Geotechnik, nachhaltiges Bauen und Leichtbau
In der Aprilausgabe reicht das Spektrum der im Peer-review-Verfahren begutachteten Artikel von der Modellierung eines tiefen Schlitzwandschachtes über Gebäude über dem Boden bis hin zu einem Bemessungskonzept für dünnwandig kaltgeformte Stahlprofile. Außerdem wird der Einsatz von Rohholzelementen für tragende Strukturen beleuchtet.
Bild 2. Fertiggestellte Wohngebäude über dem Boden mit Namen: Stelzenhaus Oak (a), Stelzenhaus Treeangle (b), Baumhaus Loop (c), Baumhaus Cube (d).
Foto: I. Münch
Hier die Übersicht der wissenschaftlich begutachteten und freigegebenen Fachaufsätze („reviewed papers“) aus dem Bauingenieur 04|2024, jeweils mit einer Zusammenfassung und Stichworten sowie DOI-Link.
Übrigens finden Sie eine Liste mit zahlreichen nützlichen Abkürzungen aus der Baubranche (samt Erklärungen) zum Nachschlagen und Ausdrucken in unserer Online-Rubrik Wissen.
Nachhaltiges Bauen
I. Münch, L. Wörmann, S. Loske, D. Jun
Gebäude über dem Boden – Aspekte der Nachhaltigkeit, praktische Umsetzung und Vergleiche zur grauen Emission Zur Errichtung der hier vorgestellten Gebäude über dem Boden werden einerseits Stützen mit klassischen Fundamenten und andererseits Baumgruppen genutzt. In beiden Fällen entfällt die Umgestaltung und Versiegelung der überbauten Fläche, was zum Beispiel zur naturschonenden Erschließung oder zur Nachverdichtung suburbaner Räume vorteilhaft sein kann. Allerdings ist die Bauweise in Kombination mit Baumgruppen mit Aufwand verbunden, welcher hier insbesondere bezüglich der Verankerung am Baum besprochen wird. Die vorwiegend in Holzbauweise errichteten Wohngebäude werden weiterhin bezüglich ihrer grauen Emissionen untersucht und mit der Bauweise, die direkt auf dem Boden gegründet ist, verglichen. Aus dem Vergleich geht hervor, dass die Gebäude über dem Boden wichtige Nachhaltigkeitsziele, welche im Zuge des Artikels erläutert werden, erreichen. Wir geben Hinweise zur Ermittlung der grauen Emission und führen die Ergebnisse vor.
doi.org/10.37544/0005–6650–2024–04–31
Bildbasierte Modellierung
Einsatz von Rohholzelementen für tragende Strukturen und mechanische Analyse mittels bildbasierter Simulationsverfahren
Bauteile für Holzkonstruktionen basieren oft auf geometrisch einfachen Grundformen bezüglich ihrer Längsform und ihres Querschnittes. Für die Herstellung dieser Bauteile, wird das Holz hauptsächlich in gerader, schlanker Form verarbeitet, wobei gekrümmte oder gegabelte Teile des Baumes mit kleinerem Durchmesser ungenutzt bleiben. Unser Ziel ist, die Bestandteile der Krone als fachwerkartige Bauteile in Bauwerken zu verwenden. In diesem Zusammenhang sind fortschrittliche Modellierungs- und Simulationstechniken erforderlich, um die statische Analyse eines solchen auf gewachsenen Rohholzelementen basierenden Konstruktionssystems abzubilden. Eine möglichst getreue Abbildung der gewachsenen Geometrien ist aufgrund ihrer Vielfalt für eine realistische Einschätzung der Tragfähigkeit wichtig. Durch die Kombination bildgebender Verfahren mit der generalisierten oberflächenbasierten isogeometrischen Analyse, können komplexe Strukturen als 3D-gescannte Geometrien direkt für die Strukturanalyse genutzt werden. Mit dieser Methode wird die Oberfläche des gescannten Bauteils in eine Zentrumslinie skaliert.
doi.org/10.37544/0005–6650–2024–04–41
Leichtbau
Ein Bemessungskonzept für dünnwandig kaltgeformte Stahlprofile am Beispiel der Biegebeanspruchung – Teil 1 : Vorstellung des neuen Bemessungskonzeptes
Im Rahmen des FOSTA Forschungsvorhabens P1328 (IGF Nr. 19964 N) wurde ein eurocodekonformes Bemessungskonzept für dünnwandig kaltgeformte Stahlprofile entwickelt. Es überführt die rechnerische Querschnittstragfähigkeit, die in Anlehnung an die amerikanische Norm AISI 100–16-Direct Strength Method auf Basis numerischer Verzweigungslastanalysen bestimmt wird, in das europäische Bemessungskonzept nach DIN EN 1993–1–3 für globale/gekoppelte Stabilitätsnachweise. Zur Verifizierung dieses Bemessungsvorschlages für kaltgeformte Stahlquerschnitte unter Biegebeanspruchung um die starke Querschnittsachse wurden Bauteilversuche an verschiedenen C- und Ω-förmigen Profilen durchgeführt. Zur Erweiterung der Versuchsmatrix wurde ein FE-Modell an den Versuchen validiert, um anschließend durch numerische Parameterstudien die Anwendbarkeit des kombinierten Bemessungsvorschlages für eine große Bandbreite verschiedener Profile belegen zu können. Der erste Teil des Aufsatzes beschränkt sich auf die allgemeine Erläuterung des Trag- und Stabilitätsverhaltens dünnwandig kaltgeformter Stahlprofile sowie die Vorstellung der aktuellen normativen Vorschriften und des neuen Bemessungskonzeptes, während die Verifizierung dem zweiten Teil vorbehalten ist.
doi.org/10.37544/0005–6650–2024–04–49
Geotechnik
Numerische Modellierung eines tiefen Schlitzwandschachtes im überkonsolidierten Boden des Wiener Raums
Der Beitrag befasst sich mit der numerischen Modellierung eines rund 33 m tiefen Schlitzwandschachtes im überkonsolidierten Boden des Wiener Raums. Bei dem Schacht handelt es sich um den Südschacht der sich derzeit im Bau befindlichen U-Bahn-Station Matzleinsdorfer Platz. Dabei werden unterschiedliche numerische 2D- und 3D-Berechnungsmodelle, basierend auf der Finiten-Elemente-Methode, einander gegenübergestellt. Hierbei werden elasto-plastische Materialmodelle mit isotroper Verfestigung – konkret das Hardening Soil Modell (mit und ohne small strain stiffness) – verwendet. Die Bodensteifigkeitsparameter des Hardening Soil Modells wurden dabei aus Labor- und Feldversuchen abgeleitet. Aufgrund der geringen hydraulischen Bodendurchlässigkeit wird zudem die Auswirkung verschiedener Drainagebedingungen (drainiert, undrainiert, Konsolidation) auf das Verformungsverhalten des Schachtes untersucht. Daraus ergeben sich insgesamt 24 unterschiedliche Berechnungsmodelle, welche den Ergebnissen der in-situ Messungen des realisierten Schachtes gegenübergestellt und dadurch validiert werden.
doi.org/10.37544/0005–6650–2024–04–55
