Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2015

Abschlussarbeiten Abschlussarbeiten Bachelor Bachelor of of Science Science in in Bauingenieurwesen Bauingenieurwesen 2015 2015

‣ Architektur, Holz und Bau

Editorial

Der Bachelor of Science in Bauingenieurwesen ist ein Studiengang, der sich nicht nur durch seine hohe Praxisorientierung, sondern auch durch seine Vielschichtigkeit der Fachgebiete auszeichnet. Die Studierenden erhalten eine solide generalistische Ausbildung und können gleichzeitig selbst entscheiden, in welchem Bereich sie sich Expertenwissen angeignen möchten.

Als wissenschaftliche Abschlussarbeit bildet die Thesis ein entscheidendes Element im Studium. Sie erfordert neben der Anwendung von Fachwissen und wissenschaftlicher Methodik, eine strukturierte Arbeitsweise und hohe Eigenverantwortung – Kompetenzen, die auch in der anschliessenden Praxistätigkeit eine grosse Rolle spielen werden.

Um die Studierenden optimal auf den Einstieg ins Berufsleben als Bauingenieurin und Bauingenieur vorzubereiten, handelt es sich bei den hier vorge-

stellten Abschlussarbeiten um real durchgeführte bzw. an die Realität angelehnte Bauvorhaben.

Insgesamt wurden 25 Arbeiten in den Bereichen Wasserbau, Siedlungswasserbau, Verkehrsanlagen, Brückenbau, Grundbau, Tragwerksplanung und Holzbau verfasst. Begleitet wurden die anspruchsvollen Aufgabenstellungen von Fachdozierenden des Studiengangs sowie externen Experten aus der Baupraxis.

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

Prof. Dr. Markus Romani Abteilungsleiter Bachelor Bau

Inhalt 2 14 16 26 36 38 50

Wasserbau Siedlungswasserbau Verkehrsanlagen Br端ckenbau Grundbau Tragwerksplanung Holzbau

Wasserbau

Wasserwirbelkraftwerk Schöftland 2

Projekt: WWKW Schöftland: Ersatz Entlastungsschütz und Optimierungsmöglichkeiten Diplomand: Lukas Albert Ackle Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage Das bisher einzige Wasserwirbelkraftwerk der Schweiz liegt im aargauischen Schöftland an der Suhre, mittig zwischen Ausfluss aus dem Sempachersee in Oberkirch LU und der Mündung in die Aare bei Aarau AG. Ähnlich wie in einem Waschbecken mit gezogenem Ablaufpfropfen bildet sich bei diesem Kraftwerkstyp ein Wasserwirbel aus, dessen Energie für die Stromproduktion genutzt wird.

Die Hochwasser vom Mai (HQ30) beschädigten einige Nebenanlageteile schwer, darunter den Entlastungsschütz als zentrales Element des Hochwasserschutzes. Dieser war für solche Belastungen unterdimensioniert und versagte in der Folge in seiner Funktion.

Betrieb der Anlage zu vereinfachen respektive zu optimiren.

Umsetzung / Ergebnisse

Zielsetzung

Nach Analyse der Defizite der bestehenden Hochwasserentlastung wurden in einem Variantenstudium verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Entlastung im Falle eines Hochwassers gewährleistet werden kann. Der Auftraggeber entschied sich für einen Ersatz der bestehenden Konstruktion durch einen neuen Schütz, mit Wiederverwendung möglichst vieler bestehender Komponenten. Basierend auf dieser Variante wurde ein Ausführungsprojekt ausgearbeitet, mit Einholen von Offerten, Erstellen der Baupläne sowie der detaillierten Definition und Koordination des weiteren Vorgehens bis und mit Einbau.

Im Rahmen der Thesisarbeit soll ein Projekt in Ausführungsreife zum Ersatz des bestehenden Entlastungsschützes ausgearbeitet werden, damit dieser in Zukunft über alle Lagen seine Funktion erfüllt.

Zusätzlich sollen Möglichkeiten aufgezeigt werden, um den

Weiter werden in einem Massnahmenkatalog einfach umsetzbare technische Möglichkeiten aufgezeigt, welche den Betrieb der Anlage vereinfachen sowie deren Wirkungsgrad durch hydraulische Optimierung erhöhen.

3

Wasserbau

Hochwasserschutz und Revitalisierung Gsteigbach 4

Projekt: Hochwasserschutz und Revitalisierung Gsteigbach Diplomand: Simon Kobel Examinator / Expere: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage Der Gsteigbach entspringt im Bärenriedwald und fliesst anschliessend Richtung Norden in den Lyssbach. In den 1930er Jahren wurde er im Zusammenhang mit der Drainage des Gebiets kanalisiert und eingedolt. Im Quellgebiet ist der Bach noch natürlich, ab dem Weiler Gsteig wird er dann in einem Rohr bis in den Lyssbach geführt. Zwischen dem Weiler und der Einmündung quert der Bach die Bahnlinie Bern – Biel/Bienne und die Kantonsstrasse. In den vergangenen Jahren ist es vermehrt zu Überschwemmungen im Gebiet des Weilers gekommen. Im Jahr 2007 wurden die Liegenschaften besonders stark in Mitleidenschaft gezogen.

Zielsetzung Im Rahmen der Thesisarbeit soll der Hochwasserschutz und die Ökologie entlang des Gsteigbachs untersucht werden.

Auf Grundlage dessen wird ein Bauprojekt zur Verbesserung der Situation erarbeitet.

Umsetzung / Ergebnisse Die Untersuchung des Ist-Zustands hat ergeben, dass der bestehende Abflussquerschnitt die Wassermassen

bei einem Hochwasser nicht schadlos ableiten kann. Der Bach tritt oberhalb des Weilers über die Ufer oder das mitgeschwemmte Treibgut führt bei der Eindolung zu einer Verklausung.

Damit der Weiler in Zukunft vor Hochwassern sicher ist, wird der Gsteigbach freigelegt. Um den Schutz zu garantieren, wird der Abflussquerschnitt auf ein 100-jähriges Hochwasser ausgelegt. Da die Bachleitung heute abschnittsweise unterhalb bestehender Liegenschaften verläuft, muss eine neue Linienführung gefunden werden. Dabei wird das natürliche Gelände in die Projektierung miteinbezogen. Der Gsteigbach wird um den Weiler herumgeführt und in Richtung Westen geleitet. Dort befindet sich ein natürlicher Geländetiefpunkt, welcher sich ideal für die Querung der Bahnlinie eignet.

Nach der Querung der Bahn fliesst der Bach bis zur Einmündung in den Lyssbach in Richtung Norden weiter.

Um die Sohlenlage und die Böschungen zu sichern, wird grösstenteils auf ingenieurbiologische Massnahmen zurückgegriffen. Die Sohle wird mit Uferfaschinen oder Flechtzäunen geschützt, wo nötig wird die Böschung mit einer Krainerwand oder einer Blocksteinmauer vor Erosion geschützt.

5

Neue Linienf端hrung im Bereich des Weilers Gsteig

Querschnitt vor Bachdurchlass

Gestaltungsprofil des Gsteigbachs

Wasserbau

Revitalisierung und Hochwasserschutz Wohlen 6

Projekt: Revitalisierung und Hochwasserschutz Glasbach Wohlen bei Bern Diplomand: Urs Maurer Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage Der Glasbach fliesst durch die Gemeinde Wohlen bei Bern und ist auf einer langen Strecke in einem Rohr eingedolt oder mit einer Sohle aus Natursteinplatten kanalisiert. Diese Verbauungen sind Gründe für eine geringe Artenvielfalt der Flora und Fauna. Die Lebensräume sind für verschiedene Arten unattraktiv und deren Vernetzung fehlt. Um aus Sumpfland Landwirtschaftsflächen zu gewinnen, wurden 1890 und in den 1950er-Jahren Drainageleitungen gebaut, welche noch heute Wasser in den Glasbach einleiten. Nach Uettligen besteht ein Regenüberlauf. Bei Starkregen fliesst dort zu viel Schmutzwasser aus der Kanalisation in den Bachlauf.

Zielsetzung Ziel der Thesis ist, mit einer Vorstudie und einem Vorprojekt Lösungsmöglichkeiten für eine Offenlegung und Revitalisierung des Glasbaches aufzuzeigen und den Nachweis des Hochwasserschutzes zu erbringen. Für den Regenüberlauf bei Uettligen besteht heute die Idee einer Sanierungsmassnahme, welche den Bau einer neuen Kanalisations-

leitung mit höherer Kapazität und einem Regenbecken vorsieht. Ziel ist es eine alternative Lösung zu entwickeln.

Umsetzung / Ergebnisse Zuerst galt es die erforderlichen Grundlagen und den IstZustand zu ermitteln. Aufgrund der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden verschiedene Varianten erarbeitet, geprüft und bewertet. Aus allen Varianten ging hervor, dass es nicht sinnvoll ist, den Glasbach auf der ganzen Länge offenzulegen. Im Sommer wäre in einzelnen Abschnitten die Wassermenge zu gering und das Bachbett würde austrocknen.

Im Vorprojekt wurden die Formen der Gerinne den Hochwasserschutzzielen entsprechend dimensioniert und standortgemäss gestaltet dargestellt. Der ökologische Mehrwert ist dank der vorgeschlagenen naturnahen Gestaltung mit kürzeren Eindolungen und damit genügender Wassermenge, erreicht. Um der Problematik des Regenüberlaufs bei Uettligen entgegenzuwirken, ist der Einbau eines Rohrspeichers zu prüfen.

7

Wasserbau

Revitalisierung und Hochwasserschutz 8

Projekt: Dorfbach Ins, Renaturierung und Hochwasserschutz Diplomand: Sandro Probst Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage Der Dorfbach floss ursprünglich offen durch Ins und prägte das Dorfbild. Heute ist das Fliessgewässer komplett eingedolt und dient als Mischabwasserleitung. Durch Quartierausbauten entstehen Kapazitätsprobleme, was bei einem Regenereignis zur Überlastung der Kanalisation führt.

Zusätzlich fliesst das Oberflächenwasser entlang des alten Bachbetts durch das Dorf. Diese Gegebenheiten führten mehrere Male zu Überschwemmungen.

Zielsetzung Die Thesisarbeit besitzt drei Hauptaufgaben. Bei der ersten Aufgabe besteht das Ziel darin, den Bach grossräumig zu verlegen. Die Erarbeitung eines Variantenstudiums zeigt die Vor- und Nachteile der Linienführungen auf.

Das Ziel der zweiten Hauptaufgabe ist, den Dorfbach zu renaturieren und die Hochwassergefahr zu minimieren. Der Bach soll dabei in das Naturschutzgebiet „Inser Torfstich“ führen.

Bei der dritten Aufgabe bleibt die heutige Situation bestehen. Darum erarbeitet man Objektschutzmassnahmen

für Liegenschaften im Bereich des alten Bachbetts. Das primäre Ziel ist der Schutz gegen Hochwasser.

Umsetzung / Ergebnisse Die drei Aufgaben erarbeitet man unabhängig voneinander.

Das Erheben der Grundlagen und des Ist-Zustands gibt Auskunft über vorhandene Defizite und Gegebenheiten. Bei der ersten Aufgabe zeigt das Variantenstudium mögliche Linienführungen und Ausbauarten einer Bachumleitung auf. Daraus folgt eine Empfehlung der Bestvariante für die weitere Bearbeitung. Die Erarbeitung des Vorprojekts für die Hauptaufgabe 2 beinhaltet die Bachdimensionierung, eine Kostenschätzung und eine Abschätzung der Auswirkungen. Im Rahmen der dritten Aufgabe entsteht für stark gefährdete Gebäude ein Massnahmenkonzept zum Schutz gegen Hochwasser. Die Objektschutzmassnahmen gelten als Empfehlungen für die Eigentümer.

9

Normalprofil Bachumleitung

Hochwasserereignis 2007

Situationsplan Bachableitung

Wasserbau

Hochwasserschutz Lyssbachstollen 10

Projekt: Hochwasserschutz Lyssbachstollen Diplomand: Michael Ranisch Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage Seit Jahrzenten wurden in Lyss immer wieder Schäden durch Hochwasser des Lyssbaches verzeichnet. Der Lyssbachverband hat über Jahre hinweg Varianten studiert, um Lyss vor Hochwasser zu schützen. Kurz nach der Abstimmung im Jahr 2007, nachdem die Variante des Lyssbachstollens angenommen wurde, kam es zu zwei heftigen Überschwemmungen und es entstanden Schäden von rund 100 Millionen Schweizer Franken. Um das Schutzziel schnell zu erreichen, wurde dem Oberingenieurkreis III die Federführung übergeben, welcher ein TU Projekt mit der Möglichkeit eines Tunnelbohrmaschinen-Vortriebes (TBM) ausschrieb.

Der Lyssbachstollen wurde mit einer TBM ausgebrochen und ist seit November 2011 in Betrieb. Dem Diplomanden stehen die Ausschreibungsunterlagen zur Verfügung.

Zielsetzung Insbesondere bei Druck- und Freispiegelleitungen stellt sich für Unternehmer die Frage, ob bei einem Vortrieb mit einer Tunnelbohrmaschine (TBM) der Innenausbau während des Vortriebes mit Spritzbeton oder im Anschluss

dessen in Ortbeton oder Spritzbeton auszuführen ist. Hinzu kommt die Frage, ob ein Tübbing für Vortrieb und Hydraulik günstiger ist als eine Ortbetonsohle. Die Arbeit soll eine Entscheidungsgrundlage für Folge-Projekte schaffen.

Umsetzung / Ergebnisse Am Projekt Lyssbachstollen wird für eine 2.5 km lange Freispiegelleitung an drei Varianten theoretisch untersucht, welche die kürzeste Bauzeit und kostengünstigste Lösung bietet. Es wird ein Einblick in die Komplexität des TBM Vortriebes und die Erhebung der Grundlagendaten vermittelt.

Zu Beginn werden die Ausbruchsradien für die Hydraulik ermittelt. Darauf folgen die Leistungen, Bauzeit und Kosten der unterschiedlichen Verkleidungstypen. Mit diesen Resultaten und der Abschätzung der Risiken kann die Ermittlung der Bestvariante erfolgen.

11

Wasserbau

Hochwasserentlastung Schüss in den Bielersee 12

Projekt: Hochwasserentlastung Schüss in den Bielersee – Ein- und Auslaufbauwerk mit Entlastungsstollen Diplomand: Conrad Zingre Examinator / Experte: Prof. Peter Schmocker (dipl. Kulturing. ETH), Jörg Amport (dipl. Bauing. HTL / FH)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Für geschlossene Siedlungen ist ein Schutz bis zu einem hundertjährlichen Hochwasser (HQ100) erstrebenswert.

Gemäss dem Technischen Bericht zur Naturgefahrenkarte der Stadt Biel (K+Z 2005) ist die Abflusskapazität der Schüss im innerstädtischen Bereich zu klein, um ein HQ100 schadlos abzuleiten. Durch die Vergrösserung der Abflusskapazitäten im Oberlauf hat sich die Gefährdungslage für Überflutungen weiter flussabwärts in die Innenstadt von Biel verlagert.

Vor der Erarbeitung der Linienführung eines Entlastungsstollens wurden diverse Standorte in Bezug auf Einlauf und Auslauf evaluiert.

Ein Einlaufbauwerk kann aufgrund der Zugänglichkeit und der geschützten Zone Taubenlochschlucht nur in der Region Frinvillier erstellt werden. Die Idee zum Einlaufbauwerk ist, dass das System «Einlaufbauwerk» ohne Regulierungen (Steuerungen) auskommt. Bis zu einem Ereignis von 150 m3/s (EHQ) soll der maximale Abfluss in der Schüss auf 75 m3/s (Abflusskapazität in der Stadt Biel) beschränkt werden. Für Abflüsse grösser 75 m3/s ist das Delta ohne grösseren Rückstau in die Entlastung einzuleiten.

Beim Auslaufbauwerk gestaltet sich das Einleiten in den Bielersee schwieriger. Um zum Bielersee zu gelangen, müssen zuerst die bestehende Trasse der SBB und die geplante Autobahnverbindung N5 Richtung Neuenburg (Vingelztunnel) gequert werden.

Zwischen den gefundenen Standorten wurden verschiedene Linienführungen geprüft.

Zielsetzung Die Thesisarbeit soll aufzeigen, ob es möglich ist, die Schüss oberhalb der Taubenlochschlucht mittels eines Entlastungsstollens bei Hochwasser in den Bielersee abzuleiten. Dafür sollen geeignete Standorte für das Einlaufbauwerk und das Auslaufbauwerk in den Bielersee ermittelt werden. Weiter soll die Linienführung und der Durchmesser des Entlastungsstollens ermittelt werden.

13

Siedlungswasserbau

Entwässerungsplanung und Sanierung 14

Projekt: Entwässerungsplanung und Sanierungsprojekt der Volksschule Steigerhubel in 3008 Bern Diplomand: Christian Pfäffli Examinator / Experte: Hans Ulrich Gränicher (dipl. Ing. FH / SIA), Marc Sterchi (Sanitärplaner)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

In den Jahren 2016/17 soll die Umgebung der Schulanalge Steigerhubel attraktiver gestaltet werden. Koordiniert mit den geplanten gestalterischen Massnahmen, sollen die erforderlichen Erneuerungen der Entwässerungsanlagen realisiert werden. Die heutige Entwässerung wird in einem Mischsystem der Kanalisation zugeführt.

Die Zustandsanalyse hat ergeben, dass die Zementleitungen aus den 60er Jahren in einem sehr schlechten Zustand sind.

Wurzeleinwüchse, ausgebrochene Muffen, Radialrisse und weitere Schäden sind in den Leitungen konstant anzutreffen. Eine Innensanierung mittels Schlauchrelining und Robotertechnik ist zwingend notwendig.

Das anfallende Regenabwasser der Dachflächen und der asphaltierten Plätze ist vom Mischsystem abzutrennen, da die örtlichen Verhältnisse dies zulassen. So wird das anfallende Regenabwasser der Dachfläche der dreifach-Turnhalle (865 m2) in eine unterirdische Versickerungsanlage geleitet.

Ebenso werden die Dachflächen zweier Schulpavillons (882 m2) durch eine dezentrale Versickerungsanlage vom Mischsystem abgetrennt. Das anfallende Platzwasser (1230 m2) wird durch Punktentwässerungen einem Schlammsammler und schlussendlich einer Versickerungsmulde zugeführt.

Dieser Versickerung werden über eine Oberbodenpassage zwei weitere Schulpavillons angehängt. Die Mischwasserkanalisation wird dadurch stark entlastet.

Zielsetzung Das anfallende Abwasser soll störungsfrei abgeleitet werden und die Ableitung wieder den gesetzlichen Vorgaben entsprechen. Die ökologischen Aspekte sind dabei optimal zu berücksichtigen.

So sind die vorhandenen Grundlagen (TV-Protokolle und Leitungskataster) aufzuarbeiten und zu analysieren, das heutige Entwässerungskonzept zu überprüfen und zu beurteilen. Des Weiteren ist eine hydraulische Überprüfung der bestehenden Sammelleitungen durchzuführen. Das künftige Entwässerungskonzept ist zu bestimmen, eine Kostenschätzung zu erstellen und Projektpläne für die Bestvariante auszuarbeiten.

15

Verkehrsanlagen

Strassenheizung – Der Weg in die Zukunft 16

Projekt: Strassenheizung – Der Weg in die Zukunft Diplomand: Nathanael Beyli Examinator / Experte: Hans Ulrich Gränicher (dipl. Ing. FH / SIA), Marc Sterchi (Sanitärplaner)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Nach Erarbeitung und Prüfung möglicher Sanierungsmassnahmen an einem Unfallschwerpunkt resultierten nebst kostengünstigen Sofortmassnahmen auch Massnahmen zur Korrektur der Linienführung und des Quergefälles.

Zudem liegt ein weiterer Lösungsansatz in der Einrichtung eines stationären Winterdienstes.

Geologische Grundlagedaten müssen erarbeitet, interpretiert sowie umfangreiche Wetterdatensätze verarbeitet und Rechenmodelle, welche die Situation in der Praxis möglichst exakt umschreiben, erstellt werden.

Die interdisziplinären Komponenten müssen auf ein Ziel hin koordiniert werden. Dabei ist für den erfolgreichen Abschluss der Arbeit die Unterstützung erfahrener Experten der Energietechnik unerlässlich. Die Fläche der Kurve im Emmental kann ca. 330 000 kWh/a generieren. Dies ist die äquivalente Energiemenge von 32 700 Litern Heizöl. Diese Energiemenge erlaubt gemäss einem Praxisbeispiel (Sportzentrum Lenk) nebst dem Erwärmen zweier Schwimmbäder (Wassertemperatur zwischen 20 und 30 °C), die Warmwasseraufbereitung für die Duschen sowie die Unterstützung der Heizung des Sportzentrums.

Die Studie hat den Nachweis der Machbarkeit erbracht.

Zielsetzung Der untersuchte Unfallschwerpunkt dient als ortsbezogenes Praxisbeispiel, um im Rahmen der Thesisarbeit die unkonventionelle, innovative Idee der nachhaltigen Strassenheizung als stationären Winterdienst zu erforschen. Dabei gilt es, eine Anlage zu entwerfen, welche eine positive Energiebilanz aufweist. Die Anlage soll in den Sommermonaten mehr Energie durch Absorption von Sonnenstrahlen generieren als sie in den Wintermonaten zum Beheizen der Strasse benötigt.

17

Verkehrsanlagen

Belp, Betriebs- und Gestaltungskonzept 18

Projekt: Umgestaltung der Ortsdurchfahrt und des Dorfkerns von Belp mit Einbezug von Verbindungsstrassen Diplomand: Janick Büschlen Examinatorin / Experte: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH), Marc Laube (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Die Gemeinde Belp ist ein Ort mit hoher Lebensqualität und gleichzeitig geprägt von starkem Durchfahrtsverkehr.

Als gemeinsames Ziel verfolgt die Gemeinde mit der Unterstützung des Kantons, die positiven Eigenschaften zu erhalten und durch Massnahmen zu verstärken. Durch die Annahme der Gemeindeinitiative „Für einen Rahmenkredit zur Einführung von verkehrsberuhigenden Massnahmen in Wohngebieten“ zeigt die Bevölkerung von Belp Interesse, die Verkehrssituation zu beruhigen. In einem Grossteil der Wohnquartiere wurden bereits Tempo-30-Zonen realisiert.

Durch dieses Umdenken kam die Idee auf, auch den Verkehr im stark belasteten Dorfkern und auf Verbindungsstrassen (z.B. Hohlestrasse) zu beruhigen.

Zielsetzung Die Thesis befasst sich mit der Umgestaltung des Strassenraumes im Dorfkern und Massnahmen zur Verkehrsberuhigung auf der Hohlestrasse. Dazu soll die Problematik im Dorfkern analysiert werden, um den Handlungsbedarf festzulegen und mögliche Massnahmen zur Verkehrsberuhigung

zu prüfen. Anhand von Zielvorgaben werden verschiedene Betriebskonzepte vorgeschlagen. Als Ergebnis wird eine Variante mit baulichen und gestalterischen Massnahmen zur Verbesserung der Situation ausgearbeitet.

Umsetzung / Ergebnisse Um die Koexistenz zwischen Langsamverkehr und motorisiertem Verkehr zu fördern, wird im Dorfkern eine flächendeckende Tempo-30-Zone eingeführt. Durch die Anordnung eines Mehrzweckstreifens wird in Kerngebieten flächiges Queren der Strasse ermöglicht. Zusätzlich lässt sich der Zugang zum angrenzenden Schlosspark verbessern, und so die Aufenthaltsqualität im Ortszentrum steigern.

Die Hohlestrasse wird mit farblichen Flächen versehen, um eine Verzahnung der Fahrbahn mit den Grundstückszufahrten zu erreichen. Durch die neue Raumwirkung wird der Verkehr auf diesem Abschnitt verlangsamt, obschon die Geschwindigkeitsbeschränkung bei 50 km/h beibehalten wird.

19

Ausschnitt Betriebs- und Gestaltungskonzept

Ist-Zustand Bahnhofstrasse

Visualisierung Bahnhofstrasse, Zoneneingang mit Mehrzweckstreifen

Verkehrsanlagen

Grossräumige Verkehrsberuhigung mit Begegnungszone 20

Projekt: Belp, Grossräumige Verkehrsberuhigung mit Begegnungszone im Ortskern Diplomandin: Doris Däpp Examinatorin / Experte: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH), Marc Laube (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Belp bildet mit seiner exklusiven Lage das Zentrum zwischen dem Dreieck Bern, Gürbetal und Berner Oberland.

Der schöne ländliche aber zugleich stadtnahe Standort bewirkte, dass die Einwohnerzahl in den letzten Jahren stark anstieg. Diese positiven Aspekte bringen aber stets auch Verkehr mit sich. So werden Belp’s Strassen dominiert von hohem Durchfahrtsverkehr und starken Morgen- und Abendspitzen. Damit Belp auch in Strassennähe wieder erhöhte Lebensqualität bietet, entschieden sich die Belper in einer Initiative für verkehrsberuhigende Massnahmen. Die Wohnquartiere wurden seither zu einem Grossteil beruhigt, ausstehend ist der Ortskern.

Zielsetzung Die Umsetzung von verkehrsberuhigenden Massnahmen im Ortskern ist zu prüfen. Das Konzept soll sowohl übergeordnet die Strassenfunktion und die verkehrlichen Bedürfnisse befriedigen, als auch die teilweise divergierenden Nutzungen, insbesondere im historischen Ortskern berücksichtigen. Möglichkeiten und Grenzen von Tempo 20 sind aufzuzeigen.

Umsetzung / Ergebnisse Aufbauend auf einer umfassenden Analyse der Situation, der Formulierung konkreter Ziele und der Bestimmung des Handlungsbedarfs wurden Lösungsvarianten erarbeitet, ihre Auswirkungen beschrieben und bewertet. Als optimales Betriebskonzept ergab sich eine Lösung mit einer Begegnungszone im Kernbereich und Tempo-30-Zonen auf den meisten übrigen Strassen. Die vorhandenen Anlagen und Materialien wurden aufgegriffen und integriert. Die geschützte Schlossmauer wird heruntergesetzt, so dass über die ganze Länge die Sicht in den Schlosspark resp. auf das Schloss möglich wird. Die wichtige Verbindung zwischen Schlosspark und Dorfplatz wird gestärkt. Dieser Abschnitt soll neu nur noch dem Langsamverkehr vorbehalten sein.

Im Strassenabschnitt zwischen Schulhaus und Bahnhof wird die Fahrbahnbreite auf sechs Meter reduziert. Die bestehenden Baumreihen wurden zu einer Allee ergänzt, sichere Gehwege und Querungen vervollständigen das Konzept.

21

oben links: Gestaltungsplan Zentrumsbereich oben rechts: Beispiel der Analyseergebnisse der Bahnhofstrasse unten links: Visualisierung Bahnhofstrasse, Blickrichtung Bahnhof unten rechts: Projektmotto

Verkehrsanlagen

Sicherheitstrassierung von Strassenverkehrsanlagen 22

Projekt: Grundlagen zur Sicherheitstrassierung von Strassenverkehrsanlagen Diplomandin: Patrizia Ringgenberg Examinatorin / Experte: Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH), Dr. Franziska Baumgartner (Dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Strassen ausserhalb besiedelter Gebiete werden nach fahrdynamischen Grundsätzen trassiert. Die Geschwindigkeit spielt demzufolge bei der Trassierung eine wichtige Rolle.

Das Geschwindigkeitsdiagramm, welches den Verlauf der Projektierungsgeschwindigkeit VP grafisch darstellt, dient zur Überprüfung der Homogenität der Linienführung. Mit diesem Hilfsmittel können gefährliche Geschwindigkeitsdifferenzen bzw. Geschwindigkeitsübergänge erkannt und vermieden werden. Die in den letzten Jahrzehnten erfolgten Gesetzesänderungen sowie der stete technische Fortschritt stellen jedoch die Aktualität und die Bedeutung der Grundlagen und Randbedingungen für das Geschwindigkeitsmodell zunehmend in Frage.

In einem ersten Schritt wurden die Grundlagen und die Randbedingungen, auf denen das Geschwindigkeitsmodell bzw. das Geschwindigkeitsdiagramm basiert, zusammengestellt. Anhand einer Literaturanalyse und durch praktische Anwendung verschiedener Modelle (Schweiz und international) an einem Streckenzug erfolgte die Überprüfung hinsichtlich Aktualität und Bedeutung.

Die Analyse hat ergeben, dass einzelne Faktoren nicht mehr den heutigen Gegebenheiten entsprechen und dass bestimmte Funktionszusammenhänge differenzierter zu betrachten sind. Die Erkenntnisse sowie neue relevante Grössen sind in einem Katalog zusammengefasst.

Zielsetzung Die Thesis soll aufzeigen, ob das Geschwindigkeitsdiagramm noch den heutigen Anforderungen entspricht. Mit dem Ziel, allfälligen Anpassungs- bzw. Forschungsbedarf darzulegen, sollen die verschiedenen Einflussfaktoren auf deren Aktualität und Bedeutung überprüft werden.

23

Beispiel Fall Nr. 6: SN 640 080b – zu vermeidende Kombination der Trassierungselemente

Konstruktion eines Geschwindigkeitsdiagramms am Beispiel einer bestehenden LinienfĂźhrung (Vergleich schweizerisches und italienisches Verfahren)

Verkehrsanlagen

Skateboarding – Impact on Road Design and Policy 24

Project: Skateboarding in Road Traffic – Impact on Road Design and Policy Graduand: Sara Andrea Ruchti Experts: Prof. Dr. Marion Sinclair (Stellenbosch University), Prof. Marion Doerfel (Dipl.-Ing. TH)

Initial thoughts

Process / Results

In South Africa, especially in Stellenbosch, skateboarding has until recently been an uncommon form of transport. In the last year this has changed and skateboards are increasingly popular. Because it is still a fairly new phenomenon, there is not a lot of experience regarding how to handle these road users in traffic and which opportunities and risks they represent. Currently, the use of a skateboard in Stellenbosch is actually illegal. Nevertheless skateboarders are often seen. Until now they have not been considered in road design or even in any traffic counts. The municipality of Stellenbosch wants to formalize the dealing with them.

To fully understand the subject, different kinds of research approaches have been necessary. The acquired knowledge is based on surveys with skateboarders and other road users, on traffic observations and on interviews with transportation officials. Comparisons between the situation in South Africa and other countries like the United States of America and Switzerland have also been made. The results of the research indicate that the majority of road users in Stellenbosch feel uncomfortable with that high number of skateboarders. To relieve them and to improve the security of the skateboarders, they have to be separated from the motorized traffic but without conflicting with the pedestrians as well. Different possibilities have been analyzed to find problem-solving approaches. In the end a combination between improved regulations and more space for the skateboarders will be necessary to make the roads safer.

Goal The target of this thesis is to clarify if coexistence between skateboarders and other road users is possible. Further it will show where the threats for the skateboarders lie and how the safety for them and as well for the other road users can be improved through road design.

25

Brückenbau

Bogenbrücke Aarau 26

Projekt: Bogenbrücke Aarau Diplomand: Rafael Berger Examinator/ Experten: Prof. Beat Noser (dipl. Ing. FH), Prof. Dr. sc. Stephan Fricker (Dipl.-Ing.), Walter Wiedmer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Die in die Jahre gekommene Kettenbrücke ist dem heutigen Verkehrsaufkommen nicht mehr gewachsen. Gebaut in den Jahren 1948 / 1949 wurde die Brücke zum damaligen Stand der Technik als Gerberträger. Die Gerbergelenke und weitere Teile der Brücke weisen trotz mehrmaligen Instandsetzungsarbeiten erhebliche Schäden und Mängel auf. Aus diesem Grund ist der gesamte Brückenoberbau zu ersetzen und gleichzeitig die unbefriedigende Uferweggestaltung anzupassen. Die Bauherrschaft wünscht sich eine enge Verbindung von konstruktivem und architektonischem Entwurf und ist dadurch bereit, höhere Baukosten in Kauf zu nehmen.

Die Arbeit gliedert sich in drei Projektierungsphasen.

(1) Im Variantenstudium werden verschiedene Brückentypen auf ihre Machbarkeit und ihren Ausdruck untersucht.

Als Rahmenbedingungen für diese Phase gelten die Anbindung der Umgebung, die Führung der Werkleitungen sowie die Gestaltung des Bauwerks.

(2) Für die Bestvariante aus der Phase des Variantenstudiums wird ein Bauprojekt erarbeitet. Der Schwerpunkt dieser Phase liegt in der Tragstruktur sowie den Abmessungen der Bauteile. Die Art der Umsetzung wird im Bauablauf dargestellt.

(3) In der letzten Phase wird die Ausführungsstatik für den Brückenoberbau erstellt und die verschiedenen Grenzzustände nachgewiesen. Für die Quer- und Längsträger werden Ausführungspläne erstellt.

Zielsetzung Im Rahmen der Thesis ist ein Projekt für den Neubau der Kettenbrücke zu erarbeiten. Es soll ein Variantenstudium und Bauprojekt des gesamten Brückenoberbaus und ein Ausführungsprojekt von Teilen des Bauwerks erarbeitet werden.

27

2.77 Auflagepunkt für Längsträger

Auflagepunkt für Längsträger

Fatzer AG Vollverschlossenes Spiralseil (VVS) Ø 45mm

2.0 %

2.5 %

2.5 %

1.19

Vorfabriziertes Plattenelement z.B. System KANDEC

205

3.48 3.71

16

30 62

16

80

62

23

225

80 20

76

40

36

12 55

2.0 %

Vorfabriziertes Plattenelement z.B. System KANDEC

36

Vorfabriziertes Plattenelement z.B. System KANDEC

5

1.385

85

2.77

Spannglied 2x Typ CONA 31-06

Spannglied 2x Typ CONA 31-06 9.38 18.455

16

30 62

16

3.48 3.71

23 205

1.385

85

585

1.19

15

Fatzer AG Vollverschlossenes Spiralseil (VVS) Ø 45mm

Brückenbau

Neubau Brücke Ried St. Stephan 28

Projekt: Neubau Brücke Ried St. Stephan Diplomand: Florian Bowee Examinator/ Experte: Martin Dietrich (dipl. Ing. ETH / SIA), Rudolf Mätzener (dipl. Ing. ETH / SIA)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Die Einwohnergemeinde St. Stephan beabsichtigt die bestehende 100-jährige Fachwerkbrücke, welche das Gebiet „Ried“ über die Simme erschliesst, zu ersetzen.

Durch das Ingenieurbüro Steiger Ingenieure & Planer AG, Lenk, wurde im Auftrag der Gemeinde eine Variantenstudie für eine neue Erschliessung erarbeitet. Die Gemeindebehörde hat sich für eine Linienführung mit einer neuen Brücke ca. 20 m nördlich der Bestehenden entschieden. Die Wahl des Brückentyps ist noch offen. Diese Wahl und das Vorprojekt der Bestvariante sind die Hauptbestandteile der Thesis-Arbeit.

Während dem Variantenstudium stehen der Entwurf und eine Vordimensionierung mittels Handrechnung im Vordergrund. In einem ersten Durchgang werden sechs Varianten entwickelt, von denen drei weiterverfolgt werden. Anhand weiterer Tragwerksoptimierungen, der Bewertungskriterien und Visualisierungen fällt die Variantenwahl auf eine Bogenbrücke mit zwei seitlichen Stahlbögen und einer Stahl-Beton-Verbund Fahrbahn.

Ein grosser Vorteil dieser Variante liegt im Bauvorgang. Die Bögen werden mit Zugband und Hänger vorgefertigt, vom Ufer aus in ihre Position gehoben. Die Fahrbahn kann anschliessend ohne Zwischenabstützungen betoniert werden.

Das Statik-Modell der Bogenbrücke wird mit der Software AxisVM erstellt. Als Plausibilitätskontrolle wird ein CUBUSStabmodell benutzt.

Die Hauptschwierigkeit des Tragwerksentwurfs liegt in der Abstimmung der Steifigkeiten von Fahrbahn und Bogen.

Hier wird ein System mit weicher Fahrbahn und steifem Bogen verfolgt. Die vorliegende Brücke überzeugt mit ihrem Tragwerksentwurf und ihrem eleganten Erscheinungsbild.

Zielsetzung Für die neue Brücke ist ein Variantenstudium durchzuführen. Die Bestvariante, welche mit dem Dozenten und Experten ausgewählt wird, ist auf Stufe Vorprojekt weiterzubearbeiten. Für die gewählte Variante sind statische Berechnungen durchzuführen, der Tragwerksentwurf zu verfeinern und konstruktive Details zu lösen.

oben: Modellfoto Gesamtansicht unten links: Querschnitt in Br체ckenmitte unten rechts: Modellfoto Ansicht Fussg채ngersteg

29

20

Querschnitt Kasten 500x400x18, S355 H채nger RND 60, S355

10.10 50

35

6.90 Fahrbahn

35

50

22

35 30

1.50 Gehweg

Ortsbetonplatte D=30 cm, C30/37 Holz- oder Betonbelag

Quertr채ger HEB 300, S355, Verbund

Schwerter T150x15/30, S355

Zugband HEA 450, S355

1.75

8.10 10.10

25

4.42

4.00

3.35

Aufbeton, nicht tragend

Brückenbau

Voutenträgerbrücke Aarau 30

Projekt: Voutenträgerbrücke Aarau Diplomand: Fabian Frieden Examinator/ Experten: Prof. Beat Noser (dipl. Ing. FH), Prof. Dr. sc. Stephan Fricker (Dipl.-Ing.), Walter Wiedmer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Die bestehende Aarebrücke in Aarau weist erhebliche Mängel auf und entspricht nicht mehr den heutigen Anforderungen. Die eigentlichen Schwachpunkte der bestehenden Brücke sind die beiden Gerbergelenke. Die vorhandenen Pfeiler befinden sich jedoch in einem annehmbaren Zustand. Aus den genannten Gründen sollen nur der Brückenoberbau und die Wiederlager komplett ersetzt werden.

Zielsetzung Im Rahmen der Thesis ist ein Projekt für den Neubau der Kettenbrücke in Aarau zu entwerfen. In der ersten Phase ist ein Konzept der Brücke zu erstellen. Für die Bestvariante aus der ersten Phase ist ein Bauprojekt und ein Ausführungsprojekt zu erarbeiten.

Umsetzung / Ergebnisse Die Thesisarbeit gliedert sich in drei Phasen.

(1) In der ersten Phase werden verschiedene Varianten entworfen und miteinander mit einigen Bewertungskriterien verglichen. Für die aus der Beurteilung hervorgehende Bestvariante, wird ein möglicher Querschnitt, Lagerbedin-

gungen und weitere Details erarbeitet.

(2) In der Bauprojektphase werden die wichtigsten Bauteilabmessungen mithilfe von Handrechnungen bestimmt und kontrolliert. Zudem ist das statische Konzept und ein möglicher Bauablauf ersichtlich.

(3) In der Phase Ausführungsprojekt werden beim Oberbau der Brücke alle nötigen Nachweise für die Tragsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit geführt. Auf Grundlage der Ausführungsstatik wird noch ein Kabelplan erstellt.

31

Brückenbau

Rahmenbrücke mit schrägen Stielen 32

Projekt: Aarebrücke Aarau – Rahmenbrücke mit schrägen Stielen Diplomand: Michael Grossen Examinator/ Experten: Prof. Beat Noser (dipl. Ing. FH), Prof. Dr. sc. Stephan Fricker (Dipl.-Ing.), Walter Wiedmer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Diese Thesis basiert auf den Wettbewerbsgrundlagen des im Jahr 2009 durchgeführten zweistufigen Wettbewerbs für den Ersatz der Aarebrücke in Aarau. Zu entwickeln ist ein Entwurf für den Ersatz des Oberbaus der Aarebrücke.

Zielsetzung Im Rahmen der Thesis wird eine Variante zum Ersatz des Oberbaus mit den dazugehörigen konstruktiven Details entworfen.

Umsetzung / Ergebnisse In der ersten Phase wird ein Variantenstudium zu verschiedenen Brückentypen geführt und eine Bestvariante gewählt, welche architektonisch überzeugt. Die Abmessungen werden auf Stufe Vorprojekt abgeschätzt und in einem Übersichtsplan festgehalten.

In Phase zwei liegt der Schwerpunkt auf den Berechnungen zur Dimensionierung der Hauptabmessungen. Der Oberbau erfährt während diesen Arbeiten fortlaufend geringfügige Änderungen um das architektonisch ansprechende Detail der schrägen Flusspfeiler und das bestmögliche statische

Verhalten zu erreichen. Die gewonnen Ergebnisse und erarbeiteten Detaillösungen werden im Übersichtsplan ergänzt.

Während der dritten Phase wird als Hauptpunkt die Ausführungsstatik des Knotenbereiches Oberbau – Flusspfeiler und ein Vorspannkonzept mit zugehörigem Spannplan erarbeitet. Die Schnittkräfte für die Statik werden mittels Computerprogramm ermittelt und durch Handrechnungen geprüft. Die Dimensionierungen zur Ausführungsstatik werden durch Handrechnungen aufgrund der Schnittkräfte der Computerstatik geführt. Die Resultate werden in einem Schalungs- und Bewehrungsplan festgehalten.

Der Optimierung des Oberbaus in Bezug auf die Eigenheit der nach innen laufenden Stützen wird mit rechnerischem Mehraufwand Rechnung getragen.

33

Brückenbau

Fuss- und Radwegbrücke 34

Projekt: Machbarkeitsstudie Aaresteg, 4663 Aarburg Diplomand: Mike Rimann Examinator/ Experte: Martin Dietrich (dipl. Ing. ETH / SIA), Rudolf Mätzener (dipl. Ing. ETH / SIA)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Es gilt die Machbarkeit eines Fussgängerstegs über die Aare in Aarburg zu prüfen. Der Fussgängersteg soll die Verbindung zwischen Aarburg Nord und dem Ruttigerweg sicherstellen. Mit dieser neuen Anbindung wird der Langsamverkehr aus Aarburg Richtung Olten und umgekehrt verkehrssicherer und direkter erschlossen. Zudem entsteht ein Anschluss vom Siedlungs- zum Naherholungsgebiet und den dazugehörigen Wanderrouten. Auch das abgelegene Altersheim Ruttiger kann mit dieser neuen Brückenverbindung besser mit dem Siedlungsgebiet erschlossen werden.

Zielsetzung

Als Ausgangslage dient der technische Bericht der Projektarbeit, welcher im Herbstsemester 2014 / 15 erstellt wurde.

Von den möglichen Brückenvarianten wurde die Hängeseilkonstruktion zur Thesisbearbeitung ausgewählt.

Als Brückenstandort wird Prio 2 definiert, da dieser Standort gegenüber Prio 1 kleine Vorteile aufweist. Nun gilt es die Machbarkeit der definierten Brückenkonstruktion am Standort Prio 2 zu belegen. Die Brückenlänge beträgt ca.

110 m, wobei die maximale Spannweite ca. 90 m beträgt.

Die Brückenbreite wurde im Verlauf der Arbeit von 1.5 m auf 3.0 m erhöht, um den Ansprüchen der Radfahrer gerecht zu werden.

Die Schwerpunkte der Thesisarbeit liegen auf der statischen Vordimensionierung, Konstruktion und der Materialisierung. Um jedoch eine Aussage über die Machbarkeit zu machen, gilt es auch eine grobe Kostenschätzung zu erstellen, wie auch den Bauablauf und die Bauzeit zu betrachten.

Zur Projektdarstellung werden eine Visualisierung und ein Übersichtsplan erstellt. Die Ergebnisse, Randbedingungen und das Fazit werden in einem technischen Bericht inkl.

Nutzungsvereinbarung festgehalten.

35

Grundbau

Erarbeitung von Bemessungsvorschlägen für ROR-Mikropfähle 36

Projekt: Erarbeitung von Bemessungsvorschlägen für ROR-Mikropfähle Diplomand: Silvan Wampfler Examinator/ Expertin: Prof. Martin Stolz (dipl. Ing. ETH), Dr. sc. techn. Sara Montani (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Bei der Bemessung von ROR-Mikropfählen werden zurzeit diverse Probleme stark vereinfacht. Abminderungen der Festigkeit durch Längsverbindungen und Querschnittsschwächungen werden oft nicht berücksichtigt. Wenn überhaupt wird die Festigkeit der Mikropfähle pauschal und ohne Berechnung um einige Prozent abgemindert. Dies kann zu Überdimensionierungen oder zur Wahl von unwirtschaftlichen Systemen führen.

Zielsetzung Ziel der Arbeit ist es, Vorschläge zur Abminderung der Festigkeit der ROR-Mikropfähle von Küchler Technik zu errechnen, um die effektive Tragfähigkeit der Querschnitte herauszufinden.

Durch gezielte Festigkeitsversuche der Verbindungsstelle wird der Einfluss der Querschnittsverkleinerung durch das Gewinde sowie die Kraftübertragung der Verbindungen untersucht. Ein weiteres Ziel ist es, die Verbindung zu optimieren, sodass eine möglichst kleine Schwächung der Druck- beziehungsweise Zugfestigkeit erreicht wird. Die Überdimensionierung des Pfahls kann auf diese Weise

minimiert werden, was das System wirtschaftlicher machen wird. Durch weitere Zugversuche der Pfähle im Injektionsgut wird der Einfluss der Gewinderippen auf die Mantelreibung untersucht.

Umsetzung / Ergebnisse Im Rahmen der Prüfversuche soll untersucht werden, inwiefern sich die verschiedenen Längsverbindungen auf die Festigkeit des Mikropfahls auswirken. Der Pfahl wird dabei ohne Zementumhüllung untersucht. Zu untersuchen sind folgende Längsverbindungen: • Verbindung mit Innen- und Aussengewinde (Male/Female) • Verbindung mit Aussen- und Aussengewinde (Male/Male) mit einer Muffe • Verbindung mit Innen- und Innengewinde (Female/Female) und einem Verbindungsstück mit Aussengewinde In weiteren Zugversuchen wurde der Verbund zwischen Injektionsgut und Pfahl getestet. Dazu wurden sowohl glatte sowie gerippte Rohre geprüft. Als Injektionsgut wurde dazu der Kümix-Mörtel verwendet.

37

Versuchsanordnung Zugversuche Längsverbindung

Längsverbingung Female/Male

Versuchskörper mit Muffe

Male/Male mit Muffe

Female/Female mit Nippel

Tragwerksplanung

Neubau des Kinder- und Jugendheims Laufen 38

Projekt: Neubau des Kinder- und Jugendheims Laufen Diplomand: Ramazan Aram Examinator/ Experte: Prof. Beat Noser (dipl. Ing. FH), Walter Wiedmer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage An der Weststrasse 19 in Laufen wird zur Erweiterung des Kinder- und Jugendheims ein Neubau erstellt. Die Grundfläche des Bauwerks beträgt etwa 600 m2 und weist eine rechteckige Grundrissform auf. Das Gebäude besteht aus Untergeschoss (UG), Erdgeschoss (EG), Obergeschoss (OG) und Attikageschoss (AttG), die jeweils Höhen von etwa 3 m aufweisen. Der Grundriss ist in Längsrichtung in drei gleich grosse Flächen geteilt. Das UG befindet sich nur im mittleren Bereich. Deshalb weist das EG einen seitlichen Vorsprung auf.

Zielsetzung Im Rahmen der Thesis wird in der ersten Phase die Tragstruktur des Gebäudes vordimensioniert, die eine spätere Umnutzung ermöglichen kann. Zudem wird ein Konzept gegen Erdbebengefahr vorgeschlagen und das Bauwerk fundiert. In der zweiten Phase wird die Erdbebenbemessung durchgeführt. Die dazugehörigen Pläne werden in Skizzenform dargestellt. Zum Abschluss wird ein ausgewählter Bauteil bemessen und die Schalungs- und Bewehrungspläne erstellt.

Umsetzung / Ergebnisse In der ersten Phase werden verschiedene Varianten mit und ohne Dilatationen studiert. In der gewählten Variante werden die aussteifenden Wände definiert. Dabei ist zu beachten, dass nur wenige Wände auf der ganzen Gebäudehöhe durchlaufend sind. Anschliessend wird das Gebäude nach dem geologischen Gutachten vordimensioniert. Kritische Bereiche werden verstärkt.

In der zweiten Phase werden die Erdbebenwände von Hand und mit FEM-Programmen bemessen. Nicht durchlaufende Betonwände bei der Decke unter dem Attikageschoss und bei der vorspringenden Bodenplatte verursachen zusätzliche Beanspruchungen. Dies wird bei der Ausführungsstatik berücksichtigt und konstruktiv gelöst.

In der letzten Phase werden den zwei von Erdbeben am meisten beanspruchten Bauteilen (Decke unter Attikageschoss und vorspringende Bodenplatte unter EG) Aufmerksamkeit geschenkt. Beide Bauteile werden im Detail bemessen und deren Schalungs- und Bewehrungspläne erstellt.

39

Tragwerksplanung

Tragwerksentwurf und Bemessung Mehrfamilienhaus 40

Projekt: Neubau Mehrfamilienhaus Gehrenstrasse in Freienbach Diplomand: Rubin Dubler Examinator/ Experte: Martin Dietrich (dipl. Ing. ETH / SIA), Rudolf Mätzener (dipl. Ing. ETH / SIA)

Ausgangslage

Umsetzung / Ergebnisse

Im Rahmen einer Ausnutzungsoptimierung (verdichtetes Bauen) will die Bauherrschaft ein bestehendes Einfamilienhaus (EFH) an der Gehrenstrasse in Freienbach rückbauen und auf der Parzelle ein Mehrfamilienhaus (MFH) mit zwei bzw. drei Wohneinheiten errichten. Die Projektpläne wurden im Vorfeld gemeinsam mit einem Architekten entwickelt und eine Bestvariante wurde gewählt.

Zu Beginn werden in einem Gespräch mit der Bauherrschaft und dem Architekten die Nutzung sowie die bauphysikalischen Anforderungen besprochen, woraus die Nutzungsvereinbarung resultiert.

In einer weiteren Phase folgt die Analyse der Architektenpläne mit der Entwicklung einer möglichen Tragstruktur.

Wobei das Tragwerkskonzept die Lastabtragung von vertikalen Lasten aus der Nutzung und horizontalen Lasten aus dem Erdbeben berücksichtig.

Für die Plausibilitätsüberprüfung der Computerstatik werden Lasteinflussflächen in die Pläne der Tragstruktur eingezeichnet, womit die Überprüfung der Reaktionen erfolgt. Aus den Resultaten des Gebäudemodells gehen die Bestimmung der Erdbebenwände sowie deren Bewehrungsführung gemäss SIA hervor. Mit den Ergebnissen der FEM-Statik werden Bewehrungsskizzen für die Decken erstellt, wie auch die Abmessungen bzw. Materialisierung der einzelnen Bauteile definiert und in der Projektbasis festgehalten.

Zielsetzung Ziel dieser Thesis ist es, den Tragwerksentwurf sowie die Bemessung für ein MFH, welches die heutigen Standards bezüglich Bemessungs- und Bauverfahren, Nutzung, Komfort sowie Nachhaltigkeits-Konzepte erfüllt, zu erarbeiten.

Gewünscht wird ein MFH mit zwei Wohnparteien, wobei eine Variante mit einer dritten Partei als Nutzungserweiterung vorgesehen ist. Hierzu sollen eine Nutzungsvereinbarung, eine Projektbasis, ein Cedrus-Modell mit Plausibilitätsüberprüfung, eine Erdbebenbemessung sowie Bewehrungsskizzen ausgearbeitet werden. Bauphysikalische Details, die einen Einfluss auf das Tragwerk haben, sollen genannt und dokumentiert werden.

41

5.70

N

4.45

8.40

3.50 8 40

Velo

1.50

40 8.1m2

Red. 2.9m2

3.6m2

2.60

15

15

WC/Du

Vorrat

K체che

2.8m2

9.5m2

13.3m2

4.80 5

3.02

Wohnen/Essen 37.9m2

15

7.37 5

40

2.44

40

15

Verglasung

Sitzplatz

grosser Grenzabstand 7.00m

50.8m2

20

4.95 5

A

20

Bild links oben: Geb채udemodell aus der Computerstatik Bild rechts oben: Gipsmodell Ansicht S체dost Bild rechts unten: Grundriss Erdgeschoss

Zimmer

18.3m2

4.39

7.58

Zimmer

40

Strassenabstand 3.00m

15

11.7m2

7.14 5

20 16.30

20

3.40

20 3.60

Gehrenstrasse

1.42

12.3m2

15

Entree/Gang Zimmer

3.04

12.57

Bad

43.7m2

20

15

2.64

3.36

1.20

20

kl

25

20m

d 4.

stan

nzab

Gre

2.43

r eine

Garage

4.20 4.05

4.99

A

5.4m2

Tragwerksplanung

Entwurf und Bemessung eines Stahlskelettbaus 42

Projekt: Entwurf und Bemessung eines Stahlskelettbaus Diplomand: Daniel Hübner Examinator/ Experte: Prof. Dr. ès sciences Martin Schollmayer (Dipl.-Ing.), Marc Kreissig (BSc Bauingenieur)

Ausgangslage Die Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau arbeitet mit mehreren Wirtschaftspartnern an einem Forschungsprojekt zur Entwicklung eines Hochleistungs-Hybridbausystems mit Holz und Stahl. Das System besteht aus einem Stahlskelettbau, das als Tragwerk dient und Raummodulen aus Holz, welche an wirtschaftlich sinnvollen Stellen eine aussteifende Wirkung übernehmen.

Das System wird in der Fabrik vorgefertigt und auf der Baustelle mit simplen Steckverbindungen zusammengebaut. Mit einer maximalen Vorfabrikation und den Steckverbindungen soll es möglich sein, ein mehrgeschossiges Gebäude in ca. 4 Monaten zu errichten. Um den wirtschaftlichen Aspekt zu erhöhen, soll das Gebäude zerstörungsfrei demontiert und an einem anderen Ort wieder aufgebaut werden können.

Zielsetzung Ziel der Thesisarbeit ist es, ein Tragwerk zu entwerfen, welches die Anforderungen der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit, Modulbauweise und der zerstörungsfreien Demontage erfüllen kann. Zusätzlich soll eine biegesteife

Steckverbindung entwickelt und bemessen werden.

Umsetzung / Ergebnisse In einem ersten Entwurf werden die Dimensionen der Träger mit Hilfe der Durchbiegung festgelegt. Auf Grund der Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise werden die Träger optimiert. Damit das System in ca. 90% der Schweiz eingesetzt werden kann, werden für die Einwirkungen die ortsgebundenen Maximalwerte genommen.

Für die Verbindungen wird ein SIGMA-Knoten benutzt.

Dabei handelt es sich um eine biegesteife Steckverbindung, welche in Deutschland entwickelt und zum ersten Mal im Jahre 2000 an der EXPO „Mensch, Natur, Technik“ eingesetzt wurde.

43

Tragwerksplanung

Tragwerksplanung der Erweiterung eines Industriebaus 44

Projekt: Tragwerksplanung der Erweiterung eines Industriebaus Diplomand: Visar Kastrati Examinator/ Experte: Prof. Dr. ès sciences Martin Schollmayer (Dipl.-Ing.), Hannes Römbell (MSc Bauingenieur)

Ausgangslage Ein bestehender Industriebau soll mit einem Hochregallager erweitert werden.

Die Tragstruktur des Erweiterungsbaus soll in Stahl erstellt werden.

Dabei soll auf eine wirtschaftliche Ausgestaltung geachtet werden.

Zielsetzung Für den Industriebau mit den Abmessungen 21.50 m x 92.50 m soll ein Tragwerk aus Stahl erstellt werden. Im Hinblick auf eine spätere Umnutzung der Anlage soll die Halle möglichst stützenfrei realisiert werden.

Neben den statischen Berechnungen wird eine Nutzungsvereinbarung, eine Projektbasis sowie ein technischer Bericht erstellt. Das Geplante wird anhand von Bauplänen visualisiert.

Umsetzung / Ergebnisse Nach einer Analyse der Anforderungen an das Gebäude wird in der ersten Phase die geforderte Nutzungsvereinbarung und die Projektbasis erstellt. Dabei sind gewisse

Annahmen bezüglich der Einwirkungen auf das Gebäude unumgänglich.

In der zweiten Phase werden in einem Variantenstudium verschiedene Ausführungen der Halle untersucht. Die Bestvariante wird im Hauptprojekt weiter vertieft.

In der dritten Phase werden sämtliche Bauteile dimensioniert und das Tragwerk als Ganzes auf seine Stabilität hin untersucht. Dies geschieht mit Hilfe einer Bemessungssoftware und gezielten Handrechnungen. Daneben werden die wichtigsten Verbindungen bemessen.

Ein technischer Bericht dokumentiert alle Überlegungen.

Das erarbeitete Projekt wird schliesslich anhand eines Übersichts- und eines Detailplans zeichnerisch dargestellt.

45

Tragwerksplanung

Neubau von drei Mehrfamilienhäusern 46

Projekt: Neubau von drei Mehrfamilienhäusern mit gemeinsamer Einstellhalle in Blankenburg Diplomand: Timon Wanzenried Examinator/ Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.), Daniel Bommer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Der Neubau umfasst drei Mehrfamilienhäuser und eine gemeinsame Einstellhalle.

Die Häuser enthalten drei Obergeschosse, ein Erdgeschoss sowie ein Untergeschoss und werden im ortsüblichen Stil eines Chalets errichtet. Die Einstellhalle liegt zwischen den drei Gebäuden und wird von den jeweiligen Kellergeschossen flankiert. Die Häuser sind 20.5 m lang, 10.8 m breit und 13 m hoch. Die Überbauung beinhaltet insgesamt 17 Wohnungen, in einer Grösse von 2.5 bis 6.5 Zimmer. Die Grundrisse sind möglichst stützenfrei und können dadurch auf die individuellen Wünsche der Käufer angepasst werden.

Im Rahmen dieser Thesis wird sowohl ein Haus als auch die Einstellhalle bearbeitet. Das Projekt wird auf Grundlage der Baueingabepläne des Architekten bearbeitet.

Zielsetzung Folgende Ziele wurden festgelegt.

• Tragkonstruktion des ganzen Gebäudes definieren.

• Wände und Stützen bemessen.

• Geschossdecken und Fundierung bemessen.

• •

Bewehrungsskizzen aller Bauteile für den Bauzeichner erstellen.

Schalungs – und Bewehrungsplan einer Geschossdecke zeichnen.

Umsetzung / Ergebnisse In der ersten Phase wird die Tragkonstruktion konzipiert.

Dies mit möglichst wenig tragenden Innenwänden, um den flexiblen Grundriss zu ermöglichen. Alle auftretenden Lasten werden bestimmt und die Abmessungen des Tragwerks überschlägig dimensioniert.

In der zweiten Phase wird ein 3D-Berechnungsmodell erstellt Die Ergebnisse der EDV-Berechnung dienen als Grundlage für die Bemessung und endgültige Dimensionierung der einzelnen Tragwerksteilen.

Die erforderliche Bewehrung wird festgelegt und in Skizzen für den Bauzeichner festgehalten.

Der Schalung – und Bewehrungsplan wird in der dritten und letzten Phase gezeichnet.

47

20.50 2.00

10.25

10.25

2.00

+12.565 OK First

3.165

25째

1.54

+9.40 OK 3. Obergeschoss

+7.86 OK Kniewand

Essen/ Wohnen

Korridor

1.16

Wohnung 5 Zimmer 1

Wohnung 3 Zimmer

2.70

+6.70 OK 2. Obergeschoss

Wohnung 4 Essen/ Wohnen

Essen/ Wohnen

Korridor

Zimmer 1

Wohnung 1 Zimmer

2.70

+4.00 OK 1. Obergeschoss

Wohnung 2 Essen/ Wohnen

Essen/ Wohnen

Korridor

Zimmer 1 +1.30 OK Erdgeschoss

Terrain gewachsen Keller 2

Keller 3

Zugang

Technik

Keller 4

Keller 5

Abwart

3.50

u 1:3 ain ne Terr

-2.20 OK 1. Untergeschoss

Tragwerksplanung

Neubau Industriehalle der ESA Burgdorf 48

Projekt: Neubau Industriehalle der ESA Burgdorf, Maritzstrasse 47, 3400 Burgdorf Diplomandin: Ramona Wullschleger Examinator/ Experte: Prof. Dr. sc. ETH Stephan Fricker (Dipl.-Ing.), Daniel Bommer (dipl. Ing. ETH)

Ausgangslage Die 1964 erbaute Shedhalle der ESA in Burgdorf soll aufgrund des grossen Sanierungs- und Umstrukturierungsbedarfs der Firma bis auf die Oberkante der Untergeschossdecke abgebrochen werden. Darauf soll ein neuer Hallenbau errichtet werden, der dem heutigen Bedarf der ESA entspricht.

Vorhanden waren die Baueingabepläne des Architekten, die Nutzungsvereinbarung und eine erste grobe Vordimensionierung des Hallenbaus. Aufgrund dieser Ausganslage und einigen Rahmenbedingungen wurden Teile dieses Projekts zur Erarbeitung der Thesis verwendet.

Zielsetzung Folgende Teilbereiche des Projektes werden erarbeitet: • Konzept für die Tragstruktur des Hallenbaus • Wandverstärkung im Untergeschoss • Kontrolle Decke über UG mit Mehrbelastung aus Vertikallift (Kleinteillager) • Bemessung der vorfabrizierten Stützen im Erdgeschoss • Bemessung der Zwischendecke über EG

• •

Bemessung der Brandmauer auf der Zwischendecke Vordimensionierung der Zwischendecke in Stahlbetonverbund

Umsetzung / Ergebnisse In einer ersten Phase werden die vorhanden Angaben und Unterlagen geprüft und die Projektbasis erstellt.

In der zweiten Phase werden mögliche Varianten zur Ausführung abgeklärt und allfällige Optimierungen vorgenommen, damit die Modellierung der gewählten Tragstruktur erstellt werden kann. In dieser Phase werden auch die oben genannten Teilbereiche bemessen. Die Berechnungen werden sowohl von Hand als auch mit Hilfe von Statikprogrammen durchgeführt. Aufgrund der Ausführungsstatik werden Bewehrungsskizzen zu den einzelnen Bauteilen erstellt.

Die dritte Phase besteht darin, Ausführungspläne (Schalung und Bewehrung) für einzelne Etappen der Zwischendecke aus Stahlbeton zu erstellen.

49

Holzbau

Bauen im Bestand 50

Projekt: Ingenieurmässige Analyse des Tragverhaltens barockisierter Kirchendachstühle am Beispiel der Kirche Kaisten Diplomand: Manuel Capt Examinator/ Experte: Prof. Andreas Müller (Dipl.-Ing.), Philipp Fr. Schneider (Dipl.-Ing. HTWG)

Ausgangslage Kirchen sind oft Baudenkmäler von grosser Bedeutung.

Es ist unsere gesellschaftliche Pflicht, diese historischen Gebäude zu erhalten. In der Zeit des Barocks wurden die Kirchen mit einer Gewölbedecke ausgestattet, welche weit in den Dachstuhl hinein reicht. Dies hatte zur Folge, dass wichtige Bauteile, wie die als Zugband wirkenden Bundbalken, am Fuss des Dachstuhls entfernt oder nie eingebaut wurden. Dadurch entstanden grosse Formänderungen, welche Schäden an den Gewölben verursachten und die Mauerkronen der Aussenwände um mehrere Zentimeter nach aussen drückten. Genau diese Ereignisse sind auch bei der Kirche in Kaisten eingetreten. Bei früheren Umbauten wurden zur Behebung dieser Probleme eiserne Zugstangen gekreuzt im Dachstuhl eingebaut. Die Wirkungsweise dieser wird in Fachkreisen sehr kontrovers diskutiert.

Zielsetzung Ziel dieser Bachelor-Thesis ist eine ingenieurmässige Analyse des Trag- und Formänderungsverhaltens von barokisierten Dachstühlen am Beispiel der katholischen Kirche in Kaisten durchzuführen. Dabei findet eine generel-

le Auseinandersetzung mit den Problemstellungen dieser Konstruktionstypologie statt. Schwachstellen werden identifiziert und erste Lösungsansätze für weiterführende Ertüchtigungsmassnahmen ausgearbeitet.

Umsetzung / Ergebnisse Durch ein ausführliches Literaturstudium findet eine erste intensive Auseinandersetzung mit den Konstruktionsweisen und der generell daraus entstehenden Problemfelder von barokisierten Dachstuhlen statt.

Mit der Bestandsaufnahme des bestehenden Dachstuhles der Kirche in Kaisten beginnt die konkrete Auseinandersetzung mit der Problemstellung anhand eines konkreten Objektes. Auf die Bestandsaufnahme aufbauend, können Konstruktionspläne erstellt werden. Diese sind Grundlagen für eine erste Analyse des Tragverhaltens und werden zunächst zum besseren Verständnis an zweidimensionalen Tragwerksmodellen durchgeführt.

Da ein grosser Einfluss der räumlichen Tragstruktur zu erwarten ist, wird die endgültige Analyse des Trag- und Formänderungsverhaltens der Kirche in Kaisten in einem dreidimensionalen Stabwerksmodell durchgeführt. Mit den

Erkenntnissen aus dieser Analyse kĂśnnen letzlich erste konkrete ErtĂźchtigungsmassnahmen vorgeschlagen werden.

51

52

Impressum Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau Bachelor of Science in Bauingenieurwesen Gestaltung: Elisabeth Voss Redaktion: Elisabeth Voss Druck: Ediprim AG Ausgabe: Juni 2015