Bautechnik 01/2013 free sample copy

1

90. Jahrgang Januar 2013 ISSN 0932-8351 A 1556

Bautechnik Zeitschrift für den gesamten Ingenieurbau

- Holztragwerke mit Verbindungsknoten aus Beton - Zum Tragverhalten von Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken - Hochleistungsverbundträgersystem für den Ingenieurholzbau - Energetische Modernisierung mit Holzfassadenelementen - Formholzrohre – Stand der Technik - Wege in die Zukunft – Bauen mit Holz - Kommentar: Einfach- und Hightech-Konstruktionen aus Holz - Zur seismischen Anregung von Böschungen - Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn - 13. Ingenieurbau-Preis von Ernst & Sohn

02__U2_1112_- 26.10.12 11:16 Seite u2

HALFEN. Your best connections.

Besuchen Sie uns auf der Messe BAU in München vom 14. – 19.01.2013 · Halle A3 · Stand 138/139.

Wir enthüllen Ihnen die neuen HALFEN Entwicklungen.

www.halfen.de

03_A03_Inhalt_0113_Inhalt_0113 18.12.12 10:02 Seite A3

Inhalt Bautechnik 01/13 Zum Titelbild Holz als Rohstoff, Holz als Baustoff.

Der vielseitigen Nutzbarkeit von Holz sind kaum mehr Grenzen gesetzt. Im Bereich Holzbau werden Balken gebogen, verstärkt und in die Höhe ragen gelassen. Was alles mit dem Baustoff machbar ist, kann man seit dem 14. Dezember 2012 in Wien sehen. Noch bis zum 17. Februar 2013 läuft hier im Künstlerhaus die Ausstellung „Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft“.

(Foto: Eberhard Möller)

SCHWERPUNKT HOLZBAU AUFSÄTZE

1 9

18

Jens Hartig, Andreas Heiduschke, Peer Haller Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton Karl Rautenstrauch, Jens Müller Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-BetonVerbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung Karl Rautenstrauch, Martin Kästner, Markus Jahreis, Wolfram Hädicke Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau BERICHTE

26

Stephan Ott, Stefan Loebus, Stefan Winter Vorgefertigte Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung

34

Peer Haller, Robert Putzger, Jörg Wehsener, Jens Hartig Formholzrohre – Stand der Forschung und Anwendungen

42

Eberhard Möller Tendenzen im Holzbau KOMMENTAR

47

Julius Natterer Einfach- und Hightech-Konstruktionen aus Holz FREIE THEMEN AUFSATZ

51

Theodoros Triantafyllidis, Carlos Eduardo Grandas-Tavera Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung BERICHTE

90. Jahrgang Januar 2013, Heft 1 ISSN 0932-8351 (print) ISSN 1437-0999 (online) Peer-reviewed journal Bautechnik ist ab Jahrgang 2007 bei Thomson Reuters Web of Knowledge akkreditiert.

Impact Factor 2010: 0,141

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für das Bautechnik Online-Abonnement

63

Wolfgang Kauschke Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn

71

Nicolas Janberg 13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

81 85

BAUTECHNIK aktuell VERANSTALTUNGSKALENDER

A4 A9 A20 A28

Produkte & Objekte Holzbau Bodenbeläge und -beschichtungen Geotechnik – Spezialtiefbau Aktuell

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A4

HOLZBAU

Holzschutznorm-Novelle: GIN sieht positive Auswirkungen (Fotos: GIN e.V./ 1 Krug, 2 Schnoor)

Die Gütegemeinschaft Nagelplattenprodukte e.V. bewertet die Neufassung der Holzschutznorm DIN 68800 durchweg positiv. Dies gilt sowohl für Hersteller von Nagelplattenprodukten, für das verarbeitende Bauhandwerk als auch für die Bauherren. Besonders erfreut ist der GIN darüber, dass technisch getrocknetes Holz, wie es zur Fertigung von Nagelplattenkonstruktionen verwendet wird, fortan in der Gebrauchsklasse GK 1 ohne Einsatz chemischer Holzschutzmittel verwendbar ist. Mit einer Holzfeuchte von maximal 20 % gilt es als unempfindlich gegenüber Insekten und muss daher nicht länger chemisch geschützt werden. Aus der HolzschutznormNovelle ergeben sich somit konkrete Nachhaltigkeits-, Gesundheits- und Kostenvorteile, da chemische Holzschutzmittel bei vielen Nagelplattenprodukten künftig in der Regel nicht mehr aufzubringen sind.

Bild 2 Als Interessenverband ist der GIN e.V. Ansprechpartner und Auskunftsquelle für Hausbauunternehmen, Bauämter, Zimmerei-, Dachdecker- sowie weitere Handwerksbetriebe, die Nagelplatten und Nagelplattenprodukte.

brauchsklasse GK 1 nicht mehr mit chemischen Holzschutzmitteln behandelt werden.

Holzschutz gemäß europäischer Normung Sechs Jahre dauerte die Überarbeitung der Holzschutznorm DIN 68800, die in alter Fassung dem aktuellen Wissensstand der Holzforschung längst nicht mehr entsprach und dem technischen Fortschritt im Holzbau kaum noch gerecht werden konnte. Fragen des Holzschutzes, vor allem des chemischen, waren jedoch schon immer von einer gewissen Brisanz. Eine Novelle der veralteten Holzschutznorm schien daher geboten. Wie von Branchenkennern erwartet, fiel sie gründlich aus. Besonderes Lob verdient laut GIN die Tatsache, dass in der Neufassung umweltgerechtes Bauen mit dem natürlichen und nachhaltigen Baustoff Holz als Leitbild dauerhaft verankert wurde.

Mehr konstruktiv, weniger chemisch Aus der Forderung nach umweltgerechtem Bauen mit Holz, die der novellierten DIN 68800 zugrunde liegt, leitet sich ab, dass …

Bild 1

Robuste Nagelplatten-Konstruktion – Nagelplatten werden vor allem im Dach- und Wandbereich von Wohnhäusern, Supermärkten, Gewerbe-, Produktions- und Lagerhallen, landwirtschaftlichen Gebäuden und Sporthallen sowie für Brückenschalungen etc. als extrem belastbare Verbindungsmittel eingesetzt. (Bild: GIN e.V./Krug)

Nagelplattenbinder werden bei GIN-Mitgliedsunternehmen in trockenen Werkshallen unter Ausschluss der Witterung hergestellt und montagefertig zur Baustelle transportiert. Für ihre Fertigung wird technisch getrocknetes Holz eingesetzt, das eine Holzfeuchte von weniger als 20 % aufweist. Somit bietet es ein hohes Maß an Sicherheit vor holzzerstörenden und holzverfärbenden Schadorganismen und muss bei Zuordnung zur Ge-

KVH® , DUOBALKEN® , TRIOBALKEN®

Seit Februar 2012 ist die neue DIN 68800 in allen Teilen als anerkannte Regel der Technik zu verstehen. Um Rechtsunsicherheiten zu vermeiden, hat die ARGE-Bau – Fachkommission Bautechnik – auf Nachfrage einiger Bundesländer erklärt, dass gegen die sofortige Anwendung der Normteile DIN 688001:2011:10 und DIN 68800-2:2012-02 in bauaufsichtlicher Hinsicht keine Bedenken bestehen.

Q

Q

Weitere Informationen: GIN, Gütegemeinschaft Nagelplattenprodukte e.V., Interessenverband Nagelplatten e.V., Hellmuth-Hirth-Str. 7, 73760 Ostfildern, Tel. + 49 (0)711 - 239 96-54, Fax + 49 (0)711-239 96-66, buero@nagelplatten.de, www.nagelplatten.de

Q

A4

… Holzschutzmittel in Aufenthaltsräumen gar nicht mehr angewendet werden dürfen, … Holz in den Gebrauchsklassen 0 bis 3.1 nur noch mit einer Holzfeuchte unter 20 % eingebaut werden darf, um einen Befall durch Insekten und Schimmel auszuschließen, … Dach- und Konterlatten der Gebrauchsklasse 0 (GK 0) zugeordnet werden und somit keinen chemischen Holzschutz mehr brauchen, … baulich-konstruktiven Holzschutzmaßnahmen eindeutig Vorrang vor chemischen Holzschutzmitteln eingeräumt wird, … Brettschichtholz, Brettsperrholz oder andere bei Temperaturen ≥ 55 °C technisch getrocknete Hölzer, die unter anderem für Nagelplattenbinder Verwendung finden, in der Gebrauchsklasse 1 (GK 1) ohne chemischen Holzschutz verwendet werden können.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A5

HOLZBAU Die verwendeten Geometrien und Materialqualitäten entsprechen den Anforderungen des Brandschutzes. Die zuständige Brandschutzbehörde bewilligte den in den Vorschriften nicht geregelten siebengeschossigen Holzbau nach positiv verlaufenen Brandversuchen.

(XURFRGH ³OHLFKW JHPDFKW

Die Logistik auf dem innerstädtischen Bauplatz war eine zusätzliche Herausforderung. Für die Anlieferung und Lagerung aller Gewerke stand nur eine Fahrspur entlang der Baustelle zur Verfügung. Es galt deshalb ein verbindlicher Anlieferungs- und Montageplan. Basis für die termingerechte Montage war ein ausgeklügeltes Montagekonzept mit einem straffen Zeitplan, bei dem die Genauigkeit der CNC-gefertigten Bauteile voll ausgereizt wurde.

+RO]EDX %HPHVVXQJVVRIWZDUH ) U %DXWHLOH XQG 9HUELQGXQJHQ

'LH HLQIDFKH %HPHVVXQJVVRIWZDUH I U ,QJHQLHXU XQG +RO]EDXHU

Die Büros können nach nur 24 Monaten Bauzeit im Frühjahr 2013 bezogen werden. Der Tamedia-Neubau ist eine bemerkenswerte Referenz für einen Holzbau im städtischen Kontext. Er zeigt, dass der Hightech-Werkstoff Holz vielseitig verwendet werden kann und auch bei Landmark-Projekten weltweit immer öfter zum Einsatz kommt.

:HLWHUH ,QIRV XQG 3UHLVH XQWHU ZZZ KREH[ QHW

Der Holzbau kehrt mit einem 7geschossigen Bürogebäude in die Stadt zurück Das größte Verlagshaus der Schweiz, die Tamedia AG, realisiert in der Innenstadt Zürichs einen Neu- und Erweiterungsbau aus Holz.

Das Design und die Architektur stammen vom japanischen Architekten Shigeru Ban. Er hat bereits mehrfach durch spektakuläre Bauwerke mit nachhaltigen Rohstoffen, wie Karton oder Holz, auf sich aufmerksam gemacht. In Zürich realisierte er eine seiner Visionen von filigranen, sichtbaren und ehrlichen Tragstrukturen.

(Foto: Blumer-Lehmann)

Die vertikale Lastabtragung im Holzskeletttragwerk über Stützen und Doppelzangen funktioniert ohne Stahl. In den Verbindungen kommen spezielle Buchensperrholzelemente für die Lastübertragung und Bauteilverstärkung zum Einsatz. Dieser präzise CNC-gefertigte „Bausatz“ kann so sehr einfach auf der Baustelle „zusammengesteckt“ werden. Das Tragwerk des Neubaus besteht aus 1.400 vorgefertigten Holzbauelementen. Der Haupttrakt ist 38 m lang und 18 m breit. Er besteht aus acht Achsen mit je vier 21 m hohen Stützen und zehn quer liegenden Zangen. Eine besondere Anforderung war eine homogene Oberfläche ohne jegliche Nachbehandlung.

Der präzise CNC-gefertigte „Bausatz“ kann sehr einfach auf der Baustelle “zusammengesteckt” werden.

Weitere Informationen: Blumer-Lehmann, Erlenhof, 9200 Gossau, Schweiz, Tel. +41 (0)71 388 58 58, Fax +41 (0)71 388 58 59, info@blumer-lehmann.ch, www.blumer-lehmann.ch

In der Innenstadt von Zürich entsteht ein 7geschossiger BüroNeubau aus Holz mit aussergewöhnlichen technischen Details.

LTC Lehmann timber construction Wir entwickeln, produzieren und realisieren Non Standard Trag- und Hüllstrukturen aus Holz.

www.blumer-lehmann.ch/ltc

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A5

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A6

HOLZBAU

Holzbau-Programm HoB.Ex jetzt für Eurocode 5

HoB.Ex besteht aus zwei Teilen: dem Eingangsmenü und insgesamt 240 Tabellenblättern, in denen die eigentliche Bemessung vorgenommen wird. Die Programm-Bestandteile sind im integrierten digitalen Handbuch beschrieben.

Besonders hervorzuheben ist, dass alle gängigen Holzbau-Verbindungsmittel bemessen werden können, aber auch Vollgewindeschrauben. Eine entsprechende Grafik liefert außerdem alle Angaben zu den jeweiligen Verbindungsmittelabständen.

Der von Prof. Dr.-Ing. François Colling entwickelten Software fehlt derzeit noch die Brandschutzbemessung nach DIN EN 1995-1-2. Sie wird in einem Update in Kürze nachgeliefert.

Das seit vielen Jahren in der Holzbaubranche bekannte und geschätzte Programm HoB.EX (hier das Menü) gibt es ab sofort für EC 5 (DIN EN 1995-1-1)

Hob.Ex für Eurocode 5 kann unter www.hobex.net herunter geladen werden. Die zur Nutzung benötigten digitalen Lizenzschlüssel vergibt exklusiv das Ingenieurbüro Holzbau in Karlsruhe. Registrierten Nutzern bietet das renommierte Büro zudem einen kostenlosen Hotline-Service.

Weitere Informationen: Ingenieurbüro Holzbau GmbH & Co & KG, Dr. Gabi Vorberg, Bismarckstraße 21, 76133 Karlsruhe, Tel. +49 (0)721 – 201802-38, Fax +49 (0)721 – 201802-39, info@ib-holzbau.de, www.ib-holzbau.de

Ingenieurholzbau nach Eurocode 5

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

Q Die bauaufsichtliche Einführung der Eurocodes (EN) mit ihren zugehörenden nationalen Anhängen bildet den Rahmen dieses Buches. Die Normen EC0 - DIN EN 1990-2010-11 „Grundlagen“, EC1 - DIN EN 1991-2010-12 „Einwirkungen“ und EC5 - DIN EN 1995-2010-12 „Holzbau“ werden ausführlich erklärt und in einer umfangreichen Beispielsammlung erläutert.

Die Führung der Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit werden an Beispielen sowohl theoretisch als auch in ingenieurmäßigen Berechnungen aufgezeigt. Behandelt werden sowohl Einzelquerschnitte als auch zusammengesetzte Bauteile und Tragwerke im Querschnitt kontinuierlich oder veränderlich, gekrümmt und gebogen, wie auch im Querschnitt konstant oder ausgeklinkt, als Einzelnachweis oder unter Spannungskombination. Ausführlich werden Verbindungen mit metallischen Verbindungsmitteln in BerechnungsbeiKLAUSJÜRGEN BECKER, spielen dargestellt. Den Nachweisen der Stabilität, der KARL RAUTENSTRAUCH Nachgiebigkeit von Verbindungen, der Durchbiegung Ingenieurholzbau nach und des Schwingungsverhaltens werden weitere Beispiele Eurocode 5 gewidmet.

Konstruktion, Berechnung, Einen besonderen Schwerpunkt bilden zusätzlich zum Ausführung Ingenieurholzbau ausführliche Konstruktions- und 2012. 332 S., 169 Abb., Ausführungshinweise für Planer und Konstrukteure zu 246 Tab., Br. den Themen Brand, Erdbeben, Trockenbau und Holz€ 55,–* Verbundbau.

ISBN 978-3-433-03013-4

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

A

A6

W i l e y

C o m p a n y

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 0240100006_dp

HoB.Ex ist eine Statik-Software für die Bemessung nach Eurocode 5. Das Programm basiert auf dem Tabellen-KalkulationsProgramm Microsoft Excel und deckt einen wesentlichen Bereich der täglichen Bemessung in einem Ingenieurbüro oder Zimmereibetrieb ab. Die übersichtliche Programmstruktur bietet einen schnellen Einstieg in das semiprobabilistische Sicherheitskonzept der Holzbaunorm.

(Abb. Ingenieurbüro Holzbau)

HoB.Ex gibt es jetzt für die Berechnung nach DIN EN 1995-1-1 (Eurocode 5). Neben den klassischen Träger- und Bauteilbemessungen bzw. den Bemessungen von Verbindungen ermöglicht das neue Programm auch, die Aussteifungen eines Gebäudes nachzuweisen.

Anders als bei der Vorgängerversion ist das „Aussteifungs-Modul“ bei „Hob.Ex für Eurocode 5“ nun fester Programmbestandteil und nicht mehr Wahl-Modul.

04_A04_A31_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:48 Seite A7

HOLZBAU

Absorption im Element LIGNATUR-Schallabsorber haben hervorragende akustische Eigenschaften und verwandeln Ihren Raum in einen Konzertsaal.

Sie wollen mehr wissen? Wir beraten Sie gerne.

Telefon +41 (0)71 353 04 10

Lignatur AG CH-9104 Waldstatt

bis Schallabsorberklasse A

Erstes Holz-Hybrid-Hochhaus mit PCI Vergussmörtel verbunden

info@lignatur.ch www.lignatur.ch

Seit Jahren beschäftigt sich die Rhomberg Gruppe mit der Reduktion von Ressourcen und Energie bei der Errichtung und während des Lebenszyklus von Gebäuden. Sie initiierte das Forschungsprojekt zur Nachhaltigkeit im urbanen Städtebau und gründete das Unternehmen Cree, Creative Resource & Energy Efficiency.

LCT-Bausystem erstmals eine Lösung gefunden, wie sie Holz in Verbund mit Beton bis zu 100 m beziehungsweise 30 Geschosse in die Höhe wachsen lassen können. Als besonders vorteilhaft erweist sich der LifeCycle Tower durch seine lebenszyklusoptimierte Konzeption – von der Entstehung über die Nutzung bis hin zum Rückbau. Baukastensystem und Serienfertigung reduzieren die Kosten schon bei der Entstehung und verringern die Bauzeit um die Hälfte. Ein smartes haustechnisches Versorgungskonzept sorgt für einen möglichst niedrigen Energiebedarf, der standortabhängig mit verschiedenen regenerativen Energien gedeckt werden kann und die Unterhaltskosten niedrig hält.

Das Gebäude besteht zum Großteil aus Holz, eingesetzt wird es aber nur dort, wo damit ein Optimum an Ressourceneffizienz verbunden mit entsprechender Funktionalität erreicht wird. Für die Fassade kommen Verbundplatten mit einem deutlich reduzierten Metallanteil zum Einsatz. Der im Aluminium enthaltene hohe Recyclinganteil ermöglicht das sortenreine Recycling am Ende des Gebäude-Lebenszyklus – der gesamte LifeCycle Tower ist voll recyclebar.

Der Name ist Programm

Durchgeplant und getestet: Das LCT-Baukastensystem

Internationale Wissensführer aus Architektur, Statik, Bauphysik, Gebäudetechnik und Prozessmanagement haben mit dem

Von anderen mehrgeschossigen Holzbauten unterscheidet sich das Holz-Hybrid-Haus vor allem dadurch, dass die tragenden

Außergewöhnlicher Einsatz beim LifeCycle Tower (LCT ONE) in Dornbirn, Österreich: Dank PCI Vergussmörtel wuchs das erste, ungekapselte Holz-Hybrid-Hochhaus im März 2012 achtstöckig in die Höhe. Realisiert von der Tochterfirma der Rhomberg Gruppe, Cree GmbH, ist es der Prototyp eines in zweijähriger Forschungszeit entwickelten Bausystems für nachhaltige Gebäude mit bis zu 30 Stockwerken. Zusammen mit dem Bauherrn Cree zogen im Sommer 2012 die ersten Firmen ein.

Bild 1

Acht Stockwerke in acht Tagen: In kürzester Zeit wurden die vorgefertigten Module rund um den Erschließungskern auf den 13 mal 24 Meter großen Sockel aus Stahlbeton montiert

Bild 2

PCI Vergussmörtel im Einsatz: Dank der guten Verlaufseigenschaften konnte der Mörtel bis in die hintersten Hohlräume fließen und die Fußplatten kraftschlüssig einbinden

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A7

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A8

HOLZBAU immer punktgenau in der Mitte saßen, musste der Mörtel bis in den hintersten Hohlraum fließen und diesen kraftschlüssig mit dem Metallschuh verfüllen.

(Fotos: DarkoTodorovic|Photography|adrok.net)

Die einfache Verarbeitung sowie die hohen Früh- und Endfestigkeiten des Mörtels hat die Firma Sohm HolzBautechnik überzeugt: Beim ersten Auftragsprojekt der Cree GmbH im Montafon wäre PCI Vergussmörtel für die Holzbauer wieder die erste Wahl. Das neue Wasserkraft-Kompetenzzentrum der Vorarlberger Illwerke AG in Vandans wird mit sechs Geschossen, über 10.000 m2 Bruttogeschossfläche und 120 m Länge zu den größten und nachhaltigsten Holz-Hybrid-Bauten der Welt zählen.

Bild 4

Weitere Informationen: PCI Augsburg GmbH, Piccardstraße 11, 86159 Augsburg, Tel. +49 (0)821-5901-0, Fax +49 (0)821-5901-372, pci-infobasf.com, www.pci-augsbug.eu

Auch die Hyprid-Deckenplatten wurden mit PCI Vergussmörtel verbunden: Fuge für Fuge

Elemente des Hauses nicht beplankt sind. Die nicht verkleidete Holz-Struktur macht die Vorzüge des Baustoffes Holz im Innenraum erlebbar und spart Ressourcen. „Verdeckte“ Brände in Hohlräumen oder hinter Kapselungen sind ausgeschlossen. Bisher durfte in dieser Bauklasse kein tragendes Bauteil aus Holz bestehen. Die Ausführung des Erschließungskerns in Beton und der Einsatz einer Sprinkleranlage war Bedingung. Ziel des LCTKonzepts ist es, unterschiedlichste Projekte mit dem modularen System zu realisieren. Wie in einem Baukasten können die strukturellen Elemente nach Belieben angeordnet werden. Die technischen Details sind bereits durch das System gelöst. Da keine tragenden Trennwände eingebaut werden müssen, ist das System sehr flexibel und erlaubt eine individuelle Raumaufteilung.

Neu: Broschüre „Technische Informationen KVH®, Duobalken®, Triobalken®“ gemäß Eurocode 5-1-1 Die Broschüre „Technische Informationen KVH®, Duobalken®, Triobalken® der Überwachungsgemeinschaft Konstruktionsvollholz e.V. wurde auf der Grundlage der DIN EN 1995-1-1:2010 (Eurocode 5-1-1) überarbeitet und steht ab sofort unter www.kvh.eu zum Download bereit.

Mit dem Holzaufbau des LCT ONE war die Firma Sohm HolzBautechnik aus Alberschwende beauftragt. In kürzester Zeit montierten die Zimmermänner die vorgefertigten Decken, Stützen und Fassaden um den Erschließungskern: Acht Stockwerke in acht Tagen. Für diesen schnellen Baufortschritt bedurfte es eines Mörtels mit extrem hoher Frühfestigkeit. Zum Einsatz kam PCI Vergussmörtel – und davon gleich 10 Tonnen: Balkenschuhe, Fußplatten und Beton-Holzverbundelemente wurden mit dem Quellmörtel des Baustoffspezialisten PCI vergossen, ebenso wurden die Deckenelemente damit verbunden. Die Verarbeitung des zementären PCI Vergussmörtels war für die Holzbauer relativ neu. „Aber mit der richtigen Wassermenge stellte das ganze kein Problem dar. Außerdem hatten wir PCI-Fachberater Willi Metzler vor Ort und konnten bei Problemen auf sein Fach- und Praxiswissen zurückgreifen“, so Vorarbeiter Benjamin Eberle. Wichtig waren ihm vor allem die guten Verlaufseigenschaften des Mörtels: Da die tragenden Metallhülsen nicht

(Abb. KVH)

Hoch hinaus: Acht Etagen in acht Tagen

Die Broschüre richtet sich an Architekten, Planer sowie alle Holzbeund Verarbeiter. Klar gegliedert und übersichtlich gestaltet informiert die Broschüre über Herstellung, techniTitelseite 4c Broschüre sche Eigenschaften, Anwendungsbe„Technische Informationen“ reiche und Lieferprogramme von KVH®, Duobalken®, Triobalken®.

Ausführlich werden die aktuellen Bemessungsgrundlagen nach DIN EN 1995-1-1 (Eurocode 5-1-1) behandelt und in Rechenbeispielen bzw. Tabellen dargestellt. Ausschreibung und technische Regeln, Gütesicherung und Kennzeichnung sowie eine Übersicht der Vorteile von KVH®, Duobalken®, Triobalken® ergänzen die technischen Regeln.

Ebenfalls wurde die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-9.1-440 über Duobalken® und Triobalken® erweitert und an den Eurode 5 angepasst. Duobalken® dürfen ab dem 27.06.

2012 mit einer über die gesamte Querschnittsbreite angeordnete Keilzinkenverbindung (Universalkeilzinkenverbindung) ausgeführt werden. Die erweiterte Zulassung kann unter www.kvh.eu, „Downloads“, „Vereinbarungen und Zulassungen“ heruntergeladen werden.

Weitere Informationen: Überwachungsgemeinschaft Konstruktionsvollholz e.V., Elfriede-Stremmel-Straße 69, 42369 Wuppertal, Fax + 49 (0)202 – 978 35 79, info@kvh.de, www.kvh.eu

A8

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A9

(Fotos: Kiesel Bauchemie)

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Trägt zu einem angenehmen Raumgefühl bei und ist durch seine Langlebigkeit besonders nachhaltig: ServoArt® CeFlo

Bodenbelag fügt sich harmonisch ins Gesamtkonzept Über 30 Jahre hat es gedauert, bis die Esslinger Sportvereine TV Hegensberg und TV Liebersbronn im Mai 2012 ihre eigene, spielgerechte Sporthalle einweihen konnten. Für eine hochwertige Bodengestaltung von Foyer und Zuschauerbereich des zweigeschossigen Gebäudes fiel die Wahl auf ServoArt® CeFlo von Kiesel.

Nahtlos fügt sich der Neubau auf dem Berg an der Römerstraße in die Landschaft. Der architektonische Eingriff in die sensible Umgebung ist auf ein Minimum reduziert: Martin Ritz und sein Team vom Architekturbüro Glück und Partner haben die Halle einfach „ein Stockwerk tiefer gelegt“. Spielfläche und Umkleidebereich befinden sich im Untergeschoss, Eingangs- und Zuschauerbereich im Erdgeschoss. Von außen betrachtet, fügt sich die kubische Dachscheibe harmonisch in die Landschaft und erweckt den Eindruck, über ihr zu schweben. Die Architektur inszeniert die Natur und geht mit ihr eine symbiotische Verbindung ein.

Art® CeFlo von Kiesel: Die zementgebundene, natürlich mineralische Dekorspachtelmasse ist frei von unerwünschten Emissionen. Sie leistet einen wichtigen Beitrag zu guter Raumluftqualität und erfüllt so alle Anforderungen an Funktionalität, Ökologie und Ästhetik, um Sportstätten „von Grund auf“ als attraktive Veranstaltungsorte zu gestalten. „Wir wollten einen fugenlosen, durchgehend flächigen Boden realisieren und haben uns deshalb für Kiesel entschieden“, erklärt Tina Schäfer von Glück und Partner. Mit der Materialität und der schlichten, aber strukturierten Oberfläche von ServoArt® CeFlo, der in Esslingen erstmalig im Sportbereich verbaut wurde, zeigen die Architekten sich besonders zufrieden. Der natürlich lebendige Effekt der Bodenspachtelmasse fügt sich in das gestalterische Gesamtkonzept ein, in dem eine ruhige und einfache Detailsprache im Vordergrund steht. Die Oberflächenstruktur des Bodens spiegelt den offenen Charakter des Innenraums und das durch die eng gestellten Dachträger ruhige Deckenbild perfekt wider.

Für den reibungslosen Einbau sorgte die Firma Fußboden Haag aus Fellbach. Als verantwortlicher ServoArtist, so werden die zertifizierten Verarbeiter genannt, war Volker Gaiser für die kompetente Baustellenabwicklung zuständig.

Sportliche Anforderungen Angenehmes Raumgefühl Ökologische Aspekte bei der Auswahl der Baustoffe wurden dabei besonders berücksichtigt. Der Nutzung angemessen haben die Architekten sowohl im Außen- wie im Innenbereich hochwertige, langlebige, gesundheitlich unbedenkliche und robuste Materialien verwendet. So auch bei der Bodengestaltung des Foyers und der treppenförmigen Zuschauertribünen mit Servo-

Durch die offene Glasfassade der Halle und die so sichtbare Schönheit der Landschaftskulisse des Neckartals im Hintergrund ergibt sich in der Halle eine außergewöhnliche Raumatmosphäre. Glück und Partner haben den strapazierfähigen Trendboden analog zu allen anderen unbehandelten Oberflä-

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A9

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A10

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Erfüllt alle Anforderungen an Funktionalität, Ökologie und Ästhetik: Die zementgebundene, natürlich mineralische Dekorspachtelmasse von Kiesel Bauchemie ist frei von unerwünschten Emissionen.

Bild 1

Insgesamt wurden in der mehrstöckigen O.A.S.E. circa 2.200 m2 Boden beschichtet. Als Grundierung diente das 2-komponentige Epoxidharzbindemittel Sikafloor-161. Es ist mechanisch hochfest und bringt kurze Wartezeiten bei der Verarbeitung mit sich.

Bild 2

Auf die Grundierung folgte eine zwei Millimeter dicke Schicht der dekorativen, hochelastischen Beschichtung auf Polyurethanbasis, Sikafloor-330. Es ist besonders für hochfrequentierte Innenräume geeignet, da es lösemittelfrei und emissionsarm ist.

chen nicht lackiert, sondern nur geölt. Dass der einzigartige Trendboden so mit der Zeit eine attraktive Patina „voller Lebensadern“ erhält, macht ihn auch im Sportstättenbereich zum adäquaten Unikat, sorgt zu Füßen zukünftiger Zuschauer für einen besonderen Charme und trägt mit zu einem angenehmen Raumgefühl bei. Seine Langlebigkeit macht ServoArt® CeFlo zudem besonders nachhaltig. pp/OR Weitere Informationen: Kiesel Bauchemie GmbH u. Co. KG, Wolf-Hirth-Straße 2, 73730 Esslingen, Tel. +49 (0) 711 – 93134 – 0, Fax +49 (0)711 – 93134 – 140, kiesel@kiesel.com, www.kiesel.com

Inspirierende Oase für Medizin-Studenten An der Medizinischen Fakultät der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf werden 2.700 Studierende in akademischen Medizinberufen ausgebildet. Die Praxisnähe des Studiums ist durch das ebenfalls auf dem Campus liegende Universitätsklinikum mit 29 Kliniken und 30 Instituten gewährleistet. Nun finden die Studenten darüber hinaus beste Lernbedingungen in der O.A.S.E. – die vielsagende Abkürzung steht für Ort des Austauschs, des Studiums und der Entwicklung.

Der Neubau des achtgeschossigen Lernzentrums beherbergt neben der medizinischen Fachbibliothek und der Fachschaft Medizin attraktive Lernbereiche, in denen Studierende in ruhiger Atmosphäre allein oder in Gruppen lernen und arbeiten können. Die mit hochmoderner Medientechnik ausgestatteten Studienräume verfügen über Strom- und Netzwerkanschlüsse für Laptops sowie über interaktive Whiteboards oder Bildschirme. Die Fachliteratur der Medizinischen Fachbibliothek, die sich in den fünf obersten Etagen befindet, steht selbstverständlich auch in den Lernbereichen kostenlos zur Verfügung.

Eine Cafeteria im Erdgeschoss, ein „Forum des Austauschs“, ein „Raum für Entwicklung“ sowie ein E-Learning-Raum vervollständigen das umfassende Angebot für die Medizinstudenten.

Guter Boden für Lehre und Forschung

0249300006_pf

www.momentum-magazin.de

A10

ab 1. September 2012 – das neue Online-Format von

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Innenarchitekt Jochen Usinger erstellte für den Bauherren und die mit der Gesamt-planung beauftragten HPP Architekten aus Düsseldorf ein Konzept zur Gestaltung der Innenräume. Darin schlug er vor, die hochwertigen Sika ComfortFloor-Böden als strapazierfähige, emissionsarme und außerdem äußerst dekorative Bodenbeschichtung einzusetzen. Mit der Ausführung der

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A11

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN urethanschicht Sikafloor-305 W. Das Beschichtungsmaterial auf Polyurethanbasis lässt sich auf Grund des guten Verlaufs sehr einfach und angenehm verarbeiten und stieß bei Bauherr und Generalunternehmer auf positive Resonanz.

Software für Statik und Dynamik

Das räumliche Stabwerksprogramm

Wirtschaftlich ohne Einbußen bei Design und Komfort Diese fugenlose, trittschallgedämmte, rutschhemmende und leicht zu reinigende Bodenbeschichtung ist optisch und qualitativ besonders hochwertig. Darüber hinaus ist sie eine äußerst wirtschaftliche Lösung – ein extrem wichtiges Argument bei öffentlich finanzierten Gebäuden. Die ComfortFloor-Beschichtung aus dem Hause Sika Deutschland zeigt deutlich, dass Wirtschaftlichkeit keine Einbußen bei Design und Komfort bedeuten müssen.

Insgesamt wurden circa 2.200 m2 beschichtet. Auf dem vorbereiteten Anhydritestrich wurde die mechanisch hochfeste Grundierung Sikafloor-161 als erste Schicht im Beschichtungssystem appliziert. Anschließend folgte eine etwa zwei Millimeter starke Beschichtung mit Sikafloor-330. Diese hochelastische und AgBB-geprüfte Beschichtung für Innenräume ist lösemittelfrei und emissionsarm. Ihre trittschalldämmende Eigenschaft macht sie besonders für Räume wie Bibliotheken attraktiv. Abschließend wurde die Beschichtung matt versiegelt – mit der UV- und Desinfektionsmittelbeständigen sowie wasserbasierten Poly-

Mit CAD-Anbindung

Die Studierenden der Medizinischen Fakultät finden in den neuen Studienräumen beste Voraussetzungen für ein zeitgemäßes und vor allem effektives Arbeiten. Die dekorativen Sika ComfortFloor Beschichtungen tragen ihren Teil zu der guten Lern- und Arbeitsatmosphäre bei. Aufgrund ihrer Emissionsarmut gemäß AgBB-Prüfkriterien werden sie zunehmend und mit großem Erfolg im Hoch- und Verwaltungsbau eingesetzt.

Denn sie sind eine optimale Lösung für Räume, in denen Menschen leben und arbeiten.

Massivbau

Brückenbau

© www.mero.de

3D-Stabwerke

Weitere Informationen: Sika Deutschland GmbH, Kornwestheimer Straße 103–107, 70439 Stuttgart, Tel. + 49 (0)711 8009 0, info@de.sika.com, www.sika.com

Stabilität und Dynamik

Arbeiten wurde die Solinger Sipu Kunststoffböden GmbH beauftragt.

Stahlbau

Verbindungen

Die O.A.S.E. ist ein Neubau der HeinrichHeine-Universität Düsseldorf. Die Abkürzung steht für Ort des Austauschs, des Studiums und der Entwicklung und ist Zentrum des Lernens an der Medizinischen Fakultät.

3D-Finite Elemente

Verbindungen

Bild 3

Das ultimative FEM-Programm

© www.ibehlenz.de

Bild 4 Zuletzt wurde der Boden versiegelt – mit der UV- beständigen, wasserbasierten Polyurethanschicht Sikafloor-305 W.

Folgen Sie uns auf:

(Fotos: Sika Deutschland)

Aktuelle Informationen... www.dlubal.de w ww.dlubal.de www.dlubal.de w ww.dlubal.de www.dlubal.de w ww.dlubal.de www.dlubal.de w ww.dlubal.de Besuchen Sie uns: Halle C3, Stand 629

Kostenlose Testversion auf

www.dlubal.de

Weitere Informationen: Ingenieur-Software Dlubal GmbH Am Zellweg 2, D-93464 Tiefenbach Tel.: +49 9673 9203-0 Fax: +49 9673 9203-51 info@dlubal.com www.dlubal.de

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A12

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Neue Estrichdämmung von BSW mit bis zu 34 dB Trittschallminderung

Das leistungsfähigste Trittschalldämm-Material, Regufoam sound 10, erreicht mit einem 80 mm dicken Estrichaufbau ein Trittschall-verbesserungsmaß von ΔLw ≥ 34 dB, bei einer maximalen Dauerlast von 2.500 kg/m2. Kurzfristige dynamische Lastspitzen können noch deutlich höher sein. Sie ist 17 mm dick und hat eine dynamische Steifigkeit von s‘ ≤ 10 MN/m3.

Die Zusammendrückbarkeit beträgt c ≤ 2,0 mm. BSW hat diese Trittschalldämmbahn aus seinem Polyurethanschaum Regufoam entwickelt, der seit Jahren zur Schwingungsisolierung von Gebäude- und Maschinenfundamenten eingesetzt wird. Nach einer Recherche von BSW handelt es sich bei der neuen Trittschalldämmung momentan um die leistungs-fähigste, die auf dem Markt zu finden ist. Regufoam sound 10 eignet sich zur vollflächigen Verlegung unter schwimmend verlegtem Zementestrich und zur vollflächigen oder streifenförmigen Verlegung unter Trockenestrichen.

Eigens entwickelte Materialrezeptur Die zweite neue Estrichdämmbahn von BSW heißt Regupol sound 12. Sie besteht aus einer eigens zu diesem Zweck entwickelten Materialrezeptur aus polyurethangebundenen Elastomeren. Regupol sound 12 hat ein Trittschallminderungsmaß von 33 dB bei einer maximalen Dauerlast von Keine Chance 3.000 kg/m2. Sie ist ebenfalls 17 mm dick und hat für PAK, Lindan, eine dynamische Steifigkeit PCP, DDT, von s‘ ≤ 12 MN/m3. Die ZuFormaldehyd, sammendrückbarkeit beträgt ebenfalls c ≤ 2,0 mm. Mit Nitrosamine, seiner annähernd gleich Lösemittel wie hohen Trittschallminderung und einer noch höheren maPer, etc. ximalen Dauerlast ist das Material ähnlich leistungsfäMit Valutect Isolierfolien sanieren hig wie Regufoam sound 10 Sie Wände, Decken und Böden und dabei etwas preisgünstiger. kontaminierter Gebäude schnell,

kostengünstig und sicher.

Isolierfolien VALUTECT UMWELTTECHNIK GMBH Schemmannstraße 47 . D-22359 Hamburg Tel. 040 - 603 10 78 . Fax 040 - 603 96 01 email: info@valutect.de

www.valutect.de

A12

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Die bisherigen Estrichdämmprodukte von BSW wurden ebenfalls weiteren Tests unterzogen und in einzelnen Materialeigenschaften optimiert. Sie heißen Regupol sound 17 und Regupol sound 47. Die insgesamt vier Estrichdämmbahnen decken mit ihren abgestuften physikalischen Eigenschaften und ihrer dementsprechenden Preis-gestaltung ein breites Anwendungsspektrum ab.

(Foto: BSW)

Der Spezialist für Bauakustik, BSW, stellte auf der Messe BAU in München sein neues Programm hoch belastbarer Trittschalldämmungen unter Estrichen vor. Die neue Produktpalette beinhaltet zwei Dämmbahnen, deren Trittschallminderungsmaße im Verhältnis zur maximalen Dauerlast Spitzenwerte erreichen.

Regufoam-sound-10-Trittschalldämmung

Kompromisslos wirksame Akustiklösungen Mit seiner neuen Produktpalette beabsichtigt BSW, seine führende Position im Markt für hoch belastbare Trittschalldämmungen weiter auszubauen. Mit den außerordentlich hohen Trittschalldämmwerten können, so das Unternehmen, kompromisslos wirksame Akustiklösungen in allen Gebäuden geschaffen werden, die gewerblich industrielle Bereiche mit Büros, Wohnungen und akustisch sensiblen Räumen wie Auditorien und Studios unter ihrem Dach vereinen. Alle Materialien des neuen Produktprogramms sind bauaufsichtlich zugelassen oder werden es demnächst sein.

Außerdem hat BSW auf der BAU weitere Produktneuheiten angekündigt. So sollen im Laufe des Jahres 2013 eine neues Programm schwingungsisolierender Materialien, eine neue Trittschalldämmbahn für Terrassen und Dachterrassen sowie ein trittschalldämmender Sport- und Spielboden für Flachdächer vorgestellt werden. Außerdem wird BSW seine begleitenden Beratungsleistungen und sein Softwareangebot für bauakustische Berechnungen ausbauen.

Weitere Informationen: BSW GmbH, Am Hilgenacker 24, 57319 Bad Berleburg, Tel. +49 (0)2751 803 0, info@berleburger.de, www.berleburger.com

Edelstahl-Schlauchklemme als Verbindungselement Die Fa. Nestinox hat eine neue Schlauchklemme im Sortiment.

Der aufrechte Rand reduziert das Schneiden im Material. Die Rillen sind im Band gepresst und nicht perforiert. Im Inneren der Klemme ist es glatt, so ergibt sich eine perfekte Anbindung an den Schlauch. Die Schlauchklemme besteht aus 100 % Edelstahl 304. Diese wurden speziell für mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit entworfen und haben eine Lloyd’s-Register-Zulassung für marine, Offshore- und industrielle Nutzungen.

Weitere Informationen: NESTINOX BV, Zweigniederlassung Deutschland, Eindhovener Straße 56, PF 11 06 64, 41730 Viersen, Tel. (02162) 817 07 80, Fax (02162) 817 07 89, verkauf@nestinox.com, www.nestinox.com

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A13

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

DOMOTEX 2013: Die Welt der Bodenbeläge Die internationale Bodenbelagsindustrie blickt mit Spannung nach Hannover. Dort wird vom 12. bis 15. Januar 2013 die DOMOTEX ausgerichtet. „Die DOMOTEX ist im Kalender der weltweiten Entscheider aus allen Bereichen der Teppich- und Bodenbelagsindustrie ein fest etablierter Termin. Die Teilnahme ist ein Muss, weil es keine vergleichbare Weltleitausstellung gibt. Für die Aussteller ist die DOMOTEX eine einmalige Bühne zum Jahresauftakt und für die Besucher aus aller Welt ein umfassender Überblick zu Produkten und Märkten“, erklärt Dr. Jochen Köckler, Vorstandsmitglied der Deutschen Messe AG. Rund 1 400 Unternehmen aus 60 Ländern werden auf der internationalen Leitmesse für Teppiche und Bodenbeläge ihre neuen Produkte und Kollektionen präsentieren. In Hannover treffen sie auf rund 40 000 internationale Fachbesucher aus mehr als 80 Ländern.

BIMFORMATION MANAGEMENT

Größte und internationalste Bodenbelagsmesse weltweit Getreu dem DOMOTEX-Motto „The World of Flooring“ werden alle Produktgruppen und Trends in Hannover umfassend abgebildet. Dazu zählen handgefertigte und maschinell hergestellte Teppiche, textile und elastische Bodenbeläge, Parkett und Laminat sowie Verlege-, Pflege- und Anwendungstechniken.

Die Besucher aus Groß- und Einzelhandel, Architektur, Innenarchitektur, Inneneinrichtung und dem Handwerk erhalten einen ganzheitlichen Marktüberblick. Sie können Anbieter, Produkte und Konditionen vergleichen, konkrete Verkaufsgespräche führen sowie neue Trends und Entwicklungen aufspüren.

54 % der Besucher kommen aus dem Ausland, 90 % sind in die Kaufentscheidungen ihrer Unternehmen eingebunden – damit belegt die DOMOTEX Spitzenwerte im internationalen Messevergleich. Nur in Hannover können sich die Unternehmen einem derart internationalen und professionellen Publikum präsentieren. Köckler: „Hier treffen sie Partner für den Eintritt in neue Märkte, pflegen bestehende Kontakte und legen die Basis für neue, internationale Geschäftsbeziehungen. Auf der DOMOTEX in Hannover treffen Angebot und Nachfrage der globalen Bodenbelagsbranche perfekt aufeinander.“

Top-Thema „Flooring Deluxe“ stellt Premiumprodukte in den Fokus Das Interesse an hochwertigen Bodenbelägen für den Wohnund Objektbereich nimmt stetig zu. Diese Böden zeichnen sich durch modernes Design sowie hochwertige Materialien aus und sind heute essentiell für das Einrichtungskonzept eines Raums.

Im Rahmen des DOMOTEX-Schwerpunktthemas „Flooring Deluxe“ werden Premium-Bodenbeläge aus den Bereichen Teppichboden, Parkett und Laminat präsentiert. Hierzu wird eigens eine Flooring-Deluxe-Sonderfläche für den Ausstellungsbereich der Teppichböden in der Halle 6 geschaffen. In Halle 9 entsteht ein weiteres Areal, auf dem hochwertige Bodenbeläge aus dem Bereich Parkett und Laminat gezeigt werden. Namhafte Aussteller präsentieren sich rund um die zentral gelegenen Sonderflächen.

Bernd, Stahlfertiger

Kevin, Fertigteilbauer

Birgit, Ingenieurin

Karl-Heinz, Bauunternehmer

Experten aus verschiedenen Disziplinen sind mit der Herausforderung konfrontiert, in der Planung miteinander detailliert zu kommunizieren und übereinzustimmen. Sie brauchen ein Tool, das eine effektive Datenzentralisierung und -überprüfung in allen Phasen des Bauprojektes ermöglicht. Durch die Arbeit an ein und demselben Tekla-Modell stehen allen Partnern die aktuellsten Baudaten zur Verfügung, in Echtzeit.

Tekla Structures BIM (Building Information Modeling)Software bietet eine datenintensive 3D-Umgebung, die von Bauunternehmern, Planern, Konstrukteuren und Fertigungsbetrieben sowohl im Stahl- als auch Betonbau gemeinsam genutzt werden kann. Tekla ermöglicht besseres Bauen und eine optimale Integration bei Projektmanagement und -auslieferung.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A13

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A14

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN Bühne für spektakuläre Produktinszenierungen Ein zentraler Bestandteil von „Flooring Deluxe“ werden exklusive Produktinszenierungen sein – die Concept Rooms. Hierbei handelt es sich um Raummodule, in denen Bodenbeläge innovativ in Szene gesetzt werden. Gefragt sind zukunftsweisende und impulsgebende Raumkonzepte – seien es ein Wohnkonzept, eine Raumidee, eine Lösung für einen gewerblich genutzten Raum, eine Materialstudie oder eine unkonventionelle Installation. Im Mittelpunkt steht das wirkungsvolle Zusammenspiel aus Boden und Raum.

DOMOTEX2go kann jeder Messebesucher Aussteller, Produkte und Veranstaltungen auswählen und persönliche Termine planen. Darüber hinaus zeigt der Messeguide einen interaktiven Geländeplan inklusive Navigation. Die Anwendung ist unter www.domotex2go.de abrufbar und steht im App-Store von Apple kostenfrei zum Download bereit.

Weitere Informationen: Deutsche Messe, Messegelände, 30521 Hannover, Tel. + 49 (0)511 – 89-0, Fax + 49 (0)511 – 89-32626, info@messe.de, www.domotex.de

Innovative Online-Services für DOMOTEX-Besucher Die Deutsche Messe AG hat den Anspruch „Maßstab für Geschäftsanbahnung weltweit“ zu sein. Neben der reinen Messebeteiligung bietet die DOMOTEX daher Austellern und Besuchern innovative online-Services zur Kontaktanbahnung.

Performance Flooring geht dekorativ und hygienisch die Wände hoch

(Foto: Ottiger Fotografie Zug/HTS Architekten, Cham)

Mit dem „Match and Meet“-Service werden DOMOTEX-Aussteller und -Besucher über das Internet gezielt zusammengeführt. Fachbesucher erstellen zunächst ein persönliches Profil auf www.domotex.de und geben an, für welche Produkte sie sich interessieren. Die Teilnehmer erhalten automatisch eine Trefferliste mit passenden Kontakten und können mit dem potenziellen Geschäftspartner direkt Verbindung aufnehmen.

Auch zur kommenden Veranstaltung bietet die DOMOTEX einen mobilen Messeführer: DOMOTEX2go als digitaler Katalog im Taschenformat liefert die wichtigsten Online-Funktionen des DOMOTEX-Webauftritts für Smartphones. Mit

Violette Performance Flooring Wandbeschichtung

Der Spezialist für fugenlose Bodensysteme Performance Flooring von BASF erweitert sein Sortiment um dekorative, hygienische und widerstandsfähige Wandsysteme.

Boden und Wand aus einem Guss – ein gestalterisches Mittel, das eine zunehmend große Rolle spielt. Ganz gleich ob eine einfarbige Gestaltung in hellen Tönen oder individuelle, vielleicht sogar künstlerische Designs: Das Spiel mit den Farben ermöglicht sanfte Übergänge, stiftet Orientierung und bietet nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten.

Die neuen Wandbeschichtungen von Performance Flooring bieten ein dekoratives Raumerlebnis und bilden einen nahtlosen Übergang in einheitlicher Materialität vom Boden bis zur Decke. Genau wie die Böden können auch die neuen Wandbeschichtungssysteme auf verschiedene Einsatzbereiche zugeschnitten werden – von Bildungs- und Gesundheitseinrichtungen über Büro, Handel und Hotellerie bis hin zu Industriebauten und Nassbereichen. Dabei soll vor allem das dickschichtige, durch ein Glasfasergewebe verstärkte, Polyurethan-System Mastertop WS 300 PU höchste Anforderungen an Schlag- und Stoßfestigkeit, Langlebigkeit, Hygiene und Wasserdichtigkeit erfüllen.

Weitere Informationen: BASF Bautechnik GmbH, Dr. Albert-Frank-Str. 32, 83308 Trostberg, Tel. +49 (0) 86 21 – 86 – 3700, Fax +49 (0) 86 21 – 86 – 3 703, InfoPerformanceFlooring@basf.com, www.flooring.basf.de

A14

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A15

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Bodensanierung: In dicken und in dünnen Schichten mit einem Produkt Wasserdispergierte Epoxidharzbeschichtungen haben seit einigen Jahren ihren festen Platz im Bereich der Bodenbeschichtungs-Systeme gefunden. Die Vorteile der einfachen und sicheren Verarbeitung, die hohe Verschleißfestigkeit und Beanspruchbarkeit der Beschichtungen sowie der sehr gute Haftverbund zu mineralischen Untergründen, selbst wenn diese durch Feuchtigkeit belastet sind, sprechen für die guten Einsatzmöglichkeiten.

Die Firma Heinrich Hahne GmbH & Co. KG stellte auf der BAU 2013 in München mit dem Produkt HADALAN® LF41 12E nun erstmals ein Material vor, in dem die Beschichtung in dünnen oder wahlweise auch dicken Schichten verarbeitet werden kann.

Das VOC-freie Produkt ist als Versiegelung eingestellt und kann mittels Fellrollen als Oberflächenschutz-System für Bodenflächen z.B. in Garagen, Industriebetrieben, Lagerhallen, Kellerböden, etc. eingesetzt werden. Durch die Zugabe einer speziellen Füllstoffkomponente kann der Anwender das Produkt dann aber auch als Kratzspachtelmasse, als Verlaufsbeschichtung und sogar als hochdruckfesten Epoxidharzmörtel verarbeiten.

Regupol® | Regufoam® BAU 2013 Halle A5 Stand 500

(Fotos: Hahne)

Die Verarbeitung in dickeren Schichten oder auch als Mörtel war bislang aufgrund der wässrigen Anteile in den Systemen oftmals ein Problem, – ein Schrumpfverhalten begrenzte hier die Anwendbarkeit.

Bild 1

Abriebfeste Versiegelungen und Beschichtungen mit HADALAN® LF41 12E

Weitere Informationen: Heinrich Hahne GmbH & Co. KG, Heinrich-Hahne-Weg 11, 45711 Datteln, Tel. +49 (0)2363 – 56 63 – 41, Fax +49 (0)2363 – 56 63 – 93, info@hahne-bautenschutz.de, www.hahne-bautenschutz.de

on your wavelength

Schwingungen isolieren Projekt Wisseloord Studios, Hilversum Die Stones, The Police, Tina Turner, U2, und Michael Jackson haben hier ihre Aufnahmen gemacht. Bei der Sanierung der Ton- und Mastering-Regien wurde die gesamte Raum-in-RaumKonstruktion durch das Akustikplanungsbüro jv-acoustics mit Regufoam® körperschallentkoppelt. So konnten die hohen geforderten Isolationswerte zuverlässig erreicht werden.

BSW GmbH Telefon: +49 2751 803-124 Fax: +49 2751 803-159 schwingung@berleburger.de www.bsw-schwingungstechnik.de

Wisseloord Studios, Hilversum

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A15

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A16

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Hohes Einsparpotential durch Kunststofffasern für konstruktive Bewehrung von Industrieböden Mitte 2011 erhielt die Nething + Ott Generalplaner GmbH aus Günzburg den Auftrag für die Planung einer neuen Produktionshalle der Ludo Fact GmbH. Ludo Fact, einer der führenden Spielehersteller in Europa, plante eine Erweiterung der Produktionshallen am Unternehmensstandort Jettingen-Scheppach. „Bei der Planung der Bodenplatte war uns natürlich wichtig, verschiedene Alternativen zu prüfen, um dann dem Bauherren die wirtschaftlichste Variante vorzuschlagen“, berichtete Dipl.-Ing. (FH) Wilhelm Barner, Architekt bei Nething + Ott.

Bodenplatte als die mit Abstand wirtschaftlichste Art der Ausführung heraus. Die Kosten für eine mattenbewehrte Bodenplatte, inklusive deren Einbau auf der Baustelle, wären dreimal so hoch gewesen. Eine mögliche Ausführung mit Stahlfasern wurde nicht nur aus Kostengründen verworfen, auch aufgrund von Korrosionsproblemen an der Oberfläche kam diese Art der Ausführung für Nething + Ott nicht in Frage.

Fabrino lieferte nicht nur die Bemessung für die mit Kunststofffasern zu bewehrenden Bodenplatte, auch hinsichtlich der Fugenplanung wurde Unterstützung gewährt. „Die Halle hatte ein Stützenraster von 13,50 m × 13,50 m, daher hatten wir eine fugenarme Ausführung mit unserer High Grade Faser mit Fugenfeldern von 27 m × 27 m vorgeschlagen“, erinnert sich Stefan Rüdrich, Vertriebsleiter von Fabrino. Die fugenarme Ausführung bot sich bei dem Projekt Ludo Fact aufgrund des Stützenrasters und der anstehenden Lasten an. So konnte schließlich auch auf das Einschneiden der Bodenplatte zur Herstellung der Felder verzichtet werden. Die Felder wurden im Rahmen der Ausführung mit Fugenprofilen abgeschlossen. An den Feldrändern kam umlaufend eine 0,50 m breite Zusatzbewehrung (MatteQ188 A, oben und unten) zum Einsatz. Diese dient der Aufnahme der auftretenden Spannungen im Randbereich der Platte.

High Grade Faser gefällt sehr und spart 10 000 €

(Fotos: Fabrino)

Die Bemessung der Bodenplatte erfolgte gemäß DIN EN 1992-2 (EC2). Neben dieser Bemessung wurden von Fabrino auch Vorschläge zu Fugenprofilen und zum fachgerechten Anschluss der Bodenplatte, an eine bereits bestehende Halle, erstellt.

Die neue Produktionshalle der Ludofact GmbH – ca. 4 000 m² Fläche, Feldgröße 27 × 27 m (Stützenraster 13,5 × 13,5 m), Plattenstärke 25 cm, Flächenlast 10 kN/m², Gabelstapler/max Radlast 30 kN, Bodenkennwerte EV2 = 80 MPa, Betondruckfestigkeitsklasse C 30/37

Parallel zur Variante einer konventionellen Mattenbewehrung stieß Barner bei seinen Recherchen auf die Kunststofffaser Fibrofor High Grade und die Fabrino Produktionsgesellschaft aus Memmingen. Dort ließ er sich die Faser vorstellen und eine statische Bemessung für die Ausführung der Bodenplatte mit der High Grade Faser erstellen. Bei der Faser Fibrofor High Grade 190 handelt es um eine fibrillierte Kunststofffaser, die zur Verminderung oder auch als Ersatz für die konstruktive Bewehrung von Industrieböden und Betonaußenflächen Einsatz findet. Fabrino ist der deutsche Exklusiv-Partner des Schweizer Kunststofffaserherstellers Brugg Contec AG.

Zuschlag für Kunstofffaser Nach Überprüfung der verschiedenen Varianten stellte sich für die Planer von Nething + Ott die mit Kunststofffasern bewehrte

A16

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Bei der Klärung von planerischen Details in Fragen der Ausführung mit dem Prüfstatiker und dem Rohbauunternehmer, stand der Faserlieferant beratend zu Seite. Bei der Herstellung und beim Einbau des Betons wurde von Seiten Fabrino hinsichtlich der Betonrezeptur sowie des Einmischens der Kunststofffasern technische Hilfestellung geleistet. „Die Fasern lassen sich problemlos einmischen und verteilen sich homogen im Beton“, berichtet Dipl.-Ing. Frank Nitzsche, Frischbeton Schwenk, aus der Sicht des Betonlieferanten.

Nachdem nun die ca. 1 000 m³ Kunststofffaserbeton eingebaut sind, hält Barner rückblickend fest: „Der Bauherr war uns für den Vorschlag, die High Grade Faser zu verwenden und die damit verbundene Kosteneinsparung von mehreren 10 000 €, sehr dankbar und ist auch jetzt mit dem fertigen Hallenboden sehr zufrieden.“ Weitere Informationen: FABRINO, Produktionsgesellschaft mbH & CO.KG, Augsburger Straße 23, 87700 Memmingen, Tel (0 83 31) 9 25 06-0, Fax (0 83 31) 9 25 06-36, info@fabrino.eu, www.fabrino.eu

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A17

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Neu: Verlaufsbeschichtung StoPox BB T 200 – attraktiver, strapazierfähiger Boden Ob im Gesundheitswesen, in der Pharmaindustrie oder im Reinraum: Eine fugenlose, porenfreie Bodenbeschichtung bietet hygienische und mikrobakterielle Sicherheit. Mit „StoPox BB T 200“ von StoCretec gibt es jetzt eine solche Beschichtung, die mit TerrazzoOptik zudem hohe ästhetische Ansprüche erfüllt.

Architektonischer Anspruch bei Industrieböden – dafür gibt es jetzt die neuartige Verlaufsbeschichtung StoPox BB T 200. Eine Bodenbeschichtung hat zunächst funktionale Anforderungen zu erfüllen: Mechanische und chemische Belastbarkeit, Langlebigkeit, Reinigungsfreundlichkeit und gute Verarbeitungseigenschaften. Sie ist aber ebenso Teil der Innenarchitektur, also auch unter gestalterischen Aspekten auszuwählen.

Das lösemittelfreie Beschichtungssystem überzeugt durch dezent seidenmatte Optik und ist dabei hohen mechanischen Belastungen gewachsen, wie sie in der Industrie und in öffentlichen Bereichen auftreten. Die vergilbungsarme Einstellung sowie die hohe Kratzbeständigkeit sorgen dafür, dass das exklusive Erscheinungsbild lange erhalten bleibt.

Weitere Informationen: StoCretec GmbH, Gutenbergstraße 6, 65830 Kriftel, Tel. (0)6192 – 401-104, Fax (0)6192 – 401-105, info.stocretec.de@stoeu.com, www.stocretec.de

(Fotos/Abb.: StoCretec)

Durch einen Spezialfüllstoff in der Bodenbeschichtung StoPox BB T 200 entsteht eine einzigartige Terrazzo-Optik, verfügbar in zehn lebendigen Farbtönen. Die geschlossene Oberfläche ist einfach, kostengünstig und zeitsparend zu reinigen und beständig gegen alle handelsüblichen Desinfektionsmittel. Zudem ist das System VOC-emissionsarm und erfüllt die AgBB Anforderungen. Somit kann es in sensiblen Aufenthaltsräumen und sogar in Reinräumen eingesetzt werden.

StoPox BB T 200 besteht aus den drei Komponenten Epoxidharz, Härter und Spezialfüllstoff. Das fertig gemischte Material lässt sich einfach mit einer Rakel aufbringen. Es ist selbstverlaufend, was den Verarbeitungsaufwand im Vergleich zu abgeporten Colorquarzbeschichtungen reduziert. Optional wird eine Einpflege empfohlen (StoDivers P 105/StoDivers P 120).

Bild 1

Gestaltungsfreiheit in zehn Farbtönen: Der selbstverlaufende Epoxidharzboden StoPox BB T 200 bietet breiten Gestaltungsspielraum in Terrazzo-Optik – auch unter industrieller Belastung.

Bild 2

Systembaufbau: 1. Grundierung (StoPox GH 205), 2. Kratzspachtel (StoPox BB OS oder StoPox WL 100), 3. Deckschicht (StoPox BB T 200), 4. Versiegelung (StoPox WL 150 transparent)

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A17

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A18

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Kautschuk-Bodenbeläge für Großprojekte, öffentliche Einrichtungen und Industriebauten

Wenn es darum geht, beim Bodenbelag höchsten Anforderungen gerecht zu werden, setzen Planer, Architekten, Bauherren und Verarbeiter weltweit seit Jahrzehnten auf die KautschukBodenbeläge des – laut Eigenangabe – Weltmarktführers nora systems. Die Produkte des Weinheimer Kautschuk-Spezialisten eignen sich für Großprojekte wie Flughäfen, Krankenhäuser, Bildungseinrichtungen, öffentliche Gebäude oder Industriebauten. Überall, wo der Boden großen Belastungen standhalten muss, beispielsweise durch hohen Publikumsverkehr oder den Einsatz schwerer Geräte, bewähren sich nora KautschukBeläge.

Sicher, langlebig und höchst wirtschaftlich Das Unternehmen legt seinen Fokus auf das Objektgeschäft und erfüllt mit seinen Produkten alle Anforderungen, die in den jeweiligen Bereichen an den Bodenbelag gestellt werden. Ob besondere Hygienevorschriften und elektrostatische Ableitfähigkeit in Krankenhäusern, Trittschalldämmung und Rutschfestigkeit in Schulen oder Brandsicherheit in öffentlichen Gebäuden – nora-Bodenbeläge bieten umfassende Sicherheit und durch ihre Dauerelastizität zugleich höchsten Komfort.

Alle nora Kautschuk-Beläge sind extrem langlebig – ein großer wirtschaftlicher Vorteil, den Architekten und Gebäudebetreiber zu schätzen wissen. Weil nora-Bodenbeläge nicht beschichtet werden müssen, entfällt die zeit- und kostenaufwändige Neubeschichtung, die bei anderen elastischen Bodenbelägen in kurzen Abständen erforderlich ist. Auch nach jahrzehntelanger intensiver Beanspruchung sehen nora-Bodenbeläge noch nahezu aus wie neu.

Sie wünschen Sonderdrucke von einzelnen Artikeln aus einer Zeitschrift unseres Verlages?

Informationen: Janette Seifert Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21, 10245 Berlin Tel. +49(0)30 470 31-292 Fax +49(0)30 470 31-230 jseifert@ernst-und-sohn.de

A

W i l e y

C o m p a n y

A18 Bautechnik 90 1(2013), Heft 1 0204100006_dp_88x63mm.indd

0204100006_dp

w w w. e r n s t - u n d - s o h n . d e

Weil sie keine gesundheitsschädlichen Weichmacher oder Halogene enthalten, tragen nora Kautschuk-Beläge das Umweltsiegel „Der Blaue Engel…weil emissionsarm“ und leisten damit einen Beitrag zum umweltgerechten, nachhaltigen Bauen.

(Fotos: nora systems)

Bei der Gestaltung von Innenräumen sind neben den Wänden vor allem die Böden stilprägende Elemente – mit vielfältigen Aufgaben.

Sie müssen nicht nur widerstandsfähig sein, sondern auch durch Design und Funktionalität überzeugen.

Weil nora-Bodenbeläge nicht beschichtet werden müssen, entfällt die zeitund kostenaufwändige Neubeschichtung, die bei anderen elastischen Bodenbelägen in kurzen Abständen erforderlich ist – hier bei Novartis, Basel

Design und Funktionalität Zudem ergänzen sich bei nora Design und Funktionalität auf ideale Weise. In den 1960er Jahren avancierte die noramentNoppe zum Kult-Klassiker. Seither hat der Weinheimer Kautschuk-Spezialist immer wieder mit innovativen Designs von sich reden gemacht. 2012 erhielt das Unternehmen für seinen neuen Bodenbelag noraplan unita, einer ungewöhnlichen Materialkombination aus Kautschuk und Granit, den red dot Award für herausragendes Produktdesign.

Die Entscheider – Investoren und Architekten – werden bereits vor der Ausschreibung eines Bauvorhabens umfassend beraten und dann über alle Projektphasen hinweg begleitet. Die Betreuung von A bis Z gilt natürlich auch für ausschreibungsfreie Projekte. Häufig werden die Bodenbeläge genau auf die Anforderungen der Kunden maßgeschneidert: Sonderfarben, spezielle Materialeigenschaften oder Intarsien – in der Weinheimer Produktionsstätte werden nahezu alle Wünsche erfüllt. Eine intensive Nach-betreuung nach Abschluss des Projekts stärkt die Kundenbindung zusätzlich.

Internationale Ausrichtung weiter gestärkt Seine erfolgreiche internationale Ausrichtung wird das Unternehmen künftig noch weiter verstärken. Mit Eintritten in die Wachstumsmärkte Südamerika, Russland und die Vereinigten Arabischen Emirate sowie weiteren Investitionen in den boomenden chinesischen Markt hat sich nora systems eine hervorragende Ausgangsposition für weiteres Wachstum geschaffen.

Darüber hinaus sollen neue Zukunftsmärkte wie Indien erschlossen werden. So stehen nora Kautschuk-Bodenbeläge bald in noch mehr Ländern der Erde für Qualität „Made in Germany“.

Weitere Informationen: nora systems GmbH, Höhnerweg 2–4, 69469 Weinheim, Tel. (0 62 01) 80 56 66, (Betreuung Verarbeiter, Händler), Tel. (0 62 01) 80 60 40 (Beratung Planer, Bauherren) Fax (0 62 01) 88 30 19, info-de@nora.com, www.nora.com/de

01.12.2010 15:10:18 Uhr

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A19

BODENBELÄGE UND -BESCHICHTUNGEN

Neuartiger, flexibler Epoxydharzmörtel

Vibriert der Boden in industriellen Bereichen beispielsweise durch Maschinenbewegungen, haben es herkömmliche Reparaturmaterialien schwer. Häufig zeigen sich nach einiger Zeit Risse in den behandelten Stellen, da es zu starr ist, um sich auf leichte Schwingungen einstellen zu können. Im Gegensatz dazu kann sich Concrex Flex, ein 2-Komponenten Mörtel auf Basis von Epoxidharz, der Watco GmbH in Viersen den Bewegungen problemlos anpassen. Dem Zuwachs in der Concrex-Reihe sind spezielle elastizitätsgebende Inhaltsstoffe beigefügt. Sie sorgen für eine gute Flexibilität, wodurch das Material Bodenbewegungen absorbierten kann. In der Praxis bedeutet das, dass die reparierte Schadstelle auch dann noch intakt ist, wenn der Boden aus optischen oder baulichen Gründen erneuert werden müsste.

Trotz der Elastizität verfügt die Neuheit über eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit, so dass Gabelstapler mühelos darüber fahren können. Sie ist stärker als Beton und sehr abriebfest. Ideale Einsatzgebiete sind Schlüsselbereiche wie Dehnungsfugen, Laufschienen, Rampen und Schachtdeckel.

(Fotos: Watco)

Mit Concrex Flex stellt die Watco GmbH, Viersen, ein neues Produkt aus der Palette der widerstandsfähigen Epoxydharzmörtel der Reihe Concrex vor. Die Neuheit wurde speziell für Reparaturen in Bereichen entwickelt, die Vibrationen und Bewegung ausgesetzt sind.

Vorher

Nachher

Mit dem Epoxidharzmörtel Concrex Flex lassen sich nun auch Böden reparieren, die Vibrationen durch beispielsweise Maschinen ausgesetzt sind. Denn das Material nimmt die Schwingungen auf, statt zu reißen.

Der Verarbeiter kann Concrex Flex schnell und einfach anmischen und ihn bequem mit einer Glättkelle applizieren. Es wird in einer Stärke von 5 bis 50 mm aufgetragen, ist aber auch auslaufend modellierbar, wenn der Großteil der Reparatur 5 mm stark ist.

Gute Chemikalienresistenz Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichem Zementmörtel ist die gute Chemikalienresistenz. Kurzzeitiger Kontakt mit aggressiven Stoffen wie beispielsweise verdünnte Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzlösungen und Mineralölen kann dem Mörtel nichts anhaben. Außerdem verbindet er sich dauerhaft mit dem Untergrund und schrumpft während der Trocknung nur geringfügig. Der Härteprozess erfolgt auch bei widrigen Umgebungsbedingungen rasch und weitgehend unbeeinflusst durch Feuchtigkeit. Nach circa acht Stunden bei Temperaturen zwischen 15 bis 20° Celsius ist die Reparaturfläche wieder voll belastbar.

Nach der Trocknung zeigt das Produkt rutschhemmende Eigenschaften und kann beliebig überstrichen werden.

In der Concrex-Reihe befinden sich weitere Produkte, die für Spezialanwendungen entwickelt wurden. Wenn die Zeit drängt, reduziert das schnell trocknende Concrex Rapid die Wartedauer bis der Boden wieder voll belastbar ist auf circa drei Stunden.

Das Einsatzgebiet von Concrex HT Hochtemperatur ist überall dort, wo hohe Temperaturen herrschen wie beispielsweise vor Hochöfen.

Weitere Informationen: Watco GmbH, Talstrasse 27, 41751 Viersen, Tel. +49 (0)2162 – 530 17 17, Fax +49 (0)2162 – 530 17 77, info@watco.de, www.watcodirekt.com

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A19

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A20

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

8. Fachausstellung „GrundbauBrunnenbau“ & 9. Österreichische Geotechniktagung

struktur in der Nähe des Kongresszentrums. Den Ausstellern bieten wir offene und übersichtliche Ausstellungsräume in unmittelbarer Nähe des Vortragssaals der Österreichischen Geotechniktagung“, führt Reiser aus und freut sich auf die neuen und modernen Räumlichkeiten im MCC. Networking, Wissensaustausch, kreative Lösungen, neue Innovationen und Geschäftsanbahnung – das und noch viel mehr bietet die VÖBU Fachausstellung „Grundbau-Brunnenbau“ auch im Jahr 2013 den Besuchern, Kongressteilnehmer der Österreichischen Geotechniktagung sowie den über 70 Ausstellern aus den Gebieten Grundbau, Bohrtechnik und Brunnenbau.

Dietmar Adam, Professor am Institut für Geotechnik der Technischen Universität Wien, ist seit der ersten Geotechniktagung 1997 in die Tagungsorganisation eingebunden und leitet auch die nächste Tagung. „Nicht nur der Standort, auch die Veranstaltung selbst hat sich seit 1997 sehr geändert. In den ersten Jahren gab es noch keine Themenbeschränkungen, um eine große Bandbreite von geotechnischen Fragestellungen abdecken zu können. Als Initial war das gut und richtig so, um einen möglichst großen Personenkreis anzusprechen“, meint Dietmar Adam. „In den letzten Jahren erfolgte eine Schwerpunktsetzung bei den Themen, da das mittlerweile sehr breit gestreute Fachgebiet der Geotechnik in einer zweitägigen Konferenz nicht mehr vollständig abgedeckt werden konnte. Lag bei der letzten Tagung der Schwerpunkt auf unterschiedlichen Gründungskonzepten, so wird beim nächsten Mal Bauen im und mit dem Wasser im Boden im Mittelpunkt stehen. Einerseits stellen Bauwerke im Grundwasser eine besondere Herausforderung für Planung und Ausführung dar, andererseits kann und soll Wasser mehr und mehr für innovative Energiesysteme der Zukunft genutzt werden.“ Dietmar Adam führt zur Entwicklung der Geotechniktagung weiter aus: „Das Erfolgsrezept der Tagung haben wir jedoch beibehalten: Eine gute Mischung aus theoretischen Grundlagen und praktischen Anwendungen bei der Auswahl der Vorträge, die „Vienna – Terzaghi Lecture“, zu der ein renommierter, international hoch angesehenen Geotechniker eingeladen wird – diesmal ist dies Prof. Dr. Rolf Katzenbach von der TU Darmstadt – und ein angenehmer Rahmen, der zu einem intensiven Austausch unter den Teilnehmern genutzt werden soll.“ Auf die Frage, wie er die Kooperation mit der Fachausstellung sieht, meint er: „Die Zusammenführung von Geotechniktagung und Fachausstellung war wohl die Krönung, denn damit werden seitdem nicht nur Synergien genutzt, sondern Unternehmen und Tagungsteilnehmer treffen ganz automatisch und ungezwungen in angenehmer Atmosphäre im beruflichen Umfeld aufeinander.“

Am 24. + 25. Jannuar 2013 verbinden Geotechniktagung und Fachausstellung im MESSE Wien CONGRESS CENTER Theorie und Praxis, Forschung und Anwendung erfolgreich miteinander: Im Jahr 2011 konnte diese Veranstaltung rund 70 Aussteller und über 600 Fachbesucher begrüßen. Für Messe & Kongress im Jahr 2013 haben sich die Veranstalter erstmals für den Standort MESSE Wien CONGRESS CENTER entschieden.

(Fotos: 1 Vöbu)

„Die Messe Wien ist die richtige Wahl“, so Günter Reiser, Geschäftsführer der VÖBU über den neuen Standort der Fachmesse auf dem Wiener Messegelände. „Der Standortwechsel bedeutet für die Fachausstellung einen wichtigen Schritt in eine erfolgreiche Zukunft. Das MCC beherbergt als Kongressstandort viele Vorteile wie die leichte Erreichbarkeit sowohl mit PKW als auch mit öffentlichen Verkehrsmitteln. Ein wesentlicher Pluspunkt sind auch die zentrale Lage und die hervorragende Infra-

Vöbu-Stand 2011

A20

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Weitere Informationen: VÖBU – Vereinigung Österr. Bohr-, Brunnenbau- und Spezialtiefbauunternehmungen, Wolfengasse 4/8, 1010 Wien, Tel: +43/1/713 27 72, Fax +43/1/713 27 72-40, office@voebu.at, www.voebu.at

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A21

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

Schneller Bau eines Lärmschutzwalles in Neuss-Allerheiligen Ein Neubaugebiet muss vor Lärm geschützt werden. Das gilt für eine Fläche im Neusser Stadtteil Allerheiligen ganz besonders – ist es doch quasi von vier Geräuschquellen „umzingelt“: 900 m östlich befinden sich Betriebe der Aluminiumindustrie, nordöstlich grenzt die Bahnlinie Krefeld-Neuss-Köln an, außerdem sind die BAB A 57 und eine Kreisstraße nicht weit entfernt.

Lärmschutzmaßnahmen waren bei diesem Projekt also besonders wichtig: So sollte unter anderem ein zehn Meter hoher Wall zu den Gleisen hin gebaut werden. „Bei dieser Höhe macht es wenig Sinn, auf eine konventionelle Lösung zu setzen, zum Beispiel eine Winkelstützmauer aus Beton“, erklärt Christian Kortboyer, Projektverantwortlicher der Firma HUESKER. Neben ästhetischen Gründen sprach hier deshalb vor allem der Preis für die Variante „Kunststoffbewehrte Erde“ (KBE), die vom Planungsbüro GFP Dr, Gärtner & Partner, Duisburg, vorgeschlagen wurde.

Bild 1

Vor-Kopf-Einbau von Hinterfüllmaterial

Verlegen machen einen nicht unerheblichen Teil der Gesamtrechnung beim Bau von steilen Böschungen und Stützkonstruktionen aus für die Baupreiskalkulation…beim Einbau von Geokunststoffbewehrungen).

(Kosten-)Vorteil Hohe Zugkraft, geringe Dehnung Dass sich die Bauunternehmung Johann Bunte aus Willich für das Fortrac®-Geogitter aus dem Hause HUESKER entschied, hatte ebenfalls mit der Kostenkalkulation zu tun. So gibt es zwar Geogitter anderer Hersteller – Untersuchungen haben jedoch klar aufgezeigt, welche Vorteile flexible Geogitter, wie zum Beispiel Fortrac®, gegenüber der Konkurrenz haben: Das Gitter aus Gescher lässt sich deutlich einfacher und mit weniger Personalaufwand einbauen. Gerade aber die Lohnkosten beim

Das Geogitter von HUESKER erwies sich bei diesem Bauprojekt auch deshalb als das richtige Produkt, weil hier zwei schwierige Herausforderungen zusammenkamen: Der überwiegende Teil des Walls ist mit zehn Metern sehr hoch, zur Bahnseite hatte man es zudem mit einem steilen Böschungswinkel (β ≈ 68 Grad) zu tun. Diese Bedingungen erfordern besondere Maßnahmen zur Gewährleistung der Standsicherheit. Gerade

DUKTUS PFAHLSYSTEME Entwicklung, Produktion und Vermarktung von Rammpfählen aus duktilem Gusseisen • Bemessungswerte bis ca. 2.000 kN • Zulassung nach: ÖNORM B 2567 / ETA-07 0169 / DIBt Z-34.25-230

• Vollverdrängungspfahl • Beliebige Pfahllängen bis 50 Meter

Besuchen Sie uns im Internet unter www.duktus.com

Anzeige Pfahl 181x128 4c Pfahl 12.12.indd 1

12/5/2012 3:22:41 PM

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A21

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A22

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU Schnittstelle zwischen Frontelement und Hinterfüllbereich zusätzliche Stabilität. Die Gabionen machen den Lärmschutzwall außerdem zu einer „grünen Wand“, in Wohngebieten ein zusätzliches Plus. Etwa 90 % der Körbe wurden nach Abschluss der Baumaßnahme bepflanzt.

Dass schneller Einbau mit Haltbarkeit verbunden sein kann, zeigt das Fortrac®-Geogitter übrigens auch: Es ist sehr gut beständig gegen chemische und biologische Einflüsse im Boden, ebenso gegen UV-Strahlung und mechanische Beschädigung, Eigenschaften, die nicht nur beim Bau von Kunststoff-BewehrterErde (KBE) eine wichtige Rolle spielen. Dass in Neuss-Allerheiligen etliche Quadratmeter Geogitter in kurzer Zeit verlegt werden konnten und die Gesamtbauzeit nur sechs Monate betrug, zeigt: Flexibilität zahlt sich aus.

Bild 2

Fertige Frontansicht

Weitere Informationen: HUESKER Synthetic GmbH, Fabrikstraße 13–15, 48712 Gescher, Tel. +49 (0)25 42 – 701 – 0, Fax +49 (0)25 42 – 701 – 499, info@HUESKER.de, www.HUESKER.com

Baugrubensicherung – die sichere Rückverankerung Ankerpfähle sind Mikropfähle TITAN nach DIN EN 14199. Sie sind in vielen Fällen eine gleichwertige, aber wirtschaftliche Alternative zu vorgespannten Verpressankern nach DIN EN 1537 (bisher DIN 4125).

Ungefüllte Gabionenreihe mit Geogitterrückverhängung

Fortrac® zeichnet sich durch eine hohe Zugkraft bei geringer Dehnung, geringe Kriechneigung und einen guten Verzahnungseffekt mit dem zu bewehrenden Boden aus. Nur so konnte der „monolithische Erdblock“ entstehen, den der Bauherr, die LEG Stadtentwicklung GmbH & Co. KG, Dortmund, als Hinterfüllung der bahnseitig gelegenen Gabionenwand verlangte.

Die Bemessung von Ankerpfählen und Verpressankern ist mit Einführung der DIN 1054:2005-01 einheitlich geregelt. Die erforderliche Länge wird gleich groß für Ankerpfähle und Verpressanker.

Weitere Informationen: FRIEDR. ISCHEBECK GMBH, Loher Straße 31–79, 58256 Ennepetal, Tel. (0 23 33) 8305 0, Fax (0 23 33) 83 05 55, info@ischebeck.de, www.ischebeck.de

(Fotos: Huesker)

Und noch ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Zusammenspiel mit den Gabionenkörben. Das Geogitter wurde in die Drahtkörbe eingelegt und mit einer Spiralfeder sowie der Auflast der Gabionenfüllung fixiert. Diese Fixierung gibt der

Bei Ankerpfählen werden auch ohne Vorspannung gleich große Kopfverschiebungen wie bei Verpressankern gemessen. Weil sie nicht vorgespannt werden müssen, brauchen sie auch konstruktiv keine freie Länge.

(Fotos: Friedrich Ischbeck GmbH)

Bild 3

Bild 4

Einbindung der Geogitterbewehrung in den Gabionenkorb

A22

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Lärmschutzeinhausung bei Köln Lövenich

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A23

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU längerung der Schlachte in die Überseestadt. Wie an der bereits vor drei Jahren angelegten Uferpromenade entlang des „WeserQuartiers“ integriert die WFB Wirtschaftsförderung eine Rampe in die neu entstehende Promenade, so dass Unterhaltungsfahrzeuge und vor allem Fahrradfahrer die Strecke ungehindert befahren können.

Hochwasserschutz ermöglicht Verlängerung der Uferpromenade Schlachte in Bremen Seit Ende Juli 2012 laufen die Bauarbeiten für die Erneuerung des Hochwasserschutzes in der östlichen Überseestadt Bremen. Im Rahmen dieser Arbeiten wird auch die Weserpromenade Schlachte verlängert.

Ende Juli 2012 begann die WFB Wirtschaftsförderung Bremen im Auftrag des Senators für Wirtschaft, Arbeit und Häfen der Freien Hansestadt Bremen mit der Erneuerung der Hochwasserschutzanlagen in der östlichen Überseestadt. Auf einer Strecke von rund 250 m, ab „Stephanitorsbollwerk“ gen Westen, werden die veralteten und nicht mehr ausreichend hohen Spundwände auf dem sogenannten Bauabschnitt „Weserbahnhof I“ entfernt. Ihren Platz nehmen höhere, den Anforderungen des Generalplan Küstenschutz der Länder Niedersachsen und Bremen entsprechende, Spundwände ein. Die Bauarbeiten dauern voraussichtlich sechs Monate an.

Vorherige Untersuchungen ergaben, dass die Hochwasserschutzlinie an dieser Stelle durch die nicht mehr vorhandene Standsicherheit einer dringenden Sanierung bedarf. Die neuen Spundwände sind nicht nur notwendig für den Hochwasserschutz, sie sind auch praktisch: Ihr Einbau ermöglicht gleichzeitig das Anlegen einer Uferpromenade – und somit der zweiten Ver-

Geräuscharme Bauverfahren Damit die umliegenden Wohngebiete und Gewerbetriebe möglichst wenig durch die Baumaßnahme beeinträchtigt werden und um die Geräuschemission so niedrig wie nur möglich zu halten, setzt die WFB überwiegend geräuscharme Baumaschinen und -verfahren ein. Die Spundwände werden beispielsweise nicht, wie oftmals üblich, in den Boden gerammt, sondern per Vibration „eingerüttelt“. Bei Tests, die im Vorfeld der nun beginnenden Baumaßnahme an dieser Stelle durchgeführt wurden, stellten Gutachter fest, dass die Geräuschemission durch dieses Vorgehen unter dem zulässigen Wert liegt.

Wie es sich bei derlei Bauvorhaben gehört, lud die WFB Wirtschaftsförderung Bremen GmbH Anwohner und Interessierte zu einer öffentlichen Informationsveranstaltung ein.

Weitere Informationen: WFB Wirtschaftsförderung Bremen GmbH Kontorhaus am Markt, Langenstraße 2–4, (Eingang Stintbrücke 1), 28195 Bremen, Tel. (0421) 96 00 - 10, Fax (0421) 96 00 - 810 mail@wfb-bremen.de, www.ueberseestadt-bremen.de

Ideen. Ingenieure. Innovationen.

HUESKER – Ingenieurlösungen mit Geokunststoffen Erd- und Grundbau Durch den Einsatz der HUESKER Geokunststoffe im Erd- und Grundbau werden Bauwerke im schwierigen Gelände oder auf wenig tragfähigem Untergrund möglich – wirtschaftlich, umweltfreundlich, sicher.

Straßen- und Verkehrswegebau Wasserbau Umwelttechnik

www.HUESKER.com HUESKER Ingenieure unterstützen Sie bei der Umsetzung Ihrer Bauprojekte.

Verlassen Sie sich auf die Produkte und Lösungen von HUESKER. HUESKER Synthetic GmbH · 48712 Gescher Tel.: + 49 (0) 25 42 / 701 - 0 · info@HUESKER.de

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A24

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

Umweltfreundliche Gewässerabdichtung

von DERNOTON bilden sich diese ökologisch wichtigen Zonen vollkommen natürlich“, so Dernbach.

Die Verwendung von herkömmlichem Ton bei der Abdichtung von Gewässern stellt die Verantwortlichen regelmäßig vor Herausforderungen. Denn das Material kann bei massiver Trockenheit oder Frost bis zu 30 % schrumpfen, Risse bilden und letztendlich reißen.

Die Folge: Angelegte Teiche und Biotope, Uferränder, Deiche und Bachläufe werden undicht und verlieren Wasser. Natürliche, mineralische Abdichtungsstoffe, wie die DERNOTON-Fertigmischungen, sind witterungsunabhängig und behalten ihre Dichtungsfunktion selbst unter extremen Bedingungen bei.

Im Gegensatz zur weit verbreiteten Folienabdichtung gliedert sich das umweltfreundliche Material nahtlos in die Natur ein. „Bei Abdichtungen mit Folien oder anderen Fremdkörpern gelangt ein Material in den Boden, das keinerlei Verbindung zum natürlichen Erdreich hat“, erklärt Bernhard Dernbach. „Das ist in etwa so, als würde man eine Wanne Wasser in den Boden einsetzen.“ Das ökologische DERNOTON ist hingegen zu 100 % recyclebar und kann nach Nutzungsende einfach mit dem Erdreich vermischt werden – mit einer Folie völlig unmöglich.

Die einbaufertigen Fertigmischungen, werden in einer extra dafür entwickelten Mischanlage hergestellt. Das Material ist einfach zu handhaben und lässt sich wie lockerer Boden verteilen und verdichten. Insbesondere Städte und Gemeinden im gesamten Bundesgebiet vertrauen daher schon seit 25 Jahren auf die Fähigkeiten des intelligenten Abdichtungsstoffes bei der Neuanlage und Sanierung von Biotopen und Teichanlagen u.a. „Gewässer, die naturnah angelegt werden, müssen sich auf natürliche Weise den Bodenverhältnissen anpassen“, sagt Ingenieur Bernhard Dernbach, Erfinder der DERNOTON-Fertigmischungen. „Besonders die Uferzonen sollen sich, wie bei einem Feuchtbiotop, ganz natürlich entwickeln. Durch den Einsatz

Einfach in der Anwendung und dauerhaft dicht Wie diverse Gutachten der Ingenieurgesellschaft mbH in Essen, dem Erdbaulaboratorium Essen (ELE), der Ingenieurgesellschaft für Umwelt und Geotechnik in Ettlingen und dem Ingenieurbüro für Geotechnik in Duisburg u.a. belegen, behalten die DERNOTON-Fertigmischungen auch unter extremen Witterungsbedingungen und Temperaturbelastungen ihre dauerhafte Dichtigkeit. Um diese in jedem Fall zu gewährleisten ist beim Einbau besonders auf eine professionelle Verdichtung zu achten. So muss der Untergrund nach Aushub und Profilierung der Fläche zunächst auf eine Proctordichte von mindestens 97 % verdichtet werden.

Im Anschluss wird DERNOTON auf dem vorbereiteten Untergrund verteilt und mittels eines Elektrostampfers oder einer Walze ebenfalls verdichtet. Im verdichteten Zustand sollte die Stärke der Abdichtungsschicht zwischen 15 und 20 Zentimetern liegen.

„Teichabdichtung Möbelhaus“: Gewässerabdichtung einer Teichanlage des Möbelhaus Höffner in Hamburg mit der DERNOTON-Fertigmischung

(Fotos: Unternehmen Heinrich Dernbach)

Bild 1

Nach dem Einbau gilt es dann, möglichst zeitnah einen Schutzbelag über der DERNOTON-Schicht aufzutragen. Dabei ist es wichtig, dass die Art des Schutzmaterials auf die späteren Einflüsse abgestimmt ist. Bei schnell fließendem Wasser eignen sich beispielsweise besonders Schutzschichten aus Splitt oder Wasserbausteinen. In der Praxis hat sich vor allem eine 30 cm starke Schutzschicht aus nährstoffarmem Bodenaushub bewährt. Auch die Lagerung von DERNOTON gestaltet sich vollkommen unkompliziert. Durch eine Plane geschützt, kann das robuste Material sogar mehrere Monate ohne Qualitätsverlust auf der Baustelle aufbewahrt werden. Aufgrund der einfachen und zuverlässigen Handhabung vertrauen immer mehr Städte und Gemeinden bei ihren Bauvorhaben auf den Einsatz des intelligenten Abdichtungsmaterials. Vor allem im Bereich der Teichsanierung und der Anlage und Pflege von Amphibienlaichgewässern ist DERNOTON der Maßstab für eine ökologische Gewässerabdichtung.

Bild 2

„Stadtteich“: Ökologische Sanierung und Abdichtung des Stadtteiches in Essen mit DERNOTON

A24

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Weitere Informationen: Heinrich Dernbach, Inh. Bernhard Dernbach e. Kfm., Meißelstraße 29, 45476 Mülheim/Ruhr, Tel. (0208) 400279, Fax (0208) 408154, info@dernoton.de, www.dernoton.de

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A25

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

Die Software für den Grundbau Bemessung nach EUROCODE 2 und 3 / DIN EN / BS / NF / ...: jetzt variabel einstellbar für alle Länder DC-SOFTWAR E Zusätzlich zu der bereits verfügbaren Berechnung nach Eurocode 7: Bemessung für Stahlbeton und Stahl nach Eurocode 2 und 3 Vordefiniert für die Nationalen Anhänge der Länder: Deutschland, Österreich, Frankreich, Großbritannien, Italien und Spanien Freie Einstellung aller national einstellbaren Parameter (NDPs) für jedes Land einfach möglich Für Bemessung auf Biegung, Querkraft, Durchstanzen, Mindest- und Maximalbewehrung, Stabilitätsnachweis einschl. Berücksichtigung der Querschnittsklassen 1 bis 4 für Spundwand- und Trägerprofile Einfachste Einstellung für internationale Projekte !

Ready

DC-Software Doster & Christmann GmbH Hannah-Arendt-Weg 3 · D-80997 München Tel.: +49 (89) 89 60 48-33 · Fax: -18 service@dc-software.de · www.dc-software.de

Für weitere Software aus Bodenmechanik und Grundbaustatik besuchen Sie uns im Internet unter www.grundbausoftware.de

Schäden bei Baugrubensicherungen Die Herstellung einer Baugrube gehört zu fast jeder Baumaßnahme.

Während bei geringen Aushubtiefen einfache Gräben oder Böschungen ausreichen, ist bei größeren Tiefen regelmäßig die Konstruktion einer Baugrubenwand nötig. Dies ist hinsichtlich Entwurf, Berechnung und Ausführung eine anspruchsvolle Ingenieuraufgabe, bei der Fehler und Schäden schwere bis katastrophale Folgen für Personen, das Bauwerk oder die angrenzende Bebauung haben können. Aber auch auf korrekt bemessene und ausgeführte Baugrubensicherungen wirken im Bauablauf Einflüsse wie Erschütterungen und Verformungen ein. Zudem treten gerade bei der unmittelbar angrenzenden Nachbarbebauung geringe Schäden nahezu zwangsläufig auf.

In dem Buch „Schäden bei Baugrubensicherungen“ werden zunächst die Anforderungen an den Umfang von Baugrunderkundungen als Planungsgrundlage dargestellt. Die Verfahren zur Baugrubensicherung und ihre Anwendungsbereiche werden auch mit Blick auf mögliche schadensrelevante Beeinflussungen von Nachbarbauwerken beschrieben. Auf die Herstellungsanforderungen für Wandsysteme und Aussteifungen, Verankerungen und Sohlabdichtungen wird ebenso eingegangen wie auf die erdstatische Berechnung der Sicherungssysteme. Damit soll das erforderliche Wissen für eine im Sinne von Wirtschaftlichkeit und Schadenfreiheit optimale Planung und Ausführung von Baugrubensicherungen in relativ komprimierter Form zusammengestellt werden.

Der Titel ist Teil der Fachbuchreihe „Schadenfreies Bauen“, in welcher das gesamte Gebiet der Bauschäden dargestellt wird.

Erfahrene Bausachverständige beschreiben die häufigsten Bauschäden, ihre Ursachen und Sanierungsmöglichkeiten sowie den Stand der Technik. Die Bände behandeln jeweils ein einzelnes Bauwerksteil, ein Konstruktionselement, ein spezielles Bauwerk oder eine besondere Schadensart.

Schäden bei Baugrubensicherungen Reihe begründet von Günter Zimmermann, Schadenfreies Bauen, Band 44, Martin Achmus, Hrsg.: Ralf Ruhnau, 2012, 167 S., zahlr. Abb., Tab., Gebunden, Fraunhofer IRB Verlag, ISBN 978-3-8167-8602-3, 42,00 €

Ertüchtigung Staudamm Visegrad in Bosnien-Herzegowina Eine Arge STRABAG AG – ZÜBLIN Spezialtiefbau GmbH erhielt den Auftrag für die Ertüchtigung des Staudamms am Wasserkraftwerk Visˇegrad. Die Arge und „Elektroprivreda Republike Srpske“ (Elektroversorgungsgesellschaft der Serbischen Republik) unterzeichneten am 5. Oktober 2012 den Vertrag im Wert von 10,226 Mio. €.

Der Ausführungszeitraum beträgt 18 Monate.

Die vertragliche Leistungs umfasst die Ausführung folgender Arbeiten: – Herstellung einer Baustellenerschließungsstraße und Befestigung der Arbeitsebenen usw. (Vorarbeiten), – Verpressung von Inertbaustoffen und Verdämmung der Undichtigkeiten im Damm, einschließlich Unterhalt der Arbeitsebenen und des benötigten schwimmenden Geräts und aller erforderlichen Nebenarbeiten, – Lieferung und Einrichtung der Messausrüstung zur baubegleitenden Überwachung es Einpresserfolgs, – verschiedene Hilfsarbeiten zum Zweck der Planungsoptimierung und der Forschung.

Die Projektfinanzierung durch „Elektroprivreda Republike Srpske“ erfolgt aus einem von der Europäischen Investitionsbank gesicherten Kredit. Das Wasserkraftwerk „Visˇegrad“ liegt am Fluss Drina und ging 1989 in Betrieb. Die drei Kaplanturbinen leisten je 105 MW und geben so über drei Einphasentransformatoren jährlich 1010 GWh elektrische Leistung ab.

Versuche ergaben, dass pro Sekunde 14,5 m3 Wasser durch Undichtigkeiten verloren gehen – und mit ihnen eine beträchtliche Leistung. Im Rahmen dieses Bauvertrags soll dieser Verlust unterbunden und die Leistung so um 5 % gesteigert werden, gleichzeitig wird die Betriebssicherheit der Anlage erhöht.

Weitere Informationen: Züblin Spezialtiefbau GmbH, Albstadtweg 1, 70567 Stuttgart, Tel. +49 (0)711 – 7883 – 0, spt@zueblin.de, www.spt.zueblin.de

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A25

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A26

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

Pfahlgründung am PHOENIX-See in Dortmund In Hörde, nur wenige Minuten von der Dortmunder Innenstadt entfernt, liegt der neu angelegte PHOENIX See, an dessen Ufern ein Büro- und Dienstleistungszentrum sowie exklusive Wohnanlagen entstehen. Am nördlichen Rand des Hafens des PHOENIX-Sees ist der Neubau eines teilunterkellerten Büro- und Konferenzgebäudes mit Parkdeck geplant, das S.E.A.House.

Der Baukörper gliedert sich in zwei Bauabschnitte (Nord und Süd) mit Grundflächenmaßen von je etwa 50 m × 35 m.

Das Ingenieurbüro Geotechnik-Institut – Dr. Höfer GmbH & Co. KG, welches im Rahmen der Errichtung des PHOENIXSees sämtliche Baugrundgutachten erstellt hat, ist vom Bauherrn mit der Erstellung eines Baugrundgutachtens und Gründungskonzeptes beauftragt worden.

Das zu untersuchende Grundstück befindet sich auf dem ehemaligen Hoesch-Stahlwerksgelände und ist industriell stark überprägt. Im Rahmen des städtebaulichen Entwicklungsprojekts PHOENIX-See sind die anstehenden inhomogenen Auffüllungen bis in Tiefen von etwa 5,0 m im Bereich des Grundstücks ausgekoffert und konditioniert bis zur derzeitigen Geländeoberkante wieder verdichtet eingebaut worden.

Vor der intensiven industriellen Nutzung durchquerte die Emscher zum größten Teil frei mäandrierend das Gebiet. Im letzten Jahrhundert wurde die Emscher verrohrt und das Gelände künstlich aufgehöht. Darunter stehen etwa 5,0 m bis 7,0 m mächtige quartäre Deckschichten in Form von schwach tonigen, sandigen Auenlehmen sowie Fein- bis Mittelsande und an der Basis Kiese an. Lokal herrschen hydraulisch gespannte Grundwasserverhältnisse vor. Unter den quartären Deckschichten folgt in Tiefen von etwa 8,0 m bis 12,0 m das Grundgebirge (Karbon).

Im Zuge der Baugrunderkundung sind innerhalb der quartären Deckschichten – vor allem im Niveau des alten Emschergewässerbetts – z. T. stark organische Einlagerungen und Torfschichten aufgeschlossen worden. Die im Labor des Ingenieurbüros Geotechnik-Institut-Dr.Höfer GmbH & Co.KG ermittelten Glühverluste der organischen Schichten betragen bis zu etwa 29 % bei Wassergehalten von bis zu 143 %, so dass es bei Belastungszuwächsen zu einem hohen Anteil an Porenwasserabfluss kommt, der in Verbindung mit einem hohen Porenraumanteil Setzungen verursachen kann.

Bild 1

Eingebaute Pfähle Bauteil Süd

Insofern wurde das Gründungskonzept nach etlichen Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen auf eine Tiefgründung umgestellt.

Als Alternative zu einer klassischen Bohrpfahlgründung nach DIN EN 1536 hat das Ingenieurbüro Geotechnik-Institut – Dr. Höfer GmbH & Co. KG eine Tiefgründung mittels Fertigteilrammpfählen (System CENTRUM-Pfähle) favorisiert.

Rammarbeiten vor beeindruckender Kulisse Die Rammarbeiten der Fertigteilpfähle begannen Ende März 2012 und vor einer beeindruckenden Kulisse: auf der einen Seite die gerade restaurierte und unter Denkmalschutz stehende Hörder Burg aus dem 12. Jahrhundert und auf der anderen Seite der neu angelegte PHOENIX See mit einer Fläche von 24 ha.

Rund 350 Pfähle mit Kantenlängen von 35 × 35 cm und 40 × 40 cm wurden von vier verschiedenen Rammebenen aus eingebracht. Alle Pfähle wurden einheitlich in den ab ca. 11 bis 13 m Tiefe unter GOK anstehenden Ton- bzw. Sandstein ausgerammt.

Die Pfahllängen variierten somit zwischen 7 und 14 m und wurden anhand von Proberammungen an Bauwerkspfählen festgelegt.

Besondere Pfahlstellungen Die statischen Berechnungen ergaben, dass die Horizontallasten nicht alleine nur über den Ansatz der horizontalen Bettungen abgetragen werden können. Daher mussten eine Vielzahl von

Den großen

Stellenmarkt Karriere im Bauingenieurwesen Stellenangebote & Weiterbildung

auf Fachpersonal

hohem

sowie Weiterbildungsangebote finden Sie am Ende jeder Ausgabe

Niveau

weitere Angebote: www.ernst-und-sohn.de/stellenmarkt

A26

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A27

Bild 2 Einbau der Pfähle mit Hydraulikramme, Baufeld Süd

Pfählen schräg gerammt werden. Dies führte besonders auf der tieferen Rammebene des Bauteils Süd zu einer sehr engen Pfahlstellung, was zur Folge hatte, dass der Rammablauf im Vorfeld genau festgelegt werden musste, um alle Pfähle sukzessive mit der Rammmaschine anfahren und einzubringen zu können.

Hier war Präzisionsarbeit erforderlich – sowohl planerisch als auch in der Ausführung.

Eine weitere Herausforderung bestand darin, dass das Gelände ursprünglich bis ca. 4 m Tiefe abgetragen und lagenweise verdichtet wieder aufgefüllt wurde, zum Teil unter Zugabe von Bindemittel. Die danach ausgeführten schweren Rammsondierungen ergaben Schlagzahlen n10 bis über 100 bzw. mussten abgebrochen werden. Bei den späteren Rammarbeiten wurde die sehr dichte Lagerung der Auffüllungen zwar bestätigt, dennoch konnten die Pfähle durchweg sicher und ohne einen einzigen Pfahlbruch auf Tiefe gerammt werden.

Einbaudokumentation Im Rahmen einer umfassenden Einbaudokumentation der Pfähle wurden neben großen und kleinen Rammberichten auch

(Fotos: Burkhard R. Lisiecki)

GEOTECHNIK – SPEZIALTIEFBAU

Bild 3

Rammung geneigter Pfähle vor der Hörder Burg

dynamische Probebelastungen durchgeführt. Es ergaben sich Grenzlasten an den 35er Pfählen von 3.100 kN Druck und 1.170 kN Zug. Zum Einbau der Pfähle wurde ein Rammgerät Typ Junttan PM 20 mit einem 7-Tonnen-Fallgewicht eingesetzt. Alle 350 Pfähle konnten mit einer mittleren Tagesleistung von 250 lfdm termingerecht und präzise eingebaut werden.

Weitere Informationen: CentrumPfähle GmbH Niederlassung Oberhausen, Dipl.-Ing. Dirk Windeln Eimersweg 34, 46147 Oberhausen, Tel. (0208) 62 93 763 www.centrum.de sowie: GID Geotechnik-Institut – Dr. Höfer GmbH & Co. KG Dipl.-Ing. Burkhard R. Lisiecki Hagener Straße 243, 44229 Dortmund Tel. (0231) 399610-0, Fax (0231) 399610-29 info@gid-hoefer.de, www.gid-hoefer.com

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A28

AKTUELL

Einfaches Handling für schnelles Schalen von Wand und Decke Mit Großelementen lassen sich großflächige Ortbetonwände besonders effizient herstellen. Selbst für Sonderschallösungen, wie beispielsweise geneigte Wände, eignen sich die Großformate, wie der Neubau der Weser-Ems Halle in Oldenburg belegt.

Im Laufe der letzten sechs Jahrzehnte ist in Oldenburg auf dem Areal der Weser-Ems-Hallen nach und nach ein Konglomerat aus acht Veranstaltungshallen gewachsen, das jetzt aufgelöst wird. Flächenneutral entsteht als Neubau auf dem Gelände von fünf abgerissenen Hallen die Weser-Ems Halle. Ihr Neubau läuft seit März dieses Jahres und soll nach gut einem Jahr Bauzeit im April 2013 beendet sein.

Bild 1

Beim Bau der Weser-Ems Halle sorgen Manto-Großelemente für einen schnellen Baufortschritt.

Bild 2

Manto-Großrahmenschalung in Schräglage: Zur Herstellung des zweiten Höhentaktes der geneigten Wand wurde der Schalungsaufbau mit stählernen Fassadenriegeln am bereits betonierten Wandtakt befestigt.

Mit dem Neubau der Weser-Ems Halle, deren markanter Entwurf vom Stuttgarter Architekturbüro „asp“ (Cem Arat und Karsten Schust) stammt, entsteht eine Multifunktionshalle für maximal 8.000 Besucher mit einer Grundfläche von 3.000 m², einem Foyer mit 1.800 m² und einem 600 m² großen VIP-Bereich. Fast 130 m lang und 70 m breit ist die Halle. Bis Unterkante Binder liegt die Hallenhöhe bei 13,40 m, inklusive Stahldachaufbau werden 17,35 m Höhe erreicht.

Als Totalunternehmer fungiert die Ed. Züblin AG, die neben der Bauausführung auch sämtliche Planungsleistungen (Ausführungs-, Entwurfs- und Genehmigungsplanung) übernimmt. Partner für alle schalungstechnischen Aufgaben ist Harsco Infrastructure. Das Anforderungsprofil: Für die Wand wurde ein Schalsystem gesucht, mit dem sich die unterschiedlichen Höhen von 3,50 m, 5,00 m und 7,00 m möglichst rationell herstellen lassen. Gleichzeitig sollte mit dem ausgewählten Schalsystem zudem eine um ca. 10° Grad geneigte und 10 m hohe Wand eingeschalt werden. Aufgaben, die sich alle gleichermaßen mit dem Großelement XL aus dem Programm der Manto-Großrahmenschalung erledigen lassen. Die 2,70 m × 3,60 m großen Tafelelemente können wahlweise liegend oder stehend miteinander kombiniert werden, weshalb sich alle auf der Oldenburger Baustelle geforderten Höhen problemlos abdecken lassen. Selbst die in der Ausschreibung geforderten 7,00 m Wandhöhe haben sich mit zwei hochkant übereinandergestellten XL-Elementen problemlos einschalen lassen.

Große Wandflächen schnell schalen Das Manto XL-Element ist das mittlere von insgesamt drei Maxi-Tafeln, die speziell zum schnellen Schalen großer Wandflächen entwickelt wurden. Ihr Einsatz spart viel Zeit und Arbeit, da sich große Flächen ohne Ausgleiche und mit wenigen Ankerflächen herstellen lassen. Außer der in Oldenburg eingesetzten XL-Version bietet Harsco Infrastructure noch ein XXLElement mit 2,70 m × 4,80 m an sowie eine L-Version (2,70 m × 2,40 m). Wo nötig lassen sich die Großelemente zudem problemlos mit allen im Manto-Programm vorhandenen Tafeln und Zubehörteilen kombinieren, denn der innen und außen vollverzinkte 14 cm hohe Stahlrahmen ist bei allen Tafeln identisch.

Sie unterscheiden sich lediglich durch ihre Größe und besonders verstärkte Ankerprofile, ansonsten besteht hundertprozentige Kompatibilität. Wie die „normalen“ Manto-Tafeln werden auch die Großelemente mit der sogenannten Manto-Richtzwinge untereinander verbunden. Sie schließt mit ihrem 63 cm langen Richtprofil in einem Arbeitsgang den Tafelstoß absolut bündig, zug- und rüttelfest. Gleichzeitig richtet sie die Tafeln fluch-

A28

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

tend aus. Selbst beim Einsatz der Großelemente werden keine zusätzlichen Gurtungen hinter der Schalung benötigt, die das System ausrichten.

Sonderlösung: Schalung in Schräglage Auch die ca. 67 m lange und 10 m hohe Schrägwand an der Hallenostseite wurde mit den Manto XL-Elementen hergestellt.

Für den ersten, 5,00 m hohen Betoniertakt wurden jeweils zwei Elemente auf ihrer 2,70 m kurzen Seite übereinandergestellt (horizontal liegende Ankerprofile), in die gewünschte Schräglage gebracht und mit Hilfe von Richtstreben fixiert. Für den zweiten Höhentakt (ebenfalls 5,00 m) hätte man zum Aufstellen der Schalung dann eigentlich ein Gerüst oder zumindest eine Arbeitsebene benötigt. Doch die Baustelle bot keine ausreichende Aufstellebene für eine solche Arbeitsplattform. Daher wandelten die Harsco-Schalungsexperten eine bereits bei einem anderen Projekt realisierte Sonderlösung ab und befestigten den Schalungsaufbau mit stählernen Fassadenriegeln am bereits betonierten Wandtakt. Das sorgte nicht nur für eine Rückverankerung der auftretenden Horizontallasten, sondern ermöglichte auch ein exaktes Ausrichten der Schalung in der gewünschten Schräglage. Die Schalelemente wurden in die zuvor in Wandneigung ausgerichteten Riegel hineingelegt. Auf einen Gerüstaufbau nebst aufwändiger Untergrundvorbereitung des problematischen Sandbodens konnte die Baustelle verzichten. Stattdessen genügte die Herstellung zweier Streifenfundamente

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A29

Bild 3

Die SonderlÜsung: Die eingesetzten Fassadenriegel sorgten nicht nur fßr eine Rßckverankerung der auftretenden Horizontallasten, sondern ermÜglichten auch das exakte Ausrichten der Schalung in gewßnschter Schräglage.

entlang der Wand, die als Aufstellfläche fßr die Richtstreben dienten.

Topmax macht SpaĂ&#x; FĂźr die Effizienz der Manto XL-Elemente findet Oberpolier Jan DĂśrner durchweg lobende Worte („Damit lassen sich Wände wirklich enorm rationell schalen“). Doch echtes persĂśnliches VergnĂźgen macht ihm der Einsatz der innovativen Topmax-Deckentische zur Herstellung der Ortbeton-Deckenflächen – beispielsweise im Foyerbereich. „Herr DĂśrner ist der perfekte An-

wender, wir kĂśnnten ihn als sachkundigen, äuĂ&#x;erst Ăźberzeugenden Werber fĂźr unser Topmax-System durch die Republik schicken“, erzählt der baustellenbetreuende Schalungsexperte von Harsco Infrastructure augenzwinkernd. Vom ersten Einsatz an hat es gestimmt zwischen Oberpolier DĂśrner und dem Stahlrahmen-Deckenschaltisch Topmax: „Geworben wird ja immer mit vielen wohlklingenden Aussagen. Die mĂźssen sich aber im Alltagseinsatz erst einmal bestätigen“, weiĂ&#x; DĂśrner aus seiner langen Arbeitserfahrung. Der Topmax-Tische habe ihn von Beginn an Ăźberzeugt: einfaches Handling, schnelles Schalen von Passund Ausgleichsflächen durch die einfache Kombinierbarkeit mit den Rasto/Takko-Systemtafeln bzw. dem Kantholzhalter, wenig Platzbedarf, leichte Reinigung, gute Betonoberflächen ... Jan DĂśrner zeigt sich rundum begeistert von dem einzigartigen System, das speziell fĂźr das schnelle Schalen groĂ&#x;er Deckenflächen entwickelt wurde. Er kombiniert den Topmax-Tisch mit RastoTafeln, Innenecken usw. und stellt auf diese Weise selbst UnterzĂźge und DeckenversprĂźnge äuĂ&#x;erst effizient mit dem Deckenschaltisch her.

Dank guter Vorbereitung und passender Schalsystemauswahl läuft die Baustelle Weser-Ems Halle problemlos und liegt perfekt im Zeitplan. „Wenn Baustelle und Schalungslieferant im partnerschaftlichen Miteinander die Aufgaben angehen und Zug um Zug die benĂśtigten LĂśsungen erarbeiten, ist das die beste Garantie fĂźr einen stĂśrungsfreien Rohbauablauf“, so die Meinung der Bauleitung.

Weitere Informationen: Harsco Infrastructure Deutschland GmbH, Rehhecke 80, 40885 Ratingen, Tel. (0 21 02) 9 37-1, Fax (0 21 02) 3 76 51, info@harsco-i.de, www.harsco-i.de

Ingenieurbaustoffe

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

Q Baustoffe erfĂźllen ihren Zweck, wenn sie richtig aus gewählt, hergestellt und verarbeitet sind. Dieses Buch behandelt die wichtigsten Werkstoffe des Konstruktiven Ingenieurbaus. Es fĂźhrt zunächst grundlegend in das mechanische Werkstoffverhalten, die rheologischen Modelle, die Bruchmechanik und die Transportmechanismen porĂśser Stoffe ein. Systematisch werden dann die Baustoffe jeweils mit ihrer Zusammensetzung und ihrem mechanischem Verhalten als Funktion von Belastungsart und -geschwindigkeit, Temperatur und Feuchte beschrieben. GroĂ&#x;er Wert wird dabei auf eine vergleichende Betrachtung gelegt.

Somit schlägt das Buch die Brßcke zwischen Grundlagenwissen und Baupraxis, ßber welche konstruktive Ingenieure gehen kÜnnen, denn sie sind verantwortlich fßr die richtige und optimale Auswahl und Verarbeitung der Werkstoffe, manchmal auch fßr deren Herstellung HANS-WOLF REINHARDT (z.B. Beton). Eine grßndliche Kenntnis des mechanischen, Ingenieurbaustoffe physikalischen und chemischen Verhaltens ist hierfßr 2., ßberarbeitete Auage, Voraussetzung.

2010. 3 4 Seiten, 3 Abb., 4AB Gb. % 9,–

ISBN 978-3-433-02920-6 ÂŹ

Ernst & Sohn Verlag fĂźr Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

A

W i l e y

Kundenservice: Wiley-VCH BoschstraĂ&#x;e 12 D-69469 Weinheim

* Der %-Preis gilt ausschlieĂ&#x;lich fĂźr Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Ă„nderungen vorbehalten. 0149110016_dp

(Fotos: Harsco Infrastructure)

AKTUELL

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

C o m p a n y

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A29

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A30

AKTUELL Im Konfigurationsmanager können Anzeigeeigenschaften, Programmoptionen, Symbolleisten usw. benutzerdefiniert eingestellt und als eigene Konfiguration abgespeichert werden.

Neue Versionen RFEM 5 und RSTAB 8 Mit RFEM 5 und RSTAB 8 bringt Dlubal die neue Generation seiner Statikprogramme für anspruchsvolle Tragwerksplaner auf den Markt. Beide Programme vereinen die bekannte Effizienz mit einer Vielzahl an neuen hilfreichen Features.

Es lassen sich einfach Linienraster erzeugen sowie relative Stabexzentrizitäten, welche nach Querschnittsänderungen automatisch angepasst werden. Neue Stabtypen wie Feder, Steifigkeiten, Starrstab und die Verwendung von zusammengesetzten Holz- und hybriden Querschnitten bieten zusätzliche Optionen bei der Modellierung. Zur besseren Übersicht bei komplexen Modellen lassen sich den Objekten unterschiedliche Farben zuordnen, z. B. material-, querschnitts- und stabtypweise. Zudem können Auflager mit der Nichtlinearität Reibung erzeugt werden. Durch das Festlegen von Glättungsbereichen lassen sich Singularitäten in den Ergebnissen glätten.

RFEM 5 und RSTAB 8 stehen jeweils auch als 64-Bit-Version zur Verfügung. Dadurch lassen sich die Ressourcen des Computers besser ausnutzen und umfangreichere Berechnungen durchführen.

Viele weitere neue Features Um internationalen Ansprüchen Rechnung zu tragen, wurden sechs neue Programmsprachen implementiert. Dlubal stellt die neuen Versionen somit in neun verschiedenen Sprachen zur Verfügung: in Deutsch, Englisch, Tschechisch, Spanisch, Französisch, Italienisch, Portugiesisch, Polnisch und Russisch. Lastfälle und Einwirkungen lassen sich jetzt direkt in RFEM 5 und RSTAB 8 entsprechend der Kombinationsregeln des Eurocodes und weiterer internationaler Normen automatisch kombinieren.

Neue und weiterentwickelte Zusatzmodule Auch die Palette der Zusatzmodule und Einzelprogramme wurde erweitert. So sind z. B. folgende Module hinzugekommen: – FUND Pro (Bemessung von Fundamenten nach Eurocode) – JOINTS Stahl – Stützenfuß (Stützenfußbemessung nach EC 3) – RF-INFLUENCE (Ermittlung von Einflusslinien und -flächen) – STAGES (Berücksichtigung von Bauzuständen in RSTAB)

Neu ist ebenso ein Ansichts-Navigator, der es erlaubt, bequem Ansichten zu generieren, abzuspeichern und wieder aufzurufen.

In den Einzelprogrammen FE-BEUL und KRANBAHN ist jetzt u. a. die Bemessung nach Eurocode möglich.

Weitere Informationen: Ingenieur-Software Dlubal GmbH, Am Zellweg 2, 93464 Tiefenbach, Tel. + 49 (0)9673 – 9203-0, Fax + 49 (0)9673 – 9203-51, info@dlubal.com, www.dlubal.de

Punktkipplager für die Wuppertaler Schwebebahn

Bild 1

Im Jahre 2001 wurde die Bahn 100 Jahre alt und auch heute noch verbindet das 13,3 Kilometer lange Stahlgerüst die Stadtteile Vohwinkel, Elberfeld und Barmen. Da die Bahn überwiegend dem Lauf der Wupper folgend in der 2. Ebene verläuft, entlastet sie die Straßen der Stadt ganz wesentlich.

Eingabe einer automatischen, relativen Stabexzentrizität in RSTAB 8

Um dem ständig wachsenden Fahrgastaufkommen durch den Einsatz von mehr Fahrzeugen in einer dichteren Taktfolge gerecht werden zu können und um den baulichen Zustand zu verbessern, wurde die Wuppertaler Schwebebahn generalüberholt bzw. erneuert.

Neben der Neugestaltung der Haltestellen wurden alle 468 Brücken und Stützen demontiert und durch eine neue Konstruktion ersetzt.

(Abb.: Dlubal)

Punktkipplager aus bisher bei Brückenlagern nicht eingesetztem Edelstahl

Bild 2

Neuer Projekt-Navigator – Ansichten

A30

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

An den Maßnahmen des ersten Bauabschnittes ist die RW Sollinger Hütte GmbH, Uslar, mit der Lieferung von mehr als 800 Lagern beteiligt. Hierbei handelt es sich überwiegend um Punktkipplager aus einem bisher bei Brückenlagern nicht einge-

04_A04_A00_PuO_0113_PuO_0113 18.12.12 11:03 Seite A31

AKTUELL

BIM ist in der Planungspraxis angekommen „Einhundert Prozent der Projekte haben das Potenzial, mit BIM effizienter zu werden.“ Sagt Siggi Wernik, geschäftsführender Gesellschafter bei Leon Wohlhage Wernik Architekten und Vorstandsvorsitzender des buildingSMART e.V., als es um die Frage ging, ob sich Building Information Modeling (BIM) auch für kleinere Projekte und das hierzulande typische kleine bis mittlere Planungsbüro lohnt. Im Laufe des 16. buildingSMART Forums, das am 6. November in der Akademie der Künste am Pariser Platz in Berlin stattfand, kristallisierte sich einmal mehr heraus: BIM ist in der Planungspraxis angekommen.

Während weltweit agierende, renommierte Büros schon längst und sehr selbstverständlich mit BIM arbeiten zeigte die Veranstaltung doch zugleichch auf, dass es auch in der Fachwelt nach wie vor Aufklärungsbedarf gibt, wenn es um die durchgängige Nutzung digitaler Bauwerksmodelle im Planungsalltag geht. buildingSMART e.V. sieht sich hier in der Pflicht und agiert.

U.a. mit der Neuausrichtung des deutschsprachigen Chapters und einer neuen Strategie. Zu den Kompetenzen und Leistungen gehören Information und Integration, aber auch die Standardisierung von Prozessen und Strukturen bis hin zur Anwenderzertifizierung. Konsequenterweise stand der diesjährige Kongress unter dem Motto „BIM@Work, Aspekte der digitalen Vernetzung“.

Bild 1

Stützenfußlager Typ 13W5 für die Wuppertaler Schwebebahn, Lageroberteil und Lagerunterteil bestehen aus dem o. g. Edelstahl.

BIM – wichtig für den gesamten Ablauf Stellvertretend für zahlreiche, durchweg aufschlussreiche Beiträge sei hier auf den von Wolf Mangelsdorf, Partner im Buro Happold, London, eingegangen. Bei Happold verbindet BIM die verschiedenen Disziplinen – von Architektur über Tragwerksplanung bis zur Haustechnik und auch zur Kooperation mit Herstellern. Alle Beteiligten agieren auf einer gemeinsamen Modellierungsplattform.

setzten, schwer zu bearbeitenden Edelstahl, Werkstoff-Nr. 1.4418.

Im Hinblick auf Oberflächenrauhigkeit und Korrosionsschutz erfüllen die Lager die speziellen Anforderungen, die im Rahmen des Gesamtkonzepts an die Komponenten des Stahlgerüstes gestellt werden.

Nicht zuletzt, um die Baubarkeit hoch komplexer Strukturen wie auch bei Planungen mit Zaha Hadid Architekten oder Ron Arad sicher zu stellen und zu optimieren.

(Fotos: RW sollinger Hütte)

Weitere Informationen: RW Sollinger Hütte GmbH, Auschnippe 52, 37170 Uslar, Tel. (05571) 305-0, Fax (05571) 305-26, info@rwsh.de, www.rwsh.de

Bild 2

Fertiges Lagerunterteil

„Der Computer erlaubt uns, Geometrien und parametrische Modelle zu entwickeln, die es vor 20 Jahren noch gar nicht gab.“ Für Mangelsdorf ist BIM wichtig für den gesamten Ablauf, von der Konzeption bis zur Fertigstellung, aber auch für Nachhaltigkeit und Energiekonzepte. So konnte die „graue Energie“ eines von Ron Arad geplanten Gebäudes relativ einfach berechnet werden, was letztlich auch die Materialwahl beeinflusste: Stahl ersetzte die geplanten Aluminiumelemente. Einige Tausend Tonnen CO2 konnten gespart werden. Für Happold haben sich die Investitionskosten von BIM amortisiert. Dem vorgezogenen höheren Zeit- und Kostenaufwand in der Planungsphase steht eine große Zeit- und Kostenersparnis während der Zeit des Bauens gegenüber, so Mangelsdorf. Die Londoner haben ihre Hausaufgaben in Bezug auf die BIM Strategie der Britischen Regierung, die besagt, dass integrierte BIM Methoden ab 2016 im öffentlichen Bauen vorgeschrieben sind, bereits gemacht.

Weitere Informationen: buildingSMART e. V., Kurfürstenstraße 129, 10785 Berlin, Tel. +49 (0)30 – 21 28 62 20, Fax +49 (0)30 – 21 28 62 40, www.buildingsmart.de, info@buildingSMART.de

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A31

05_A32_A34_Anbieter_0113_- 18.12.12 10:02 Seite A32

Anbieterverzeichnis

Produkte & Dienstleistungen Bauelemente

Abstandhalter

Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

GERB Schwingungsisolierungen GmbH & Co. KG Berlin/Essen Elastische Gebäudelagerung, Schwingböden, Raum-in-RaumLösungen, Schwingungstilger Tel. Berlin (030) 4191-0 Tel. Essen (0201) 266 04-0 E-Mail: info@gerb.com www.gerb.com

Ankerschienen anchored in quality JORDAHL GmbH Nobelstraße 51 D-12057 Berlin Tel. (0 30) 6 82 83-02 Fax (0 30) 6 82 83-4 97 e-Mail: info@jordahl.de Internet: www.jordahl.de Ankerschienen, Befestigungs-, Bewehrungsund Montagetechnik

Getzner Werkstoffe GmbH Am Borsigturm 11 D-13507 Berlin Tel. (0 30) 40 50 34-00 Fax (0 30) 40 50 34-35 E-Mail: info.berlin@getzner.com Internet: www.getzner.com Sylomer / Sylodyn: PUR-Werkstoffe zur Schwingungsisolierung

I Spannausrüstungen, Spannverankerungen und Zubehör

Paul Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Max-Paul-Straße 1 88525 Dürmentingen/Germany Phone: +49 (0) 73 71/5 00-0 Fax: +49 (0) 73 71/5 00-1 11 Mail: stressing@paul.eu Web: www.paul.eu

Befestigungstechnik

BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (0 27 51) 803-224 Fax (0 27 51) 803-159 E-Mail: info@berleburger.de Internet: www.bsw-schwingungstechnik.de PUR-Schaum und hochelastischer Polyurethankautschuk zur Schwingungsisolierung

Tel.: (07221) 9841-0 Fax: (07221) 9841-99 E-mail: info@speba.de Internet: www.speba.de

Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

Brandschutz I Brandschutzbeschichtungen

Rudolf Hensel GmbH Brandschutzbeschichtungen für Stahl, Holz, Kabel, Beton, Abschottungen und Fugen www.rudolf-hensel.de info@rudolf-hensel.de Tel. (040) 72 10 62 10 HALFEN Vertriebsgesellschaft mbH Katzbergstraße 3 D-40764 Langenfeld Tel. (0 21 73) 9 70-0 Fax (0 21 73) 9 70-2 25 E-Mail: info@halfen.de Internet: www.halfen.de

Speba Bauelemente GmbH In den Lissen 6 D-76547 Sinzheim

I Bewehrungsanschlüsse

I Ankerschienen

Baudynamik I Schwingungsisolierung

Bewehrung

BETON: Verankerungstechnik FASSADE: Befestigungssysteme MONTAGETECHNIK: Produkte und Systeme

I Kopfbolzendübel

Schwingungsisolierung aus Recycling-Gummigranulat

EDV/Software

mb AEC Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. (06 31) 3 03 33 11 Fax (06 31) 3 03 33 20 info@mbaec.de www.mbaec.de

I Grundbau KÖCO Köster + Co. GmbH Spreeler Weg 32 D-58256 Ennepetal Tel. (0 23 33) 83 06-0 Fax (0 23 33) 83 06-38 E-Mail: info@koeco.net www.koeco.net

DC-Software Doster & Christmann GmbH Hannah-Arendt-Weg 3 D-80997 München E-Mail: service@dc-software.de Internet: www.dc-software.de

Mit Ihrer Eintragung im Anbieterverzeichnis erreichen Sie planende und ausführende Bauingenieure.

Kontakt: Tel. (030) 47031-254, Fax (030) 47031-230

A32

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

05_A32_A34_Anbieter_0113_- 18.12.12 10:02 Seite A33

I Software für Ingenieur- Fachliteratur bauwesen

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

I Software für den Verbundbau

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 47031 200 Fax +49 (0)30 47031 270 E-Mail: info@ernst-und-sohn.de Internet: www.ernst-und-sohn.de

I Pfahlgründungen

Centrum Pfähle GmbH Friedrich-Ebert-Damm 111 D-22047 Hamburg Tel. (0 40) 6 96 72-0 Fax (0 40) 6 96 72-2 22 info@centrum.de www.centrum.de

Ingenieurholzbau

I Baugrundverbesserung/ Bodenstabilisierung

Software für Statik und Dynamik

Ing.-Software DLUBAL GmbH Am Zellweg 2 93464 Tiefenbach Tel. (09673) 9203-0 Fax (09673) 9203-51 E-Mail: info@dlubal.com Internet: www.dlubal.de

Trittschalldämmung Kretz Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. (06 31) 3 03 33 11 Fax (06 31) 3 03 33 20 info@kretz.de www.kretz.de

Estrichdämmung

Laumer GmbH & Co. CSV Bodenstabilisierung KG D-84323 Massing Tel. (0 87 24) 88-9 00 Fax (0 87 24) 88-8 60 info@laumer.de www.laumer.de

I Injektionstechnik

BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (0 27 51) 803-224 Fax (0 27 51) 803-159 E-Mail: info@berleburger.de Internet: www.bsw-schwingungstechnik.de

DESOI GmbH Gewerbestraße 16 36148 Kalbach/Rhön Telefon: +49 6655 9636-0 Telefax: +49 6655 9636-6666 E-Mail: info@desoi.de Internet: www.desoi.de

Trittschalldämmung für hoch belastbare Estriche mit bauaufsichtlicher Zulassung.

• Blähpacker • Rammverpresslanzen • Mechanische Packer • Bohrlochverschlüsse

W. u. J. Derix GmbH & Co. Dam 63 · 41372 Niederkrüchten Tel. +49 (21 63) 89 88-0 Fax +49 (21 63) 89 88-87 info@derix.de · www.derix.de

Poppensieker & Derix GmbH & Co. KG Industriestr. 24 · 49492 Westerkappeln Tel. +49 (54 56) 93 03-0 Fax +49 (54 56) 93 03-30 info@poppensieker-derix.de www.poppensieker-derix.de

Schalungstechnik

Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

Gummiwerk Kraiburg Relastec GmbH Fuchsberger Str. 4 D-29410 Salzwedel Tel.: (08683) 701142 Fax: (08683) 7014142 E-mail: damtec@kraiburg-relastec.com Internet: www.kraiburg-relastec.com Schalldämmung aus Recycling-Gummigranulat

Mit Ihrer Eintragung im Anbieterverzeichnis erreichen Sie planende und ausführende Bauingenieure.

Kontakt: Tel. (030) 47031-254, Fax (030) 47031-230

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

A33

KARL JOSEF WITT

Grundbau-Taschenbuch Teil 1-3

ARBEITSAUSSCHUSS „ U F E R E I N FA S S U N G E N “ D E R H T G E . V. / D G G T E . V. ( H R S G . )

ISBN 978-3-433-01847-7

Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ Häfen und Wasserstraßen EAU 2012

Teil 1: Geotechnische Grundlagen Teil 2: Geotechnische Verfahren Teil 3: Gründungen und geotechnische Bauwerke

13., vollst. überarb. Auflage 2012. ca. 700 S., ca. 250 Abb., Gb. ca. € 119,–* ISBN 978-3-433-01848-4

7., überarb. u. aktualis. Auflage 2009., Gb. Set € 483,–*

digitalisierte und aktualisierte Fassung 2009 € 125,–*

English Edition:

Geotechnical Engineering Handbook Volumes 1-3

ISBN 978-3-433-02915-2

2003.

Set € 550,–*

English Edition:

ISBN 978-3-433-01452-3

Volume 1: Fundamentals Volume 2: Procedures Volume 3: Elements and Structures DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR G E O T E C H N I K E . V. ( H R S G . )

Empfehlungen für den Enwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen – EBGEO

Recommendations of the Committee for Waterfront Structures – Harbours and Waterways – EAU 2004 digitized and updated version 2009 € 119,–* ISBN 978-3-433-02928-2

2., vollst. überarb. u. erw. Auflage 2010. 327 S., 138 Abb., 26 Tab., Gb. € 79,–* ISBN 978-3-433-02950-3

DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR G E O T E C H N I K E . V. ( H R S G . )

English Edition:

Recommendations for Design and Analysis of Earth Structures using Geosynthetic Reinforcements – EBGEO

Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ – EAB

2011. 338 pages. 112 fig. 26 tab. Hardcover. € 89,–*

5., vollst. überarb. Auflage 2012.

350 S., 117 Abb., 24 Tab., Gb. € 55,–*

ISBN 978-3-433-02983-1

ISBN 978-3-433-02970-1 GERD MÖLLER

Geotechnik Bodenmechanik 2., akt. u. erw. Auflage 2012. ca. 450 S., ca. 300 Abb., Br. ca. € 55,–*

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

ISBN 978-3-433-02996-1

Geotechnik Grundbau

DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR

Geotechnische Nachweise nach DIN EC7 und DIN 1054 Einführung mit Beispielen

G E O T E C H N I K E . V. ( H R S G . )

Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“ – EA-Pfähle 2., überarb. u. erw. Auflage 2011.

498 S., 181 Abb., 98 Tab., Gb. ca. € 89,–* ISBN 978-3-433-03005-9 English Edition:

Recommendations on Piling

3., neu bearb. Auflage 2012.

414 S., 189 Abb., 54 Tab., Br. € 55,–*

2012. approx. 480 pages, approx.

181 fig., approx. 98 tab., Hardcover. approx. € 89,–*

ISBN 978-3-433-02975-6

ISBN 978-3-433-03018-9

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

C o m p a n y

3rd, compl. revised Edition 2013. approx. 290 pages, approx.

120 fig., Hardcover. approx. € 79,–* ISBN 978-3-433-03036-3

MARTIN ZIEGLER

W i l e y

Recommendations on Excavations – EAB

GERD MÖLLER

2., vollst. überarb. Auflage 2012.

564 S., 431 Abb., 44 Tab., Br. € 55,–* ISBN 978-3-433-02976-3

A

English Edition:

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der E-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 0181100006_dp

05_A32_A34_Anbieter_0113_- 18.12.12 10:02 Seite A34

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 1

AUFSATZ

Jens Hartig*, Andreas Heiduschke, Peer Haller

Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen In diesem Beitrag wird ein neuartiges Verbindungskonzept mit Knoten aus Beton für den Ingenieurholzbau vorgestellt. Die Ziele der dazu durchgeführten Untersuchungen waren die Verbesserung des Tragverhaltens, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und des ästhetischen Erscheinungsbildes von Holzfachwerkbindern. Dafür wurden hochbelastbare Knotenverbindungen entwickelt. Das innovative Konzept vereint die Vorzüge verschiedener Bauweisen: traditionelle Verbindungen des Zimmererhandwerks, formschlüssige Verbindungen des Holz-Beton-Verbundbaus sowie einbetonierte Zuganker des Stahl-Beton-Verbundbaus. Zudem werden die Materialien Holz, Stahl und Beton beanspruchungsgerecht eingesetzt. Die Kraftübertragung zwischen Streben und Gurten erfolgt dabei durch formschlüssig wirkende Knoten aus Beton. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen das gute Tragverhalten der Verbindung. Damit liegt ein Verbindungskonzept vor, das die konstruktiven Details von Stab- und Fachwerken vereinfacht.

Timber trussed girder with concrete joints – Part 1: Concept and experimental investigations In this contribution, a novel connection system for engineered timber structures is presented. The objectives of the investigations were the significant improvement of the load-bearing behavior, the serviceability, the cost-effectiveness and the esthetic appearance of timber trussed girders. For this purpose, joints with high load-bearing capacity were developed. The innovative joint applies and combines advantages of various joint types like traditional carpentry, profiled shear planes used in timber-concrete hybrid-structures and casted tension anchors used in steel-concrete hybrid-structures. The efficiency of this novel concept results from the combination of these joint types as well as the stress-related application of the materials timber, steel and concrete. The forces between the struts are transferred primarily by form fit with casted concrete joints.

The results of experimental investigations confirm the efficiency of these joints and the potential for application in various strut-and-tie systems.

Keywords Holz; Ingenieurholzbau; Vergussknoten; Polymerbeton; Fachwerkträger; Tragverhalten; Belastungsversuche

Keywords wood; timber engineering; casted joint; polymer concrete; trussed girder; load bearing behaviour; experiments

1

längere Sicht einen Anstieg der Rohholzpreise bedingen.

Auch erzeugt der naturnahe Waldbau künftig vermehrt Laubholz, das in Hinblick auf die Verwertung und Ausbeute im Sägewerk weniger den Bedürfnissen des Holzbaus entspricht als das geradschaftige Nadelholz. Dies bedeutet für den Holzbau, dass er künftig der Materialeffizienz gegenüber der Produktivität Vorrang einräumen muss, wenn er vermehrt zur Nachhaltigkeit beitragen und dabei seine Wettbewerbsfähigkeit bewahren will.

Einleitung

Der nachwachsende Roh- und Baustoff Holz gewinnt im Bauwesen aufgrund seiner ökologischen Vorteile zunehmend an Bedeutung. Neben Wohnbauten sind vor allem weit gespannte Dach- und Hallentragwerke die Domäne des Holzbaus [1], die entweder als Brettschichtholz- oder als Fachwerkträger ausgeführt werden. Deren Wettbewerbsfähigkeit bei gegebener Tragfähigkeit hängt entscheidend von den Material- und Fertigungskosten ab.

Die Variante aus Brettschichtholz benötigt große Mengen an Holz, während die Verleimung einfach und produktiv ist. Das aufgelöste Stab- oder Fachwerk nutzt das Material effizienter, jedoch erhöhen aufwändige Knotendetails aus Stahl die Fertigungskosten und relativieren so den Kostenvorteil der Materialeinsparung.

Steigende Nachfrage im Zuge der nachhaltigen Entwicklung bei gleichzeitig begrenzten Waldreserven dürfte auf

*) Corresponding author: jens.hartig@tu-dresden.de Submitted for review: 07 August 2012 Revised: 29 October 2012 Accepted for publication: 15 November 2012

Computergestützte Planungs- und Fertigungsverfahren haben Einzug in den Holzbau gehalten und ermöglichen eine rationelle und passgenaue Bearbeitung von Bauteilen. Dies verschafft dem Ingenieur größere Freiheiten in Konstruktion und Gestaltung, insbesondere bei den Verbindungen.

Diese Möglichkeiten nutzend, war das Ziel der Untersuchungen die Entwicklung eines effizienten Anschlusskonzepts für Stabwerke. Dabei wurde die Verbesserung des Tragverhaltens, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und des ästhetischen Erscheinungsbildes von Fachwerkbindern angestrebt. Die genannten Eigenschaften werden wesentlich durch die Anschlussdetails beeinflusst. Deren Leistungsfähigkeit kann durch den

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

1

AUFSATZ ARTICLE

DOI: 10.1002 / bate.201200040

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 2

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen

werkstoffgerechten Einsatz der Materialien Holz, Stahl und Beton wesentlich verbessert werden, wobei der Beton als erhärtendes Vergussmaterial zur Herstellung der Verbindung zwischen den Holz- und Stahlbauteilen dient.

Dieser Artikel behandelt das grundlegende Konzept des neuartigen Anschlusses für Fachwerkstäbe und experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten entsprechender Binder. Rechnerische Untersuchungen und ein Bemessungskonzept werden im 2. Teil des Beitrags [2] vorgestellt.

2

Verbindungskonzept

Das Verbindungskonzept [3] basiert auf der Verbundbauweise mit dem Ziel, Holz, Stahl und Beton materialgerecht zu beanspruchen und deren materialspezifische Vorzüge zur Geltung zu bringen.

Holz weist aufgrund seiner Anisotropie bei faserparalleler Beanspruchung gute mechanische Eigenschaften auf, während die Elastizitätsmoduln und Festigkeiten bei Querzug und -druck sowie Schub relativ gering sind [4].

Im Vergleich zu Druckverbindungen sind Zugverbindungen schwieriger und fertigungstechnisch aufwändiger herzustellen.

Stahl eignet sich hingegen insbesondere für zugbeanspruchte Bauteile und lässt sich, z. B. durch Schrauben und Schweißen, vergleichsweise einfach anschließen.

Schlanke Stahlzugglieder, wie Stangen oder Seile, sind zwar nicht in der Lage, Druckkräfte zu übertragen, haben jedoch den Vorteil, nur geringe Biegemomente in den Anschluss einzutragen. Dies ist insbesondere für Fachwerksysteme wichtig, um die Nebenspannungen infolge von Zwängungen etc. zu minimieren.

Beton ist in der Lage, große Druckspannungen zu übertragen und zeigt insbesondere bei mehraxialer Druckbeanspruchung hervorragende Eigenschaften [6]. Wesentlicher Vorteil bei der Realisierung eines formschlüssigen Verbundes mit anderen Baustoffen ist die freie Formgestaltung durch Vergießen.

Alle genannten Aspekte werden aufgegriffen. Holz ist Hauptbestandteil des Tragwerks. Beton und Stahl kommen nur in geringen Mengen zum Einsatz. Teure und komplizierte Knotenbleche entfallen zugunsten genormter Gewindestangen und Muttern sowie einfacher Ankerplatten.

Das vorgeschlagene Verbindungssystem nutzt und vereint die Vorzüge verschiedener vorhandener Verbindungskonzepte: 1. Stirnversatz des Zimmererhandwerks, 2. formschlüssige Schubfugen der Holz-Beton-Verbundbaus [1], 2

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

3. Zugverankerung von Stahlstäben des Stahl-Beton-Verbundbaus.

Die Kräfte werden planmäßig über Formschluss und Kraftschluss, jedoch nicht über den Stoffschluss, übertragen. Daraus ergeben sich effiziente Fachwerksysteme von hoher Wirtschaftlichkeit und gestalterischer Qualität.

Die Kraftübertragung zwischen den Streben und Gurten erfolgt über gegossene Betonknoten. Dazu werden in die Gurte Ausnehmungen eingearbeitet, in die die anzuschließenden Zug- und Druckstäbe eingreifen. Die verbleibenden Zwischenräume werden anschließend mit Beton ausgegossen, der in kurzer Zeit zu einem druckfesten Knoten aushärtet. Als Vergussmasse können z. B. fließfähige und schwindarme Betone, zementgebundene Mörtel oder Kunstharzmörtel verwendet werden.

Nach dem Aushärten ist der Knoten in der Lage, die Kräfte der angeschlossenen Stäbe und des Gurtes über Kontaktpressung zu übertragen, wobei die Zugglieder aus Stahl mit einer Ankerplatte rückverankert werden, sodass der Betonknoten einem mehraxialen Druckspannungszustand ausgesetzt ist. Bild 1 zeigt ein Knotendetail am Untergurt und schematisch die angreifenden Normalkräfte F und Biegemomente M. Der passgenaue Knoten ist in der Lage, die Normalkräfte der Stäbe zu übertragen und somit Ober- und Untergurt nahezu schubsteif zu koppeln. Das Funktionsprinzip der Knotenverbindung beruht auf der Annahme, dass die Normalkraft der Diagonalstrebe im Wesentlichen faserparallel auf den Vergussknoten abgesetzt wird. Da die Diagonalen vollflächig überdrückt, also über die gesamte Querschnittsfläche mit Druckspannungen belastet sind, treten je nach Geometrie der Kontaktfläche auch Biegemomente M auf. Die Druckkraft wird über den Betonknoten einerseits auf die Ankerplatte geleitet, was im Vertikalstab eine Zugkraft erzeugt, und andererseits auf die Stirnfläche des Gurts, die dort nahezu parallel zur Faser auf Druck beansprucht wird.

Am Auflager kann eine große Vorholzlänge vermieden werden, indem an der Stirnseite eine Ankerplatte aus Stahl angebracht wird, welche die Zugkraft über eingeleimte Gewindestangen in den Gurt zurückführt. Erstreckt sich der Beton über die gesamte Querschnittshöhe des Gurtes, trägt er einen wesentlichen Teil der Auflagerkraft direkt und faserparallel in die Strebe ab, sodass die häufig kritische Querdruckfestigkeit des Holzes in der Auflagerfläche nicht bemessungsrelevant wird.

Die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Verbindungstechnik sind vielfältig und lassen sich auf ebene und räumliche Fachwerksysteme anwenden. Bei wechselnder Zug-Druck-Beanspruchung in den Stäben sind die Vertikalen druckfest, z. B. aus Holz mit eingeleimten Gewindestangen, auszuführen und die Diagonalen zugfest, z. B. über Vollgewindeschrauben, an die Gurte anzuschließen.

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 3

a)

b)

Längsschnitt: FZ

FD

Zugstab (Stahl) MG,l FG,l

Gurt (Holz)

Ankerplatte Mutter (Stahl)

MD

Druckdiagonale (Holz) MG,r FG,r

Bild 2

Versuchskörper T2000 in der Prüfeinrichtung [7] Specimen T2000 in the testing facility [7]

Vergussknoten (Beton)

Draufsicht:

Bild 1

Fachwerkknoten am Untergurt, a) aufgeschnittener Knoten; b) Prinzipskizze mit angreifenden Normalkräften F und Biegemomenten M Joint of a truss-lower chord, a) sectioned joint; b) schematic sketch with acting normal forces F and flexural moments M

3

Experimentelle Untersuchungen

3.1

Versuchsaufbau

sen Stirnflächen rückverankert, vgl. auch Bild 3 (Detail A).

Neben den zwei Konfigurationen T700 und T900 mit einer Spannweite L von 4 m wurde auch ein Träger T2000 mit L = 10 m hergestellt und geprüft. Die Abmessungen der Träger und ihrer Teile sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Bezeichnungen ergeben sich aus Bild 3.

Die Träger wurden nach [5] so bemessen, dass ein Druckversagen der Diagonalen im Knotenbereich maßgebend war.

3.2

Das Tragverhalten wurde an parallelgurtigen Fachwerkträgern mit unterschiedlichen Abmessungen untersucht.

Es wurden Einfeldträger mit geneigten Druck- und vertikalen Zugstäben verwendet (Bild 2). Die Träger wurden am Untergurt gelagert und mit einer Einzellast am Obergurt in Trägermitte weggesteuert belastet.

Ober- und Untergurt sowie Diagonalen wurden in Brettschichtholz (BSH) der Festigkeitsklasse GL24h [5] ausgeführt. Für die Zugstäbe wurden Gewindestangen der Festigkeitsklasse 8.8 verwendet. Der Knoten wurde mit einem Epoxidharz-Vergussmörtel EH196R [8] verfüllt, der sich durch hohe Fließfähigkeit, Druck- und Haftfestigkeit sowie durch geringes Schwinden auszeichnet.

Die Knoten wurden wie bereits beschrieben mit Vergussmörtel und Ankerplatte ausgeführt. An den Knoten in den Auflagerbereichen wurden die Druckkräfte aus den Diagonalen in den Untergurt durch eingeleimte Gewindestangen (Festigkeitsklasse 8.8) und Ankerplatten an des-

Herstellung der Träger

Die einzelnen Bauteile wie Gurte, Füllstäbe und Stahlteile wurden in der Werkstatt vorgefertigt. Die Gurte wurden an den vorgesehenen Stellen mit einer CNC-Fräse ausgespart und an den Enden mit eingeleimten Gewindestangen versehen. Die Ankerplatten für Knoten und Auflager wurden zugeschnitten und erhielten Bohrungen bzw. Gewinde.

Für die Ankerplatten in den Verbindungsknoten wurden zwei Varianten verwendet. In den kleineren Trägern T700 und T900 wurden die Zugstäbe durch die Ankerplatte gesteckt und mit einer Mutter verschraubt, wie in Bild 1 gezeigt. Dies hat am Zuggurt den Nachteil, dass der Querschnitt durch eine zusätzliche Ausnehmung für die Mutter an einer stark belasteten Stelle geschwächt wird.

Daher wurde beim Träger T2000 ein Gewinde in die Ankerplatten geschnitten, sodass zusätzliche Ausnehmungen vermieden werden konnten.

Ein wichtiger Aspekt für die zuverlässige Wirkung des Betonknotens ist eine dauerhafte Lagesicherung. Um ein Bautechnik 90 (2013), Heft 1

3

AUFSATZ ARTICLE

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Timber trussed girder with concrete joints – Part 1 Concept and experimental investigations

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 4

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen bG Detail C

hG

Detail D

bD

hD

H

dZ

bD,red

α Detail B

L

Detail A

Detail C

Detail B Gewindestab 8.8

Einfüllbohrung Ø≈3 cm

Detail D Entlüftungsbohrung

lA lE

Stahlplatten

dA

dE

dB

Eingeleimte Gewindestäbe

Detail A

Abdeckbrett Gewindestab 8.8

Stahlplatte mit Innengewinde

Abdeckbrett

bD,red

Draufsichten

Bild 3

Konstruktionsskizzen des Trägers T2000 Construction sketches of girder T2000

Herausziehen des Betonknotens zu verhindern, wurde bei den Trägern T700 und T900 jeweils eine Holzschraube im Knoten schräg in den Gurt eingedreht (s. Bild 1).

Da in den Versuchen dieser Träger keine Lockerung der Betonknoten zu beobachten war, wurde beim Träger T2000 auf diese Maßnahme, wie sich später herausstellte, zurecht verzichtet. Dies war u. a. auf die hervorragende Haftung des Epoxidharz-Vergussmörtels am Holz zurückzuführen, die in allen Untersuchungen beobachtet wurde und sich durch großflächig anhaftende Holzfasern an den Betonknoten nach Heraustrennen aus dem Gurt äußerte.

Da jedoch bisher keine systematischen Untersuchungen zu den Hafteigenschaften und der Dauerhaftigkeit vorliegen, wird für baupraktische Anwendungen eine zusätzliche Lagesicherung des Betonknotens, z. B. durch Vollgewindeschrauben oder Profilierung der Ausnehmung, empfohlen. Gleiches gilt bei Verwendung anderer Vergussmaterialien wie z. B. zementgebundenen Betonen.

Tab. 1

Die Montage der Träger erfolgte liegend. Dabei wurden zunächst die Ankerplatten mit den angeschraubten Gewindestangen in die Ausnehmungen gelegt und an einem der Gurte mit Schrauben angeheftet. Danach wurden die Diagonalen eingefügt und die Gurte mit einer Spanneinrichtung zusammengezogen. Anschließend wurden auch die noch losen Ankerplatten mit Schrauben fixiert. Auf Spannschlösser zum Vorspannen der Zugstangen wurde in den Versuchen verzichtet. In der Praxis wäre dies aber sicher vorteilhaft. Auch die Diagonalen wurden durch Anschrauben an die Gurte fixiert und der Träger anschließend aufgerichtet.

Das Vergießen der Knoten stellt die Verbindung zwischen den Komponenten her. Zur Sicherstellung des mehraxialen Druckspannungszustands im Vergussknoten nach dem Erhärten ist es vorteilhaft, wie numerische Untersuchungen [2] zeigten, den Verbund zwischen

Abmessungen der Versuchsträger Dimensions of the specimen

Variante

T700

T900

T2000

Systemabmessungen L/H/α [m/m/°]

4,0/0,7/35,0

4,0/0,9/42,0

10,0/2,0/38,7

Ober-/Untergurt hG /bG /dB [mm]

140/180/84

140/180/84

200/280/124

Diagonale h /bD/bD,red [mm]

100/140/60

90/140/70

140/220/100

Zugstab dZ [mm]

20

20

24

Ankerplatte lA /bA /dA [mm]

120/58/14

120/68/14

160/95/24

Eingeleimte Gewindestäbe am Auflager lE /dE [mm] /nE

700/20/2

700/20/2

750/20/4

4

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 5

Zugstab und Beton zu verhindern. Dies erfolgte durch Umwickeln der Gewindestangen mit Aluminiumfolie.

Ein Nachteil, den es bei Epoxidharzen zu beachten gilt, ist die hohe Reaktionswärme beim Aushärten. Um Abhilfe zu schaffen, wurden dem Vergussmörtel Zuschlagsteine beigemengt, die zusammen mit den Stahlteilen Wärme aufnahmen und somit die Temperaturerhöhung verringerten. Das Gemenge aus Zuschlag und Vergussmörtel zeigte in den Versuchen keine sichtbare Schädigung, sodass von einer höheren Druckfestigkeit als beim verwendeten Holz ausgegangen werden kann. Für eine Serienproduktion ist die Anfertigung von Füllkörpern aus Beton denkbar.

Die Knoten des Untergurts konnten problemlos durch die oben liegenden Öffnungen vergossen werden (Bild 3, Details A und B). Die Obergurtknoten der Träger T700 und T900 wurden nach dem Wenden in gleicher Weise verfüllt. Aufgrund der Größe war dies beim Träger T2000 jedoch nicht praktikabel. Es wurden daher am Obergurt Einfüllbohrungen auf der Oberseite und Abdeckungen auf der Unterseite vorgesehen (Bild 3, Detail C und D).

Aufgrund der hohen Fließfähigkeit des Vergussmörtels gelang das Verfüllen ohne Schwierigkeit. Der Mörtel trat trotz des geringen Abstands zwischen Ankerplatte und Diagonale (Bild 3, Detail C), von selbst an der Entlüftungsbohrung aus, sodass von einer vollständigen Verfüllung ausgegangen werden konnte.

3.3

a)

Fachwerkträger

HEB260 Tellerfedern

b)

Bild 4

Langzeitbiegeversuche

Zur Abschätzung des Langzeitverhaltens der Träger wurde jeweils ein Versuchsträger T700 und T900 im Dauerstandversuch über einen Zeitraum eines Jahres (April 2011 bis Mai 2012) untersucht. Die Träger wurden dafür zunächst durch Verspannung mit einem Stahlträger mit einer Last von ca. 50 % der rechnerischen charakteristischen Traglast (60 kN bei T700-D, 70 kN bei T900-D) beaufschlagt und unter Belastung 27 Tage in der Versuchshalle gelagert, (Bild 4a). Die Belastung wurde mit Tellerfedern aufrechterhalten, sodass es durch Kriechen und Relaxation der Träger sowohl zu Kraft- als auch zu Verformungsänderungen kam. Am Ende der Hallenlagerung waren die gemessenen Kräfte in den Trägern T700-D und T900-D auf ca. 55 kN bzw. 63 kN gesunken.

Zur Freibewitterung wurden die Kraftmessdosen entfernt, wofür die Träger kurzzeitig entlastet werden mussten. Anschließend wurde die Belastung wieder so aufgebracht, dass die Durchbiegung der Träger in der Mitte des Untergurts den gleichen Wert wie vor der Entlastung hatte. Die Lastbeaufschlagung wurde wieder durch die Tellerfederkonstruktion aufrechterhalten (s. Bild 4). Anschließend wurden die Träger für ca. ein Jahr ohne Abdeckung der Witterung ausgesetzt (s. Bild 4b). Zum Schutz des Holzes wurde lediglich ein Anstrich aufgebracht.

Vor Entlastung im Mai 2012 wurden die Träger wieder mit Kraftmessdosen ausgerüstet. Die verbliebene Belas-

Stahlstange Kraftmessdose (für Außenbewitterung entfernt)

Versuchskörper für Langzeitversuche unter Freibewitterung, a) Lastaufbringung; b) Außenbewitterung Specimens for long-term testing under outdoor exposure, a) load application; b) outdoor exposure

tung betrug im Träger T700-D und im Träger T900-D noch ca. 45 kN bzw. 55 kN.

3.4

Kurzzeitbiegeversuche

Zur Bestimmung des Tragverhaltens wurden die Träger in Belastungsversuchen bis zum Erreichen der Bruchlast geprüft. Neben den zwei Trägern aus dem Dauerstandversuch wurden je zwei weitere Träger T700 und T900 sowie ein Träger T2000 untersucht. Die Prüfkörper wurden dazu mit verschiedenen Messsystemen instrumentiert.Die Messung der Kraft F erfolgte über eine Kraftmessdose (KMD). Die Vertikalverschiebungen u wurden u. a. am mittleren Knoten des Obergurts mit induktiven Wegaufnehmern (IWA) aufgezeichnet.

Die Träger wurden zunächst bis 120 kN belastet und anschließend wieder auf 40 kN entlastet, bevor die Last bis zum Versagen gesteigert wurde. Bild 5 zeigt die entsprechenden Kraft-Durchbiegungs-Beziehungen der sechs Probekörper T700 und T900. In vier Trägern (Probekörper T700-1, T700-2, T700-D T900-2) trat sprödes Zugversagen an einem der inneren Knoten des Untergurts ein (Bild 6a). Bei zwei Trägern (Träger Nr. T900-1, T900-D) wurde duktileres Druckversagen einer Diagonale längs zur Faser beobachtet. Auch bei Probekörper T700-2 war ein Druckversagen einer der äußeren Diagonalen zu beBautechnik 90 (2013), Heft 1

5

AUFSATZ ARTICLE

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Timber trussed girder with concrete joints – Part 1 Concept and experimental investigations

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 6

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen

Die in der Freibewitterung gelagerten Träger zeigten erwartungsgemäß niedrigere Traglasten. Dabei fiel die Differenz beim Träger T700-D wesentlich geringer aus als beim Träger T900-D. Die Traglast des Trägers T900-D lag dennoch ca. 70 % über der charakteristischen Traglast.

Beide Träger zeigten gegenüber den unbewitterten Trägern ein duktileres Verhalten. Dies ist auf ein Druckversagen eines Diagonalstabs (Bild 6c) an einem der inneren Knoten des Untergurts zurückzuführen. Ursache hierfür sind die geringere Steifigkeit und Druckfestigkeit infolge der Zunahme der Holzfeuchte im Bereich der Ausnehmung.

400 T900-2

350

T900-1

Kraft F [kN]

300 250 rechnerische T900-D charakteristische 200 Traglast T900 (ca. 160 kN) 150

T700-1

T700-2

T700-D

rechnerische charakteristische Traglast T700 (ca. 120 kN)

100 50 0

Bild 5

0

5

10 15 Verschiebung uOG,m [mm]

20

25

Kraft-Durchbiegungs-Beziehungen der Träger T700 und T900 Force-deflection relations of the girders T700 and T900

obachten, in dessen Folge diese gespalten wurde (Bild 6b).

Das sukzessive Druckversagen der Diagonalen äußerte sich in den Kraft-Durchbiegungsbeziehungen in Bild 5 durch mehrere kurze Lastabfälle. Der Verlust der Tragfähigkeit wurde jedoch durch das Zugversagen des Untergurts verursacht.

Aufbauend auf den Erfahrungen mit den Trägern T700 und T900 wurden die Gurte des Trägers T2000 überdimensioniert, um ein Versagen der Druckdiagonalen zu provozieren. Die gewünschte Versagensform wurde durch das Druckversagen der Stirnfläche an der linken inneren Diagonale am Untergurt erreicht, wobei diese zunehmend abscherte. Bild 7b zeigt das zugehörige KraftDurchbiegungs-Diagramm.

Für den Träger T2000 sind in Bild 7 weitere Messergebnisse und daraus berechnete Größen dargestellt. Bild 7b enthält Kraft-Verschiebungs-Beziehungen für die Verti-

a)

c)

b)

d)

Bild 6

Versagensbilder, a) Zugversagen des Innenknotens am Untergurt (Träger T900-2); b) Druckversagen der äußeren Diagonale am Obergurt (Träger T700-2); c) Druckversagen der inneren Diagonale am Untergurt (Träger T700-D); d) lokale Schädigung des Untergurts – Schubriss im Vorholz (Träger T2000) Failure modes, a) tension failure of inner joint at lower chord (girder T900-2); b) compression failure of outer diagonal strut at upper chord (girder T700-2); c) compression failure of inner diagonal strut at lower chord (girder T700-D); d) local damage of lower chord – shear crack (girder T2000)

6

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 7

kalverschiebungen der Knoten. Der Träger verformt sich symmetrisch, obwohl die Stahlzugstäbe aufgrund der verzögerten Lastaufnahme des linken Stabs etwas unterschiedlich belastet werden (Bild 7c). Die in Bild 7c dargestellten Dehnungen wurden anhand der an den Zugstäben mit IWA aufgezeichneten Relativverschiebungen ermittelt. Die Messlänge betrug ca. 20 cm. Für den linken Zugstab ist zu erkennen, dass die Dehnung εS,l ab einem Wert von ca. 0,35 % trotz weiterer Laststeigerung konstant bleibt. Dies ist vermutlich auf einen Schubriss im Vorholz des Untergurts zurückzuführen (Bild 6d), was zu einer Lastumlagerung auf die Diagonale führte.

Dies war während des Versuchs jedoch nicht erkennbar.

Die Belastung des Trägers konnte weiter gesteigert werden.

Bild 7c verdeutlicht außerdem, dass die 0,2 %-Dehngrenze der Gewindestange deutlich überschritten wurde und somit von einem plastischen Verhalten ausgegangen werden muss, was ebenfalls auf eine Lastumlagerung auf die Diagonalen schließen lässt.

Analog zur oben beschriebenen Methode wurden weitere Dehnungen aus Relativverschiebungen an verschiedenen Positionen des Trägers entsprechend Bild 7a ermittelt.

Bild 7d zeigt die Dehnungen εUG,m,o und εUG,m,u auf der Ober- bzw. Unterseite des Untergurts in Trägermitte. Aus

den unterschiedlichen Anstiegen der nahezu linearen Verläufe lässt sich auf Biegemomente schließen. Unter Annahme isotropen Verhaltens und der Gültigkeit der Bernoulli-Hypothese lässt sich die Schnittkraftentwicklung aus dem Lastfall Einzellast F bestimmen. Basierend auf der Biegetheorie und dem Hookeschen Gesetz können die Spannung σo und σu an der Ober- bzw. Unterseite des Querschnitts mit

N = EA¡ N = Ebh

εDA,r,o

uUG,l

2 £ bh ¡ u < ¡ o ¥ M = EW¡ M = E 6 ²¤ 2 ´¦

mit den gemessenen Dehnungen εo und εu ermitteln. Der Elastizitätsmodul E wurde für das verwendete GL24h nach [9] mit 11600 N/mm2 angenommen. Die Quer-

uUG,l uUG,r

uOG,m

600

400 rechnerische charakteristische Traglast (ca. 280 kN)

300

0

0

30 10 20 40 Vertikalverschiebung u [mm]

50

εUG,m,o

600 500

εUG,m,u

MUG,m

400 300

εo

200

N

M

100 0

d)

Bild 7

0

0,05

Normalkraft N [kN], Biegemoment M [-10-2 kNm] -600 -500 -400 -300 -200 -100 700 εDI,l,o εDI,r,o εDI,l,u εDI,r,u 600

0,1 0,15 0,2 Dehnung ε [%]

εM 0,25 0,3

εS,l

0

0

0,1

0,2 0,3 Dehnung ε [%]

0,4

0,5

0

0

500

400 300

NDI,r MDI,r (positiv) NDI,l MDI,l (positiv)

200 εu εN

εS,r

Normalkraft N [kN], Biegemoment M [10-2 kNm] -600 -500 -400 -300 -200 -100 700 εDA,l,u εDA,r,u εDA,r,o εDA,l,o 600

500

NUG,m

300

c)

Kraft F [kN]

0

Kraft F [kN]

700

400

100

b) Normalkraft N [kN], Biegemoment M [10-2 kNm] 100 200 300 400 500 600

500

200

100

uUG,r

a)

Kraft F [kN]

500

200

εDA,r,u

εUG,m,u

(¡ o + ¡ u ) und 2

Kraft F [kN]

εDA,l,u

uOG,r εDI,l,o uOG,m ε εS,l DI,r,o εDI,l,u ε εS,r εUG,m,oDI,r,u

Kraft F [kN]

εDA,l,o

)

700 uOG,l uOG,r

600 F

(

aus den Dehnungsanteilen aus Normalkraft εN und aus Biegemoment εM berechnet werden. Bild 7d zeigt die entsprechende Dehnungsverteilung. Die Normalkraft N und das Biegemoment M lassen sich demnach aus

700

uOG,l

N M ± = E ¡N ± ¡M A W

m u/o = m N ± m M =

100

0 -0,3 -0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 Dehnung ε [%] e)

400 300

NDA,r MDA,r NDA,l MDA,l

200 100 0

0 -0,3 -0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 Dehnung ε [%]

0

f)

Systemskizzen und Ergebnisse des Trägers T2000, a) Systemskizze; b) Vertikalverschiebungen der Knoten; c) Dehnungen der Vertikalstäbe aus Stahl; d) Dehnungen und Schnittgrößen in der Mitte des Untergurts; e) Dehnungen und Schnittgrößen an den inneren Diagonalen; f) Dehnungen und Schnittgrößen an den äußeren Diagonalen System sketch and results of girder T2000, a) system sketch; b) vertical displacements of the joints; c) strains of the vertical steel ties; d) strains and section forces at the centre of the lower chord; e) strains and section forces at the inner diagonal struts; f) strains and section forces at the outer diagonal struts

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

7

AUFSATZ ARTICLE

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Timber trussed girder with concrete joints – Part 1 Concept and experimental investigations

06_001_008_201200040_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 8

J. Hartig, A. Heiduschke, P. Haller: Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen

schnittsfläche A und das Widerstandsmoment W lassen sich wie angegeben aus der Breite b und der Höhe h des Querschnitts berechnen. Wie in Bild 7d zu sehen ist, verhalten sich N und M weitgehend linear. Erst kurz vor dem Versagen des Trägers nimmt M stark zu, während N sich nur noch wenig ändert.

Entsprechende Dehnungs- und Schnittgrößenverteilungen sind in Bild 7e,f für die Diagonalen dargestellt. Auf der linken Seite weisen diese insgesamt eine höhere Belastung auf als auf der rechten Seite. Wie bereits angesprochen resultiert dies aus der verzögerten Lastaufnahme des linken, vertikalen Zugstabs, der zu einer früheren Belastung der Diagonalen führt. Das einsetzende Versagen der linken Innendiagonale ist anhand der Dehnungen εID,l,o und εID,l,u in Bild 7e erkennbar, indem der Dehnungsunterschied bzw. das Biegemoment kurz vor Versagen abrupt abnimmt. Dies führt zu einer Lastumlagerung auf die linke Außendiagonale, wie in den Dehnungsverläufen in Bild 7f zu sehen ist. Ebenso wie am Untergurt steigen die Normalkräfte in den Diagonalstäben nahezu linear an, während die Biegemomente insbesondere auf höherem Lastniveau überproportional zunehmen.

Herstellung und Montage von stählernen Verbindungsmitteln wie Stahl- und Nagelblechen sowie Verdübelungen. Dies verbessert zudem das Erscheinungsbild des Tragwerks, da keine Verbindungsmittel äußerlich erkennbar sind. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass stets das Versagen des Holzes zum Versagen des Tragwerks führt, während an den Vergussknoten selbst kaum Schädigungen erkennbar wurden. Dies ermöglicht, wie im 2.

Teil des Beitrags [2] gezeigt wird, einen einfachen statischen Nachweis. Weitere Vorteile ergeben sich bei der konstruktiven Ausbildung von Auflager- und Lasteinleitungsbereichen, die durch den Vergussbeton lokal verstärkt werden. Da ein wesentlicher Teil der Querkräfte über den steiferen Beton abgetragen wird, reduziert sich die häufig bemessungsrelevante Querdruckbelastung des Holzes erheblich. Neben guter Tragfähigkeit zeichnet sich das Tragwerkskonzept ebenso durch hohe Steifigkeit aus, da in der Verbindung kein Schlupf auftritt, wie dies bei Stabdübelverbindungen infolge von Fertigungstoleranzen und geringer Bettungssteifigkeit der Fall ist. Dadurch ergeben sich geringere Durchbiegungen und folglich eine bessere Gebrauchstauglichkeit.

Danksagung 4

Schlussfolgerungen

In diesem Beitrag wurde ein neuartiges Verbindungskonzept für Fachwerke aus Holzstäben und entsprechende experimentelle Untersuchungen vorgestellt. Die Bauweise ermöglicht eine hohe Vorfertigung und eine einfache Montage. Dazu müssen auf der Baustelle die Trägerteile nur zusammengesteckt, fixiert und mit Beton vergossen werden. Da sich die Stahlteile auf Standardware wie Rundstäbe, Gewindestangen, Ankerplatten, Spannschlösser und Muttern beschränken, entfällt die aufwendige

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und der AIF Projekt GmbH für die Unterstützung der Forschung über das ZIM-KOOP-Projekt KF2132402WZ9 „Eingegossene Betonknoten-Verbindungen für hochbeanspruchte Stabund Fachwerkkonstruktionen im Ingenieurholzbau“. Darüber hinaus gilt der Dank den Mitarbeitern des OttoMohr-Laboratoriums der Technischen Universität Dresden, sowie Herrn Dipl.-Ing. ROBERT P UTZGER und Herrn THOMAS HÄNDEL, für die Unterstützung bei der Durchführung der experimentellen Untersuchungen.

Literatur [1] HERZOG, T.; NATTERER, J.; SCHWEITZER, R.; VOLZ, M.; WINTER, W.: Holzbauatlas. 4. Aufl. München: Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2003.

[2] HARTIG, J.; HEIDUSCHKE, A.; HALLER, P.: Holzfachwerkträger mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 2: Rechnerische Untersuchungen und Bemessungskonzept. Bautechnik (zur Veröffentlichung eingereicht).

[3] HEIDUSCHKE, A.: Fachwerkträger einschließlich eines unterspannten Trägers sowie ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung.

Deutsches Patentamt, Patent DE102009022828A1, 2010.

[4] NIEMZ, P.: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. Leinfelden-Echterdingen: DRW-Verlag, 1993.

[5] Deutsches Institut für Normung e.V.: DIN EN 1995:201012 – Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten. Berlin: Beuth Verlag, 2010.

[6] SPECK, K.; CURBACH, M.: Ein einheitliches dreiaxiales Bruchkriterium für alle Betone. Beton- und Stahlbetonbau 105 (2010), H. 4, S. 233–243.

[7] SCHLADITZ, F.; HAMPEL, T.; SCHEERER, S.; ORTLEPP, S.: Eine neue 10-MN-Prüfmaschine für großformatige Bauteile. Bautechnik 88 (2011), H. 3, S. 205–210.

8

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

[8] Datenblatt Pagel-Epoxidharz-Vergussmörtel EH196R. Essen: Pagel Spezial-Beton, 2011.

[9] Deutsches Institut für Normung e.V.: DIN EN 1194:199905 – Holzbauwerke – Brettschichtholz – Festigkeitsklassen und Bestimmung charakteristischer Werte. Berlin: Beuth Verlag, 1999.

Autoren Dr.-Ing. Jens Hartig jens.hartig@tu-dresden.de

Prof. Dr.-Ing. Peer Haller peer.haller@tu-dresden.de Technische Universität Dresden Institut für Stahl- und Holzbau 01062 Dresden Dr.-Ing. Andreas Heiduschke andreas.heiduschke@hess-timber.com HESS Timber GmbH & Co. KG Am Hundsrück 2 63924 Kleinheubach

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 9

AUFSATZ

Karl Rautenstrauch, Jens Müller*

Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung Ein Vorschlag für den Ermüdungsnachweis In diesem Beitrag werden jüngste Forschungsergebnisse zum holzseitigen Ermüdungstragverhalten spezieller, für HolzBeton-Verbundstraßenbrücken entwickelter Verbundelemente sowie ein darauf basierendes und für die praktische Anwendung geeignetes Bemessungskonzept vorgestellt. Als Grundlage hierfür dienen die an der Professur Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-Universität Weimar unter oft wiederholten Schwellbeanspruchungen durchgeführten umfangreichen Bauteilversuche an den als „Dübelleiste“ bezeichneten Verbundelementen.

Neben der konventionellen Ausbildung dieses Verbundelementes, bei der die holzseitige Kraftübertragung über direkten Holz-Stahl-Kontakt erfolgt, wurde ergänzend ein neuartiges modifiziertes Kontaktfugendesign untersucht. Diese weiterentwickelte Fugenkonfiguration ist durch die Anordnung eines hochdruckfesten Polymerbetonstreifens im unmittelbaren Lastübertragungsbereich charakterisiert, welcher insbesondere den Ausgleich geringster Herstellungstoleranzen ermöglicht, sodass das Verbundelement Dübelleiste stets passgenau in die gefräste Kerve des Holzträgers eingebaut werden kann. Infolge dieser Passgenauigkeit und der damit verbundenen vollständigen Eliminierung des Anfangsschlupfs zwischen Dübelleiste und Holz kann eine hohe Verbundelementsteifigkeit sowie eine gleichmäßige Lastverteilung in der Holzkontaktfuge erzielt werden.

In Anlehnung an die aus dem Stahlbau bekannten „Wöhlerlinien“ konnten als Hauptresultat der Untersuchungen für beide Scherfugenausbildungen auf den experimentellen Ergebnissen basierende sogenannte Ermüdungskennlinien bestimmt werden. Mittels dieser Kennlinien kann das in der aktuellen Holzbrückennorm vorgesehene vereinfachte Ermüdungsnachweiskonzept für beide Fugenausbildungen angewendet werden.

Darüber hinaus werden im Hinblick auf eine effektivere Bemessung der untersuchten Verbundfugenkonfigurationen spezifische Ermüdungsbeiwerte vorgeschlagen.

Load bearing behavior of special connectors used for timberconcrete composite road bridges under cyclic loading – proposal for the fatigue verification This article deals with the fatigue behavior of the timber part of a connector type, which can be used for timber-concrete composite road bridges. For the investigation of the fatigue behavior of the so called stud connector extensive experimental tests – primarily under cyclic loading – were accomplished at the Bauhaus University Weimar. Based on these tests a suitable design concept for the appliance in practice is presented.

Beside the conventional design of the shear joint also a new modified configuration was analyzed, which is characterized by a layer consisting of polymer concrete in the load bearing area. The use of polymer concrete equalizes all tolerances due to manufacturing so that the stud connector can be accurately fitted into the notch in the timber girder. Consequently the initial slip between stud connector and timber can be eliminated, which leads to a very high stiffness of the joint and a consistent load distribution in the contact area.

According to the well-known S-N-lines from structural steel engineering characteristic fatigue lines for both designs of the joint were elaborated based on the experimental tests. These characteristic lines show that the concept of the simplified fatigue verification according to the code for timber bridges is applicable for both designs of the joint with the stud connector.

Especially for the investigated designs fatigue coefficients are suggested for a more efficient structural design.

Keywords Holzbau; Holz-Beton-Verbund; Brückenbau; Straßenbrücke; Dübelleiste; Schubverbinder; Ermüdung; Ermüdungsnachweis; Wöhlerlinie

Keywords timber structure; timber-concrete composite; bridge building; road bridge; stud connector; shear connector; fatigue; fatigue verification; S-N-line

1

ökonomisch sinnvolle Alternative zu den in der Herstellung energieaufwändigeren konventionellen Massiv- und Verbundbrücken darstellen. So konnte bereits gegen Ende 2008 mit der Birkbergbrücke Wippra (Bilder 1 und 2) im Bundesland Sachsen-Anhalt die erste Holz-BetonVerbundstraßenbrücke in Deutschland für den Verkehr freigegeben werden [1, 2]. In der Regel bestehen HolzBeton-Verbundbrücken aus massiven blockverleimten Brettschichtholz-Hauptträgern, die nachgiebig mit einer Betonfahrbahnplatte verbunden sind. Die in der Verbundfuge zwischen den beiden Querschnittsteilen Beton

Einleitung

Gerade in Zeiten eines notwendigen wachsenden Energiebewusstseins und einer damit verbundenen steigenden Bedeutung der nachwachsenden Rohstoffe kann der Bau von Holz-Beton-Verbundbrücken eine ökologisch und *) Corresponding author: muelle21@uni-weimar.de Submitted for review: 29 August 2012 Revised: 13 November 2012 Accepted for publication: 15 November 2012

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

9

AUFSATZ ARTICLE

DOI: 10.1002 / bate.201200051

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 10

K. Rautenstrauch, J. Müller: Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung

Bild 1

Pilotprojekt Birkbergbrücke Wippra Pilot project Birkberg-Bridge Wippra

Bild 2

Brückenträger aus blockverleimten Brettschichtholz mit Dübelleiste Log-glued timber main girder with stud connectors

Bild 3

Probe mit passgenau eingefräster Kerve und eingelegter Dübelleiste (Serie E-K-A) Specimen with accurately fitting milled notch and stud connector (series E-K-A)

und Holz auftretenden Schubkräfte sind von geeigneten Schubverbundelementen aufzunehmen. Im Fall der Birkbergbrücke erfolgt die Schubkraftübertragung mit dem Verbundelement Dübelleiste, welches an der Professur Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-Universität Weimar weiterentwickelt wurde [3].

Das Verbundelement Dübelleiste besteht aus einer 3 cm dicken Stahlplatte mit betonseitig aufgeschweißten Kopfbolzendübeln, sodass dort die Schubkraftübertragung in die Betonplatte analog den anerkannten Prinzipien des Stahlverbundbaus erfolgt. Der Verbund zum Holz hingegen wird mithilfe einer formschlüssigen Versatzverbindung hergestellt. Bislang wurde diese holzseitige Kontaktzone der Dübelleiste noch nicht umfassend unter zyklischer Belastung getestet. Da jedoch die im Straßenbrückenbau auftretenden wiederholten Beanspruchungen aus dem Verkehr eine entscheidende Rolle für die Gewährleistung der Langzeittragfähigkeit einer Brücke spielen, wurde aufbauend auf den im Rahmen eines Forschungsvorhabens der Professur Holz- und Mauerwerksbau durchgeführten umfangreichen experimentellen Bauteilversuchen und Auswertungen eine Bewertung des Ermüdungsverhaltens der Dübelleistenverbindung vorgenommen [4].

2

Experimentelle Untersuchungen

2.1

Kurzzeitscherversuche

Im Rahmen der Kurzzeitschertests wurden insgesamt elf Versuche durchgeführt. Ausgangspunkt der Untersuchungen bildete die herkömmliche und bereits durch das Pilotprojekt praxiserprobte Scherfugenausbildung der Serien E-K-A (Bild 3) und E-K-B mit je drei Proben. Eine neue modifizierte Art der Fugenausbildung mit der Anordnung eines etwa 1,25 cm breiten Polymerbetonstreifens zwischen Dübelleiste und Holz wurde mit den fünf Probekörpern der Serie E-K-PC (Bild 4) getestet. Bei dem Polymerbeton (PC) handelt es sich um ein Endprodukt mit sehr hoher Druckfestigkeit, welches sich aus einer Matrix aus mineralischen Zuschlagsstoffen und einem Polymer10

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Harz-Härter-System als Bindemittel zusammensetzt. Die Probekörper für die Kurzzeit- und die Ermüdungsversuche bestanden aus Brettschichtholz GL32h mit den Abmessungen 20 cm × 20 cm × 80 cm und einer Vorholzlänge von 50 cm.

Im Fokus der Untersuchungen stand die holzseitige Schubkraftübertragung, da für die betonseitige Lasteinleitung auf das im Stahlverbundbau bewährte Tragelement Kopfbolzendübel zurückgegriffen wird. Daher konnte bei den Versuchen der Beton und die betonseitige Verbindungssituation durch einfacher zu handhabende Stahlprofile substituiert werden, wobei das grundlegende Prinzip des Push-Out-Tests jedoch erhalten blieb. Dieser für die statischen als auch für die Ermüdungsversuche genutzte Versuchsaufbau wurde in eine servohydraulische Prüfanlage eingebaut (Bild 5). Das verwendete Lastregime setzte sich gemäß DIN EN 26891 [5] aus statischen Lastrampen zur Ermittlung eines initialen Verschiebungsmoduls und dem sich daran anschließenden Bruchversuch zusammen. Für die Aufnahme der relativen Verschiebungswege zwischen Dübelleiste und Holz wurden herkömmliche induktive Wegaufnehmer verwendet.

Bei allen in den drei Versuchsserien getesteten Probekörpern versagte das Vorholz durch spröde verlaufendes

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 11

Bild 4

Bild 5

Bild 6

Schubversagen infolge Abscheren des Vorholzes Failure due to shearing of timber in front of the step joint

Bild 7

Gegenüberstellung theoretischer und experimentell gewonnener Bruchlasten pro Verbundelement infolge Abscheren des Vorholzes Comparison of calculated and experimental ultimate loads per connector for shearing of timber in front of the notch

Probe mit einem Polymerbetonstreifen in der lastübertragenden Zone (Serie E-K-PC) Specimen with a layer consisting of PC in the facing area (series E-K-PC)

Versuchsaufbau und Messequipment für die Kurzzeitscher- und Ermüdungsversuche Test setup and measuring equipment for short-time shear- and fatigue tests

Abscheren infolge des Überschreitens der mittleren Holzschubfestigkeit in der Scherfuge (Bild 6). Vor diesem globalen Versagen wurden im unmittelbaren Stirnkontaktbereich der Dübelleiste plastische Dehnungen im Holz festgestellt, die auf ein lokales Holzdruckversagen unter einem Winkel zur Faser hindeuten. Der Vergleich der Bruchlasten untereinander zeigt, dass sich, bis auf die Serie E-K-A, welche im Serienmittel etwas geringere Werte besitzt, alle Versagenslasten auf einem ähnlichen Niveau bewegen (Bild 7). Demnach ist infolge des Einsatzes der Reaktionsharzbetonschicht keine signifikante Erhöhung der Schubtragfähigkeit der Scherfuge aufgetreten.

Der Vergleich von tatsächlich im Versuch ermittelten Bruchlasten mit theoretischen charakteristischen Traglasten für den Versagensfall Abscheren des Vorholzes (nach Gl. (2) im Abschnitt 3.3) zeigt, dass für das Versagenskriterium Schub bei Ansatz der Mittelwerte der Bruchlasten eine Begrenzung der Vorholzlänge auf etwa das Elffache

der Einschnitttiefe unter Zugrundelegung einer Schubfestigkeit von fv,k = 3,5 N/mm2 vorgeschlagen werden kann.

2.2

Versuche unter zyklischer Belastung

Die Hauptzielstellung der Versuche unter zyklischer Belastung bestand in der Bewertung des Ermüdungstragverhaltens des Verbundelementes Dübelleiste. In diesem Zusammenhang wurden Ermüdungskennlinien in Anlehnung an so genannte „Wöhlerlinien“ für beide Verbundfugenausbildungen ermittelt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Kurzzeittests konnten insgesamt 24 Versuche unter oft wiederholter Belastung durchgeführt werden.

Während neun Tests mit der konventionellen Fugenausbildung mit direktem Kontakt zwischen Stahl und Holz arrangiert wurden (Serien E-D), konnten 15 Versuche mit der neuartigen Fugenausbildung mit Polymerbetonstreifen in der kraftübertragenden Zone untersucht werden (Serien E-D-PC). Als Ausgangspunkt für die Versuche unter oft wiederholter Belastung diente der Mittelwert der Bruchlasten der Serien E-K-A und E-K-PC der durchBautechnik 90 (2013), Heft 1

11

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, J. Müller: Load Bearing Behavior of Special Connectors used for Timber-Concrete Composite Road Bridges under Cyclic Loading

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 12

K. Rautenstrauch, J. Müller: Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung

geführten Kurzzeitschertests, der mit 460 kN pro Probekörper ermittelt wurde. Insgesamt wurden drei unterschiedliche Lastniveaus mit 40, 50 und 60 % vom Mittelwert der Kurzzeitbruchlasten als Oberlast untersucht (Bild 8). Ein Versuch, der eine Schwingspielzahl von mehr als zwei Millionen Lastwechseln erreicht, wird als Durchläufer gewertet. Analog zu den Untersuchungen von SIMON [6], KUHLMANN [7] und BATHON [8] wurden Einstufenversuche mit einer Lastfrequenz von 3 Hz durchgeführt. Das Spannungsverhältnis, welches die Relation zwischen Unter- und Oberlast definiert, wird mit 0,1 festgelegt und stellt damit in Bezug auf die Baupraxis eine sehr konservative Annahme dar. Für das basierend auf diesen Randbedingungen entwickelte Lastregime beträgt die komplette Versuchsdauer für einen Durchläufer fast zehn Tage.

Zur Ermittlung der Ermüdungskennlinien sind in Tabelle 1 und den Diagrammen (Bild 9) die erreichten Traglasten aus den Kurzzeitversuchen sowie die ertragenen Schwingspielzahlen zugehörig zu den jeweiligen Laststufen (40, 50 und 60 % der mittleren Kurzzeittraglast) aufgetragen.

Entsprechend den Ausführungen von MALO [9] und KUHLMANN [7] wird als Ordinate das Verhältnis F/Fmax verwendet, wobei Fmax der mittleren Bruchlast je Serie aus den Kurzzeitversuchen entspricht. Diese Verfahrensweise unter Einbeziehung der acht statischen Kurzzeitscherversuche bei der Ermittlung der Ermüdungskennlinien ist basierend auf den zuvor genannten Quellen im Holzbau durchaus üblich und zulässig, da bei den statischen Kurzzeittests und den zyklischen Ermüdungsversuchen gleiche Versagensursachen (finales Schubversagen durch Vorholzabscheren) und identische Bruchbilder vorliegen. Mithilfe einer statistischen Analyse unter Nutzung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate wurden getrennt für jede Serie Regressionsgeraden als logarithmische Funktion auf Basis der Mittelwerte (durchgezogene Linien) und der 5-%-Quantilwerte (gestrichelte Linien) der Ergebnisse ermittelt, wobei nur die Versagensfälle infolge Ermüdung in diese Berechnung eingehen. Zur besseren Übersicht und Einordnung der Ergebnisse sind zusätzlich die Durchläufer jeder Serie sowie die kfat-Gerade gemäß der Holzbrückennorm DIN EN 1995-2 [10] dargestellt.

Tab. 1

Bild 8

Zusammenhang zwischen den Lastniveaustufen der Versuche unter zyklischer Belastung und den Kurzzeittests Load levels for tests under cyclic loading in context to short-time tests

Aus der Gegenüberstellung und vor allem infolge der nicht so starken Aufweitung der vier die „Wöhlerlinien“ repräsentierenden Regressionsgeraden im Vergleich zur kfat-Geraden wird ersichtlich, dass die Schubtragfähigkeit gemäß Norm für den Einsatz von Dübelleisten auf der sicheren Seite liegt. Einen Übergang der Zeitfestigkeitsgeraden in den Dauerfestigkeitsbereich als horizontaler Ast parallel zur Abszisse und damit die konkrete Angabe eines Endwertes als Dauerschwingfestigkeit konnte bei den durchgeführten Untersuchungen nicht festgestellt werden, da die Regressionsgeraden jenseits der festgelegten Mindestschwingspielanzahl von 2 282 500 Lastspielen weiterhin einen negativen Anstieg aufweisen. Dennoch ermöglichen die nun vorliegenden Ermüdungskennlinien die Bestimmung der Festigkeitsabminderung infolge der oft wiederholten Belastung in Relation zur statischen Festigkeit zu jeder beliebigen Schwingspielzahl (vgl. Abschnitt 3.3). So kann beispielsweise bei einer Anzahl von zwei Mio. Schwingspielen, welche der Mindestlastwechselzahl einer Straßenbrücke der niedrigsten Kategorie bei einer angenommenen Nutzungsdauer von 40 Jahren entspricht [12], für die Versuche ohne Polymerbeton eine Zeitfestigkeit unter Zugrundelegung der 5 %-Quantilwerte von ca. 51 % der jeweiligen Kurzzeittraglast abgelesen werden, während die Proben mit Polymerbeton-Ver-

Randbedingungen der Ermüdungsversuche Boundary conditions of fatigue tests

Lastniveau bezogen auf die mittlere Bruchlast pro Probekörper der Kurzzeitversuche

Oberlast pro Verbundelement während zyklischer Belastung

Fest,PK = 460 kN

F O,VE [kN]

E-K bzw. E-D

E-K-PC bzw. E-D-PC

40 %

92

46,97 %

36,67 %

50 %

115

58,71 %

45,83 %

60 %

138

70,46 %

55,00 %

12

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

mittlere Bruchlast pro Verbundelement Fest,VE E-K-A: 195,86 kN E-K-PC: 250,91 kN F O,VE /Fest,VE

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 13

3.1

a)

Generelles Vorgehen der Nachweisführung gegen Ermüdung

Entsprechend der Betonbrückennorm wird von einem dreistufigen Nachweiskonzept für die Ermüdungssicherheit ausgegangen. Dabei beinhaltet Stufe 1 einen Dauerfestigkeitsnachweis, Stufe 2 einen vereinfachten Betriebsfestigkeitsnachweis unter Zuhilfenahme schädigungsäquivalenter Schwingbreiten, ehe in Stufe 3 ein genauer Betriebsfestigkeitsnachweis durchzuführen ist. Der mit steigender Stufe größer werdende Arbeitsaufwand hinsichtlich einer realitätsnäheren Beschreibung der Einwirkungen führt folglich auch zu einer höheren Aussagequalität des Nachweises.

Das der aktuellen Normensituation angepasste Organigramm (Bild 10) verdeutlicht in Anlehnung an ZILCH et. al [11] und SIMON [6] das Konzept einer stufenweise aufgebauten, separaten Nachweisführung der Ermüdungssicherheit für jedes maßgebende Querschnittselement einer Holz-Beton-Verbundstraßenbrücke. Folgende Abkürzungen werden dabei verwendet:

b)

LM 1 ELM 3

Lastmodell 1 nach DIN EN 1991-2 [12] Ermüdungslastmodell 3 nach DIN EN 1991-2 [12] char. EWK charakteristische Einwirkungskombination nach DIN EN 1990 [16] h. EWK häufige Einwirkungskombination nach DIN EN 1990 [16] Bild 9

Vorschläge für „Wöhlerlinien” (Mittelwerte und 5 %-Quantilwerte), a) Serie E, b) Serie E-PC Proposals for S-N-lines (mean value and 5 %-quantile), a) series E, b) series E-PC

gussstreifen im Lastübertragungsbereich etwa 39 % der äquivalenten Kurzzeittraglast erreichen. Die Ursachen hierfür liegen hauptsächlich in der hohen Verbundelementsteifigkeit und der damit verbundenen geringen Energiedissipation bei der Polymerbetonserie, die bei Vorhandensein von Initialrissen infolge der impulsartigen Lasteinleitung ein schnelles Risswachstum und folglich eine stärkere Materialschädigung bewirken. Daneben sind in diesem Zusammenhang auch die natürlichen Streuungen der Materialeigenschaften des Holzes zu beachten.

3

Ermüdungsnachweis für Holz-BetonVerbundstraßenbrücken

Herkömmliche Brückenbauwerke sind durch die Belastungen infolge Verkehrs einer zyklischen Beanspruchung ausgesetzt, die auch deutlich unterhalb der statischen Festigkeiten zu Schädigungen in den Mikrobereichen des Werkstoffs und letztlich zu einem Ermüdungsversagen führen können. Aus diesem Grund soll im Nachgang das Vorgehen der Nachweisführung gegen Ermüdung von Holz-Beton-Verbundbrücken entsprechend der aktuellen Normenlage kurz vorgestellt werden.

Im Querschnittsteil Beton begrenzt ein im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu führender Nachweis zur Vermeidung von Rissen die Betondruckspannungen auf 60 % der charakteristischen Druckfestigkeit. Zudem ist die angegebene Begrenzung der Druckspannungsamplitude zu erfüllen, um nicht einen genauen Betriebsfestigkeitsnachweis führen zu müssen. Für nicht geschweißte Bewehrungsstähle unter Zugbeanspruchung erfolgt der vereinfachte Nachweis in Form der Beschränkung der Spannungsschwingbreite. Sofern dieses Grenzkriterium überschritten wird, ist ein vereinfachter Betriebsfestigkeitsnachweis über schädigungsäquivalente Spannungsschwingbreiten zu führen. Auf den Ermüdungsnachweis im Querschnittsteil Holz sowie auf die Nachweise der holzseitigen Versagensmechanismen am Verbundelement Dübelleiste wird in Abschnitt 3.2 eingegangen. Die betonseitigen Nachweise am Verbundelement Dübelleiste gegen Ermüdung konzentrieren sich auf die Schubkrafteinleitung mittels der Kopfbolzendübel in die Fahrbahnplatte, wobei der Ermüdungsnachweis entfallen kann, sofern die im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu übertragende Schubkraft kleiner als 60 % der Bemessungsschubtragfähigkeit ist. In anderen Fällen wird ein vereinfachter Betriebsfestigkeitsnachweis in Abhängigkeit von der Beanspruchungsart im Beton erforderlich.

Sofern ein genauer Ermüdungsnachweis notwendig wird, ist dieser prinzipiell als Betriebsfestigkeitsnachweis zu führen, bei dem die belastungsabhängigen akkumulierten Bautechnik 90 (2013), Heft 1

13

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, J. Müller: Load Bearing Behavior of Special Connectors used for Timber-Concrete Composite Road Bridges under Cyclic Loading

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 14

K. Rautenstrauch, J. Müller: Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung

Bild 10 Ablaufschema zum Ermüdungsnachweis von Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken Procedure of the fatigue verification for timber-concrete composite road bridges

Schädigungen mit zulässigen Schädigungswerten verglichen werden, um somit eine direkte Abschätzung der Lebensdauer des Tragwerks zu ermöglichen. Ein Betriebsfestigkeitsnachweis verknüpft die Betriebsbeanspruchungen in Form von mehrstufigen Spannungskollektiven mit dem Ermüdungswiderstand, der aus den Ergebnissen von einstufigen „Wöhlerversuchen“ ermittelt werden kann.

Für diese Verknüpfung wird in der Regel die Schadensakkumulationshypothese nach PALMGREN und MINER angewendet, welche dem Ansatz folgt, dass die oft wiederholte Belastung Schädigungen der Werkstoffe auslösen, welche sich solange akkumulieren, bis ein Ermüdungsbruch eintritt. In diesem Zusammenhang kann der dimensionslose Schädigungsfaktor D, welcher den Fortgang der Schädigung des Bauteils beschreibt, entsprechend Gl. (1) definiert werden: D=

n ( 6m ) - N ( 6mi ) ) 1 i

(1)

i

Dabei beinhaltet n(Δσi) die tatsächlich während der Lebensdauer des Bauteils auftretende Anzahl der Spannungsspiele mit der Schwingbreite Δσ, wohingegen der Faktor N(Δσi) die zur Spannungsschwingbreite Δσi zugehörige Bruchlastspielzahl, welche unmittelbar aus dem „Wöhlerversuch“ gewonnen werden kann, abbildet. Ein Ermüdungsversagen liegt vor, wenn der Schädigungsfaktor den Wert 1 erreicht. Die Herangehensweise der Palmgren-Miner-Hypothese wird bei dem als Betriebsfestigkeitsnachweis zu führenden genauen Ermüdungsnach14

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

weis im Betonbrückenbau (Stufe 3) nach DIN EN 1992-2 [14] genutzt. Die brückenspezifischen Einwirkungen aus Verkehrsaufkommen, Schwerlastanteil und Achslasten werden über abstrahierte Lastmodelle berücksichtigt, wobei bei dem Nachweis für Betonbrücken die Einwirkungen im schädigungsäquivalenten idealisierten Einzelfahrzeug des Ermüdungslastmodells 3 zusammengefasst werden.

3.2

Vereinfachte Nachweisführung gemäß der Holzbrückennorm

Entsprechend dem Anhang A der Holzbrückennorm [10] beruht der vereinfachte Ermüdungsnachweis auf ermüdungswirksamen Einwirkungen mit gleich bleibender Amplitude, welche gleichwertig die ermüdungsrelevante Belastung des vollen Spektrums von Belastungsfällen ersetzt. Dabei ist für die ermüdungswirksame Einwirkung i. d. R. das Ermüdungslastmodell 3 nach DIN EN 1991-2 [12] als Einzelfahrzeugmodell zu verwenden. Die maßgebenden Spannungen und Kräfte können am linear-elastischen System ermittelt werden, wobei die Nachgiebigkeit der Verbundelemente sowie Effekte aus Theorie 2. Ordnung berücksichtigt werden sollten.

Zur besseren Übersichtlichkeit ist der Ermüdungsnachweis nach der Holzbrückennorm [10] exemplarisch für die holzseitigen Versagensmechanismen am Verbundelement Dübelleiste in Tabelle 2 aufgeführt. Dabei ist zwi-

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 15

schen dem zuerst infolge der zunehmenden Faserkompaktion auftretenden Druckversagen der unter einem Winkel zur Faser belasteten Kervenflanke sowie dem maßgeblichen finalen Schubversagen aufgrund des Vorholzabscherens zu differenzieren. Die Ermüdungsnachweise für den hölzernen Hauptträger sind äquivalent zu führen, wobei analog zum Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit die Interaktion von Normalkraft (Zug) und Biegung berücksichtigt werden sollte. Im ersten Schritt ist die Begrenzung des Spannungsspiels mithilfe des Quotienten aus Spannungsamplitude und Ermüdungsfestigkeit zu überprüfen. Werden die in Abhängigkeit von Beanspruchungsart und -richtung angegebenen Grenzwerte überschritten, wird ein vereinfachter, über eine Spannungsbegrenzung zu führender, Ermüdungsnachweis notwendig. Dabei bestimmt sich der Bemessungswert der Ermüdungsfestigkeit durch die Abminderung der jeweiligen statischen Festigkeit in Abhängigkeit von der Anzahl der Belastungszyklen mit Hilfe eines Beiwertes kfat.

Tab. 2

3.3

Verknüpfung der Forschungsergebnisse mit dem bestehenden Nachweiskonzept nach Norm

Basierend auf dem bestehenden Bemessungskonzept ([3], [6]) für die Nachweisführung bei Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit werden für das Verbundelement Dübelleiste die prinzipiell in Bild 11 dargestellten fünf möglichen Versagensmechanismen unterschieden, welche in holzseitiges Versagen (Fälle 1 und 2) oder betonseitiges Versagen der Lasteinleitungen in den Beton mittels der Kopfbolzendübel (Fälle 3, 4 und 5) kategorisiert werden können. Das auch im Kurzzeitversuch mit zunehmender Laststeigerung holzseitig zunächst primär auftretende Überschreiten der charakteristischen Druckfestigkeit unter einem Winkel von bis zu 10° zur Faserrichtung leitet eine zunehmende Kompaktion der angeschnittenen Holzfasern in der direkten Kontaktzone zur Stahlplatte der Dübelleiste (Fall 2) ein, führt jedoch auch unter Ermüdungsbeanspruchungen nicht direkt

Holzseitige Ermüdungsnachweise am Verbundelement Dübelleiste nach DIN EN 1995-2 [10] Fatigue verification at the timber side of the stud connector according to DIN EN 1995-2 [10]

Begrenzung des Spannungsspiels (Nachweisstufe 1) Druck unter einem Winkel zur Faser Nachweis: g =

Im c,_,d,max < m c,_,d,minI ) 0,6 fc,_,k a M,fat

Vorholzabscheren Nachweis: g =

Iod,max < od,minI ) 0,15 fv,k a M,fat

σc, α, d, max (min)

maximale (minimale) Bemessungsspannung infolge Ermüdungseinwirkungen

fc, α, k

charakteristische Druckfestigkeit des Holzes unter einem Winkel α zur Faser

γM, fat

Teilsicherheitsbeiwert für den Ermüdungsnachweis (γM, fat = 1,0)

τd, max (min)

maximale (minimale) Bemessungsschubspannung infolge Ermüdungseinwirkungen

fv, k

charakteristische Schubfestigkeit des Holzes

Vereinfachter Nachweis (Nachweisstufe 1) für κ > κGrenz Nachweis: σc, α, d, max ≤ ffat, c, α, d

Nachweis: τd, max ≤ ffat, v, d

f mit ffat,c,_,d = k fat,c u c,_,k a M,fat

mit ffat,v,d = k fat,v u

wobei

wobei

k fat,c = 1 <

mit R =

1< R u log ` u Nobs u t L * 0 au b<R

(

)

(

m c,_,d,min und < 1 ) R ) 1 m c,_,d,max

sowie a = 2,0 und b = 9,0

)

k fat,v = 1 <

fv,k a M,fat

1< R u log ` u Nobs u t L * 0 au b<R

(

)

(

)

o mit R = d,min und < 1 ) R ) 1 od,max sowie a = 6,7 und b = 1,3

ffat, d

Bemessungswert der Ermüdungsfestigkeit des Holzes

kfat

Beiwert für die Festigkeitsminderung infolge der Anzahl der Lastzyklen

Nobs

Anzahl der jährlichen Spannungsspiele mit konstanter Amplitude in Abhängigkeit der Verkehrskategorie gemäß Tab. 4.5 (DIN EN 1991-2 [12])

tL

Lebensdauer des Tragwerks in Jahren, tL = 100 Jahre für Brücken gemäß Tab. 2.1 (DIN EN 1990 [16])

β

Beiwert zur Berücksichtigung der Schadensauswirkung, β = 3 für beträchtliche Konsequenzen

a, b

Ermüdungsbeiwerte entsprechend Tab. A.1 (DIN EN 1995-2 [10])

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

15

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, J. Müller: Load Bearing Behavior of Special Connectors used for Timber-Concrete Composite Road Bridges under Cyclic Loading

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 16

K. Rautenstrauch, J. Müller: Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung

durch den Faktor kcr wirksame Breite, b die tatsächlich vorhandene Kervenbreite sowie ᐉv die in Ansatz gebrachte Vorholzlänge. Abweichend von den in der Holzbaunorm DIN EN 1995-1-1/NA [18] vorgegebenen Vorholzlängen ᐉv ≤ 8 · tv wird hier auf der Grundlage der vorliegenden Versuchsergebnisse eine Begrenzung der Vorholzlänge auf etwa 11 · tv vorgeschlagen (vgl.

Bild 7).

Bild 11 Versagensmechanismen bei dem Verbundelement Dübelleiste Failure modes of the stud connectorr

zum Verlust der Tragfähigkeit. Vielmehr trat bei allen im vorgenannten Forschungsprojekt [4] getesteten Proben als finaler Versagensmechanismus ein Abscheren des Vorholzes (Fall 1) auf, welches somit als die maßgebende holzseitige Versagensursache des Verbundelementes Dübelleiste anzusehen ist. Das Überschreiten der Holzdruckfestigkeit (Fall 2) beeinflusst somit im Wesentlichen die Verbundelementsteifigkeit und damit den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit, sodass hierbei der Nachweis der charakteristischen Holzdruckfestigkeit fc, α, k mit γM = 1 als ausreichend angesehen wird.

Im Betonquerschnitt kann hauptsächlich ein Druckversagen des Betons im Bereich der Kopfbolzendübel (Fall 3) angenommen werden. Zusätzlich ist die Wirkung des relativ geringen Exzentrizitätsmomentes Me, welches resultierend aus der gegebenenfalls einseitig auftretenden „Klaffung“ zwischen Dübelleiste und Beton neben der Schub- auch Zugbeanspruchungen in den Kopfbolzendübel hervorruft, zu betrachten. Hinsichtlich der Kopfbolzendübel ist gemäß DIN EN 1994-1-1 [17] ein Abscheren des aufgeschweißten zylindrischen Stahls im Übergangsbereich zur Stahlplatte (Schweißwulst) möglich, welches allerdings durch Festlegung einer ausreichenden Dübeldimensionierung und einer geeigneten Materialwahl sicher vermieden werden kann.

Die den Versagensmechanismen zugeordneten einzelnen Bemessungsgleichungen sind getrennt für die genannten Fälle in [4] aufgeführt. Beispielsweise berechnet sich die im Grenzzustand der Tragfähigkeit (Anfangszustand) aufnehmbare charakteristische Schubkraft Pt,v,k für das Versagen am Verbundelement infolge Abscheren des Vorholzes (Fall 1) entsprechend Gl. (2) zu: Pt, v, k = fv, k · bef · ᐉv

(2)

mit bef = kcr · b

(3)

Dabei ist fv, k die charakteristische Schubfestigkeit des Holzes, bef die infolge der Berücksichtigung von Rissen 16

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Auf Grundlage der erarbeiteten Ermüdungskennlinien (Bild 9) kann nun ein vereinfachter Ermüdungsnachweis für die holzseitigen Versagensmechanismen am Verbundelement Dübelleiste vorgeschlagen werden. Dem praktischen Anwender stehen nun zwei Möglichkeiten offen: Einerseits kann auf der sicheren Seite liegend der holzseitige Ermüdungsnachweis auf Schub mit den Ermüdungsbeiwerten „a“ und „b“ nach Norm [10] geführt werden. Alternativ dazu wurden, um die vorhandene Holzbrückennorm [10] nun für blockverleimte Brettschichtholzquerschnitte mit Dübelleisten unter Schubbeanspruchung nutzbar zu machen und dahingehend Anpassungsvorschläge zu unterbreiten, die ermittelten Anstiege der Zeit- und gleichzeitig Dauerfestigkeitsgeraden der Ermüdungskennlinien mit den kfat-Werten gleichgesetzt und anschließend nach dem Beiwert „a“ aufgelöst, wobei von einem konstanten Ermüdungsbeiwert „b“ von 1,3 (Normvorgabe für eine Schubbeanspruchung) ausgegangen wurde. Auf diese Weise können die Ermüdungsbeiwerte „a“ getrennt für die konventionelle Fugenausbildung (Serie E) und die modifizierte Fugenkonfiguration (Serie E-PC) entsprechend Tabelle 3 vorgeschlagen werden, wobei die Angabe für die Mittelwerte (a0,50) und die 5-%-Quantilwerte (a0,05) der Ergebnisse erfolgt.

Erweitert man nun das oben beschriebene Bemessungskonzept der Kurzzeitversuche für den bei der Dübelleiste auftretenden holzseitigen Versagensmechanismus Abscheren des Vorholzes um den Ermüdungsbeiwert kfat, der infolge der ermittelten Ermüdungsbeiwerte „a“ getrennt für beide Verbundfugenausbildungen vorliegt, kann der Schubwiderstand in Form einer aufnehmbaren Schubkraft in Abhängigkeit von der Schwingspielzahl ermittelt werden. Die aufnehmbare charakteristische Schubkraft für den Fall Abscheren des Vorholzes unter Berücksichtigung der jährlichen Lkw-Überfahrten und dem Spannungsverhältnis der Belastung berechnet sich dann nach Gl. (4) wie folgt: Pt, v, k = kfat · fv, k · bef · ᐉv

(4)

Folglich dienen die ermittelten Ermüdungsbeiwerte „a“ nach Tabelle 3 in Verbindung zusammen mit dem gemäß der Norm konstanten Wert „b“ = 1,3 für Schubbeanspruchung als Kennwerte für das System „Dübelleiste Weimar“, mit denen für beide Verbundfugenausbildungen der holzseitige Ermüdungsnachweis für das Verbundelement Dübelleiste für die Anwendung bei Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken entsprechend der Holzbrückennorm [10] geführt werden kann.

06_009_017_201200051_Rautenstrauch_Layout 1 18.12.12 10:26 Seite 17

Tab. 3

Berechnete Ermüdungskoeffizienten „a“ für eine Schubbeanspruchung Calculated fatigue coefficients “a” for shear stress

a0,50

a0,05

b

Serie E

15,11

11,23

1,3

Serie E-PC

9,83

8,60

1,3

4

bundelement Dübelleiste erbracht werden, sodass die Voraussetzungen für die Anwendung des leistungsfähigen Verbundelementes Dübelleiste zur Schubkraftübertragung in der Verbundfuge zwischen Betonfahrbahnplatte und Holzträger nunmehr als gegeben angesehen werden können. Im Rahmen der angestrebten weiterführenden Forschungsarbeiten mit der Fokussierung auf Optimierungen der Verbundfuge und des Vorholzbereiches werden zusätzliche Effektivitätssteigerungen für das Verbundelement Dübelleiste erwartet.

Schlussfolgerung, Ausblick und Dank

Die experimentellen Versuche der holzseitigen Kontaktfuge des im Holz-Beton-Verbundstraßenbrückenbau einsetzbaren Verbundelementes Dübelleiste dienten neben der Untersuchung der Anordnung einer PolymerbetonVergussfuge im lastübertragenden Bereich hauptsächlich der Erarbeitung von Ermüdungskennlinien für die beiden vorgestellten Fugenkonfigurationen. Mit Hilfe dieser Kennlinien konnte der Nachweis der Anwendbarkeit des Ermüdungsnachweiskonzeptes der aktuellen Holzbrückennorm für beide Fugenausbildungen mit dem Ver-

Die in diesem Beitrag vorgestellten, für eine vermehrte baupraktische Realisierung von Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken bedeutsamen Forschungsergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsprojektes „Trag-, Verformungs- und Ermüdungsverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken“ [4] erarbeitet, welches durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) in Zusammenarbeit mit dem internationalen Verein für technische Holzfragen (iVTH e. V.) gefördert wurde.

Literatur [1] RAUTENSTRAUCH, K.: Holz-Beton-Verbund-Bauweise bei Schwerlastbrücken. Tagungsband „Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 2009“. Bruderverlag, Universität Karlsruhe.

[2] RAUTENSTRAUCH, K.; SIMON, A.; MUELLER, J.: The First Timber-Concrete Composite Road Bridge in Germany. Proceedings of the 11th WCTE (World Conference on Timber Engineering), Riva del Garda, Italy, 2010.

[3] R AUTENSTRAUCH, K.; SIMON, A.: Weiterentwicklung der Holz-Beton-Verbundbauweise unter Einsatz von blockverleimten Brettschichtholzquerschnitten bei Straßenbrücken.

Schlussbericht AiF-Forschungsvorhaben 14275 BR, Bauhaus-Universität Weimar, 2008.

[4] R AUTENSTRAUCH, K.; MÜLLER, J.: Trag-, Verformungs- und Ermüdungsverhalten spezieller Verbundelemente für HolzBeton-Verbundstraßenbrücken. Schlussbericht AiF-Forschungsvorhaben 16266 BR, Bauhaus-Universität Weimar, 2012.

[5] DIN EN 26891: 1991-07. Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln – Allgemeine Grundsätze für die Ermittlung der Tragfähigkeit und des Verformungsverhaltens.

[6] SIMON, A.: Analyse zum Trag- und Verformungsverhalten von Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise. Dissertation, Bauhaus-Universität Weimar, 2008.

[7] KUHLMANN, U.; ALDI, P.: Ermüdungsfestigkeit von HolzBeton-Verbundträgern im Straßenbrückenbau. Schlussbericht AiF-Forschungsvorhaben 15052 N, Universität Stuttgart, 2010.

[8] BATHON, L.; BLETZ-MÜHLDORFER, O.: Ermüdungsbetrachtungen von hölzernen Straßenbrücken. Tagungsband 1. Internationale Holzbrückentage. Bad Wörishofen, Deutschland, 2010.

[9] MALO, K. A.; HOLMESTAD, A.; LARSEN, P. K.: Fatigue Strength of Dowel Joints in Timber Structures. Innovative Wooden Structures and Bridges, Lahti, 2001.

[10] DIN EN 1995-2:2010-12. Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 2: Brücken.

[11] ZILCH, K.; ZEHETMAIER, G.; GLÄSER, C.: Ermüdungsnachweis bei Massivbrücken. Betonkalender 2004, Teil 1, S. 309–406. Berlin: Ernst & Sohn.

[12] DIN EN 1991-2:2010-12. Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 2: Verkehrslasten auf Brücken.

[13] DIN EN 1992-1-1:2011. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau.

[14] DIN EN 1992-2:2010. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 2: Betonbrücken.

[15] DIN EN 1994-2:2010. Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton – Teil 2: Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln für Brücken.

[16] DIN EN 1990:2010-12. Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung.

[17] DIN EN 1994-1-1:2010-12. Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln.

[18] DIN EN 1995-1-1/NA:2010-12. Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines.

Autoren Prof. Dr.-Ing. Karl Rautenstrauch karl.rautenstrauch@uni-weimar.de

Dipl.-Ing. Jens Müller muelle21@uni-weimar.de Bauhaus-Universität Weimar Professur Holz- und Mauerwerksbau Marienstraße 13 A 99423 Weimar

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

17

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, J. Müller: Load Bearing Behavior of Special Connectors used for Timber-Concrete Composite Road Bridges under Cyclic Loading

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 18

DOI: 10.1002 / bate.201200054

AUFSATZ

Karl Rautenstrauch, Martin Kästner*, Markus Jahreis, Wolfram Hädicke

Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau Anspruchsvolle, weitgespannte Ingenieurholzkonstruktionen werden seit über 100 Jahren überwiegend unter Verwendung von Brettschichtholz realisiert. Durch Weiterentwicklung dieses homogenisierten Holzwerkstoffproduktes zu einem hybriden Hochleistungsbauteil können dem natürlichen Roh- bzw.

Baustoff Holz weitere Anwendungsfelder erschlossen werden.

Hierzu zählen insbesondere Leichtbaustrukturen mit gesteigerten Anforderungen hinsichtlich aufnehmbarer Lasten, größerer Spannweiten und/oder reduzierter Bauhöhe im Hoch-, Industrie- und Straßenbrückenbau. Wesentliche Optimierungen der Biegetragfähigkeit und der Biegesteifigkeit können durch Verstärkung der Trägerrandbereiche mittels Hochleistungswerkstoffen erreicht werden. Im vorliegenden Beitrag werden innovative Konstruktionsansätze zur Herstellung hocheffizienter Hybridbauteile unter Verwendung von Holz als Hauptbaustoff, polymergebundenen mineralischen Deckschichten zur Druckzonenverstärkung sowie kohlefaser- resp. glasfaser- oder stahlverstärkten Furnierschichtholzlamellen zur Zugzonenverstärkung vorgestellt. Zusätzliche Verstärkungselemente steigern die Schubtragfähigkeit oder verbessern die Aufnahme der Querpressungen an den Auflagern.

Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering For over 100 years demanding long-span constructions in timber engineering are mainly built using glulam. The further development of this homogenized engineered wood product into a hybrid high-performance component creates new fields of application for wood as a natural raw and building material.

This particularly includes lightweight constructions with increased demands in terms of load-bearing capacity, longer spans and/or reduced height for building, industrial and bridge construction. Significant improvements of the flexural strength and stiffness can be achieved by reinforcements of the beam’s edge zones using high-performance materials. This article presents innovative construction approaches for the production of a highly efficient hybrid system made of wood as main material. The compression zone is reinforced by a layer of polymer concrete. The tension zone is strengthened either with CFRP-, GFRP- or steel-reinforced lamellas made of laminated veneer lumber (LVL). Additional reinforcing elements increase the shear resistance or improve the transverse load-carrying capacity of the bearings.

Keywords Ingenieurholzbau; Holz-Beton-Verbundbau; Brettschichtholz; Kleben; Verstärkung; Polymerbeton; CFK; GFK; Furnierschichtholz

Keywords timber engineering; timber-concrete composite constructions; glulam; gluing; reinforcement; polymer concrete; CFRP; GFRP; laminated veneer lumber

1

von Hochleistungswerkstoffen möglich. Zur optimalen Ausnutzung der Eigenschaften aller eingesetzten Baustoffe müssen diese zur Verklebung mit Holz geeignet sein und selbst hohe Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen.

Die synergetischen Vorteile des gemeinsamen Einsatzes von Hochleistungswerkstoffen und polymergebundenen Deckschichten in einem Holzverbundbauteil sind insbesondere das, bei herausragenden Festigkeitseigenschaften, verhältnismäßig geringe Gewicht der hinzugefügten Schichten, nahezu beliebige Einbaulängen und eine verhältnismäßig einfach zu realisierende Zusammenführung der einzelnen Hochleistungskomponenten mit dem Brettschichtholz im Vorfertigungsprozess.

Einleitung

Das in Deutschland nachhaltig verfügbare Holz ist ein sehr leistungsfähiger Baustoff, welcher für Ingenieurkonstruktionen effektiv eingesetzt werden kann, da er bei geringem Eigengewicht eine hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit aufweist. Eigenschaftsschwankungen aufgrund von Wuchsunregelmäßigkeiten, Holzfehlern, Ästen, etc. können bis zu einem gewissen Grad im Homogenisierungsprozess bei der Brettschichtholzherstellung ausgeglichen werden. Weitere signifikante Tragfähigkeitssteigerungen sind jedoch mit dem Baustoff Holz allein, materialstrukturell bedingt, nicht zu erreichen.

Für deutlich gesteigerte Anforderungen bezüglich aufnehmbarer Lasten und größerer Spannweiten ist die Verstärkung des Brettschichtholzträgers unter Verwendung *) Corresponding author: martin.kaestner@uni-weimar.de Submitted for review: 04 September 2012 Revised: 27 November 2012 Accepted for publication: 04 December 2012

18

Das High-Tech-Bauteil sieht äußerlich zunächst wie ein herkömmlicher Brettschichtholzträger aus, besitzt somit hohe Akzeptanz auf dem Markt und kann auch mit allen herkömmlichen im Holzbau üblichen Anschlüssen verbaut werden. Durch seine höhere Steifigkeit und Festigkeit kann es aber besonders bei weit gespannten Konstruktionen wesentlich schlanker ausgebildet werden und stellt so eine gute Alternative beispielsweise zu Trä-

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), , Heft 1

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 19

Bild 1

Entwickelte High-Tech Timber Beam-Prototypen Developed High-Tech Timber Beam prototypes

gern aus Stahl- oder Spannbeton dar. Ein weiterer Pluspunkt solcher hybriden Hochleistungsbauteile auf der Basis des nachwachsenden Rohstoffes Holz ist der nach Ablauf der Nutzungsphase im Bauwerk sehr effizient gestaltbare weitere Verwertungszyklus der beteiligten Komponenten.

2

Aufbau und Konstruktion

Hauptbaustoff des entwickelten Hochleistungsverbundträgers, kurz HTB (High-Tech Timber Beam), ist weiterhin Brettschichtholz, mit über 90 % des Trägergesamtvolumens. Durch Substitution der unteren Brettschichtholzlamellen durch Lamellen aus Furnierschichtholz wird bereits eine wesentliche Vergleichmäßigung der Holzeigenschaften in der Trägerzugzone erreicht. Mit der hiermit verbundenen Reduzierung der Einflüsse aus materialund herstellungsbedingten Unregelmäßigkeiten kann das Verhältnis von Druck- und Zugfestigkeit im Holzquerschnitt und somit das Gesamttragverhalten deutlich optimiert werden, wodurch sich bereits höhere Tragfähigkeiten gegenüber Standardbrettschichtholzträgern ergeben. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurde vorrangig aus Fichtenholz hergestelltes Furnierschichtholz mit ausschließlich in Längsrichtung verlaufenden Furnierlagen verwendet (1 bis 2 Lagen STEICO ultralam R™ mit Nenndicke 39 mm). Die wesentliche Optimierung des Tragverhaltens wird jedoch durch Verstärkung der Biegedruck- und der Biegezugzone mittels Hochleistungswerkstoffen erreicht.

Zur Verstärkung der Druckzone wurde eine Polymerbetonmischung auf Basis des Epoxidharzsystems Compono® [1] mit anwendungsspezifisch abgestimmter Kornabstufung entwickelt. Die Polymerbetonmischung zeichnet sich durch eine hohe Druckfestigkeit (fc,k = 74 N/mm2) und aufgrund des hohen Füllungsgrades durch eine gleichfalls hohe Steifigkeit (Emean = 22 800 N/mm2) sowie durch geringe Kriech- und Schwindneigung aus. Infolge des sehr guten Haftverbundes zwischen polymerem Bindemittel und der Holzoberfläche wird eine kontinuierliche, starre Verbindung erreicht, sodass auf zusätzliche mechanische Verbindungs-

Bild 2

Tragfähigkeitserhöhung unter Verwendung von Polymerbeton; links: Druckzonenverstärkung (Schichtdicke 40 mm); rechts: Auflagervergussblock (hier HTB-1) Improvement of the load-bearing capacity by the use of polymer concrete (PC); left: reinforced compression zone (thickness 40 mm); right: PC-block at the support (here HTB-1)

mittel innerhalb der Verbundfuge grundsätzlich verzichtet werden kann [2]. Aufgrund der günstigen Füllstoffzusammensetzung ist die Mischung durch einen verhältnismäßig geringen Anspruch an Reaktionsharz (RH) gekennzeichnet (Mischungsverhältnis RH zu Füllstoff 1 : 7).

Die werkstoffchemische Entwicklung von biobasierten Harzsystemen ist inzwischen so weit voran geschritten, dass diese in absehbarer Zukunft für die Herstellung des Polymerbetons ebenfalls eingesetzt werden können.

Zur Zugzonenverstärkung wurden vier Varianten entwickelt und im Rahmen von Bauteilversuchen an HTB-Prototypen versuchstechnisch untersucht (vgl. Bild 1 bis 3).

Zum Einsatz kamen sowohl kohle- und glasfaserverstärkte Kunststoffe als auch Stahl (vgl. Tab. 1).

Aufgrund der, verglichen mit Holz, wesentlich höheren Festigkeiten und Steifigkeiten der verwendeten Materialien wird eine signifikante Tragfähigkeitssteigerung und Verbesserung des Verformungsverhaltens erreicht.

Ein starrer Verbund zum Holz wird durch Verklebung bzw. Verguss mit Polymermörteln sichergestellt, welche zum Großteil ebenfalls auf Basis des RH-Systems COMPONO® hierfür gezielt entwickelt wurden. Diese Fügetechnik, mittels toleranzausgleichender „Dickbett“-

Tab. 1

Träger

Zugzonenbewehrung der HTB-Prototypen Tension zone-reinforcements of the HTB-prototypes

Bewehrung der Zugzone

HTB-1 4 × Kohlenfaserlamelle 1,4 × 50 mm Typ S&P 200/2.000, flach aufgeklebt HTB-2 8 × Kohlenfaserlamelle 1,4 × 25 mm Typ S&P 200/2.000, in Sägenuten 3,2 × 30 mm verklebt HTB-3 8 × Bewehrungsstab B500B ∅16 mm nach DIN 488-2, in Fräsungen 24 × 55 mm vergossen HTB-4 5 × Bewehrungsstab aus glasfaserverstärktem Kunststoff ∅16 mm Typ Schöck ComBAR®, in Fräsungen 24 × 40 mm vergossen

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

19

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 20

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau

Bild 3

Zugzonenverstärkung der High-Tech Timber Beam-Prototypen mit bewehrten Furnierschichtholzlamellen; HTB-1 und HTB-2: Bewehrung mit CFK-Lamellen; HTB-3: Betonstahlbewehrung; HTB-4: GFK-Bewehrung Strengthened tension zones of the High-Tech Timber Beam prototypes by reinforced lamellas made of laminated veneer lumber; HTB-1 and HTB-2: reinforcement with CFRP-Lamellas; HTB-3: reinforcement with concrete steel rods; HTB-4: reinforcement with GFRP-rods

Klebefugen mit mineralischer Zuschlagsmatrix, ohne Aufbringung eines Pressdruckes, eröffnet vielfältige Chancen für die rationelle Herstellung neuartiger effizienter Bauprodukte.

Infolge der Verbesserung des Biegetragverhaltens können, gegenüber Holzkonstruktionen mit gleichen Bauteildimensionen, deutlich höhere Traglasten erreicht werden.

Hieraus ergeben sich jedoch auch in Detailpunkten, wie den Lasteinleitungs- und Auflagerbereichen sowie den Endverankerungspunkten der Verstärkungselemente, sehr hohe Spannungskonzentrationen und Schubspannungsauslastungen. Um einem frühzeitigen Versagen in diesen Bereichen zu begegnen, wurden effiziente, neuartige Verstärkungsmaßnahmen resp. Detaillösungen konzipiert und auf Basis numerischer Simulationen im Hinblick auf die Verbesserung das Gesamttragverhaltens optimiert. In den experimentellen Untersuchungen erwiesen sich insbesondere die entwickelten Auflagervergussbereiche aus Polymerbeton (Bild 4) als effiziente und mit geringem Aufwand herstellbare Lösungen zur Endverankerung der in der Zugzone angeordneten Verstärkungselemente bei gleichzeitiger signifikanter Erhöhung der Tragfähigkeit des Trägerauflagers (Querdruckverstärkung). Zusätzliche Schubverstärkungen in Auflagernähe (Bereich der maximalen Schubspannungsauslastung, vgl.

20

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Bild 4

Endverankerung der Verstärkungselemente und Auflagerverstärkung am Beispiel des Prototyps HTB-1 End-anchorage of the reinforcement elements and reinforcement of the bearings using the example of HTB-1

Bild 5 und Bild 10) mittels eingeklebter Gewindestangen unterbinden wirkungsvoll ein vorzeitiges sprödes Schubversagen und ermöglichen so eine hohe Biegeauslastung des Hochleistungsverbundträgers.

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 21

Bild 5

Versuchsstand der 6-Punkt-Biegeversuche, Stützweite 7,80 m Set-up of the 6-point-bending tests, span 7,80 m

3

Bedeutung der Zugzonenverstärkung

Bekanntermaßen ist die Biegefestigkeit von Brettschichtholz dem sog. Volumeneffekt unterworfen, d. h. mit zunehmender Bauteilhöhe und zunehmender Bauteillänge reduziert sich die Biegefestigkeit. Gemäß gültiger Normenlage [3] gelten die für Brettschichtholz angegebenen charakteristischen Biegefestigkeiten für eine Bezugshöhe von 600 mm. Während dem Längeneinfluss bislang nicht gesondert Rechnung getragen wird, ist zur Berücksichtigung des Höheneinflusses bis h = 600 mm eine Erhöhung des charakteristischen Festigkeitswertes um maximal 10 % zulässig (kh Faktor in Abhängigkeit der Trägerhöhe). Wie jedoch in numerischen Untersuchungen von BLASS et al. [4] gezeigt werden konnte, nimmt die Biegefestigkeit bei größeren Bauteilhöhen (> 600 mm) in nicht unerheblichem Maße ab und liegt bei Trägerhöhen von 1,20 m bzw. 1,80 m bereits 11 % bzw. 15 % unter dem charakteristischen Wert. Entsprechende Untersuchungen zum Einfluss der Trägerlänge wurden u. a. von COLLING [5] durchgeführt. Systematische experimentelle Untersuchungen an großformatigen Brettschichtholzträgern, die diese Feststellungen rechtfertigen, fehlen bislang jedoch.

Gemäß [3] ist die Festigkeitsreduktion infolge dieser Volumeneffekte bei der Bemessung nicht gesondert zu berücksichtigen und somit vom Teilsicherheitsbeiwert γM aufzunehmen. Hieraus ist jedoch zu konstatieren, dass das Sicherheitsniveau bei der Bemessung biegebeanspruchter Holzbauteile in nicht unerheblichem Maße von der Bauteilgröße abhängig ist.

Beim Nachweis der Tragfähigkeit eines Verbundträgers müssen die aus der Verbundwirkung resultierenden Normalspannungen in den einzelnen Teilquerschnitten berücksichtigt werden. Bei Verbundbauteilen mit sehr steifen Druckzonen sind die hölzernen Hauptträger als Querschnitte mit Spannungskombination aus Biegung und Zug nachzuweisen (vgl. [3], Abschnitt 6.2.3). Die charakteristischen Biege- und Zugfestigkeiten von homogenem Brettschichtholz stehen sich dabei etwa im Verhältnis 1 zu 0,7 gegenüber. Daher ergibt sich innerhalb eines derartigen Verbundbauteils im Spannungsnachweis am unteren Rand des Brettschichtholzquerschnittes eine signifikant höhere Auslastung als im reinen Biegespan-

nungsnachweis des gleichen Brettschichtholzquerschnittes bei gleicher Randspannung.

Durch Ersatz der unteren Decklamellen des Brettschichtholzträgers durch kontinuierlich über die Trägerlänge durchgängige, armierten Furnierschichtholzlamellen werden wuchs- und herstellungsbedingte Inhomogenitäten, welche die Biege- und Zugtragfähigkeit vor allem auch in Ermüdungslastsituationen bestimmen (Keilzinkenverbindungen, natürliche Holzfehler, Äste und Astgruppen), „überbrückt“. Ähnlich wie bei kombiniertem Brettschichtholz sind abgestufte Trägeraufbauten unter Verwendung von Lamellen niedriger Sortierklassen realisierbar. Die zuvor erläuterten, die Gesamttragfähigkeit deutlich reduzierenden Einflüsse werden so wirkungsvoll kompensiert. Auch bei Verbundkonstruktionen können somit an der Trägerunterseite des hybriden Bauteils deutlich höhere Randspannungen übertragen werden als beim unverstärkten rein biegebeanspruchten Brettschichtholzträger. Hierdurch wird eine höhere Auslastung der Druckzone bis hin zur Ausnutzung plastischer Tragreserven erreicht.

Einen Anwendungsfall für die entwickelten Hochleistungsträger können Holz-Beton-Verbundträger für den Straßenbrückenbau darstellen. Der Verbund zur Betondruckzone kann hierbei mit speziellen, diskontinuierlich angeordneten Verbundelementen (z.B. Dübelleisten mit Kopfbolzendübeln [6 bis 8]) realisiert werden. Das Gesamttragverhalten derartiger Verbundkonstruktionen wird infolge der günstigeren Festigkeits- und Steifigkeitsverhältnisse zwischen Betonfahrbahnplatte und zugverstärkten, hölzernen Haupttraggliedern wesentlich verbessert. In dieser Kombination kann infolge der höheren Tragfähigkeit des Zuggurtes zusätzlich der duktile Versagensmechanismus im Bereich der Verbundelemente (Dübelleisten) vorteilhaft ausgenutzt werden.

4

Bauteilversuche

Im Rahmen experimenteller Versuche an Verbundträgern mit praxisnahen Abmessungen ließ sich abschließend das synergetische Zusammenwirken aller Komponenten Bautechnik 90 (2013), Heft 1

21

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 22

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau

überprüfen und somit belegen, dass durch gezielte Verstärkung hochbeanspruchter Trägerbereiche das Tragverhalten konventioneller, blockverleimter Brettschichtholzträger mit geringem zusätzlichem bzw. substituierendem Materialaufwand signifikant verbessert werden kann. In Großversuchen wurden die vier entwickelten HTB-Prototypen einem Biegetest unterzogen, um das Trag-, Verformungs- und Bruchverhalten zu analysieren und so die Gültigkeit des Bemessungsansatzes und der Simulationsergebnisse zu überprüfen. Die Hauptabmessungen der Hybridträger betrugen B × H × L = 40 × 60 × 800 cm. Sie wurden in 6-Punkt-Biegeversuchen mit einer Stützweite von 7,80 m weggesteuert bis zum Bruch belastet (Bild 5).

Während der Versuchsdurchführung wurden die Prüflasten und Durchbiegungen sowie die Dehnungen in relevanten Trägerbereichen aufgezeichnet. Versuchsbegleitend wurde zusätzlich ein 3D-photogrammetrisches Messsystem, vorwiegend zur Analyse des Tragverhaltens in den hoch beanspruchten und verstärkten Auflagerbereichen, eingesetzt [9, 10].

Vor Herstellung der Verstärkungen wurden die blockverleimten rohen Brettschichtholzträger der Festigkeitsklasse GL24h einer E-Modulprüfung in Anlehnung an DIN EN 408 unterzogen. Als mittlerer Biege-Elastizitätsmodul wurde ein Wert von ca. 12 000 N/mm2 ermittelt.

Die Materialeigenschaften der Verstärkungsmaterialien wurden in weiteren, separaten Baustoffprüfungen bestimmt oder waren auf Basis von Herstellerangaben bekannt, sodass die Materialparameter der Simulationsmodelle entsprechend den tatsächlichen Gegebenheiten sehr exakt angepasst werden konnten.

Zur quantitativen Einordnung des erreichten Verstärkungseffektes können die Versuchsergebnisse mit der theoretischen mittleren Steifigkeit und Tragfähigkeit eines unverstärkten Brettschichtholzträgers mit gleichen Dimensionen verglichen werden. In Bild 6 sind für die vier Versuche jeweils die erfassten Prüflasten über die reine Biegeverformung bis zum Erreichen der Maximallast aufgetragen. Alle Versuche weisen einen ausgesprochen linearen Verlauf der Kraft-Durchbiegungskurven auf. Den Versuchskurven gegenübergestellt ist der rechnerische Kraft-Durchbiegungsverlauf eines unverstärkten Brettschichtholzträgers – FE-Simulation Brettschichtholz mit E-Modul = 12 000 N/mm2, Schubmodul = 650 N/mm2, charakteristische Biegefestigkeit = 24 N/mm2 (Vergleichsniveau VN-1), Annahme für mittlere Biegefestigkeit = 36 N/mm2 (Vergleichsniveau VN-2).

Tab. 2

Bild 6

Kraft-Durchbiegungsverhalten der HTB-Prototypen im Bruchversuch verglichen mit dem theoretischen Kraft-Durchbiegungsverhalten eines unverstärkten Brettschichtholzträgers der Festigkeitsklasse GL24h Load-deflection behaviour of the HTB prototypes in the destructive test compared with the theoretical load-deflection behavior of a non-reinforced glulam beam of the strength class GL24h

Hinsichtlich der erreichten Steifigkeitserhöhung wurden, bezogen auf die globale Gesamtdurchbiegung (Mittendurchbiegung inkl. Schubverformungen), Verstärkungsgrade von 122 % bis 132 % (HTB-1, -2 und -4) bzw. 144 % (HTB-3) gegenüber dem unverstärkten Brettschichtholzträger der Festigkeitsklasse GL24h (100 %) erreicht. In Bezug auf die Bruchlasten ergeben sich die in Tab. 2 angegebenen Tragfähigkeitssteigerungen. Unter der Annahme, dass für die Verbundträger Brettschichtholz mit mittleren Festigkeitseigenschaften verwendet wurde, sind die Verstärkungsgrade, die aus dem Vergleichsniveau VN-2 (vgl.

Bild 6) resultieren, als realistisch einzustufen. Die größte Tragfähigkeitssteigerung wurde demnach bei Prototyp HTB-3 mit ca. 155 % der rechnerischen Bruchlast des Vergleichsträgers erreicht.

Das Versagen der Prüfkörper erfolgte stets schlagartig ohne Vorankündigung, wobei der Bruch bei HTB-1, HTB2 und HTB-4 auf ein Biegezugversagen im Brettschichtholz bzw. Furnierschichtholz zurückgeführt werden kann (Bild 7). Die in der Zugzone angeordneten Verstärkungsglieder, Endverankerungspunkte und verstärkten Schubbereiche blieben dabei funktionstüchtig, sodass mit dem Biegezugversagen kein vollständiger Kollaps der Prüfkörper verbunden war. Das Tragverhalten der geschädigten Verbundträger ähnelte nach dem Initialversagen vielmehr dem eines unterspannten Trägers, wodurch Resttragfähig-

Tragfähigkeitssteigerung gegenüber einem unverstärkten Brettschichtholzträger der Festigkeitsklasse GL24h Increase of the load-bearing capacity compared with a non-reinforced glulam beam of the strength class GL24h

Bezeichnung

HTB-1

HTB-2

HTB-3

HTB-4

Bruchlast im Versuch max Fges [kN]

1 078

1 297

1 373

1 200

Tragfähigkeitssteigerung VN-1 um Faktor

1,82

2,20

2,32

2,03

Tragfähigkeitssteigerung VN-2 um Faktor

1,22

1,46

1,55

1,35

22

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 23

Bild 7

Biegezugbruch im Brettschicht- und Furnierschichtholz, hier: HTB-1 Bending tensile failure in glulam and LVL, here: HTB-1

Bild 8

Schubversagen im Brettschicht- und Furnierschichtholz bei HTB-3 Shear failure in glulam and LVL of HTB-3

Bild 9

Steigerung der Querdrucktragfähigkeit am Auflager – Vergleich der Versuchs- und Simulationsergebnisse Increase of the transverse load-bearing capacity at the support – comparison of experimental and simulation results

keiten von bis zu 73 % (HTB-4) der zuvor erreichten Maximallasten erhalten blieben.

Der Prototyp HTB-3 zeigte im Versuch erwartungsgemäß die größte Biegesteifigkeit und wies mit 1 374 kN die größte Gesamttraglast auf. Dies liegt in der höheren Dehnsteifigkeit der Zugzonenverstärkung aus Bewehrungsstahl begründet. Aufgrund der hohen Schubbeanspruchung im Brettschichtholzquerschnitt versagte der Prüfkörper letztlich auf Längsschub. Durch den hiermit verbundenen schlagartigen Ausfall der Zugzonenverstärkung stellten sich zusätzlich Biegezugrisse im Brettschichtholz ein (Bild 8).

5

Numerische Simulation

Zur Formfindung und Optimierung wurden im Vorfeld der Bauteilversuche, sowie begleitend zu diesen, rechnergestützte Untersuchungen unter Verwendung des FE-Programmsystems ANSYS® durchgeführt. Das wesentliche Ziel bestand darin, die Geometrie und den Aufbau der High-Tech Timber Beam-Varianten, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Materialkombinationen, zu optimieren.

Die mit den in den Versuchen realisierten Verstärkungsmaßnahmen der Auflager- und Endverankerungsbereiche erreichte Tragfähigkeitssteigerung konnte anhand vergleichender numerischer Simulationen ohne diese VerstärTab. 3

kungen ermittelt werden. Aufgrund des nichtlinearen Tragverhaltens ist der Verstärkungseffekt abhängig von der Größe der tolerierbaren Auflagedeformation. Bei einer Eindrückung von 2 mm liegt die Traglaststeigerung gegenüber dem unverstärkten Auflager bei ca. 50 % (Bild 9). Den dargestellten Simulationsergebnissen (PlaneModell) liegen die in Tab. 3 zusammengefassten Materialparameter zugrunde.

Im Rahmen der Bauteilversuche wurden Detailpunkte mittels eines photogrammetrischen Messsystems untersucht. Auf Basis der gewonnenen dreidimensionalen

Materialparameter der vorgestellten numerischen Simulationen Material parameters of the presented numerical simulations

Materialparameter

Brettschichtholz

Materialmodell

anisotrop, ideal elastisch-plastisch

isotrop, linear-elastisch

12 000 (||) 400 (⊥)

14 000 (||) 400 (⊥)

22 800

210 000

650

500

9 200

80 800

4,0 (⊥)

4,5 (⊥)

–

–

Elastizitätsmodul

[N/mm2]

Schubmodul [N/mm2] Druckfestigkeit

[N/mm2]

Furnierschichtholz

Polymerbeton

Stahl

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

23

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 24

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau

Bild 10 Vergleich Auswertung der Photogrammetriemessdaten mit den Ergebnissen der FE-Simulation; links: Dehnungsverteilung an der Oberfläche des im Auflagerbereich und auf Schub verstärkten Versuchsträgers; rechts: Dehnungsverteilung im FE-Modell (ohne Auflager- und Schubverstärkung) Comparison of photogrammetric and simulation results; left: strain distribution on the surface of the specimen with support- and shear-reinforcements; right: strain distribution in the FE model (without support- and shear-reinforcements)

Messdaten wurden FE-Modelle erstellt, mit deren Hilfe die Entwicklung der Verformungen sowie Dehnungen und Spannungen visualisiert und analysiert werden konnte. Anhand dieser FE-Modelle sind u. a. Rückschlüsse auf das tatsächliche Tragverhalten im Nahbereich der Auflager- und Schubverstärkungen möglich. In Bild 10 ist exemplarisch für Verbundträger HTB-3 die kurz vor dem Trägerversagen bei F ≈ 1 370 kN messtechnisch bestimmte Schubdehnungsverteilung der entsprechenden Dehnungsverteilung der Simulation (ohne Auflager- und Schubverstärkungen) gegenübergestellt. Die maximalen Schubdehnungen εxy sind mit Schubverstärkung (Versuch) um ca. 15 % geringer als in der Simulation ohne Schubverstärkung. Aufgrund der noch nicht optimalen Endverankerung der Verstärkungsstäbe in der Trägerzugzone konnte im Versuch HTB-3 das Längsschubversagen im Holzquerschnitt nur hinausgezögert, nicht jedoch gänzlich verhindert werden. Hinsichtlich der Optimierung des Schubverstärkungssystems sind daher weiterführende Untersuchungen erforderlich, um zum Teil noch vorhandene Tragreserven besser ausnutzen zu können.

6

( E u I )eff = - ³ Ei u ( Ii + Ai u eS,i 2 ) µ

(1)

- ³ ni u ( Ii + Ai u eS,i 2 ) µ

(2)

Ieff =

mit ni = Ei/ERef

zS =

- ( ni u Ai u zS,i ) - ( ni u Ai )

(3)

(4)

mit Ei, Ii, Ai Elastizitätsmodul, Flächenträgheitsmoment bzw.

Querschnittsfläche des i-ten Teilquerschnittes eS,i Abstand des Schwerpunktes des i-ten Teilquerschnittes zum Schwerpunkt des Gesamtquerschnittes zS Abstand des Schwerpunktes des Verbundträgers von der Trägeroberkante zS,i Abstand des Schwerpunktes des i-ten Teilquerschnittes von der Trägeroberkante

Bemessung

Die Ergebnisse der im Forschungsprojekt durchgeführten Untersuchungen rechtfertigen die Annahme eines starren Verbundes zwischen den einzelnen zu einem Verbundträger zusammengefügten Komponenten. Die effektive Biegesteifigkeit (E · I)eff des Verbundträgers kann somit als die Summe der Flächenträgheitsmomente der einzelnen Teilquerschnitte und deren Steineranteile (bezogen auf den Schwerpunkt des Gesamtquerschnitts) multipliziert mit den jeweiligen E-Moduln berechnet werden (Gl. (1)).

Durch Festlegung eines Referenz-Elastizitätsmoduls ERef,, meist wird hierfür der des Hauptbaustoffes Holz gewählt, kann die Gl. (1) nach dem effektiven Flächenträgheitsmoment Ieff umgestellt werden (Gl. (2)). Die Lage des Ge24

samtschwerpunktes (Nulllinie) wird nach Gl. (4) berechnet.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Auf Basis dieses auch als „n-Verfahren“ bezeichneten Berechnungsansatzes, unter Berücksichtigung materialspezifischer Parameter sowie von Sicherheits- resp. Verformungs- und Modifikationsbeiwerten, können die Spannungsauslastungen in den einzelnen Teilquerschnitten bzw. die Trägerverformungen ermittelt werden. Zusätzlich kann bei der Bemessung auf den EC 5 [3] sowie auf eine bereits vorliegende allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für die Verstärkung mit Polymerbeton [1] zurückgegriffen werden. Für die weiteren hier vorgestellten neuartigen Verstärkungslösungen liegen jedoch bislang noch keine normativen Regelungen bzw. explizit für Anwendungen im Holzbau aufgestellte allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen vor.

06_018_025_201200054_Kaestner_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 25

7

Fazit/Ausblick

Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wurden die Grundlagen für die baupraktische Anwendung des entwickelten Hochleistungsverbundträgersystems geschaffen. Neue Anwendungsfelder werden vor allem im Neubau von Ingenieur- bzw. Infrastrukturbauwerken (Straßen-, Fußgänger-, Grünbrücken etc.) aber auch im Hochbau und der Sanierung gesehen (hochbelastete Holzsonderkonstruktionen, Unter- und Überzüge, Abfangträger etc.). Der High-Tech Timber Beam ist dabei vor allem für Anwendungen interessant, bei denen bei geringer Bauhöhe hohe Ansprüche im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit gestellt werden. Zudem ergeben sich neue Anwendungschancen überall da, wo der nachwachsende Rohstoff Holz als ökologische Alternative zu den bislang noch das Marktgeschehen dominierenden Materialien Stahl oder Beton eingesetzt werden soll. Ein unter diesen Gesichtspunkten sehr interessantes Anwendungsgebiet sind insbesondere Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken. Dabei schützt die gleichzeitig als Fahrbahn sowie Obergurt der hybriden Hauptträger dienende Stahlbetonplatte die Holzträger vor Witterungseinflüssen. Nach intensiver Forschungstätigkeit am Institut der Autoren konnte im Jahr 2008 mit der Birkbergbrücke

das erste derartige für den Schwerlastverkehr freigegebene Brückenbauwerk Deutschlands realisiert werden [6 bis 8]. Durch den Einsatz von blockverleimten hybriden Hochleistungsträgern, wie sie in diesem Beitrag vorgestellt werden, als Haupttragglieder in derartigen HolzBeton-Verbundbrücken, können Leistungsfähigkeit und Konkurrenzfähigkeit dieser Bauweise zukünftig noch erheblich gesteigert werden. Weiterführende Forschungsarbeiten werden daher darauf abzielen, die Verbundfuge zum Beton sowie wichtige Detailpunkte (Auflagerbereiche, Schubverstärkungen, Anschlüsse) weiter zu optimieren.

Danksagung Die wesentlichen Ergebnisse der hier vorgestellten Untersuchungen wurden im Rahmen eines vom Freistaat Thüringen aus Mitteln des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Verbundforschungsprojektes der Professur Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-Universität Weimar und der BENNERT GmbH erzielt [11]. Im Namen aller Projektpartner bedanken sich die Autoren herzlich für die gewährte finanzielle Unterstützung.

Literatur [1] Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-10.7-282: Bauart zur Verstärkung von Holzbauteilen durch Reaktionsharzbeton. BENNERT GmbH Hopfgarten, Deutsches Institut für Bautechnik.

[2] SCHOBER, K.-U.: Untersuchungen zum Tragverhalten hybrider Verbundkonstruktionen aus Polymerbeton, faserverstärkten Kunststoffen und Holz. Dissertation, Bauhaus-Universität Weimar, 2008.

[3] DIN EN 1995-1-1: Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau. Ausgabe Dezember 2010.

[4] BLASS, H. J.; F RESE, M.; GLOS, P.; DENZLER, J. K.; LINSENMANN, P.; R ANTA-MAUNUS, A.: Zuverlässigkeit von FichtenBrettschichtholz mit modifiziertem Aufbau. Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau – Band 11, Universitätsverlag Karlsruhe, 2008.

[5] COLLING, F.; EHLBECK, J.; GÖRLACHER, R.: Glued laminated timber – contribution to the determination of the bending strength of glulam beams. CIB-W18 meeting 24, Oxford, UK, 1991, paper 24-12-1.

[6] R AUTENSTRAUCH, K.: Holz-Beton-Verbund-Bauweise bei Schwerlastbrücken – Zum Tragverhalten und dem gebauten Pilotprojekt. Ingenieurholzbau Karlsruher Tage 2009, Bruderverlag, Universität Karlsruhe (TH), S. 32–44.

[7] SIMON, A.: Analyse zum Trag- und Verformungsverhalten von Straßenbrücken in Holz-Beton-Verbundbauweise. Dissertation, Bauhaus-Universität Weimar, 2008.

[8] SIMON, A.; BARTHL, J.; R AUTENSTRAUCH, K.: Die Birkbergbrücke Wippra – Deutschlands erste Straßenbrücke in Holz-Beton-Verbundbauweise. Tagungsband Dresdner Brückenbausymposium 2009, S. 287–296.

[9] F RANKE, S.: Zur Beschreibung des Tragverhaltens von Holz unter Verwendung eines photogrammetrischen Messsystems. Dissertation, Bauhaus-Universität Weimar, 2008.

[10] R AUTENSTRAUCH, K.; HÄDICKE, W.; K ÄSTNER, M.: Contactless Measurement with Close-Range Photogrammetry (CRP). COST Action: FP1004 Connections and Reinforcement Conference, Proceedings of the final Workshop (2012). Zagreb, Kroatien.

[11] R AUTENSTRAUCH, K.; F ROBEL, J.; JAHREIS, M.; K ÄSTNER, M.; HÄDICKE, W.; OPPEL, M.; SCHMIDT, H.: Entwicklung eines Hochleistungsverbundsystems aus Kunststoffen und Holz. Sachbericht zum Kooperationsprojekt 2008-VF-0035, Weimar, 2012.

Autoren Prof. Dr.-Ing. Karl Rautenstrauch Dipl.-Ing. Martin Kästner Dipl.-Ing. Markus Jahreis Dipl.-Ing. Wolfram Hädicke Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Professur für Holz- und Mauerwerksbau Marienstraße 13 A, 99423 Weimar holz-mauerwerksbau@bauing.uni-weimar.de

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

25

AUFSATZ ARTICLE

K. Rautenstrauch, M. Kästner, M. Jahreis, W. Hädicke: Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 26

DOI: 10.1002 / bate.201330024

BERICHT

Stephan Ott, Stefan Loebus, Stefan Winter

Vorgefertigte Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung Die Vorfertigung, eine im Neubau im Holzbau gängige Praxis, benötigt die Implementierung neuer Methoden, wenn sie auf die Modernisierung von Bestandsbauten übertragen wird.

Daran forscht seit 2008 ein internationales Konsortium in den Projekten TES EnergyFacade und smartTES. Die TES-Fassadenelemente für die energetische Modernisierung der Gebäudehülle aus vorgefertigten Holzelementen werden seither in mehreren Demonstrationsvorhaben in ihrer Anwendbarkeit erprobt, zudem werden Lösungen für spezifische Problemstellungen entwickelt. Der erste Schritt war die Definition eines integrativen Arbeitsprozesses von der Planung, dem digitalen Aufmaß, über die Vorfertigung zur Montage. Im Besonderen galt es den Verbindungs- und Anschlusspunkt der Fassadenelemente hinsichtlich des Montage- und Tragverhaltens zu entwickeln. Weitere Lösungen betreffen den Brandschutz, das thermisch-hygrische Verhalten unter besonderen Klimabedingungen, die Integration konstruktiver und anlagentechnischer Komponenten, den Umgang mit bestehenden Bautypen und der ökologischen Qualität im Rahmen der Nachhaltigkeit. In diesem Beitrag wird die praktische Anwendung am Beispiel der Modernisierung eines sechsgeschossigen Mehrfamilienhauses im Detail erläutert.

Prefabricated wooden façade elements for energy efficient retrofit Prefabrication, a well-known concept in new timber construction – still needs the implementation of new methods in order to be applied in refurbishment projects. TES Energy Façade and the follow-up smartTES, two international research consortia, work on this idea since 2008. Since then the TES façade elements for energy efficient retrofit of the building envelope with prefabricated timber-based elements are demonstrated in several projects. A first milestone was the definition of an integrated work process starting from planning, digital survey, prefabrication and assembly. A key feature was the development of the joints of façade elements for certain assembly routines and structural properties. Further solutions are dealing with fire safety, thermal and moisture behavior in specific climate conditions, the integration of other components and building services, the adaption to existing building types, and the ecologic quality for sustainability. This report shows the application of TES in a refurbishment of a six storey dwelling.

Keywords: Energieeffizienz; Sanierung; Fassaden; Holzbau; Vorfertigung; Brandschutz; Baukonstruktion; Gebäudehülle; Nachhaltigkeit; Umnutzung; Wiederverwendung

Keywords: energy efficiency; refurbishment; façade construction; timber construction; prefabrication; fire safety; building envelope; sustainability; conversion; reuse

1

Die Holzrahmenstruktur als Kern des TES-Elements übernimmt diverse technische Funktionen. Sie muss Tragaufgaben übernehmen und alle bauphysikalischen Funktionen einer Außenhülle erfüllen – Wärme-, Feuchte-, Brand- und Schallschutz. Baukonstruktiv bildet die außenseitige Beplankung des Kerns, in Abhängigkeit vom Bekleidungssystem, meist auch die zweite wasserführende Ebene wie auch die winddichte Ebene der Fassade.

Die erste wasserführende Ebene wird in der Regel von der Fassadenbekleidungsschicht gebildet. Die Beplankung der Rückseite dient als Abschluss der gedämmten Gefache und ist als luftdichte Ebene ausgebildet. Dadurch können übliche Risse und Leckagen in Bestandsaußenwänden die TES Fassade nicht durch Konvektion schädigen und die Gebäudehaut wird insgesamt effizient luftdicht geschlossen. Ergänzt wird der TES Fassadenaufbau durch eine dickenvariable Schicht auf der Elementrückseite. Sie muss den notwendigen Ausgleich zur unebenen, bestehenden Fassade hohlraumfrei leisten. Sie kann aus weichem Dämmmaterial oder Einblasdämmstoffen bestehen. Die Einbringung der Ausgleichdäm-

Allgemeines

Die Vorfertigung, die im Holzbau seit mehr als einer Dekade durchgängig ist, bringt einen Innovationsschub in die Modernisierung von Bestandsbauten. In diesem Beitrag werden die Umsetzungsstrategien und Lösungen des „anderen Bauprozesses“ anhand der realisierten Modernisierung eines sechsgeschossigen Mehrfamilienhauses aufgezeigt (vgl. Ablaufdiagramm, Bild 2).

Die TES EnergyFacade verwendet vorgefertigte, großformatige Holzrahmenbauelemente zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften bestehender Außenwände oder es kann bestehende Fassadensysteme von Skelettbauten durch neue, thermisch optimierte Holzelemente ersetzen. Die gedämmten Elemente werden dabei als neue Fassadenhaut vor die bestehende Tragstruktur gesetzt. Aufgrund der selbsttragenden, beidseitig beplankten Holzrahmenstruktur im Inneren der Elemente kann fast jedes erdenkliche Fassadenbekleidungsmaterial für die Oberfläche eingesetzt werden.

26

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 27

mung ist eine diffizile Aufgabe und kann nur auf der Baustelle erfolgen, da Feuchte und mechanische Einwirkung bei Lagerung und Transport der Elemente nicht ausgeschlossen werden können.

b)

Objekt

Die Wohnanlage der Augsburger Wohnungsbaugesellschaft WBG liegt an der östlichen Anbindung des Stadtteils Hochzoll an das Augsburger Stadtzentrum. Durch ihre Höhe und die Orientierung parallel zum Straßenraum, ist sie ein bedeutendes stadträumliches Element.

Dies begründet unter anderem, warum der Bauherr ein Projekt mit hoher Außenwirkung umsetzen wollte, welches in seiner Erscheinung und Gestaltung über die Standards im mehrgeschossigen Wohnungsbau hinausgeht (Bild 1). Die Wohnanlage aus den frühen 1970er Jahren besteht aus einem sechsgeschossigen Hauptbau und einem weiteren, dreigeschossigen Bau. Die funktionalen Qualitäten des Wohnbaus sind, gemessen an heutigen Maßstäben, noch immer sehr gut und bedürfen keiner Anpassung an heutige Wohnformen. Es gibt eine Mischung aus großen und kleinen Wohneinheiten, die Wohnungen selbst haben ausreichend großzügig geschnittene Räume. Alle Wohnungen haben Südbalkon. Der einzige wesentliche funktionale Mangel ist die Erschließung der Laubengänge im sechsgeschossigen Gebäude über einen Aufzug, welcher an den Zwischenpodesten der Treppe anhält, so dass kein stufen- und barrierefreier Zugang zu den Wohnungen möglich ist.

Technisch sind die Mängel zahlreicher und tiefgreifender. Die Gebäudehülle befindet sich insgesamt in einem reparaturbedürftigen Zustand. Der Wärme- und Feuchteschutz entspricht nicht mehr den heutigen Anforderungen. Die Bauteilaufbauten von Außenwand und Kellerdecke weisen Mängel auf. Das Dach sowie die Fenster hatte die WBG vor kurzer Zeit saniert. Diese Konstellation trifft man bei der energetischen Sanierung häufiger, die Konsequenzen für die vorgestellte Methode der Fassadenmodernisierung werden noch im Einzelnen diskutiert. Es gibt große Wärmebrücken an Laubengängen und Balkonen, welche nahtlos in die Deckenkonstruktion eingebunden sind und nicht wärmetechnisch entkoppelt wurden. Die Laubengänge sind durch den Einsatz von Tausalz stark beschädigt und müssen im Zuge einer Betonsanierung instand gesetzt werden.

Die Gebäudetechnik stammt weitestgehend aus der Erbauungszeit und ist entsprechend ineffizient, schadhaft und überholungsbedürftig. Die bisherige Heizanlage mit einer Ölfeuerung wird im Zuge der Sanierung durch einen Holzpelletheizkessel ersetzt, wobei die Heizleitungen und die Radiatoren in den Wohnungen erhalten bleiben. Die bauzeitlichen Bäder der Bewohner werden komplett entkernt und saniert. Im Zuge der Badsanierung werden alle Leitungen in den zentralen Versorgungsschächten erneuert. Die Abluftanlage für die innenliegen-

[TUM/lattkearchitekten]

2

a)

BERICHT REPORT

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Prefabricated wooden façade elements for energy efficient retrofit

Bild 1

Das Gebäude a) vor und b) nach der Modernisierung Building a) before and b) after modernization

den Bäder und die Küchen müssen ausgetauscht werden.

Die Änderung der Erschließung der Laubengänge geht mit dem Ersatz der Aufzugsanlagen einher. Die Innensanierung der Bäder plant und steuert die WBG selbst, da sie die Risiken des Sanierungsprozesses im bewohnten Zustand kennt und mit eigener Bauleitung vor Ort die Mieter sehr gut betreuen kann. In einem Ideenwettbewerb der Obersten Baubehörde des Freistaats Bayern wurde der Entwurf und das Objekt als Demonstrationsvorhaben für das e% Forschungsprojekt ausgewählt. [1] Außerdem ist das Gebäude Teil des europäischen Forschungsprojektes E2ReBuild, innerhalb dessen es eines von sechs Demonstrationsvorhaben zur Industrialisierung der energetischen Gebäudemodernisierung großer mehrgeschossiger Wohnungsbauten darstellt. [2] Das Maßnahmenpaket der Architekten und Planer umfasst eine komplette Erneuerung der Gebäudehülle, Erschließung mit Laubengängen und Aufzug. Aufgrund seiner Erfahrung in mehreren Forschungsprojekten schlug der Architekt den Einsatz der vorgefertigten TES EnergyFacade vor. [3]

3

Die TES Methode in der digitalen Kette

3.1

Bestandsaufnahme

Eine umfassende Bestandsaufnahme klärt die Befestigungssituation am Bestand. Hierfür werden in Augsburg mehrere Untersuchungsfenster in den kritischen Bereichen der bestehenden Außenwand geöffnet. Der Aufbau der Außenwand, die Einbindung der Decken, der Aufbau des Sockels und der Kellerdecke, die Gründung und die Sonderbauteile, wie Laubengänge, Balkone usw. werden untersucht. Die Außenwände des Bestandsgebäudes bestehen hauptsächlich aus nichttragendem Mauerwerk aus Betonhohlblocksteinen. Das Gebäude ist unterkellert und auf Streifenfundamenten gegründet. Die Deckenlagen sind in Stahlbeton ausgeführt. Neben der Ermittlung der verwendeten Baumaterialien werden Auszugsversuche an Betonwänden und Deckenstirnseiten durchgeführt. Die Geometrie des Baukörpers und der Bestandsfassade stammt in der Entwurfs- und Genehmigungsplanung von Bestandsplänen, deren Aktualität in situ geprüft wird.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

27

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 28

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Vorgefertigte Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung

Ablaufdiagramm des TES Modernisierungsprozesses Flow diagram of the TES modernization process

3.2

Aufmaß

Zu Beginn der Arbeitsvorbereitung hat der Holzbauunternehmer die gesamten Fassaden mit einer „intelligenten“ Totalstation vermessen, vgl. Bild 3. Die Totalstation erfasst alle relevanten, diskreten Punkte auf der Fassade mit dem Laser der Totalstation berührungslos. Dazu gehören alle Gebäudekanten, sowie Fassadenöffnungen, die Tiefenlage der Bestandsfenster, alle Anbauteile, sämtliche Höhen des Geländes am Sockel, von Deckenhöhen, über Balkonhöhen bis zu den Traufkanten. Über eine Schnittstelle werden die Messdaten direkt in die CAD/CAM Holzbausoftware übernommen. Somit erstellt das Vermessungsteam des Holzbauers bereits vor Ort das dreidimensionale Bestandsmodell, vgl. Bild 4.

Da Bestandsfassaden immer Unebenheiten aufweisen, wird ein gleichmäßiges Aufmaßraster über die Oberfläche gelegt, vgl. Bild 5. Die Totalstation scannt automatisch definierte Ausschnitte im Sichtfeld der Optik in einem wählbaren Rasterabstand (100 bis 500 mm). Dadurch entsteht eine dreidimensionale Punktwolke, die eine ähnliche Präzision wie ein 3D-Laserscan aber eine wesentlich geringere Auflösung hat und längere Zeit zur Erfassung benötigt. [4]

Abstand von 625–833 mm angeordnet und stoßen orthogonal an Schwelle (unten) und Rähm (oben), ebenfalls aus Vollholz. Innenseitig wird eine OSB-Platte aufgebracht, außenseitig, aus Brandschutzgründen, eine Gips-

[gumpp&maier]

Bild 2

Bild 3

3D-Totalstation mit direkter Notebook-Anbindung 3D totalstation connected with notebook

Bild 4

3D-Produktmodell als Ergebnis der Totalstation-Messung 3D product model resulting from the totalstation measurements

3.3

Fassadenelement

Der Aufbau des TES-Elements hat seinen Ursprung im Holzrahmenbau. Ständer aus Vollholz werden in einem 28

[gumpp&maier]

Im Zuge der Arbeitsvorbereitung richtet der Holzbauer die plane Elementrückseite der TES Fassade an der Punktwolke aus und plant die Elemente mit ihren Stößen, Fassadenöffnungen etc. auf der Basis des präzisen, digitalen Aufmaßes.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 29

[gumpp&maier]

BERICHT REPORT

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Prefabricated wooden façade elements for energy efficient retrofit

Bild 6

Montage eines TES-Elements Mounting of a TES-element

bekleidung aus einer hinterlüfteten, überfälzten Schalung aus weiss lasierten, sägerauhen Brettern wurde ebenfalls im Werk montiert.

Bild 5

Messung diskreter Punkte (links) und Scannen der Oberfläche mit definiertem Raster (rechts) Measuring of discreet points (left) and scan of surface area in defined step width of grid (right side)

faserplatte. Das Gefach wird ausgedämmt. Das größte Element in diesem Bauvorhaben misst hierbei 11,2 × 3,2 m.

Das System aus Holzrahmenbauelementen ermöglicht selbsttragende Fassaden. Darüber hinaus können tragende Bauteile wie Balkone, Raumerweiterungen, Dachaufstockungen im gleichen System hergestellt werden.

Im TES-Element sind alle Fassadenkomponenten wie die Fenster in der Regel ab Werk integriert, siehe Bild 6. Das hat den Vorteil der besseren Fertigungskontrolle und vereinfachter Baustellenabläufe. Trotzdem bedeutet das Fenster den komplexesten Anschluss an den Bestand. Die Fenster können in unterschiedlicher Konfiguration als Ersatz für die Bestandsfenster eingebaut sein. Es kann auch nur ein ergänzendes Fenster im TES integriert sein, das das vorhandene Fenster zum Kastenfenster aufwertet und seine thermischen und akustischen Eigenschaften verbessert. Diese Lösung ist bei noch jungen Bestandsfenstern guter Qualität eine wichtige Option, beschleunigt sie doch den Bauablauf erheblich und verringert Störungen der Bewohner. Der Anschluss von Elementöffnung an die Bestandsöffnung wird mit Folien luftdicht ausgeführt.

Beim Bauvorhaben Grüntenstraße wurden Holz-Aluminium-Fenster mit Dreischeiben-Wärmeschutzverglasung und einem Uw = 0,9 W/m2K in die Holzrahmenkonstruktion eingebaut und die Bestandsfenster entfernt. Bei großflächiger Verglasung, wie sie vor dem neu geschaffenen Wintergarten anstelle des Bestandsbalkons ausgeführt wurde, musste das Rähm als Brettschichtholz-Balken und die verbleibenden Ständer durch die reduzierte Anzahl als Stützen ausgebildet werden, vgl. Bild 6. Die Fassaden-

3.4

Lastabtrag

Die TES-Fassade im Augsburger Beispiel wiegt überschlägig 80 kg pro 1 m² Wandfläche, ohne Fenster und Verglasungen. Ein dickenäquivalentes WDVS wiegt um die 30 kg/m². Da das Biegemoment aus der Exzentrizität des Fassadeneigengewichts nicht in die Bestandsdecke eingebracht werden kann, wird die vertikale Beanspruchung aus dem Eigengewicht der TES-Fassade über ihre Holzrahmenkonstruktion in Gründungsbauteile in Form durchgehender Betonscheiben vor der Kelleraußenwand bis zu den Bestandsstreifenfundamenten abgetragen. Die Verbindung mit dem Bestand erfolgt über einzelne Anker, die in die Bestandsdecke eingebracht werden, welche horizontale Beanspruchungen (hauptsächlich aus Windeinwirkung) abtragen.

3.5

Brandschutzanforderungen

Das Gebäude befindet sich nach bayerischer Bauordnung in der Gebäudeklasse 5. Das TES-Kernelement wird als nichttragender Teil einer Außenwand klassifiziert und hat damit die Bauteilanforderung W30-B (E30(i→o), EI30ef(o→i)) oder „nichtbrennbare Baustoffe“ zu erfüllen.

Durch den Einsatz von normalentflammbaren Baustoffen (B2) im Gefach des TES-Elements ist eine Kapselung des Fassadenelements aus Bestandswand und Gipsfaserplatten notwendig. Hierzu wurde das TES-Kernelement innerhalb des Forschungsprojekts smart TES in einem 20-minütigen Realbrandversuch erfolgreich geprüft, vgl.

Bild 7.

Nach Art 26 Abs. 3 der Bayerischen Bauordnung muss die Außenwandbekleidung in dieser Gebäudeklasse schwerentflammbar (B1) sein. Um dem gewünschten Einsatz einer Holzbekleidung (normalentflammbar) nachzuBautechnik 90 (2013), Heft 1

29

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 30

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Vorgefertigte Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung b)

[lattkearchitekten]

a)

Bild 8 Bild 7

Kern des TES-Fassadenelements a) während und b) nach einem 20-minütigen Realbrandversuch TES-fasçade core element a) during and b) after a large scale firetest lasting twenty minutes

kommen, musste eine Abweichung auf Basis folgender Schutzziele beantragt werden: – Bei einem Brand an der Gebäudeaußenwand darf es vor dem Löschangriff der Feuerwehr nicht zu einer Brandausbreitung über mehr als zwei Geschosse oberhalb der Brandetage kommen. Seitlich und nach unten darf es zu keiner selbstständigen Brandausbreitung außerhalb des Primärbrandbereiches kommen.

– Ein Abfallen großformatiger Bauteile ist auszuschließen.

– Die Fassade muss in allen Bereichen löschbar sein.

Die Erfüllung der Schutzziele konnte auf Basis von veröffentlichten Ergebnissen, die im Rahmen des HTO-Teilprojekts 2 (Brandsicherheit mehrgeschossiger Holzbau) zu orginalmaßstäblichen Realbrandversuchen an Holzfassadenbekleidungen erarbeitet wurden, nachgewiesen werden [5]. Wesentliche Kompensationsmaßnahme ist hierbei der Einbau von horizontalen, geschossweise eingefügten Brandsperren aus 1,5 mm dickem Blech.

3.6

Im Detail

Das in Bild 8 dargestellte Konstruktionsdetail kann als ein wesentlicher Knotenpunkt der TES-Fassade verstanden werden. Hier müssen mehrere Funktionen und Anforderungen auf einmal erfüllt werden: – Exzentrizitätsfreie Weiterleitung der vertikalen Kräfte aus dem Eigengewicht der Fassade – Horizontale Verankerung des Fassadenelements ins Bestandsgebäude – Ausgleich der Unebenheiten in der Bestandswand – Vermeidung von Wärmebrücken – Unterbindung der Brandweiterleitung – Ausbildung einer geschlossenen, äußeren, nichtbrennbaren Kapselung des TES-Kerns 30

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Vertikalschnitt durch einen horizontalen Elementstoß: (1) Geschossdecke, (2) Bestandswand, (3) Koppelkantholz, (4) Rähm, (5) Schwelle, (6) Brandschutzblech Vertical section through horizontal element joint: (1) ceiling, (2) existing wall, (3) docking timber, (4) wall-plate, (5) sill-beam, (6) fire safety steel sheet

– Geschlossene wasserführende Ebene – Minimierung des Herstellungsaufwandes – Minimierung des Montageaufwandes zum Fügen und Anbringen der Fassadenelemente. Beachtung des Montageablaufs.

– Rückbaubarkeit Während die TES-Fassaden auf +/– 2 mm genau gefertigt werden, weist die Bestandswand Tiefenunterschiede von bis zu 80 mm auf. Um diese Unebenheiten zu überbrücken, bedarf es eines Koppelkantholzes, über welches zum einen eine saubere Verankerung in den Bestand hergestellt und zum anderen dem TES-Element eine ebene Anschlagsfläche geboten werden kann. In der Montage ist es möglich, die Fassadenelemente an dem Koppelkantholz auszurichten und mittels selbstbohrender Holzschrauben zu fixieren. Um Exzentrizitäten der horizontalen Verbindungsmittel zu vermeiden und den Verbindungsknoten verhältnismäßig klein zu halten bietet es sich an, den Elementstoß auf Höhe des Koppelkantholzes zu platzieren. Bei der Konstruktion des Elementstoßes wurde sich am Prinzip der Nut-und-Feder-Verbindung orientiert. Die Nut besteht aus der Gipsfaserplatte und dem Rähm des unteren Elements, die Feder der Schwelle des einzusetzenden Elements. So kann das obere TESElement passgenau auf das untere TES-Element gestellt werden, ohne dass größere Justagearbeiten anfallen und dennoch ein kraftschlüssiger Kontaktstoß zur Übertragung vertikaler Kräfte entsteht. Zur Ableitung der horizontalen Kräfte werden jeweils das Rähm und die Schwelle der Fassadenelemente mit dem Koppelholz verschraubt. Durch diese Konstruktionsart können kritische Wärmebrücken im Verbindungsbereich umgangen werden.

Um die geschlossene Kapselung zu gewährleisten, ist der Stoß der Gipsfaserplatten mit den Verbindungshölzern hinterlegt und wird zusätzlich verfugt. Das Blech der Brandsperre wird leicht oberhalb der Verbindung ange-

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 31

In der Arbeitsvorbereitung erstelltes 3D-Modell der Fassadenkonstruktion 3D-model of the façade element construction

ordnet, um die horizontale Verschraubung der Schwelle mit dem Koppelkantholz durch das gesamte Bauteil hindurch nicht zu behindern.

3.7

Modernisierungsprozess

Der Planungs-, Arbeitsvorbereitungs- und Montageprozess im Beispiel unterscheidet sich vom Anbringen eines konventionellen Wärmedämmverbundsystems auf der Fassade, vgl. Bild 2. Prinzipiell ist durch die Variationsmöglichkeit der Fassadenoberfläche, der Raumerweiterung (Loggien, Balkone, Wintergärten) und der Integration von Gebäudetechnik eine Vielfalt an Erscheinungsund Ausführungsformen der Fassade gegeben, der planerisch begleitet werden muss. Die Vorfertigung führt zu einer verlängerten Planungszeit. Aus Bestandsaufnahme und Vorfertigung resultieren weitere planerische Arbeiten, die die Bauherren mit ungewohnt langen Planungszeiten konfrontieren. Andererseits wird durch die Vorfertigung viel Arbeit von der Baustelle in qualitätsüberwachte, trockene, externe Fertigungsstätten verlagert. Auch hier gibt, wie in anderen Beispielen, die Art der Fassadenbekleidung den Ausschlag über die Länge der Montageund Gesamtbauzeit. Putze oder Anstriche sind sehr stark witterungsabhängig, so dass in der kälteren Jahreszeit unter Umständen mit längeren Gerüststandzeiten gerechnet werden muss.

3.8

Fassadenvorfertigung

Wie bereits in Teilen beschrieben und in Bild 10 zu sehen, wird das gesamte Fassadenelement mit Ausnahme der Ausgleichs- und Koppelschicht im Werk vorgefertigt. Dabei spielt das genaue Aufmaß genauso eine Rolle wie früh getroffene Entscheidungen hinsichtlich der tatsächlichen Ausführung wie z. B. des Fassadenbekleidungsmaterials, denn ein hoher Vorfertigungsgrad schließt in-situ Entscheidungen weitestgehend aus.

[gumpp&maier]

[gumpp&maier]

Bild 9

BERICHT REPORT

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Prefabricated wooden façade elements for energy efficient retrofit

Bild 10 Vorfertigung im Betrieb eines TES-Elements Prefabrication of a TES-element

Auf Grundlage des 3D-Volumenmodells und der genau erfassten Oberfläche modelliert der ausführende Zimmereibetrieb die Fassadenelementkonstruktion ebenfalls in 3D, vgl. Bild 9. Neben der genauen Anpassung an den Bestand können kritische Überschneidungspunkte ausgemacht und genaue Bauteilmaße erstellt werden, die in direkter Anbindung an CNC-Maschinen einen passgenauen Zuschnitt der Bauteile ermöglichen. Das manuelle Zusammenfügen der Bauteile wird durch eine automatische Nummerierung erleichtert.

3.9

Vorbereitung des Bestandes für die Montage

Bevor die vorgefertigten TES-Elemente am Gebäude montiert werden können, müssen folgende Arbeiten vor Ort durchgeführt werden: – Herstellung der Stahlbetonfundamente – Herstellung eines umlaufenden, mit dem Montagezustand der Fassade mitwachsenden Gerüsts – Anbringen und lasergestützts Positionieren der Koppelhölzer – Entnahme der Bestandsfenster kurz vor der Montage des Wandelements. Idealerweise geschieht die Entnahme und das Stellen des Elements innerhalb eines Tages.

– Nach dem Ausbau der bestehenden Fenster muss die Laibung in der Bestandsaußenwand hergerichtet werden. Der Anschluss zum Bestand muss luftdicht ausgeführt werden und die fertige Laibungsoberfläche durch einen Trockenputz hergestellt werden.

3.10

Montage der Elemente

Eine horizontale Anordnung der Fassadenelemente erspart ein aufwendiges Drehen der Elemente aus der Transportlage. Über einen Kran wird das neue Element am Fußpunkt in die vorgesehenene Nut eingelassen.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

31

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 32

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Vorgefertigte Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung

4

Räumliche Erweiterungen

Neben einer Erneuerung der Gebäudehülle konnten mit dem vorgefertigten Holzrahmensystem relativ einfach räumliche Erweiterungen vorgenommen werden.

4.1

Wintergärten und Balkone

Die bisherigen, thermisch nicht entkoppelten, Südbalkone werden nun von der Gebäudehülle umschlossen und bieten den Bewohnern zusätzlichen Wohnraum in Form von Wintergärten. Ergänzend werden seitlich der Wintergärten neue Balkone angeordnet. Um großflächige Fenster integrieren zu können, wurden die Brüstungen des Bestandsbalkons entfernt. Die Bodenplatte des Balkons wird durch eine Brettsperrholzplatte hergestellt, deren Auflager rückseitig in der TES-Fassade eingefügt sind und frontseitig auf einem Brettschichtholzbalken aufliegen, welcher wiederum in die TES-Fassade geführt wird. Die notwendigen Stützen werden in die TES-Fassade integriert.

a)

[KIMMO LYLYKANGAS]

Bild 11 TES-Element mit a) eingebauten Lüftungsrohren; b) zur Montage werden die Bauteile in Position gebracht TES-element with a) integrated ventilation duets; b) the parts are brought into position for the assembly

rung mit TES-Elementen durchgeführt, bei der die zentrale mechanische Wohnungslüftung mit WRG die Zuluftleitungen zu den einzelnen Wohneinheiten in die Fassadenelemente integriert. Die Zentraleinheit befindet sich auf dem Dach des viergeschossigen Gebäudes. Von dort werden die Leitungen in einer Parallelschaltung über die TES-Fassade in das jeweilige Geschoss geführt (vgl. Bild 11). Um aufwendige Rohrverbindungen zwischen den horizontalen Stössen zweier TES-Elemente zu vermeiden wurde ein vertikales Elementlayout bevorzugt. So müssen während der Montage die integrierten Rohre mit einem Nenndurchmesser von 120 mm nur an den Ein- und Ausgangspunkten angeschlossen werden. Zur Montage mussten die 12,0 m langen Elemente mittels eigens entwickelter Kran- und Hebetechnik aus ihrer horizontalen Transportlage in eine vertikale Montagelage gebracht werden, siehe Bild 11.

5 Da die neuen Balkone nicht als Teil des zweiten Rettungsweges bzw. notwendigen Flures ausgebildet wurden, besteht keine Anforderung an den Feuerwiderstand der Balkonkonstruktion (FO).

4.2

Integration von Versorgungsleitungen

Im ersten Konzept des Augsburger Beispiels war angedacht, Haustechnik in die Fassade zu integrieren. Im weiteren Planungsverlauf wurde aus Kostengründen jedoch auf eine mechanische Zu- und Abluft mit Wärmerückgewinnung (WRG) verzichtet, so dass nur die vorhandenen Abluftanlagen erneuert werden musste. Dass die Integration von Haustechnik ein umsetzbares Konzept ist, haben die finnischen Partner von TES EnergyFacade gezeigt. Im finnischen Riihimäki wurde eine Bestandsmodernisie-

b)

[Bildrechte: Jukka Sevon, Paroc Oy]

Rähm und Schwelle werden jeweils von außen mit dem Koppelkantholz verschraubt. Nachdem die Fensterlaibung in einer Kombination aus herausgeführter Gipsfaserplatte, Folie und Spachtelmasse von Innen heraus hergestellt wurde, kann die Ausgleichsschicht über Öffnungen in den Koppelkanthölzern mit Zellulose ausgeblasen werden. Die Montage einer großen Gebäudewand wie im beschriebenen Beispiel kann innerhalb von zwei Wochen fertiggestellt werden. Mit einem Schlussanstrich für die Holzbekleidung und einer Entfernung des Gerüsts ist die Maßnahme abgeschlossen.

Ausblick

Die TES-Elemente lassen sich nicht nur in der Fassadenfläche anwenden. Die Vorteile der räumlichen Erweiterung von 50er Jahre Bauten mit beengten Minimalgrundrissen mit vorgefertigten Holzelementen liegen auf der Hand und ermöglichen eine langfristige Weiternutzung des Bestands. Dadurch können mancher Altbau vor dem Abbruch bewahrt und wertvolle Ressourcen erhalten werden. Ein weiteres Einsatzfeld für eine Fassadenmodernisierung mit integrierten Haustechnik kann in der Umnutzung von Bürobauten ergründet werden. Eine Konversion in Wohnungen ist nicht immer einfach und meist kostspielig, da zahlreiche Ver- und Entsorgungsstränge eines Wohngebäudes im Bürobau fehlen. Dezentrale Installationen in Fassadenelementen ermöglichen die Versorgung von Bereichen, die zu weit von den Vorsorgungskernen entfernt sind.

Literatur [1] e%-Modellvorhaben: Energieeffizienter Wohnungsbau. http://www.experimentellerwohnungsbau.bayern.de/pdf/

32

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

ew_projektuebersicht.pdf. Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern, Abteilung Wohnungs-

06_026_033_201330024_Ott_Layout 1 18.12.12 10:27 Seite 33

[2]

[3]

[4]

[5]

wesen und Städtebauförderung, Sachgebiet Technische Angelegenheiten des Wohnungsbaus und Experimenteller Wohnungsbau.

E2ReBuild: Industrialised energy efficient retrofitting of residential buildings in cold climates, http://www.e2rebuild. eu. Laufzeit von 01/2011 bis 06/2014, gefördert von der EU im 7. Forschrungsrahmenprogramm.

TES EnergyFacade: TES EnergyFaçade –prefabricated timber based building system for improving the energy efficiency of the building envelope. http://www.tesenergyfacade. com. Laufzeit von 01/2008 bis 12/2009, gefördert vom BMBF, vertreten durch PTJ. LARSEN, K. E.; LATTKE, F.; OTT, S.,WINTER, S.: Surveying and digital workflow in energy performance retrofit projects using prefabricated elements, Automation in Construction vol. 20, no. 8, pp. 999-1011, 2011.

MERK, M.; WINTER, S.: Brandsicherheit mehrgeschossiger Holzbau. HTO Teilprojekt 2 (2008).

Autoren Dipl.-Ing. Stefan Loebus, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion

Dipl.-Ing. Stephan Ott, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter, Ordinarius am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion Alle TU München, Arcisstraße 21, D-80333 München, Germany, http://www.hb.bv.tum.de, bauko@bv.tum.de Eigentümer: WBG Augsburg Architekten: lattkearchitekten, Augsburg Tragwerksplanung und Brandschutzkonzept: bauart GmbH & Co. KG, München Holzbau: Gumpp & Maier GmbH, Binswangen

V E R A N S TA LT U N G S A N K Ü N D I G U N G

6. HDT Tagung: Türme und Gründungen bei Windenergieanlagen – Towers and Foundations for Wind Energy Converters Die Windenergie war Ende des Jahrs 2011 mit 29 000 MW installierter Nennleistung bzw. 22 000 Windenergieanlagen (WEA) die tragende Säule der erneuerbaren Energien in Deutschland.

Steigende jährliche Energieerträge von modernen Windenergieanlagen verbessern die Wettbewerbsfähigkeit entscheidend. An Land sind dabei Türme mit Nabenhöhen von über 100 m eine Schlüsseltechnologie. Fachleute erwarten, dass die Türme in Zukunft noch höher werden.

Eine sichere Unterkonstruktion, die in der Lage ist, den wechselnden Belastungen von Sturm, Frost und Nässe zu widerstehen, ist dabei zwingend notwendig. Immer größere Windkraftanlagen stellen die Fachleute bei der Bemessung der Tragstrukturen vor neue Herausforderungen. Mit der anstehenden Einführung der neuen Eurocodes im Jahr 2012

wurde auch eine Aktualisierung der DIBt-Richtline für Windenergieanlagen (WEA) erforderlich.

Thema Offshore wird ergänzend auch über das Trag- und Ermüdungsverhalten von Grouted Joints berichtet.

Die große Bedeutung dieser Themen spiegelt die 6. Fachtagung „Türme und Gründungen bei Windenergieanlagen – Towers an Foundations for Wind Energy Converters“ am 6. bis 7. März 2013 im Haus der Technik in Essen wider. Sie vermittelt Fachwissen in Bezug auf die unterschiedlichen Konstruktionen, Baugrunduntersuchungen und Fundamentberechnungen. Spezielle Themen dabei sind Schalenstabilität, Ermüdungsnachweise und konstruktive Details der Verbindungen. Sowohl Einwirkungen wie Nachweise für Türme und Gründungen von WEA werden durch die Aktualisierung der DIBt-Richtlinie WEA novelliert und im Rahmen diese Veranstaltung vorgestellt. Die Praxis steht bei der Tagung im Vordergrund der Ausführungen. Zum

Die Veranstaltung findet in Kooperation mit der Leibniz Universität Hannover statt. Geleitet wird die Tagung von Prof.

Dr. P ETER SCHAUMANN vom Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover.

Aufgrund der hohen Nachfrage aus dem Ausland wird die Veranstaltung mit Simultanübersetzung angeboten. Ein begleitende Fachausstellung rundet das Angebot ab.

Nähere Informationen erhalten Sie von SABINE GEBAUER, Haus der Technik e.V. unter Tel. 0201/1803-329, s.gebauer@hdt-essen.de oder unter http://www.hdt-essen.de/windenergie

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

33

BERICHT REPORT

S. Ott, S. Loebus, S. Winter: Prefabricated wooden façade elements for energy efficient retrofit

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 34

DOI: 10.1002 / bate.201200065

BERICHT

Peer Haller*, Robert Putzger, Jörg Wehsener, Jens Hartig

Formholzrohre – Stand der Forschung und Anwendungen Dieser Beitrag vermittelt eine Übersicht über den Stand der Forschung zu Formholzrohren. Zu deren Herstellung werden Bohlen unter Hitze bis auf die Hälfte ihres Volumens verdichtet, in dünne Streifen aufgetrennt und zu einer Platte verleimt, dergestalt dass die Verdichtung quer zur Faser und in der Ebene der Platte verläuft. Anschließend wird diese bedampft und zu einem Rohr umgeformt, wobei man sich das Rückerinnerungsvermögen des verdichteten Holzes zunutze macht. Wahlweise können die Rohre später mit technischen Fasern verstärkt werden. Der Vorteil besteht darin, dass Profile verglichen mit Vollquerschnitten bei gleichem Materialeinsatz größere Flächenmomente und Tragfähigkeiten erreichen. Dieser Beitrag stellt Versuchsergebnisse zum Tragverhalten von Formholzrohren bei Druck, Torsion und Biegung sowie zu deren Dauerhaftigkeit vor. Es wird gezeigt, dass äußerliche Verstärkungen aus Glasoder Kohlefasern und Kunstharzen die Tragfähigkeit, Duktilität, Dimensionsstabilität und Dauerhaftigkeit erhöhen. Ferner wird die Umweltleistung des Formholzrohres am Beispiel einer Stütze mit Ausführungen in Stahl und Stahlbeton verglichen. Letztlich werden potenzielle Anwendungen als Stütze, Mast oder Rohrleitung aufgezeigt. Eine erste Realisierung – der Schaft einer Windkraftanlage – wird kurz vorgestellt.

Moulded wooden tubes – State of research and potential for application This contribution gives an overview of the state of research on circular moulded wooden tubes with optional fibre reinforcement. Moulded wooden tubes are produced by forming of panels, which were densified previously to about one half of the initial volume transverse to grain. The resulting hollow sections have higher load-bearing capacities compared to solid sections of the same material volume due to the larger moments of inertia. This paper shows results of experimental investigations regarding the load-bearing behaviour of wooden tubes under compression, bending and torsion as well as the durability.

Fibre reinforcements of glass or carbon and epoxy resin on the outer surface of the tubes increase the load-bearing capacities, the ductility and the durability. Moreover, ecological aspects of wooden tubes compared to steel and steel-reinforced concrete are pointed out. Finally, possible applications are addressed. A prototype of a wind energy plant with a shaft of wooden tubes is briefly presented.

Keywords Formholz; Rohr; Faserverstärkung; Tragverhalten; Druck; Biegung; Torsion; Dauerhaftigkeit; Windkraftanlage; Rohrleitung

Keywords moulded wood; tubes; fibre reinforcement; load-bearing behavior; compression; bending; torsion; durability; wind turbine; water pipes

1

Bei der Herstellung von Formholzprofilen wird diese Eigenschaft genutzt, indem zunächst Bohlen verdichtet und anschließend zu Platten verleimt werden. Die Platten können dann in Verdichtungsrichtung zu Profilquerschnitten umgeformt werden (Bild 1), die bei gleichem Materialeinsatz gegenüber Vollquerschnitten wesentlich höhere Flächenmomente und Tragfähigkeiten aufweisen.

Einleitung

In [1] wurde erstmals die Herstellung eines tragenden Querschnitts in einem thermo-hygro-mechanischen Verfahren vorgestellt. Grundlage hierfür ist die Betrachtung des Holzes als zellulärer Polymerwerkstoff.

Der Porenanteil von Holz, der durch die Lumen der Zellen gebildet wird, beträgt für heimische Holzarten mehr als 50 % [2]. Die chemische Zusammensetzung aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin ermöglicht bei Wärme und Feuchtigkeit eine Erweichung [3], sodass Holz quer zur Faser auf die Hälfte seines Volumens verdichtet werden kann [4]. Dieser Vorgang geht mit Faltungen der Zellwände einher, die bei geeignetem Prozessregime hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit und Verdichtungsgeschwindigkeit nahezu schadensfrei und reversibel sind. Dem verdichteten Material steht damit zur Umformung eine Dehnung von 100 % zur Verfügung [5].

*) Corresponding author: peer.haller@tu-dresden.de

34

Neben dem sparsamen Materialverbrauch ermöglicht die Formholztechnologie wegen der Verwendung dünner Platten auch die Nutzung kurzer Abschnitte aus Kronen von Laubbäumen. Diese werden derzeit als Industrieholz oder als Brennholz genutzt. Angesichts begrenzter Holzreserven und der Anforderungen des naturnahen Waldes, der künftig einen höheren Anteil von Laubbäumen aufweist, eröffnet diese Technologie der Forstwirtschaft neue Wege bei der Verfolgung ihrer Ziele: Wirtschaftlichkeit und Biodiversität.

Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Formholzprofile können durch eine zusätzliche Bewehrung mit faserverstärkten Kunststoffen verbessert werden [6]. Dabei ist der

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 35

Verdichten

Verleimen

Wahl des Materials keine Grenze gesetzt. Glas-, Kohle-, Aramid- oder Naturfasern können eingesetzt werden.

Glas bietet sich an, wenn die Maserung sichtbar bleiben soll. Die Orientierung der Bewehrung kann der Beanspruchung angepasst werden, sodass sich die geringe Schub- und Querzugfestigkeit des Holzes kompensieren lässt. In der Regel kann die Tragfähigkeit der Profile bereits durch ein geringes textiles Flächengewicht erheblich gesteigert werden.

Dieser Beitrag gibt eine Übersicht der Untersuchungen am Formholz hinsichtlich Tragverhalten, Dauerhaftigkeit und Umweltleistung. Zudem werden Anwendungsmöglichkeiten dafür aufgezeigt.

2

Längsdruck: F

Torsion: F/2 ε

Polymerbeton ε

1,75 m +/-7° +/-45° +/-85°

Biegung:

F/2

Innendruck: pi

F/2

F/2 u

Untersuchungen zum strukturellen Verhalten

In [7] wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung des Tragverhaltens unbewehrter und bewehrter Formholzrohe durchgeführt. Eine Zusammenfassung erfolgt in den folgenden Abschnitten.

2.1

Umformen

Verfahren zur Herstellung von Formholzrohren [5] Production process for moulded wooden tubes [5]

2,5 m

Bild 1

Auftrennen

1,75 m

Bild 2

1,0 m 4,5 m

1,75 m

Schematische Versuchsaufbauten der experimentellen Untersuchungen (F Kraft, pi Innendruck, u Verschiebung, ε Dehnung) Schematic test setups of the experimental investigations (F force, pi internal pressure, u displacement, ε strain)

Längsdruckbeanspruchung

Das Tragverhalten von Formholzrohren unter axialer Druckbeanspruchung wurde in [7 bis 9] experimentell und rechnerisch untersucht. Das erheblich größere Flächenträgheitsmoment des Rohres ermöglicht im Vergleich zum Vollquerschnitt bei gleichem Materialeinsatz eine deutlich höhere Knicklast. Lokales Beulen der Rohrwand konnte bei den relativ dickwandigen Rohren mit einem Durchmesser von 27,4 cm und einer Wanddicke von 1,9 cm rechnerisch ausgeschlossen werden, sodass entweder die Festigkeit des Holzes oder die Stabilität des Stabes maßgeblich wurde. Der verwendete Versuchsaufbau ist schematisch in Bild 2 dargestellt.

Die Untersuchungen zeigten, dass bereits unbewehrte Formholzrohre erhebliche Lasten abtragen können. Die Rohre mit einer Länge von 2,5 m erreichten im Mittel von acht Probekörpern eine Traglast von 564 kN (Bild 3), was einer Druckspannung im Querschnitt von 42 N/mm2 entspricht. Das Tragverhalten ist linear-elastisch bis zum

Bruch; dieser erfolgt spröde und längs des Rohres, wenn die Spannungen in Umfangsrichtung die Querzugfestigkeit des Holzes überschreiten (Bild 4a).

Eine äußere Faserbewehrung erhöht die Querzugfestigkeit und damit die Traglast und sorgt für eine bessere Duktilität. Es wurden Faserverstärkungen aus E-Glas und Kohle mit Feinheiten von 1200 tex bzw. 1 600 tex untersucht, die in Winkeln von ±45°, ±85° oder ±7°/±45° zur Rohrachse orientiert waren. Die Flächengewichte betrugen bei E-Glas und Kohle 450 g/m2 bzw. 300 g/m2 je Faserwinkel. Der Faservolumengehalt kann verfahrensbedingt (Handlaminierung und Wickeln) mit ca. 33 % (EGlas) bzw. 60 % (Kohle) abgeschätzt werden. Durch die Bewehrung wurden Laststeigerungen von über 50 % gegenüber den unbewehrten Rohren erzielt (s. Bild 3). Die im Winkel von ±45° bewehrten Rohre erwiesen sich als besonders duktil (s. Bild 4b), wenn auch der Unterschied der Traglast gegenüber der Ausrichtung ±85° gering war.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

35

BERICHT BERICHT

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Moulded wooden tubes – State of research and potential for application

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 36

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Formholzrohre – Stand der Forschung und Anwendungen 1200

a)

b)

1000

Kraft [kN]

800 600 Carbonfasern +/-7°, +/-45°

400

Carbonfasern +/-45° Glasfasern +/-85°

200

Glasfasern +/-45° unbewehrt

0 0

Bild 3

1

3 2 4 mittlere Stauchung [‰]

5

6

Kraft-Verformungs-Beziehungen für Formholzrohre mit und ohne Bewehrung [7] Force-deformation relations for wooden tubes with and without reinforcement [7]

Beim Versagen war in der Regel die Druckfestigkeit des Holzes längs zur Faser maßgeblich, was sich durch die Bildung von Druckfalten andeutete und schließlich zum Einknicken der Rohrwand führte.

Die Versuche zeigten, dass die hohe Querzugfestigkeit nach der Bewehrung zu einer signifikanten Steigerung der Traglast und der Duktilität führt. Die Unterschiede zwischen Glas und Kohle waren gering, da die Fasern trotz des geringen Verstärkungsgrades nur wenig beansprucht waren. Nach der Bewehrung erreichte die Querschnittsfestigkeit des Rohres Werte, die der Druckfestigkeit von faserparallelen Kleinproben entsprechen, sodass die Tragfähigkeit nur durch eine starke Längsbewehrung weiter gesteigert werden könnte, wie sie in Bild 3 für den Fall einer Kohlefaserbewehrung in ±7°-Richtung zu sehen ist. Dabei versagte das Rohr an der Lasteinleitung infolge der gestörten Umschnürung der auslaufenden Bewehrungsfasern. Generell ist die Längsverstärkung jedoch fragwürdig, da die gleiche Wirkung mit größeren Wanddicken wesentlich kostengünstiger erreicht werden kann.

Die Bewehrung sollte daher ausschließlich zum Zweck der Erhöhung der kritischen Querzug- und Schubfestigkeit des Holzes erfolgen.

Zur Untersuchung der Robustheit der Rohre wurde der Einfluss eines 30 cm langen Sägeschnitts in axialer Richtung geprüft. Im unbewehrten Fall verringerte sich die Traglast lediglich um 10 %; nach der Bewehrung hingegen war sie insignifikant. Diese Robustheit ist auf die relativ dicke Rohrwand zurückzuführen, die das lokale Beulen verhindert. Rohre mit Keilzinkenstoß wiesen ebenfalls eine etwas geringere Traglast auf als ohne. Auch diese Verringerung bewegte sich in einer Größenordnung von 10 %.

2.2

Versagen der Rohre bei axialen Druckversuche [7]; a) unbewehrt; b) bewehrt Failure of the tubes under axial compression [7]; a) unreinforced b) reinforced

schen Universität Dresden durch einen von Wasser gleichmäßig erzeugten Innendruck bis zum Versagen geprüft. Um die Dichtigkeit auch bei hohen Wasserdrücken zu gewährleisten, wurde vor Versuchsbeginn in die 1 m langen Formholzrohre eine leicht dehnbare Röhre aus Polyethylen (PE) (E-Modul: ca. 1 000 N/mm2) eingesetzt.

Der Hohlraum zwischen dem Formholzrohr (Außendurchmesser: 270 mm, Innendurchmesser: ca. 230 mm) und dem PE-Rohr (Außendurchmesser: 200 mm) wurde zur kraftschlüssigen Druckübertragung mit feinkörnigem Sand verfüllt und verdichtet.

An den etwas überstehenden Rohrenden des PE-Rohres wurden die notwendigen Leitungsanschlüsse zum Erzeugen des Innendruckes mit Schlauchschellen angebracht.

Das Formholz selbst hatte während des Versuches keinen direkten Kontakt zu Wasser.

Innendruckbeanspruchung

Zur Bestimmung der Querzugfestigkeit von Formholzrohren wurden diese im Hubert-Engels-Labor der Techni36

Bild 4

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Das unbewehrte Formholzrohr hielt einem Innendruck von ca. 15 bar stand, ein glasfaserverstärktes Formholzrohr über 35 bar. Die Bewehrung war in Winkeln von

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 37

35 30

Stahlbeton C25/30 BSt500 (runder Querschnitt, Durchmesser 32 cm, Längsbewehrung 8Ø6 mm, Bügel Ø6 mm)

Moment [kNm]

25 20

Carbonfaserbewehrtes Formholzrohr (Durchmesser 27,4 cm, Dicke 1,9 cm)

15 10 Brettschichtholz GL24h (quadratischer Querschnitt, Kantenlänge 20 cm)

5 0

Bild 5

0

1

3 2 Dehnung [‰]

4

5

Momenten-Dehnungs-Beziehungen der Torsionsversuche [7] Moment-strain relations of the torsion tests [7]

Bild 6

Torsionsversagen des bewehrten Formholzrohrs [7] Torsion failure of the reinforced wooden tube [7]

Bild 7

Aufbau des Biegeversuchs [7] Setup of the bending test [7]

2.4

Biegebeanspruchung

±85° zur Rohrachse gewickelt und hatte ein Flächengewicht von 2 × 400 g/cm2. Die Untersuchungen zeigten die grundsätzliche Eignung von Formholzrohren für Innendruckbelastung.

2.3

Torsionsbeanspruchung

Aufgrund der geringen Schubfestigkeit des Holzes ist die Torsionstragfähigkeit von Formholzprofilen gering.

Durch eine Bewehrung unter ±45° lässt sie sich aber erheblich steigern. Um das Potenzial eines derartigen Verbundquerschnitts zu untersuchen, wurde ein Tastversuch durchgeführt. Bild 2 zeigt den Versuchsaufbau [10] schematisch.

Es wurde ein Formholzrohr mit den Querschnittswerten entsprechend Bild 5 geprüft, das mit einem Laminat aus Kohlefasern mit dem Aufbau 7°/–7°/45°/–45° versehen war. Zum Vergleich wurden zwei weitere Versuchskörper untersucht: ein kreisförmiger Querschnitt aus Stahlbeton sowie ein quadratischer aus Brettschichtholz. Der Abstand der Einspannungen betrug 1,75 m. Um eine gute Krafteinleitung zu gewährleisten und lokale Störungen auszuschließen, wurden am Formholzprobekörper von außen Schrauben eingedreht und mit Polymerbeton vergossen.

In Bild 5 sind Momenten-Dehnungs-Beziehungen dargestellt. Die Dehnungen wurden mit Dehnmessstreifen an der Oberfläche der Probekörper unter einem Winkel von 45° zur Torsionsachse in Richtung der Zugspannungen gemessen. Das bewehrte Formholzrohr versagte bei einer Dehnung von knapp 4 ‰ auf Schub, wobei auch die Bewehrungsschicht zerriss (Bild 6). Dabei wurden ein maximales Torsionsmoment von 33,7 kNm und ein maximaler Verdrehwinkel von 3,5 °/m erreicht. Im Vergleich zu den geprüften Trägern aus Brettschichtholz und Stahlbeton sind sowohl das maximale Torsionsmoment als auch die Verformung deutlich größer.

Kreisquerschnitte sind nur bedingt für Biegung geeignet.

Dennoch lassen sich bei Masten und Stützen kombinierte Belastungen nicht ausschließen. Daher wurde in [7] auch das Tragverhalten eines kohlefaserbewehrten Formholzrohrs im Vierpunktbiegeversuch untersucht (Bild 7), s.

Bild 2 für den schematischen Versuchsaufbau.

Das Rohr mit einem Durchmesser von 27,5 cm und einer Wanddicke von 1,9 cm wurde aus zwei gleichlangen Abschnitten zusammengesetzt, die in der Mitte durch eine Keilzinkung gestoßen und anschließend mit einer Wicklung aus zwei Lagen Kohlefaser (±45°) verstärkt wurden.

Die Spannweite betrug 4,5 m.

Im Versuch erreichte das Rohr eine Traglast von 63 kN. Bis ca. 60 kN, oder einem Biegemoment von 52,5 kNm, verhielt sich das Rohr linear-elastisch. Der Proportionalitätsfaktor zwischen Kraft und Durchbiegung betrug ca.

1,36 kN/mm. Die letzte Phase der Belastung war durch Bautechnik 90 (2013), Heft 1

37

BERICHT BERICHT

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Moulded wooden tubes – State of research and potential for application

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 38

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Formholzrohre – Stand der Forschung und Anwendungen

Schädigungen gekennzeichnet, die mit Lastumlagerungen einhergingen, sodass der Bruch nicht schlagartig eintrat.

Das Versagen wurde durch Einbeulen des Querschnitts an der Lasteinleitung ausgelöst, in dessen Folge sich die Bewehrung vom Holz löste. Der Versuch wurde nach Abfall der Kraft aber vor dem vollständigen Versagen der Bewehrung abgebrochen.

3

nicht weiter eingegangen werden kann [11]. Bereits im ersten Winter stellte sich eine leichte Ovalisierung des Querschnitts mit einem Unterschied von 4 % in den Hauptachsen ein. Die bewehrten Proben wiesen hingegen nur eine geringe Ovalisierung von 2 % auf. Die Untersuchungen zeigten, dass die Bewehrung den Quelldruck ohne Schaden aufnimmt, die Dimensionsstabilität erhöht und das Holz vor der Witterung schützt.

Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit 4

Die Außenbewitterung ist für Bauteile aus Holz im Allgemeinen problematisch. Daher muss im Holzbau stets dem konstruktiven Holzschutz Rechnung getragen werden.

Um die Dauerhaftigkeit der Formholzrohre zu bestimmen, wurden Proben in Freilandversuchen bewittert [7].

Hierzu wurden Rohrstücke aus Fichte mit und ohne Faserbewehrung über mehr als drei Jahre auf einem Gelände der Technischen Universität Dresden in Freital-Hainsberg untersucht. Die Proben hatten einen Außendurchmesser von 15 cm, eine Wanddicke von 2 cm und eine Höhe von ca. 30 cm. Die Lagerung erfolgte stehend in einer Höhe von 1 m über dem Erdboden. Abdeckungen der oberen Öffnung verhinderten das Eindringen von Regenwasser. Zusätzlich wurde das Hirnholz oben und unten durch eine Beschichtung aus Epoxidharz geschützt.

Der visuelle Zustand der Proben war nach 42 Monaten Bewitterung gut. Das unbewehrte Rohr zeigte erwartungsgemäß eine sichtbare Verwitterung der Oberfläche sowie vereinzelte Risse an den versiegelten Stirnseiten.

Bei den bewehrten Rohren wurde keine Schädigung des Laminats bzw. des Verbunds festgestellt. Mit fortschreitender Bewitterungsdauer zeigte sich jedoch zunehmender Verschleiß, der auf Dauer eine Erneuerung der Oberflächenbeschichtung erforderlich macht. Die aufgebrachte Wetterschutzschicht auf Basis von Epoxidharz blätterte an einzelnen Stellen ab, sodass die darunter liegende Verstärkung der Verwitterung ausgesetzt war. Auch das lasierte Rohrstück zeigt im Laufe der Zeit Aufhellungen an der Oberfläche.

In Abständen von zwei Monaten wurden die Probekörper gewogen und die Änderung des Durchmessers bestimmt. Die unbewehrten Proben zeigten dabei in den Wintermonaten eine Zunahme der Holzfeuchte und damit des Gewichts von 8 bis 11 %, die bewehrten Rohre von nur 5 bis 7 %. In den Sommermonaten trockneten die Proben aus, sodass das die Gewichtszunahme jeweils wieder auf 3 bis 5 % fiel.

Der Durchmesser der unbewehrten Proben quoll in den Wintermonaten um bis zu 15 % und schwand im Sommer auf die Hälfte dieses Wertes. Die Differenz erklärt sich aus dem Rückerinnerungsvermögen des verdichteten Holzes, das jedoch über geeignete Prozessregime bei der Herstellung oder durch Nachbehandlungen vermieden werden könnte, auf die jedoch in diesem Zusammenhang 38

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Umwelteinfluss im Vergleich zu anderen Baustoffen

Intuitiv hält man Holz für einen umweltfreundlichen Baustoff. Beim Formholz wird im Vergleich zu Schnittund Leimholz jedoch Wärme zur Herstellung benötigt, die in Bezug auf die Umweltleistung kritisch angemerkt wird. Um hier größere Klarheit zu schaffen, wurde für eine Stütze aus faserverstärktem Formholz eine Umweltleistungsrechnung durchgeführt und hinsichtlich des Energieaufwands und des globalen Erwärmungspotenzials mit einer Ausführung in Brettschichtholz, Stahl und Stahlbeton verglichen.

In [12] wurde der Lebenszyklus des Formholzprofils von der Herstellung bis zur Entsorgung analysiert und mit einer Stütze gleicher Länge (2,5 m) und Tragfähigkeit (400 kN) aus Stahl und Stahlbeton verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Im Vergleich mit den anderen Materialien hat das bewehrte Formholzprofil einige Alleinstellungsmerkmale.

Da ist zunächst sein Gewicht. Lassen wir das Schwergewicht Stahlbeton außer acht, so ist es deutlich leichter als eine massive Variante aus Brettschichtholz und schlägt selbst das Stahlprofil. Durch das geringere Eigengewicht kann auch bei im Tragwerk nachgeordneten Bauteilen Material gespart werden.

Des Weiteren fällt der geringe Energieverbrauch über die Lebensdauer des Bauteils auf, der bei den anderen Baustoffen um den Faktor 2 bis 5 größer ist. Damit verbunden ist auch ein geringerer Ausstoß des Treibhausgases CO2, der für das bewehrte Rohr nicht zuletzt wegen der Kohlenstoffspeicherung des Holzes um zwei Größenordnungen kleiner ausfällt. Einzig bei der Versauerung des Bodens schneidet das bewehrte Formholz unwesentlich schlechter ab als die anderen Baustoffe.

Ein wichtiger ökonomischer und ökologischer Faktor ist die Verfügbarkeit der Ressource und ihre nachhaltige Nutzung. Die deutsche Forstwirtschaft stellt bereits heute fest, dass das Aufkommen des Nadelholzes an seine Grenze stößt und die Ressource einer wachsenden Nutzungskonkurrenz ausgesetzt ist. Eine effizientere Nutzung des Rohholzes ist daher dringend geboten. Die Formholztechnologie schont einerseits Ressourcen, indem sie sparsamere Querschnitte anbietet, andererseits erschließt sie forstliche Reserven, weil Holz aus der Durchforstung und aus Kronen zu dünnen Platten und Profilen verarbeitet werden kann, das sonst als billiges In-

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 39

Tab. 1

Umweltleistung von Stützen unterschiedlicher Materialien [11] Environmental impact of columns of different materials [11]

Bewehrtes Formholzrohr

Stahlprofil (Tragfähigkeit 417kN)

Stahlbeton

Querschnitt

Runder Hohlquerschnitt D = 274mm, T = 19mm, Dicke Bewehrung ca. 1mm (ca. 30% Fasern)

Quadratisches Hohlprofil B = 100mm, T = 4mm

Quadratischer Vollquerschnitt B = 200mm; Bewehrung 4 ∅ 12mm

Material

Formholz, Glasfaserbewehrung

S355

Beton C16/20 Baustahl 500

Gewicht [kg]

28

30

250

Energieverbrauch [MJ]

141

723

379

Klimawandel [kg CO2-Äquivalent]

0,4

32

42

Versauerung [kg SO2-Äquivalent]

0,19

0,12

0,17

dustrie- oder Brennholz den Wald verlassen würde. Die Formholztechnologie könnte daher die Umwelt spürbar entlasten, indem es energieintensivere Baustoffe substituiert und die nachhaltige Forstwirtschaft stärkt, da es Holzreserven mit hoher Wertschöpfung erschließt.

5

Praktische Einsatzmöglichkeiten

5.1

Stützen und Masten

Der Einsatz von Formholzprofilen ist in vielen Bereichen des Bauwesens denkbar. Nahe liegend ist die Stütze im Tragwerk. Aufgrund des geringen Gewichts der Formholzprofile bieten sich auch temporäre Bauten wie Messestände und Bühnen an.

Großes Potenzial bieten auch Türme für Kleinwindkraftanlagen, die wegen der guten Dämpfung des Holzes die Geräusche des Rotors abschwächen. Als mögliche Standorte dieser Anlagen kommen landwirtschaftliche Betriebe in dünn besiedelten Gebieten und im Gebirge in Betracht. Ein entsprechender Prototyp aus 3 m langen Einzelsegmenten und einer Gesamtlänge des Schafts von 9 m befindet sich derzeit im Bau (Bild 8).

5.2

Foto: Jörg Wehsener

Die konstruktive Verwendung wird durch eine maßgeschneiderte Faserbewehrung erheblich erweitert. Damit könnten zum Beispiel hohe Masten mit planmäßiger Torsionsbeanspruchung gebaut werden.

Bild 8

Schaft aus Formholzrohren für eine Windkraftanlage Shaft of moulded wooden tubes for a wind energy plant

In einem Forschungsprojekt wurde untersucht, wie sich Formholzrohre im Vergleich zu Stahlrohren beim Transport von Salzlösung mit Magnesiumchlorid (MgCl2 · 6 H2O) verhalten [13].

Rohrleitungen

Früher leitete man Wasser und Solen in Holzrohren, wozu Stämme mit einem durch Wasserkraft betriebenen Löffelbohrer ausgehöhlt wurden. Heute ist Holz in diesem Bereich vollständig durch Stahl, Keramik, Kunststoff und Beton verdrängt. Für bestimmte Anwendungen wie im Bergbau oder der Chemieindustrie, wo aggressive Medien geführt werden müssen, stellt Holz wegen seiner Korrosionsträgheit eine interessante Alternative dar.

Die dazu bestimmten Formholzrohre waren außen mit einem Glasfasergewebe umwickelt, das so bemessen war, dass es dem Quelldruck des nassen Holzes und einem zusätzlichen Innendruck von 3 bar widerstand. Die Innenseite des Rohres blieb unbehandelt, sodass sie ohne Schutz der Salzlösung ausgesetzt war.

Die Formholzrohre wurden in einem speziellen Versuchsstand am Institut für Fördertechnik und Kunststoffe der Bautechnik 90 (2013), Heft 1

39

BERICHT BERICHT

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Moulded wooden tubes – State of research and potential for application

06_034_041_201200065_Hartig_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 40

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Formholzrohre – Stand der Forschung und Anwendungen

(Quelle: Technische Universität Chemnitz)

Temperatur sowie der Sättigung abhängig. Holz ist zum Transport aggressiver Medien geeignet. Der Einsatz preiswerter Holzrohre in der Praxis könnte zu größeren Wartungsintervallen und somit zur Kosteneinsparung beitragen.

Bild 9

Versuchsstand zur Untersuchung von Holzrohren Testing facility for investigations of wooden pipes (by courtesy of: Technische Universität Chemnitz)

Technischen Universität Chemnitz untersucht (Bild 9).

Bei der vier Monate dauernden Untersuchung wurden der Einfluss der Temperatur bis 50 °C, des Innendrucks bis 2,5 bar und der Konzentration der Salzlösung bis 30 % untersucht. Außer einer dunklen Verfärbung des Holzes und eines typischen Filmes auf der Innenfläche wurden keine weiteren Veränderungen bei der Augenscheinnahme festgestellt. Eine Verfärbung trat sowohl bei Wasser, verstärkt jedoch bei Salzlösungen auf. Die Ursache dafür liegt vermutlich in der chemischen Veränderung des Holzes beim Erhitzen während der Herstellung der Rohre.

Das Formholzrohr hat sich in diesen Versuchen gegenüber der Variante in Stahl als überlegen erwiesen. Im Vergleich zu Stahlrohren konnte ein deutlich geringerer Verschleiß festgestellt werden. Die chemische Beanspruchung beim Soletransport ist vom pH-Wert, der

6

Zusammenfassung und Ausblick

Die vorgestellten Ergebnisse und Beispiele zeigen das Potenzial von Formholzprofilen für den Einsatz in der Architektur und im Bauwesen sowie im Leicht- und Anlagenbau. Zur Realisierung weiterer Pilotprojekte aus Formholzprofilen ist die wirtschaftliche Fertigung kleiner Serien unverzichtbar. Ein wichtiger Schritt auf diesem Wege wurde mit dem Bau einer Pilotanlage bereits vollzogen. Damit eröffnen sich dem nachwachsenden Rohstoff auch jenseits des Bauwesens neue Felder. Die Arbeiten zum Formholz sind noch recht jung und viele Fragen bleiben offen. Aber die entscheidenden Fragen nach Ressourceneffizienz, Leistungsfähigkeit und Umweltleistung sind positiv beantwortet.

Danksagung Die Autoren bedanken sich bei den Fördermittelgebern, u. a. dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF-Forschungsvorhaben 0330722A-C) und dem Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi-Forschungsvorhaben KF0016245PK8, KF0038503PK8 und KF2132401WZ8), für die Finanzierung der vorgestellten Untersuchungen. Neben den bereits im Text genannten Partnern aus der Forschung gilt der Dank außerdem den Partnern aus der Industrie, der Deutschen Holzveredlung GmbH & Co. KG Kirchhundem, der KD Stahl- & Maschinenbau GmbH Bernterode und der STM Montage GmbH Lunzenau für Ihre Unterstützung.

Literatur [1] HALLER, P.: Vom Baum zum Bau oder die Quadratur des Kreises. Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden 53 (2004), H. 1–2, S. 100–104.

[2] WAGENFÜHR, R.: Anatomie des Holzes: Strukturanalytik, Identifizierung, Nomenklatur, Mikrotechnologie. 5. Aufl.

Leinfelden-Echterdingen: DRW-Verlag 1999.

[3] NAVI, P., SANDBERG, D.: Thermo-Hydro-Mechanical Wood Processing. Lausanne: EPFL Press 2012.

[4] WEHSENER, J.; HALLER, P.: Festigkeitsuntersuchungen an Fichtenpressholz (FPH). Holz als Roh- und Werkstoff 62 (2004), H. 6, S. 452–454.

[5] EP 1390181B1 – Europäische Patentschrift – Profil aus Holz und Verfahren zu seiner Herstellung. Europäisches Patentamt 2006.

[6] HALLER, P.: Concepts for textile reinforcements for timber structures. Materials and Structures 40 (2007), No. 1, pp.

107–118.

40

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

[7] HALLER, P., et al: Hochleistungsholztragwerke – HHT – Entwicklung von hochbelastbaren Verbundbauweisen im Holzbau mit faserverstärkten Kunststoffen, technischen Textilien und Formpressholz: Abschlussbericht zum BMBFForschungsvorhaben 0330722A-C. Dresden: Institut für Stahl- und Holzbau, Technische Universität Dresden u.a.

2011.

[8] HEIDUSCHKE, A.; HALLER, P.: Zum Tragverhalten gewickelter Formholzrohre unter axialem Druck. Bauingenieur 84 (2009), H. 6, S. 262–269.

[9] CABRERO, J. M.; HEIDUSCHKE, A.; HALLER, P.: Analytical assessment of the load-carrying capacity of axially loaded wooden reinforced tubes. Composite Structures 92 (2010), No. 12, pp. 2955–2965.

[10] SCHLADITZ, F.; CURBACH, M.: Torsionsversuche an textilbetonverstärkten Stahlbetonbauteilen. Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), H. 12, S. 835–843.

[11] SANDBERG, D.; HALLER, P.; NAVI, P.: Thermo-hydro and thermo-hydro-mechanical wood processing: an opportunity for future environmentally friendly wood products. Wood Material Science and Engineering (zur Veröffentlichung angenommen).

[12] MANTHEY, C.; GUENTHER, E.; HEIDUSCHKE, A.; HALLER, P.; HEISTERMANN, T.; VELJKOVIC, M.; HAJEK, P.: Structural, economic and environmental performance of fibre reinforced wood profiles vs. solutions made of steel and concrete.

In: Braganca, L. et al: Sustainability of Constructions – Integrated Approach to Life-time Structural Engineering. Timisoara: European Science Foundation – COST Action C25, pp. 275–289, 2009.

[13] P UTZGER, R.; ECKARDT, R.; EICHHORN, S.; NENDEL, K.; HALLER, P.: Investigation on fibre reinforced moulded wood pipes for the conduction of brine at high temperature and pressure. In: COST Action FP0904 Workshop, Book of Abstracts – “Current and Future Trends of Thermo-HydroMechanical Modification of Wood Opportunities for new markets”. Nancy: Université de Lorraine, pp. 174–176, 2012.

Autoren Prof. Dr.-Ing. Peer Haller peer.haller@tu-dresden.de

Dipl.-Ing. Robert Putzger robert.putzger@tu-dresden.de Dipl.-Ing. Jörg Wehsener jörg.wehsener@tu-dresden.de Dr.-Ing. Jens Hartig jens.hartig@tu-dresden.de alle Technische Universität Dresden Institut für Stahl- und Holzbau 01062 Dresden

AUS DEN HOCHSCHULEN

Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen Am 5. September 2013 findet das 7. Symposium „Experimentelle Untersuchungen von Baukonstruktionen“ an der Technischen Universität Dresden Fakultät Bauingenieurwesen Institut Massivbau statt.

Bei der Bewertung des Istzustandes, der aktuellen Tragsicherheit und der Restlebensdauer spielen experimentelle Untersuchungsmethoden eine wichtige Rolle.

Auch im Bereich der bauspezifischen Forschung leisten experimentelle Untersuchungen einen wesentlichen Beitrag.

Für das 7. Symposium sind in diesem

Zusammenhang folgende Themengruppen vorgesehen: – Aktuelle Bauwerksuntersuchungen – Zustandsbewertungen von Hoch- und Brückenbauten – Neue Messverfahren – Experimentelle baudynamische Untersuchungen – Hybride Methoden zur Bewertung der Tragsicherheit und der Restlebensdauer von Bauwerken – Monitoring beim Bauprozess und Bauwerksüberwachung

Beitragsanmeldungen mit Titel, Autoren und einem kurzen Abstrakt (ca. 200 Worte) sowie Zuordnung zur entsprechenden Themengruppe können bis 31. März 2013 an die Technische Universität Dresden, Petra Kahle, Institut für Massivbau, Tel./Fax : 0351 463-36080/ -32691, 01062 Dresden gerichtet werden.

E-Mail : oml@mailbox.tu-dresden.de.

Bis zum 15. April 2013 wird vom Organisationskommitee die Entscheidung getroffen, welche Beiträge angenommen werden.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

41

BERICHT BERICHT

P. Haller, R. Putzger, J. Wehsener, J. Hartig: Moulded wooden tubes – State of research and potential for application

06_042_046_201200069_Moeller_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 42

DOI: 10.1002 / bate.201200069

BERICHT

Eberhard Möller

Tendenzen im Holzbau Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft?

Unsere Haltung zum Thema Holz als Baustoff ist nach wie vor tief gespalten, vielleicht tiefer als je zuvor. Einerseits gilt das Holz als der große ökologische Hoffnungsträger unter den Werkstoffen und als „Sympathieträger unter den Materialien“ [1]. Andererseits gelingt es allenfalls sehr langsam, seine Stigmata in den Bereichen Brandschutz, Schallschutz oder Dauerhaftigkeit erfolgreich abzuschütteln. Vor dem Hintergrund dieses Dilemmas wird vom 14. Dezember 2012 bis zum 17. Februar 2013 im Künstlerhaus Wien die Ausstellung „Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft“ gezeigt, die vom Fachgebiet Holzbau und dem Architekturmuseum der TU München erarbeitet wurde. In der Münchner Pinakothek der Moderne war diese Ausstellung bereits zum Jahreswechsel 2011/2012 zu sehen (Bild 1).

Gemeinsam mit der zugehörigen, gleichnamigen Publikation [2] versucht die Ausstellung, die Debatten um den Holzbau mit umfangreichen, aktuellen Hintergrundinformationen und zahlreichen beispielhaften Bauten anzureichern. Der immer stärkere gesellschaftliche Fokus auf den Fragen von Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit, von Klimaschutz, CO2-Bilanz, Regenerierbarkeit oder ökologischem Fußabdruck kommt den Veranstaltern und Sponsoren der Ausstellung dabei nicht ungelegen. Denn mit dieser Leistungsschau des Holzbaus platzieren die Protagonisten – unter ihnen das Fachgebiet Holzbau der TU München, der Landesinnungsverband des Bayerischen Zimmererhandwerks, die Gemein-

schaftsinitiative pro Holz Bayern, das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten oder die Deutsche Bundesstiftung Umwelt – ihre Botschaft vom Holz als ebenso traditionsreichem wie überaus zukunftsfähigem Material. Sie belegen, dass die Potenziale des Werkstoffs bei weitem nicht ausgeschöpft sind. Explizit ausgeklammert haben Kuratoren und Autoren dabei den Bereich der Einfamilienhäuser, denn hier wird dem Holz ohnehin eine solide Akzeptanz entgegengebracht, die sich in einem entsprechenden Marktanteil widerspiegelt und zunehmend auch über den Sektor der Billig-Fertighäuser hinausreicht.

1

Grenzen

Die heutigen Herausforderungen beim Bauen mit Holz liegen in den Bereichen des höheren Geschossbaus, und zwar sowohl für Wohn- als auch für Verwaltungszwecke.

Sie lassen sich zunächst grob unterteilen in technische und in baurechtliche Fragen. Hinsichtlich der rechtlichen Fragen präsentiert sich Europa einmal mehr wenig einheitlich. Beim Blick auf den bunten Flickenteppich der lokalen, regionalen und nationalen Bauordnungen erstaunt, dass die Grenzen des Erlaubten in holzreichen Ländern häufig enger (oder tiefer) gesetzt sind als in waldärmeren. So sind in Russland nur drei, in Finnland vier oder in der Schweiz maximal sechs Geschosse in Holzbauweise gestattet. In Deutschland liegt die Grenze mit einem Fluchtniveau von 13 m auch eher niedrig, während sie im ebenfalls waldreichen Österreich bei immerhin 22 m angesetzt ist. Auf der anderen Seite aber schreiben Länder wie Italien, Frankreich oder Großbritannien gar keine baustoffbedingte Höhenbegrenzung vor. Diese unterschiedlichen Regelungen beruhen zu einem Teil auf Erfahrungen, beispielsweise aus den Stadtbrandkatastrophen des 18. und 19. Jahrhunderts (u. a. New York 1776, Hamburg 1842, Chicago 1871), zum anderen aber auch auf der gesellschaftlichen Einschätzung des zukünftig technisch Mach- und Verantwortbaren. Damit wird klar, dass technischer Fortschritt allein nicht ausreicht, um rechtliche Grenzen und Beschränkungen verschieben oder gar aufheben zu lassen. Die Ergebnisse von Forschung und Entwicklung müssen von entsprechender Öffentlichkeits-, Überzeugungs- und Lobbyarbeit begleitet werden. Die Vielfalt und mehr noch die Divergenz der bestehenden Regelungen zeigt, wie wenig die unterschiedlichen Richtlinien vom aktuellen Stand der Technik beeinflusst sind, denn der differiert in der globalisierten Welt allenfalls noch marginal.

Bild 1

Blick in die Ausstellung „Bauen mit Holz“

42

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_042_046_201200069_Moeller_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 43

Der Rohstoff Holz steht zunächst stabförmig zur Verfügung

Bild 2

Von den Wurzeln des nachwachsenden Rohstoffs bis zum Endprodukt

Bild 3

2

Verfügbarkeit des Rohstoffs

des Materials wird die Erweiterung der Einsatzbereiche also zunächst kaum scheitern.

Bevor nach erweiterten Einsatzgebieten für den Baustoff Holz gesucht wird, lohnt ein Blick auf dessen Verfügbarkeit und damit auf dessen Produktionsort, den Wald.

Somit bilden Forstwissenschaft und Forstwirtschaft gleichsam die grundlegenden Bausteine einer ganzheitlichen Betrachtung des Themas (Bild 2). Dabei fällt auf, dass die Holzvorräte zumindest in Deutschland seit Jahrzehnten anwachsen. Der jährliche Holzzuwachs übersteigt auch gesamteuropäisch betrachtet den entsprechenden Holzeinschlag. In einer Modellrechnung bilanziert HERMANN K AUFMANN, einer der Initiatoren der Münchner Ausstellung, dass etwas mehr als ein Drittel der deutschen Jahresholzernte von aktuell etwa 70 Mio. m3 ausreichen würde, um das gesamte jährliche Neubauvolumen Deutschlands allein aus dem Material Holz zu errichten. Auch wenn es sich hierbei natürlich um eine ausgesprochen theoretische Gegenüberstellung handelt, resümiert der renommierte Forstwissenschaftler GERD WEGENER entsprechend, dass nachhaltige, naturnahe und multifunktionale Forstwirtschaft sowie eine intelligente Holznutzung und Holzverwendung – vor allem im Bauwesen – die Gebote der Stunde seien [3]. Die Argumente dafür sind hinlänglich publiziert: Holz verkörpert nachwachsende Solarenergie, ist Kohlenstoffspeicher, Universalbaustoff, Chemie- und Papierrohstoff sowie Energieträger [3]. Holz ermöglicht dabei einen beinahe idealen Werkstoff-Kreislauf. Recycling und Altholzaufarbeitung sind einfach zu realisieren. Und am Ende des Lebenszyklus bleibt immer noch die Möglichkeit einer energetischen oder thermischen Verwertung des Wertstoffs.

Im gesamten Kreislauf aus Herstellung, Nutzung, Instandhaltung und Entsorgung kann es gelingen, weniger Energie für die Produktion aufzuwenden, als aus den Reststoffen am Ende gewonnen werden kann, weshalb das Holz als sogenannter Plusenergie-Baustoff gilt. Aspekte der Bauklimatik oder des Dämmverhaltens, der Gesundheit, der Behaglichkeit oder des Wohnkomforts sind dabei noch gar nicht berücksichtigt. An der Verfügbarkeit

3

Paradigmenwechsel – Vom Stab zu Platte und Scheibe

Eine wesentliche technische Grundlage für zusätzliche Anwendungsgebiete liegt in einem Paradigmenwechsel, der sich Ende des vorletzten Jahrhunderts angekündigt hat, aber erst in den letzten Jahren zunehmend das Denken und Entwerfen im Holzbau prägt. Da der Wald den Baustoff Holz stabförmig zur Verfügung stellt (Bild 3), dominierten auch stabartige Konstruktionen wie der Fachwerk-, Skelett- oder Rahmenbau lange Zeit das Bauen mit Holz. Eine Ausnahme stellt lediglich die massive Blockbauweise dar, die allerdings Probleme mit der Dichtigkeit hat. Mit den Entwicklungen von OTTO HETZER (1846– 1911) im Holzleimbau [4] und weiter zu Leimbinder und Brettschichtholz wurden Dimensionen für Holzträger möglich, die das Rohprodukt Baum allein nicht bietet.

Aus der Addition von Stäben – Brettern, Bohlen oder Kanthölzern – ließen sich seither durch Verleimen eigentlich auch sehr großflächige und zugleich massive Holzbauteile – seien es Wände oder Decken – herstellen. Genutzt wurden diese Möglichkeiten jedoch lange Zeit kaum in größerem Umfang. Erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts wird das konstruktive Potenzial solcher Holzbauteile zunehmend erkannt und genutzt, unter anderem in Form von Brettstapeldecken und massiven Brettschichtholzwänden. Mit der Übertragung der Idee der Sperrholz- und Tischlerplatten aus dem Möbelbau auf den Hochbau ist es bei flächigen Bauteilen zudem möglich, die Probleme aus Schwinden und Quellen zu minimieren. Die Vorteile des so entstandenen Brettsperrholzes sind evident. Die Fläche kann zugleich tragen und aussteifen, dichten und dämmen. Sie ist extrem dauerhaft und im eigentlichen Sinn des Wortes „einfach“, auch in Handhabung und Fügung. Die bekannten Probleme aus vielschichtigen Wand- oder Deckenaufbauten mit bauBautechnik 90 (2013), Heft 1

43

BERICHT REPORT

E. Möller: Tendenzen im Holzbau

06_042_046_201200069_Moeller_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 44

Bild 4

Neue Monte Rosa Hütte, Wallis, Schweiz, 2009; ETH Studio Monte Rosa mit Bearth & Deplazes Architekten AG, ETH Zürich Hochschulkommunikation

schadensanfälligen Dampf- und Windbremsen sind den Brettsperrholzkonstruktionen weitgehend fremd.

Gegenüber Holzbalkendecken lässt sich Konstruktionshöhe einsparen, da beispielsweise die Steifigkeit einer Decke mit 24 cm hohen und 8 cm breiten Balken im Abstand von 62,5 cm genau derjenigen einer mit 12 cm nur halb so hohen Brettstapeldecke entspricht. Die Tragfähigkeit der Brettstapeldecke übertrifft dabei sogar noch die jener Holzbalkendecke. Beim Einsatz einer Brettsperrholzdecke eröffnet sich darüber hinaus die Möglichkeit einer sonst hauptsächlich im Stahlbetonbau genutzten zweiachsigen Lastabtragung. Im Rahmen der baurechtlichen Möglichkeiten haben diese flächigen Massivholzbauweisen mittlerweile einige Anwendungen gefunden, so bei einer größeren viergeschossigen Wohnanlage am Wiener Mühlweg von HERMANN und JOHANNES K AUFMANN. Aber auch jenseits dieser Grenzen kamen Brettsperrholzplatten als Geschossdecken zum Einsatz. Bei dem in Folge eines Forschungsprojekts realisierten achtgeschossigen Wohn- und Bürogebäude von SCHANKULA Architekten in Bad Aibling bilden sie die Tragschicht, ergänzt durch eine Splittschüttung für den Schallschutz.

4

Bild 5

Innenansicht Neue Monte Rosa Hütte, Wallis, Schweiz, 2009; ETH Studio Monte Rosa mit Bearth & Deplazes Architekten AG, ETH Zürich Hochschulkommunikation

dernisieren. Zwar scheiterte er mit dem groß angelegten Projekt, mit seiner automatisierten Fertighausfabrik „General Panel“ zu der Marktstellung zu gelangen, die in anderen Wirtschaftszweigen „General Motors“ oder „General Electric“ erreicht hatten, seinem unermüdlichen Werben für eine stärkere Industrialisierung des Bauens tat dieser Misserfolg aber keinen Abbruch. Allerdings müssen wir heute feststellen, dass das Bauen nach wie vor hauptsächlich handwerklich organisiert ist [5]. Die Holzindustrie hat es immerhin verstanden, recht frühzeitig die Vorteile des nächsten „Wendepunktes“ [5], der Digitalisierung zu nutzen. Kaum ein Holzbauteil erreicht heute mehr die Baustelle, das seine Form und seine Abmessungen nicht unter Einsatz von CAD und CNC-Technologien (Computerized Numerical Control) erhalten hätte. Die digitale Steuerung der Fertigungsmaschinen befreit vom ehemaligen Zwang zur großen Serie. So wird Vorfertigung auch ohne große Stückzahl attraktiv, beispielsweise wenn, wie bei der neuen Monte-Rosa-Hütte (Bilder 4 und 5), die Witterung nur ein eng begrenztes Zeitfenster für den Bau zur Verfügung stellt. Eine Kombination aus Vorfertigung in größerer Serie und Brettsperrholzbauweise hat sich ebenfalls bewährt, besonders nach dem Erdbeben im italienischen L’Aquila. Dort konnten 2009 innerhalb kurzer Zeit zahlreiche Wohnungen nach diesen Prinzipien bereitgestellt werden.

Serielle und digital gesteuerte Produktion

Aufgrund des relativ geringen Transportgewichts eignet sich das Holz in besonderer Weise für Vorfertigung und serielle Produktion. Diesen Aspekt, den er während seiner Zeit bei der Firma Christoph & Unmack kennengelernt hatte, propagierte vor allem der Architekt KONRAD WACHSMANN (1901–1980) vehement. Mit seinen viel beachteten Publikationen über den „Holzhausbau“ (1930) und die Industrialisierung als „Wendepunkt im Bauen“ (1959) versuchte er, das Bauwesen grundlegend zu mo44

Foto: © Tonatiuh Ambrosetti

Foto: © Tonatiuh Ambrosetti

E. Möller: Tendenzen im Holzbau

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Gemeinsam mit dem Leimbau erwachsen dem ursprünglich formal recht begrenzten Holzbau in Folge der Digitalisierung des Planungs- und Produktionsprozesses kaum geahnte und bei weitem noch nicht vollständig ausgereizte Möglichkeiten. In Projekten wie den Holzschirmen von THOMAS HERZOG für die Expo 2000 in Hannover (Bild 6), dem Weingut Pérez Cruz bei Santiago de Chile von JOSÉ CRUZ OVALLE oder dem Betriebsrestaurant in Ditzingen von Barkow Leibinger Architekten (Bild 7) deuten sie sich bislang allenfalls an.

06_042_046_201200069_Moeller_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 45

Bild 6

EXPODACH: Großdachkonstruktion mit Pavillions in Hannover, Expo 2000; Architekten: Herzog + Partner; Tragwerksplanung: IEZ Natterer, Ingenieurbüro Bertsche, Ingenieurbüro kgs

Bild 8

Multihalle Mannheim, Bundesgartenschau 1975; Architekten: Mutschler Langner, Beratung: Frei Otto, Tragwerksplanung: Ove Arup and Partners

Bild 7

Betriebsrestaurant in Ditzingen von Barkow Leibinger Architekten, Tragwerksplanung: Werner Sobek Engineering & Design, Modell des Dachtragwerks

Bild 9

Blick ins Modell der Multihalle Mannheim, Modellbau: Studierende der TU München

5

Chancen der Formgebung

6

Der Reiz der Höhe

Mithilfe der Formgebung die Tragfähigkeit von Konstruktionen zu erhöhen, ist keine grundsätzlich neue Entwicklung. Einen Höhepunkt hat diese Vorgehensweise bereits 1975 mit der sogenannten Gitterschale der Multihalle in Mannheim gefunden [6]. Die zarte, beinahe fragile Leichtigkeit dieser bis zu 80 m weit spannenden Konstruktion zeigt sich selbst noch im Maßstab des detaillierten Modells, das Studierende der TU München eigens für die Ausstellung angefertigt haben (Bilder 8 und 9). Leider fand das Modell ebenso wie die anderen Ausstellungsmodelle im Katalog keine Aufnahme. In den 1990er Jahren gelang es dem Architekten TOYO ITO gemeinsam mit den Ingenieuren der Takenaka Corporation, im japanischen Odate eine vollständige Baseball-Arena mit 10 000 Zuschauerplätzen zu überdachen (Bilder 10 und 11). Die ebenfalls schalenartige Tragwirkung dieser komplexen Holzkonstruktion ermöglicht in Längsrichtung sogar eine lichte Spannweite von 178 m.

Während der Holzbau im Bereich der weitgespannten Dächer ehemalige Grenzen gesprengt hat, steckt er auf dem Gebiet des Hochhausbaus noch in der Entwicklungsphase [7]. Mit dem LifeCycle Tower (Bild 12), einem Forschungsprojekt für ein 20-geschossiges Holzhochhaus, soll die Eignung des Baustoffs Holz nun auch für diese Gebäudekategorie unter Beweis gestellt werden. Unterstützt von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft und dem Österreichischen Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie arbeiten die Architekten Hermann Kaufmann ZT GmbH, die Rhomberg Bau GmbH, die Ove Arup Group und die WIEHAG GmbH an der Realisierung der Idee. Holz-Betonverbundelemente bilden jeweils die Geschossdecken. Sie finden ihr fassadenseitiges Auflager in unverkleideten Brettschichtholz-Stützen. Die Brandlasten, durch die tragenden Holzbauteile ins Bauwerk eingebracht, lassen sich durch Sprinkleranlagen kompensieren. Gleichzeitig sind Bautechnik 90 (2013), Heft 1

45

BERICHT REPORT

E. Möller: Tendenzen im Holzbau

06_042_046_201200069_Moeller_Layout 1 18.12.12 10:28 Seite 46

E. Möller: Tendenzen im Holzbau

Bild 10 Baseball Arena, Odate, Japan; Architekten: Toyo Ito, Tragwerksplanung: Takenaka Corporation

Bild 12 Forschungsprojekt LifeCycle Tower, 20-geschossiges Holzhochhaus; Entwicklung: Hermann Kaufmann ZT GmbH, Rhomberg Bau GmbH, Ove Arup Group, WIEHAG GmbH

nächst achtgeschossiger Prototyp entsteht in diesen Tagen im österreichischen Dornbirn. An ihm wird unter anderem auch die Wirtschaftlichkeit einer solchen Bauweise untersucht.

Bild 11 Baseball Arena Odate, Detailansicht des Tragwerks, Modellbau: Studierende der TU München

die Vorteile des Holzes hinsichtlich der Resttragfähigkeit beispielsweise gegenüber dem Stahl nicht zu unterschätzen. Zur Erschließung des Gebäudes dient ein Kern in mineralischer Bauweise, der zwei Treppenhäuser sowie Feuerwehr- und Personenaufzüge bereitstellt. Ein zu-

Die Macher des Buches und der Ausstellung sehen im Bauen mit Holz großes Zukunftspotenzial: „Bautechnische Forschungen haben große Verbesserungen beim Brand- und Lärmschutz von Holzbauten bewirkt, und computergestützte Berechnungs- und Fertigungsmethoden ermöglichen völlig neue Formen der Gestaltung.

Einer der ältesten Baustoffe liefert somit entscheidende Beiträge zu einer ressourcenschonenderen Architektur, ein vertrautes Material präsentiert sich in einer neuen Vielfalt“, schreiben HERMANN K AUFMANN und WINFRIED NERDINGER in ihrer Einführung. Diese These haben sie mit dem reich bebilderten Buch „Bauen mit Holz“ (Prestel Verlag, 224 S.) und den großartigen, detailreichen Modellen der Ausstellung eindrucksvoll belegt.

Literatur [1] P ÖSCHL, W.: Potentiale und Grenzen. In: K AUFMANN, H., NERDINGER, W. (Hrsg.): Bauen mit Holz. Wege in die Zukunft. München: Prestel Verlag 2011, S. 96–97.

[2] K AUFMANN, H.; NERDINGER, W. (Hrsg.): Bauen mit Holz.

Wege in die Zukunft. München: Prestel Verlag 2011.

[3] WEGENER, G.: Der Wald und seine Bedeutung. In: K AUF MANN, H., NERDINGER, W. (Hrsg.): Bauen mit Holz. Wege in die Zukunft. München: Prestel Verlag 2011, S. 10–16.

[4] MÜLLER, C.: Ingenieurporträt Otto Hetzer. Begründer des Holzleimbaus. Deutsche Bauzeitung (2000), Heft 8, S. 105– 109.

[5] MÖLLER, E.: Zu einer entfesselten Architektur. Über Industrialisierung und Digitalisierung des Bauens. In: NERDINGER, W. (Hrsg.): Wendepunkte im Bauen: Von der seriellen zur digitalen Architektur. München: Detail 2010, S. 31–37.

46

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

[6] MÖLLER, E.: Dach der Multihalle in Mannheim. In: NERDINGER, W.: Frei Otto. Das Gesamtwerk. Leicht bauen, natürlich gestalten. Basel: Birkhäuser 2005, S. 283–290.

[7] EIMERTENBRINK, M.; F ICHTER, K.: Mehrgeschossige Bauwerke aus Holz. Eine Recherche über 6- und höhergeschossige Wohnbauten als Holzkomplettlösung. Berlin: Borderstep Institut 2007.

Autor: Prof. Dr.-Ing. Eberhard Möller Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft Fakultät für Architektur und Bauwesen Moltkestraße 30 76133 Karlsruhe eberhard.moeller@hs-karlsruhe.de

06_047_050_201320026_Natterer_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 47

KOMMENTAR

Julius Natterer

Einfach- und HightechKonstruktionen aus Holz Eine Chance für energie- und nachhaltigkeitsbewusstes Bauen Wird Holz als nachwachsender Werkstoff das Baumaterial des XXI. Jahrhunderts? In der heutigen Zeit, in der ökologische Überlegungen zunehmend an Bedeutung gewinnen, kann der Werkstoff Holz vor allem unter dem Aspekt der CO2-Emissionen und energetischer Gesichtspunkte gewichtige Trümpfe ausspielen. Zum einen benötigt die Verarbeitung im Vergleich zu anderen Baustoffen nur sehr wenig fossile Energie. Darüber hinaus kann das im Holz abgelagerte CO2 nicht nur sinnvoll „entsorgt“ sprich verbaut werden, sondern neues CO2 der Atmosphäre durch Wiederaufforstung gebunden werden.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts wurde mit ungeheurem Aufwand die Erforschung eines Materials vorangetrieben: Beton und Stahl. Als leuchtendes Beispiel wurde der Eiffelturm in Paris Symbol neuer Technik. Heute gilt unter vielen Experten das im High-Tech-Verfahren erstellte Expodach von Hannover als Wahrzeichen eines Jahrhunderts, das sich dem Holz zuwenden wird.

Die Erforschung dieses Werkstoffes muss intensiviert werden, da noch immer ein riesiges Entwicklungspotenzial vorhanden ist. Unter Planern, Architekten und Bauherren besitzt Holz ein uneingeschränkt positives Image. Dennoch wurde er in der Vergangenheit aus mangelnder Kenntnis seiner Eigenschaften zu wenig verwendet.

Mit der Einführung der neuen europäischen Normen, in die auch die neuesten Kenntnisse über Belastungen im Grenzbereich einfließen, hat die Anwendung von Holz in vielerlei Hinsicht Fortschritte gemacht. Beispielsweise hat die Definition der charakteristischen Werte bei Bruch gezeigt, dass die heute noch in verschiedenen Ländern gültigen Kriterien für die visuelle Sortierung keine optimale Abschätzung der Zuverlässigkeit des Werkstoffes erlauben. Tatsächlich können die aufgrund solcher Kriterien definierten Eigenschaften 100 % bis 200 % von den effektiven Werten abweichen. Als Folge dieser breiten Streuung werden Sicherheitsfaktoren angenommen, die weit unter den charakteristischen Werten liegen, was unvermeidlich zu einer unwirtschaftlichen Verwendung in den höheren Holzqualitäten führt. Die Einführung von zerstörungsfreien Messmethoden, wie z.B. die Anwendung von Ultraschall, erlauben es jedoch, verschiedene Werte wie Elastizität, Spannung und Bruch zuverlässig, reproduzierbar und mit einer viel höherer Genauigkeit zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, höherwertige Holzqualitäten mit besseren Eigenschaften zu definieren. Um eine wirtschaftliche Verwendung dieser Qualitäten zu gewährleisten, müssen die qualitativ hochwertigsten Hölzer in die stark beanspruchten Bereiche der Konstruktion eingebaut werden. Da die Anforderungen an Widerstand und Festigkeit von Fall zu Fall variieren, ist es möglich aus der Vielfältigkeit des Materials für jeden Verwendungszweck die wirtschaftlich und ästhetisch optimale Lösung zu finden.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

47

KOMMENTAR

DOI: 10.1002 / bate.201320026

06_047_050_201320026_Natterer_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 48

J. Natterer: Einfach- und Hightech-Konstruktionen aus Holz

1

Neue Techniken im Holzbau

Die Mehrverwendung von Holz im Bauwesen ist von der ingenieurmäßigen Weiterentwicklung des Materials Holz als tragender Baustoff abhängig, um den bescheidenen Anteil am gesamten Bauvolumen von etwa 1% vielleicht auf 2–3 % anzuheben.

Die Kriterien der Entwicklung sind dabei, bessere Evaluierung der Qualität des Bauholzes, Erhöhung der Vielfalt und bessere Behandlung der Materialvarianten, Entwicklung neuer arbeitszeitsparender Verbindungsmitteltechniken, welche einen möglichst hohen Vorfertigungsgrad erlauben.

Zudem sind einmal quantitätsbezogene Techniken für Decken, Wände, Dächer des verdichteten Siedlungs-, Schul- und Verwaltungsbaus auch im Verbund mit anderen Massivbaustoffen wie Ziegel und Beton zu sehen. Als zweites sind qualitätsbezogene High-Tech-Konstruktionen im Dach-, Hallen- und Brückenbau für die moderne Architektur wichtige Komponente, das Image des Baustoffes Holz zu verbessern und anderen Baustoffen konkurrenzfähig eine Alternative darzustellen.

Die Chancen des Ingenieurholzbaues, und die Verwendung des Holzes als tragender Baustoff, ist von Qualitätskriterien abhängig. Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Holz als Baustoff im Wettbewerb mit anderen Baustoffen ist dabei, wenn wir zu einer vermehrten Anwendung im Holzbauwesen gelangen wollen, das Wichtigste. Holz als Material für tragende Konstruktionen ist eine Initialzündung für weitere Holzverwendung im Ausbau.

2

Materialvarianten im Ingenieurholzbau

Alle Holz- und Holzwerkstoffe vom Rundholz, Kantholz, profiliertem Kantholz bis zum zusammengesetzten Verbundquerschnitt aus Brettern und Kanthölzern sowie Brettschichtholz, Furnierschichtholz, Sperrholz, als auch Furnierstreifenschichtholz, usw., insbesondere in Kombination mit anderen Materialien, sind zu entwickeln und einzusetzen, um eine Chance für Häuser, Geschossbauten, Türme, Brücken und Sonderbauwerke, insbesondere für im Natur- und Denkmalschutz zu planende Gebäude.

2.1

Konstruktionen aus Rundholz, Kantholz und Profilholz

Der Einsatz von qualitativ hochwertigem Holz darf jedoch nicht das einzige Ziel bei Holzkonstruktionen sein. Es ist ebenso notwendig, den Gebrauch von Holz unter allen Gesichtspunkten zu fördern.

So ist ganz besonders der wirtschaftliche Gesichtspunkt bei der Verwendung von Rundholz, Kantholz und Profilholz bzw. durch Verbindungsmittel zusammengesetzte Massivholzquerschnitte in Baustellennähe zu erwähnen.

2.2

Konstruktionen im mehrgeschossigen Holzbau

Mehrgeschossige Holzbauten wurden schon vor geraumer Zeit erstellt, wie ein fünfgeschossiges Gebäude in traditioneller Blockbauweise in den Schweizer Alpen beweist. Der Baustoff Holz kann, bei richtiger Konstruktion Jahrhunderte überdauern. Die Blockbauweise entspricht natürlich nicht mehr den heutigen Anforderungen hinsichtlich Schall- und Brandschutz, großflächigen Fensterfronten oder variabler Grundrissgestaltung, zeigt aber die Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen bei richtiger Ausführung.

48

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_047_050_201320026_Natterer_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 49

2.3

Konstruktionen aus Holz im Verbund mit Beton als Decken

Bei höheren Spannweiten können durch Verbundsystem hohe Wirtschaftlichkeit auch bei hohen Belastungen erreicht werden.

Holz wird dabei im Zug-, Beton im Druckbereich verwendet. So werden die verschiedenen Werkstoffe ihren Eigenschaften entsprechend optimal verwendet. Die Verbindung der beiden Komponenten erfolgt durch Kerven und nachziehbaren Schrauben. Entsprechend den verschiedenen Belastungen und ästhetischen Anforderungen können die Holzelemente aus unterschiedlichen Querschnitten wie Rundholz, Kantholz, Brettschichtholz, Furnierschichtholz etc. bestehen. So ist für Brücken der Einsatz von zweiseitig sägegestreiftem Rundholz denkbar, während für Decken Halbrundholz benutzt werden kann.

Für schwer belastete Decken werden Brettschichtholzträger flachliegend als Flachdecke eingesetzt. Für sehr hohe Belastungen kann dieses Verfahren zusammen mit Brettschichtholz als Plattenbalken verwendet werden. Im Vergleich zu gängigen Systemen ist das Eigengewicht der Struktur deutlich niedriger als im Vergleich zu Betonkonstruktionen.

2.4

Konstruktionen aus Holz im Verbund mit Glas und Glasfaser

Ein großes Entwicklungsfeld für den Ingenieurholzbau ist die Verbundtechnik für Tragwerke wie Fassaden, Wände, Träger und Dächer.

Ein weiteres High-Tech-Material ist die Verstärkung von Holz und Holzwerkstoffen mit Glasfaser- oder auch Kohlefasergewebe. Die Beispiele aus dem Boots- und Flugzeugbau sind begeisternd. Dabei sind die Verstärkungen sowohl für Verbindungsmittel als auch für Bauteile zu sehen und ergeben noch ungeahnte Möglichkeiten für den Ingenieurholzbau im Bauwesen.

2.5

Konstruktionen aus Massivholz und Glas (Haus im Haus)

Die Konzeption von Zwischentemperaturzonen mit integrierten Warmluftkollektoren mit Wärmetauscher (Luft-Wasser) und Wärmepumpen als auch zusätzlich Photovoltaikzellen im Warmluftkollektorraum ist eine ideale Möglichkeit das Wohnraumklima mit Massivholz für Decken, Wände und Dächer mit einer Energiepluseffizienz zu erreichen, eventuell auch ohne Dämmstoffe.

2.6

Konstruktionen aus Holz als statisch räumliche Tragwerke

Um dem Problem der hohen Streuung des Baustoffes Holz entgegen zu wirken, sind statisch hochgradig unbestimmte Tragsysteme mit sog. sozialem Verhalten notwendig, d.h. das Vermögen der Tragstruktur durch Lastumlagerung, welches bereits in alten Holzkonstruktionen nachzuweisen ist.

3

Schlussfolgerung

Sowohl in der Vergangenheit als auch in der Zukunft kann die Gesellschaft die ökologischen Herausforderungen nur dann bewältigen, wenn dem Wald ein wirtschaftlicher Wert zukommt, der es erlaubt, die Kosten für die nachhaltige Bewirtschaftung zu decken. Unsere Vorfahren pflanzten und schützten den Wald nicht nur aus einer altruistischen Gesinnung, sondern weil sie sich bewusst waren, dass er ihnen nicht nur Brennmaterial, sondern auch Bauholz liefert.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

49

KOMMENTAR

J. Natterer: Einfach- und Hightech-Konstruktionen aus Holz

06_047_050_201320026_Natterer_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 50

J. Natterer: Einfach- und Hightech-Konstruktionen aus Holz

Die ausgleichende Wirkung der Wälder auf klimatische Einflüsse sowie ihre Schutzfunktion müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Außerdem übt der Wald soziale, ästhetische und kulturelle Funktionen aus, die nicht monetär abgegolten werden können. Die Verwendung von Holz im Bauwesen ist deshalb die einzige Chance, die Wälder der Welt zu retten, da deren Nutzung direkt zu ihrer Erhaltung und Verjüngung beiträgt. Der ausschließliche Gebrauch von Holz zur Energieerzeugung kann diese Ziele allein nicht finanzieren.

Die zukünftigen Wälder können ihre Aufgaben zum Wohle der Menschheit und der Umwelt nicht allein dadurch erfüllen, dass sie geschützt werden, sowenig wie die Städte der Zukunft allein durch Denkmalschutz unterhalten werden können. In Zukunft wird den Wäldern wegen der Verknappung der fossilen Energien und Rohstoffe bei einer stärkeren Berücksichtigung der CO2-Bilanz eine bedeutendere Rolle als Baustoff- und Sauerstofflieferant zukommen.

Es ist deshalb zwingend erforderlich, die Forschung und Entwicklung im Gebiet Holz zu intensivieren. Parallel dazu muss die Ausbildung auf Diplom- und Nachdiplomstufe verstärkt werden, um eine zeitnahe Umsetzung der Forschungsergebnisse und -entwicklungen in der Praxis zu ermöglichen. Das Holz muss seine privilegierte Stellung, die es einst innerhalb der Gesellschaft innehatte, zurückgewinnen. Dies soll jedoch nicht in nostalgischer Weise, durch Verherrlichung der traditionellen Konstruktionen, sondern durch deren Weiterentwicklung zu innovativen Konzepten verwirklicht werden. Durch die perfekte Übereinstimmung der Form mit der Funktion und eine sorgfältige Auswahl des Baumaterials muss den Anforderungen der modernen Architektur zu konkurrenzfähigen Bedingungen entsprochen werden.

Die Wahl von Holz ist nicht nur ein Beweis für Qualitätsarchitektur, sondern stellt einen konstruktiven Beitrag für die Erhaltung der Umwelt dar.

Prof. hon. Julius Natterer Bois Consult Natterer SA, CH-1163 Etoy Tel.: +41 21 808 76 09 – Fax: +41 21 808 78 30 bcn.sa@bluewin.ch www.nattererbcn.com

50

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 51

Theodoros Triantafyllidis*, Carlos Eduardo Grandas-Tavera

AUFSATZ

Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung Für vereinfachte Stabilitätsbetrachtungen von Böschungen bei Erdbebenbelastungen werden pseudo-statische Verfahren benutzt. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, wie man mit einfachen Mitteln der nicht-linearen Wellenausbreitung einen auf physikalischer Grundlage ermittelten pseudostatischen Koeffizienten zur Standsicherheitsbetrachtung von Böschungen herleiten kann. Für einige Erdbauwerke oder Böschungen führen die erhöhten Anforderungen durch die Berücksichtigung einer seismischen Belastung für 2 500-jährige Wiederkehrperioden und die Verwendung von vereinfachten pseudo-statischen Verfahren zu Sicherheitsfaktoren kleiner eins. Anhand eines Beispiels einer Restseeböschung wurde das Verfahren zur Ermittlung eines pseudo-statischen Koeffizienten erläutert und mit der Berechnung der permanenten Verformungen gezeigt, dass auch Gleichgewichtszustände für den Sicherheitsfaktor kleiner eins existieren und die Bemessung in solchen Fällen sich eher auf die Zulässigkeit dieser Verformungen im Hinblick auf die Nutzungsbeeinträchtigung und Vulnerabilität (Sekundärgefährdung) des Hinterlandes konzentrieren sollte.

Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation For the simplified stability analysis of slopes under seismic loading pseudo-static methods are used in some cases. In the limit equilibrium analysis the inertial force is considered to be static by the use of seismic coefficients, which relate the horizontal mass acceleration to the earth acceleration. In this paper such coefficients are derived on the physical basis of non-linear wave propagation within the slope. Recent design requirements of earth structures or slopes for seismic events within recurrence period of 2 500 years lead for some projects by the employment of the simplified pseudo-static methods to overall factors of safety less than one. For the example of a slope within a brown coal open cut mining and filling area the derivation of the seismic coefficient is demonstrated and with FEM calculations for the non-linear dynamic case it is shown that states of equilibrium exist below the global factor of safety equal one. The design therefore has to take into account in such cases the acceptance criteria for deformations based on the serviceability and vulnerability of the nearby infrastructure affected by the permanent deformations of the slope.

Keywords Wellenausbreitung, nichtlineare; Böschungsstabilität; Koeffizient, seismischer

Keywords non-linear wave propagation; slope stability analysis; seismic coefficient

1

hervorgerufenen Porenwasserüberdruckes in einer weichen Schicht der Böschung mithilfe des Lamellenverfahrens ermittelt. Dabei hat man festgestellt, dass der seismische Koeffizient für die pseudostatische Betrachtung abhängig vom generierten Porenwasserüberdruck ist, sodass dessen Ermittlung nur iterativ erfolgen kann. Die Berechnung der Böschungsstabilität für den 3D-Fall mithilfe des pseudo-statischen Koeffizienten findet man in [9]. Dort werden steile Böschungen behandelt, wobei die 3DBruchmuscheln als logarithmische Spiralen dargestellt werden, die durch den Fußpunkt der Böschung durchgehen.

Einleitung

Bei der Standsicherheitsbetrachtung von Böschungen für den Erdbebenfall wird sehr oft die dynamische Belastung mit der vereinfachten Methode durch eine statische Ersatzbelastung ersetzt, wobei die Böschung im Grenzzustand als ein abrutschender Block betrachtet wird. Die Methode, seismische Ereignisse mit einem abrutschenden Block auf einer starren Unterlage als quasi-statisch zu betrachten, wird in der Literatur auch als Newmark’s Methode oder Blockgleitmethode bezeichnet [3]. Diese Methode mit diversen Erweiterungen wurde von HYNESGRIFFIN und F RANKLIN [1] wie auch von anderen [4 bis 7] adaptiert, um die bei Böschungen oder Dämmen infolge Erdbeben induzierten Bewegungen zu berechnen bzw.

Aussagen zur Standsicherheit unter Erdbebeneinfluss zu treffen. Speziell in [7] wird die Stabilität einer Böschung mit Berücksichtigung des durch die Erdbebenbelastung *) Corresponding author: Theodoros.Triantafyllidis@kit.edu Submitted for review: 23 August 2012 Revised: 29 October 2012 Accepted for publication: 01 November 2012

Eine wesentliche Voraussetzung der Böschungsstabilitätsuntersuchung mit Gleitkreisen ist das Nichtauftreten von Verflüssigungseffekten der Materialien, mit denen die Böschungen hergestellt wurden. Die Erdbebenlasten werden als stationär wirkend behandelt. Da allerdings die Erdbebenkräfte aufgrund ihrer kurzzeitigen Wirkung rasche Porenwasserüberdrücke (wie auch stabilisierend wirkende Unterdrücke) erzeugen, ist es sinnvoll, auch diese zu berücksichtigen. Die Modellierung der Böschung mit vertikalen Lamellen ist zweckdienlich sowohl für die Ermitt-

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

51

AUFSATZ ARTICLE

DOI: 10.1002 / bate.201200050

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 52

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung

lung der Beschleunigungskräfte aus einer seismischen S-Welle, die sich vertikal nach oben fortpflanzt, als auch für die Anwendung des bewährten Verfahrens zur Berechnung der Standsicherheit von Böschungen mit totalen Spannungen nach BISHOP, welches für den undrainierten Zustand direkt nach der Erdbebenwirkung physikalisch begründet ist.

den Bodendeformationen abhängig ist und diese a priori nicht bekannt sind. Bei dynamischen nicht-linearen Berechnungen mit der FEM erfolgt der Nachweis durch die Ermittlung der Deformationen. In diesem Fall sind erdbebeninduzierte Deformationen hinsichtlich ihrer Zulässigkeit zu beurteilen.

Da bei den Erdbebenlasten vertikal und horizontal unterschiedliche Beschleunigungsrichtungen αν, αh auftreten, wird die Bodenmasse mit der jeweiligen Beschleunigung multipliziert, um die Zusatzkräfte in vertikaler Richtung, sowohl in Richtung der Gravitation als auch entgegengesetzt, zu ermitteln. Zur Berücksichtigung der Wirkung des Grundwassers (GW) inklusive einer möglichen Neigung des GW-Spiegels könnte man das Verfahren von DENG [7] anwenden. Die Aufteilung der totalen in effektive Spannungen des Korngerüsts und in den Porenwasserüberdruck erfolgt nach dem Prinzip der effektiven Spannungen von TERZAGHI. Der anzusetzende Porenwasserdruck hängt von mehreren Faktoren ab, wobei die wichtigsten der Sättigungsgrad des Bodens, die zeitliche Dauer der Erdbebeneinwirkung und die Wasserdurchlässigkeit des Bodens in der Umgebung der Gleitfläche sind.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird von GOLDSCHEIDER u. a. [8, 10] für die praktische Anwendung das Verfahren mit den totalen Gewichten empfohlen.

2

In der DIN 1054 wird der Lastfall Erdbeben nicht mit dem Partialsicherheitskonzept (z. B. über Abminderung der Scherparameter) behandelt und es wird auf die DIN EN 1990 verwiesen. Allerdings ist bei der Erläuterung der Bemessungssituationen in der DIN 1054 erklärt, dass es nach dem Eintreten der BS-E nicht ausgeschlossen werden kann, dass das Bauwerk nicht mehr den Anforderungen der Gebrauchstauglichkeit genügt. Im Eurocode DIN EN 1998-5 werden zur Auslegung von Bauwerken gegen eine Erdbebenbelastung sowohl dynamische Berechnungsverfahren als auch die sog. vereinfachten pseudostatischen zugelassen. Für viele Ingenieur-Erdbauwerke werden Bemessungen für ein seismisches Ereignis mit einer Wiederkehrperiode von 2 475 Jahren verlangt, sodass sich die Erdbebenbelastung verglichen mit derjenigen einer Wiederkehrperiode von üblicherweise 475 Jahren erhöht.Im Bericht von GRÜNTHAL u.a. [13] werden hinsichtlich der Gefährdungsabschätzung für das gesamte Bundesgebiet die spektralen Antwortbeschleunigungen und die Spitzenbodenbeschleunigungen (PGA, peak ground acceleration, s. auch homepage des GFZ Potsdam) für verschiedene jährliche Überschreitungswahrscheinlichkeiten angegeben. In verschiedenen Bundesländern sind einige Arbeitshilfen oder Merkblätter zum Nachweis der Erdbebensicherheit in Bearbeitung [12], wobei dort auch die vereinfachte Modellierung der dynamischen Erdbebenanregung durch statische Ersatzkräfte zugelassen ist. Falls der konventionelle Standsicherheitsnachweis nicht gelingt, sollen die Gleitverschiebungen berechnet werden, wobei die maximalen Deformationen auch zu bewerten sind. Hierbei liegt das grundlegende Problem darin, dass die dynamische Belastung selbst von 52

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Anwendung der Blockgleitmethode nach NEWMARK für den seismischen Fall

Mit der Einführung eines sog. seismischen oder pseudostatischen Koeffizienten wird die Betrachtung der Standsicherheit von Böschungen für den dynamischen Lastfall der Erdbebeneinwirkung in ein quasi-statisches System überführt. Diese sog. Methode des seismischen Koeffizienten [1] wird benutzt, um die Standsicherheit einer Böschung mit bekannten Softwareprogrammen der Erdstatik für den seismischen Fall zu berechnen. Bei diesen, auf statischer Basis entwickelten Programmen, werden entweder zusammengesetzte Starrkörpermechanismen oder Lamellen (Bild 1) des Bruchkörpers betrachtet und jedem Körper bzw. jeder Lamelle wird eine in der Regel horizontale statische Ersatzkraft für die Erdbebeneinwirkung kW zugewiesen, wobei W das Gewicht des Körpers und k der auf die Erdbeschleunigung g bezogene, sog. seismische Koeffizient ist.

In der Bemessungspraxis wird üblicherweise der von [1] ermittelte Wert des auf die maximale Erdbebenbeschleunigung bezogenen Koeffizienten N/ABedrock von 0,5 verwendet. Der vertikale Anteil der Beschleunigung wird für den Ansatz der Kräfte in der Lamelle (s. Bild 1) als untergeordnet eingestuft. Dabei wird der potenziell abgleitende Körper der Böschung als starr angesehen (Bild 2). Dieser starre Körper gleitet entlang der Basis eines angenommenen Bruchkörpers bzw. Scherfuge. Die eingeleitete dynamische Energie wird als Reibung zwischen Block und Unterlage größtenteils dissipiert und ein ggf. vorhandener Überschuss wird benutzt, um die Lage des Blocks zu verändern. Der Block verschiebt sich dabei entlang der Gleitfuge um einen bestimmten Betrag. Die Beschleunigung des Blocks ist dabei verschieden von der maximalen Beschleunigung der Unterlage.

Eine potenziell rutschende Masse im Bild 2a) befindet sich im Grenzgleichgewicht. Die Ursache für dieses Rutschen ist die Beschleunigung Ng des Blocks, wobei N eine

Lamelle

Ei

W

kW Ei+1

C Q ϕ

Bild 1

Standsicherheitsbetrachtung an einer Lamelle eines Böschungskörpers für den seismischen Fall Seismic slope stability analysis on a slice of the sliding body

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 53

1000

o

ob

S

M

W

S

θ

β P

NW W

θ NW

a) Potenzieller Brüchkörper

Kraft

NW β

M

Verschiebung

d) Kraft-Verschiebungs-Relation

Geschwindigkeit

σ

itt el

w er

10

NuW

t

Bild 3

0.01

0.1

0.17

1 N/ABasis

Stochastische Verteilung der horizontalen Bewegungen von Dämmen über das dimensionslose Beschleunigungsverhältnis N/ABasis nach [1] Stochastic distribution of the horizontal movement of dams vs. the factor N/ABasis adapted from [1]

Relative Verschiebung während eines Zyklus

Ng Geschwindigkeit der Unterlage

Zeit

1 Geschwindigkeit der rutschenden Masse

e) Berechnung der Verschiebung

Bild 2

ze

abwärts

aufwärts

c) Modell des abrutschenden Blocks

t+

re n

100

NdW

S

itt el

w er

b) Kräftegleichgewicht im Grenzzustand

W

P

Verschiebung u (cm)

P

er eG

Abrutschen eines starren Blocks entlang einer Gleitfläche nach [1] Sliding of a rigid body along an inclined plane adapted from [1]

Fraktion der Erdbeschleunigung g = 9.81 m/s2 ist. Die kritische Beschleunigung Ng des Blockes (oder der Böschung) ist definiert als diejenige Beschleunigung, bei der sich die Sicherheit gegen Rutschen auf Eins reduziert (d. h. bei der das Rutschen unmittelbar bevorsteht) ist. Ist die Beschleunigung ABasisg an der Basis größer als Ng, so wird die Masse der Böschung entlang der Gleitfläche rutschen. Der Effekt der kritischen Beschleunigung wird als eine Trägheitskraft NW (wobei W das Gewicht der rutschende Masse ist), die auf die rutschende Masse nach rechts unter den Winkel θ wirkt, abgebildet (Bild 2b)).

Das Krafteck wird mit den resultierenden Normal-(P) und Tangential- (oder Scher-) S-Kräften an der Gleitfläche geschlossen. Der Winkel β beschreibt die Neigung der resultierenden Scherkraft an der Gleitfläche. Dasselbe Krafteck entspricht der Situation eines gleitenden Blocks entlang einer Ebene mit der Neigung β (Bild 2c)). Während eines Erdbebens ändern sich die Richtung und die Magnitude der Beschleunigung an der Basis Abasis(t)g mit der Zeit t. Solange die momentane Beschleunigung an der Basis kleiner als Ng bleibt, findet zwischen der potenziell rutschenden Masse und der Basis an der Gleitfläche keine relative Bewegung statt. Für eine momentane Beschleunigung an der Basis, die eine Trägheit im Block grö-

ßer als NdW (downhill) bzw. NuW (uphill) erzeugt, findet zwischen Block und Basis eine relative bleibende Verschiebung statt (Bild 2d)). Diese Verschiebung summiert sich während der Zeit, in der die Beschleunigung an der Basis Abasis(t)g größer als Ng ist (d. h. wenn die relative Beschleunigung zwischen Basis und Block größer als Null ist) d. h. so lange ü(t) = ABasis(t)g – Ng > 0 gilt. Durch die zweifache Integration der relativen Beschleunigung ü(t) über die Zeit t (blaue Fläche im Bild 2e)) kann man die bleibende Verschiebung des Blocks ermitteln.

Aus den Beobachtungen in einem Starkbebengebiet der USA haben die Autoren in [1] aus sechs synthetischen Beschleunigungssignalen statistisch auf der Basis von 348 horizontalen Böschungsbewegungen an Dämmen ein Diagramm der permanenten Bewegung über das Verhältnis N/ABasis aufgestellt (Bild 3), wobei mit ABasis die maximale Beschleunigung an der Gleitfuge über die Zeit bezeichnet wird. In diesem Bild 3 ist der Verlauf des Mittelwertes, incl. der einfachen Standardabweichung sowie der Einhüllenden der maximalen Bewegungen (als obere Grenze), im logarithmischen Maßstab über das dimensionslose Verhältnis N/ABasis aufgetragen. Legt man als Grenze eine horizontale Bewegung des Blockes von 1 m fest, so liest man aus dem Diagramm (Bild 3) den Wert des seismischen Faktors N/ABasis von 0,17. Aus diesem Diagramm ist zu erkennen, dass bei geringen Unterschieden zwischen den beiden Beschleunigungen an der Basis und am Block, d. h. bei N/ABasis < 1, die resultierende Bewegung des Blockes klein bleibt, aber bei größeren Unterschieden zwischen den beiden Beschleunigungen, d. h N/ABasis << 1 die bleibenden Verformungen in der Gleitfuge wachsen.

Aus einer bestimmten Böschungsgeometrie und 27 Starkbebebensignalen wurde von den Autoren [1] zwischen Bautechnik 90 (2013), Heft 1

53

AUFSATZ ARTICLE

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 54

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung

Unterlage und Dammkörper ein mittlerer Vergrößerungsfaktor (Amplifikationsfaktor) von 3,0 ausgerechnet. Solche Faktoren errechnet man auch aus einer äquivalent-linearen Wellenanalyse, bei der üblicherweise eine Abnahme des Schubmoduls und eine Zunahme der Dämpfung mit der Dehnung angesetzt werden. Aus der Kombination beider Betrachtungen (starrer Block und Amplifikation des Signals an der Basis) kann sich bei der Vorgabe einer erträglichen bleibenden Bewegung der Böschungsmasse, z. B. von 1 m, ein pseudo-statischer Koeffizient zwischen Beschleunigung der Böschungsmasse und der maximalen Beschleunigung am Grundgebirge (bedrock) ergeben: N ABasis

·

ABasis ABedrock

N ABedrock

0,17 u 3,0 | 0,50

(1)

Dieser Wert wird z. Z. in den meisten Anwendungen als pseudo-statischer Koeffizient für die Berücksichtigung seismischer Einwirkungen in Böschungen, als statische Ersatzkräfte durch Multiplikation der Masse des möglichen abrutschenden Blockes manchmal mit der “bedrock acceleration’’ (Erdbebenbeschleunigung am Grundgebirge) angesetzt. Diese Vorgehensweise ist allerdings sehr konservativ. Der Grund liegt zum einen in der Vereinfachung der Betrachtungsweise und zum anderen an der linearen Wellenausbreitung im Böschungskörper, obwohl man davon ausgeht, dass die Erdbebenbelastung so groß ist, dass ein anelastisches Verhalten der Böschung vorliegt [2]. Wenn also die Beschleunigungen groß genug sind, um ein tiefliegendes Versagen zu erzeugen, dann ist die Ausbreitung dieser großen Scherbeschleunigungen in höher liegende Bereiche nicht möglich. Die kritische Beschleunigung an der Scherfläche aber definiert die Beschleunigungsamplitude, welche sich noch im Bruchkörper ausbreiten kann. In der sog.

Grenzgleichgewichtsbetrachtung für den Fall der dynamischen Böschungsstabilität bedeutet ein ermittelter Sicherheitsfaktor < 1, anders als im statischen Fall, keineswegs automatisch ein Versagen der Böschung. Es kann auch Gleichgewichtszustände unterhalb des Sicherheitsfaktors von 1 geben, allerdings zu Lasten von Verformungen. Diese Verformungen im böschungsnahen Bereich müssen so klein gewählt werden, dass die Anforderungen der späteren Nutzung dieses Bereiches erfüllt werden bzw. keine signifikante sekundäre Gefährdung mit sich bringen.

Eine realistische Betrachtung des nicht-linearen Bodenverhaltens und speziell der Wellenausbreitung kann zu anderen Überhöhungsfunktionen führen als die des äquivalent-linearen Modells. Als eine Möglichkeit wird hier die Wellenausbreitung in einem hypoplastischen Material gesehen, wenn die entsprechenden Parameter dieses Modells durch Sondierungen und Laborversuche am Böschungsmaterial bestimmt worden sind. Mit solchen nicht-linearen Modellen lassen sich realistische pseudostatische Koeffizienten für die pseudostatische Analyse der Standsicherheit von Böschungen für den seismischen Belastungsfall ermitteln.

54

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

3

Ansatz zur Berücksichtigung von pseudo-statischen Kräften in Böschungen

Bei der Wirkung von Erdbeben kurzer Dauer auf eine Böschung ist mit undrainierten Verhältnissen zu rechnen, sodass sowohl ein Porenwasserdruckaufbau und eine Reduktion der Scherfestigkeit in der Gleitfuge auftreten können, aber auch gleichzeitig die zusätzlichen Trägheitskräfte infolge der induzierten Beschleunigung der Erdmasse zu berücksichtigen sind. Die zeitveränderliche Trägheitskraft wird durch eine pseudo-statische horizontale seismische Kraft Fx ersetzt. Diese Ersatzkraft wird am Schwerpunkt der abrutschenden Erdmasse und horizontal auf der Seite des Böschungsgefälles angesetzt.

Die pseudo-statische Kraft Fx = χmax max kann als eine Fraktion χ der Masse des Bruchkörpers m der Böschung und der maximalen Beschleunigung im Untergrund ax max berechnet werden, wobei mit χ der pseudo-statische Koeffizient bezeichnet wird (im Gegensatz zum seismischen Koeffizienten k, der die horizontale Beschleunigung des Bruchkörpers als einen Anteil von der Erdbeschleunigung g darstellt, d. h Fχ = k m g). Die vertikale Komponente der pseudo-statischen Kraft F y wirkt gleichzeitig aber im Allgemeinen mit einem anderen Beschleunigungsbeiwert. Sie hat nach KRAMER [14] kaum Einfluss auf die Berechnung der Standsicherheit und wird üblicherweise (aber nicht immer) vernachlässigt.

Der Koeffizient χ wird üblicherweise für beide Richtungen gleich gesetzt. Die bisherige Wahl dieses Koeffizienten basiert auf empirischen Empfehlungen. Unter anderen kann man in [14] für den seismischen Koeffizienten die Empfehlungen von TERZAGHI (k = 0,1 für ‚starke‘, k = 0,2 für ‚gewaltige oder zerstörerische‘ und k = 0,5 für ‚katastrophale‘ Erdbeben), von SEED (k = 0,1 bis 0.2), von U.S. Army Corps of Engineers (k = 0.05 bis 0.2) und von HYNES-GRIFFIN und F RANKLIN (k = 0,5) [1] finden.

In diesem Bericht wird eine Methode vorgeschlagen, um den pseudo-statischen Koeffizienten χ etwas fundierter und unabhängig vom Sicherheitsniveau der Böschung zu bestimmen.

4

Bestimmung des pseudo-statischen Koeffizienten χ

4.1

1D-Analyse

Betrachtet wird als Beispiel eine Böschungsrutschung infolge Erdbeben mit der maximalen Amplitude a1max im Grundgebirge (Bild 4). Die Festlegung des maßgebenden Gleitkreises kommt aus der statischen Stabilitätsuntersuchung. Zur Vereinfachung des Systems wird die Böschung bis zum Grundgebirge in n vertikalen Lamellen gleicher Breite b unterteilt, die nicht in gegenseitiger Wechselwirkung stehen (s. Bild 4). Jede Lamelle wird als eine eindimensionale Bodensäule betrachtet, in der eine Wellenausbreitung in vertikaler Richtung stattfindet.

Betrachtet wird die Impulsbilanz in der x1-Richtung für die Lamelle k (s.Bild 4b). Für jeden Punkt x2 mit 0 ≤ x2 ≤ L und für jede Zeit t im Bereich 0 ≤ t ≤ tf, gilt:

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 55

GWS

b

Gleitfläche

T22

V Gleitfläche

Mat 2

L-h W k

1 2

Mat 1

L

n

T11 k

h

Gleitfläche

T11 T12(t) T22(t) b

x2 x1

T11

a1max

a1(t)

T11 a1(t)

t

t

a) Bild 4

b)

a) Ebene BÜschung unter Erdbebenbelastung aufgeteilt in n vertikale Lamellen, b) 1D seismische Anregung der Lamelle k mit der Breite b und die HÜhe h bis zur Gleitfläche, c) Gleichgewichtbetrachtung der Lamelle k oberhalb der Gleitfläche a) 2D slope under seismic loading subdivided into n vertical slices, b) 1D seismic propagation along the slice number k of width b and height h up to the slip surface, c) equilibrium on the k-slice above the slip surface

w T13(x2,t) w T11(x2,t) w T (x ,t) 12 2 w x1 w x2 w x3

U a1(x2,t)

(2)

mit den Randbedingungen: u2(0,t) = 0, u1(0,t) = f(aË&#x2DC;1(t)) T22(L,t) = TË&#x2DC;22, T12(L,t) = 0

V

L

Âł h

w T12(X2,t) dV w x2 w T12(x2,t) Adx2 w x2

Âł U a1(x2,t) dV

und (3)

â&#x20AC;&#x201C;

oder

V

(4)

L

Âł U a1(x2,t)Adx2

wobei A(= b ¡ 1) die Querschnittsfläche der Säule ist. Dividiert man beide Seiten der Gl. (4) durch die HĂśhe L â&#x20AC;&#x201C; h der Säule, die oberhalb der Gleitfläche liegt, folgt: L

w T12(x2,t) 1 dx2 U(L â&#x20AC;&#x201C; h) w x2

Âł

(6)

wobei T12(L,t) = 0 die Randbedingung (3) der Spannungsfreiheit an der Oberfläche der BĂśschung darstellt. Da Gl. (6) fĂźr die Lamelle k gilt, man kann Gl. (6) als a1m(t) = a1km(t) = â&#x20AC;&#x201C;

1 T k (h ,t) U(Lk â&#x20AC;&#x201C; hk ) 12 k

(7)

schreiben. Multipliziert man Gl. (7) mit der Masse mk der Lamelle k oberhalb der Gleitfuge, so bekommt man die Trägheitskraft F 1k(t) fßr die Lamelle k ßber die Zeit (t) (8)

Man kann nun die Trägheitskräfte von allen Lammellen aufsummieren, um die gesamte Trägheitskraft des rutschenden BÜschungskÜrpers F1(t) zu bestimmen, wobei: n

F1(t) =

h

ÂŚ F1k(t)

(9)

k 1

L

Âł

1 T (h,t) U(L â&#x20AC;&#x201C; h) 12

F1k(t) = mk a1m(t)

h

1 a (x ,t) dx2 Lâ&#x20AC;&#x201C;h 1 2

L â&#x20AC;&#x201C; h oberhalb der Gleitfläche interpretiert werden kann.

Nach der Integration von Gl. (5) erhält man § ¡ 0

1 ¨ a1m(t) = T12(L,t) â&#x20AC;&#x201C; T12(h,t)¸ ¸ U(L â&#x20AC;&#x201C; h) ¨ Š š

wobei Tij (mit i, j = 1,3) die Komponenten des gesamten Spannungstensors (Zug positiv), Ď die Dichte des Materials, a1(x2, t) die horizontale Beschleunigung und u1, u2 die horizontale bzw. die vertikale Verschiebung ist. Das Symbol Ë&#x2DC; bedeutet, dass die GrĂśĂ&#x;e vorgegeben bzw. bekannt ist. Die Gl. (2) kann auch als Integralform Ăźber das Volumen V der Säule, die oberhalb der Gleitfläche liegt, ausgedrĂźckt werden:

Âł

c)

a1m(t)

(5)

h

Hierdurch bekommt man einen Ausdruck, der als Mittelwert der Beschleunigung a1m(t) ßber die HÜhe der Säule

Dividiert man den maximalen Wert der gesamten horizontalen Trägheitskraft (auf der Seite des BĂśschungsgefälles) durch die gesamte Masse des rutschenden BĂśschungskĂśrpers m, so bekommt man den pseudo-statischen Koeffizient Ď&#x2021; als Bautechnik 90 (2013), Heft 1

55

AUFSATZ ARTICLE

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 56

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von BĂśschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung

C

B

C

B S

x2 x1

V A

Îą

n(x)

A t(x,t)

a1(t) t Bild 5

F

Wellenausbreitung in einer BÜschung (links) und der daraus resultierende Spannungsvektor t auf die Fläche S (rechts) Wave propagation in a slope (left) and the resulting stress vector t on the surface S (right)

max(F1(t)) ma1 max

(10)

Zur Vereinfachung der Berechnung in der Lamelle wird hier angenommen, dass die vorhandene effektive Anfangsspannung eine geostatische Verteilung aufweist (s. Bild 4b). Die vertikale Komponente der effektiven Spannung T 22 â&#x20AC;˛ = â&#x20AC;&#x201C;(L â&#x20AC;&#x201C; x2)Îł â&#x20AC;˛, mit Îł = g ¡ Ď = 18.5 kN/m3 nimmt linear mit der Tiefe L â&#x20AC;&#x201C; x2 zu. Die horizontalen Komponenten der Spannung T 11 â&#x20AC;˛ = T 33 â&#x20AC;˛ = K0T 22 â&#x20AC;˛ , mit dem Erdruhedruckbeiwert K0 = 1 â&#x20AC;&#x201C; sinĎ&#x2022;c (wobei Ď&#x2022;c der kritische Reibungswinkel des Bodens ist), sind proportional zu der vertikalen effektiven Spannungskomponente. Alle Schubkomponenten des Spannungstensors werden zu Null gesetzt, obwohl durch die BĂśschungsneigung die Hauptspannungsrichtungen vom geostatischen Zustand abweichen. AuĂ&#x;erdem ist die Verteilung des Anfangsporenwasserdruckes hydrostatisch, pw = (L â&#x20AC;&#x201C; x2)Îłw, und die Anfangsporenzahl wird konstant Ăźber die Tiefe angenommen. Der Boden in der BĂśschung wird als vollgesättigt angenommen. Um den Einfluss des Materialverhaltens auf den pseudo-statischen Koeffizienten zu analysieren, kann dem Boden sowohl ein hypoplastisches als auch ein elastisches Stoffgesetz zugewiesen werden.

4.2

2D-dynamische Berechnung mit der FEM

Betrachtet wird die rutschende Erdmasse m der BĂśschung ABC (Bild 5). Ein ebener Verformungszustand wird auf der sicheren Seite liegend senkrecht zur Zeichenebene zugrunde gelegt (x3-Ebene). Es wird angenomâ&#x20AC;&#x201C; men, dass die Ebene AB der Gleitfläche entspricht, die um den Winkel Îą zur Horizontalen geneigt ist.

Die Impulsbilanz fĂźr den KĂśrper ABC im dynamischen Fall wird geschrieben als Tij,j + fi â&#x20AC;&#x201C; Ď ai = 0

(11)

räumliche Ableitung einer GrĂśĂ&#x;e z. B. â&#x2C6;&#x201A; Tij/â&#x2C6;&#x201A; xj wird mit Tij,j geschrieben. Die Gleichung (11) kann Ăźber das Volumen V des abrutschenden BĂśschungskĂśrpers integriert werden.

Âł Tij,jdV Âł fidV â&#x20AC;&#x201C; Âł U aidV

V

56

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

(12)

0

V

Mithilfe des Theorems von CAUCHY ti = Tijnj

t=T¡n

oder

(13)

und des Divergenzsatzes von GAUSS

Âł

nidS =

S

Âł

,i dV

(14)

V

kann man die Gleichung (12) wie folgt umschreiben

Âł TijnjdS Âł fidV â&#x20AC;&#x201C; Âł U aidV

0

Âł tidS Âł fidV â&#x20AC;&#x201C; Âł U aidV

0

S

V

S

V

V

oder (15)

V

In der Gleichung (15) ist t der Spannungsvektor, der Ăźber den Einheitsvektor n dem Spannungstensor T zugeordnet ist. Der Vektor n steht senkrecht zu der Fläche dS und zeigt nach auĂ&#x;en. Die Fläche S entspricht der Gleitfläche.

Man kann das Gleichgewicht fĂźr die Richtung x1 und x2 mit der Gleichung (15) schreiben

Âł T11n1dS Âł T12n2dS Âł T13n3dS S

S

Âł f1dV â&#x20AC;&#x201C; Âł U a1dV

V

S

0

(16)

V

Âł T21n1dS Âł T22n2dS Âł T23n3 dS S

wobei Tij (mit i,j = 1, 2, 3) die Komponenten des totalen Spannungstensors T(x,t), fi = Ď gi die Volumenkraft, Ď die Dichte und ai(x,t) die Beschleunigung sind. Die Erdanziehungsbeschleunigung ist als Vektor g = {0, â&#x20AC;&#x201C; 10,0} m/s2 angegeben. Die Spannung T(X, t) und die Beschleunigung ai(x, t) sind beide Funktion des Ortes x und der Zeit t. Die

V

S

Âł f2dV â&#x20AC;&#x201C; Âł U a2dV

V

S

0

(17)

V

Da eine ebene Verformung vorausgesetzt wird, bleibt der Vektor n auf der x1 â&#x20AC;&#x201C; x2-Ebene, d. h. n3 = 0. Alle Integrale, die n3 enthalten, sind gleich Null zu setzen. Da auĂ&#x;er den Massenkräften nur das Gewicht in vertikaler Richtung als

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 57

x2

GWS

150m 328m

718m

x1

x2

177m

10m x1

K'

E'

Mat 2

Mat 2

K

800m 618m

GWS

E

428m

Mat 1

Mat 1 a1(t)

a1(t) t

Bild 6

t

Wellenausbreitung in einer BĂśschung mit dem Grundwasserspiegel an der Geländeoberkante und einem tief liegenden Gleitkreis (K â&#x20AC;&#x201C; K â&#x20AC;˛, links) und an einem oberflächennahen Gleitkreis (E â&#x20AC;&#x201C; E â&#x20AC;˛, rechts) Wave propagation on a slope with the water table equal to the ground and a deep located slip surface (K â&#x20AC;&#x201C; K â&#x20AC;˛, left) and an slip surface close to the sloping face (E â&#x20AC;&#x201C; E â&#x20AC;˛, right)

verbleibende Volumenkraft wirkt, ist das Integral Ăźber die Volumenkraft f1 auch gleich Null. Aus der Symmetrie des Spannungstensors folgt: T12 = T21. In Gl. (16) ist der Term

FM

â&#x2C6;ŤĎ a1dV die Trägheitskraft F1(t), die auf den rutschenden

a

V

BĂśschungskĂśrper zu jeder Zeit t wirkt.

Âł T11n1dS Âł T12n2dS Âł U a1dV S

S

F1(t)

(19)

wobei mit Tâ&#x20AC;˛ die effektiven Spannungen und mit T die totalen Spannungen bezeichnet werden. Die Entwicklung des Porenwasserdruckes pw (Druck positiv) wird mit

^

T

^

L

E:D §

(22)

Tc ^ , T* trTc

^

T â&#x20AC;&#x201C;

1 1 3

und

T*

T* ||T*||

(23)

Die Symbole 1 und | bezeichnen den zweistufigen bzw. den vierstufigen Einheitstensor. Als Materialparameter fĂźr das hypoelastische Stoffgesetz dienen der Schwellbeiwert Îş und der kritische Reibungswinkel des Materials Ď&#x2022;c.

Der Koeffizient Ď&#x2021; wird genauso wie nach Gl. (10) ermittelt, wobei ein Beispiel hierfĂźr im nächsten Abschnitt präsentiert wird.

5

q

2 sin M c

= â&#x20AC;&#x201C;3 6 det T*

(20)

berechnet, wobei Kw â&#x2030;&#x2C6; 2.0 GPa der Kompressionsmodul des Wassers ist. Die Stoffgesetze werden in effektiven Spannungen ausgedrĂźckt und die Spannungs-DehnungsBeziehung wird hier sowohl hypoplastisch als auch hypoelastisch wie auch rein elastisch betrachtet, um den Einfluss des Materialverhaltens auf die Ergebnisse der FEM zu zeigen. In diesem hypoelastischen Materialmodell ist die Steifigkeit als eine Funktion der effektiven Spannungen beschrieben. Die entsprechende Formulierung lautet: Tc

2

^

3 ||T*||, cos(3T )

, tan <

mit den dimensionslosen Spannungen

Fßr die Simulation eines Erdbebens und der daraus resultierenden Porenwasserdrßcke wird von einem voll gesättigtem Material und undränierten Bedingungen ausgegangen. Nach dem Prinzip der effektiven Spannungen gilt:

p¡w = â&#x20AC;&#x201C;KwtrD

3 (3 â&#x20AC;&#x201C; sin M c )

(18)

V

Tâ&#x20AC;˛ = T + pw1

2 â&#x20AC;&#x201C; tan 2 < 18 1

â&#x20AC;&#x201C; tan <, 2 tan < 2 + 2 tan < cos 3T 2 2

mit

E

2 ¡ ª FM º ^^ a   I TT ¸ ¨ a Ÿ ¸ Š š

â&#x20AC;&#x201C;trTc ^ L 3N

und

(21)

2¨

wobei Îş der Schwellbeiwert im Ă&#x2013;dometerversuch bei einer doppeltlogarithmischen Auftragung der Porenzahl Ăźber die isotrope Spannung ist (nach BUTTERFIELD [16]) Ë&#x2020; die hypoelastische Steifigkeit ist [15]. Die skalaren und L GrĂśĂ&#x;en FM und a sind wie folgt definiert [15]:

Ergebnisse am Beispiel einer RestseebĂśschung

Als Anwendungsbeispiel fĂźr das erläuterte Verfahren wird eine RestseebĂśschung eines Tagebaus zugrunde gelegt. Solche Restseen entstehen beim Tagebau nach der Braunkohlegewinnung und WiederverfĂźllung. Diese Wahl wurde getroffen, da verschiedene Betriebszustände (Aushub ohne GW, gefĂźllter See) und auch unterschiedliche Entstehungsgeschichten der BĂśschungen untersucht werden kĂśnnen (nicht abgebaute Bodenformationen mit geostatischem Spannungszustand, KippenfĂźllung mit SchĂźtten des Materials). Aus den statischen Untersuchungen fĂźr das zugrunde gelegte Profil der BĂśschung ergeben sich die maĂ&#x;gebenden Gleitkreise in der Nähe der BĂśschungsoberfläche, sodass als mĂśgliche Bruchfiguren Gleitkreise nach Bild 6 fĂźr die Ermittlung des pseudo-statischen Koeffizienten Ď&#x2021; untersucht werden kĂśnnen. Falls ohne Erdbeben ein oberflächennaher Gleitkreis mit der niedrigsten Sicherheit ermittelt wurde, so erweist sich beim Erdbebenansatz ein etwas tieferer Gleitkreis als der maĂ&#x;gebende. Es werden deshalb sowohl die oberflächennahen Gleitkreise als auch die etwas tieferen mit dem Lamellenverfahren untersucht.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

57

AUFSATZ ARTICLE

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 58

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung 15 1.5

F1(t) (MN)

2

a1 (m/s )

0.5 0 −0.5

5 0 F1 −

−5 −10

−1 −1.5

F1 +

10

1

−15 0

1

2

3

4

5

F1min 0

6

8

10

Erdbebensignal der horizontalen Beschleunigung am Grundgebirge als Input für die Erdbebenberechnungen (links) und horizontale Komponente der Trägheitskraft über die Zeit für den tief liegenden Gleitkreis (K – K ′, im Bild 6) (rechts) Bedrock earthquake signal of horizontal acceleration as input fort he seismic analysis (left) and horizontal component of the inertial force vs. time for a deep located slip circle (K – K′, in Fig 6) (right)

Es wurden die Fälle des mit Wasser gefüllten Restsees (GWS = 0) und des trockenen Restsees (GWS = -177 m) näher betrachtet. Gleichzeitig wurden die Erdbeben mit jeweiligen maximalen horizontalen Erdbebenbeschleunigungen im Grundgebirge von 0,8 bis 1,6 m/s2 zugrunde gelegt. Bei den nicht linearen Berechnungen ist als eine generelle Tendenz zu beobachten, dass der pseudo-statische Koeffizient mit wachsender Anregung im Grundgebirge abnimmt, da mehr Energie dissipiert wird. Allerdings ist gleichzeitig mit größeren maximalen und bleibenden Verschiebungen zu rechnen. Es ist auch festzustellen, dass die oberflächennahen Gleitkreise einen etwas höheren pseudo-statischen Koeffizienten χoberfl liefern als die tiefer liegende Gleitkreise χtief. Durch die oberflächennahen Abrutschungen ist allerdings eine geringere Sekundärgefährdung zu erwarten als bei einer tiefer liegenden Rutschung, wo größere Massen ins Spiel kommen. Da die geneigte Oberkante der Böschung die Wellen sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung reflektiert, könnten die Reflexionen die Ergebnisse beeinflussen. Um diesen Einfluss auf die Auswertung von χ klein zu halten, wurde der Abstand zu den Rändern so gewählt, dass im betrachteten Zeitabschnitt (Bild 7) die reflektierende Welle die Starkbewegung [17] des Eingangsignals nicht beeinflusst hat.

Zur Ermittlung des Koeffizienten χoberfl (für oberflächennahe Gleitkreise) wurde eine FE Berechnung mit einer 2D-Wellenausbreitung durchgeführt. Die Böschung hat eine Neigung von etwa 14° bezogen auf die Horizontale und eine Höhe von 177 m. Die Festgesteinoberkante liegt in einer Tiefe von 800 m. Die Böschung besteht aus zwei Materialien: Das ursprüngliche nicht gelöste Material (Mat 1) besteht aus Sand, Ton, Schluff und Kohle und die Böschungsfüllung aus dem Material 2 (Mat 2, s. Bild 6).

Es wird ein Böschungsbruch betrachtet, der immer innerhalb des gekippten Materials 2 liegt. Das mechanische Tab. 1

4

t (s)

t (s)

Bild 7

2

Verhalten des ursprünglichen Materials (Mat 1) wird mit einem hypoelastischen, druckabhängigen Stoffgesetz simuliert und das Material 2 hypoplastisch berechnet. Zu Vergleichszwecken wurden beide Materialien auch als elastisch und hypoelastisch berechnet. Für die hypoplastische Formulierung (Version mit intergranularer Dehnung [15]) werden die Parameter aus Tabelle 1 verwendet.

Das hypoelastische Modell wird hauptsächlich verwendet, um das Verhalten des vorliegenden (ungestörten) Untergrundes, der aus Sand-, Ton- und Kohleschichten besteht, zu vereinfachen und gleichzeitig wird durch das hypoelastische Verhalten eine größere Amplitude des sich ausbreitenden Signals als bei einem hypoplastischen Material erwartet. Diese Betrachtung liegt für das Gesamtsystem auf der sicheren Seite. In den vorliegenden Berechnungen wurden für das hypoelastische Verhalten die Werte κ = 0,01 und φ = 30,7° eingesetzt.

Zum Vergleich wurden auch Berechnungen mit elastischen Parametern durchgeführt. Die verwendeten elastischen Materialparameter sind E = 9 106 kPa und ν = 0,3.

An der Unterkante des betrachteten Gebietes wird eine seismische Anregung nach Bild 7 aufgebracht. Als Ergebnis wird die maximale resultierende horizontale Kraft F1max, sowohl für einen oberflächennahen Gleitkreis als auch für einen tief liegenden Gleitkreis (K – K′, Bild 6 links) ermittelt. Der Koeffizient χoberfl für ein oberflächennahes Versagen (Gleitkreis E – E′, s. Bild 6 rechts) bzw. χtief für ein tief liegendes Versagen ergibt sich als

F

F1min a1maxm

(24)

wobei a1max die maximale Beschleunigung des Inputsignals an der Basis des betrachteten Gebietes (z. B. Fels-

Hypoplastische Materialparameter (mit intergranularer Dehnung) des Kippenmaterials Hypoplastic material parameters (with intergranular strain) fort he brown field excavated material

hS (kPa)

n (–)

ed0 (–)

ec0 (–)

ei0 (–)

α (–)

β (–)

ϕc (°)

mT (–)

mR (–)

Rmax (–)

βx (–)

χ (–)

3,5 · 105

0,47

0,591

0,908

1,06

0,11

1,9

30,7

2

2

4 · 10–4

0,08

1

58

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 59

A

x2 x1

A

B

B

Mat 2 GWS

Methode 1: Aushub

Mat 1

1. Geostatisch

2. Aushub A

A

x2 x1

A

B g=0.001m/s2

B Mat 2

Methode 2: Nachfüllung

B g=10m/s2

GWS Mat 1

1. Geostatisch

2. Aushub A + Reduktion der Gravit. in B

3. Erhöhung der Gravit. in B (Nachfüllung)

γ und ϕ sind für Mat 1 und Mat 2 gleich

Bild 8

Simulationen der Kippenherstellung mit der Methode 1: Aushub bis zur Böschungsflanke der Kippe (oben), und Methode 2: Aushub bis zur Basis und Verfüllung des Kippenmaterials (unten) Simulation of the excavation and filling of the brown field with method 1: excavation until the face of the slope (upper part) and method 2: excavation and refilling the slope with brown field material (lower part)

oberfläche) und m die rutschende Masse, die zwischen der Böschungsoberkante und der Gleitfläche liegt, und F1min die maximale Trägheitskraft in Richtung des Böschungsgefälles (s. Bild 7 rechts) sind.

5.1

Einfluss des Anfangsspannungszustandes

Die Herstellung der Böschung wurde durch zwei unterschiedliche Verfahren numerisch abgebildet. Bei der Methode 1 (Bild 8 oben) wurde aus dem geostatischen Zustand einfach der Bereich der Braunkohlegewinnung und der anschließenden Schüttung durch Entfernen des verbleibenden Seevolumens betrachtet. Mit der Methode 2 (Bild 8 unten) wird der nicht geostatische Anfangszustand simuliert. Um einen mit der Böschungsgeometrie kompatiblen Spannungszustand zu bilden, wird das Entstehen der Böschung durch Verkippung simuliert. Dies wird in der FEM vereinfachend in zwei Simulationsschritten realisiert. Zunächst fängt man von einem geostatischen Spannungszustand des Untergrundes an. Die Anfangsporenzahl, die für die hypoplastische Berechnungen notwendig ist, wird konstant über die Tiefe mit dem Wert e0 = 0,8 angenommen. Danach wird der Teil des Bodens entfernt, der dem Volumen des Aushubes entspricht.

Dadurch reduziert sich die vertikale Komponente der Spannung an der Aushubsohle, die Sohle hebt sich und Schubspannungen in der Böschung tauchen auf. Dieser neue Spannungszustand ist mit der Geometrie der Böschung kompatibel und dient als Anfangszustand für die Simulation der Wellenausbreitung. Für den Fall, bei dem

der Grundwasserspiegel bei x2 = 0 liegt, d. h. der geflutete Zustand, wird an der Oberfläche der Böschung und an der Seesohle der entsprechende Wasserdruck als Last angesetzt. Die meisten Berechnungen wurden mit der Methode 1 zur Modellierung der Böschungsgenese der Einfachheit halber durchgeführt. Allerdings mit der Methode 2 (Bild 8 unten) wird die Entstehung der Böschung und der Spannungszustand (hohes Spannungsverhältnis) realitätsnah abgebildet.

In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Berechnungen zusammengefasst. In einem Beispiel (Fall c1) wurde die Herstellung der Böschung durch Verkippung getreuer abgebildet (Methode 2). Für den Fall des nicht gefluteten Sees wurde die seismische Analyse genauso durchgeführt wie für den Fall c, wobei dort die Simulation der Böschungsentstehung vereinfacht wurde. Es ist festzuhalten, dass die aufwändige Simulation mit der FEM und Schütten der Böschung Werte für den pseudostatischen Koeffizienten χ liefert, die kleiner sind als bei der nicht getreuen Simulation der Böschungsherstellung. Der Vergleich zwischen den Ergebnissen für den Fall c1) und c) zeigt, dass dieser Unterschied mehr als 20 % beträgt, sowohl für den oberflächenahen wie auch tief liegenden Gleitkreis und deshalb nicht vernachlässigt werden sollte. Es ist demnach richtig und physikalisch korrekt die Geschichte der Entstehung der Böschung bei den Simulationen zu berücksichtigen. Es ist zu erwarten, dass aufgrund des höheren Spannungsverhältnisses beim Schütten die Böschung das Kippmaterial näher zum Grenzzustand ist und dadurch die Steifigkeit kleiner als beim Aushub unter geoBautechnik 90 (2013), Heft 1

59

AUFSATZ ARTICLE

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 60

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung Tab. 2

Ergebnisse aus einer 2D-Wellenausbreitung für einen oberflächennahen Gleitkreis E – E ′ und einen tief liegenden Gleitkreis K – K′ nach Bild 6 Results from a 2D wave propagation analysis with FEM for a slip cirlce close to the slope E – E ′ and for a deep located slip circle K – K ′ according to Fig. 6

Fall (–)

Mat 1 (–)

Mat 2 (–)

GWS (m)

a1max m/s2

χober f.

(–)

χtie f (–)

u1max (cm)

u1(t = 20s) (cm)

a

Hypoelastic

Hypoplastic

0

1

0,256

0,083

≈5

≈ 41

b

Hypoelastic

Hypoplastic

0

1,6

0,275

0,095

≈8

≈ 71

c1

Hypoelastic

Hypoplastic

–177

1

0,306

0,147

c

Hypoelastic

Hypoplastic

–177

1

0,376

0,186

≈5

≈ 36

c2

Hypoelastic

Hypoplastic

–177

0,8

0,373

0,190

d

Hypoelastic

Hypoplastic

–177

1,6

0,375

0,181

≈8

≈ 60

e

Hypoelastic

Hypoplastic

–177

1

0,211

≈ 10

f

Elastic

Elastic

0

1

0,3

≈3

g

Elastic

Elastic

0

1,6

0,33

≈4

statischen Bedingungen zur Böschungsherstellung. Dies bedingt bei gleicher Anregung eine geringere Schubübertragung durch die Wellen und demzufolge auch einen kleineren seismischen Koeffizienten.

Ein weiterer Vergleich wurde für den Fall des nicht gefüllten Restsees auch mit einer maximalen horizontalen Erdbebenbeschleunigung von 0,8 m/s2 im Grundgebirge durchgeführt (Fall c2 in der Tabelle 2). Zunächst wurden die Einflüsse des Materialverhaltens für die festgelegte Geometrie des tiefen Gleitkreises nach Bild 6 untersucht.

Aus den Rechnungen ist ersichtlich, dass das elastische Materialverhalten immer größere pseudo-statische Koeffizienten χ für den gefüllten Zustand des Restsees liefert.

Die Werte für den leeren See und das elastische Materialverhalten sind noch größer und liegen teilweise über 0,5.

Dieser Ansatz wird in der Literatur (z. B. [2]) nicht empfohlen. Der hypoelastische Zustand für alle Schichten hatte kleinere Koeffizienten χ für den leeren See geliefert als der rein elastische Zustand, aber auch größere Werte (χ = 0,211), verglichen mit dem hypoplastischen Materialverhalten des Auffüllmaterials (Mat. 2, χ = 0,186). Die oberflächennahen Gleitkreise liefern größere pseudo-statische Koeffizienten als die tief liegenden für das hypoplastische Material (Mat 2). Die Fälle des leeren und vollen Sees sowie die Lage der Gleitkreise (oberflächennah, tief liegend) wurden untersucht.

Aus den bisherigen Rechnungen ist abzuleiten, dass ein nicht gefüllter Restsee einen höheren pseudo-statischen Koeffizienten als ein gefüllter See liefert. Für die oberflächennahen Gleitkreise der 2D-Berechnung erhält man vergleichsweise Werte für χ, die sehr nahe denjenigen mit der eindimensionalen Betrachtung (Lamellenverfahren) liegen. Der Fall des gefüllten Restsees liefert bei einer maximalen Beschleunigung im Grundgebirge von 1,6 m/s2 einen pseudo-statischen Koeffizienten χ von 0,275, der geringer ist als derjenige im trockenen Zustand (0,375). Dieses Verhalten ist durch die Übertragung von größeren Schubspannungen im trockenen Zustand entlang von möglichen Gleitflächen als im Falle 60

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

der Sättigung oder der Flutung, bei der eine Reduktion der Normalspannungen in der Gleitfläche vorliegt, bedingt. Diese Reduktion der Normalspannungen bedingt auch eine Reduzierung der maximal übertragbaren Schubspannungen und dadurch findet auch eine geringere Massenanregung statt. Dies resultiert in kleineren pseudo-statischen Koeffizienten. Interessant ist in diesem Zusammenhang auch der Einfluss der Geschichte der Böschungsentstehung. Der Fall c1) der Tabelle 2 des nicht gefüllten Sees wurde auch mit dem Abtrag und der Wiederverfüllung mit Kippenmaterial etwas aufwändiger simuliert, um den Spannungszustand (speziell die Schubspannungen im Böschungsbereich) realitätsnah abzubilden. Für a1max= 1,0 m/s2 im Grundgebirge liegt der ermittelte Koeffizient χ bei 0,30 und 0,15 für die oberflächennahen und tiefliegenden Gleitkreise und bei der Effektivwertbetrachtung wären diese Werte noch um den Faktor 0,7 [11] zu reduzieren.

Die Analyse bisher bezog sich auf die Anregung im Grundgebirge, und die angegebenen horizontalen Beschleunigungen wurden im Grundgebirge angesetzt. Die Daten im Grundgebirge sind nicht einfach zu ermitteln.

Da in allen durchgeführten Berechnungen die jeweilige Anregungsbeschleunigung von 0,8 bis 1,6 m/s2 im Grundgebirge angesetzt wurde, allerdings der Bezug des pseudostatischen Koeffizienten χ auch zu PGA-Werten in Bezie0 hung gesetzt werden sollte, wobei a1max die maximal an der GOK ermittelte Beschleunigung ist [13], wurde folgender Umweg gewählt: Man hat aus den durchgeführten FE-Berechnungen mit der bekannten Anregung im Grundgebirge die maximalen Beschleunigungen an der Oberfläche des Böschungsgleitkörpers sowohl für den anstehenden Boden wie auch für das Kippenmaterial extra0 hiert. Diese maximale horizontale Beschleunigung a1max wurde als Bezugsgröße genommen und darauf wurden die Massenkräfte aller der als maßgebend betrachteten Gleitkreise bezogen. Die ermittelten Koeffizienten χ0 und χu mit jeweiligem Bezug auf die maximale Beschleunigung an der Oberfläche bzw. Grundgebirge lassen sich 0 aus dem Verhältnis |a1max |/|au1max| ermitteln. Es gilt:

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 61

U1max x2

GWS

8 cm

x1

a)

a1max = 1 m/s2

GWS

b)

a1max = 1.6 m/s2

c)

a1max = 1 m/s2 GWS

d)

a1max = 1.6 m/s2

GWS Bild 9

F0 Fu

Errechnete plastische Verschiebungen des Böschungskörpers für die Fälle a), b), c) und d) der Tabelle 2 bis zu einem Zeitpunkt von ca. 20 Sekunden nach Beginn der Anregung im Grundgebirge Calculated permanent deformations of the sliding body for the cases a), b), c) and d) of Table 2 20 seconds after the begining of the seismic bedrock excitation

u |a1max |

(25)

0 |a1max |

Es ist anzumerken, dass sich aufgrund der nicht-linearen Wellenausbreitung und der Einbeziehung der Dilatanz und Kontraktanz infolge Scherung ein Teil der Energie in Kompressionswellen umwandeln wird. Es findet also eine stärkere Dissipation der Energie verglichen mit dem äquivalent-linearen Fall statt. Es ist auch zu beobachten, dass die maximale Beschleunigung an der Oberfläche ca. um 1/3 höher liegt als der Wert der horizontalen Beschleunigung am Grundgebirge. Dadurch liegt eine Reduktion der pseudo-statischen Koeffizienten χ0/χu um i. M. 0,75 vor. Der Fall c1), der etwas realistischer die Entstehung der Kippe berücksichtigt, liefert den Faktor χ = 0,216 bei der Zugrundelegung der Oberflächenbeschleunigung als Bezugsgröße und den entsprechenden Faktor χ = 0,306 bei Betrachtung der Beschleunigung am Grundgebirge.

Für den Fall, bei dem die Standsicherheit von oberflächennahen Gleitkreisen nicht erfüllt wird, bedeutet dies allerdings nicht automatisch, dass bei einer oberflächennahen Böschungsrutschung auch ein Versagen der Böschung vorliegen muss. Die bleibenden Verformungen werden zunehmen. Im Bild 9 sind die maximalen Ver-

schiebungen während der seismischen Anregung für den infrage kommenden Bereich der Böschung aus der 2DFEM-Analyse dargestellt. Die rechnerisch ermittelten maximalen Verschiebungen beziehen sich auf die Ausschläge der Materialpunkte während des Erdbebenereignisses.

Die in der Tabelle 2 aufgeführten bleibenden Verschiebungen sind ermittelt worden nach etwa 20 Sekunden seit Beginn der seismischen Anregung im Grundgebirge (Dauer von 5 Sekunden, s. Bild 7) und erhalten bereits numerische Reflexionen (ca. 4-fach) von vertikal sich ausbreitenden Wellen zwischen Böschung und Grundgebirge. Diese Reflexionen treten in der Praxis nicht in dieser Größenordnung auf. Die Werte in der Tabelle 2 und Bild 9 liegen deutlich auf der sicheren Seite. Die Ergebnisse der bleibenden Verschiebungen für die detailliert untersuchten Fälle des hypoplastischen Materials der Auffüllung und des hypoelastischen Materials der nicht ausgehobenen Formation für den nicht gefüllten und den gefüllten Zustand sowie für das seismische Ereignis einer Wiederkehrperiode von 475 und 2475 Jahren werden im Bild 9 dargestellt. Aus der jeweiligen Größe der maximalen Verschiebungen während des Erdbebensignals kann geschlossen werden, dass die angesetzten Beschleunigungen nicht zum Versagen der Gesamtböschung führen.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

61

AUFSATZ ARTICLE

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-static approach for stability analysis of slopes under seismic excitation using non-linear wave propagation

06_051_062_201200050_Triantafyllidis_Layout 1 18.12.12 10:03 Seite 62

T. Triantafyllidis, C. E. Grandas-Tavera: Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung

6

Schlussfolgerungen

Das Verfahren von BISHOP mit totalen Spannungen ist geeignet, um die Standsicherheit der Böschungen unter Wasser zu beurteilen. Hierzu ist die Erweiterung zur Berücksichtigung der Erdbebenlasten auf die Feststoffmasse und das Wasser nach GOLDSCHEIDER u .a. [8, 10] sinnvoll.

Der sog. pseudo-statische (bzw. pauschale) Koeffizient kann die dynamischen Effekte eines seismischen Ereignisses nicht physikalisch abbilden. Realitätsnahe und auf der sicheren Seite liegende Werte dieses Koeffizienten können allerdings unter Zugrundelegung der nicht-linearen Wellenausbreitung im Böschungskörper ermittelt werden. Es zeigt sich, dass diese Koeffizienten von der Lage der Gleitkreise innerhalb des Böschungskörpers, vom Materialverhalten und von der Intensität des Signals (Wiederkehrperiode) abhängig sind, wobei die höheren Werte (ca. 0,3) für die oberflächennahe Böschungsumbildung und das seismische Ereignis der Wiederkehrperiode von 475 Jahren mit Bezug zum Grundgebirge zuzuweisen sind. Tiefere Gleitkreise liefern niedrigere pseudo-statische Koeffizienten, die in der Größenordnung von 0,15 liegen. Der Vergleich der Berechnungen mit dem Bezug

auf die Geländeoberfläche und der besseren Modellierung der verkippten Böschung liefern Werte für die pseudo-statische Koeffizienten, die zwischen 0,15 (tiefe Gleitkreise) und 0,25 (oberflächennahe Gleitkreise) liegen.

Die dynamische Standsicherheit einer Böschung wird nicht alleine über den Sicherheitsfaktor geregelt. Es gibt auch Gleichgewichtszustände unterhalb des Sicherheitsfaktors von 1 und dies ist zu Lasten von Verformungen erreichbar. Es ist lediglich zu prüfen, ob die maximal erlaubte permanenten Verschiebungen und Verformungen des Gleitkörpers keine größere Sekundärgefährdung für das dahinter liegende Land und dessen Nutzungskonzept mit sich bringen. Falls für die Erdbebeneinwirkung der Nachweis der stabilisierenden Momente gegen die treibenden Momente nicht erbracht werden kann, müssen die Verformungen nachgewiesen werden. Diese maximalen oder bleibenden Verformungen in der Gleitfuge bzw. am Böschungskörper können durch nicht-lineare dynamische Berechnungen in einem zwei-dimensionalen oder einem 3D-Kontinuum ermittelt werden. Die maximalen bleibenden Verschiebungen des abrutschenden Gleitkörpers sollten die Grenzwerte aufgrund des vorgesehenen Nutzungskonzeptes einhalten.

Literatur [1] HYNES-GRIFFIN, M. E.; F RANKLIN, A. G.: Rationalizing the seismic coefficient method. Departm. of the Army, US Army Corp of Engineers, CWIS Work Unit 31145, July 1984.

[2] GAZETAS, G.; DEBEHAUDURY, A.; GASPARINI, D. A.: Random Vibration Analysis for the Seismic Response of Earth Dams. Geotechnique 31 (1981), No.2, pp. 261–277.

[3] NEWMARK, N. M.: Effects of earthquakes on dams and embankments. Geotechnique 15 (1965), No. 2, pp. 139– 160.

[4] WARTMANN, J.; BRAY, J. D.; SEED, R. B.: Inclined plane studies of the Newmark sliding block procedure. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 129 (2003), No. 8, pp. 673–684.

[5] WARTMANN, J.; SEED, R. B.; BRAY, J. D.: Shaking table modeling of seismically induced deformations in slopes. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 131 (2005), No. 5, pp. 610–622.

[6] WHITMAN, R. V.: Seismic design and behaviour of gravity retaining walls. Proc. A Conference on Design and Performance of Earth Retaining Structures (Eds. P. C. LAMBE and A. HANSEN), ASCE, Cornell University, 1990, pp. 817–842.

[7] DENG, J.; TSUTSUMI, Y.; K AMEYA, H.; KOSEKI, J.: A Modified Procedure to evaluate earthquake-induced Displacement of slopes containing a weak Layer. Soils and Foundations 50 (2010), No. 3, pp. 413–420.

[8] GOLDSCHEIDER, M.; DAHMEN, D.; CH. K ARCHER, CH.: Berücksichtigung von Erdbeben bei Standsicherheitsberechnungen für tiefe Endböschungen unter Wasser. Technologietransfer AMS Online, Mining (2010), No. 2, S. 60–68.

[9] MICHALOWSKI, R. L.; MARTEL, T.: Stability Charts for 3D Failures of Steep Slopes subjected to seismic excitation.

Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 137 (2011), 2, pp. 183–189.

[10] GOLDSCHEIDER, M.; DAHMEN, D.; K ARCHER, CH.: Consideration of earthquakes in stability calculations for deep

62

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

[11]

[12]

[13]

[14] [15]

[16]

underwater final slopes. World of mining-surface and underground, 62 (2010), No 5, pp. 252–261.

Berücksichtigung von Erdbebenbelastungen nach DIN 19700 in NRW. NRW Merkblatt 58. Landesumweltamt NWR, Essen, 2006.

Arbeitshilfe zum Nachweis der Erdbebensicherheit von Hochwasserrückhaltebecken und Talsperren. Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Entwurf vom 17. 05. 2011 (in Vorbereitung).

GRÜNTHAL, G.; BOSSE, CH.; STROMEYER, D.: Die neue Generation der probabilistischen seismischen Gefährdungseinschätzung der Bundesrepublik Deutschland, Version 2007 mit Anwendung für die Erdbebenlastfälle der DIN 19700:2004-07. Scientific Technical Report STR09/07, GFZ, Helmholtz-Zentrum Potsdam.

KRAMER, S. L.: Geotechnical Earthquake Engineering.

Prentice Hall, 1995.

NIEMUNIS, A.: Extended hypoplastic models for soils. Habilitation, 2004, Heft 34, Schriftreihe des Institutes für Grundbau und Bodenmechanik der Ruhr-Universität Bochum, 2004.

BUTTERFIELD, R.: A natural compression law for soils. Géotechnique 29 (1979), pp. 469–480.

Autoren Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Theodoros Triantafyllidis Theodoros.Triantafyllidis@kit.edu

MSc.-Ing. Carlos Eduardo Grandas-Tavera Carlos.Grandas@kit.edu Karlsruher Institut für Technologie Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik Engler-Bunte-Ring 14 76131 Karlsruhe

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 63

BERICHT

Wolfgang Kauschke

Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn Ein Bericht über einen außergewöhnlichen Sanierungsfall – Teil 1: Druckzuglager Der Neubau der Wuppertaler Schwebebahn war Anlass für umfangreiche Versuche an runden bewehrten Elastomerlagern und an Druckstücken für Punktkipplager. Die wichtigsten allgemein interessierenden Ergebnisse der Versuche sind: – Die Rückstellmomente von bewehrten Elastomerlagern wurden bislang erheblich unterschätzt.

– Der Einfluss der plastischen Verformung auf das Rückstellmoment von stählernen Druckstücken ist vernachlässigbar.

Es wird über einen Teil der durchgeführten Versuche und deren Auswertung berichtet.

New bearings for the overhead railway in Wuppertal – Part 1: compression-tension-bearings The reconstruction of the overhead railway in Wuppertal was the occasion for extensive testing on circular laminated elastomeric bearings as well as on pressure pieces for point rocker bearings. The most important results of the tests are as follows: – up to now the restoring moments of laminated elastomeric bearings are considerably underestimated – the influence of plastic deformation on the restoring moments of steel point rocker bearings is negligible.

The following report describes a part of the conducted tests and the analysis.

Keywords Druckzuglager; Schubmodul; Rückstellmoment; Zugsteifigkeit; Drucksteifigkeit; Zug-Bruch-Versuch; Abwälzwiderstand; BlaupapierAbdruck; Fuji-Druckmessfolien-Abdruck; Nichtrostender Stahl

Keywords compression-tension-bearing; shear modulus; restoring moment; tensile stiffnes; compression stiffnes; fracture tension test; roll of resistance; Imprint on blue paper; Imprint on Fuji pressure foil; stainless steel

1

nehmen sollen, nicht zu empfehlen ist [3]. Die Konstruktion eines Bauwerkes sollte so sein, dass nur Druckkräfte aufzunehmen sind. Das gilt weiterhin, jedoch muss auch hier der Satz gelten, „keine Regel ohne Ausnahme“. Der Neubau der Tragkonstruktion der Wuppertaler Schwebebahn, ein Bauwerk, das seinesgleichen in der Welt sucht, ist eine solche Ausnahme. Eine Änderung der Konstruktion dieses Bauwerks, um dieser Forderung zu genügen, stand nicht zur Diskussion.

Vorbemerkung

Die Konstruktion der Wuppertaler Schwebebahn, errichtet 1901 – 1903, wurde zum 100-Jahre-Jubiläum komplett erneuert. Auch die alten Brückenlager mussten ersetzt werden, und es leuchtet ein, dass bei diesem ungewöhnlichen Bauwerk die vorhandenen technischen Regeln (DIN 4141/EN1337, DIN 18 800/EC3, Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen) unzureichend waren, sodass spezielle Regelungen, gestützt auf eigens hierfür durchgeführte Versuche und zugehörige gutachterliche Beurteilungen, vereinbart werden mussten. Ungeregelt sind auch die für dieses Bauwerk anzunehmenden Verkehrslasten, da es sich weder um eine Straßenbrücke noch um eine Eisenbahnbrücke handelt, für die es ausführliche Regeln gibt. Über die notwendigen Versuche für die Lagersonderkonstruktionen wird im Folgenden berichtet, um sie der Allgemeinheit auch für die Lagerung von anderen ungewöhnlichen Bauwerken zugänglich zu machen. (Quellen: Berichte Nr. 1780 und 1932, G. LEYKAUF, TU-München, [1, 2], Nr. 2129, W. K AUSCHKE, Haan, Nr. 9628341170 J. EIBL, Universität Karlsruhe, Gutachten zu Vorspannkräften bei Edelstahl-Schrauben von G. VALTINAT, TU Hamburg-Harburg).

Um dieses Bauwerk mithilfe der heute zur Verfügung stehenden Lagertechnik optimal zu lagern, waren sehr viele Versuche notwendig, die auch neue Erkenntnisse für „normale“ Bauwerke brachten. Unter anderem wurde offenbar, dass das Rückstellmoment der Elastomerlager erheblich unterschätzt wurde, s. auch [4]. Dies führte schließlich zu einer von T. BLOCK vorgeschlagenen Änderung der europäischen Lagernorm EN 1337 Teil 3 [5].

Eine vollständige Darstellung der Versuchsergebnisse würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Im Nachfolgenden wird über einige Versuche berichtet, die auch für andere Bauwerke interessant sein könnten.

2.2 2 2.1

Versuchsbegründung

Rückstellmomente von runden Elastomerlagern Allgemeines

Es ist Stand der technischen Erkenntnis, dass der Einbau von Lagern, die auch abhebende Kräfte – also Zug – auf-

Beim Ausbau der Wuppertaler Schwebebahn kamen unter den Ankerstützen des Traggerüstes kreisrunde Elastomerlager zum Einsatz, die über anvulkanisierte Deckund Bodenbleche mit dem Topf bzw. dem Deckel vorgespannt verschraubt sind. Das dadurch entstandene allsei-

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

63

BERICHT REPORT

DOI: 10.1002 / bate.201201579

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 64

Temperatur [°C]

W. Kauschke: Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn

25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30

Bild 2

1 Elastomerlager, 2 Zugfeste Verbindung „1“ mit „5“, 3 desgl. „1“ mit „8“, 4 Zuganker, 5 Stahltopf, 6 PTFE-Dichtung, 7 Faltenbalgen, 8 Stahldeckel, 9 Fußplatte, 10 Bohrung für zugfeste Verbindung „5“ an Stützenfuß, 11 Zugfeste Verbindung „8/9“ mit „4“, 12 Kopfbolzendübel, 13 Ankerscheibe an „4“ Bild 1

Verschraubtes Druck-Zug-Lager (Elastomer-Topflager) Compression-tension-bearing with inserted nuts (elastomeric potbearing)

tig feste „Elastomer-Topflager“ ist mit der Stützkonstruktion ebenfalls vorgespannt verschraubt, wodurch Lagerverdrehungen zu keiner klaffenden Lagerfuge führen können und im Lastfall min Fz auch Zugkräfte aufgenommen werden können (s. Bild 1).

Die in der Europäischen Lagernorm EN 1337-3 angegebene Berechnungsformel für das Rückstellmoment lässt bereits bei nur auf Druck beanspruchten Lagern eine allenfalls sehr grobe Abschätzung zu und war für empfindliche Nachweissituationen an Originallagern zu überprüfen. Dies galt insbesondere deshalb, weil höhere Belastungsgeschwindigkeiten und Temperatureinflüsse zu berücksichtigen waren. Beides wird zudem spürbar von der verwendeten Elastomer-Mischung beeinflusst.

Die für das Bemessungskonzept notwendigen Verdrehversuche wurden beim Prüfamt für den Bau von LandVerkehrswegen der TU München in Auftrag gegeben [1].

Vor Durchführung der Verdrehversuche wurden zur allgemeinen Klärung und Festlegung Versuche zur Temperaturanpassung (Abhängigkeit) sowie zur Schubsteifigkeit der Elastomerlager durchgeführt [2].

Temperaturabhängigkeit

Bei der versuchsmäßigen Klärung, welchen Einwirkungen Elastomerlager ausgesetzt werden dürfen, spielt nicht nur die Belastung – Kraft und Verformung – eine Rolle, es muss auch die Temperatur berücksichtigt werden, weil die elastischen Eigenschaften temperaturabhängig sind.

Ein noch nicht geklärter Punkt ist dabei die Frage, wie 64

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Temperaturnachlauf bei T = -3,7°C pro h ( + 19°C auf -25°C in 12h ) Anmerkung : Einkühlung mit Zughalterungen lineare Abkühlung auf -25°C

Temperaturnachlauf bei konst. -25°C Endtemp. :-24,7°C

T = -25°C

3

6

9

12

15

18

21 [h]

Temperaturaufnahme des Elastomerlagers ∅ 350 · 147/T = 72 mm bei einer Abkühlung auf –25 ºC Temperature development of the elastromeric bearing when cooling to –25 °C

schnell die Temperaturänderungen in der Luft erfolgen und wie schnell sich das Elastomer einer Änderung der Lufttemperatur anpasst (Temperaturnachlauf). Die niedrigste „Arbeitstemperatur“ wurde vom Bauherrn, den Wuppertaler Stadtwerken (WSW), mit –25 °C vorgegeben. Zur Ermittlung der Temperaturanpassung wurden die Lager ∅ 350 mm und ∅ 470 mm in einer Kühltruhe dieser voreingestellten Tieftemperatur zunächst permanent ausgesetzt und in einem zweiten Versuch allmählich von Raumtemperatur (RT) auf –25 °C abgekühlt. Nach Auskunft des Deutschen Wetterdienstes (Offenbach) war hierfür ein Gradient von –2,7 K pro Stunde eine strenge, aber realistische Vorgabe. Das Ergebniss ist in Bild 2 dargestellt. Für ∅ 470 mm ist der Temperaturverlauf sehr ähnlich.

Für eine Einkühlung der Lager auf –25 °C bei fallender Temperatur (–3,7 K/h) sind bei den Lagern ∅ 350 mm ca.

20 h und bei den Lagern ∅ 470 mm ca. 24 h notwendig.

Weiter ablesbar ist, dass die Lager ∅ 350 mm der Außentemperatur etwa 3 h und die Lager ∅ 470 mm ca. 4 bis 5 h „nachlaufen“.

Dieses Ergebnis zeigt deutlich, dass für die Beanspruchung dieser Elastomerlager im Stahltopf der Lastfall tiefste Temperatur mit gleichzeitig maximaler Lagerbeanspruchung maßgebend wird. Die tiefste Temperatur sollte jedoch immer nach den einzuhaltenden Vorschriften bzw. speziell nach Klima-Lage des Bauwerks festgelegt werden (s. EN 1337-3; Kap. 1 Anwendungsbereich).

2.4 2.3

Ausgangstemp. : 19,4°C

Schubmodul-Prüfungen

An den Lagern ∅ 350 mm und ∅ 470 mm wurden bei RT und –25 °C die Schubverformungsmodule bestimmt.

Die TU München bestätigte, dass nahezu kein Einfluss des Lagerformats gegeben ist und die über viele Jahre aus der Güteüberwachung der Gummimischung CC 6 AMZ bekannte Temperatur-Abhängigkeits-Kurve (Bild 3), die von mehreren Lager-Herstellern verwendet wurde, ausgezeichnet erreicht wurde. Der für die Bemessung

06_064a_064b_Anzeigen_- 18.12.12 10:29 Seite 64a

Entdecken Sie die Welt der Bauingenieure A

W i l e y

C o m p a n y

www.structurae.de

Neue Rheinbrücke, Wesel; Foto: Nicolas Janberg 0245100006_dp

www.er nst-und-sohn.de

Online-Datenbank für Ingenieurbauwerke

Bauwerkslager · Fahrbahnübergänge · Brückengeländer Sanierung von Brücken- und Ingenieurbauwerken

Sanierung denkmalgeschützter Bauwerke

Yorkbrücke Berlin; Fotos: C. Bedeschinski / P. Piebrock RW Sollinger Hütte GmbH

www.RWSH.de

HRSG.: K. BERGMEISTER,

H R S G . : W. J Ä G E R

J.-D. WÖRNER,

Mauerwerk-Kalender 2013 Schwerpunkt 2013: Bauen im Bestand

F. F I N G E R L O O S ( S E I T 2 0 0 9 )

Beton-Kalender 2013 Schwerpunkte: Lebensdauer und Instandsetzung, Brandschutz

2013. ca. 700 S. ca. 500 Abb. Gb. ca. € 139,–* Fortsetzungspreis: ca. € 119,–*

Teile 1 und 2 2012.

1012 S., 663 Abb., 188 Tab., Gb. € 169,–*

ISBN: 978-3-433-03017-2 Erscheint März 2013

Fortsetzungspreis: € 149,–* ISBN: 978-3-433-03000-4

Bauwerke dauerhaft und wirtschaftlich planen heißt heute, Q für die geplante Lebensdauer neben der Standsicherheit auch die Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung zeitabhängiger Einflüsse und Materialeigenschaften eines Tragwerkes nachzu weisen.

Außerdem: Brandschutz.

Bewährtes und Neues: Im 38. Jahrgang das Praxiskompendium Q für den Mauerwerksbau: Grundlagen, Beispiele, Normenkommentare - aktuell und aus erster Hand.

Q J ährliche Schwerpunkte: 2008 – Konstruktiver Wasserbau, Erdbebensicheres Bauen 2009 – Aktuelle Massivbaunormen, Konstruktiver Hochbau 2010 – Brücken, Betonbau im Wasser 2011 – Kraftwerke, Faserbeton 2012 – Infrastrukturbau, Befestigungstechnik, Eurocode 2

Q J ährliche Schwerpunkte: 2008 – Abdichtung und Instandsetzung, Lehmmauerwerk 2009 – Ausführung von Mauerwerk 2010 – Normen für Bemessung und Ausführung 2011 – Nachhaltige Bauprodukte und Konstruktionen 2012 – Eurocode 6

HRSG.: U. KUHLMANN

HRSG.: N. A. FOUAD

Stahlbau-Kalender 2013 Eurocode 3 – Anwendungsnormen, Stahl im Anlagenbau

Bauphysik-Kalender 2013 Schwerpunkt: Nachhaltigkeit und Energieeffizienz 2013. ca. 700 S. ca. 500 Abb. ca. 200 Tab. Gb. ca. € 139,–*

2013. ca. 800 S. ca. 600 Abb. ca. 50 Tab. Gb. ca. € 139,–*

Fortsetzungspreis: ca. € 119,–*

Fortsetzungspreis: ca. € 119,–*

ISBN: 978-3-433-03019-6

ISBN: 978-3-433-02994-7

Erscheint März 2013

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

Erscheint April 2013

Der Stahlbau-Kalender dokumentiert und kommentiert Q den aktuellen Stand des deutschen Stahlbau-Regelwerkes.

Herausragende Autoren vermitteln Grundlagen und geben praktische Hinweise für Konstruktion und Berechnung.

Ein Kompendium praxisgerechter Lösungen für Konstruktion, Q Berechnung und Nachweisführung des Wärme- und Feuchteschutzes sowie des Brand- und Schallschutzes. Normen, Kommentare, Beispiele und Details runden die Titel ab.

Q J ährliche Schwerpunkte: 2008 – Dynamik, Brücken 2009 – Stabilität 2010 – Verbundbau 2011 – Eurocode 3 – Grundnorm, Verbindungen 2012 – Eurocode 3 – Grundnorm, Brücken

Q J ährliche Schwerpunkte: 2008 – Bauwerksabdichtung 2009 – Schallschutz und Akustik 2010 – Energetische Sanierung von Gebäuden 2011 – Brandschutz 2012 – Gebäudediagnostik

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

A

W i l e y

C o m p a n y

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der E-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 0179500006_dp

06_064a_064b_Anzeigen_- 18.12.12 10:29 Seite 64b

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 65

Bild 3

Schubmodule in Abhängigkeit von der Temperatur Shear modulus vs. temperature

Bild 5

Ansicht der Verdrehvorrichtung in der Klimakammer (eingebaut Elastomerlager 350 · 147 mm bei RT) Test setup in the climate chamber (room temperature)

wichtige Schubverformungsmodul bei –25 °C wurde mit G = 2,2 N/mm2 ermittelt.

2.5

Bestimmung der Rückstellmomente

Bei der Lager-Konstruktion gem. Bild 1 wird die Bestimmung der Rückstellmomente nur für die Bemessung der Schraubverbindungen einzelner Lagerkomponenten miteinander sowie für die Anschlüsse des gesamten DruckZug-Lagers an das Bauwerk benötigt. In Bild 4 ist zur Bestimmung der Rückstellmomente für Elastomerlager die für diese Versuche konstruierte Prüfeinrichtung dargestellt. In EN 1337-3, Anhang K werden die Vorrichtungen zur Prüfung der Rückstellmomente angegeben. Es werden die Anordnungen mit einem Elastomerlager und einer Niedrigreibungslagerung sowie mit zwei Elastomerlagern dargestellt Zur Ermittlung der Rückstellmomente wurde die zweilagige Versuchsanordnung (Bild 4) gewählt; dabei wurde

Bild 4

in einem Prüfrahmen die Vorlast über Stellringpressen (5 Stück mit je 500 kN) aufgebracht und über einen Lasthebel (L > 2800 mm) der Verdrehwinkel eingeleitet.

Die vorgegebenen Temperaturen und Lastzyklen erlaubten keine „Konditionierung“ nur der Lager, z. B. in einer Klimatruhe, sondern erforderten die Durchführung der Prüfungen in einer Klimakammer, in der Proben und Prüfeinrichtung installiert werden können und in der die jeweiligen Prüftemperaturen über den gesamten Versuchszeitraum aufrecht erhalten werden können (Bild 5).

In der Klimakammer wurde auch bei –25 °C geprüft.

Das Aufbringen der statischen Last erfolgte über die Stellringpressen, wobei zur Druck-Konstanthaltung manuell nachgeregelt werden konnte. Die Verdrehung des Mittelträgers wurde mit einem Gleichlauf-Zug-Druck-Zylinder mit F = 100 kN und einem Hub von s = ±150 mm durchgeführt, der von einer regelbaren Hydropumpe angesteu-

Versuchsstand zur Rückstellmomenten-Bestimmung Test setup for the determination of the restoring moment

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

65

BERICHT REPORT

W. Kauschke: New bearings for the overhead railway in Wuppertal

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 66

W. Kauschke: Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn

nur bei diesem kleineren Elastomerlager und hier am meisten unter der höchsten Vorlast bei größer werdenden Verdrehungen und einer Versuchsdurchführung unterhalb von –25 °C.

ert wurde. Um die geforderten Frequenzen von 0,03 Hz und 1,0 Hz ausreichend genau einhalten zu können, wurden in jeder Last- und Temperaturstufe Vorversuche mit entsprechenden Ruhezeiten vor der eigentlichen Messung zur „Erholung“ der Elastomerlager notwendig.

Die Ermittlung der Rückstellmomente ist ohne Vorlast (0 kN) experimentell sehr schwierig. Eine lineare Extrapolation der für 250 kN und 1 200 kN Vorlast erreichten Werte ergibt die in der Tabelle angegebenen Rückstellmomente.

Vor der Durchführung der Prüfungen (die Norm EN 1337-3 gab es damals noch nicht ) wurden die Lager einer künstlichen Alterung (DIN 4141,Teil 140, Ziff. 4.3) über 168 h bei +70 °C in der Klimatruhe unterzogen.

2.6

Da die Rückstellmomente im Wesentlichen durch die Verdrehungen ausgelöst werden, ist davon auszugehen, dass auch bei einer Vorlast gegen Null noch mit einem erheblichen Anteil an Rückstellmomenten gerechnet werden muss.

Rückstellmomente der Lager ∅ 350 mm und ∅ 470 mm

2.6.1 Versuche unter Druckbeanspruchung Die Rückstellmomente wurden an vier Lagern ∅ 350 · 147/T = 72 mm und an zwei Lagern ∅ 470 · 193/T = 108 mm ermittelt. T entspricht jeweils der Gesamtgummidicke. Für die einzelnen Schichten wurde eine Dicke von 18 mm gewählt.

Als neues und sehr wichtiges Ergebnis dieser Versuche kann generell für die Bemessung von Brückenlagern festgestellt werden: Das Rückstellmoment der Elastomerlager wächst mit größer werdender Verdrehung, steigender Verdrehungsfrequenz, größeren Vorlasten sowie fallenden Temperaturen.

Bei beiden Lagergrößen ∅ 350 mm und ∅ 470 mm wurden die Messergebnisse an jedem einzelnen Lagerkörper in Abhängigkeit von den Verdrehungen (3, 6, 9 und 12 ‰), den Vorlasten beim Durchmesser 350 mm (250 und 1 200 kN) und beim Durchmesser 470 mm (250, 1 200 und 2 200 kN), den Verdrehfrequenzen (0,03 Hz und 1,0 Hz) sowie den Temperaturen (RT, –25 °C und +45 °C) aus den Versuchsberichten entnommen.

Des Weiteren ist zu beachten: Bei nur vier Prüfkörpern (∅ 350 mm) lässt sich die bei Serienfertigungen unvermeidliche Streuung nicht aus den Versuchsergebnissen ermitteln. Erfahrungsgemäß streuen die Kennwerte unter Druckbeanspruchung in der Größenordnung von 3 % und unter Zugbeanspruchung in der Größenordnung von 15 %.

In Bild 6 werden diese Rückstellmomente in Kurven für die gewählten Temperaturen (RT, –25 °C und +45 °C) und den Verdrehungsfrequenzen (0,03 Hz und 1,0 Hz) dargestellt. An allen Endpunkten der Kurven sind die zugehörigen Vorlasten eingetragen.

2.6.2 Versuche unter Zugbeanspruchung Unter Zugbeanspruchung wurden keine Versuche zur Bestimmung der Rückstellmomente durchgeführt. Es ist aber aufgrund des in sich fest verschraubten Druck-ZugLagers (ein Block) mit der Stahlkonstruktion davon auszugehen, dass auch in diesem Lastfall Rückstellmomente

In Tabelle 1 wurden die Messergebnisse für das Lager ∅ 350 mm eingetragen. Der Frequenzeinfluss äußert sich

Tab. 1

Rückstellmomente für das Elastomerlager ∅ 350 · 147/T = 72 mm Restoring moment for the elastomeric bearing 350 · 147/T = 72 mm

Vorlast kN ↓

Rückstellmomente pro Lager in kNcm, Mittel aus 4 Lagern Verdrehungsfrequenz 0.03 Hz Elastomerlager ∅ 350 · 147 / T = 72 mm

Zeile

Temperatur

Drehwinkel →

3‰

6‰

9‰

12 ‰

1

RT

0 250 1 200

588 636 819

938 1 010 1 280

1 138 1 260 1 720

1 327 1 520 2 250

2

–25

0 250 1 200

408 578 1 224

769 1 090 2 310

1 026 1 500 3 300

2 546 3 280 6 070

3

+ 45

0 250 1 200

505 576 845

744 860 1 300

810 960 1 530

1 039 1 300 2 290

66

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 67

6000

6000

Ø 350 * 147 / T = 72 mm

Ø 350 * 147 / T = 72 mm

+45 °C

Raumtemperatur

5000

5000

0.03 Hz Rückstellmoment [kNcm]

Rückstellmoment [kNcm]

0.03 Hz 1.0 Hz 4000

3000

1200 kN 250 kN

2000

1.0 Hz 4000

3000

1200 kN 2000

0 kN

250 kN 1000

1000

0 kN 0

0 2

4

6

8

10

12

14

16

2

4

6

Verdrehung [‰]

14

16

Ø 470 * 193 / T = 108 mm

Ø 350 * 147 / T = 72 mm 9000

9000

Raumtemperatur

-25 °C 8000

8000

0.03 Hz 7000

1.0 Hz

1200 kN

6000 5000 4000

250 kN 3000

0 kN

Rückstellmoment [kNcm]

Rückstellmoment [kNcm]

12

10000

10000

0.03 Hz

7000

1.0 Hz 6000

2200 kN 5000

1200 kN 4000

250 kN 3000

2000

2000

1000

1000

0

0 kN

0 2

4

6

8 10 Verdrehung [‰ ]

12

14

16

2

4

6

8 10 Verdrehung [‰ ]

12

14

16

20000

6000

Ø 470 * 193 / T = 108 mm

Ø 470 * 193 / T = 108 mm

-25 °C 16000

2200 kN 0.03 Hz

Rückstellmoment [kNcm]

1200 kN

1.0 Hz

4000

2200 kN

18000

+45 °C

5000

Rückstellmoment [kNcm]

8 10 Verdrehung [‰ ]

250 kN 0 kN

3000

2000

1200 kN

0.03 Hz

14000

1.0 Hz

250 kN

12000

0 kN 10000 8000 6000 4000

1000

2000 0

0 2

Bild 6

4

6

8 10 Verdrehung [‰ ]

12

14

16

2

4

6

8 10 Verdrehung [‰ ]

12

14

16

Rückstellmomente von runden Elastomerlagern unter verschiedenen Belastungen, Temperaturen, Verdrehungen und Frequenzen Restoring moments of round elastomeric bearings at different loads, temperatures, rotation angles and frequencies

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

67

BERICHT REPORT

W. Kauschke: New bearings for the overhead railway in Wuppertal

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 68

W. Kauschke: Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn

Post-Process 800,0 2,73mm 700,0 C = 275kN/mm

Kraft [kN]

600,0 500,0 400,0

Linie gleicher Drucksteifigkeit

300,0 200,0 100,0 0,0

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50 1,75 Weg [mm]

2,00

2,25

2,50

2,75

3,00

Drucksteifigkeit eines Elastomerlagers 350 · 147 mm bei –25 °C Compression stiffness of an elastomeric bearing at –25°C

Bild 8

Post-Process 200,0 180,0 160,0 c = 193kN/mm

Bild 7

Versuchsstand für Zugversuche an bewehrten Elastomerlagern Test setup for tension tests on laminated elastomeric bearings

Kraft [kN]

140,0 120,0 100,0

Linie gleicher Zugsteifigkeit

80,0 60,0

auftreten werden. Auch hierfür wird in Tabelle 1 empfohlen, die Zugkraft wie eine Vorlast anzusehen und bei den zugehörigen Drehwinkeln die Rückstellmomente zu ermitteln.

Hierzu ist der Lastfall min.Fz, in dem die max. zulässige Zugkraft (Bemessungswert unter einfacher Einwirkung) mit zugehörigen Verdrehungen angegeben worden ist, zu untersuchen.

2.6.3 Einfluss der Lagersteifigkeiten Für das Elastomerlager ∅ 350 · 147/T = 72 mm wurde – siehe weiter unten – eine zulässige Zugkraft (Kennwert bei einfacher Einwirkung) ermittelt (Bild 7). Dazu wurde eine Verdrehung von α = 3 ‰ angenommen. Unter der Annahme, dass Rückstellmomente von den Lagersteifigkeiten beeinflusst werden, wurde aus Tabelle 1, Zeile 2 bei –25 °C für eine Vorlast von –120 kN das zugehörige Rückstellmoment entsprechend den Vorgaben in Abschnitt 2.4 (lineare Extrapolation) ermittelt. Das ergab unter einer Zugkraft von –120 kN ein Rückstellmoment von –328 kNcm. Dieses Rückstellmoment wurde dann durch das Verhältnis von Drucksteifigkeit (Bild 8) zur Zugsteifigkeit (Bild 9) dividiert.

C D,–25 °C C Z,–25 °C

=

275 (Bild 8) = 1.42; 193 (Bild 9)

MZ,–120 = –328/1.42 = –231 kNcm 68

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

40,0 20,0 0,0

Bild 9

0,0

0,2

0,4

0,6 0,8 1,0 1,2 0,62 Weg [mm] mm

1,4

1,6

1,8

2,0

Zugsteifigkeit eines Elastomerlagers 350 · 147 mm bei +45 °C Tensile stiffness of an elastomeric bearing at +45 °C

Damit ist beim Schraubanschluss neben der Zugkraft von –120 kN ein Rückstellmoment von –231 kNcm zu berücksichtigen.

2.7

Ermittlung der Dehnungsgrößen unter Zugbeanspruchung bei +45 °C für das Elastomerlager ∅ 350 · 147/T = 72 mm

Die Bestimmung der zulässigen Zugkraft (Kennwert bei einfacher Einwirkung) wurde schon bei der Ausschreibungs-Bearbeitung durchgeführt.

Als einzigen Anhaltspunkt gab es den Hinweis in [3] Seite 235. Hier heißt es: „Die mittlere Zugspannung sollte 10 % der zul. Druckspannung, also 1 bis 1,5 N/mm2, nicht überschreiten.“ In dem vorliegenden Fall bedeutet dies für die Lager ∅ 350 mm:

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 69

Zd, 350 = 0,1 ·

352 * / · 1,25 ≤ 0,1 · 1 202,6 ≈ 120,0 kN 4

Post-Process 400,0 375,0 350,0

2.8

Rückstellmomente unter Zugbeanspruchung

325,0

Durchriss

300,0

Um die Prüftemperatur der Lager zu erhalten, wurden die Prüfkörper bei Raumtemperatur in die Klimatruhe eingelegt und anschließend mit einer Heizrate von 10 K/Stunde erwärmt. Nach Erreichen der Prüftemperatur musste die Prüftemperatur anschließend mindestens 6 Stunden auf +45 °C gehalten werden.

F = 289,2kN

275,0

f = 51,3mm

250,0 Kraft [kN]

2.8.1 Ermittlung der statischen Schub- und Zugkennwerte bei +45 °C

Bruch

225,0 200,0 180 175,0

Als Ergebnis der Schubsteifigkeitsprüfungen zeigte sich bei RT ein mittlerer Schubmodul von G = 0,88 N/mm2 und bei +45 °C von 0,81 N/mm2. Diese Temperaturabhängigkeit stimmte gut mit den jahrelangen Güteüberwachungsprüfungen überein und liegt weit innerhalb der DIN-Toleranzgrenze.

Für die Zugsteifigkeitsprüfung waren zwei Haltelasten vorgegeben: 1. und 3. Be- und Entlastung bis 120 kN und die 4. Beund Entlastung bis 180 kN. Die Zugsteifigkeit unter einem Belastungswert bis 180 kN wurde an einem Lager bei +45 °C mit 120,8 kN/mm gemessen (f = 1,49 mm). Bei einem weiteren Lager wurde bis zu einer Zugkraft von 120 kN und +45 °C eine Zugsteifigkeit von 138,9 kN/mm gefunden (f = 0,86 mm).

2.8.2 Probleme bei der Ermittlung der max. Dehnungen Für die Funktionsfähigkeit des Zuglagers war zu prüfen, wie groß die Dehnungen im Elastomer aus zentrischer

Tab. 2

2,5 2,1

150,0 125,0 120 100,0

1,4

75,0 50,0 25,0 0,0 0,00

Die Isolierung der Prüfkörper mit einer Styropormanschette ergab zusammen mit der hohen Wärmespeicherkapazität des CR-Elastomers für den Zeitraum der Prüfung von Zug und Zugbruch (ca. 20 min) einen Temperaturabfall von unter 0,5 K.

= 3,01N/mm²

10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Weg [mm]

Bild 10 Zug-Bruch-Versuch eines Elastomerlagers 350 · 147 mm bei +45 °C, Maximallast: 289 kN bei ca. 51 mm Verformung Fracture test (tension) of an elastomeric bearing at +45°C, maximum load: 290 kN at a deformation of 51 mm

Zugdehnung und exzentrischer Randdehnung werden dürfen, damit nach Bild 1 der Stahltopf (Pos. 5) nicht aus dem Stahldeckel (Pos. 8) herausgleitet. Der Nachweis dafür lautet: 1,5 · vz < X (s. Tabelle 2). Maßgebend für diese Untersuchung wurde die vom Bauherrn vorgegebene Temperatur von +45 °C. Dafür wurde auch der Zugversuch bei +45 °C nach Bild 10 benötigt, da sich hier erheblich größere Dehnungen gegenüber Einzelversuchen unter einem Belastungswert von 180 kN mit f = 1,49 mm und unter 120 kN mit f = 0,86 mm ergeben haben.

Aus Gründen der Sicherheit wurden die in Tabelle 2, Spalte 4 eingetragenen Dehnungen aus Bild 10 übernommen. Die max. möglichen exzentrischen Randdehnungen wurden in Spalte 5 eingetragen. Danach ergibt die Summe aller Dehnungen in Spalte 6 mit dem Faktor 1,5 multipliziert in Spalte 7 die max. möglichen Dehnungen.

Dieser Wert darf die in Bild 1 mit „X“ gekennzeichnete konstruktive Vorgabe von 10 mm nicht überschreiten.

Max. Dehnungen des Elastomerlagers ∅ 350 · 147/T = 72 mm bei +45 °C und Zd = 120 kN bis 200 kN Expansion maximum for the elastomeric bearing

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Lager-Nr. Bild

Temperatur °C

Zd kN

Dehng. aus Zd mm

Dehnung aus α = 1.2 % mm

∑ Dehnung vZ mm

1.5 · vZ mm

„X“ mm

2

1045 12

+ 45 °C

120

1.40

2.10

3.50

5.25

< 10

3

1045 12

180

2.10

2.10

4.20

6.30

< 10

4

1045 12

200

2.50

2.10

4.60

6.90

< 10

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

69

BERICHT REPORT

W. Kauschke: New bearings for the overhead railway in Wuppertal

06_063_070_201201579_Kauschke_Layout 1 18.12.12 10:29 Seite 70

W. Kauschke: Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn

2.9

Vorgespannte (Pass-)Schraubverbindungen aus nichtrostendem Stahl (Bild 1, Ziffer „2“, „3“ und „11“)

2.9.1 Werkstoffwahl Für die Weiterleitung der Kräfte über das Elastomer-Topflager in die Stahlkonstruktion wurden Schrauben aus nichtrostendem Stahl, Werkstoffnr. 1.4547, verwendet, weil die Lager an den Stützenfüßen der Tragkonstruktion gelegentlich unter Wasser kommen können. Es wurden Pass-Schrauben nach DIN 7968 – Materialgüte 5.6 – eingesetzt. Diese Schrauben benötigen keinen besonderen Korrosionsschutz. Um überall gleiche Festigkeits-Eigenschaften zu erhalten, wurde festgelegt, die Schrauben aus Schmiede-Qualität herstellen zu lassen.

Die für Schraubverbindungen vorhandenen Regeln in DIN 18 800 Teile 1 und 7 und die „Zulassung für Bauteile und Verbindungen aus Nichtrostenden Stählen“ („Nirosta-Zul.“) sind für den hier vorliegenden Anwendungsfall nicht gedacht und konnten daher nur sinngemäß angewendet werden. Da die Verbindungen dieser Schrauben trotz Pass-Wirkung auch Gleitkräfte übertragen sollen, war eine Vorspannung erforderlich; dazu sollen die Kontaktflächen eine möglichst gute Reibflächenvorbereitung erfahren. Zur Anwendung kamen Schrauben M20 × 100, M24 × 150 und M30 × 170.

2.9.2 Statische Hinweise Der Werkstoff Nirosta hat bekanntlich keine ausgeprägte Streckgrenze. Für die Berechnung wurde ersatzweise die 0,2 %-Dehngrenze Rp0,2 genommen. Von den Schrauben wurden Stichproben untersucht und statistisch ausgewertet. Die Einhaltung der Werte für die Festigkeitsklasse 5.6 war problemlos. Schrauben in „Zug-Verbindungen“ von Konstruktionen, die schwingenden Lasteinwirkungen ausgesetzt sind, müssen bekanntlich vorgespannt werden, weil sich durch diese Maßnahme das Klemmpaket an der Aufnahme der Zuglasten beteiligt und die Schraube selbst nur einen entsprechend dem Steifigkeitsverhältnis geringeren Anteil als zusätzliche Zugkraft erhält. Das Klemmpaket bleibt geschlossen. Auch der Betriebsfestigkeits-

nachweis nach DIN 18800 Teil 1, Element (741) wurde geführt.

An je sechs Nirosta-Pass-Schrauben wurden Anziehversuche durchgeführt, um festzustellen, welche Vorspannkräfte in gleitfesten Verbindungen mit diesen Schrauben erreicht werden können. Eine Prüfung der Mutternfestigkeiten war nicht erforderlich, da, wie sich später herausstellte, alle Schrauben in den Anziehversuchen durch Abdrehen (Zug-/Torsionsbruch) im Gewindeschaftquerschnitt versagten. Mutterversagen war nicht aufgetreten. Somit waren die Muttern ausreichend fest und wurden nicht maßgebend im Anziehversuch.Die Schmierung der Nirosta-Pass-Schrauben erfolgte mit der mitgelieferten Klüber-Paste, die auftragsgemäß mit einem Pinsel auf das Gewinde aufgebracht wurde. Die Muttern der Schrauben M24 und M30 besaßen einen KunststoffStopp-Ring gegen Lösen. Es wurde auch untersucht, welche Anziehmomente zum Aufdrehen und zum Losdrehen dieser Muttern erforderlich waren, denn diese Momentenanteile sind unter Umständen zu den Vorspannkraft erzeugenden Anziehdrehmomenten zu addieren.

Schrauben können beim Anziehen im elastischen Bereich verbleiben und sie können auch teilplastisch oder bis in den plastischen Bereich angezogen werden. Das Anziehen im elastischen Bereich erlaubt den Ausbau und den Wiedereinbau von Schrauben, also die Wiederverwendung. Allerdings müssen Gewinde und Auflagerfläche, auf der gedreht wird, durch Überprüfung der Schmierung und gegebenenfalls durch Nachschmieren wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht werden.

Ein Fressen und andere Beschädigungen sind Anzeichen für einen Ausschuss, also für eine Nicht-Wiederverwendung.

Beim Wiederanziehen innerhalb des elastischen Bereichs entstehen praktisch keine bleibenden Dehnungen, es wird keine Duktilität der Schraube in Anspruch genommen.

In einem zweiten Teil dieses Berichtes (in der nächsten Ausgabe) wird über Versuche an Druckstücken für Punktkipplager berichtet.

Literatur [1] Forschungsbericht über die experimentelle Ermittlung der Rückstellmomente sowie der Zugbeanspruchbarkeit von Sonderlagern für die Wuppertaler Schwebebahn (WSWWuppertal). Bericht Nr. 1780 vom 22.04.2001, Technische Universität München, Lehrstuhl und Prüfamt für Bau von Landesverkehrswegen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. LEYKAUF. [2] Forschungsbericht über die experimentelle Ermittlung der Temperaturabhängigkeit von Zug-, Druck-, Schub- und Verdrehverhalten von Sonderlagern der Wuppertaler Schwebebahn (WSW-Wuppertal). Bericht Nr. 1932 vom 20.02.2002, Technische Universität München, Lehrstuhl und Prüfamt für Bau von Landesverkehrswegen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. LEYKAUF.

70

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

[3] EGGERT, H.; K AUSCHKE, W.: Lager im Bauwesen. 2. Aufl.

Berlin: Ernst & Sohn 1995.

[4] BLOCK, T.: Verdrehwiderstände bewehrter Elastomerlager.

Dissertation Bochum , Shaker Verlag 2010.

[5] DIN EN 1337-3: Lager im Bauwesen – Teil 3: Elastomerlager. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2005.

Autor Dipl.-Ing. Wolfgang Kauschke Bismarckstraße 12 A 42781 Haan

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 71

BERICHT

Nicolas Janberg

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012 Selten hat man als Bauingenieur die Gelegenheit, einen ganzen Tag lang über die Projekte von anderen Ingenieuren zu diskutieren, sie zu verstehen und zu kritisieren.

Genau dies ist natürlich die Aufgabe der Jury des Ingenieurbau-Preises, den Ernst & Sohn nun zum 13. Mal ausgelobt und nach erfolgreicher Entscheidung der Jurymitglieder auch vergeben hat. Die anregenden, mal heftiger, mal gleichmütiger ausgetragenen Gespräche während der verschiedenen Durchsichten der Projekte waren ein eindrucksvoller Beweis dafür, wie vielfältig die einzelnen Jurymitglieder ihre Aufgabe sahen und wie unterschiedlich Ansichten und Bewertungskriterien sein können.

(Foto: Petra Franke, Ernst & Sohn)

Auch dieses Mal war die gestellte Aufgabe keine einfache.

Erschwert wurde sie noch dadurch, dass die Projekte nicht mehr – wie bei vorhergegangenen IngenieurbauPreisen – geografisch beschränkt waren. Für eine Teilnahme zählte nur noch, dass die zu bewertende Ingenieurleistung in Deutschland, Österreich oder der Schweiz erbracht wurde, was zu einer Vielfalt an Projekten führte: Das erste eingegangene Projekt war beispielsweise die indische Forschungsstation in der Antarktis. Zwar lag der Großteil der Projekte natürlich in Deutschland, aber es wurden auch Bauwerke aus anderen europäischen Ländern wie Tschechien und Serbien oder aber aus den Vereinigten Arabischen Emiraten, Afghanistan oder gar

China eingereicht. Unter den 37 eingegangenen Projekten waren neben Brücken 13 Hochbauten, was einen guten Anteil darstellt, aber auch gleichzeitig die Problematik aufwirft: Wie vergleicht man Brücken oder die gemeinhin als solche bezeichneten Ingenieurbauwerke mit denen der Architektur? Denn letztere stellen konstruktiv auch sehr große Herausforderungen dar, jedoch wird dort in vielen Fällen die Leistung des Ingenieurs von der des Architekten überschattet, wenn nicht sogar buchstäblich verdeckt. Das aber macht gerade den Unterschied zwischen anderen Auszeichnungen für Bauingenieure und dem Ingenieurbau-Preis aus, der schon seit jeher versucht, die Unterscheidung zwischen Hoch- und Tiefbauten zu vermeiden. Die Jury hat auch diese Herausforderung gemeistert. Nach mehreren Ausscheidungsrunden konnte am Nachmittag schließlich der Preisträger festgestellt werden: Das Nationalstadion in Polen von schlaich, bergermann und partner, ein exzellentes Beispiel nicht nur für die herausragende Ingenieurleistung, aber auch für das Zusammenspiel mit der Architektur und zwischen den beiden Berufszweigen. Man bedenke hier, dass bei vorhergegangenen Auslobungen dieses Bauwerk gar nicht zugelassen worden wäre. Mit den beiden Auszeichnungen, zum einen für die Sanierung des Hamburger Hauptbahnhofes, die voranschritt, ohne dass es manchen Jurymitgliedern in dieser Zeit aufgefallen wäre, und zum

Die Jury (v.l.n.r.): Dr.-Ing. KARL-EUGEN KURRER, Verlag Ernst & Sohn; Dr.-Ing. KLAUS STIGLAT, NICOLAS JANBERG, Verlag Ernst & Sohn; Prof. Dr.-Ing. ANNETTE BÖGLE, HafenCity Universität Hamburg; KARIN LANG, Verlag Ernst & Sohn; Prof. Dr.-Ing. MANFRED CURBACH, Technische Universität Dresden; Prof. Dipl.-Ing. HOLGER SVENSSON, Dr. BERNHARD HAUKE, bauforumstahl e.V.; Dipl.-Ing. JOHANN SISCHKA, Waagner-Biro AG; Dipl.-Ing. MARKUS GEHRI, SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 1

71

BERICHT REPORT

DOI: 10.1002 / bate.201320024

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 72

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

anderen für den Ersatzneubau der Binnenhafenbrücke der Hamburger Hochbahn, könnte man dieses Mal vielleicht noch einen Ehrentitel an die Hansestadt vergeben – als Hochburg des Ingenieurbaus.

(Foto: Marcus Bredt)

Nach einer äußerst interessanten Jurysitzung kann man sich nun auf die Preisverleihung freuen, die am 25. Januar 2013 in Berlin stattfindet. Denn im Rahmen der Sitzung sind alle anwesenden Jurymitglieder interviewt worden.

Die interessantesten Antworten zu Fragen zur Beurteilung von Ingenieurbauwerken, zur Zusammenarbeit mit Architekten oder zur Wichtigkeit des Preises selber werden sowohl während der Preisverleihung als auch in unserem online-Magazin www.momentum-magazin.de zusammengefasst.

Nationalstadion Warschau

Nationalstadion Warschau (Preisträger) Das neue polnische Nationalstadion gründet auf den aufgeschütteten Trümmern der im zweiten Weltkrieg zerstörten Stadt Warschau. Mit dieser Arena wurde ein technischer und funktionaler Meilenstein gesetzt und ingenieurtechnisches Neuland betreten.

Die Formfindung des Seiltragwerkes erfolgte mit einer FEM-basierten Software, die die Definition eines beliebigen Gleichungssystems basierend auf Struktur- oder auch Geometrieelementen mit beliebigen Freiheitsgraden erlaubt. Der enge Planungsterminplan erforderte, dass wesentliche Randbedingungen wie die Koordinaten der Stützenfundamente bereits zu einem frühen Zeitpunkt festgelegt wurden. Das statische System kombiniert verschiedene Prinzipien des Speichenrades zu einem komplexen Gesamttragwerk. Die Dachtiefe des unbeweglichen Daches alleine beträgt 91 m, die gesamte überdachte Fläche liegt bei 68 000 m2. Im gesamten Tragwerk gibt es keine Verstellmöglichkeiten um etwaige Abweichungen in der Ausführung zu korrigieren.

Herzstück des Innendaches ist die zentrale Nadel, die über dem Anstoßpunkt aufgehängt ist und das gesamte Innendach trägt. Von Planung bis Fertigstellung musste das Eigengewicht der gesamten Nadel (190 t) sorgfältig verfolgt werden, um die zulässigen Kräfte in den Tragseilen nicht zu überschreiten. Am oberen Ende des statisch wirksamen Teils der Nadel befindet sich ein Zentralknoten wo auf kleinstem Raum die 60 Seile des Innendaches zusammen laufen. Statisch nicht erforderliche Teile des Knotens wurden aus Gewichtsgründen entfernt. Dadurch entstand eine auch optisch ansprechende Rosette, die für den Besucher bei geöffneter Membrangarage sichtbar ist.

Das bewegliche Innendach aus 9 800 m2 PCV Membrane kann mit elektrischen Winden an den Seilen über das Spielfeld gezogen werden. Das Gussteil des unteren Zentralknotens ist mit 18 t das schwerste von insgesamt 121 Verbindungsstücken im Seiltragwerk.

Die Fassade besteht aus rot und silber eloxierten Aluminium Streckmetallpaneelen, welche auf Stahlrahmen mon72

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

tiert sind. Für die Befestigung der Paneele wurde ein schnell montierbares Klemmdetail aus Aluminiumextrusionen entwickelt. Das Schwingungsverhalten der Paneele wurde in einem Windkanal untersucht.

Der schwierige Hebevorgang der kompletten Seilkonstruktion wurde bei Temperaturen bis –20°C im Winter 2010/2011 bewerkstelligt und stellte höchste Anforderungen an Planer und Ausführende. 390 vollverschlossene Seile, 122 Stahlgussteile (380 t) und die zentrale Luftstütze (100 t) wurden von 60 hydraulischen Pressen vom Boden in ihre endgültige Position gehoben – insgesamt 2 200 t mit Zugkräften von bis zu 3 600 kN an den Hebepressen und bis zu 6 700 kN beim Anspannen. Zudem musste das Abheben vom Boden ausschließlich vertikal und ohne horizontales Gleiten der Bauteile erfolgen. Dies war nur durch äußerst präzise Simulationsrechnungen, sorgfältige konstruktive Vorbereitung, ständige Kraft- und Geometriekontrolle und ein erfahrenes und professionelles Baustellenteam zu bewältigen.

Es hat sich bestätigt, dass die Kontinuität in der Planungsverantwortung, die neben der vollständigen Ausführungsplanung auch die Montageberechnungen, die Prüfung der Werkstattpläne sowie die ingenieurtechnische Kontrolle der Fertigung und Montage umfasst, einen wichtigen Schlüssel zum Erfolg solcher Projekte darstellt. So urteilte die Jury: „Mit dem polnischen Nationalstadion in Warschau wurde ingenieurtechnisches Neuland betreten. Herausragend ist der Entwurf einer Multifunktionsarena mit wintertauglichem wandelbarem Innendach und die Umsetzung in ein komplexes Gesamttragwerk, dessen statisches System verschiedene Prinzipien des Speichenrades synthetisiert. […] Ausgezeichnet werden die ungewöhnliche Konstruktion und die ingeniöse Beherrschung des Spiels der Grundbeanspruchungen von Druck und Zug in der Planung und Ausführung. Das Ergebnis ist eine bis ins Detail gestalterisch durchdachte strukturale Komposition, die ästhetisch und konstruktiv überzeugt.“

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 73

Membran Innendach: Glasdach:

März 2008 Januar 2012 58 000 Plätze 68 000 m2 10 000 t 55 000 m2, Glasfaser-PTFE 10 000 m2, PVC-Polyester 4 000 m2

Architekten von Gerkan Marg und Partner, Berlin; JSK Architekten, Warschau; schlaich bergermann und partner, Stuttgart Weitere Fachplaner: Massivbau: Matejko und Partner, Wroclaw (Breslau) Windkanal: Wacker Ingenieure, Birkenfeld Ausführende Generalunternehmer: Joint Venture Alpine, Deutschland/ Hydrobudowa, Polen Konsortium Dach und Membranbau: Cimolai, Italien; Mostostal Zabrze, Polen; Hightex, Deutschland Beteiligte Firmen Dachmontage: VSL Heavy Lifting, Schweiz; Innauen & Schätti, Schweiz

(Foto: Ingenieurbüro Grassl GmbH)

Planungsbeginn: Fertigstellung: Kapazität: Überdachte Grundfläche: Stahlbau: Membran festes Dach:

Planungskonsortium:

Stahlviadukt Binnenhafen, Hamburg (Auszeichnung) Das Brückenbauwerk A(20) liegt am nördlichen Hafenrand der Hansestadt Hamburg vor historischer Kulisse der Speicherstadt und in Sichtweite der im Bau befindlichen Elbphilharmonie. Das Bauwerk überführt die Linie U3 der Hamburger Hochbahn über den Binnenhafen, dem Mündungsgewässer der Alster in die Elbe. Der zweigleisige Viadukt liegt zwischen zwei Straßenbrücken.

Die vorhandene Stahlbrücke wurde 1912 als Fachwerkbrücke bestehend aus drei Einfeldträgern erstellt. Die filigrane Bauweise und gestiegene Zugfolge führten zu einer starken Beanspruchung hinsichtlich der Dauerfestigkeit, sodass immer wieder Verstärkungsmaßnahmen erforderlich wurden. Im Jahre 1986 fand eine auf 25 Jahre ausgelegte Grundinstandsetzung statt, mit dem Ziel, das Bauwerk danach zu erneuern.

Der Ersatzneubau besteht aus einer 5-feldrigen stählernen Deckbrücke mit Stützweiten von 24,8 m – 2 × 44,5 m – 23,4 m – 12,6 m bei einer Gesamtlänge von ca. 150 m.

Die Deckbrücke wurde in den Vorlandbereichen mit zwei Hohlkasten-Hauptträgern ausgeführt, die in den Hauptfeldern in ein gevoutetes Fachwerk übergehen, welche eine größtmögliche Transparenz in der Ansicht erlaubt.

Die Untergurte des Fachwerks sind als Bogen ausgeführt, die sich in den Feldmitten jeweils mit den Obergurten wieder zu einem Vollwand-Querschnitt vereinigen. Die Bogenform verdeutlicht den Sprung über den Binnenhafen und akzentuiert den Mündungsbereich der Alster in die Elbe. Die Bauhöhe der Hauptträger beträgt 1,1 m im Vorlandbereich und 1,6 m in den Bogenscheiteln bei einer sehr großen Schlankheit von 35.

Die Bauhöhe der Fachwerkträger beträgt maximal 4,2 m bei einem Abstand von 4 m. Aus der gekrümmten Trassierung resultieren Fliehkräfte, die durch Auflagerdiagona-

BERICHT REPORT

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Detailansicht von Osten

len an den Pfeilern ohne merkliche Einbußen der Eleganz abgetragen werden können. Alle Hauptträgerbleche sind in dem Bereich der Linkskurve räumlich gekrümmt.

Einem möglichen Abheben der Endauflager wurde auf einer Seite durch Ballast entgegengewirkt, auf der anderen durch eine Stützenhebung.

Die Demontage- und Montagearbeiten an den Überbauten mussten innerhalb von 18 Wochen erfolgen, um den öffentlichen Nahverkehr so kurz wie möglich einzuschränken. Nach der Demontage der alten Brücke wurden die Unterbauten hergestellt und schließlich der neue Überbau montiert. Der U-Bahn-Betrieb auf der Linie U3 wurde am 2. Oktober 2010 plangemäß in vollem Umfang wieder aufgenommen.

Die Jury fasste ihr Urteil wie folgt zusammen: „Die moderne, funktionale Konstruktion der Binnenhafenbrücke greift historische Formen auf und korrespondiert so hervorragend mit dem Kontext der umliegenden Speicherstadt. Das Viaduktbauwerk ist somit ein sehr gutes Beispiel für eine funktionale und sensible Erneuerung der Verkehrsinfrastruktur in einer urbanen Umgebung.“ Verantwortliche Ingenieurbüros:

Bauherr: Architekt: Bauausführung:

Stahlbau: Ingenieurbüro Grassl GmbH, Hamburg; Massivbau: WTM Engineers GmbH, Hamburg Hamburger Hochbahn AG, Hamburg Grundmann + Hein Architekten, Hamburg Stahlbau: SD Stahlbau Dessau GmbH, Dessau; Massivbau: Fr. Holst GmbH & Co. KG, Hamburg

Sanierung Hauptbahnhof Hamburg (Auszeichnung) Der denkmalgeschützte Hamburger Hauptbahnhof wurde 1906 erbaut und zählt mit seiner historischen Dachkonstruktion zu den imposantesten Bauwerken der Hansestadt. Bei Überprüfungen an der Tragkonstruktion und der Gebäudehülle der Bahnhofshallen wurden erhebliche Schäden festgestellt, die unter Berücksichtigung des Denkmalschutzes saniert und rekonstruiert werden Bautechnik 90 (2013), Heft 1

73

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 74

(Foto: Hermann Kolbeck, Langenhagen, Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH)

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Sanierter Hauptbahnhof Hamburg

mussten. Unter anderem wurden Teile der Stahlkonstruktion der Haupt- und Seitenhallen ausgetauscht, die Glasfassaden und Oberlichter erneuert und die Südfassade instandgesetzt. Die Aufgabenstellung war, das bestehende Bauwerk unter Aufrechterhaltung des Verkehrs für die kommenden 50 Jahre standsicher, verkehrssicher und regendicht zu machen und durch die neue Transparenz attraktiver zu gestalten. Die besondere Herausforderung lag in der Sanierung unter laufendem Betrieb bei 450 000 Besuchern täglich.

Die Überdachung der Bahnsteige setzt sich aus genieteten Zweigelenk-Stahl-Hauptbindern zusammen, die 73 m weit spannen (Firsthöhe 32 m) und im Abstand von ca.

15,5 m aufgestellt sind. Zwischen den Hauptbindern tragen Gitterträger die Lasten von Dach und Fassaden weiter. Seitliche Fachwerkträger-Rahmen nehmen den horizontalen Schub aus den Hauptrahmen auf und dienen als Auflager für die Tonnendächer der beidseitigen Seitenhallen. Der Schub wird seitlich an Granitlagersteinen abgetragen. Die Südfassade besteht aus einer abgehängten Stahlkonstruktion.

Aufgrund der Denkmalschutzauflagen hatten Baustoffwahl und Farbgebung in enger Abstimmung mit der Behörde zu erfolgen. Defekte Stahlelemente wurden durch neue Profile ersetzt. Die Glasfassaden wurden mit einer Stahlaufsatzkonstruktion ausgeführt. In der Südfassade wurden tonnenschwere Granitblöcke zum Austausch der Stahlkonstruktion entfernt, aufgearbeitet und wieder eingesetzt. Stahlbetonblöcke im Mittelteil wurden unter Begleitung des Amts für Denkmalschutz durch strukturierte Betonfertigteilen mit Zuschlagsstoffen aus italienischem Granit ersetzt. Die originalgetreue Rekonstruktion der Bauteile lag dabei im Vordergrund: so durften Tragprofile der Oberlichtverglasung in den Seitenhallen nicht ersetzt werden, sondern wurden einzeln demontiert, durchnummeriert, aufgearbeitet und an gleicher Stelle wieder montiert.

74

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Unterschiedlichste Maßnahmen wurden über den gesamten Hauptbahnhof verteilt bei laufendem Betrieb durchgeführt. Ursprünglich waren großvolumige Raumgerüste in engen Sperrpausen innerhalb der Hallen vorgesehen.

Anhand eines geänderten Konzeptes wurden die Gerüste durch schneller zu montierende Schutznetzkonstruktionen und Hängegerüste ersetzt. Für diese z.T. schweren Gerüstkonstruktionen auf den Dächern, die außerhalb von Sperrpausen errichtet werden konnten, waren umfangreiche statische Berechnungen erforderlich, um die Standsicherheit unter Ausnutzung vorhandener Lastreserven nachzuweisen. Positiver Nebeneffekt war eine kaum spürbare Beeinträchtigung des Betriebes, da die Hallen und Ladenzeilen von störenden Standgerüsten frei gehalten wurden.

In ihrer Begründung fasste die Jury zusammen: „ […]wird hier nicht nur ein neues Bauwerk lobend erwähnt, sondern die ingenieurtechnische Leistung bei der Instandsetzung und Verstärkung einer vorhandenen Tragstruktur.

Insbesondere wurden filigrane, leicht und schnell zu montierende und demontierbare Schutznetzkonstruktionen im Inneren der Haupthalle verwendet. Dadurch gab es nur kaum spürbare Beeinträchtigungen des Bahn- und Reiseverkehrs. Die Bauhilfskonstruktionen mussten dabei so leicht wie möglich ausgeführt werden, da die Lastreserven der bestehenden Tragkonstruktion sehr gering waren. Durch die Erneuerung der Glasfassaden ist die schon zuvor beeindruckende Bahnhofshalle wesentlich heller und noch attraktiver geworden.“ Verantwortliches Ingenieurbüro: Bauherr: Architekt: Bauausführung:

lngenieurbüro A. Elsner, Schneverdingen DB Station & Service AG, Regionalbüro Nord, Hamburg lngenieurbüro A. Elsner, Schneverdingen Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH

Ingenieurbau-Preis von Ernst & Sohn mit Unterstützung von

Einreicher: Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover Verantwortliches Ingenieurbüro: lngenieurbüro A. Elsner, Schneverdingen

2011

August 2012

Mai 2012

Fußgängerbrücke über die Adler (Orlice) in Königgrätz (Hradec Králové)

Neubau der Eisenbahnbrücke über die BAB 4 Nähe Anschlussstelle Düren

März 2012

Neue Indische Forschungsstation auf den Larsemann Hills, Antarktis

Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover

Fr. Holst GmbH & Co. KG (Massivbau), Hamburg SD Stahlbau Dessau GmbH (Stahlbau), Hamburg

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Bauunternehmung Bruno Klein Ingenieurbüro Dipl.-Ing. Lorenz Cornelissen, GmbH & Co. KG, Jünkerath Nideggen

Einreicher: M – SILNICE a. s., Novy´ baum & barosˇ ARCHITEKTEN, Roetgen Bydzˇov, Tschechische Republik Verantwortliches Ingenieurbüro: Ingenieurgemeinschaft Führer – Kosch – Jürges (statische und dynamische Berechnung), Aachen Transconsult s. r. o. (statische und dynamische Berechnung (Prüfstatik), Fachbauleitung), Hradec Králové, Tschechische Republik

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: KAEFER Construction GmbH, IMS Ingenieurgesellschaft mbH, Hamburg Monheim

Beiträge in der Reihenfolge der Einreichung

Sanierung Hauptbahnhof, Hamburg

2010

Auszeichnung zum Preis: November

U-Bahn-Bauwerk A(20) – Stahlviadukt Binnenhafenbrücke, Hamburg

Einreicher: Ingenieurbüro Grassl GmbH, Hamburg Verantwortliches Ingenieurbüro: Ingenieurbüro Grassl GmbH (Stahlbau), Hamburg WTM Engineers GmbH (Massivbau), Hamburg

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Cimolai Spa schlaich bergermann und partner, Stuttgart Federführend für das Konsortium JV Cimolai S.p.A + Mostostal Zabrze + Hightex GmbH, Pordenone, Italien

Dezember 2011

Ausführende Firma/en

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure

Fertigstellung

Auszeichnung zum Preis: September

Nationalstadion Warschau

Preisträger:

Objekt/Ort

Rurtalbahn GmbH, Düren

Magistrát meˇsta Hradec Králové – OHA, Hradec Králové, Tschechische Republik

National Centre for Antarctic & Ocean Research, Goa 403 804, Indien

DB Station & Service AG, Regionalbüro Nord, Büro Hamburg

Hamburger Hochbahn AG, Hamburg

Narodowe Centrum Sportu Sp. z o.o., Inspektor für das Dachtragwerk, Stahlbau und Seilbau, Warszawa, Polen

Bauherr

Ingenieurbüro Dipl.-Ing. Lorenz Cornelissen, Nideggen

baum & barosˇ ARCHITEKTEN, Roetgen

bof architekten, Hamburg

lngenieurbüro A. Elsner, Schneverdingen

Grundmann + Hein Architekten, Hamburg

gmp · Architekten von Gerkan, Marg und Partner mit JSK Architekci sp. z o.o.; schlaich bergermann und partner, Berlin

Architekt

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

75

BERICHT REPORT

Eingereichte Projekte 2013

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 75

76

Ausführende Firma/en

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Mai 2012

September 2010

Juni 2011

August 2012

Dezember 2010 – Oberbau 2011 (Fertigstellung)

Verkehrsübergabe Dezember 2011

Blattenbrücke, Malters (Schweiz)

NürnbergMesse – Neugestaltung und Erweiterung Eingang Mitte

adidas LACES, Herzogenaurach

Die Windelbachtalbrücke – Überbauerneuerung mit innovativem Montageverfahren, Herborn (Hessen)

Brücke über die lJssel, Zwolle (Niederlande)

Brücke über die Sava, Belgrad (Serbien)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: ARGE „Ogranak Sava Most“, Leonhardt, Andrä und Partner Beratende bestehend aus Porr Bau GmbH Ingenieure VBI GmbH, Stuttgart und DSD, Belgrad (Serbien)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Bouwcombinatie WellingSSF lngenieure AG, München Züblin, Duisburg

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: ARGE Talbrücke Windetbach Donges Steeltec GmbH, Darmstadt (Donges Stelltec GmbH, Adam Hörnig GmbH, BWS GmbH), Darmstadt

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Max Bögl Bauunternehmung Weischede, Herrmann und Partner GmbH GmbH & Co. KG, Nürnberg Beratende Ingenieure, Stuttgart

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Rohbau: Weischede, Herrmann und Partner GmbH Moezer GmbH, Lichtenau Beratende Ingenieure, Stuttgart Stahlbau Lamellendach: Arge NürnbergMesse, Jessen (Elster)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Porr Suisse AG, Altdorf Synaxis AG, Zürich (Schweiz) (Schweiz)

Oktober 2010 Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Hofschröer GmbH & Co. KG, ifb frohloff staffa kühl ecker, Berlin Lingen (Ems)

Brücke Segerothstraße

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Beijing Construction schlaich bergermann und partner, Stuttgart Engineering Group co., LTD., Xicheng District, Beijing, CHINA

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure

Dezember 2011

Fertigstellung

Westbahnhof Tianjin

Objekt/Ort

HSW Kompetenzcenter Bauwerksentwurf, Marburg

kadawittfeldarchitektur, Aachen

kadawittfeldarchitektur, Aachen

–

Halfmann Architekten, Köln

gmp, Architekten von Gerkan, Marg und Partner, Berlin

Architekt

Vertreter des Bauherrn: Belgade Land Development Public Agency, Belgrad (Serbien)

Entwurfsverfasser und Prüfer: Ponting, Maribor (Slowenien)

Pro Rail, Utrecht (Niederlande) Quist Wintermanns Architekten BV, Rotterdam (Niederlande)

Amt für Straßen- und Verkehrswesen Dillenburg

adidas AG, Herzogenaurach

NürnbergMesse GmbH Bauunternehmung, Nürnberg

Dienststelle Verkehr und Infrastruktur (vif), Kanton Luzern (Schweiz)

RVR Ruhr Grün, Essen

Tianjin Ministry of Railway, vertreten durch TSDI (Third Railway Survey Design Institute = Partner Office), Tianjin, Hebei District, CHINA

Bauherr

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 76

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Fertigstellung

August 2012

August 2011

April 2012

Inbetriebnahme August 2011, Endfertigstellung Mai 2012

September 2010 Aufnahme der Betriebsführung

2011

Juli 2011

Riedbahnbrücke, Mannheim

Murrtalviadukt im Zuge der B 14, Backnang

Themenpavillon „One Ocean“ Expo 2012, Yeosu (Südkorea)

Ötztaler Achbrücke, ÖBB-Strecke Innsbruck – Bludenz, km 47.314, Roppen

Eisenbahnbrücke Brunngraben, ÖBBStrecke Linz – Selzthal, km 100.740, Ardning (Steiermark)

ZOB Schwäbisch Hall

Neubau der Brücke über die Saale im Zuge der B 180 bei Naumburg/Roßbach

Ausführende Firma/en

Bauherr

Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG, Neumarkt

Raffl Stahlbau GmbH, Steinach (Österreich)

Teerag-Asdag AG, Kematen (Österreich)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: GP lngenieurbau GmbH, SSF lngenieure AG Beratende lngenieure Halle/Saale im Bauwesen, Halle/Saale

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Ausführendes Unternehmen Engelsmann Peters Beratende Ingenieure Stahlbau: GmbH, Stuttgart Winterhalter GmbH, Freiburg

Einreicher: Österreichische Bundesbahnen, Infrastruktur AG, Geschäftsbereich Integriertes Streckenmanagement, Wien (Österreich) Verantwortliches Ingenieurbüro: SBV ZT GmbH / TU Wien – Institut für Tragkonstruktionen/Stahlbau (Planer), Salzburg (Österreich)

Einreicher: Österreichische Bundesbahnen, Infrastruktur AG, Geschäftsbereich Engineering Services, Brückenbau, Wien (Österreich) Verantwortliches Ingenieurbüro: SBV ZT GmbH / TU Wien – Institut für Tragkonstruktionen/Stahlbau (Planer), Salzburg (Österreich)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Ojoo Industrial Co., Ltd., Knippers Helbig Advanced Engineering, Generalunternehmer LamellenStuttgart fassade, Herstellung GFKLamellen, Bucheon (Korea)

Einreicher: Regierungspräsidium Stuttgart, Stuttgart Verantwortliches Ingenieurbüro: Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH, Stuttgart

Entwurfsverfasser Amtsentwurf: Bornscheuer Drexler Eisele GmbH, Stuttgart

Architektonische Begleitung: Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH, Stuttgart

Architekt

Landesstraßenbaubehörde Sachsen-Anhalt, Regionalbereich Süd, Halle/Saale

Stadt Schwäbisch Hall

–

Marquardt Architekten, Stuttgart

Österreichische Bundesbahnen, – Infrastruktur AG, Geschäftsbereich Integriertes Streckenmanagement, Linz (Österreich)

Österreichische Bundesbahnen, Ostertag Architects, Wien Infrastruktur AG, Geschäfts(Österreich) bereich Engineering Services, Brückenbau und konstruktiver Ingenieurbau (fachtechnische Projektbearbeitung), Innsbruck (Österreich)

The Organizing Committee for soma ZT GmbH, Wien EXPO 2012, Yeosu (Korea) (Österreich)

Bundesrepublik Deutschland vertreten durch das Referat 43 des Regierungspräsidiums Stuttgart

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: ARGE Riedbahnbrücke Stadt Mannheim, Mannheim Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Mannheim Ingenieure VBI GmbH, Stuttgart DSD Brückenbau GmbH/ Heberger HTI GmbH, Saarlouis

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

77

BERICHT REPORT

Objekt/Ort

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 77

78

Wettbewerb 2007 Realisierung 2009–2011

Fertigstellung

Ausführende Firma/en

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Mafledil SA, Bellinzona Ingegneri Pedrazzini Guidotti Sagl, Lugano (Schweiz) (Schweiz)

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Juli 2012

Einreicher: DB ProjektBau GmbH, Leipzig Verantwortliches Ingenieurbüro: schlaich bergermann und partner Beratende Ingenieure im Bauwesen, Berlin

Einreicher: DB ProjektBau GmbH, Leipzig Verantwortliches Ingenieurbüro: INGE SMP Ingenieure im Bauwesen GmbH, NORD-WEST Planungsgesellschaft mbH, Dresden ARGE Gänsebachtalbrücke, Adam Hörnig Bauges. mbH & Co. KG, Stutz GmbH, Weimar

Einreicher: Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover Verantwortliches Ingenieurbüro: lngenieurbüro Prof. Weyer, Dortmund

Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Duisburg

Architekt

Landschaftsverband Rheinland, Köln

–

Entwurfsverfasser: schlaich bergermann und partner Beratende Ingenieure im Bauwesen, Berlin

Landesbetrieb Straßenbau und Winking Architekten Hamburg, Verkehr Schleswig-Holstein, Grassl lngenieure Hamburg NL ltzehoe

Bauherrenvertreter: BAWV Referat IU 6, im Auftrag des Bundesverteidigungsministeriums, Bonn

DB Netz AG, Berlin

Marx Krontal GmbH, Hannover

Ahlbrecht Felix Scheidt Generalplaner GmbH, Essen

Canton Ticino, Sezione della Baserga Mozzetti architetti, logistica, Bellinzona (Schweiz) Muralto (Schweiz)

Bauherr

ARGE Unstruttalbrücke, Alpine DB Netz AG, Berlin Bau Deutschland AG, Berger Bau GmbH, Leuna-Zöschen

Dezember Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Raho Road & Building 2011 feierlich SSF Ingenieure AG Beratende Ingenieure im Company Ltd., Kunduz eröffnet und Bauwesen, Köln (Afghanistan) für den Verkehr freigegeben

OU ltzehoe, Erneuerung August 2010 des Bauwerkes Brücke über die Stör, RiFa Heide, Itzehoe

Mischa-Meier-Brücke – Brücke über den Kunduz River (benannt nach gefallenem deutschen Hauptgefreiten Mischa Meier), Distrikte Chahar Darreh und Aliabad, Kunduz River (Afghanistan)

Eisenbahnüberführung Juli 2012 Gänsebachtalbrücke VDE 8.2 NBS ErfurtLeipzig/Halle, Buttstädt bei Weimar

Eisenbahnbrücke Unstruttalbrücke, VDE 8.2 NBS Erfurt – Leipzig/Halle, Karsdorf/Wetzendorf

Überdachung St. Antony Oktober 2010 Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Ausführung Stahlbau: IndustriearchäologiSchülkeWiesmann Ingenieurbüro, Dortmund A.I.S. GmbH, Willich scher Park des Rheinischen Industriemuseums – Wiege der Ruhrindustrie, St. Antony Hütte, Oberhausen

Zweifachturnhalle, Chiasso (Schweiz)

Objekt/Ort

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 78

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Juni 2011

Juli 2011

März 2011

Mai 2011

Dezember 2010

Verkehrsüber- Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: ALPINE Bau GmbH, Linz gabe Oktober Dl Josef Mayer ZT GmbH für Bauwesen, Wien (Österreich) 2010, Bauab- (Österreich) nahme Mai 2011

Zayed University, Abu Dhabi (Vereinigte Arabische Emirate)

Eisschnelllaufhalle, Inzell

Metropol Parasol – Verschattungskonstruktion aus Holz, Sevilla (Spanien)

Kirchenbrücke, MuotathalSZ Schweiz

Donaubrücke Traismauer, Österreich

Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Duisburg

Grossmann Bau GmbH & Co. KG (Dach), Rosenheim

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: ARGE Kirchenbrücke, Pirmin Jung lngenieure für Holzbau AG, Rain Muotathal (Schweiz) (Schweiz)

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: METSÄ WOOD vormals Arup Deutschland GmbH, Berlin Finnforest Merk, Aichach

Einreicher: Behnisch Architekten, Stuttgart Verantwortliches Ingenieurbüro: Köppl Ingenieure (Tragwerksplaner Entwurfu. Genehmigungsplanung Hallendach), Rosenheim

Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Habtoor Leightor Group, Abu Ingenieurbüro Dr. Binnewies Ingenieurgesell- Dhabi (Vereinigte Arabische schaft mbH, Hamburg Emirate)

Einreicher: Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover Verantwortliches Ingenieurbüro: lngenieurbüro Prof. Weyer, Dortmund lngenieurbüro Dr. Schütz, Kempten

Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover

Neubau der Niedernfelder Brücken, Hamburg

Einreicher: Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Hannover Verantwortliches Ingenieurbüro: Arge Gondwanaland Eisenloffel, Sattler und Partner, ESP, Berlin (Tragwerksplanung)

Januar 2011

Ausführende Firma/en

Neubau Riesentropenhalle Gondwanaland, Zoo Leipzig

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure

Fertigstellung

Architekturbüro Lehmann, Hamburg

Arge Gondwanaland – Henchion + Reuter HRA, Berlin

Architekt

ASFINAG Bau Management GmbH, Wien (Österreich)

Gemeinde Muotathal (Schweiz)

Ayuntamiento de Sevilla und Sacyr, S.A.U., Grupo Sacyr Vallehermoso (Generalübernehmer), Sevilla (Spanien)

Gemeinde Inzell

Dl Josef Mayer ZT GmbH für Bauwesen, Wien (Österreich)

Eduard lmhof Architekt, Luzern (Schweiz)

J. Mayer H. Architects, Berlin

Projektarbeitsgemeinschaft Behnisch Architekten Pohl Architekten, München

Mubadala Development BRT Engineering GmbH, Company, Abu Dhabi Hamburg (Vereinigte Arabische Emirate)

HPA – Hamburg Port Authority AöR, Hamburg

Zoo Leipzig GmbH, Leipzig

Bauherr

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

79

BERICHT REPORT

Objekt/Ort

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 79

80

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Wochner GmbH & Co. KG (FBW Fertigbau GmbH & Co. KG), Dormettingen

Oktober 2011 Einreicher & Verantwortliches Ingenieurbüro: Bacher GmbH in Kooperation Leonhardt, Andrä und Partner Beratende mit Ostseestaal GmbH & Co. Ingenieure VBI GmbH, Stuttgart KG/Stralsund (Ausführende Firma Stahlbau), Mengen

Einbau einer „Alpenpass“-Ausstellungsbrücke im ErwinHymer-Museum, Bad Waldsee

Einreicher: Groz-Beckert KG, Albstadt Verantwortliches Ingenieurbüro: H+P Ingenieure GmbH & Co. KG, Aachen

August 2010

Ausführende Firma/en

Textilbetonbrücke, Albstadt-Lautlingen

Einreichende Firma/ Verantw. Ingenieure Alpine Bau GmbH, WienOberlaa (Österreich)

Fertigstellung

Paul-Amann-Steg, Wien Offizielle Einreicher: (Österreich) Eröffnung DDI Rudolf Brandstötter (Entwurf und Oktober 2010 Vorbemessung wurde noch während des Studiums im Rahmen eines Studentenwettbewerb gemacht), Salzburg (Österreich) Verantwortliches Ingenieurbüro: DI J. Mayer, Wien (Österreich)

Objekt/Ort

Erwin Hymer Stiftung, Bad Waldsee

Groz-Beckert KG, Albstadt

Magistrat der Stadt Wien, MA29 – Brückenbau und Grundbau, Wien (Österreich)

Bauherr

Milla & Partner GmbH, Stuttgart

Hartwig N. Schneider Generalplaner GmbH, Stuttgart

DDI Rudolf Brandstötter, Salzburg (Österreich)

Architekt

06_071_080_201320024_Janberg_Layout 1 18.12.12 10:30 Seite 80

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst und Sohn: Jury tagte am 16.11. 2012

Firmen und Verbände – Persönliches– Rezensionen – Nachrichten

Aus dem Inhalt Vorindustrieller Holzbau .......................................................................... 81 23. Dresdner Brückenbausymposium im März 2013 ........................... 82 Bau und Umwelt in Darmstadt ................................................................ 82 Health Monitoring in breit angelegtem Vormarsch ............................ 82 Soroptimist International vergibt Förderpreis ...................................... 83 An die Redaktion der BAUTECHNIK ...................................................... 84 Veranstaltungskalender .......................................................................... 85

BAUTECHNIK aktuell 1/13

REZENSION

Vorindustrieller Holzbau in Südwestdeutschland und der deutschsprachigen Schweiz

Regierungspräsidium Stuttgart – Landesamt für Denkmalpflege, Arbeitskreis für Hausforschung, Regionalgruppe BadenWürttemberg, Vereinigung für Bauforschung (VEBA) Schweiz (Hg.): Vorindustrieller Holzbau in Südwestdeutschland und der deutschsprachigen Schweiz. Terminologie und Systematik. Südwestdeutsche Beiträge zur historischen Bauforschung.

Sonderband. Esslingen 2012. 132 S. zahlr. s/w Abbildungen. Broschur, 21 × 30 cm. ISBN 978-3-942227-11-7 Im Gegensatz zum Stahlbau, bei dem die Bezeichnung der einzelnen Materialien, Bauteile und Verbindungsmittel unstrittig ist, ist der vorindustrielle Holzbau durch handwerkliche Vielfalt und landschaftliche Ausrichtung geprägt mit einer großen Vielfalt von Konstruktionen, Konstruktionsdetails und deren mundartlich geprägten Bezeichnungen. In vorund frühgeschichtlicher Zeit entstanden, mit großen Entwicklungsschüben im Mittelalter, während der Renaissance und auch noch der Barockzeit (Dachwerke), glichen sich die unterschiedlichen Konstruktionen und ihre Benennungen jedoch nur langsam an. Erst während des 19. Jahrhunderts und auf der Grundlage der staatlichen Architekten- und Handwerkerausbildung und der

daraus hervorgehenden Lehrbücher, in denen versucht wurde, den Holzbau auf eine wissenschaftliche Basis zu stellen, fand eine gewisse Vereinheitlichung statt.

Ohne Schwierigkeiten war dies beim Ingenieurholzbau möglich, für den auf der Grundlage statischer Berechnungen, neuartige Konstruktionen, Holzverbindungen und Verbindungsmittel entwickelt wurden. Das 19. Jahrhundert war aber auch eine Zeit der historischen Forschung und die große Anzahl der noch erhaltenen historischen Fachwerkbauten führte in der zweite Hälfte des Jahrhunderts zu einer umfangreichen Publikation der Bauten in den einzelnen Hauslandschaften. Eine Schwierigkeit, mit der die Forscher bei der Beschreibung der Fachwerkhäuser und ihrer hölzernen Dachwerke zu kämpfen hatten, war die geringe Einheitlichkeit der oft mundartlichen Bezeichnungen für Konstruktionshölzer und ihre Verbindungen in den einzelnen Hauslandschaften. Dies änderte sich nur geringfügig im Laufe der Zeit. Liegen nun „Sparren“ auf dem Pfettendach, oder sind dies „Rofen“? Und ist die „Mittelpfette“ gar keine Pfette, sondern ein „Stuhlrähm“? Diese und ähnliche Fragen haben die Hausforscher bis heute umgetrieben und es hat immer wieder den Versuch gegeben, die Terminologie zu vereinheitlichen (z.B. BINDING 1990).

Bearbeitung und den einzelnen Holzverbindungen; ein umfangreiches Kapitel behandelt die verschiedenen Holzbausysteme (Blockbauweise, Holzgerüstbauweise, Dachwerke, Spreng- und Hängewerke), das letzte Kapitel die Gestaltungsformen, das äußere Erscheinungsbild des Baus. Die einzelnen Begriffe zur Benennung der Holzverbindungen – eines der umfangreichsten Kapitel – werden jeweils mit informativen Zeichnungen erläutert. Historische Fotos und Zeichnungen, Ansichten der Holzgerüste und Querschnitte vervollständigen den reichhaltigen Abbildungsteil. Vervollständigt wird der Band durch eine lange Literaturliste und den Index, in dem die ca.

750 behandelten Begriffe aufgeführt sind.

Für den, der sich für historische Konstruktionen interessiert, besonders für Holzkonstruktionen, ist dieser Band das bisher fehlende Lexikon zum Nachschlagen und Kundigmachen. Die jahrelangen Diskussionen der Autoren um die „richtigen“ Bezeichnungen haben zu einem großartigen Ergebnis geführt. Mögen sich die Fachautoren in Zukunft auch daran halten. Den Autoren sei erst einmal Dank für Ihre Mühe.

Prof. Dr.-Ing. HARTWIG SCHMIDT, Karlsruhe

Mit dem neu erschienenen Band zum Thema „Terminologie und Systematik im vorindustriellen Holzbau in Südwestdeutschland und der deutschsprachigen Schweiz“, der von den Mitgliedern des Landesamtes für Denkmalpflege BadenWürttemberg, des Arbeitskreises für Hausforschung, Regionalgruppe BadenWürttemberg und der Vereinigung für Bauforschung (VEBA) der Schweiz, in den letzten Jahren erarbeitet wurde, liegt zu diesem Thema erstmalig ein umfangreicher, systematisch gegliederter Band vor. Der Text beginnt mit der Vorstellung des Werkstoffs Holz und seiner

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

81

BAUTECHNIK aktuell V E R A N S TA LT U N G S A N K Ü N D I G U N G

23. Dresdner Brückenbausymposium im März 2013

V E R A N S TA LT U N G S A N K Ü N D I G U N G

Bau und Umwelt in Darmstadt Fachvorträgen herausragender Referenten aus Wissenschaft und Praxis eröffnet.

Im Anschluss folgen 17 parallele Sessions zu den folgenden Themengebieten:

Das 23. Dresdner Brückenbausymposium findet am 12. März 2013 statt. Am Vorabend laden die Veranstalter ab 18 Uhr zum mittlerweile traditionellen „Treff der Brückenbauer“ ein, bei dem sich die Tagungsteilnehmer aus Wissenschaft, Wirtschaft und den Behörden in zwangloser Atmosphäre austauschen können.

Das Programm des Brückenbausymposiums am 12. März 2013 ab 9 Uhr ist die bewährte Mischung aus grundlegenden Vorträgen und Berichten aus der Praxis.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. MANFRED CURBACH begrüßt als Leiter der Veranstaltung mit wichtigen Reflexionen zur Zukunft der Branche: „Brückenbau morgen – was in Zukunft wichtig sein könnte“ hat er seinen Vortrag genannt.

Im Anschluss spricht Technische Regierungsdirektorin Dipl.-Ing. BRIT COLDITZ, Leiterin des Referates „Brücken, Tunnel und sonstige Ingenieurbauwerke“ im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, über „Brückenertüchtigung“ als notwendige Voraussetzung für ein zuverlässiges Fernstraßennetz. Mit seinem englischsprachigen Vortrag „Life-Cycle Management of Bridges und Uncertainty“ gibt Prof. DAN M. F RANGOPOL von der Lehigh University (Bethlehem, USA) einen Außenblick auf diese spannende Problematik.

In neun Fachbeiträgen berichten Experten von ihren Projekten und stellen Lösungen für Probleme vor. In den Pausen zwischen den Blöcken ist ausreichend Zeit für Diskussionen und die Besichtigung der Fachausstellung im Foyer des Hörsaalzentrums.

Die Tagungsgebühr beträgt unverändert 120 €, für Mitglieder des Vereins der Freunde des Bauingenieurwesens der TU Dresden e.V. 80 €. Angehörige der TU Dresden und Studierende sind von der Tagungsgebühr befreit.

Anmeldung und weitere Informationen: Technische Universität Dresden Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Massivbau 01062 Dresden Tel.: +49 351 463-33079 E-Mail: angela.heller@tu-dresden.de http://www.tu-dresden.de/biw/dbbs/

82

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Der Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie der Technische Universität Darmstadt lädt am 12. und 13. März 2013 zum „2. Darmstädter Ingenieurkongress – Bau und Umwelt“ ein. Der Kongress richtet sich an Interessierte aus Wissenschaft, Praxis und Verwaltung sowie Studierende mit fachlichem Bezug zum Bau- und Umweltingenieurwesen sowie der Geodäsie.

Der Kongress erlaubt einen Informationsaustausch über den Stand der Wissenschaft und Technik, zeigt neue Anwendungsfelder auf, erläutert Entwicklungspotenziale mit hochkarätigen Fachbeiträgen und fördert so schließlich die technisch-wissenschaftliche Zusammenarbeit. Der „2. Darmstädter Ingenieurkongress – Bau und Umwelt“ bietet den Teilnehmern mit einem sowohl wissenschaftlichen als auch praxisorientierten Programm und hochkarätigen Referenten aus ihren jeweiligen Spezialgebieten die Möglichkeit, sich detailliert mit den vielfältigen Themengebieten des Bauund Umweltingenieurwesens sowie der Geodäsie zu beschäftigen.

Der Kongress wird durch eine zentrale Veranstaltung mit Grußworten und

– Betriebsfestigkeit im Bauwesen – Building Information Modeling (BIM) – Energetische Ertüchtigung im denkmalgeschützten Gebäudebestand – Entfernung von Mikroverunreinigungen aus Abwasser – Relevanz auch für Hessen?

– Entwicklung ländlicher Räume – Glas und Kunststoffe im Bauwesen – Großbaustellen – Integrierte Optimierung von Bauverfahren, Logistik und Verkehr – Ingenieurmethoden im Brandschutz – Klima- und ressourcenschonendes Bauen mit Beton – Neue geodätische Verfahren zum Strukturmonitoring – Sanierung und Optimierung in der Wasserversorgung – Simulation – Smart Energy Cities – Urban mining – Vom Energiehaus+ zur Plusenergiesiedlung – Wasserbau – Wasserressourcenmanagement Der 1. Darmstädter Bauingenieurkongress Bau und Umwelt fand 2009 statt und zog rund 1 000 Teilnehmer aus den unterschiedlichsten Fachdisziplinen des Bau- und Umweltingenieurwesens sowie der Geodäsie an.

Die Anmeldung zur Konferenz ist unter www.bauingenieurkongress.de möglich, die Teilnahmegebühren betragen 200 €, für Mitglieder des öffentlichen Dienstes, Angehörige von Universitäten und Fachhochschulen sowie deren Studierende 100 €.

TA G U N G E N

Health Monitoring auf dem Vormarsch Die ISHMII – The International Society for Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure – führt jährlich alternierend Konferenzen und thematisch ausgerichtete Workshops durch.

In diesem Jahr wurde der 4. Workshop zum Civil Structural Health Monitoring (CSHM-4) an der BAM in Berlin durchgeführt und von der DGzfP organisiert.

Es ist unübersehbar, dass dem Health Monitoring, also der lebenslangen Beobachtung von Strukturen, die erheblichen Beanspruchungen unterliegen, und die ein erhebliches Risiko-Potenzial beinhalten, zunehmend immer noch mehr Bedeutung beigemessen wird, nicht zu Unrecht; denn die gewaltige Menge an Infrastruktur-Anlagen in den Industrieländern, und nicht nur dort, fordert drin-

Bt 92 gend, sich ihrem Erhalt zuzuwenden.

Nicht mehr der Neubau ist gefragt, sondern der Erhalt dessen, was bereits gebaut ist und einen unschätzbaren Wert für die Gesellschaft darstellt. Nur die technische Grundausbildung der Ingenieure ist dieser Herausforderung sehr zögerlich gefolgt, auch weil die Lehre sich noch keineswegs auf Bewährtes abstützen kann und der Rückgriff auf die Prozeduren des Entwurfs kaum hilfreich ist. Allenthalben werden mehr oder weniger große Veranstaltungen abgehalten, um die neuesten Ergebnisse zu präsentieren, zu diskutieren und u.U. gut zu heißen.

Aus 19 Ländern hatten sich etwa 100 Experten zusammengefunden, um neueste Erkenntnisse zum Struktur Health Monitoring zu erörtern. Die Spannweite dessen, was vorgestellt wurde, ist beachtlich.

Natürlich spielen Brückenkonstruktionen eine große Rolle, aber keineswegs mehr eine allein dominierende.

Aus Deutschland waren wenige Beiträge geladen, international ergänzt wurde das Programm durch Beiträge aus China, Japan und den USA. Der Workshop-Charakter wurde durch das Programm unterstrichen: Nur drei halbe Tage galten der Präsentation von Beiträgen, bereits mit ausreichend Diskussion angereichert, und ein ganzer Tag einer offenen intensiven Diskussion.

Auch eine technische Exkursion gehörte zum Programm.

Dass noch viel zu tun bleibt – wen wundert’s. Der nächste Workshop dieser Reihe wird Ende Oktober 2013 in Ube in Japan stattfinden, die nächste ISHMIIKonferenz Mitte Dezember 2013 in

Es gibt zum einen die sehr umfassende Sicht von den politischen Fragestellungen bis zur Sicht auf kleine Details – immer ist auch die Finanz-Ausstattung im Fokus (Beitrag aus Kanada) – als auch das exemplarische Bemühen um ganz neue Grundlagen der mathematischen Struktur-Analyse (Beitrag aus Berlin).

Aber auch das Monitoring von Windkraftanlagen gehört zur täglichen Aufgabe ebenso wie die Beobachtung der Arena in Verona.

Die größte Gruppe wurde unter dem Session-Thema „Monitoring Strategies for Evaluation of Structures that have exceeded their Designed Service Life“, was auch immer darunter verstanden werden konnte: Wie wird denn „Designed Service Life“ begriffen oder gar definiert?

Begriffliches ist noch hier und dort zu klären.

Die Beiträge zu dem Workshop sind verfügbar als CD bei der DGzfP, Berlin, DGZfP-Proceedings BB 137 – CD (ISBN 978-3-940283-45-0) sowie stehen ISHMII-Mitgliedern auf der ISHMIIWebsite kostenlos zur Verfügung.

KLAUS BRANDES, Berlin

FIRMEN UND VERBÄNDE

Soroptimist International vergibt Förderpreis

Das bestimmende Motto dieses Workshops war „SHM systems supporting extension of structures’ service life“.

Die Themen der Keynote-Vorträge können einen ersten Eindruck davon vermitteln, wo die dringlichsten Probleme liegen:

Die Auszeichnung und die Publikation der Preisverleihung sollen Abiturientinnen und Studienanfängerinnen ermutigen, sich Ausbildungsbereichen zuzuwenden, in denen Frauen bisher deutlich unterrepräsentiert sind.

Foto: privat

– Management of Critical Infrastructure Based on Monitoring, Assessment Results and Lifetime Engineering – Structural Health Monitoring for Life Extension of Railway Bridges: Strategies and Outcomes

Hongkong (ausführliche Informationen sind auf der Website: www.ishmii.org zu finden). Zum Präsidenten der ISHMII wurde für die nächsten Jahre WOLFGANG HABEL von der BAM gewählt, der sich mit der Organisation der Berliner Veranstaltung um die ISHMII und um das Fach deutlich verdient gemacht hat. Wir wünschen ihm guten Erfolg und begrüßen sein Engagement.

2012 erhält die Bauingenieurin M.Eng., Dipl.-Ing. (FH) Christina Dotzler den Preis des Soroptimist International Club Regensburg

In diesem Jahr verleiht Soroptimist International Club Regensburg den Preis an Frau M.Eng., Dipl.-Ing. (FH) CHRISTINA DOTZLER, die im März 2012 ihr Masterstudium im Bauingenieurwesen an der Hochschule Regensburg mit dem Gesamturteil „sehr gut“ abgeschlossen hat und seither in einem Regensburger Ingenieurbüro in der Tragwerksplanung arbeitet.

SI Club Regensburg will damit dazu beitragen, dass die Gestaltung unserer maßgeblich von der Technik beeinflussten Umwelt, zunehmend auch von Frauen mitbestimmt wird.

Soroptimist International, eine internationale Service-Organisation von Frauen in verantwortlichen Positionen im Berufsleben, versteht sich als weltweite Stimme von Frauen für Frauen und setzt sich insbesondere für Menschenrechte und die Verbesserung der Stellung der Frau ein.

Der Preis wurde am 07. Dezember 2012 im feierlichen Rahmen der akademischen Jahresfeier der Hochschule Regensburg verliehen.

Der Preis wird jährlich an Absolventinnen der Hochschule für einen herausragenden Abschluss in einem frauenuntypischen Beruf (MINT-Fach) vergeben. Herausragende fachliche Leistung, Persönlichkeit und gesellschaftliches Engagement sind gleichermaßen Kriterien für die Auswahl der Preisträgerinnen.

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

83

BAUTECHNIK aktuell LESERBRIEF

An die Redaktion der BAUTECHNIK Fabrikplanung im Fokus. Im Spannungsfeld zwischen Anlagen und baulichen Strukturen, Heft 4, S. 257–263, von MANUEL NORBERT LOOS, Prof. Dr. Dr.-Ing. h. c. JIVKA OVTCHAROVA und STEFANIE HEINZ Der Artikel „Fabrikplanung im Fokus“ bringt sehr wichtige und bedeutende Informationen zur jetzigen Entwicklung der Fabrikplanung und der Ausbildung.

In diesem Zusammenhang fehlen jedoch einige Angaben besonders über das Fach Industriebau-Fabrikplanung in der Ausbildung von Architekten, die ich hier ergänze.

Der erste Lehrstuhl für Industriebau und Fabrikplanung wurde 1901 an der Maschinenbauabteilung der damaligen TH Charlottenburg durch die Berufung des Architekten Wilhelm Franz eingerichtet.

Kurz darauf wurde 1904 an der gleichen TH der erste Lehrstuhl für Fabrikplanung und Werkzeugmaschinenbau durch die Berufung des Maschinenbauingenieurs GEORG SCHLESINGER aufgebaut.

Die damalige Fakultät für Architektur der TH Charlottenburg und ihren Nachfolgeinstituten zeigten kein Interesse für die Ausbildung von Architekten in diesem Fach. Die Fabrikplanung lag am Ende des 19. Jh. und im ersten Viertel des 20. Jh. überwiegend in den Händen erfahrener Handwerksmeister und der Bau- und Maschinenbauingenieure, die auf jeden Fall für die Anordnung der Produktions- und Arbeitsmaschinen und für das Layout verantwortlich waren.

Nur gelegentlich traten Architekten als Planer von Fabrikanlagen auf (z. B. ARNOLD VOGT 1894–99 bei der Errichtung der neuen Fabrikanlage von LUDWIG LOEWE in Berlin-Moabit, P. BEHRENS für die AEG 1909–13, aber gemeinsam mit dem Bauingenieur K ARL BERNHARDT).

Nach 1945 wurde dauerhaft nur an der Fakultät für Architektur an der TH Braunschweig ein Lehrstuhl für Entwerfen und Industriebau eingerichtet. WALTER HENN lehrte dort von 1953 bis 1982 Fabrikplanung für Architekten. Sein

84

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Nachfolger wurde HELMUT SCHULITZ (1982–2002), der ebenfalls aktiv Fabrikplanung lehrte. Beide Hochschullehrer waren selbst im Industriebau tätig.

Für eine kurze Zeit lehrte GERD HEENE (ca. 1975–1991) Entwerfen und Industriebau für Architekten auch an der TU Kaiserslautern. Auch G. HEENE war aktiver Fabrikplaner. Nach seinem Ausscheiden wurde Industriebau nicht mehr als erforderlich für die Ausbildung von Architekten betrachtet. Die Technischen Universitäten in Dortmund und Aachen hatten jeweils – formal – betrachtet Lehrstühle für Entwerfen von Hochbauten und Industriebau, aber die Lehrstuhlinhaber hatten selbst so gut wie keine Fabriken oder Gewerbebauten geplant und gebaut. 2000 wurde G. HEENE, der Sohn von WALTER HENN, selbst erfahrener Fabrikplaner an die TU Dresden berufen.

Als Trost kann die Erkenntnis dienen, dass selbst in Amerika z. B. in der ersten und zweiten Industrialisierungsphase nach der Einführung des Fließbandes 1913/14 bei der Produktion der Autofabriken von H. F ORD das Lehrgebiet der Fabrikplanung an den amerikanischen Hochschulen nicht gelehrt wurde.

Es ist sehr bedauerlich, dass die Architekturfakultäten der Technischen Universitäten in Deutschland kein Interesse an der Fabrikplanung zeigen.

Prof. Dr.-Ing. habil. MIRON MISLIN

Anmerkung hierzu von den Verfassern Manuel Norbert Loos, Frau Prof. Dr. Dr.-Ing. h. c. Jivka Ovtcharova (Karlsruher Institut für Technologie) sowie Herrn Prof. Dr.-Ing. Karsten Körkemeyer Wir möchten an dieser Stelle Herrn Prof.

Dr.-Ing. habil. MISLIN für die ausführliche und aufschlussreiche Darstellung der Entwicklung des Fachgebiets der Fabrikplanung an deutschen Architekturfakultäten danken. Ausgehend vom Forschungsprojekt, welches hinter dem Artikel in der Bautechnik stand, konnten wir

der geschichtlichen Betrachtung nicht derartiges Gewicht verleihen.

Jedoch unterstützen wir die These, dass deutsche Architekturfakultäten seit einigen Jahren kein Interesse mehr am Themengebiet der Fabrikplanung finden.

Dies trifft aber in nahezu gleichem Ausmaß auf die Bauingenieurfakultäten zu, welche zwar teilweise die Abwicklung von derartigen Projekten im Zusammenhang des Baubetriebs erfassen, jedoch Entwurf und Planung außen vor lassen.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen, die Herr LOOS zusammen mit Frau Prof.

OVTCHAROVA während eines Forschungsprojekts zur Vernetzung der Fabrikplanung mit der Produktentwicklung gemacht hat, besteht aktuell die Absicht, am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen von Frau Prof.

OVTCHAROVA (Fakultät Maschinenbau) dieses Thema vor allem aus Sicht von Prozess- und Methodenentwicklung und der Informationsverarbeitung in der Planung zu beleuchten und eventuell die Interdisziplinarität durch Kooperationen mit der Architekturfakultät hervorzuheben.

Des Weiteren haben Herr Prof. KÖRKEund Herr LOOS die Absicht, im Fachgebiet Baubetrieb & Bauwirtschaft des Fachbereichs Bauingenieurwesen der TU Kaiserslautern ein interdisziplinäres Seminar der Fabrikplanung und eventuell des Fabrikbetriebs (Fabrikgebäudemanagement) in den nächsten Jahren zu etablieren.

MEYER

In diesem Sinne hoffen wir, die Forschung und Lehre im Bereich des baulastigen Teilastes der Fabrikplanung beleben zu können, und freuen uns über weitere Anregungen.

MANUEL NORBERT LOOS Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h. c. JIVKA OVTCHAROVA

Prof. Dr.-Ing. K ARSTEN KÖRKEMEYER

VERANSTALTUNGSKALENDER

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen Ort und Termin

Veranstaltung

Auskunft und Anmeldung

Kaarst 17. Januar 2013 Hamburg 24. Januar 2013

Kostenlose Seminare für OSB-Anwender: Eurocode 5 und DIN 68800 (Holzschutz und Fachdächer)

seminare@nordbord.de www.nordbord.de/download

Wien 24./25. Januar 2013

8. Fachausstellung „Grundbau-Brunnenbau“ 9. Österreichische Geotechniktagung „Wasser im Boden“ – Bauen im (Grund-)Wasser als besondere Herausforderung für Planung und Ausführung – Nutzung des (Grund-)Wassers für innovative (Energie-)Systeme der Zukunft

office@voebu.at www.oegt-2013.voebu.at/

Darmstadt 13. Februar 2013

Weiterbildung für Tragwerksplaner – Aus der Praxis für die Praxis Rechenbeispiele zur Bemessung nach EC6 – Mauerwerk

TU Darmstadt Fachgebiet Massivbau Tel.: +49 (0)6151/16-2144 mohr@massivbau.tu-darmstadt.de

Leipzig 15. Februar 2013 Karlsruhe 22. Februar 2013

Kostenlose Seminare für OSB-Anwender: Eurocode 5 und DIN 68800 (Holzschutz und Fachdächer)

seminare@nordbord.de www.nordbord.de/download

Darmstadt 20. Februar 2013

Weiterbildung für Tragwerksplaner – Aus der Praxis für die Praxis Fassadentechnik und Glasbau

TU Darmstadt Fachgebiet Massivbau Tel.: +49 (0)6151/16-2144 mohr@massivbau.tu-darmstadt.de

Bozen 21. – 23. Februar 2013

VIATEC 2013 Internationale Fachmesse für Straßenbau und Infrastrukturbewirtschaftung

www.viatec.it

Darmstadt 6. März 2013

Weiterbildung für Tragwerksplaner – Aus der Praxis für die Praxis Rechenbeispiele zur Bemessung nach EC3 – Stahlbau

TU Darmstadt Fachgebiet Massivbau Tel.: +49 (0)6151/16-2144 mohr@massivbau.tu-darmstadt.d

München 7. März 2013

Kunststoffe in der Geotechnik – 13. Informations- und Vortragstagung – FS – KGEO 2013

Technische Universität München www.gb.bv.tum.de/fs-kgeo.htm

Darmstadt 12./13. März 2013

2. Darmstädter Ingenieurkongress – Bau und Umwelt – energieoptimierter und ressourcenschonender Neubau – Bauen im Bestand – Großbaustellen – Brandschutz – neue Materialien – Planungsprozesse – Building Information Modeling – Wasserressourcenmanagement – Urban Mining – Entwicklung ländlicher Räume

Technische Universität Darmstadt Dipl.-Ing. Michael Kreger Tel.: +49(0)6151/16-6744 kongress@bauing.tu_darmstadt.de

Essen 21. März 2013

4. Ruhr-GeoTag 2013 Baugruben und Grundwasser

Universität Duisburg-Essen www.uni-due.de/geotechnik

Graz 4. und 5. April 2013

28. Christian Vedder Kolloquium Tiefgründungskonzepte – Vom Mikropfahl zum Großbohrpfahl

Ao. Univ.-Prof. H. Schweiger helmut.schweiger@tugraz.at www.cvk.tugraz.at

Münster 11. April 2013

Münsteraner Tunnelbau-Kolloquium – aktuelle materialtechnologische Entwicklungen in der Spritzbetontechnologie, den Betonen für Tunnelinnenschalen, den Einsatz von PP-Fasern – Sanierung von Tunnelanlagen

Institut für unterirdisches Bauen Tunnel@fh-muenster.de www.fh-muenster.de/tunnel

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

85

VERANSTALTUNGSKALENDER

Ort und Termin

Veranstaltung

Auskünfte und Anmeldung

Hamburg 11. und 12. April 2013

Deutscher Bautechnik-Tag 2013 – Aktuelle Baumaßnahmen im In- und Ausland – Akzeptanz und Bürgerbeteiligung – Bauprojekte in der Metropolregion Hamburg – Bauwerke für die Energiewende – Forschung, Entwicklung und Innovation – Instandhaltung und Erweiterung der Verkehrsinfrastruktur – Interaktion von Bau und Ökologie – Nachhaltige und energieeffiziente Gebäude – Planung und zukünftige Projekte im In- und Ausland

Deutscher Beton- und BautechnikVerein E.V. Dipl.-Betriebswirtin Anja Muschelknautz Telefon 030 236096-45 muschelknautz@bautechniktag.de

Miskolc, Ungarn 24. /26. April 2013

DFE 2013 Announcement of the 5th International Conference on Design, Fabrication and Economy of Metal Structures

www.dfe2013.uni-miskolc.hu

Rotterdam 6. – 8. Mai 2013

International IABSE Spring Conference Assessment, Upgrading and Refurbishment of Infrastructures – Load carrying and remaining lifetime – assessment of structural condition – Modernization and refurbishment – Materials and products – Structural verification

Secretary@iabse2013rotterdam.nl www.iabse2013rotterdam.nl

Memmingen 13./14. Mai 2013

TechnoBond – Fachtagung industrielle Klebetechnik“ – Adhäsion und Oberflächenbehandlung – Neue Klebstoffe und Verfahren – Klebtechnische Anwendungen in Optik und Mikrotechnik – Klebtechnik im Fahrzeugbau – Berechnung und Simulation – Verarbeitung und Applikation – Prozessbeherrschung und -integration

Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI) Wernerwerkstraße 4 D-93049 Regensburg Tel.: +49 (0)941 29688 35 http://www.otti.de

86

Bautechnik 90 (2013), Heft 1

Arbeiten in …

Süd-Korea „In allen Fällen sehr respektvoller Umgang miteinander“ Fünf Fragen an Dr.-Ing. Daniel Pfanner, Partner bei Bollinger + Grohmann in Frankfurt, Leiter internationale Projekte und Leiter der Fassadenplanung

Dr.-Ing. Daniel Pfanner, Partner bei Bollinger + Grohmann in Frankfurt, Leiter internationale Projekte und Leiter der Fassadenplanung

Alte Innenstadt Seoul (Foto: Bollinger + Grohmann)

1. Können Sie unseren Lesern verraten, wie Sie in die südkoreanischen Projekte reingekommen sind?

Von Projekt zu Projekt waren die Gegebenheiten naturgemäß verschieden.

An unser erstes Großprojekt in Busan sind wir über einen internationalen Architektur-Wettbewerb gekommen, in welchem wir als Fachplaner für Tragwerksplanung die Architekten beraten hatten. Inzwischen werden wir auch direkt angesprochen und sogar von einem unserer lokalen Partnerbüros in Südkorea weiterempfohlen. Die Bauherrenschaft spielt natürlich auch eine große Rolle, öffentliche und institutionelle Bauherren gehen anders vor, als Firmen oder Investorengruppen. Alle Projekte weisen aber einige für uns wichtige Parallelen auf: In sämtlichen Projekten arbeiten wir mit international tätigen Architekten gemeinsam in einem internationalen Planungsteam. Der Erstkontakt nach Korea erfolgte dabei meistens durch die Architekturbüros.

Und in allen Projekten folgt dem sehr positiven Erstkontakt ein zäher Verhandlungsmarathon, bis man sich über eine definitive Beauftragung freuen kann.

2. Wie fällt für Sie ein Vergleich zwischen der Qualität von Bauteilen (etc.) in Süd-Korea und Deutschland aus?

Der augenscheinliche Vergleich fällt sehr gut für Südkorea aus. Die Ausführungsqualität sowohl im Beton- als auch im Stahlbau ist ausgesprochen hoch.

Beim Busan Cinema Center hatten wir bei den meisten oberirdischen Betonbauteilen Sichtbetonqualität, obwohl diese gar nicht gefordert war.

Leider wurden die meisten Betonoberflächen anschließend noch weiß gestrichen … Und Baustellenschweißnähte sahen oft aus wie vom Schweißroboter hergestellt. Allerdings muss man insbesondere im Stahlbau ergänzend erwähnen, dass die Frage nach Prüfprotokollen beispielsweise der Ultraschallprüfung von Schweißnähten oft unbeantwortet bleibt, so dass trotz der guten visuellen Qualität eine gewisse Restunsicherheit bleibt. Im Fassadenbau liegt die Ausführungsqualität hingegen weit hinter europäischen Standards und auch die Bereitschaft, auf importierte Materialien zurückzugreifen, ist sehr gering. Dies gilt sowohl für den Bau transparenter Ganzglasfassaden, als auch für opake Blechfassaden, was uns in der Fassadenplanung immer wieder vor die Herausforderung stellt, den lokalen koreanischen Markt in Hinsicht auf ein ganz bestimmtes Produkt sondieren zu müssen.

3. Projektplanung und Kommunikation – was sind für Sie die auffälligsten Unterschiede zu Deutschland?

Das grundlegende Planungsmodell, d.h. die Festlegung der Planungsphasen und Leistungsbilder, aber auch die Normung des Korean Building Code folgt den amerikanischen Standards. Wir waren in der Regel ab dem Concept Design im Projekt involviert. In allen Projekten wurde für die darauf folgenden Leistungsphasen von der Entwurfs- bis zur Ausführungsplanung (Schematic Design, Design Development und Construction Documentation) ein Service Split zwischen unserem Büro und dem jeweiligen lokalen Partnerbüro vereinbart. Unsere Intention ist immer, bis zur letzten Phase im Projekt involviert zu bleiben, spätestens bei Ausschreibung und Vergabe übernehmen aber die lokalen Partner in der Regel unsere Planung.

© Duccio Malagamba

WISSENSWERTES ZUM SÜDKOREANISCHEN BAU-ARBEITSMARKT IM ÜBERBLICK: – erforderliche Papiere Einreise ohne Visum. Deutsche Staatsangehörige benötigen für einen Aufenthalt in Süd-Korea bis maximal 3 Monate kein Visum. Für längere Aufenthalte siehe 1. u. 2. Link – offene Stellen in welchen Bereichen: Der Anteil ausländischer Fachkräfte in Korea ist sehr gering. Alle ausländischen Ingenieure, die wir trafen, waren auf Projektbasis im Land. Selbst die sehr großen, international operierenden Ingenieurfirmen haben keine Niederlassungen in Korea. Die koreanischen Planungsbüros haben eine völlig andere Struktur als in Deutschland. Die meisten Projekte werden von großen GeneralplanerUnternehmen abgewickelt, die Architektur- und sämtliche Fachplanungsabteilungen unter einem Dach vereinigen und oft mehrere tausend Mitarbeiter haben.

– Gehälter 25.000 – 34. 000 € (Brutto) pro Jahr für Berufsanfänger, 39.000 – 43. 000 € (Brutto) pro Jahr für 5–7Jahren Berufserfahrung.

Privatfoto: Kulinarische Highlights (Foto: Bollinger + Grohmann)

Arbeiten in …

Süd-Korea Die Kommunikation gestaltet sich oft schwierig: Englisch wird meist nur von einigen Führungskräften beherrscht, trotzdem sieht man sich oft 50 oder mehr Meetingteilnehmern gegenüber. Es wird sehr großer Wert auf Präsentationen, regelmäßige Reports, Video- und Telefonkonferenzen, etc. gelegt, darauf sollte man sich – auch zeitlich – einstellen.

Abendliches Beisammensein (Foto: Bollinger + Grohmann)

Baustelle Busan (Foto: Michael Volk)

Flip Chart Diskussionen (Foto: Bollinger + Grohmann)

4. Wie wird der deutsche Bauingenieur in Südkorea gesehen und begegnet ihm sein südkoreanischer Kollege auf der berühmten Augenhöhe?

Ich habe in allen Fällen einen sehr respektvollen Umgang miteinander erlebt, der stark von der berühmten asiatischen Höflichkeit geprägt ist. Jedoch sind die koreanischen Partner durchaus selbstbewusst genug, auch einmal eine ablehnende Haltung zu verbalisieren, das asiatische Klischee des ständig nickenden Gegenübers trifft hier definitiv nicht zu. Allerdings sollte man Zeit und Aufenthalte vor Ort investieren, damit sich ein solch offener Umgang auch mit der Zeit einstellen kann.

In Hinsicht auf die inhaltliche Zusammenarbeit unter Ingenieuren gilt in Korea das Gleiche wie überall auf der Welt: die Qualität der Planung hängt stark von den jeweiligen verantwortlichen und planenden Akteuren ab. Wir haben in Südkorea gute und weniger erfreuliche Erfahrungen in technischen Diskussionen gemacht. Beispielsweise ist in Südkorea das unbedingte Vertrauen in die Ergebnisse von Finiten Element Berechnungen sehr ausgeprägt, was wir durchaus immer wieder hinterfragen. Auf der anderen Seite akzeptieren wir, dass einige Dinge anders aber deshalb nicht schlechter gemacht werden.

So mussten wir als deutsche Ingenieure beispielsweise lernen, dass neben unseren Stahlbetonwannen jeglicher Couleur durchaus weitere interessante Bauweisen für unterirdische Bauten im Grundwasser existieren …

5. Was würden Sie jedem deutschen Planer für sein erstes Projekt in Süd-Korea raten?

Ratschläge zu erteilen steht mir sicherlich nicht zu, da ich die Motivlage deutscher Planer in Korea nicht insgesamt beurteilen kann. Wir machen dies aus dem gleichen Antrieb heraus, der uns in allen Projekten antreibt: Architektur im jeweiligen regionalen, kulturellen, normativen und technischem Kontext umzusetzen. Ein offenes Ohr und ein bisschen Abenteuerlust helfen dabei sicherlich auch in Korea. Und um an die vorige Frage anzuknüpfen: Ingenieurverständnis darf zwar niemals interkultureller Kommunikation geopfert werden, doch ab und an lohnt sich die Bereitschaft zum Zuhören und Lernen auch für deutsche Planer.

In jedem Falle kann ich die Zusammenarbeit mit koreanischen Kollegen im eigenen Büro wärmstens empfehlen, viele kommunikative und auch technische Verständnisprobleme treten so gar nicht erst auf – schöne Grüße an dieser Stelle an meinen Kollegen Sungyong Kim!

, an ie S fen te r ru ssan d e d e un s o ter un er in fügen ore i v r n S bst üb n ve sern e b e e l i hre se ung n L 3, Sc n Sie rfahr sere 1-27 n e un 03 we ands , sie 0) 47 l 3 n s Au habe el. (0 .com T t y .

Lus ellen wile t r@ zus bita e l a bt

6-geschossiges Basement in Seoul (Foto: Bollinger + Grohmann)

Baustelle Busan (Foto: Bollinger + Grohmann)

– Steuern Die Steuersätze liegen zwischen 15 und 24% – interessante Links: www.working-holiday-visum.de www.visaexpress.de www.reise-ass.com/korea/einreisesuedkorea/45-einreseformalitaeten www.reiseanleitung.de/einreisebestim mungen-fuer-suedkorea

AUF EIN WORT Wir sind in jeder Hinsicht froh über die Projekte, die wir bislang in Korea planen und realisieren durften. Zum einen sind die Projekte selbst hochinteressant. Sei es das Busan Cinema Center mit riesigen Herausforderungen an die Planer, wie der längsten Dachauskragung der Welt, einem Doppelhochhaus für einen der größten koreanischen Konzerne in der historischen Innenstadt von Seoul, einem Ausstellungs- und Servicecenter des größten koreanischen Automobilherstellers oder mehrere über 300 m hohe Türme in einem komplett neu geplanten Stadtviertel: die Dynamik und die Kraft in der Umsetzung solcher Projekte in Korea ist sehr beeindruckend.

Sicherlich liegen auf dem Weg zum erfolgreichen Projektabschluss einige Fallstricke. Diese sind zum einen kommunikativer Natur, zum anderen in der unterschiedlichen Ingenieurskultur begründet. Hier befindet man sich regelmäßig im Drahtseilakt zwischen höflichem, interkulturellem Miteinander und dem konsequenten Eintreten für eine innovative ingenieurmäßige Denkweise, die mitunter den lokalen Gepflogenheiten nicht entspricht. Das kann u.a. dazu führen, einen –spontanen – theoretischen Grundlagenvortrag vor einem koreanischen Expertengremium über ein ausgewähltes Thema des konstruktiven Ingenieurbaus halten zu müssen, zum anderen aber auch zu sehr intensiven Konversationen mit den koreanischen Partnern während lokaler Restaurantbesuche. Letztere sind übrigens immer wieder ein Highlight – kaum eine Küche ist so frisch und vielseitig wie die koreanische!

Stellenangebote & Weiterbildung

hohem

Karriere im Bauingenieurwesen

Ernst & Sohn Stellenmarkt ¡ Oktober 2012

auf Fachpersonal

Niveau

weitere Angebote: www.ernst-und-sohn.de/stellenmarkt

'LH +RFKVFKXOH 5XKU :HVW +5: LVW HLQH MXQJH VWDDWOLFKH +RFK VFKXOH PLW KRKHQ 4XDOLW¤WVVWDQGDUGV 6LH KDW LKUH 6WDQGRUWH LQ GHQ DWWUDNWLYHQ 5XKUJHELHWVVW¤GWHQ 0ŸOKHLP DQ GHU 5XKU XQG %RWWURS 8QVHUH 6FKZHUSXQNWH OLHJHQ LQ GHQ %HUHLFKHQ ,QIRUPDWLN ,QJHQLHXU ZLVVHQVFKDIWHQ 0DWKHPDWLN 1DWXUZLVVHQVFKDIWHQ XQG :LUWVFKDIW 'LH +5: GLH LP 6HSWHPEHU LKUHQ /HKUEHWULHE DXIJHQRPPHQ KDW VHW]W DXI &KDQFHQJOHLFKKHLW XQG )DPLOLHQIUHXQGOLFKNHLW $P QHX JHJUŸQGHWHQ ,QVWLWXW IŸU %DXLQJHQLHXUZHVHQ )DFKEHUHLFK

GHU +5: VLQG ]XP Q¤FKVWPœJOLFKHQ =HLWSXQNW IROJHQGH

: 3URIHVVXUHQ ]X EHVHW]HQ 6LHGOXQJVZDVVHUZLUWVFKDIW +\GURORJLH XQG :DVVHUEDX

Professur fĂźr Baustatik und Konstruktion Am Departement Bau, Umwelt und Geomatik (www.baug.ethz.ch) der ETH ZĂźrich ist eine Professur fĂźr Baustatik und Konstruktion zu besetzen. Der Schwerpunkt der Professur in Lehre und

.HQQ]LIIHU

%DXEHWULHE XQG %DXZLUWVFKDIW .HQQ]LIIHU

*HRWHFKQLN *HRORJLH *UXQGEDX XQG %RGHQPHFKDQLN

.HQQ]LIIHU

'LH +5: EHĘ?QGHW VLFK LQ GHU $XIEDXSKDVH XQG ELHWHW ,KQHQ GLH *HOH JHQKHLW GLHVH DNWLY PLW]XJHVWDOWHQ :LU ZÂźQVFKHQ XQV HLQH 3HUVÂśQOLFK NHLW GLH )UHXGH GDUDQ KDW VLFK QHEHQ GHQ ÂźEOLFKHQ $XIJDEHQ LQ /HKUH )RUVFKXQJ XQG :HLWHUELOGXQJ DXFK LQ GHQ 6HOEVWYHUZDOWXQJVJUHPLHQ ]X HQJDJLHUHQ XQG GLH &KDQFH HUJUHLIW PLW HLJHQHQ ,GHHQ GLH +RFKVFKXOH ]X EHUHLFKHUQ XQG GDV 6WXGLHQSURJUDPP LQKDOWOLFK ZHLWHU ]X HQWZLFNHOQ :HQQ 6LH ,QWHUHVVH GDUDQ KDEHQ ,KUH SODQHULVFKHQ RUJDQLVDWRULVFKHQ XQG NRPPXQLNDWLYHQ )¤KLJNHLWHQ KLHU]X HLQ]XVHW]HQ VLQG 6LH EHL XQV ULFKWLJ 'LH +RFKVFKXOH 5XKU :HVW DUEHLWHW HQJ PLW GHU UHJLRQDOHQ XQG ÂźEHU UHJLRQDOHQ :LUWVFKDIW ]XVDPPHQ 'LHV ELHWHW ,KQHQ GLH 0ÂśJOLFKNHLW ]XU =XVDPPHQDUEHLW PLW GHQ )LUPHQ DXI GHP *HELHW GHU /HKUH ZLH DXFK LQ DQZHQGXQJVEH]RJHQHQ )RUVFKXQJV XQG (QWZLFNOXQJVSUR MHNWHQ (LQH KRKH )RUVFKXQJV XQG (QWZLFNOXQJVDIĘ?QLW¤W XQG GLH UHJHOP¤Â&#x;LJH (LQZHUEXQJ YRQ 'ULWWPLWWHOQ ZHUGHQ DXVGUÂźFNOLFK XQWHU VWÂźW]W 'LH (LQVWHOOXQJVYRUDXVVHW]XQJHQ IÂźU 3URIHVVRULQQHQ XQG 3URIHVVRUHQ ULFKWHQ VLFK QDFK h +* 15: %HZHUEHULQQHQ XQG %HZHUEHU PÂźVVHQ HLQH PLQGHVWHQV 0RQDWH GDXHUQGH EHUXIVSUDNWLVFKH 7¤WLJNHLW DXI HLQHP *HELHW GDV GHU DXVJHVFKULHEHQHQ 6WHOOH HQWVSULFKW DXÂ&#x;HUKDOE GHV +RFKVFKXOEHUHLFKV QDFKZHLVHQ 1¤KHUH ,QIRUPDWLRQHQ ]X GHQ DXVJHVFKULHEHQHQ 6WHOOHQ Ę?QGHQ 6LH XQWHU ZZZ KRFKVFKXOH UXKU ZHVW GH VHUYLFH VWHOOHQDXVFKUHLEXQJHQ KWPO %LWWH VHQGHQ 6LH XQV DOV %HZHUEXQJVXQWHUODJHQ DXVVFKOLHÂ&#x;OLFK )RWR NRSLHQ XQG YHU]LFKWHQ 6LH DXI DXIZ¤QGLJH %HZHUEXQJVPDSSHQ GD GLHVH QLFKW ]XUÂźFNJHVFKLFNW ZHUGHQ NÂśQQHQ %HZHUEXQJHQ DXI HOHN WURQLVFKHP :HJ ZHUGHQ QLFKW EHUÂźFNVLFKWLJW %LWWH OHJHQ 6LH GHQ 8QWHUODJHQ DOOH UHOHYDQWHQ =HXJQLVVH XQG Č&#x2026; VRZHLW YRUKDQGHQ Č&#x2026; (YDOXDWLRQVHUJHEQLVVH EHL :HQQ 6LH GHU 3UR]HVV GHU 1HXJUÂźQGXQJ HLQHU +RFKVFKXOH UHL]W XQG 6LH XQV EHL GLHVHU VSDQQHQGHQ $XIJDEH XQWHUVWÂźW]HQ PÂśFKWHQ ULFKWHQ 6LH ,KUH %HZHUEXQJ PLW GHQ ÂźEOLFKHQ 8QWHUODJHQ VRZLH GHP 9HU]HLFKQLV GHU ZLVVHQVFKDIWOLFKHQ $UEHLWHQ 9HUÂśIIHQWOLFKXQJHQ 3DWHQWH XQG YROOVW¤QGLJHP 6FKULIWHQYHU]HLFKQLV ELWWH ELV ]XP XQWHU $QJDEH GHU R J .HQQ]LIIHU DQ GHQ 3U¤VLGHQWHQ GHU +RFKVFKXOH 5XKU :HVW 0HOOLQJKRIHU 6WU *HE¤XGH 0ÂźOKHLP DQ GHU 5XKU =XV¤W]OLFK ZLUG GDUXP JHEHWHQ HLQHQ %HZHUEXQJVERJHQ VRZLH HLQ 0RWLYDWLRQVVFKUHLEHQ )RUPEO¤WWHU XQWHU KWWS ZZZ KRFKVFKXOH UXKU ZHVW GH VHUYLFH VWHOOHQDXVFKUHLEXQJHQ KWPO DXV]XIÂźOOHQ XQG GHQ %HZHUEXQJVXQWHUODJHQ EHL]XIÂźJHQ 'LH %HUXIXQJVJHVSU¤FKH VLQG ZLH IROJW WHUPLQLHUW .HQQ]LIIHU Č&#x2026; .HQQ]LIIHU Č&#x2026; .HQQ]LIIHU Č&#x2026;

Forschung liegt im Bereich des Massivbaus, insbesondere dem Verhalten von Tragwerken aus Stahlbeton und Spannbeton.

Kandidatinnen und Kandidaten verfßgen ßber eine solide wissenschaftliche Grundlage im Massivbau und in der Konstruktion sowie ßber eine universitäre Hochschulausbildung mit Doktorat im Bauingenieurwesen. Ein besonderes Interesse an der grossmassstäblichen experimentellen Forschung und der numerischen Simulation wird begrßsst und durch die hervorragenden Einrichtungen der ETH Zßrich unterstßtzt. Es wird erwartet, dass der Kandidat / die Kandidatin ßber eine fundierte praktische Erfahrung in Entwurf und Konstruktion von Stahlbetonbauten verfßgt. Als anerkannte FßhrungspersÜnlichkeit in den Bereichen Baustatik und Massivbau ist er / sie bereit, Industrie und BehÜrden als Experte / Expertin zu beraten und zu unterstßtzen.

Bewerbungen mit Lebenslauf, Publikationsliste und einem Verzeichnis der bearbeiteten Projekte sind bis zum 15. März 2013 beim Präsidenten der ETH ZĂźrich, Prof. Dr. Ralph Eichler, einzureichen. Um den Frauenanteil in fĂźhrenden Positionen in Lehre und Forschung zu erhĂśhen, fordert die ETH ZĂźrich qualiďŹ zierte Wissenschaftlerinnen ausdrĂźcklich zur Bewerbung auf. Die ETH ZĂźrich ist eine verantwortungsbewusste Arbeitgeberin mit fortschrittlichen Arbeitsbedingungen. Sie setzt sich fĂźr Chancengleichheit, fĂźr die BedĂźrfnisse von Dual Career Paaren und fĂźr die Vereinbarkeit von Familie und Beruf fĂźr Frauen und Männer ein.

Bitte bewerben Sie sich online auf: www.facultyaffairs.ethz.ch

Ernst & Sohn Stellenmarkt · Januar 2013 Ingenieurbüro für Tragwerksplanung mit dem Tätigkeitsschwerpunkt „bautechnische Prüfung“ sucht einen

Diplomingenieur (TU, TH) An der Georg-Simon-Ohm-Hochschule für angewandte Wissenschaften – Fachhochschule Nürnberg ist an der Fakultät Bauingenieurwesen zum 1. 10. 2013 oder später eine

Fachrichtung konstruktiver Ingenieurbau mit Vertiefungsrichtung Stahlbau Wir erwarten Erfahrung im Erstellen statischer Berechnungen und Kenntnisse der eingeführten Normen.

Professur der BesGr. W 2 für das Lehrgebiet

Wir bieten eine abwechslungsreiche Tätigkeit mit vielfältigen Aufgaben aus dem Hoch-, Industrie- und Gewerbebau.

Konstruktiver Ingenieurbau

Ihre schriftliche Bewerbung mit aussagekräftigen Unterlagen erbitten wir an:

zu besetzen.

Ingenieurbüro Schmitt Gartenstr. 53–55, 40479 Düsseldorf, E-Mail: ibschmitt@web.de

Inhaltliche Schwerpunkte in Lehre und angewandter Forschung sind: =hkdZbW][dl[hc_jjbkd] _c Aedijhkaj_l[d ?d][d_[khXWk B[^hl[hWdijWbjkd][d _d Z[d <WY^][X_[j[d IjW^bX[jedbau, Stahlbau, Holzbau, Baukonstruktion und Tragwerke B[^hl[hWdijWbjkd][d _c L[hj_[\kd]iX[h[_Y^ „Konstruktiver Ingenieurbau“ unter Einschluss von Studienarbeiten B[^hl[hWdijWbjkd][d _d Z[d CWij[hijkZ_[d] d][d der Fakultät Aedp[fj_ed kdZ :khY^\ ^hkd] b[^hkdj[hij jp[dZ[h Übungen ?d_j__[hkd] kdZ :khY^\ ^hkd] [_][d[h <ehiY^kd]i# gebiete C_jWhX[_j _d Z[h B[^h[ led =hkdZbW][d\ Y^[hd C_jWhX[_j _d Z[h I[bXijl[hmWbjkd]

Abonnieren Sie unseren kostenfreien Newsletter. www.ernst-und-sohn.de

-

Geotechnik Q Das komplexe und technisch hoch spezialisierte Gebiet der Geotechnik bildet ein Fundament des Bauingenieurwesens, dessen Herausforderungen heute u. a. im innerstädtischen Infrastrukturbau, im Bauen im Bestand oder in der Gestaltung tiefer, in das Grundwasser hineinreichender Baugruben liegen.

Das vorliegende Buch befähigt Bauingenieure, grundbauspezifische Probleme zu erkennen und zu lösen. Prägnant und übersichtlich führt es insbesondere in alle wichtigen Methoden der Gründung und der Geländesprungsicherung ein. Auch Themen wie Frost im Baugrund, Baugrundverbesserung und Wasserhaltung werden behandelt. Dem Leser werden bewährte Lösungen für viele Fälle sowie eine große Zahl von Hinweisen auf weiterführende Literatur an die Hand gegeben. Alle Darstellungen basieren auf dem GERD MÖLLER aktuellen technischen Regelwerk.

Geotechnik Die Darstellung der Berechnung Grundbau und Bemessung anhand zahlreicher 2., vollständig überarbeitete Beispiele ist eine unverzichtbare Aufl age - April 2012 Orientierungshilfe in der täglichen 546 S., 431 Abb., 44 Tab., Br. Planungs- und Gutachterpraxis. € 55,–*

Wir bieten Ihnen persönliche Entfaltungsmöglichkeiten bei weitgehend selbstbestimmtem Arbeiten. Neben der anregenden Tätigkeit mit Studierenden haben Sie die C ]b_Y^a[_j" Fhe`[aj[ _d Z[h Wd][mWdZj[d <ehiY^kd] kdZ Entwicklung zu bearbeiten. Sie können die vielfältigen C ]b_Y^a[_j[d Wd [_d[h Z[h ]h j[d >eY^iY^kb[d 8Wo[hdi c_j ^[hleh hW][dZ Wki ][ijWjj[j[d BWXeh[d dkjp[d" kdZ Wbb Z_[i _c >[hp[d Z[h C[jhefebh[]_ed D hdX[h]$

Nähere Einzelheiten, insbesondere zu den Einstellungsvoraussetzungen, finden Sie in der Jobbörse auf der Homepage der Georg-Simon-Ohm-Hochschule unter: http://www.ohm-hochschule.de/seitenbaum/home/ jobs/page.html

Q Das Buch vermittelt alle wichtigen Aspekte über den Aufbau und die Eigenschaften des Bodens, die bei der Planung und Berechnung sowie bei der Begutachtung von Schäden des Systems Bauwerk-Baugrund zu berücksichtigen sind.

Schwerpunkte sind die Baugrunderkundung, die Ermittlung von Bodenkennwerten im Labor, sowie die Behandlung von Setzungs- und Tragfähigkeitsnachweisen einschließlich des Erddrucks. Der Unterstützung des Verständnisses dienen zahlreiche Beispiele, die nachGERD MÖLLER vollziehbar erläutert werden. Alle Geotechnik Darstellungen basieren auf dem Bodenmechanik aktuellen technischen Regelwerk.

2., aktualis. u. erw. Auflage Das Buch ist eine unverzichtbare 2012. ca. 450 S., ca. 300 Orientierungshilfe in der täglichen Abb., Br. ca. € 55,–* Planungs- und Gutachterpraxis.

Abb. vorläufig

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

8[m[hXkd][d i_dZ c_j Z[d Xb_Y^[d Kdj[hbW][d B[X[dilauf, Zeugnisse, Nachweise über den beruflichen Werdegang und die wissenschaftlichen Arbeiten) bis 8. Februar 2013 bei Herrn Prof. Dr. Niels Oberbeck, Fakultät Bauingenieurwesen der Georg-Simon-OhmHochschule für angewandte Wissenschaften – Fachhochschule Nürnberg, Keßlerplatz 12, 90489 Nürnberg, einzureichen. Rückfragen unter Tel. 0911 5880-1143, www.ohm-hochschule.de.

ISBN: 978-3-433-02976-3

ISBN 978-3-433-02996-1 Erscheint Ende 2012

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG A

W i l e y

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

C o m p a n y

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualifiziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 0241300006_dp

Wir suchen eine Persönlichkeit, die die genannten Aufgabengebiete engagiert betreut und Freude am Umgang mit interessierten Studierenden des Bau_d][d_[khm[i[di c_jXh_d]j$ LehWkii[jpkd] ^_[h\ h _ij [_d[ mehrjährige einschlägige Berufserfahrung außerhalb der >eY^iY^kb[ _d M_hjiY^W\j" L[hmWbjkd] eZ[h <ehiY^kd]$ Wir legen weiterhin großen Wert auf Engagement in der angewandten Forschung und Entwicklung sowie die L[hd[jpkd] c_j Z[h aedijhkaj_l[d FhWn_i$

Monatlich das Neueste für Bauingenieure und Architekten per E-Mail

Ingenieurbaustoffe

Online-Bestellung: www.er nst-und-sohn.de

â&#x2013; Baustoffe erfĂźllen ihren Zweck, wenn sie richtig aus gewählt, hergestellt und verarbeitet sind. Dieses Buch behandelt die wichtigsten Werkstoffe des Konstruktiven Ingenieurbaus. Es fĂźhrt zunächst grundlegend in das mechanische Werkstoffverhalten, die rheologischen Modelle, die Bruchmechanik und die Transportmechanismen porĂśser Stoffe ein. Systematisch werden dann die Baustoffe jeweils mit ihrer Zusammensetzung und ihrem mechanischem Verhalten als Funktion von Belastungsart und -geschwindigkeit, Temperatur und Feuchte beschrieben. GroĂ&#x;er Wert wird dabei auf eine vergleichende Betrachtung gelegt.

Somit schlägt das Buch die BrĂźcke zwischen Grundlagenwissen und Baupraxis, Ăźber welche konstruktive Ingenieure gehen kĂśnnen, denn sie sind verantwortlich fĂźr die richtige und optimale Auswahl und Verarbeitung der Werkstoffe, manchmal auch fĂźr deren Herstellung HANS-WOLF REINHARDT (z.B. Beton). Eine grĂźndliche Kenntnis des mechanischen, Ingenieurbaustoffe physikalischen und chemischen Verhaltens ist hierfĂźr 2., Ăźberarbeitete AuďŹ&#x201A; age, Voraussetzung.

2010. 3 4 Seiten, 3 Abb., ÂŹ4AB ÂŹGb. % 9,â&#x20AC;&#x201C;

ISBN 978-3-433-02920-6 ÂŹ

Ernst & Sohn Verlag fĂźr Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

A

W i l e y

Kundenservice: Wiley-VCH BoschstraĂ&#x;e 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

C o m p a n y

Weiterbildung

TAE

Technische Akademie Esslingen Ihr Partner fĂźr Weiterbildung

3. Kolloquium

Erhaltung von Bauwerken 22. und 23. Januar 2013 Ziel der Veranstaltung ist der Austausch von Wissen auf dem Gebiet der Erhaltung von Bauwerken. Dabei sollen sowohl die Erfahrungen bei der Umsetzung von InstandsetzungsmaĂ&#x;nahmen als auch der Kenntnisstand bei der Entwicklung neuer Materialien und Untersuchungsmethoden kommuniziert werden. Basis hierfĂźr sind die relevanten Baustoffe fĂźr Bauwerke (im Wesentlichen Stahlbeton und Mauerwerk).

Leitung: Prof. Dr.-Ing. M. Raupach, Dr.-Ing. L. Wolff, Dr.-Ing. B. Schwamborn

Ihr Ansprechpartner: Dr. Ing. RĂźdiger Keuper Telefon +49 711 34008-18; Telefax +49 711 34008-65 ruediger.keuper@tae.de

880,00 EUR

Nr. 50009.00.003

www.tae.de

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualiďŹ ziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238

* Der %-Preis gilt ausschlieĂ&#x;lich fĂźr Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Ă&#x201E;nderungen vorbehalten. 0149110016_dp

Ernst & Sohn Stellenmarkt ¡ Januar 2013

Updates für Ihre Karriere Seminare und Symposien der Technischen Akademie Wuppertal e. V. 22.-23.1.2013 6.2.2013 7.2.2013 19.2.2013 20.2.2013 20.-21.2.2013 25.-26.2.2013 27.-28.2.2013 12.3.2013 5.-6.3.2013 12.3.2013 17.-18.4.2013 22.4.2013 23.4.2013

Konzepte zur effizienten Energienutzung Vermeidbare Baumängel – Teil I Vermeidbare Baumängel – Teil II Nachtragsforderung im Bauwesen – Teil I Leistungsumfang Nachtragsforderung im Bauwesen – Teil II Bauzeitverzögerung Beläge, Abdichtungen, Korrosionsschutz von Brückenbauwerken und Parkhäusern Betoninstandsetzung Planung und Ausführung hochwertig genutzter „Weißer Wannen“ LEED® Green Associate (GA) Aktuelle Entwicklungen im Asphaltstraßenbau Fugenabdichtung im Ingenieurbau Betonrohrvortrieb in der Ver- und Entsorgungstechnik Vermeidbare Baumängel – Teil III Vermeidbare Baumängel – Teil IV

Bochum Wuppertal Wuppertal Wuppertal Wuppertal Bochum Altdorf b. Nürnberg Bochum Altdorf b. Nürnberg Bochum Bochum Altdorf b. Nürnberg Wuppertal Wuppertal

Mehr über unsere Veranstaltungen finden Sie unter: www.taw.de Sie können sich aber auch direkt an uns wenden. Wir freuen uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail.

Ihr Ansprechpartner für Seminare: Dr.-Ing. Stefan Mähler 0 202 74 95 - 207 stefan.maehler@taw.de

Ihr Ansprechpartner für Symposien: Dipl. rer. soc. Bernhard Stark 0 234 89 03 53 - 409 bernhard.stark@taw.de

WEITER DURCH BILDUNG

TAW -Weiterbildungszentren finden Sie in: Wuppertal Altdorf b. Nürnberg Berlin Bochum Cottbus Wildau b. Berlin Technische Akademie Wuppertal Hubertusallee 18 42117 Wuppertal

Planung und Ausführung hochwertig genutzter „Weißer Wannen“ Anforderungen – Baukonstruktion – Bemessung – Abdichtung – Bauphysik – Instandsetzung – Schadensfälle – Haftungsfragen – Qualitätssicherung – Anwendungsbeispiele Leitung und Moderation Prof. Dr.-Ing. Rainer Hohmann FH Dortmund Termin 27. - 28. Februar 2013 Ort Hotel Park Inn, Bochum Mehr Informationen über diese Veranstaltung finden Sie auf unserer Hompage www.taw.de unter Kongresse / Fachtagungen Haben Sie noch Fragen? Dann freuen wir uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail. Ihr Ansprechpartner für TAW-Symposien ist:

Dipl. rer. soc. Bernhard Stark 0 234 8903 53 - 409

bernhard.stark@taw.de

WEITER DURCH BILDUNG

TAW -Weiterbildungszentren finden Sie in: Wuppertal Altdorf b. Nürnberg Berlin Bochum Cottbus Wildau b. Berlin Technische Akademie Wuppertal Hubertusallee 18 42117 Wuppertal

08_A33_Impressum_0113_- 18.12.12 10:31 Seite A35

Chefredaktion

Impressum

Dr.-Ing. Dirk Jesse Chefredaktion Bautechnik Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 47031-275 Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Bautechnik – Fachzeitschrift für Entwurf und Konstruktion, Berechnung und Ausführung, Brücken- und Verkehrsbau, Ingenieurhoch-, Holz-, und Mauerwerksbau, Grundbau, Wasserbau Bauwerkserhaltung und Baukultur.

Verlag Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG Rotherstraße 21, 10245 D-Berlin Tel. +49 (0)30 / 47031-200, Fax +49 (0)30 / 47031-270 info@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRA33115B Persönlich haftender Gesellschafter: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Amtsgericht Mannheim HRB 432736 Geschäftsführer: Karin Lang, Bijan Ghawami Steuernummer: 47013 / 01644 Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225

Redaktionsbeirat

Chefredakteur Dr.-Ing. Dirk Jesse Tel.: +49 (0)30 / 47031-275, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Prof. Dr.-Ing. Annette Bögle Hafencity Universität Hamburg Hebebrandstraße 1 D-22297 Hamburg Tel.: +49 (0)40 / 42827-5691 annette.boegle@hcu-hamburg.de

Project Editor Esther Schleidweiler Tel.:+49 (0)30 / 47031-267, Fax: +49 (0)30 / 47031-227 esther.schleidweiler@wiley.com Ehrenmitglieder Prof. Dr.-Ing. Fritz Gehbauer M.S. Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Smoltczyk Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30 / 47031-273, Fax: +49 (0)30 / 47031-229 btalebitar@wiley.com Gesamtanzeigenleitung Verlag Ernst & Sohn Fred Doischer Anzeigenleitung Sigrid Elgner Tel.: +49 (0)30 / 47031-254, Fax:+49 (0)30 / 47031-230 sigrid.elgner@wiley.com

Dr.-Ing. Christian Dehlinger Ed. Züblin AG Leitung Dir. Konstruktiver Ingenieurbau Albstadtweg 3 D-70567 Stuttgart Tel.: +49 (0)711 / 7883-9787 christian.dehlinger@zueblin.de

Verkauf von Sonderdrucken Janette Seifert Tel.: +49(0)30 / 47031-292, Fax:+49 (0)30 / 47031-230, janette.seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke Kunden-/Leserservice Wiley-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstr. 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)8001800536 (innerhalb Deutschlands) +44(0)1865476721 (außerhalb Deutschlands) Fax: +49(0)6201606184 Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Einzelheft-Verkauf: CS-Germany@wiley.com Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten.

Warenbezeich-nungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind.

Hinweise zur Einreichung von Manuskripten: www.ernst-und-sohn.de/bate/for_authors.

Prof. Dr.-Ing. Achim Hettler Technische Universität Dortmund Lehrstuhl für Baugrund August-Schmidt-Straße 8 D-44227 Dortmund Tel.: +49 (0)231 / 7553012 achim.hettler@tu-dortmund.de

Aktuelle Bezugspreise Die Zeitschrift „Bautechnik“ erscheint mit zwölf Ausgaben pro Jahr. Neben „Bautechnik print“ steht „Bautechnik online“ im PDF-Format über den Online-Dienst Wiley Online Library im Abonnement zur Verfügung.

Jahresabonnement (print)

Jahresabonnement (print + online)

Einzelheft

454 v

523 v

43 v

747 sFr

858 sFr

71,59 sFr

Das Abonnement gilt zunächst für ein Jahr. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Kalenderjahres schriftlich gekündigt werden. Das Abonnement verlängert sich um ein weiteres Bezugsjahres ohne weitere schriftliche Mitteilung.

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Universität Hannover Appelstraße 9a D-30167 Hannover Tel.: +49 (0)511 / 7623351 Marx@ifma.uni-hannover.de

Spezielle Angebote und Probeheftanforderung unter www.ernst-und-sohn.de Alle Preise sind Nettopreise. Die Preise sind gültig bis 31. August 2013. Irrtum und Änderungen vorbehalten.

Bankverbindung: Commerzbank Weinheim, Kto 751118800, BLZ 67080050, SWIFT DRESDEFF670 Bei Änderung der Anschrift eines Abonnenten sendet die Post die Lieferung nach und informiert den Verlag über die neue Anschrift. Wir weisen auf das dagegen bestehende Widerspruchsrecht hin. Wenn der Bezieher nicht innerhalb von 2 Monaten widersprochen hat, wird Einverständnis mit dieser Vorgehensweise vorausgesetzt.

Periodical postage paid at Jamaica NY 11431. Air freight and mailing in the USA by Publications Expediting Services Inc., 200 Meacham Ave., Elmont NY 11003. USA POSTMASTER: Send address changes to Bautechnik, c/o Wiley-VCH, 111 River Street, Hoboken, NJ 07030.

Satz: TypoDesign Hecker GmbH, Leimen Druck: Meiling Druck, Haldensleben Gedruckt auf säurefreiem Papier. © 2012 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG, Berlin Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilagen: DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V., 10785 Berlin; Hochschule für angewandte Wissenschaften Deggendorf, 94469 Deggendorf; Ulrich Lippert Warenhandel GmbH & Co. KG, 24558 Henstedt-Ulzburg; Verlag Ernst & Sohn GmbH & Co. KG, 10245 Berlin

Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich Technische Universität Berlin FG Entwerfen und Konstruieren – Massivbau Gustav-Meyer-Allee 25 D-13355 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 314-72130 mike.schlaich@tu-berlin.de

schlaich bergermann und partner GmbH Brunnenstraße 110c D-13355 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 8145283-0

09_A34_Vorschau_0113_Vorschau_0113 18.12.12 10:31 Seite A2

Vorschau 2/13 Johann Glatzl Ötztaler Achbrücke

Zum Bild Eröffnet im Jahr 1914, erfüllte der Clasaurertobelviadukt fast 100 Jahre lang seinen Dienst auf der Bahnstrecke zwischen Chur und Arosa. Gebirgsverschiebungen in erheblichen Größenordnungen hatten eine horizontale Lageverschiebung von ungefähr 1,50 m zur Folge, eine Instandsetzung des Bauwerks war unumgänglich.

Den Umfang und die Herangehensweise an die Sanierung beschreibt ein Bericht in der Februar Ausgabe der Bautechnik.

Andreas Keil Fußgängerbrücken: Entwurf und Konstruktion Christian Ommert Planung einer Wildbrücke Thomas Jäger Clasaurertobelviadukt – Integrale Instandsetzung eines Mauerwerksviadukts Michael Braun Die Eisenbahnbrücke bei Hämerten in Sachsen-Anhalt Theodoros Triantafyllidis Zur Verformungsprognose von Monopile Gründungen infolge zyklischer Belastung mit veränderlicher Amplitude Wolfgang Kauschke Neue Lager für die Wuppertaler Schwebebahn, Teil 2 Änderungen vorbehalten

0157410016_pf

Abonnement Fax +49 (0)30-47 03 12 40 : Ja, wir möchten die Zeitschrift Bautechnik lesen: Einzelheft

Ausgabe __ / ____

€ 43

Testabo

3 Ausgaben

Jahresabo Ausgaben

print

€ 454

€ 75

Jahresabo Ausgaben

print + online

€ 523

Kostenlose Probehefte aller Ernst & Sohn Zeitschriften: www.ernst-und-sohn.de/zeitschriften

Testabonnement: Sollten Sie innerhalb von 10 Tagen nach Erhalt des dritten Heftes nichts von uns hören, bitten wir um Fortsetzung der Belieferung für ein weiteres Jahr / 12 Ausgaben. Jahresabonnement: Gilt zunächst für ein Jahr und kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugszeitraums schriftlich gekündigt werden.

Sollten wir keinen Lieferstopp senden, bitten wir um Fortführung der Belieferung für ein weiteres Jahr. Bei Bestellung eines print + online-Abonnements steht die Zeitschrift auch im PDF-Format im Online Portal Wiley Online Library zur Verfügung.

Rechnungs- und Lieferanschrift:

Privat

Geschäftlich

Firma

USt-ID-Nr./VAT-No.

Titel, Vorname, Name

Straße / Postfach

Funktion / Position / Abt.

Land / PLZ / Ort

E-Mail

Telefon

KD-NR

Vertrauensgarantie: Dieser Auftrag kann innerhalb zwei Wochen beim Verlag Ernst & Sohn, WILEY-VCH, Boschstr. 12, D-69469 Weinheim, schriftlich widerrufen werden. (Rechtzeitige Absendung genügt.)

8 Datum

Unterschrift

Preise: exkl. Mwst., inkl. Versand, gültig bis 31.08.2013. €-Preise gelten nur in Deutschland.

Studentenpreise, Staffelpreise und Preise in anderen Währungen auf Anfrage. Änderungen und Irrtum vorbehalten.

10_U3_0113_- 18.12.12 08:00 Seite 3

…und aktuell an anderer Stelle Heft 1/2013 Energieeffiziente Kühlung, thermischer Raumkomfort (Teil 2) Hygrothermische Gebäudesimulation gekoppelt mit MultizonenGebäudedurchströmungsmodell Numerische Simulation von Gebäudebelüftung bei Wind Quantifizierung der Auswirkungen von moderater Wärmebelastung auf die menschliche Leistungsfähigkeit Methodik zur Unsicherheitsbewertung und Sensitivitätsanalyse für thermische Gebäudesimulationen

Modelica Building Systems – Eine Modellbibliothek zur Simulation komplexer energietechnischer Gebäudesysteme Beitrag zur thermischen Speicherung von Netzüberlasten Effiziente Strahlungssimulation für ein thermisches Behaglichkeitsmodell Zur Neufassung von DIN 1946-6 Beiblatt 1 Raumlufttechnik Energiekennzahlen für den Gebäudebestand

Komfort für Passivhaus-Büros

Heft 1/2013 Erneuerung der Talbrücke Einsiedelstein Experimentelle Untersuchungen zur mitwirkenden Breite für Querkraft von einfeldrigen Fahrbahnplatten

Beurteilung der Wirkungsweise von adaptiven Seildämpfern im Brückenbau durch Kopplung von numerischer Simulation und Experiment

Umsetzung des Kathodischen Korrosionsschutzes an den Spannbetonüberbauten der Schleusenbrücke Iffezheim

Heft 6/2012 Geologische und logistische Herausforderungen beim TMB-Vortrieb des Pinglu Tunnels in China

Stellungnahme zum Vergabemodell für Infrastrukturprojekte (VIP) aus Sicht des Auftragnehmers

Bahnprojekt Stuttgart 21 – eine Herausforderung

VIP – Vergabemodell für Infrastrukturprojekte

Erfahrungen in Skandinavien am Beispiel des Södermalmstunnels

Das neue Vergabemodell für Infrastrukturprojekte (VIP) aus der Sicht des Planer

Tunnelprojekte brauchen Kooperation

Herausforderung aktueller Großbaustellen

Tunnelbau auf der Bahnstrecke VDE 8.1 Ebensfeld-Erfurt am Beispiel Tunnel Eierberge

Das Vergabemodell für Infrastrukturprojekte aus Sicht des Auftraggebers ASFINAG

Anreiz für Projektoptimierung

Heft 1/2013 Schwerpunktthema: Entwicklungen im Baustoffsektor, Neue Zulassungen Steine, Umstellung auf EC 6

Einfluss der Carbonatisierung auf Festigkeit und Struktur von Porenbeton

Erläuterungen zur Haftscherfestigkeit

Ansätze zur Ermittlung der horizontalen Einwirkungen auf Schubwände

Untersuchungen zum Verbund von Bewehrung in Fugen und Aussparungen

Heft 1/2013 Nachhaltigkeit von Stahl im Bauwesen (NASTA) Instandhaltungsstrategien als Basis für die ganzheitliche Bewertung von Stahl- und Verbundbrücken nach Kriterien der Nachhaltigkeit Entwicklung einer integrierten Verbunddecke für nachhaltige Stahlbauten Einfluss von Nutzeranforderungen auf die ökonomische Bewertung von Stahl als Konstruktionswerkstoff für nachhaltige Bürogebäude Mehrdimensional energieoptimierte Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise für den Industrie- und Gewerbebau

Potenziale und Chancen der Stahl-/Stahlleichtbauweise beim Bauen im Bestand Nachhaltigkeitsbewertung stählerner Tragkonstruktionen Erneuerbarer Energien Methodenentwicklung und Anwendungsbeispiele Neubau von zwei flügelartigen Überdachungsbauwerken in Monocoque-Bauweise für den ZOB Schwäbisch Hall Tragverhalten von Groutverbindungen bei Monopilegründungen von Offshore-Windenergieanlagen (Änderungen vorbehalten)

11_U4_0113_- 18.12.12 10:32 Seite u4

F l o o r i n g / Wa t e r p r o o f i n g

Der große Wurf für jede Anwendung. Funktionale Beschichtungssysteme für die Industrie.

Ob Automobil- und Zulieferindustrie, Nahrungsmittelbranche, Chemische Industrie oder Reinräume in unterschiedlichen Branchen: Sika verfügt mit maßgeschneiderten Beschichtungssystemen über innovative Lösungen für nahezu alle AnwenDer große Wurf für jede Anwendung dungsbereiche im Industriebodenbau. Mit leistungsfähigen Produkten und anwenTechnologien und Konzepte für Fußböden und Beschichtungen derfreundlichen Verarbeitungstechnologien bieten wir belastbare und langlebige Bodenbeschichtungen, jeweils abgestimmt auf die spezifischen Produktionsbedingungen. Zudem ist die Entwicklung anforderungsgerechter Individuallösungen möglich. Jahrzehntelange Erfahrung und Millionen von beschichteten Quadratmetern bestätigen die hervorragende Performance der Sika Produkte. Mit umfassendem Branchen-Know-how bietet Sika Beschichtungslösungen für alle Bereiche der produzierenden Industrie. Unter forum@de.sika.com können Sie unsere Broschüre „Der große Wurf für jede Anwendung“ anfordern und/oder gerne eine persönliche Beratung vereinbaren.

Sika Deutschland GmbH Kornwestheimer Straße 103-107, 70439 Stuttgart, Tel. 0711 8009-0, www.sika.de