Die seismische Auslegung von unterirdischen Bauwerken wird durch Verformung des Bodens und die Boden-Bauwerk-Interaktion gesteuert, wobei die kinematischen Effekte gegenüber den Trägheitseffekten dominieren. Verfügbare Methoden der numerischen Berechnung für die 2D-Antwort in Querrichtung werden für eine Fallstudie, welche die Stationen und die Tunnelröhren einer U-Bahnlinie in einem Erdbebengebiet betrifft, angewandt. Zwei Kontinuum-Ansätze werden betrachtet: a) dynamische Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich und b) quasi-statische Methode. Schnittkräfte in den Bauwerken werden für ein typisches Erdbeben bestimmt, sie werden gegenübergestellt und mit Ergebnissen aus der statischen Berechnung der Baugrube und der Tunnelröhren verglichen.

Case study on the seismic design of the stations and the tunnels of a subway line in soft ground

The seismic design of underground structures is controlled by ground deformation and soil-structure interaction, whereby kinematic effects dominate over inertia effects. Available methods of numerical analysis for the 2D response in the transverse direction are applied for a case study referring to the stations and the inter-station tunnels of a metro-line in a seismic region. Two continuum approaches are considered: a) time-domain dynamic finite-element and b) quasi-static analyses. Sectional forces are determined for a typical earthquake shaking. They are compared against each other and to those obtained from the static design of the excavation support.

Der von SOMA Architecture aus Wien, Österreich entworfene Themenpavillon “One Ocean” ist eines der wichtigsten Gebäude der Expo 2012 in Yeosu, Korea. Die dem Expo-Gelände und dem Haupteingang zugewandte Seite ist von einer kiemenartigen, mit LED bestückten beweglichen Medienfassade geprägt. Sie stellt einen gestalterischen Bezug zum Meer her und ermöglicht die Lichtsteuerung des Gebäudes.

Grundlage der Entwicklung der kinetischen Fassade war die Analyse natürlicher Bewegungsprinzipien. Die Verwendung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GfK) erlaubt große reversible elastische Verformungen und ermöglicht somit eine komplett neue Interpretation wandelbarer Strukturen.

Bio-inspired kinetic façade for the thematic pavilion “One Ocean” EXPO 2012 in Yeosu, Korea

The Thematic Pavilion “One Ocean”, designed by SOMA Architecture, Vienna, is a major and permanent building for the Expo 2012 in Yeosu, Korea. The façade facing the expo area and the main entrance is conducted as kinetic media façade symbolizing the gills of a fish. The façade therefore illustrates the theme of the Expo “The living ocean and coast” very well.

Development of the kinetic media façade was inspired by flexible deformation principles found in plant movements. The project is a role model for a novel application of glass fiber reinforced polymers (GFRP) for deployable structures as well as for advanced biomimetic research and design.

Die erste Herausforderung dieses außergewöhnlichen Projektes bestand im Zusammenführen aller Beteiligten: Den indischen Bauherrn, die norwegischen und deutschen Baufirmen und die Autoren als Generalplaner sowie Bauüberwacher und Kopf eines Teams mit zwei Sub-Planern für Architektur und Haustechnik. Die zweite Herausforderung war die Antarktis. Planungsgrundlagen, die sonst aus Normen entnommen werden können, mussten zunächst ermittelt werden, z.B. Wind- und Schneelasten sowie Eisbedingungen. Alle Materialien mussten für den Einsatz im antarktischen Klima geeignet sein. Eine dritte Herausforderung war die Logistik. Alle Komponenten mussten in 20-Fuß-Container passen, die für Hubschraubertransporte nicht zu schwer sein durften. Der Zeitraum für den Bau während des antarktischen Sommers ist sehr kurz. Alle Randbedingungen spiegeln sich im Gebäude wider. Form und Materialien sind auf Ort, Klima und Logistik abgestimmt. Das dreigeschossige Containergebäude mit 52 m Länge und 30 m Breite kann 47 Personen beherbergen und enthält Labore, eine Garage, eine Werkstatt, Wohn- und Büroräume, ein Kino, einen Sportraum, eine Bibliothek, einen Speiseraum und einen Salon mit Blick über das Meer. Dieses durch die indische Regierung veranlasste Projekt eines hochmodernen Gebäudes konnte erfolgreich durch eine enge Zusammenarbeit internationaler Teilnehmer sowie deren Leidenschaft für das gemeinsame Ziel, dem gegenseitigen Vertrauen zueinander und dem Respekt voreinander und vor der Natur realisiert werden.

New Indian Research Station at Larsemann Hills, Antarctica

The first challenge of this extraordinary project was the integration of all involved parties: The Indian client, the Norwegian and German construction companies and the authors as general planners and site supervisors being head of a team with two sub-consultants for architecture and building services. The second challenge was Antarctica. Planning bases usually taken from standards had to be ascertained, e.g. wind loads, snow and ice conditions. All materials needed to be suitable for Antarctic climate conditions. A third challenge was the logistics. All components had to fit into 20-foot containers, which in turn required being light enough for helicopter transport. The time frame for construction during the Antarctic summer is short. All boundary conditions are reflected in the building; form and material are suited for the location, climate and logistics. The three-storey container building, which is 52 m long and 30 m wide, can accommodate 47 people and contains laboratories, a garage, workshop, living and office areas, a cinema, fitness room, library, dining hall and lounge with a view of the ocean. The Indian government initiated this state-of-the-art project, which was successfully completed through the co-operation of international participants with passion, faith and respect for each other and nature.

Im 19. Jahrhundert wurden grafische Methoden – 1866 von Carl Culmann als “Graphische Statik” systematisiert und publiziert – dazu benutzt, den Zusammenhang zwischen geometrischer Form und innerem Kräftefluss genauer zu untersuchen. Diese Methoden wurden mehr und mehr durch analytische Verfahren ersetzt, da in den aufstrebenden Ingenieurwissenschaften die leichter zu verarbeitende numerische Berechnung, in Kombination mit physikalischen Experimenten, an Bedeutung gewann, wodurch ein Bedürfnis nach numerischer “Präzision” bestand. Heutzutage können mithilfe von digitalen Werkzeugen auch komplexe dreidimensionale Geometrien dargestellt werden und somit taucht in der Architektur wieder das Interesse an der grafischen Statik auf. Dieses Interesse gründet auf der einfachen und mathematisch präzisen Herangehensweise der grafischen Statik, mit deren Hilfe der Zusammenhang von Kraft und Form diskutiert werden kann. Die laufende Forschung an der ETH Zürich zur Erweiterung der grafischen Statik in die 3. Dimension hat einerseits das Ziel, Limitierungen des zweidimensionalen Culmann'schen Ansatzes zu überwinden, andererseits eine vektorgeometrische, visuelle und damit synthetische Methode zur Untersuchung von dreidimensionalen Kräfteflüssen zu generieren. Dabei ist wichtig, dass der Fokus auf der Betrachtung der Resultierenden und der Erforschung von deren Enstprechung im Raum liegt.

On the extension of graphical statics into the 3rd dimension

In the 19th century methods of graphical statics – systematized and published by Carl Culmann in 1866 – were used to study in more detail the relationship between form and the flow of forces. Historically, they were superseded by analytical methods, due to the relative ease of numerical calculations and the increasing importance of experimentation by the developing discipline of engineering with its need for precision. Nowadays, however, with the availability of digital tools and the possibility of visualization of geometry in 3D space, there is a re-emerging interest in graphic statics within the design process. Therefore, a visual dialogue about the flow of forces based on graphic statics should be fostered because these methods offer a simple yet precise way to discuss the geometrical dependency of form and forces. The research is part of an ongoing process to extend the methods of graphic statics to the third dimension in order to overcome, on the one hand, some of the limitations of Culmann's approach and on the other, to generate a geometrical, visual and thus synthetic method for exploring 3D equilibrium. The focus is on the resultant and on the likeness in space.

Durch die hydrolytische Alterung ändert sich die Zugfestigkeit eines Polyester-Bewehrungsgitters im Laufe der Zeit. Nach den Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrung aus Geokunststoffen (EBGEO) der DGGT wird dieser Effekt durch einen Abminderungsfaktor bei der Bemessung berücksichtigt. Es ist zwar im Prinzip festgelegt, wie man bei der Bestimmung eines solchen Faktors für eine chemisch bedingte Materialveränderung vorgehen soll (ISO/TR 20432), es bleiben jedoch große Freiheiten bei der Umsetzung. Die Fragen, die sich daraus bei Bewehrungsgittern aus Polyester ergeben, werden diskutiert. Es werden Bausteine eines einheitlichen Verfahrens vorgeschlagen, das sich nicht nur auf den Festigkeitsverlust, sondern auch auf die molekulare Veränderung konzentriert.

Aging of PET geodrids

Due to hydrolytic aging of the polyester material the tensile strength of PET-geogrids will change with time. According to the design recommendations (EBGEO) of the German Geotechnical Society DGGT this effect has to be taken into account by a factor of reduction. In principle the determination of the factor for chemical degradation is described in ISO/TR 20432. However, there is a considerable discretionary leeway in realizing the procedure for a special type of product. The questions, which occur from this for PET-geogrids, will be discussed in detail. Against this background building stones of a well-defined procedure are suggested, which considers not only mechanical degradation but also degradation in molecular weight.

Die vorgestellte private Planungsvariante eines Hochwasserrückhaltebeckens zeigt, dass auch rein technische Ingenieurbauwerke unter ganzheitlicher Betrachtung ein Gewinn für die gesamte Umgebung – und nicht alleine für den Hochwasserschutz – sein können. Bei der Planung und Ausführung derartiger Bauwerke darf sich der planende Ingenieur nicht von seinem Technikbauwerk einnehmen lassen. Es ist viel mehr notwendig, das Projekt in seiner ganzen Dimension und unter Einbeziehung aller Belange zu betrachten und zu lösen. Dabei ist es unerlässlich, frühzeitig alle Beteiligten einzubeziehen und sich mit deren Vorstellungen auseinanderzusetzen, wobei auch für einen Ingenieur ein gewisses “Fingerspitzengefühl” im Umgang mit von der Baumaßnahme besonders betroffenen Anwohnern unverzichtbar ist. Ein reines “sich darauf verlassen”, dass bei öffentlichen Bauprojekten die Projektlösung alleine durch “Verwaltungsmacht” bzw. gerichtliche Auseinandersetzungen herbeigeführt werden kann, ist im 21. Jahrhundert auf keinen Fall mehr zeitgemäß. Auch das bequeme Zurückziehen auf das einfache und fast immer zutreffende Argument “Kosteneinsparung” kann nicht allein gelten, da bei Bauwerken mit Veränderung und Verlegung ganzer Flussläufe über zeitliche Dimensionen von 100 Jahren und mehr nachgedacht werden muss.

Holistic planning of a flood control reservoir

The presented private planning option of a flood control reservoir shows that even solely technical engineering structures like flood control reservoirs can prove to be beneficial for the whole environment and not only with regard to flood prevention when looked at in their entirety. The planning engineer, however, must not only concentrate on the technical structure when it comes to planning and execution of structures like that. In fact, it is necessary to regard and solve this project in its whole dimension, involving all issues. It is essential to include all parties involved and to deal with their conceptions at an early stage. This makes it indispensable for the engineer to have a certain intuition when it comes to dealing with residents who are strongly affected by the building project. In the 21st century it is not contemporary anymore to just “rely” on the notion that the solution for a project can simply be brought about by “administrative power” respectively judicial dispute. Moreover, the convenient retraction to the simple and almost always applicable argument of “cost savings” cannot solely apply because structures like this kind of retention reservoirs including the transformation and relocation of complete river courses require the need to take dimensions of 100 years and more into account.

Die Wurzeln des modernen Betonbaus werden in der Literatur meist stiefmütterlich behandelt. Über einige Eckdaten, die von Publikation zu Publikation kopiert werden, gehen die Vorbemerkungen meist nicht hinaus. Im Rahmen eines Forschungsprojektes an der Universität der Bundeswehr in München/Neubiberg wird durch die Autoren diese Frühzeit genauer beleuchtet. Im Zuge der Arbeiten konnte Deutschlands älteste Betonbrücke ausfindig gemacht werden: Die Brücke über die Lenne bei Vorwohle. Die Brücke, deren Tragwerk bis heute nahezu unbeschädigt erhalten ist, wird nachfolgend beschrieben und in den Zusammenhang mit zwei beinahe bauzeitgleichen Schwesterbauwerken gestellt.

Germany's first concrete bridges

The early history of unreinforced concrete has received little attention until now. However, significant engineering concrete structures have been constructed long before the advent of reinforced concrete in bridge building at the end of the 19th century. In this short notice, the authors present three small arch bridges dating back to 1877/1878 which are probably Germany's oldest concrete bridges.