versickerung gebracht werden kann.

Umsetzung / Ergebnisse

Um das Entwässerungskonzept zu planen, wird ein Variantenstudium durchgeführt. Die Variantenstudie befasst sich mit zwei Themen. Beim ersten Thema werden Auswirkungen verschiedener Oberflächenbeschaffenheiten miteinander verglichen. Bei der Oberflächenbeschaffenheit

kommen extensiv begrünte und unbegrünte Flachdächer in Kombination mit Parkfeldern aus Sickersteinen, Sickerasphalt und Asphaltbeton in Frage. Das zweite Thema ist die Regenabwasserentsorgung. Hier werden für verschiedene Möglichkeiten die Vor- und Nachteile aufgezeigt und bewertet. So z.B. für das Versickern vor Ort, das Einleiten in einen Vorfluter und das Ableiten in die Kanalisation.

Im Variantenstudium über die Oberflächenbeschaffenheit wird ersichtlich, dass aus abwassertechnischer Sicht die extensiv begrünten Flachdächer und Parkfelder mit Sickersteinen am sinnvollsten sind.

Gemäss Generellem Entwässerungsplan (GEP) ist für die Entwässerung der Bahnhofmatte ein Mischsystem vorgesehen. Das Variantenstudium zeigte, dass ein Trennsystem mit dezentraler Versickerung für dieses Einzugsgebiet die bessere Lösung ist. Durch das Versickern vor Ort wird nicht nur die Mischabwasserleitung entlastet, sondern auch eine ökologisch wertvolle Lösung umgesetzt.

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oben links: Schnitt einer Versickerungsmulde (dezentral) oben rechts: Ist-Zustand Bahnhofmatte unten links: Situationsplan Bestvariante

Verkehrswegebau

Machbarkeitstudie: Erschliessung Steinbach 20

Projekt: Gemeinde Trubschachen, Erschliessungsstrasse Steinbach mit Querung SBB und Ilfis, Machbarkeitsstudie Diplomand: Adrian Berger Examinatorin / Experten: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH) / Andrea Fassone (Dipl.-Ing. TU), Marino Sansoni (Dipl. phil. nat. SIA/SVI, Betriebswirtschaftsing. HTL/NDS)

Ausgangslage

Seit 2002 sucht die Gemeinde Trubschachen Lösungen für eine sichere Zufahrt in die Gebiete Steinbach, Hauenen, Buhus. Ebenfalls betroffen ist die Nachbargemeinde Trub für die Gebiete Rappennest und Buhus. Der Weg zu den Weilern führt von der Kantonsstrasse über einen Bahnübergang und eine unmittelbar dahinterliegende Holzbrücke.

Die alte Holzbrücke wurde mehrmals saniert und verstärkt, letztmals im Jahr 2015. Die Verbindung ist heute wieder mit 34 t befahrbar. Die Querung der Bahngleise erfolgt niveaufrei, die Sicherung des Bahnübergangs mittels Blinklicht ohne Barrieren.

Die Situation an der Einmündung in die Kantonsstrasse ist sehr unübersichtlich: Die Linienführung, unter anderem mit spitzwinkliger Anbindung und steilen Rampen, führt unweigerlich zu ungenügenden Sichtweiten.

Zielsetzung

Im Rahmen der Thesis soll eine Machbarkeitsstudie Grundlagen zur „Erschliessung Steinbach“ liefern.

In der Studie ist die Machbarkeit verschiedener Varianten zur Erschliessung zu prüfen, wobei sowohl die Anbindung

an die Kantonsstrasse als auch die Querung von Bach (Ilfis) und SBB-Gleisen im Mittelpunkt stehen. Im Vergleich der Lösungsvorschläge ist ein grosser Wert auf Realisierbarkeit, Verkehrssicherheit und Kosten zu legen.

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase wurde die vorhandene Situation analysiert, die Schwachstellen aufgezeigt, der Handlungsbedarf bestimmt und Projektziele definiert. Auf Grundlage dessen wurden 15 Lösungsvorschläge erarbeitet. Aus einem zweistufigen Variantenvergleich resultieren drei zweckmässige, realisierbare Linienführungen. Diese unterscheiden sich unter anderem in Flächenbedarf, Kosten und Nutzen.

Zwei der Varianten unterqueren die Bahn, in einem Fall beim Bahnhof, im anderen Fall beim Parkplatz der Kambly SA. Zudem werden in beiden Varianten neue Brücken über die Ilfis erforderlich. Die dritte Variante überquert Bach, Bahn und Kantonsstrasse an alter Lage.

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Abb. 1: Bestehende Situation am Bahnübergang Steinbach

Abb. 3: Erste Ideen Linienführung, 3 von 15 erarbeiteten und geprüften Varianten

Abb. 2: Planausschnitt bestehende Situation

Abb. 4: Situation Variante «Überführung»

Verkehrswegebau

Sanierung eines Knotenpunkts in der Gemeinde Nidau 22

Projekt: Kantonsstrasse Nr. 235 / 237.1, Gemeinde Nidau, Sanierung Knoten Ipsachstrasse / Hauptstrasse Diplomand: Alain Müller Examinatorin / Experte: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH) / Marino Sansoni (Dipl. phil. nat. SIA/SVI, Betriebswirtschaftsing. HTL/NDS)

Ausgangslage

Der Knoten Ipsachstrasse / Hauptstrasse am südlichen Rand der Gemeinde Nidau dient heute als wichtige Drehscheibe für den Pendlerverkehr von und nach Biel. Beim Knoten handelt es sich um einen vierarmigen Kleinkreisel.

Aufgrund einer zweistreifigen Einfahrt (Hauptstrasse) und der überbreiten Kreisfahrbahn lässt sich der Knoten am ehesten der Betriebsform 2/1+ zuordnen. Der Knoten wurde als Unfallschwerpunkt identifiziert. Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit muss der Knoten saniert werden.

Zielsetzung

Um den Unfallschwerpunkt zu beseitigen und in Zukunft für alle Verkehrsteilnehmer eine sichere Anlage anzubieten, sollen im Rahmen der Thesis zunächst mit Hilfe einer Unfallanalyse die massgebenden Unfallursachen ermittelt werden. Auf Basis der Erkenntnisse aus der Unfallanalyse soll ein Sanierungsprojekt erarbeitet werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Unfallanalyse zeigt massgebende Mängel an der Anlage und im Verkehrsablauf. Unter anderem führt der zu geringe Ablenkungswinkel aus Richtung Ipsach zu hohen Geschwindigkeiten, die Einfahrten Allmend- und Hauptstrasse sowie die Ausfahrt Huebstrasse sind zu breit und der Strassenraum ist übermöbliert. Auf Basis aller Erkenntnisse der Analyse und unter Einbezug der Auswirkungen zukünftiger Planungen in der Region wurden zwei Lösungsvarianten erarbeitet.

Die erste Variante sieht wiederum einen Kreisel mit optimierter Geometrie vor. Als zweite Variante wird ein konventioneller Knoten mit Lichtsignalanlage geprüft. Die Varianten werden auf Basis eines Kriterienkatalogs bewertet und verglichen, die Bestvariante ausgeschieden.

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Abb. 2: Einfahrt Hauptstrasse (Nord)

Abb. 1: IST-Zustand

Abb. 3: Einfahrt Huebstrasse (Süd)

Verkehrswegebau

E-Trendfahrzeuge – Anforderungen an Lenker, Fahrzeug und Strasse 24

Projekt: E-Trendfahrzeuge – Anforderungen an Lenker, Fahrzeug und Strasse Diplomand: Kevin Mathyer Examinatorin / Experte: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH) / Marc Laube (Dipl. Ing ETH)

Ausgangslage

Zunehmend trifft man im Strassenverkehr auf neuere Fortbewegungsmittel im Langsamverkehr, welche mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet sind. Im Handel wird eine grosse Vielfalt an Trendfahrzeugen wie Hoverboards oder e-Scooter angeboten. Allerdings sind diese, im Gegensatz zum E-Bike, meist im öffentlichen Strassenverkehr nicht zugelassen.

Ihre Nutzung kann nur auf abgesperrtem Areal erfolgen.

Eine allfällige Zulassung bedarf noch diverser Abklärungen.

Diese betreffen u.a. technische Anforderungen und Auswirkungen auf Strassenverkehr und Infrastruktur. Können diese Fortbewegungsmittel z.B. im Mischverkehr mit dem Fussverkehr genutzt werden? Wäre eine Zulassung auf Radstreifen denkbar, was hiesse das für die Projektierung, z.B. hinsichtlich Knotensichtweiten?

Zielsetzung

Die Thesis soll einen Überblick über heutige und zukünftige Trendfahrzeuge in der Kategorie e-Mobilität im Langsamverkehr geben. Des Weiteren liegt der Fokus auf den heutigen Zulassungsbedingungen in der Schweiz und auf

der Situation in unseren Nachbarländern.

Es ist aufzuzeigen, welche Verkehrsflächen die jeweiligen Trendfahrzeuge nutzen könnten. Ausserdem sind Zulassungsbedingungen zu formulieren und allfälliger Forschungsbedarf im Bereich der Projektierungsnormen aufzuzeigen.

Umsetzung / Ergebnisse

Internetrecherchen und Händlerkontakte ermöglichten die Erstellung einer Übersicht über die verschiedenen Trendfahrzeuge. Eine Umfrage bei 527 Personen zeigt, dass 8 % der Befragten ein solches Trendfahrzeug besitzen. Die Untersuchungen ergaben, dass es zweckmässig ist, die Fahrzeuge nach Geschwindigkeit und Masse einer Verkehrsfläche zuzuordnen, was zur Einteilung in drei Gruppen führte: die elektrischen fahrzeugähnlichen Geräte, die leichten elektrischen Fahrzeuge und die elektrischen Fahrzeuge. Die Thesis zeigt, dass die Geräte auf den Schweizer Strassen zugelassen werden könnten, die dazu nötigen Anpassungen in Bundesverordnungen und VSS-Normen werden erläutert.

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Abb. 1: Stehroller, Hoverboard, Monowheel und e-Scooter (von links nach rechts)

Abb. 2: Hoverboard am Times Square, New York. Quelle: Daily Mail

Abb. 3: Welche Verkehrsflächen sind geeignet?

Abb. 4: Bestehende Regelung fĂźr Knotensichtweiten Quelle: VSS SN 640273A

Tragwerksplanung

Technische Analyse von Raummodulen zur temporären Wohnnutzung 26

Projekt: Technische Analyse von Raummodulen zur temporären Wohnnutzung Diplomand: Ahferom Weldehaymanot Examinator / Experte: Prof. Dr.-Ing. Markus Romani / Prof. Andreas Müller (Dipl.-Ing.)

Ausgangslage

Aufgrund von Flüchtlingsströmen besteht ein Bedarf nach flexibel nutzbarem, günstigem, temporärem Wohnraum. Es ist Aufgabe der Gemeinden Asylunterkünfte bereit zu stellen. Oft werden z.B. Schulgebäude und Zivilschutzanlagen dafür genutzt. Sind solche Objekte nicht ausreichend vorhanden für die temporäre Nutzung, sind flexible Systeme wie z.B. Raummodule nötig.

Zielsetzung

Im Rahmen dieser Thesis sollten bestehende Raummodulsysteme untersucht werden. Die wichtigsten technischen Parameter der Systeme waren zu erfassen, zu vergleichen und zu bewerten. Als Fallbeispiel war dann eine Gemeinschaftsunterkunft für 120 Personen mit dem Aufbauort in Interlaken zu planen. Für das System ist der Nachweis der Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Bauphysik zu führen.

Umsetzung / Ergebnisse

In der Schweiz sind keine einheitlichen baugesetzlichen Bestimmungen vorhanden. In Deutschland und Österreich

werden Wohnflächen pro Person von 8 m2 und für jede weitere in der gleichen Wohnung lebende mit 5 m2 festgelegt.

Gemäss Merkblatt für mobile Containerbauten unterliegen Gemeinschaftsunterkünfte als provisorische Bauten mit weniger als 3 Jahre Nutzung nur einer befristeten Baubewilligung. Hieraus ergeben sich u. a. geringere bauphysikalische Anforderungen.

Als Referenz wurden einige Raummodultypen untersucht.

Es wurde eigenes System mit Stahlrahmen aus L-Profilen, biegesteif über Schweissnähte an den Ecken verbunden, entwickelt. Die Wände werden durch eine gedämmte Holzrahmenbauweise von innen gebildet. Sie werden an den Stahlrahmen von aussen angeschraubt um Kältebrücken zu vermeiden. Öffnungen können flexibel in die Konstruktion eingebunden werden. Das System ist auf Vorfertigung und Transport als komplettes Raummodul an den Einsatzort entwickelt worden und zur zweigeschossigen Nutzung ausgelegt. Es wurden die Nachweise der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit mit dem Programm Cubus und zusätzlich der Bauphysik geführt. Anschliessend wurde eine Asylunterkunft für das Fallbeispiel geplant.

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Abb. 1: Darstellung Raummodul fßr temporäre Nutzung zweier Personen

Abb. 2: Tragstruktur und Wand Gestaltungsdetail

Tragwerksplanung

Neubau Erweiterungsbau Comet AG 28

Projekt: Neubau Erweiterungsbau Comet AG Diplomand: Sandro Bigolin Examinator / Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.) / Daniel Bommer (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Die COMET Group ist eine der führenden Hersteller für Röntgenmodule und Vakuumkondensatoren. Um die Produktionskapazitäten zu erhöhen, werden am Hauptsitz Flamatt 60. Mio. CHF in einen Erweiterungstrakt investiert.

Der Neubau hat vier Obergeschosse und ein Untergeschoss mit rund 20‘000 m2 Arbeitsfläche für 250 zusätzliche Arbeitsplätze. Die Architektenpläne und der geotechnische Bericht sind die Grundlage für die Bachelorthesis.

Zielsetzung

In der Entwurfsphase werden die Tragwerksvarianten zur Fundation, Decken, sowie der Stützen untersucht. Die Bestvariante wird auf Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit bemessen und nachgewiesen. Ein Erdbebennachweis der aussteifenden Wände ist durchzuführen. Zusätzlich sollen massgebende Details herausgearbeitet werden.

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase werden die diversen Problemstellen, unter anderem Fundation, Durchstanzen, Erdbeben etc. gesichtet und verstanden. Eine grobe Abschätzung der Einwirkungen wird durchgeführt. Nach dem anschliessenden Variantenstudium wird anhand der ausgewählten Ausführungsvarianten ein 3D-Berechnungsmodell erstellt. Die daraus resultierenden Schnittgrössen bzw. Verformungen dienen als Grundlage für die Bemessung. Zur Plausibilitätskontrolle werden parallel zum Modell Handrechnungen durchgeführt. In einem technischen Bericht werden die Resultate des Variantenstudiums und weiteren Überlegungen betreffend Nutzung, Dichtigkeit, Baugrundverhältnisse etc. festgehalten. Für die am meisten belastete Regeldecke über dem 1. Obergeschoss, mit den groben Abmessungen von ca. 70 m x 70 m, wird in einer letzten Phase die genaue Bewehrungsführung in einem Schalungs- und Bewehrungsplan dargestellt.

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Abb. 1: Visualisierung Gesamtprojekt

Abb. 3: Längsschnitt

Abb. 2: Visualisierung 3D-Berechnungsmodell

Tragwerksplanung

Neubau einer zweigeschossigen unterirdischen Einstellhalle 30

Projekt: Tiefgarage C – Paraplegikerzentrum 6207 Nottwil Diplomand: Gregor Dickenmann Examinator / Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.) / Daniel Bommer (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Im Paraplegikerzentrum in Nottwil entsteht eine zweigeschossige Tiefgarage, welche an die bestehende anschliesst. Das Bauwerk weist eine Fläche von rund 3200 m2 auf. Die Fundation wird als Flachfundation ausgeführt und aufgrund der Grundwasserverhältnisse als weisse Wanne ausgebildet. Die Fläche über der Einstellhalle wird künftig als Grünanlage genutzt. Im Brandfall muss das Gelände über der Einstellhalle durch ein Einsatzfahrzeug mit einem Gewicht von 9 t befahren werden können.

Zielsetzung

Das Tragwerk ist entsprechend der vorgesehenen Nutzung den Anforderungen der Tragsicherheit und der Gebrauchstauglichkeit zu dimensionieren und zu bemessen. Für die Decke über dem 2. UG werden drei Varianten ausgearbeitet, anhand von Zuschlagskriterien bewertet und einander gegenübergestellt. Für die Bestvariante sind ein Schalungsplan und ein Bewehrungsplan zu erstellen.

Umsetzung / Ergebnisse

Massgebende Parameter bei der Dimensionierung der Bodenplatte und der Aussenwände sind die Beschränkung der Rissbreiten und der Wasserundurchlässigkeit.

Die Zuschlagskriterien für das Variantenstudium der Decke über dem 2. UG sind Wirtschaftlichkeit, Auswirkungen auf die weiterführenden Bauteile sowie Nutzungsflexibilität und Ästhetik. Die Kriterien werden unterschiedlich gewichtet. Untersucht werden eine Flach-, eine Pilz- und eine Unterzugsdecke.

Als Bestvariante resultiert die Pilzdecke. Der effiziente Einsatz der Baustoffe hat zur Folge, dass diese Variante trotz des höheren Schalungsaufwandes die wirtschaftlichste ist.

Bezüglich der Nutzungsflexibilität und Ästhetik wäre eine Flachdecke die beste Wahl.

Für die sehr hoch belastete Decke über dem 1. UG sind massive Durchstanzbewehrungen in Form von Stahlpilzen nötig.

Das gesamte Tragwerksmodell wurde mit Finite Elemente Programmen bemessen. Die Resultate der wichtigsten Bauteile wurden mittels Vergleichsrechnungen „von Hand“ plausibilisiert.

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Abb. 1: Visualisierung 3D-Modell

Abb. 2: Längsschnitt

Tragwerksplanung

Neubau Wohnüberbauung Mühlegässli 32

Projekt: Neubau Wohnüberbauung Mühlegässli Diplomand: Fabian Rüttimann Examinator / Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.) / Daniel Bommer (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

In der Gemeinde Neuenegg BE ist eine Überbauung mit drei identischen Wohnhäusern mit insgesamt 15 Wohnungen im Rahmen eines Vorprojekts zu erarbeiten. Die Häuser besitzen zwei Obergeschosse mit jeweils zwei Wohnungen und ein Attikageschoss mit je einer Wohnung. Die gemeinsame Einstellhalle befindet sich im Untergeschoss, welches im Grundwasser steht. Grundlage sind die Architektenpläne.

Zielsetzung

Im Rahmen der Thesisarbeit ist ein in Bezug auf die Tragsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit funktionierendes Tragwerk zu entwerfen. Dabei sind vor allem konzeptionelle Überlegungen anzustellen und die massgebenden Details auszuarbeiten.

Die Ergebnisse der Ingenieursleistungen sind anhand eines technischen Berichts und eines Schalungs- sowie Bewehrungsplans der obersten Geschossdecke exemplarisch darzustellen.

Umsetzung / Ergebnisse

Zunächst wird ein sinnvolles Tragkonzept unter Berücksichtigung der wesentlichen äusseren Einflüsse erarbeitet. Hierbei ist insbesondere der Auftrieb und der Lastfall Erdbeben von Bedeutung.

Als nächstes wird ein Plattenmodell erstellt, anhand dessen die wesentlichsten Bauteile bemessen werden. Herausfordernd ist dabei die Einleitung der Lasten aus den Gebäuden in die Fundation. Diese muss teilweise über Stützen in der Einstellhalle erfolgen. Durchstanzen ist hierbei ein wichtiges Thema. Die Nachweise erfolgen sowohl von Hand, als auch mithilfe von Bemessungsprogrammen.

Zum Schluss wird ein technischer Bericht verfasst und ein Schalungs- und ein Bewehrungsplan der Deckenplatte über dem Attikageschoss gezeichnet. Diese Platte ist bei einer vergleichsweise grossen Spannweite nur auf schlanken Stützen gelagert. Auch die thermische Trennung der Platte über dem Balkon ist anspruchsvoll.

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oben links: Darstellung der Erdbebenwände mitte rechts: Gebäudemodell in 3D unten links: Grundriss des UG aus dem Architektenplan

Tragwerksplanung

Neubau Überbauung Schönenbrunnen 34

Projekt: Neubau Überbauung Schönenbrunnen Diplomand: Daniel Schmid Examinator / Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.) / Daniel Bommer (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Der Neubau der Überbauung Schönenbrunnen in Belp beinhaltet vier Gebäudekomplexe: Ein Kopfbau und drei Wohngebäude. Unter letzteren sind die Einstellhallen angeordnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Kopfbau bearbeitet.

Dieser beinhaltet in den Obergeschossen Alterswohnungen, im Erdgeschoss Verkaufsflächen für Läden und im Untergeschoss einen Supermarkt. Insgesamt wird eine Arealfläche von 12300 m2 überbaut.

Zielsetzung

Beim Kopfbau sind die Wohnbereiche in Holzbauweise ausgeführt. Die Lasten aus dem Holzbau werden vom darunterliegenden Stahlbetonskeletbau übernommen. Für das Stahlbetontragwerk sind alle nötigen Dimensionierungen und Nachweise durchzuführen. Folgende Schwerpunkte der Arbeit wurden festgelegt: • Variantenstudium und Bemessung Abfangdecke • Bemessung des restlichen Tragwerks • Erdbebenbemessung • Schalungs- und Bewehrungspläne Abfangdecke

Umsetzung / Ergebnisse

In einer ersten Phase werden die übermittelten Unterlagen gesichtet und überprüft. In einer weiteren Phase wird ein Variantenstudium der Abfangdecke durchgeführt. Dieser Punkt ist früh anzupacken, da die gewählte Variante entscheidend ist für die darunterliegenden Bauteile.

Ist eine Entscheidung getroffen, geht es in einer weiteren Phase darum die gewählte Tragstruktur in einem 3D-Berechnungsprogramm zu modellieren. Es ist darauf zu achten, dass ein Einfaches aber trotzdem möglichst wahrheitsgetreues Modell entsteht. Die Dimensionierung der einzelnen Bauteile erfolgt nun auf den Ergebnissen des Programms.

Besonders zu erwähnende Bauteile sind dabei die hohen und schlanken UG-Wände, die stark belasteten, schlanken Stützen und die massive Bodenplatte.

In der letzten Phase werden noch die Schalungs- und Bewehrungspläne der Abfangdecke erstellt.

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Abb. 1: Grundriss Erdgeschoss aus Architektenplan

Abb. 2: 3D- Gebäudemodell

Tragwerksplanung

Integrale Brücke über den Caminzertobel 36

Projekt: Integrale Brücke über den Caminzertobel Diplomand: Manuel Marc Stucki Examinator / Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.) / Dr. sc. ETH Kristian Schellenberg (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Da sich Brücken bei Temperaturunterschieden ausdehnen und wieder zusammenziehen, werden sie meistens beweglich gelagert. Dazu sind Fahrbahnübergänge sowie Stützenköpfe mit Fugen und Lagern ausgebildet. Lager verursachen grosse Unterhaltskosten und Fugen sind Schwachstellen.

Integrale Brücken verzichten auf Lager und Fugen. Hierdurch ist die freie Ausdehnung der Brücke verhindert, es können grosse Zwangskräfte entstehen. Diese Zwänge können durch Rissbildung oder eine nachgiebige Konstruktion abgebaut werden. Risse können je nach Grösse und Lage negative Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit der Brücke haben.

Zielsetzung

Am Beispiel einer Integralen Brücke über den Caminzertobel im Kanton Graubünden sollen Zwangsspannungen infolge Temperatur und Schwinden untersucht werden. Einflüsse aus Baugrund und Gründung werden berücksichtigt. Des Weiteren wird die Brücke auf Rissbildung untersucht.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Brücke wird in einem Finite-Elemente-Programm modelliert. Erste Herausforderungen treten bei der Modellierung der Widerlager auf. Mit Hilfe von Grenzwertbetrachtungen wird ein möglichst realistisches Modell definiert.

Gestützt auf die berechneten Schnittkräfte wird die Bewehrung bemessen. Nun wird die Brücke auf Zwangsspannungen und deren Abbau durch Verformung und Rissbildung untersucht. Die gerissenen Bauteile verhalten sich weicher, die Steifigkeit dieser Bauteile wird angepasst. Da Rissbildung und Zwangsspannungen voneinander abhängen, sind mehrere Iterationsschritte zur Bestimmung der endgültigen Steifigkeiten nötig. Ist der Endzustand erreicht, können die verbleibenden Zwangsspannungen und allfällige Rissbildungen bestimmt werden. Zudem wird untersucht, ob einzelne Bauteile versagen können.

Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, weicht der Oberbau bei Temperaturausdehnung seitlich aus. Durch diese Verschiebung können im Oberbau 40 % der Zwangsspannungen abgebaut werden. Dank einem geringen Rotationsvermögen der Stützenfundamente erfolgt die Verschiebung ohne Entstehung von Rissen im Ober- und Unterbau.

Abb. 1 (oben): Br체cke 체ber den Caminzertobel, L채nge 60 m Abb. 2 (unten): Horizontale Verschiebung (quer zur Br체cke) infolge Tempe- 37 raturausdehnung in mm

Tragwerksplanung

Zweigeschossige Passerelle in Lenzburg 38

Projekt: Zweigeschossige Passerelle in Lenzburg Diplomand: Peter Czelustek Examinator / Experte: Prof. Dr. ès sciences Martin Schollmayer (Dipl.-Ing) / Hannes Römbell (Msc Bauingenieur)

Ausgangslage

In der Nähe von Lenzburg erfolgte der Bau einer Fussgängerpasserelle. In einer Höhe von 20 m über Boden wurden zwei Gebäudekomplexe miteinander verbunden. Sie erstreckt sich über eine Gesamtlänge von ca. 161 m und besitzt ein unteres Geschoss für den Fussgängerverkehr, sowie ein oberes Geschoss für den Materialtransport. Um diese Spannweite zu überwinden, ist das Bauwerk als Stahlkonstruktion ausgeführt.

Zielsetzung

Ziel dieser Bachelorthesis ist es, ein Tragwerksmodell zu entwickeln, welches die geforderte Spannweite mit nur einer Abstützung überbrücken kann und die Anforderungen bezüglich der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit einhält. Es wird ein Entwurf und eine Vorbemessung durchgeführt. Für die einzelnen Stäbe des Fachwerkes sind die wirtschaftlichsten Profile zu berechnen. Des Weiteren werden die Bauzustände untersucht. Die Fertigung des Tragwerks wird beschrieben und visualisiert

Umsetzung / Ergebnisse

Für die Umsetzung dieser Ziele wird ein erster Entwurf des Tragwerks festgelegt. Dabei werden zwei Trägerformen betrachtet. Aufgrund der grossen Spannweite ergab sich, dass ein Fachwerksystem die geeignete Variante ist. Um das Bauwerk zu bemessen werden die Schnittgrössen ermittelt und die Vorbemessung durchgeführt. Dazu steht ein Berechnungsprogramm zur Verfügung. Anhand von Handrechnungen werden die Ergebnisse auf ihre Plausibilität überprüft. So können erste Abschätzungen der Stahlprofile erfolgen. Mit der Dimensionierung wird sichergestellt, dass das Tragwerk alle Anforderungen erfüllt. Um dem Verhalten im Bauzustand Rechnung zu tragen, wird das Tragverhalten während den Bauarbeiten untersucht. Hier wird ermittelt, ob das gewählte System den Einwirkungen aus Transport und Montage standhalten kann. Mit einem Montagekonzept wird der Aufbau und die Anordnung für die Stahlkonstruktion beschrieben, damit eine fachgerechte Erstellung gewährleistet ist.

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Abb. 1: Tragwerksmodell

Abb. 2: Von oben nach unten: N[kN] der Diagonalen, N[kN] der Pfosten, N[kN] des Ober- bzw. Untergurts

Tragwerksplanung

Bemessung einer Passerelle aus Stahl 40

Projekt: Bemessung einer Passerelle aus Stahl Diplomand: Marc Stucki Examinator / Experte: Prof. Dr.ès sciences Martin Schollmayer (Dipl.-Ing) / Hannes Römbell (Msc Bauingenieur)

Ausgangslage

Zu entwerfen ist eine geschlossene, überdeckte, zweistöckige Passerelle. Die untere Ebene ist für Fussgängerverkehr zu rechnen. Die obere Ebene soll dem Transport von Waren mittels eines Transportbandes dienen. Das statische System besteht aus einem Zweifeldträger mit Spannweiten von 67.2 und 75.6m.

Zielsetzung

Im Rahmen der Thesis wird eine Variante in Form eines Fachwerkträgers für diese Passerelle erarbeitet, optimiert und auch einige konstruktive Details gelöst.

Umsetzung / Ergebnisse

Die Thesis gliedert sich in drei Phasen.

(1) In einer ersten Phase wird ein Vergleich zwischen zwei verschiedenen Trägersystemen, in Bezug auf Planung, Ausführung und Wirtschaftlichkeit, aufgestellt. Als Grundlage für diese Phase wird für zwei Systeme (Blechträger und Fachwerkträger) ein einfaches statisches System mit einer ähnlichen Spannweite gewählt. Die beiden Systeme werden statisch durchgerechnet und im Anschluss miteinander ver-

glichen. Danach werden die Grundregeln zur Berechnung und Konstruktion des Fachwerkes festgehalten. Sie dienen dem weiteren Vorgehen.

(2) Die aufgestellten Grundregeln können nun auf das eigentliche Fachwerk angewendet werden. Die Passerelle wird mittels Excel (als Alternative für die Handrechnungen) durchgerechnet und kontrolliert. Daraus kann nun eine Wahl für die Profile für die einzelnen Stäbe getroffen werden. Ausserdem werden einige Grundüberlegungen über den Bauablauf und die Logistik gemacht.

(3) Zum Schluss werden alle Nachweise geführt. Nachweis aller Stäbe auf Festigkeit und Stabilität für die Tragfähigkeit und die Verformung für die Gebrauchstauglichkeit. Die Berechnungen werden in dieser Phase mit Axis durchgeführt.

Das dient als Kontrolle der Handrechnungen (in diesem Fall mit Excel durchgeführt) aus der Vorberechnung und Dimensionierung.

Zum Schluss wird das Projekt zur Visualisierung mit Ingenieurplänen dargestellt. Die Bedingungen, die Berechnungen, das Vorgehen und ein Fazit werden dann in einem Technischen Bericht festgehalten.

Rechts oben: Statisches System Einfeldträger: Vergleich von Fachwerkträger und Blechträger Mitte: Seitenansicht des zu dimensionierenden Fachwerkträgers 1:1000 Links unten: Bild der ausgeführten Passerelle 41

Tragwerksplanung

Bemessung einer Stahlschneebrücke 42

Projekt: Bemessung einer Stahlschneebrücke Diplomand: Reza Ziaee Examinator / Experte: Prof. Dr. ès sciences Martin Schollmayer (Dipl. –Ing) / Philipp Heintzmann, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Kompetenzbereich Geotechnik und Naturereignisse

Ausgangslage

In alpinen Bergregionen kommen Stahlschneebrücken zum Einsatz, um das Abrutschen von Lawinen zu verhindern.

Diese Tragwerke werden sowohl mit den Schneelasten, als auch mit den Beanspruchungen aus Steinschlägen belastet.

Zielsetzung

Ziel der Arbeit ist die Bemessung einer Stahlschneebrücke.

Umsetzung / Ergebnisse

Zunächst werden die Lastfälle und dazugehörigen Gefährdungsbilder für den Grenzzustand der Tragsicherheit ermittelt und die Nachweise für diese Bemessungssituation geführt. Das Last-Verformungsverhalten des Tragwerkes für verschiedene Laststellungen wird für elastisches und plastisches Materialverhalten ermittelt und somit deren Verformungsarbeit beschrieben. Mit dem ermittelten Verformungsverhalten können Nachweise für die aussergewöhnliche Bemessungssituation «Steinschlag» geführt werden.

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Quellen: links oben: http://www.wsl.ch/medien/presse/jubilaeum_maerz/fototour/ index_DE rechts oben: http://www.zoonar.de/photo/stahlschneebrcken-wallmendingerhorn-allguer-alpen-vorarlberg-sterreich-europa_3878562.html links unten: 3D Model in CAD

Tragwerksplanung

Erdbebenbemessung: Anwendung der Kapazitätsbemessung an einem Skelettbau 44

Projekt: Erdbebenbemessung: Anwendung der Kapazitätsbemessung an einem Skelettbau Diplomand: Olivier Tanner Examinator / Experte: Prof. Dr. ès sciences Martin Schollmayer (Dipl. –Ing) / Hannes Römbell (MSc Bauingenieur)

Ausgangslage

Bei der Bemessung von Bauwerken gegen Erdbeben wird zwischen kraft- und verformungsbasierten Verfahren unterschieden.

Je nach Problemstellung eignen sich die verschiedenen Methoden besser oder schlechter. Verformungsbasierte Verfahren bilden die Realität im Allgemeinen genauer ab, da sie Plastifizierungseffekte berücksichtigen, sind aber aufwendig in der Anwendung.

Skelettbauten sind wegen der fehlenden horizontalen Aussteifungen anfällig auf Horizontallasten, also auch Erdbeben. Bei den Beben in Izmit und Düzce in 1999 war der im Bild oben rechts dargestellte Pancake-effekt für einen grossen Teil der rund 18'000 Opfer verantwortlich. Sie werden jedoch wegen der geringen Erstellungskosten und der grossen Flexibilität in der Nutzung, auch in der Schweiz, gerne verwendet.

Zielsetzung

Die Thesis hat drei Hauptziele: Erstens die Erarbeitung der Unterschiede zwischen den verschiedenen Bemessungsmethoden und somit das Aufzeigen der verschiedenen Vor-

und Nachteile.

In einem zweiten Schritt wird die Funktionsweise der Kapazitätsmethode betrachtet. Und in einem letzten Teil soll die Kapazitätsmethode mit dem Computerprogramm AxisVM angewendet werden.

Umsetzung / Ergebnisse

Um zu verstehen, was mit einem Gebäude unter Erdbebeneinwirkung passiert braucht man Kenntnis von folgenden Aspekten: Einwirkung(Beben) - Modellbildung - Tragwerksverhalten - Materialverhalten.

Dem Tragwerksverhalten wird durch Studium von Literatur, Normen und Exkursionsberichten in Erdbebengebiete Rechnung getragen.

Hauptaugenmerk gilt der Kapazitätsmethode. Zentraler Bestandteil dieser ist die Beschreibung der plastischen Verformung von Bauteilen.

Als praktische Anwendung. wird die Kapazitätsmethode mithilfe von AxisVM an einem Beispieltragwerk durchgeführt.

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oben links: Resultierende Verformung des Beispieltragwerks in der 1.

Eigenform, AxisVM13 Akademische Version oben rechts: Pancake-effekt bei Tragwerk mit schwachen Geschossen, Izmit- bzw. Düzce-Beben Türkei 1999, Schwarz J., Lang D. H., Raschke M., Die Erdbeben in der Türkei am 17.08.1999 und 12.11.1999 in der Türkei, Bautechnik, 77 (2000), S. 301 - S. 324 unten: c) Schwaches Stockwerk, Grundlage für Pancake-effekt, bildet sich i. d. R. als Erstes im EG d/e) Versagensmechanismen bei Mauerwerksausfachungen, unten: Kreuzriss, oben: Kurze Stütze durch Teilausfachung

Tragwerksplanung

Eishalle Langenthal mit Vierendeel-Tragsystem 46

Projekt: Eishalle Langenthal mit Vierendeel-Tragsystem Diplomand: Xavier Ladon Examinator / Experte: Martin Dietrich (dipl. Ing. ETH / SIA) / Rudolf Mätzener (dipl. Ing. ETH / SIA)

Ausgangslage

Die Stadt Langenthal will ein neues Eishockeystadion bauen. Die jetzige Halle wurde in den Sechzigerjahren erstellt und genügt den Anforderungen nicht mehr. Die Konstruktion ist sanierungsbedürftig und die auslaufenden Verträge werden nicht mehr erneuert. Diese Halle soll nun ersetzt werden.

Im Rahmen einer Vertiefungsarbeit der Architekturstudierenden der BFH-AHB Burgdorf wurde ein Entwurf für die Eishalle ausgearbeitet. Ihr Fassungsvermögen liegt bei 5000 Zuschauern. Gedeckt wird das Stadion durch ein geschlossenes Dach aus Fachwerkträgern mit einer Spannweite von über 60 m. Ein Aussenkranz aus parallel verlaufenden Vierendeelträgern umschliesst die Dachkonstruktion. Das Tragwerk wird im Rahmen dieser Bachelorthesis weiterbearbeitet.

Zielsetzung

Das Ziel dieser Arbeit ist den Entwurf der Architekturstudierenden auf seine Machbarkeit zu untersuchen. Dabei gilt es die statischen Schwerpunkte herauszufinden, um ausführbare Lösungen zu entwickeln. Zudem ist der Entwurf

zu optimieren, die Tragwerksanalyse mit verschiedenen Modellen zu erarbeiten und die Bemessung so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten. Ein besonderes Augenmerk wird auf das Vierendeel-Tragsystem gelegt. Ist dieses System in dieser Form machbar? Welche Bauwerksteildimensionen entstehen hier?

Umsetzung / Ergebnisse

Im ersten Drittel werden die Aufgaben studiert und die Grundlagen erarbeitet. Daraus resultieren Nutzungsvereinbarung und Projektbasis sowie alle Gefährdungsbilder. Im zweiten Drittel wird das Tragsystem statisch untersucht.

Mit einer Handrechnung werden die Schnittkräfte abgeschätzt. Mittels 2D-Modell im Statikprogramm kann die Handrechnung überprüft werden. Schliesslich entsteht ein 3D-Modell mit dem Gesamtsystem um das Tragverhalten mit den vorherigen Methoden vergleichen zu können. Im letzten Drittel werden die Bauwerksteile bemessen und die entsprechenden Nachweise geführt. Die Ergebnisse werden im technischen Bericht zusammengetragen und in Konstruktionsplänen dargestellt.

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Abb. 1: Tragwerkmodell mit Vierendeelträger aussen und Fachwerkträger innen

Abb. 2: Schnitt aus Architekturmodell nach Bauer, F.,Scherrer, P.: Projektarbeit, Berner Fachhochschule 2016

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Impressum Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau Abteilung Bachelor Bau Titelbild: Š AlpTransit Gotthard AG Gestaltung: Elisabeth Voss Redaktion: Elisabeth Voss Druck: Ediprim AG Ausgabe: Juni 2016

Berner Fachhochschule

Architektur, Holz und Bau Bachelor Bauingenieurwesen Pestalozzistr. 20 Postfach 1058 3401 Burgdorf Tel. +41 34 426 41 04 infobau.ahb@bfh.ch ahb.bfh.ch