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Aktuelle Fachvorträge aus dem internationalen Spektrum des Bauingenieurwesens an der HTWG Konstanz, anlässlich des 100-jährigen Bestehens der Fakultät BI. Themenbereiche: Bauerhaltung und Bausanierung, Geotechnik, Konstruktiver Ingenieurbau, Höhepunkte des Hochbaus im 21. Jahrhundert, Verkehrswesen, Wasserwirtschaft, Wirtschaftsingenieurwesen. Gefördert wurde die Veranstaltung von: ADK Modulraum GmbH ; Architektenkammer BW ; Bauen mit Stahl ; Beton Marketing Süd ; Bund Deutscher Architekten BDA ; Institut Feuerverzinken ; Form TL - Ingenieure für Tragwerk und Leichtbau GmbH ; OTT Ziegel Pfullendorf ; Stahlbauzentrum Schweiz ; Euro Poles Pfleiderer ; Ingenieurk@mmer Baden-Württemberg
The present contribution proposes a novel method for the indirect measurement of the ground reaction forces (GRF) induced by a pedestrian during walking on a vibrating structure. Its main idea is to formulate and solve an inverse problem in the time domain with the aim of finding the optimal time dependent moving point force describing the GRF of a pedestrian (input data), which minimizes the difference between a set of computed and a set of measured structural responses (output data). The solution of the inverse problem is addressed by means of the gradient-based trust region optimization strategy. The moving force identification process uses output data from a set of acceleration and displacement time histories recorded at different locations on the structure. The practicability and the accuracy of the proposed GRF identification method is firstly evaluated using simulated measurements, which revealed a high accuracy, robustness and stability of the results in relation to high noise levels. Subsequently, a comprehensive experimental validation process using real measurement data recorded on the HUMVIB experimental footbridge on the campus of the Technical University of Darmstadt (Germany) was carried out. Besides the conventional sensors for the acquisition of structural responses, an array of biomechanical force plates as well as classical load cells at the supports were used for measurement reference GRFs needed in the experimental validation process. The results show that the proposed method delivers a very accurate estimation of the GRF induced by a subject during walking on the experimental structure.
BMBF-Programm "Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen Schlussbericht FKZ 17086 00 Ausgangssituation Bei der Entwässerung von Siedlungsgebieten sind teure Maßnahmen zum Schutz der Siedlungen und der Gewässer vor Hochwasser und Schmutzstoffen erforderlich. Mit den Zielsetzungen „Kosteneinsparung“ und “Verbesserung des Gewässerschutzes“ hat der Beratende Ingenieur Dipl.-Ing.(FH) Harald Güthler (1996) aus Waldshut-Tiengen das Verfahren des „HydrOstyx“ gebremsten Abflusses entwickelt und im Dezember 1995 zum Patent angemeldet. Die im Rahmen des Verfahrens benutzte neue technische Einrichtung ist die HydrOstyx-Abflussbremse. Bei der HydrOstyx-Abflussbremse handelt es sich um eine technische Einrichtung, die wegen ihrer Einfachheit ein preiswertes Drosselorgan im Abwasserkanal darstellt, das ohne Fremdenergie weitgehend wartungsfrei und betriebssicher funktioniert. Die HydrOstyx-Abflussbremse kann sowohl in bestehende als auch in neue Abwasserkanäle eingebaut werden. Ziele Mit der Hydrostyx-Abflußbremse können u. a. folgende Ziele erreicht werden: Reduzierung von Neubaumaßnahmen durch Aktivierung bisher ungenutzter Speicher. Da im Sinne der Richtlinien für die Bemessung und Gestaltung von Regenentlastungsanlagen in Mischwasserkanälen nach ATV-Arbeitsblatt A 128 die Anrechenbarkeit solcher Speicherräume zulässig ist, kann bei geschickter Nutzung der aktivierten Retentionsvolumen eine Redimensionierung der bisher geplanten Regenbecken erfolgen. Beseitigung von Konfliktpunkten im Kanalnetz. Durch Aktivierung von Retentionsvolumen lassen sich Abflussspitzen reduzieren. Überlastete Kanäle können nun die abflussverzögerte Wassermenge transportieren, der Austausch bzw. Neubau von Kanälen kann entfallen. Minderung von Überflutungshäufig und Belastungen von Flüssen und Bächen aus Regenwasserentlastungen. Der Einstau des Wassers im Kanal führt zu einer Retentionswirkung, dadurch werden die Abflussspitzen bei Regenwasserentlastungen in die Vorfluter häufig wesentlich reduziert. Die führt zu Verbesserungen beim Hochwasserschutz und bei der Gewässerökologie. Optimierung des Wirkungsgrades von Kläranlagen durch verbesserte Ausschöpfung der zulässigen Beaufschlagung. Kläranlagen sind durch den diskontinuierlichen Zufluss von Schmutz- bzw. Mischwasser Schwankungen im Betriebsablauf unterzogen, die durch entsprechende Reserven in den Becken ausgeglichen werden können. Durch die Aktivierung von Retentionsraum lassen sich Stoßbelastungen reduzieren und bei Regenwetter kann ein größerer Teil des verschmutzten Wasser als bisher auf der Kläranlage gereinigt werden. Im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts wurden folgende Teilaufgaben bearbeitet: Hydraulische Untersuchung der Hydrostyx-Abflussbremse im Wasserbaulabor der HTWG Konstanz. Ziel war die Ermittlung der Schachtverluste, der Überfall- und Durchflussbeiwerte für die HydrOstyx-Abflussbremse. Auswertung und Beurteilung der Abfluss- und Schmutzfrachtmessungen an den Regenüberläufen Hoppetenzell und Zizenhausen/Stampfwiese vor und nach dem Einbau von 4 HydrOstyx-Abflussbremsen. Durchführung von Schmutzfrachtberechnungen mittels Langzeitsimulation mit dem Simulationsmodell KOSIM XL vom Institut für technisch-wissenschaftliche Hydrologie in Hannover. Die Simulationsberechnungen erfolgen mit und ohne Hydrostyx-Abflussbremsen für die Einzugsgebiete der beiden Regenüberläufe. Mit Hilfe der hydraulischen Untersuchungen im Wasserbaulabor und durch die Auswertung der Naturmessungen sollten die hydraulischen und hydrologischen Bemessungsgrundlagen für die Neuentwicklung erarbeitet werden. Die Untersuchungsergebnisse liefern auch wichtige Grundlagen für die wasserwirtschaftliche Beurteilung des neuen Verfahrens. Verwertung der Ergebnisse Das Projekt hat insgesamt gezeigt, dass mit Hilfe von HydrOstyx-Abflussbremsen erhebliche Einsparpotentiale sowohl bei der hydraulischen Sanierung als auch bei der Regenwasserbehandlung in Mischwasserkanalisationen möglich sind. Die Ergebnisse dieses Projekts tragen sicher dazu bei, dass beim weiteren Ausbau der Regenwasserbehandlung und bei der Sanierung von Mischwasserkanalisationen verstärkt nach kostengünstigen Alternativen gesucht wird. Hierzu kann das Verfahren des HydrOstyx gebremsten Abflusses einen wesentlichen Beitrag leisten.
Analyse der Nachhaltigkeit verschiedener Redevelopmentszenarien einer Unternehmensbestandsimmobilie
(2022)
Ziel dieser Arbeit ist es einen Beitrag dazu zu leisten, dass auch Argumente der Nachhaltigkeit in Investitions- und Projektentscheidungen der Immobilienbranche leichter einfließen können, indem sie besser messbar gemacht werden, und somit an Einfluss gewinnen. Betrachtet werden sollen hierbei Entscheidungen zwischen verschiedenen Redevelopmentszenarien. Wann ergibt es mehr Sinn, eine bestehende Immobilie zu modernisieren? Wann lohnt sich ein Neubau eher? Zur Beantwortung dieser Fragen soll im Rahmen dieser Arbeit eine Entscheidungshilfe entwickelt werden. Konkret soll sich diese Entscheidungshilfe auf verschiedene Redevelopmentszenarien von speziell denjenigen Bürogebäuden beziehen, welche Teil von Unternehmensimmobilien sind. Entwickelt wird die Entscheidungshilfe aus einem bestehenden „Nachhaltigkeitsrating zur Bewertung der Zukunftsfähigkeit von Immobilien“, welches von Sarah Ok Kyu Strunk im Rahmen ihrer Dissertation an der Universität Stuttgart erstellt wurde. Die Besonderheit dieses Ratings liegt darin, dass es verschiedene nachhaltigkeitsrelevante Standortund Gebäudeeigenschaften im Hinblick auf ihr Wertentwicklungsrisiko betrachtet. Dies bedeutet, dass es eine Übersicht über diejenigen Nachhaltigkeitsmerkmale einer Immobilie gibt, welche nicht nur nachhaltigkeitsrelevant sind, sondern gleichzeitig maßgeblichen Einfluss auf das wirtschaftliche Risiko und somit die Wirtschaftlichkeit der Projektentwicklung haben. Ausgelegt ist das Rating auf die Betrachtung einzelner deutscher Büroimmobilien jeglichen Alters. Im Rahmen dieser Arbeit soll hieraus eine Entscheidungshilfe für Büroimmobilien als Teil von Unternehmensimmobilien entwickelt werden, bei welcher mehrere Redevelopmentszenarien verglichen werden können, um schließlich festzustellen, welches Szenario das geringere Wertentwicklungsrisiko mit sich bringt. Das Ergebnis hieraus soll nicht die abschließende Entscheidung zwischen den beiden Redevelopmentszenarien darstellen. Es soll vielmehr neben anderen Vergleichen, beispielsweise dem Vergleich der Wirtschaftlichkeit oder der Nachhaltigkeit der Bausubstanz der beiden Szenarien, eine stichhaltige Grundlage für eine wirtschaftlich und nachhaltig sinnvolle Entscheidung bieten.
Specific climate adaptation and resilience measures can be efficiently designed and implemented at regional and local levels. Climate and environmental databases are critical for achieving the sustainable development goals (SDGs) and for efficiently planning and implementing appropriate adaptation measures. Available federated and distributed databases can serve as necessary starting points for municipalities to identify needs, prioritize resources, and allocate investments, taking into account often tight budget constraints. High-quality geospatial, climate, and environmental data are now broadly available and remote sensing data, e.g., Copernicus services, will be critical. There are forward-looking approaches to use these datasets to derive forecasts for optimizing urban planning processes for local governments. On the municipal level, however, the existing data have only been used to a limited extent. There are no adequate tools for urban planning with which remote sensing data can be merged and meaningfully combined with local data and further processed and applied in municipal planning and decision-making. Therefore, our project CoKLIMAx aims at the development of new digital products, advanced urban services, and procedures, such as the development of practical technical tools that capture different remote sensing and in-situ data sets for validation and further processing. CoKLIMAx will be used to develop a scalable toolbox for urban planning to increase climate resilience. Focus areas of the project will be water (e.g., soil sealing, stormwater drainage, retention, and flood protection), urban (micro)climate (e.g., heat islands and air flows), and vegetation (e.g., greening strategy, vegetation monitoring/vitality). To this end, new digital process structures will be embedded in local government to enable better policy decisions for the future.
In dieser Arbeit wird die Ausgangssituation der klimabezogenen Stadtplanung in Konstanz in den Bereichen Wasser, Wärme und Vegetation im Hinblick auf die Anpassung an den Klimawandel untersucht. Diese dient als eine Grundlage für das Projekt CoKLIMAx.
Ziel dieses Projektes ist es, eine einfache Toolbox zu entwickeln, die Kommunen befähigt, mit Hilfe von Satelliten- und in-situ-Daten Klimaanalysen, erforderliche Gewichtungen und späteres Monitoring selbst durchführen zu können, um Entscheidungen für auf die langfristige Stadtentwicklung treffen zu können.
Für die Feststellung der Ausgangssituation in Konstanz wurden Mitarbeiter der Stadtverwaltung Konstanz befragt, ein Planungsprozess für die Klimaanpassung künftiger Bauprojekte entwickelt und eine Stakeholderidentifikation erstellt.
Zu Beginn der Arbeit werden die Ursachen für den Klimawandel und seine Auswirkungen erörtert, Anpassungsbeispiele anderer Städte betrachtet und die Funktionsprinzipien der verwendeten Satelliten und die Dienste des Copernicus-Programms erklärt.
Die Berücksichtigung ökologischer und sozialer Gesichtspunkte in der Konzeption, Planung und Errichtung von Gebäuden hat in den vergangenen Jahren großen Einfluss auf Marktfähigkeit der Immobilien gewonnen. Regulatorische Rahmenwerke wie die Taxonomie-Verordnung der Europäischen Union formulieren die klare Anforderung an die Bauwirtschaft dem Schutz von Mensch und Natur mehr Bedeutung einzuräumen. Nur mit einem wesentlichen Beitrag zu den Klimazielen der Europäischen Union wird es der Branche langfristig möglich sein sich einen uneingeschränkten Zugang zum Investorenmarkt zu sichern.
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit widmet sich dem Kriterienkatalog der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. und legt Übereinstimmungen mit den technischen Bewertungskriterien der EU-Taxonomie Verordnung offen. Der im Frühjahr 2023 erschienen Kriterienkatalog umfasst eine Vielzahl von Kriterien, anhand derer Gebäude auf Nachhaltigkeit geprüft werden. Im Vergleich zu der Vorgängerversion aus dem Jahr 2018 wurden erhebliche Änderungen eingearbeitet. Besonders hervorzuheben sind neue technische Prüfkriterien im Bereich Klimaschutz, Ressourcengewinnung, Biodiversität und Kreislaufwirtschaft. Die Angleichung der Berechnungsmethode für die Ökobilanzen an das bundeseigene „Qualitätssiegel Nachhaltiges Gebäude“, die Mindestanforderung nach dem erhöhten Einsatz von nachhaltig gewachsenem Holz, die Prüfung spezifischer Zielquoten bei dem Einsatz von Recyclingbeton sowie Anforderungen an die Zirkularität sind nur ein Teil der Neuerungen. Für die zusätzlichen Anforderung müssen Projektentwickler mit Mehrkosten im hohen sechsstelligen Bereich im Vergleich zu der Vorgängerversion rechnen. Vorteile der Neuauflage des Kriterienkataloges sind eine erhöhte Übereinstimmung mit den Nachhaltigkeitsanforderungen der Europäischen Union. Es werden jedoch nicht alle Anforderungen erfüllt. Nachweise für den Primärenergiebedarf, die Schadstoffbelastung von Bauteilen bzw. -materialien und eine Umweltverträglichkeitsprüfung müssen zusätzlich zu dem Kriterienkatalog der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen geleistet werden. Insgesamt ebnen die Kriterien der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen aber den Weg hin zu einer EU-Konformität und helfen Projektentwicklern Immobilien erfolgreich auf dem Markt zu positionieren.
Bauen in Brasilien
(2014)
Im Herbst 2014 fand die große Exkursion 2014 der Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz nach Brasilien unter der Leitung von Prof. Dr. Horst Werkle und Prof. Dr. Peter Hirschmann statt. Auf dem Programm stand der Besuch der Städte Sao Paulo, Rio de Janeiro und Iguacu. Der Bericht schildert den Besuch interessanter Baustellen und großer Bauprojekte wie des im Bau befindlichen futuristisch anmutenden „Museum of Tomorrow“, des Maracana-Stadions mit seiner neuen Membrandachkonstruktion sowie des zweitgrößten Wasserkraftwerks der Welt.
Im März 2008 führte die Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz eine studentische Exkursion nach China durch. Auf dem Programm standen interessante Baustellen Shanghai, Nanjing, Zhenjiang und Beijing sowie der Besuch von Hochschulen. Der Exkursionsbericht beschreibt die besuchten Bauvorhaben und gibt persönliche Eindrücke der Exkursionsteilnehmer wieder.
Bauen in Dubai und Abu Dhabi - Dubai-Exkursion 2009 der Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz
(2009)
Die 1,8-Millionenstadt Dubai und die Vereinigten Arabischen Emirate sind eine der Regionen der Welt mit den größten Bauaktivitäten. Der Exkursionsbericht schildert die Eindrücke bei der Exkursion der Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz im März 2009. Auf dem Programm standen die Baustellen der künstlichen Palmeninsel "Palm Jebel Ali", des "Iris Bay"-Turms mit seiner außergewöhnlichen Architektur sowie des "Latifa Tower", einem "normalen" Hochhaus von 255 Meter Höhe. Geotechnik im Wüstensand unter der Leitung deutscher Firmen waren ebenso zu sehen wie der Bau des weltweit größten Trinkwasserreservoirs. Weitere Höhepunkte der Reise waren die Baustellen des "Khalifa National Stadium" und der 1455 Meter langen Saadiyat-Brücke in Abu Dhabi, die die zukünftige Kulturmeile Abu Dhabis auf der Saadiyat Insel mit dem Festland verbinden wird.
Hongkong steht als Welthandelsmetropole auch für Superlative des Bauens. Dies gilt für die in britischer Zeit errichteten Bauten, aber auch für die nach der Übergabe an China entstandenen Hochhäuser und Brückenbauwerke. Der Exkursionsbericht der Fakultät Bauingenieurwesen der HTWG Konstanz gibt einen Eindruck von diesen Aktivitäten. Er schildert Brücken- und Hochhausbauten, Tunnelbaustellen und die Baustelle eines Klärschlammverbrennungswerks, die während einer Exkursionswoche im September 2012 besichtigt wurden. Darüber hinaus gibt er einen Einblick in die wirtschaftliche Dynamik der Stadt.
Die große Exkursion 2010 der Fakultät Bauingenieurwesen führte in das Emirat Qatar am persischen Golf. Qatar verfügt über 15% der weltweiten Reserven anErdgas und investiert u.a. in Infrastruktur- und Bau¬maßnahmen. Deutsche Firmen sind an diesem Aufbau beteiligt. Bei der Exkursion wurden verschiedene Hoch- und Tiefbaustellen, „Mega-Projekte“ deutscher Unternehmen, aber auch eines arabischen Baukonzerns besucht. Auch das Ausstellungszentrum der Deutschen Bahn stand auf dem Programm. Der Bericht gibt die Eindrücke beim Besuch der Projekte wie auch die Reiseerlebnisse wieder.
Der Inhalt dieser Arbeit befasst sich mit der Verwendung von regionalen Ressourcen in Form von Erde. Diese soll als Baumaterial unter Anwendung der Stampflehmbauweise für
ökologischeres Bauen dienen. Damit der Baustoff den Ansprüchen heutiger Bauaufgaben gerecht wird, wird untersucht, mit welchen nachhaltigen Methoden die Erde stabilisiert werden kann. Darüber hinaus wird nach einem zukunftsweisenden Fertigungsverfahren
für den Stampflehmbau gesucht. Die Nutzung und Kombination dieser Aspekte bezeichnen wir als Erdbau 4.0, welcher unter anderem für das Maun Sciene Park Projekt in Botswana infrage kommen könnte.
Um im Angesicht der Klimakrise eine lebenswerte Zukunft zu sichern, brauchen wir einen grundlegenden und raschen gesellschaftlichen Wandel. Wirksame Klimakommunikation kann eine wichtige Rolle spielen, um das für diesen Wandel erforderliche gesamtgesellschaftliche Engagement zu fördern.
Im Forschungssemester wurden drei Ziele verfolgt: Erstens der Auf- und Ausbau des eigenen Kenntnisstands zur Klimakommunikation, zweitens das Kennenlernen der Arbeitsmethoden und -kultur des gastgebenden Think-Tanks Climate Outreach sowie drittens die Erstellung eines oder mehrerer für die Nachhaltigkeitstransformation nützlicher ‚Produkte‘ als Ergebnis des Forschungsaufenthalts. Alle drei Ziele konnten erreicht werden. Dabei bilden ein Working Paper, ein 4-Seiter für Praktiker sowie mehrere Artikel und ein Buchkapitel die Arbeitsergebnisse für andere nachvollziehbar und anwendbar ab (siehe Liste entstandener Veröffentlichungen in diesem Bericht).
Inhaltlich war die Kernerkenntnis, dass Menschen sich ihre Meinung zum Klima und der eigenen Rolle in der Transformation nicht in erster Linie durch mehr und bessere Informationen bilden, sondern durch Geschichten, die ihre Werte ansprechen, die von Menschen erzählt werden, denen sie vertrauen, und die durch die Überzeugungen und das Verhalten der Menschen in ihrem Umfeld bestätigt werden. Klimakommunikation sollte also neben der rationalen Vermittlung von Fakten auch unsere emotionale Seite bedienen und beispielsweise zeigen, wie sich soziale Normen verändern und Klimaschutzhandeln zum neuen Normal wird.
Die energetische Sanierung von Gebäuden ist von großer Relevanz, um die gesetzlichen Klimaziele zu erreichen. Die Methode des seriellen Sanierens spielt hierbei eine wichtige Rolle. Sie gilt als ganzheitliche Maßnahme zur energetischen Aufwertung von Bestandsgebäuden, durch die nicht nur die Gebäudehülle und die Anlagentechnik, wie etwa das Heizungssystem, effektiv verbessert werden, sondern auch eine Integration von Anlagen zur Strom- und Warmwasseraufbereitung erfolgt. Bei der seriellen Sanierung wird, in Anlehnung an die Industrie und an die modulare Bauweise, eine Vorfertigung der Fassaden-
und Dachelemente durchgeführt. Im Nachgang werden die einzelnen Bauelemente und Anlagen montiert bzw. installiert. Durch die Auslagerung der Produktion und durch die Vorfertigung der Elemente besteht das Potenzial, die Montagezeit und die damit verbundenen Einschränkungen vor Ort für die Bewohner deutlich zu reduzieren.
This policy brief presents the possibilities of using big data analytics for safe, decarbonised and climate-resilient infrastructure. The policy brief focuses on current constraints and limitations to applying big data analytics to the infrastructure ecosystem and presents several examples and best practices for different infrastructure sectors and at different policy levels (national, municipal) to highlight recommendations and policy requirements needed for deep digital transformation and sustainable solutions in infrastructure planning and delivery.
BIM im Membranbau
(2019)
Die fortschreitende Digitalisierung wird zurzeit zu einem der wichtigsten Themen und zugleich zu einer der größten Herausforderungen für die Bauwirtschaft. Building Information Modeling (BIM) kommt eine immer größere Bedeutung zu.
Es ist sicherlich richtig, dass derzeit nur wenige Projekte im Bauwesen den geforderten BIM-Anforderungen der Bauherrschaft genügen. Es ist zu erwarten, dass in den kommenden Jahren auch an Membranbauprojekte immer mehr Anforderungen bezüglich BIM gestellt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass sich Planungsbüros für leichte Flächentragwerke mit dem Thema BIM befassen.
Ziel dieser Arbeit ist die Ausarbeitung eines Konzepts für die effiziente durchgehende Umsetzung der Building Information Modeling-Arbeitsmethode bei der Tragwerksplanung im Membranbau.
Es werden vorhandene Funktionalitäten untersucht und alternative Interoperabilitätskomponenten entwickelt. Aufbauend auf den möglichen Werkzeugketten werden verschiedene Einsatzverfahren vorgeschlagen. Darauffolgend wird eines der möglichen Verfahren an einem realen Tragwerk implementiert. Die erhaltenen Ergebnisse werden einer kritischen Analyse unterzogen.
Abschließende Rückschlüsse, Beurteilung der angewandten Planungsmethoden und Ausblick fassen das behandelte Thema zusammen.
Bei der Arbeit verwendete Methoden schließen den parametrischen Entwurf, manuelle Modellierung in zwei verschiedenen Softwareumgebungen und textliche Programmierung mit C#-Sprache ein.
Die Relevanz des untersuchten Themas erstreckt sich überwiegend auf praktisch tätige Ingenieure aus den Bereichen leichte Flächentragwerke, Sondertragwerke, Membranbau, wird aber auch für wissenschaftliche Mitarbeiter der Forschungsinstitutionen, BIM-Spezialisten und Produkthersteller von Interesse sein.