Anforderungen des Klimawandels, Digitalisierung und Beulverhalten

Hier die Übersicht der wissenschaftlich begutachteten und freigegebenen Fachaufsätze („reviewed papers“) aus dem Bauingenieur 01-02|2022, jeweils mit einer Zusammenfassung und Stichworten sowie DOI-Link.

Massivbau in Zeiten von Klimawandel und Ressourcenverknappung

Christian Glock, Michael Heckmann, Timo Hondl, Fabian Kaufmann, Marius Schellen, Rabea Sefrin (alle TU Kaiserslautern):

Massivbau in Zeiten von Klimawandel und Ressourcenverknappung – Herausforderungen und Lösungsansätze

Klimawandel und Ressourcenverknappung sind die wesentlichen Herausforderungen unserer Zeit, denen sich auch der Massivbau stellen muss. In diesem Beitrag werden zunächst die Herausforderungen wie die stetige Zunahme der verwendeten Betonmenge, Treibhausgasemissionen und Ressourceneffizienz bei der Herstellung von Beton und die wachsende Baunachfrage in den Blick genommen. Mit Bezug zur Struktur des deutschen Bauwesens werden die stagnierende Arbeitsproduktivität als Indikator für ineffiziente Prozesse, das fragmentierte, wenig digitalisierte Planen und Bauen und das kleinteilige, kaum ganzheitlich betrachtete Vorgehen analysiert. Ausgehend von den Herausforderungen und der Analyse der Rahmenbedingungen werden erste Lösungsansätze aufgezeigt: die Planungsoptimierung auf Grundlage digitaler Bauwerksmodelle, die Erhöhung der Effizienz von Betonbauteilen sowie die verlängerte Nutzung von Bestandsbauwerken. Ziel ist es, Beispiele für notwendige Veränderungen aufzuzeigen, ohne den Anspruch auf ein vollständiges oder abschließendes Bild für den klimafreundlichen und ressourceneffizienten Massivbau zu haben.

Stichworte: Grundlagen, Betonbau, Nachhaltigkeit, Umweltschutz

Bauingenieur Jahrgang 97 (2022) S. 1–12

doi.org/10.37544/0005-6650-2022-01-02-33

Gebäudesanierungen im Kontext der Klimaschutzpolitik

Maximilian Schildt, Theres Six, Karsten Jänen, Elisabeth Hirt, Sebastian Weck-Ponten, Jérôme Frisch, Christoph van Treeck (alle RWTH Aachen):

Gebäudesanierungen im Kontext der Klimaschutzpolitik

Der regulatorische Rahmen zum Klimaschutz ist seit 1976 sowohl international als auch national spezifiziert und verschärft worden. Mit dem Klimaschutzgesetz (KSG) sind zuletzt sektorscharfe Emissionsziele verankert worden. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) und die „Bundesförderung für effiziente Gebäude“ (BEG) stellen dabei den aktuell gültigen regulatorischen Rahmen für bauliche Mindestanforderungen und Fördermaßnahmen dar. Die langjährige Entwicklung im Gebäudesektor zeigt, dass die jährlichen Emissionen seit 1970 um circa 50 % reduziert worden sind. Zugleich würden mit einer Fortschreibung des langjährigen Trends die festgelegten Klimaziele bis 2045 deutlich verfehlt. Der überwiegend vor 1978 erbaute deutsche Wohngebäudebestand verursacht zwei Drittel der Emissionen im Gebäudesektor, zeigt aufgrund des geringen baulichen Wärmeschutzes sowie überwiegend fossil beschickter Heizungsanlagen ein erhebliches Potenzial zur Dekarbonisierung und wird vorliegend fokussiert betrachtet. Die erforderliche Erhöhung der Sanierungsquote hat ökobilanzielle Implikationen mit Auswirkungen auf das verfügbare Emissionsbudget. Zur Erreichung der Klimaziele bedarf es ganzheitlicher Anreizmaßnahmen in Kombination mit einem entschiedenen Monitoring und innovativen Sanierungsmethoden.

Stichworte: Forschung und Entwicklung, Baurecht, Lebenszyklus, Umweltschutz

Bauingenieur Jahrgang 97 (2022) S. 13–21

doi.org/10.37544/0005-6650-2022-01-02-45

Industrialisierung der Baustelle mit BIM und Vorfertigung

Nils Krönert (Rehau), Thomas Graf (Hilti):

Industrialisierung der Baustelle durch Verknüpfung von BIM und Vorfertigung – Praxiserfahrungen am Beispiel der Befestigungstechnik in der Technischen Gebäudeausrüstung

Die Steigerung der Produktivität auf der Baustelle ist eines der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung neuartiger Bauprozesse. Vorfertigung wird dabei als ein mögliches Element zur Beschleunigung des Bauablaufs gesehen. Wird die Vorfertigung mit der digitalen Planung verknüpft, kann schon heute eine verbesserte Industrialisierung der Baustelle erfolgen. Der Artikel beschreibt ein Vorgehensmodell für die Vorfertigung, das sich an der derzeitigen Baupraxis orientiert und gleichzeitig eine Steigerung der Produktivität erzielt. Das Vorgehensmodell wurde an ersten Pilotprojekten mit dem Fokus auf die Befestigungstechnik mit signifikanten Projektverbesserungen implementiert. Es bildet somit die Grundlage für weitergehende Prozessansätze im Bereich der Vorfertigung in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA).

Stichworte: Bauprozess, Hochbau, Building Information Modeling

Bauingenieur Jahrgang 97 (2022) S. 22–28

doi.org/10.37544/0005-6650-2022-01-02-54

Digitalisierung der Straße

Michael Kaliske (TU Dresden), Markus Oeser (Bundesanstalt für Straßenwesen), Ines Wollny (TU Dresden), Ronny Behnke (TU Dresden):

Welchen Weg nimmt die „Straße der Zukunft“? – Digitalisierung der Straße im Sonderforschungsbereich/Transregio 339 „Digitaler Zwilling Straße“

Die Mobilität von Menschen und Gütern ist ein wesentlicher Stützpfeiler einer funktionierenden Gesellschaft und Grundlage einer leistungsfähigen Wirtschaft. Die Mobilität im Bereich des Straßenverkehrs ist in ihrer derzeitigen Form mit enormen Herausforderungen auf globaler Ebene konfrontiert (Dauerhaftigkeit, Sicherheit, Effizienz, Ökologie, Kosten, Automatisierung etc.). Im Sonderforschungsbereich/Transregio 339, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft seit Januar 2022 gefördert wird, forschen mehrere Institute der TU Dresden und der RWTH Aachen (Bauwesen-Informatik-Gesellschaft) an einem räumlich wie zeitlich mehrdimensionalen, digitalen Abbild (Realitätsmodell in Raum und Zeit) aus Fahrzeug, Reifen und Fahrbahn. Das Realitätsmodell „Digitaler Zwilling Straße“ ist gekennzeichnet durch die intelligente Verknüpfung aller relevanten Informationen über das System „Straße der Zukunft“, einschließlich physikalischer Materialuntersuchungen, numerischer Simulationen sowie informatorischer und verkehrlicher Daten (Sensordaten, Datenmodelle etc.).

Stichworte: Digitale Methoden, Forschung und Entwicklung, Modellierung, Verkehrsbau

Bauingenieur Jahrgang 97 (2022) S. 29–37

doi.org/10.37544/0005-6650-2022-01-02-61

Beulverhalten ringversteifter Kreiszylinderschalen

Zhen Li (TU Berlin), Hartmut Pasternak (Brandenburgische TU), Andreas Jäger-Cañás (EHS beratende Ingenieure für Bauwesen GmbH)

Beulverhalten von ringversteiften Kreiszylinderschalen unter Axialdruck – Teil 1: Versuche und geometrische Imperfektionsanalyse

Moderne Behälter werden oft als ringversteifte Kreiszylinderschalen ausgeführt. Der traglaststeigernde Effekt eng liegender Ringsteifen unter Axialdruck erfuhr in der Forschung bis heute nur geringe Beachtung. Er ist bisher ungeregelt und infolge unnötig hohen Materialeinsatzes bleiben Stahlbehältern Marktanteile und bessere Nachhaltigkeit verwehrt. Anhand von Versuchen und einer numerischen Studie werden die neuesten Forschungsergebnisse des Einflusses der Ringsteifen auf das Axialbeulverhalten von Kreiszylinderschalen erläutert. Die Ergebnisse zeigen, dass die ringversteiften Kreiszylinder unter Axialdruck nach der aktuellen Bemessungspraxis unwirtschaftlich bemessen werden.

Im Teil 1 dieses Beitrags werden Versuche im verkleinertem Maßstab durchgeführt, um den Einfluss der Ringsteifen auf das Beulverhalten der Kreiszylinderschalen unter Axialdruck zu erforschen. Gemäß einem Vergleich von Versuchsergebnissen wird eine mehrfach höhere Tragfähigkeit ringversteifter Schalen gegenüber unversteiften Schalen ermittelt. Die geometrischen Imperfektionen des Probekörpers werden durch eine 3D-Scan-Technologie gemessen und danach mittels der Methode der Fourier-Reihen analysiert.

Stichworte: Kreiszylinderschalen, Ringsteifen, Axialdruck, Beulverhalten

Bauingenieur Jahrgang 97 (2022) S. 38–46

doi.org/10.37544/0005-6650-2022-01-02-70

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