Abschlussarbeiten Bachelor of Science in Bauingenieurwesen 2018
‣‣Bauingenieurwesen
Vorwort
Bauingenieurinnen und Bauingenieure stehen immer wieder vor der Herausforderung Lösungen für Probleme zu finden, die geplant oder ungeplant bei einem Bauvorhaben auftreten. Dabei sind fundiertes Fachwissen, Kreativität und die Bereitschaft, über die Grenzen des «Normalen» hinauszuschauen, gefragt. An der BFH haben wir den Anspruch, den Studierenden diese Kompetenzen zu vermitteln, so dass sie nach dem Studium wesentlich zum Gelingen anspruchsvoller Bauvorhaben beitragen können. Auf den nachfolgenden Seiten präsentieren Ihnen die Absolventinnen und Absolventen ihre Thesisarbeit. Ihr Auftrag war es, ein Problem eines realen Bauvorhabens oder eines Forschungsprojekts zu lösen. Die Studierenden entwickelten in einem Vorprojekt verschiedene Lösungsvarianten. Danach erarbeiteten sie während rund acht Wochen in der Regel eine der Varianten detailliert aus. Jedes Bauvorhaben war etwas Neues, ein Unikat und für die Studierenden eine neue Herausforderung, die es zu meistern galt. Unterstützt in diesem Lösungsprozess wurden die angehenden Bauingenieurinnen und Bauingenieure von den betreuenden Dozierenden und externen Experten, welche ihre breite Praxiserfahrung einbrachten. Dozierende und Experten zeigten Lösungen auf, wenn der Studierende stecken blieb oder lenkten die Studentin wieder zur Fragestellung zurück, wenn sich ein zu weites Feld an Möglichkeiten auftat. Lassen Sie sich von der Breite des Berufsfeldes und der Kreativität der technischen Lösungen auf den folgenden Seiten überraschen und inspirieren.
Dr. Markus Romani Studiengangleiter Bachelor Bauingenieurwesen
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Inhalt
Grundbau
Tragwerksplanung
6 Setzungsberechnung, Unterquerung bestehender Bahnhof RBS Dominik Herzig
18 Neubau Parkhaus Holinden Yannick Roger Allemann
7 Beton mit Elektroofenschlacke – Eine Nachhaltigkeitsuntersuchung Cyrill Raphael Schmidt 8 Neuer Tagbautunnel Stefan Schöni 9 Böschungsstabilität temporärer Baugruben im Nahbereich von Gleisen Tim Lars Stooss
Wasserbau 10 Hochwasserschutz Horriwil (SO) Adrian Benninger
19 Integrale Lehnenbrücken Afrim Esadi 20 Hubbrücke zur ARA in Langnau i. E. Anuchit Nuk Inthison 21 COOP Löwenberg Murten François-Jacques Junod 22 Aufstockung Spital Thun Micha Daniel Krähenbühl 23 Umbau und Ausbau eines denkmalgeschützten Bauernhauses Cornelia Liniger 24 Murgangsperre Zweisimmen Mischa Schranz
11 Hochwasserschutz Wildbäche Ringgenberg Christian Wullschleger
25 Überbauung Emmenhofareal Derendingen, Etappe Garnwerkn Simon Schreier
Siedlungswasserwirtschaft
26 Erdbebenersatzkräfte und Gebäudeoptimierung – Berechnung von Erdbeben mithilfe von Matlab Patricia Schwab
12 Optimierung der Entwässerung der Siedlung «Goldgrube» in Biel mit Schwerpunkt Versickerung von Regenabwasser Martina Christen 13 Vorprojekt Stufenpumpwerk Stalden Florian Kaspar
Verkehrswegebau 14 Stadt Bern, Sanierung Kornhausplatz Josip Gjokaj 15 Optimierung der ÖV-Erschliessung Riedholz/Attisholz Nadja Imhof 16 Sanierungs- und Gestaltungskonzept Individualverkehr, Ortsdurchfahrt Riedholz Petra Rebecca Jutzi 17 Radinfrastruktur Flumenthal – Riedholz Maximilian Kunz
27 Abfallsammelhof Thun Stefan Stähli 28 Versuchsbäckerei in Holzbauweise unter Berücksichtigung einer Aufstockung David Peter Stehli 29 Holztragwerk Futurum Goms Markus Stephan Wiederkehr 30 Werkhalle in Horboden Mike Wittwer 31 Bogenbrücken in Graubünden Selina Wittwer 32 Neubau Hauptsitz der Reederei ESVAGT Kaspar Zulliger
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Grundbau
Setzungsberechnung, Unterquerung bestehender Bahnhof RBS 6
Betreuer: Simon Lerch Experte: Dr. Stefan Wachter
Ausgangslage
Dominik Herzig
Ursprünglich war der 1965 eröffnete RBS Bahnhof in Bern für 16̌000 Fahrgäste ausgelegt. Heute nutzen ihn täglich bis zu 60̌000 Personen. Deshalb realisiert der RBS einen neuen Tiefbahnhof in Ost-West Richtung unter den bestehenden SBB Gleisen 2−7. Die neue Zufahrt unterquert den bestehenden RBS Bahnhof rechtwinklig. Dabei haben die vier neuen in Kalottenbauweise aufgefahrenen Tunnel einen Abstand von ca. sieben Meter zu den Fundamenten des bestehenden RBS Bahnhofs.
Zielsetzung
Im Bereich der Unterquerung des bestehenden RBS Bahnhofs sind die erwarteten Setzungen infolge des Neubaus der vier Zufahrtstunnel zu prognostizieren. Mit der Finite-Element-Methode wird ein 3D-Modell erstellt. Mit diesem wird in Abhängigkeit des Baugrundes und des Bauvorganges eine Setzungsberechnung durchgeführt und eine Aussage zu den erwarteten Mitnahmesetzungen am Bestand getroffen. Neben dem Setzungsmass sind auch differentielle Setzungen zu evaluieren.
Umsetzung/Ergebnisse
In einem ersten Schritt wird das Projekt «Zukunft Bahnhof Bern» analysiert und die Grundkenntnisse der Felsmechanik aufgefrischt. Mit zwei Tutorials wird mit dem FEM Programm Zsoil Bekanntschaft geschlossen. Mittels Projektgrundlagen wird in Zsoil ein 2D-Modell erstellt. Dieses Modell schneidet durch die vier neuen Zufahrtstunnel unter den bestehenden Fundamenten des RBS Bahnhofs. Das 2D-Modell zeigt die Herausforderungen der Modellbildung mit der Finite-ElementMethode auf. Entscheidend für korrekte Resultate und eine vertretbare Rechendauer ist die Wahl der Elementgrösse und Anzahl. Anschliessend wird aus dem 2D-Modell das 3D-Modell extrudiert und angepasst. Das 3D-Modell ist realitätsgetreuer, wodurch exaktere Ergebnisse berechnet werden. Die Resultate der Berechnungen liegen im Millimeterbereich. Beide Modelle werden mit dem Kennlinienverfahren und einer Spannungsanalyse verifiziert. Zusätzlich zu den absoluten Setzungen werden die differentiellen Setzungen aufgrund des Bauvorganges eruiert. Die berechneten Setzungen werden miteinander verglichen und interpretiert. Abschliessend werden die massgebenden Setzungen mit vorhandener Prognose verglichen.
links oben: Sicht auf die SBB-Passagen (rot) und den neuen RBS-Bahnhof (orange), Quelle: www.zukunftbahnhofbern.ch rechts oben: Querschnitt durch den RBS Bahnhof mit den vier neuen Zufahrtstunneln, Quelle: PG RBSVerbindet unten: 3D-Finite Elemente Modell mit den berechneten Setzungen
Grundbau
Beton mit Elektroofenschlacke – Eine Nachhaltigkeitsuntersuchung 7
Betreuer: Stephan Wüthrich Experte: Dr. Christoph Zeltner
Ausgangslage
Beim Produzieren von Recyclingstahl fallen jährlich 90’000 t Elektroofenschlacke (EOS) an. Die EOS ist ein hochwertiger Recyclingbaustoff und wird bereits heute als Kiesersatz eingesetzt. Zusammen mit dem Departement AHB der BFH wurde ein Forschungsprojekt, mit dem Ziel einen EOS-Beton zu entwickeln, gestartet. Cyrill Raphael Schmidt
Zielsetzung
Für die Markteinführung des EOS-Betons soll dessen Nachhaltigkeit untersucht werden. Es werden alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit untersucht und beurteilt. Es sind dies: Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Für die Nachhaltigkeitsuntersuchung sollen Kriterien in Anlehnung an die SIA-Nachhaltigkeitsempfehlungen 112/1 und 112/2 gefunden werden. Die Resultate der Untersuchung werden schliesslich in einer Gesamtbewertung dargestellt und mit Primärbeton und RC-Beton verglichen.
Umsetzung/Ergebnisse
Für jede Dimension der Nachhaltigkeit wurden jeweils mindestens drei Kriterien definiert, welche zu untersuchen waren. Die Beschaffung der Informationen erfolgte durch den persönlichen Austausch mit Beteiligten, eine Werksbegehung, Literaturstudium und Erkenntnissen aus dem KTI-Forschungsprojekt. Die anschliessende Untersuchung der Kriterien erfolgte, wo möglich, gemäss etablierten Methoden wie beispielsweise die Berechnung der Umweltbelastungspunkte für EOS-Beton, Primärbeton und RC-Beton. Für die Berechnung der Umweltbelastungspunkte wurde ein Excel-File programmiert. Weiter wurden zur Untersuchung der Umweltverträglichkeit Eluattests durchgeführt, um die mögliche Ausschwemmung von Schadstoffen ins Grundwasser zu überprüfen. Die Bewertung der Resultate wurde mittels einer Skala von -3 bis +3 durchgeführt. Der tiefste numerische Wert bedeutet «Beeinträchtigung der Nachhaltigkeit» und der höchste Wert «Förderung der Nachhaltigkeit». Die Arbeit zeigt, dass EOS-Beton durchaus einen positiven Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten kann. Dabei sind geschlossene Stoffkreisläufe, die wirtschaftliche Nachhaltigkeit und die anhand der Eluattests nachgewiesene Umweltverträglichkeit besonders zu erwähnen.
links: EOS-Abfluss aus Lichtbogenofen, Bild: Stahl Gerlafingen AG rechts oben: Grossversuch mit EOS-Beton-Legosteinen, Bild: P. Heintzmann rechts unten: Eluatuntersuchungen
Grundbau
Neuer Tagbautunnel 8
Betreuer: Martin Stolz Experte: Matthias Heiniger
Ausgangslage
Stefan Schöni
Die Nationalstrasse A verläuft von Stadt S1 nach Stadt S2 durch Ortschaft O1 und mündet dann in den bestehenden Tunnel A. Der bestehende Tunnel A soll nun mit dem neuen Tunnel T2 um 1.8 km Richtung Stadt S1 verlängert werden um Ortschaft O1 vom Durchgangsverkehr zu entlasten, sowie um Verbesserungen für den Fuss- und Radverkehr zu erzielen. Für den Bau neben der in Betrieb stehenden Nationalstrasse A, sind besondere bauliche Massnahmen und Baumethoden erforderlich.
Zielsetzung
Ziel der Arbeit ist, die Überprüfung der in den vorherigen Projektphasen gewählten Baumethoden und Baugrubenabschlüssen anhand eines Variantenvergleiches. Anschliessend werden die Baugrube und der Tagbautunnel mit den neuen Erkenntnissen auf Stufe Ausführungsprojekt (Auflageprojekt) bemessen. Die Einleitung der Biegemomente aus dem Deckel in die bewehrten Bohrpfähle soll detailliert betrachtet werden.
Umsetzung/Ergebnisse
Für die Bemessung der Baugruben wurden vorgängig die vorhandenen Grundlagen und bisherigen Erkenntnisse analysiert. Dabei konnte aufgezeigt werden, dass der bisher angenommene Grundwasserspiegel deutlich zu tief ist. Der neue GWSp liegt ca. 1.5 m über der bisherigen Annahme, dadurch mussten die wasserdurchlässigen Rühlwände für den Voraushub durch wasserdichte Spundwände ersetzt werden. Die Bohrpfahlwand mit der Deckelbauweise ist nach den neuesten Erkenntnissen weiterhin die geeignetste Methode. Für die Bemessung der Baugrube im offenen Bereich konnte nur eine einseitige Rückverankerung vorgesehen werden, da die Rückverankerung unter der Bahn-Linie untersagt ist. Die Schnittkräfte bedingten eine Vergrösserung des Pfahldurchmessers auf 130 cm. Für die Bemessung des Deckelbaus wurde ein elastisch gebettetes Stabmodell erstellt. Die Federn für die horizontale Bettung der Bohrpfähle, wurden nach dem bilinearen Ansatz nach Ménard berechnet. Die resultierenden Schnittkräfte erforderten eine Verstärkung des Deckels auf 1.2 m, um die Biegemomente in die Pfähle einzuleiten. Mit den erhaltenen Schnittkräften konnte dann die Bemessung der einzelnen Elemente durchgeführt werden.
links oben: Situation neuer Tagbautunnel neben bestehender Nationalstrasse links unten: Elastisch gebettetes Stabmodell für die statischen Berechnungen rechts: Geologisches Querprofil beim bergmännischen Portal
Grundbau
Böschungsstabilität temporärer Baugruben im Nahbereich von Gleisen 9
Betreuer: Martin Stolz Experte: Kilian Gerber
Ausgangslage
Mit der Unterstützung der SBB soll die Einsturzgefahr eines temporären Grabens in Gleisnähe untersucht werden. Den SBB ist es ein Anliegen, dass möglichst keine Arbeiter beim Einbau einer Entwässerung oder Instandsetzung bestehender Strecken verletzt werden. Die Böschungsstabilität wird in zwei spezifischen Fällen untersucht. Tim Lars Stooss
Zielsetzung
Mithilfe dieser Arbeit will die SBB einige Grauzonen in ihren Reglementen klären. Zum Zeitpunkt des Schreibens dieser Arbeit agiert die SBB, wenn möglich nach den Vorschriften der SUVA und der SIA 267 Geotechnik. SBB-interne Regelwerke sollen nun mit den Erkenntnissen dieser Arbeit ergänzt werden. Damit soll die Arbeitssicherheit und die Standsicherheit freier Böschungen in Gleisnähe erhöht werden. Ausserdem kann eventuell bei den Sicherungsmassnahmen gespart werden.
Umsetzung/Ergebnisse
In allen vier untersuchten Bodentypen ist die Standsicherheit des steilen Gleitkreises (Bild oben) klar nicht gegeben. Daraus folgt, dass die Böschung einstürzen sollte bzw. muss. Teilweise tun sie das auch. Die Böschungen bzw. Gräben versagen schon während oder kurz nach dem Aushub. Die Bahnstrecken, welche für eine Unterbauerneuerung oder einen Entwässerungsgraben infrage kommen, sind in der Regel keine Neubauten. Das heisst, es fuhren schon jahrzehntelang Züge über diese Strecken. Die Böden sind daher in den oberen Schichten stärker konsolidiert als im natürlichen Zustand. Die grössere Böschungsstabilität entstehend aus den beiden Argumentationen besteht jedoch nur einige Tage, deshalb sollte der Graben möglichst schnell wieder geschlossen werden oder es muss trotzdem gesichert werden. Aus diesen Schlussfolgerungen der Arbeit kann nun mithilfe der Bishop-Methode gezeigt werden, bei welchen Böden die Böschungen gesichert werden müssen, bzw. welche Böschungen nur knapp nicht versagen. Die Ergebnisse konnten in Oberflächendiagrammen (Bild rechts unten) grafisch dargestellt werden.
A
B
oben: Querschnitt eines Grabens neben einem Gleis, steiler Gleitkreis orange angefärbt links unten: Baustelle mit Graben in Gleisnähe rechts unten: Steiler Gleitkreis SM mit charakteristischen Bodenkennziffern
Wasserbau
Hochwasserschutz Horriwil (SO) 10
Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Experte: Dr. Michael Müller
Ausgangslage
Adrian Benninger
Die Gemeinde Horriwil im Kanton Solothurn entwässert im Mischsystem. Auf weiten Strecken verläuft der grösstenteils eingedolte Dorfbach parallel zur Sammelleitung der Mischwasserkanalisation. Der Dorfbach dient als Vorfluter der Regenüberläufe. Bei intensiveren Regenereignissen ist die hydraulische Kapazität der Kanalisation und/oder des Dorfbaches bei der Sonnenkreuzung ungenügend. Bei entsprechender Intensität laufen die Keller in der Umgebung voll mit Wasser.
Zielsetzung
Ziel der Thesis ist es, mithilfe des Simulationsprogramms MIKE URBAN die hydraulische Kapazität der Mischwasserkanalisation im Zusammenspiel mit dem Dorfbach zu überprüfen. Anhand dieser Simulation werden Varianten erarbeitet und vorgeschlagen, welche die jetzige Situation in der Kanalisation und dem Dorfbach verbessern und zukünftige Überflutungen vermeiden. Als Vergleich dient das Regenereignis vom 30. Juni 2016.
Umsetzung/Ergebnisse
Für die Abbildung der relevanten Punkte, d.h. die Hauptleitungen des bestehenden Kanalnetzes, wurde der Leitungskatasterplan zur Verfügung gestellt. Mithilfe des WebGIS des Kantons Solothurn wurden den Kanalsträngen Einzugsflächen zugewiesen, für welche aufgrund der Niederschlagsdaten der Messstation Gerlafingen Gemeindehaus diverse Zeitserien unterschiedlicher Intensitäten erstellt werden konnten. Anhand der Simulationsresultate ergeben sich verschiedene Massnahmen zur Verbesserung des Hochwasserschutzes: Durch die Schaffung von Retentionsvolumen für den Dorfbach vor der ersten Regenentlastung wird die Abflussspitze gebrochen. Ebenso ist die Schaffung von Rückhaltevolumen in der Mischwasserkanalisation vor der Sonnenkreuzung anzustreben. Als zusätzliche Massnahme zur Reduktion der Abflussspitzen können nach Möglichkeit Retentionsräume für Dach- und Platzwasser der jeweiligen Grundeigentümer erstellt werden. Die Erstellung von Versickerungsanlagen ist aufgrund der schlechten Parameter des Untergrundes nur sehr beschränkt möglich.
links: Ausbildung der Regenüberläufe als parallel angeströmtes Streichwehr rechts oben: Einlauf des kanalisierten Dorfbaches in den Brunnbach rechts unten: Sonnenkreuzung unter Wasser nach Gewitter vom 30. Juni 2016 (Ansicht Richtung Süden)
Wasserbau
Hochwasserschutz Wildbäche Ringgenberg 11
Betreuerin: Dr. Jolanda Jenzer Althaus Expertin: Dr. Catherine Berger
Ausgangslage
Christian Wullschleger
Das Sturmtief «Burglind» brachte massive Niederschläge ins Berner Oberland. In der Folge sind am 4. Januar 2018 in der Gemeinde Ringgenberg mehrere Wildbäche über die Ufer getreten. Es entstanden erhebliche Sachschäden im Siedlungsgebiet. Auch die Kantonsstrasse Interlaken – Brienz wurde übersart und musste für mehrere Stunden gesperrt werden. Das Ereignis hat gezeigt, dass die Gerinnekapazität mancher Wildbäche nicht für aussergewöhnliche Abflüsse mit Geschiebe ausreicht.
Zielsetzung
Im Rahmen einer Vorstudie soll bestimmt werden, welche Gebiete der Gemeinde Ringgenberg künftig besseren Schutz vor Hochwasserereignissen bedürfen. Basierend auf den Erkenntnissen wird ein generelles Massnahmenkonzept mit Grobkostenschätzung für sämtliche Wildbäche ausgearbeitet. Dieses soll der Gemeinde als Grundlage für die Priorisierung und Finanzplanung dienen. In Absprache mit den Gemeindebehörden wird weiter ein Vorprojekt für ein Schutzbauwerk erarbeitet.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Umsetzung erfolgte in drei Phasen. Die erste Phase beinhaltete die Grundlagenbeschaffung und -beurteilung, die Ermittlung der Schutzdefizite sowie des Schadenpotentials vor Massnahmen. Daraus wurden in einer Risikoanalyse der Handlungsbedarf für die jeweiligen Wildbäche abgeleitet. In der zweiten Phase wurden generelle Hochwasserschutzkonzepte für die Wildbäche mit nachgewiesenem Handlungsbedarf erarbeitet und auf einer Karte für die Behörden dargestellt. Die in der Ausarbeitung geprüften Massnahmenvarianten betreffen den Gewässerunterhalt sowie raumplanerische, organisatorische und bauliche Massnahmen. Letztere wurden für das Variantenstudium in die Grundkonzepte «Durchleiten», «Umleiten/Entlasten» und «Rückhalten» unterteilt und separat behandelt. Das grösste Schadenpotential resultiert im Wirkungsbereich des Äbnitgrabens. Der massgebende Gefahrenprozess ist der Murgang. Ein ausreichender Schutz des Siedlungsgebiets kann lediglich durch bauliche Rückhaltemassnahmen gewährleistet werden. In der dritten Phase wurde deshalb ein Vorprojekt mit Standortevaluation und Kostenoptimierung für einen Geschiebesammler im Äbnitgraben ausgearbeitet.
links oben: Ausschnitt Schutzdefizitkarte Einwohnergemeinde Ringgenberg rechts oben: Optimierung Geschiebesammler Äbnitgraben unten: Ansicht Abschlussbauwerk (Sperre), Geschiebesammler Äbnitgraben (Massstab 1:500)
Siedlungswasserwirtschaft
Optimierung der Entwässerung der Siedlung «Goldgrube» in Biel mit Schwerpunkt Versickerung von Regenabwasser 12
Betreuer: Lorenz Guyer Experten: Laurent Erard und Hans Ulrich Gränicher
Ausgangslage
Martina Christen
Die Wohnbaugenossenschaft «Daheim» ist in Besitz mehrerer Siedlungen in Biel und Umgebung. Eine davon ist die Siedlung «Goldgrube» am Goldgruben-/ Flurweg in Biel mit 43 Wohnungen in 9 Liegenschaften. Diese soll ökologisch aufgewertet und erneuert werden. Zur Aufwertung trägt auch die Optimierung der bestehenden Entwässerung bei. Dazu soll das gefasste Dachwasser nicht mehr in die öffentliche Mischabwasserleitung geleitet, sondern vor Ort versickert werden.
Zielsetzung
Anhand eines Versickerungsversuches soll die Sickerfähigkeit und somit die Möglichkeit einer Versickerung vor Ort überprüft und berechnet werden. Die bestehenden Entwässerungsleitungen werden analysiert und nach heutigem Stand der Technik beurteilt. Die nötigen Spül- und Kanalfernseharbeiten werden organisiert und grob ausgewertet. Zum Abschluss werden alle Massnahmen, welche an den bestehenden Entwässerungsleitungen vorgenommen werden müssen, aufgezeigt.
Umsetzung/Ergebnisse
Zuerst wurden die erforderlichen Grundlagen bei der Stadt Biel und den zuständigen Ämtern eingeholt. Ein Plan der bestehenden Leitungen war zunächst nicht verfügbar. Dieser konnte erst mit den Baugesuchsakten auf dem Amt für Stadtplanung in Biel eingesehen und durch Kanalkameraaufnahmen aufgezeichnet werden. Der Plan ist untenstehend ersichtlich. Es wurden drei Varianten für eine allfällige Versickerung des Dachwassers untersucht. Für den geplanten Versickerungsversuch und die Spül- und Kanalkameraaufnahmen wurden diverse Offerten eingeholt. Aufgrund der Ergebnisse der Versickerungsversuche des Geotechnischen Instituts konnte festgelegt werden, dass eine grossflächige Versickerung vor Ort nicht möglich ist. Die Versickerung von einzelnen Dachwasserfallsträngen sowie die Wasserführung und Erstellung eines Nassbiotops wurden aber weiterverfolgt. Die bestehende Entwässerung wurde nach SN 592 000 hydraulisch überprüft und beurteilt. Anhand der Auswertung aus den Kanalkameraaufnahmen und der gemachten Beurteilung konnten die Massnahmen zur Optimierung der bestehenden Entwässerung aufgezeigt werden. Als Beilage wurden die nötigen Pläne auf Stand Bauprojekt ausgearbeitet und erstellt.
links oben: Übersichtsplan der bestehenden Entwässerung der Siedlung «Goldgrube» links unten: Versickerungsversuch in Beisein des Geologen, Bauherrn und Gärtners rechts unten: Schadensbilder der bestehenden Entwässerungsleitungen erfasst mittels Kanalkamera
Siedlungswasserwirtschaft
Vorprojekt Stufenpumpwerk Stalden 13
Betreuer: Lorenz Guyer Experte: Reto Schläpfer
Ausgangslage
Bei der Planung der generellen Wasserversorgungsplanung für die Gemeinde Lenk wurde erkannt, dass die Versorgungssicherheit für einen Teil der Bevölkerung nicht gewährleistet werden kann. Im Gebiet Pöschenried kann das Trinkwasser bisher nur vom Reservoir Blattibrunnen bezogen werden. Fällt dieser Bezug z.B. aufgrund von hygienischer Unzulänglichkeit aus, haben die Bewohner kein Trinkwasser mehr. Florian Kaspar
Zielsetzung
Mit dem Bau eines Pumpwerks wird die Versorgungssicherheit zukünftig gewährleistet. Wenn der bisher einzig mögliche Trinkwasserbezug ausfällt, kann Wasser aus dem Reservoir Graben bzw. aus dem Leitungsnetz nach Pöschenried gepumpt werden. Im Pumpwerk wird eine Druckreduktion eingebaut, die den bestehenden Druckreduzierschacht ablöst. Der bestehende Schacht kann nicht zum Pumpwerk ausgebaut werden und wird aufgrund seines Alters ausser Betrieb genommen.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Planung des Pumpwerks wurde im Rahmen der Thesis durchgeführt. Zur Betriebssicherheit werden im Stufenpumpwerk Stalden zwei Pumpen eingebaut. Im Bedarfsfall laufen sie abwechselnd. Mit den Versorgungsfällen aus der «Wegeleitung 2011 GWP» wurde berechnet, wann wie viel Wasser durch das Pumpwerk fliesst oder gepumpt werden muss. Mit den Berechnungsresultaten wurden die Pumpen dimensioniert. Zwei Druckschlagdämpfer kompensieren die Druckschläge, die beim Ein- und Ausschalten der Pumpen entstehen. Im Normalfall fliesst das Wasser im Pumpwerk durch den Bypass mit Druckreduktion zu den tiefer liegenden Druckzonen. Auf Wunsch der Bauherrschaft wird das Stufenpumpwerk unter Terrain gebaut. Es kostet rund CHF 650’000. Wird der Kredit für den Bau von der Gemeinde Lenk genehmigt, beginnt im Sommer 2018 die Realisierung. Die Leitung oberhalb des Pumpwerks muss parallel zum Bau des Pumpwerks ersetzt werden. Die vorhandene Eternitleitung würde dem Druck, den die Pumpen erzeugen, nicht standhalten. Der Leitungsersatz wird in einem separaten Projekt geplant.
oben: Illustration vom Teilsystem der Wasserversorgung Lenk links unten: Visualisierung der Rohrinstallationen im Stufenpumpwerk Stalden rechts unten: Perspektivische Isometrie des Stufenpumpwerks Stalden
Verkehrswegebau
Stadt Bern, Sanierung Kornhausplatz 14
Betreuer: Marion Doerfel und Guido Rindsfüser Expertin: Monika Saxer
Ausgangslage
Josip Gjokaj
Der Kornhausplatz ist ein bedeutender Platz im UNESCO-Welterbe-Perimeter der Berner Altstadt. Er wird von den zwei stärksten Bus- und Tramlinien von BERNMOBIL sowie vom Fuss- und Veloverkehr stark beansprucht. Im Jahr 2023 ist der abnutzungsbedingte Ersatz der Gleisanlage geplant. Der Kornhausplatz weist Defizite bezüglich Behindertengleichstellungsgesetz bei den Haltestellen und Querungen auf. Zudem ist die Führung aller Verkehrsteilnehmenden nicht optimal gelöst.
Zielsetzung
Im Rahmen der Thesis sollen in einer Machbarkeitsstudie die Grundlagen zu der im Jahr 2023 geplanten Sanierung der ÖV-Infrastruktur am Kornhausplatz entwickelt werden. In der Studie ist die Machbarkeit verschiedener Varianten zur Umgestaltung zu prüfen, wobei das Zusammenwirken zwischen dem Verkehr, der Gestaltung und dem Nutzen im Mittelpunkt stehen.
links oben: Empfohlene Bestvariante, Beurteilungsgrafik «Rose» rechts oben: IST-Zustand, Beurteilungsgrafik «Rose» unten: Empfohlene Bestvariante, Gestaltungsplan zweite Tramachse
Umsetzung/Ergebnisse
Auf der Grundlage des ermittelten Handlungsbedarfs werden mögliche Lösungsansätze erstellt. Daraus werden drei Varianten erarbeitet und beurteilt: Gleislage bestehend, Gleislage neu, zweite Tramachse. Die Beurteilung erfolgt gemessen am Referenzstandard. Die erforderlichen Normen und Richtlinien werden für die Varianten eingehalten. Die Variante mit der zweiten Tramachse kristallisierte sich als Bestvariante heraus. In der Bestvariante wird der Trambetrieb neu geregelt. Die Linien 9 und 10 gelangen neu über die Nägeligasse in Richtung Kornhausbrücke. Bei einem Ausfall von einer der beiden Achsen zwischen Bahnhof und Zytglogge ist der Trambetrieb weiterhin möglich. Die Entlastung des Kornhausplatzes vom Trambetrieb steigert die Aufenthaltsqualität des Standortes. Zudem wird der Platz für den Fuss- und Veloverkehr optimaler gestaltet, das Behindertengleichstellungsgesetz wird dabei berücksichtigt.
Verkehrswegebau
Optimierung der ÖV-Erschliessung Riedholz/Attisholz 15
Betreuerin: Marion Doerfel Experte: Guido Rindfüser
Ausgangslage
Nadja Imhof
Die Gemeinde Riedholz liegt rund 3 km nordöstlich der Kantonshauptstadt Solothurn. In den kommenden Jahren soll deren Ortsdurchfahrt saniert werden. Diese wird aus Bahnlinie (asm), Fahrbahn Individualverkehr, Fuss- und Radweg sowie Vorplätzen gebildet. Der breite Strassenraum weist verschiedene Schwachstellen auf, u.a. bei der Erschliessung der ÖV-Haltestellen. Die Erschliessung des südlich gelegenen Attisholz-Areals, dessen Entwicklung 800 Wohnungen und bis zu 2’200 Arbeitsplätze vorsieht, soll künftig ebenfalls per Bus über Riedholz erfolgen.
Zielsetzung
Im Rahmen der Thesis ist eine Analyse der Gesamtsituation Riedholz sowie der heutigen ÖV-Erschliessung vorzunehmen. Das heutige Konzept der Haltestellen soll überdacht und die ÖV-Erschliessung optimiert werden. Verschiedene Lösungsvarianten sind im Kontext der Sanierung der Baselstrasse und einer allfälligen Umnutzung des Magic Park-Areals zu prüfen. Für die Knoten sind zweckmässige und sichere Lösungen für alle Verkehrsteilnehmer aufzuzeigen.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Umnutzung des Attisholz-Areals wird den DTV der Ortsdurchfahrt Riedholz massgeblich beeinflussen. Da die Anbindung des neuen Siedlungsgebietes hauptsächlich über den Knoten Baselstrasse/Buchenstrasse/Attisholzstrasse erfolgen wird (MIV und ÖV), und sich dieser in der Analyse bereits als Gefahrenstelle zeigt, soll er im Rahmen der Sanierung zu einem Kreisel umgebaut werden. Mit dieser Lösung kann der Knoten für alle Verkehrsteilnehmer sicherer gemacht und ein fliessender Verkehrsablauf mit reduzierten Wartezeiten gewährleistet werden. Die Bahn wird unter den Knoten hindurch geführt, wodurch die Haltestelle Riedholz auf einer unteren Ebene zu liegen kommt. Die Ebenen werden durch Treppen und Rampen für den Langsamverkehr miteinander verbunden. Die Neugestaltung des Knotens mit einem Kreisel bedingt eine angepasste Anordnung der Bushaltestellen Riedholz. Der Bus von Attisholz herkommend, hält an der neu angelegten Haltestelle Riedholz Süd. Durch die lokal nah beieinander liegenden Haltestellen von Bahn und Bus ist der Anschluss bestmöglich gewährleistet und sicher sowie hindernisfrei umgesetzt.
oben: Kreisel beim Knoten Baselstrasse / Buchenstrasse / Attisholzstrasse mit den Bushaltestellen unten: Buslinie 12 Hinterriedholz (rot), Attisholz (blau)
Verkehrswegebau
Sanierungs- und Gestaltungskonzept Individualverkehr, Ortsdurchfahrt Riedholz 16
Betreuerin: Marion Doerfel Experte: Guido Rindsfüser
Ausgangslage
Im Einzugsgebiet von Solothurn liegt die Gemeinde Riedholz. Entlang der südlichen Ausdehnung der Gemeinde liegt die asm-Bahn (Bipperlisi) und die Baselstrasse. Der Strassenoberbau der Baselstrasse ist stark beschädigt und muss dringend saniert werden. Zudem ist die in den 60er Jahren gebaute Strasse stark verkehrsorientiert und wird den heutigen Anforderungen an eine Ortsdurchfahrt nicht gerecht. Petra Rebecca Jutzi
Zielsetzung
Im Rahmen der Thesisarbeit ist ein Betriebs- und Gestaltungskonzept zu erarbeiten mit Fokus auf: • die Neukonzeption der Baselstrasse Riedholz inkl.Knoten Baselstrasse/ Attisholzstrasse und • die Erarbeitung eines bautechnischen Sanierungskonzepts Die Baselstrasse soll besser ans Dorf angebunden werden und eine höhere Aufenthaltsqualität für die Bevölkerung bieten. Hinsichtlich der bautechnischen Anforderungen sind sowohl eine Sanierung als auch der Totalersatz zu untersuchen.
Umsetzung/Ergebnisse
In einer ersten Phase wurden die vorhandene Situation analysiert, die Schwachstellen aufgezeigt und der Handlungsbedarf definiert. Für den neuen Strassenaufbau wurden drei mögliche Varianten erarbeitet. Bei der Dimensionierung des Strassenaufbaus stehen insbesondere die Dimensionierung des Oberbaus und die Lärmreduktion durch die Deckschicht im Vordergrund. Für das Sanierungskonzept ist zu beachten, dass unter der bestehenden Asphaltdeckschicht die alten Betonfahrbahnplatten liegen. Das Gestaltungskonzept berücksichtigt, dass die Strasse eine Ausnahmetransportroute Typ 1 ist (gemäss Angaben Kanton Solothurn ist auf dem gesamten Streckenabschnitt eine befahrbare Breite von 7.50 m und eine lichte Höhe von 5.40 m zu gewährleisten). Drei erarbeitete Varianten für ein Betriebs- und Gestaltungskonzept beschreiben einen Ansatz mit Umfahrungsstrasse und zwei Varianten entlang der heutigen Linienführung mit und ohne Verschiebung der Bahnlinie.
oben: Variantenstudium Strassenaufbau Baselstrasse links unten: Minimalvariante: Querprofil 1 (Bäckerei Graber Riedholz) rechts unten: Umfahrungsvariante: Querprofil 1 (Bäckerei Graber Riedholz)
Verkehrswegebau
Radinfrastruktur Flumenthal – Riedholz 17
Betreuerin: Marion Doerfel Experte: Marc Laube
Ausgangslage
Maximilian Kunz
Die Ortschaften Flumenthal und Riedholz im Kanton Solothurn sind über die Kantonsstrasse T5 verbunden. Der direkt nördlich angrenzende, parallel verlaufende Rad- und Fussweg bildet dabei eine wichtige Verbindung zwischen diesen beiden Ortschaften. Aus Sicht des Radverkehrs weist der Weg im betrachteten Perimeter verschiedene Problembereiche auf, die aufgrund baulich suboptimal gelöster Linienführung, sowie Sicherheitsdefiziten durch Berührungspunkte mit der nahe gelegenen Kantonsstrasse, entstehen.
Zielsetzung
Mit innovativen Lösungsansätzen soll die Radroute im gesamten Projektperimeter sicherer und attraktiver gestaltet werden. In dieser Bachelorthesis wird die vorhandene Fahrradinfrastruktur im Perimeter analysiert. Schwachpunkte werden identifiziert und Verbesserungsmassnahmen ausgearbeitet, die den Ansprüchen an Sicherheit, Kohärenz, Direktheit und Komfort gerecht werden.
Umsetzung/Ergebnisse
Der Perimeter wird in 3 Abschnitte unterteilt (siehe Bilder), welche in der Arbeit separat behandelt werden. Im Abschnitt 1 (Knoten Flumenthal) müssen Radfahrer zum Queren des Knotens eine Unterführung verwenden, welche nur über Treppen begehbar ist. Eine Verkleinerung des Knotens sowie eine oberirdische Querung für Radfahrer wird vorgeschlagen. In Abschnitt 2 (Verbindungsroute Flumenthal – Riedholz) wird geprüft, ob der Radweg den Anforderungen der VSS Norm SN 640060 entspricht. Die Signalisierung des kleinen Radius vor der Unterführung sowie das komfortable Queren der Günsbergstrasse wurden optimiert. Im Abschnitt 3 (Ortsdurchfahrt Riedholz) wurden acht Punkte identifiziert, an denen sich die Fahrlinie von Auto- und Radfahrer kreuzen. Diese erfolgen aufgrund von Zufahrten, Querungen bei Knoten, Missbrauch des Radwegs als Parkplatz oder als Beschleunigungsstrecke. Zur Verminderung der Konfliktstellen wurden allgemeine Lösungsansätze gesucht und anschliessend für jeden Konfliktpunkt auf seine Wirksamkeit überprüft. Das missbräuchliche Parkieren beispielsweise wird durch eine Erhöhung des Randsteins verhindert.
oben: Abschnitt 1 (Knoten Flumenthal): Befahren des Knotens für Radfahrer verboten. links unten: Abschnitt 2 (Verbindungsroute Flumenthal Riedholz): Unterführung beim Knoten «Hinteres Riedholz». rechts unten: Abschnitt 3 (Ortsdurchfahrt Riedholz): Auto parkiert auf dem Radweg vor der Chäsi.
Tragwerksplanung
Neubau Parkhaus Holinden 18
Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Daniel Bommer
Ausgangslage
Yannick Roger Allemann
Die Bell Schweiz AG erweitert ihre Niederlassung in Oensingen, wodurch mehr Arbeitsplätze generiert werden. Im Zuge dieser Erweiterung soll ausserdem ein Parkhaus erstellt werden, um die Kapazität der Parkplätze zu erhöhen und diese auf einen Standort zu konzentrieren. In Betracht kommen mehrere ausführbare Varianten. Darunter beispielsweise die Variante Verbundbau. Im Rahmen der Bachelorthesis wird die Lösung in Massivbauweise ausgearbeitet.
Zielsetzung
In einem ersten Schritt sollen verschiedene Varianten untersucht werden. Die Ermittlung der groben Abmessungen erfolgt dabei iterativ, indem Einwirkungen, verschiedene Baustoffe und weitere Einflüsse berücksichtigt werden. Im Variantenstudium wird festgelegt, welche Variante weiterverfolgt wird. Abschliessend folgt die Ausarbeitung bis ins konstruktive Detail, wozu die notwendigen Nachweise geführt und plausibilisiert werden.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Decken sind eine Kombination aus punktgestützter sowie aufgelagerter Stahlbetonplatte. Die Lastabtragung erfolgt über durchgehende Wände und Stützen. Hierbei übernehmen ausgewählte Wände die Funktion der Aussteifung. Aufgrund der hohen Belastung werden sämtliche Stützen vorfabriziert. Um die hohen Lasten und Kräfte aus dem Überbau in den tragfähigen Baugrund zu übertragen, kommen Ortbetonpfähle zur Anwendung. Aus dem Gebäudemodell (Bild links oben) wird ein Stabmodell generiert, welches für die Bemessung der Erdbebenkräfte verwendet wird. In einer ersten Phase wird das Ersatzkraftverfahren angewendet. Daraus resultieren beträchtliche Schnittkräfte. Schliesslich wird die erforderliche Bewehrung in den Randbereichen ermittelt (Bild links unten). Die Lastabtragung aus den hochbelasteten Stützen in die Ortbetonpfähle wird gesondert betrachtet. Die Bodenplatte wirkt hier lokal als Pfahlkopfplatte. An einem räumlichen Stabwerkmodell (Bild rechts unten) werden die Betonpressungen überprüft und die erforderliche Bewehrung ermittelt. Nebst diesen werden noch weitere essenzielle Bereiche genauer untersucht und in Planausschnitten festgehalten.
links oben: Gebäudemodell des Parkhaus Holinden links unten: Ausführungsbeispiel eines Randelements einer Erdbebenwand rechts unten: Annäherung der Lastabtragung anhand eines Stabwerkmodells in einem Fundament
Tragwerksplanung
Integrale Lehnenbrücken 19
Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Dr. Kristian Schellenberg
Ausgangslage
Afrim Esadi
Bei integralen Brücken sind Pfeiler und Widerlager mit dem Fahrbahnträger monolithisch verbunden. Im Gegensatz zu konventionellen Brücken entfallen konstruktive Schwachpunkte wie Lager und Fahrbahnübergänge. In der Planung sind integrale Brücken jedoch wesentlich aufwendiger. Zwangsspannungen müssen durch Verformungen oder Rissbildung abgebaut werden. Ein Sonderfall unter den integralen Brücken sind Lehnenbrücken. Diese werden verwendet um Bergstrassen zu verbreitern.
Zielsetzung
An der 270 m langen integralen Lehnenbrücke Rüfenawald 2 (Bild links oben) sollen die Zwangsspannungen aus Temperatur und Schwinden analysiert werden. Dies erfolgt anhand einer Finite Elemente Berechnung (Bild rechts oben), die zudem mit einer Handrechnung an einem einfachen mechanischen Modell überprüft wird. Die gültige schweizerische Norm und aktuelle Forschungsergebnisse fliessen ebenso in die Arbeit ein, wie auch die neue Bemessungsrichtlinie für integrale Brücken aus Österreich.
Umsetzung/Ergebnisse
Zwangskräfte aus Temperatur und Schwinden des Betons sind sehr gross. Sobald der Betonquerschnitt reisst, baut sich die Zwangskraft durch die Rissbildung ab. Die Entstehung der Risse, sowie die Spannung bei der Rissbildung kann anhand des SpannungsDehnungs-Diagramms am Zuggurtmodell aufgezeigt werden (Bild links unten). Dabei sind nur die Zugkräfte infolge Temperatur und Schwinden berücksichtigt. Am Diagramm sind drei Phasen erkennbar. Die elastische Dehnung des Querschnitts. Die Erstrissbildung sobald der Querschnitt reisst und die weitere Rissbildung, bis die Verformung abgeschlossenen ist. Um einen oberen Grenzwert der Zwangsspannung zu erhalten, ist der Unterbau starr angesetzt. Zudem ist die Betonzugfestigkeit bei Zwangsbeanspruchung nach Norm höher angesetzt. Daraus resultieren noch grössere Zwangsspannungen. An Stellen, bei der die Mindestbewehrung für aufgezwungene und behinderte Verformung eingehalten ist, sind die Spannungen und nominellen Rissweiten nach Norm eingehalten. Ist der Bewehrungsgehalten kleiner, entstehen klaffende Risse. Abschliessend wurde das Modell verfeinert und elastische Lager angesetzt. So sind alle Nachweise erfüllt. Die Abnahme der Zwangskraft ist am FEM-Modell (Bild rechts unten) zu sehen.
links oben: Lehnenbrücke Rüfenawald 2 rechts oben: FEM-Modell der Lehnenbrücke Rüfenawald 2 links unten: Spannungs-Dehnungs-Diagramm während der Rissbildung rechts unten: Links: elastische Lagerung. Rechts: feste Lagerung. Dunkelblau: Druck. Rot: Zug
Tragwerksplanung
Hubbrücke zur ARA in Langnau i. E. 20
Betreuer: Dr. Martin Schollmayer Experte: Andreas Haffter
Ausgangslage
Anuchit Nuk Inthison
Die Zustandserfassung der bestehenden 27 m langen Zufahrtsbrücke zur ARA ergab, dass sie den heutigen Anforderungen nicht mehr genügt. Die Tragsicherheit konnte nicht nachgewiesen werden. Zudem wurde festgestellt, dass bei einem 100-jährlichen Hochwasser die Brücke zu wenig Freibord bietet. Um eine Verklausung und ein Aufstauen der Ilfis im Hochwasserfall zu verhindern, soll die alte Zufahrtsbrücke durch eine neue Hubbrücke ersetzt werden.
Zielsetzung
Als Hubbrücke soll die Brücke jederzeit angehoben werden können. Dabei soll der Hubmechanismus redundant sein und wenig Personal benötigen. Um mit möglichst wenig Energie die Brücke anheben zu können, soll die Brücke daher auch möglichst leicht gebaut sein.
oben: Perspektive der Brücke links unten: Skizze Hubprinzip rechts unten: Brückenquerschnitt
Umsetzung/Ergebnisse
Die Hubbrücke wird im Hochwasserfall durch ein Gegengewicht angehoben. Die vier Trägerenden der Brücke werden mit Stahlseilen befestigt, die Seile werden durch Umlenkrollen an den vertikalen Führungsmasten umgelenkt und sind mit dem Gegengewicht verbunden. Im normalen Zustand ist das Gegengewicht stets durch Hydraulikzylindern gestützt, das Gegengewicht wirkt nicht. Bei Hochwasser nehmen mechanische Drucksensoren an der Flusssohle die Veränderung des Wasserdruckes wahr. Beim Überschreiten eines Schwellwertes geben die Hydraulikzylinder das Gegengewicht frei und die Brücke hebt sich. Falls die Steuerungstechnik versagt, können die Hydraulikzylinder auch manuell bedient werden. Die Brücke befindet sich sozusagen immer in einem «geladenen» Zustand. Wegen des kleineren Strömungswiderstands soll die Brücke als Trogbrücke ausgebildet werden. Um Gewicht einzusparen, wird die Brücke in Stahl ausgeführt. Für die statischen Berechnungen wurden die Einwirkungen aus der Norm SIA 261 für den normalen und angehobenen Zustand berücksichtig.
Tragwerksplanung
COOP Löwenberg Murten 21
Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber
Ausgangslage
François-Jacques Junod
Das Unternehmen COOP plant, in der Region Murten – genauer im Gebiet «Löwenberg»– ein neues Bau&Hooby-Zentrum auf einer heute noch brachliegenden Parzelle zu errichten. Der Bauherr wünscht sich für die Realisierung des Daches ein Flachdach mit extensiver Begrünung und Solaranlage. Dabei sollte das Dach auf einem möglichst auseinanderliegenden Stützenraster aufliegen. Die Materialwahl für das Tragwerk steht offen.
Zielsetzung
Für das geplante Flachdach sollten zu Beginn mehrere Varianten mit unterschiedlichen Materialien untersucht werden. Für die gewählte Stahlvariante wird das Tragwerk bemessen und nachgewiesen. Ziel der vorliegenden Thesis-Arbeit ist es, ein plausibles Tragwerkskonzept mit korrekten Konstruktionsdetails zu entwerfen.
links oben: Visualisierung des Projektes COOP Löwenberg rechts oben: Stabwerkmodell unten: Ansicht Wabenträger
Umsetzung/Ergebnisse
Während der Materialisierung steht der Entwurf und die Vordimensionierung des Daches mittels Handrechnungen im Vordergrund. Es werden die Materialien Beton, Holz und Stahl mit je zwei Varianten untersucht. Nach Kriterien der Machbarkeit, Dimensionen und Materialeigenschaften wird die Variante mit einem Wabenträger aus Stahl gewählt. Die Wabenträger-Variante aus Stahl bietet grosse Vorteile: dank der Waben weist der Träger im Vergleich zu Trägern identischer Höhe ohne Waben eine kleinere Eigenlast auf, was die Verwendung in Leichtbauten mit langen Spannweiten begünstigt. Für das Tragwerksmodel ist ein Gerberträger mit eingehängten Trägern gewählt worden, was eine ausgewogenere Momentenverteilung zwischen Stütz- und Feldmoment ermöglicht. Für die statische Kontrolle wurde ein Finite-Elemente Model erstellt. Die Hauptschwierigkeit des Tragwerksentwurfs liegt in der Optimierung und Ausnutzungsgrad der gewählten Träger.
Tragwerksplanung
Aufstockung Spital Thun 22
Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber
Ausgangslage
Nach intensiven Variantenstudien wurde entschieden, den zum Ausbau des Spitals Thun erforderlichen Baukörper auf dem dreigeschossigen Zwischentrakt zu platzieren. Dort soll durch eine ebenfalls dreigeschossige Aufstockung der nötige Raum für neue Untersuchungs- und Behandlungszimmer geschaffen werden.
Zielsetzung Micha Daniel Krähenbühl
Auf der Basis der Vorprojektpläne der Architekten ist ein sinnvolles Tragsystem mit entsprechender Materialisierung zu entwickeln. Es soll der geplanten Nutzung in den drei neuen Geschossen, aber auch der Lastabtragung nach unten bis zur Fundation Rechnung tragen.
Umsetzung/Ergebnisse
In einem ersten Schritt wird der Bestand und die geplante Nutzung analysiert. Es wird entschieden, im Entwurf eine Aufstockungsvariante anzustreben, welche die bestehende Tragkonstruktion möglichst nicht belastet und nur wenige Eingriffe im Bestand nötig macht. Da die Aufstockung erdbebensicher sein muss, werden im Variantenentwurf erste Berechnungen auf Grundlage der Vorprojektpläne des Architekten durchgeführt. Es zeigt sich, dass es vernünftig ist, die bereits geplanten Stahlbetonwände des Architekten zu ergänzen, um in der Fundation die einwirkenden Momente besser aufnehmen zu können. In einem Variantenentwurf werden mögliche Tragkonstruktionen erarbeitet. Um für die Zukunft eine flexible Raumumnutzung zu gewährleisten ist es sinnvoll, möglichst stützenfreie Geschosse anzustreben. Weiter wird darauf geachtet, dass das Tragwerk die Anforderungen betreffend Schallschutz, Brandschutz, Wärmeschutz, Schwingungen und Installationsführung erfüllen kann. Als Ausführungsvariante wird die Stahl-Beton Verbundbauweise gewählt. Es werden die wichtigsten Tragsicherheits -und Gebrauchtauglichkeitsnachweise geführt. Die Resultate der Arbeit sind in selbst erstellen Plänen abgebildet.
links: Pfahlfundation der Erdbebenwände rechts: Deckenaufbau: Bodenaufbau, Überbeton, Verbundblech, Primärträger (blau), Installationsraum, abgehängte Decke
Tragwerksplanung
Umbau und Ausbau eines denkmalgeschützten Bauernhauses 23
Betreuer: Andreas Müller Experte: Stefan Zöllig
Ausgangslage
Cornelia Lininger
Das ehemalige Bauernhaus aus dem 18. Jahrhundert besteht aus einem Wohntrakt, einem früher landwirtschaftlich genutzten Teil und einem historischen Dachstuhl. Beim Dachstuhl wird mittels der eindrücklichen Holztragkonstruktion die bereits früh erkannten Gesetze der Statik aufgezeigt. Das Gebäude zeugt von der schweizerischen Entwicklung im Bereich der Ingenieurkunst und ist unter Denkmalschutz gestellt, damit es zwingend für nachkommende Generationen erhalten bleibt.
Zielsetzung
Die bereits bestehende Wohnung verläuft über zwei Etagen und nimmt ca. 40% des gesamten Gebäudevolumens ein. Dieser Bereich soll nun zu zwei separaten Wohnungen pro Geschoss umgebaut werden. Die restlichen 60% des Gebäudevolumens, bestehend aus einer Scheune, Tenn und Heubühne, sollen zu einer grossen, modernen Wohnung über drei Etagen ausgebaut werden. Dabei stehen vor allem die sichtbare Erhaltung der Konstruktion und die komplette Offenheit des Dachgeschosses im Vordergrund.
Umsetzung/Ergebnisse
Grundlage jedes Umbauprojektes ist es, eine Aufnahme des Gebäudes im Bestand durchzuführen, die dem «Kennenlernen» des Bauwerks dient. Darauf basierend erfolgt die Bearbeitung des ehemaligen Bauernhauses in statisch-konstruktiver und baukonstruktiver Hinsicht. Aufgrund der Vorstellungen der Bauherrschaft, den bauphysikalischen (Wärme, Schall) und baurechtlichen Anforderungen (Denkmalpflege, Brand) an die Gebäudehülle bzw. den einzelnen Wohneinheiten, wird der Tragwerksentwurf inklusive des Variantenstudiums erstellt. Dazu wird die bestehende Tragstruktur überprüft und mögliche Konzepte der Gebäudeaussteifung sowie der energetischen Ertüchtigung geplant. Das Ausführungsprojekt wird anhand der bisherigen Erkenntnisse ausgearbeitet, wobei neben der definitiven Festlegung des Fassaden-, der Decken- und des Dachaufbaus auch die statische und konstruktive Bearbeitung der Umbaumassnahmen detailliert entwickelt wird. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass, trotz den geltenden strikteren Anforderungen durch die Denkmalpflege, besonders konstruktive Lösungen ausgeführt werden, die das Alte mit dem Neuen einzigartig verbinden können.
links: Darstellung der bestehenden und geplanten Einteilung der Wohneinheiten rechts oben: Visualisierung einer möglichen Variante des ausgebauten Dachgeschosses rechts unten: Foto des Ist-Zustandes, Fassadenansicht Süd
Tragwerksplanung
Murgangsperre Zweisimmen 24
Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber
Ausgangslage
Die vorhandene Murgangsperre im Betelriedgraben bei Zweisimmen genügt den heutigen Anforderungen nicht mehr. Einerseits ist die Statik der alten Bogenmauer mit den Dilatationsfugen nicht über alle Zweifel erhaben, andererseits ist das Stauvolumen für ein grösseres Murgangereignis nicht genügend.
Zielsetzung Mischa Schranz
Um das Rückhaltevolumen markant zu vergrössern, soll die bestehende Mauer um 4.50 m erhöht werden. Ist es sinnvoll, diese in das neue Bauwerk zu integrieren? Oder ist ein Rückbau mit komplettem Neubau wirtschaftlicher? Soll dieser wiederum als Bogenmauer konzipiert werden, obschon auf der einen Seite kein direktes Auflager auf Fels vorhanden ist? Und wie gross sind die auf die Mauer einwirkenden Kräfte bei einem Murgangereignis?
Umsetzung/Ergebnisse
In einem ersten Schritt werden die Einwirkungen auf die Murgangsperre ermittelt. Die massgebenden zwei Belastungen sind dabei der Druck aus dynamischer Beanspruchung und der Anprall von Einzelkomponenten. Anschliessend erfolgt die Analyse und Berechnung der bestehenden Sperre. Aus den durchgeführten Berechnungen wird ersichtlich, dass die Sperre eine weitere seitliche Murgangbelastung wohl nicht übersteht. Deshalb wurde ein Variantenstudium für eine Erhöhung der Murgangsperre durchgeführt. Verglichen werden eine Erhöhung der bestehenden Mauer − inklusive Verstärkungsrippen − und ein kompletter Neubau der Sperre. Für den Neubau wurden eine gerade Sperre, eine Netzsperre oder eine neue Bogensperre untersucht. Das Variantenstudium hat ergeben, dass die Erhöhung der Murgangsperre mit zusätzlichen Rippen am wirtschaftlichsten ist. Die Anordnung der Rippen wird ebenfalls in einem Variantenstudium geprüft. Aus wasserbautechnischen und wirtschaftlichen Gründen setzt sich die Variante mit zwei Rippen − links und rechts der Überfallkante − durch. Diese Variante wird anschliessend analysiert, berechnet und bemessen.
links oben: Bestehende Murgangsperre bei einem Murgangereignis rechts oben: Trägerrostmodell Erhöhung Murgangsperre inklusive Rippen und Tosbecken unten: Ansicht Erhöhung Murgangsperre (grün: bestehend, rot: neu)
Tragwerksplanung
Überbauung Emmenhofareal Derendingen, Etappe Garnwerk 25
Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Daniel Bommer
Ausgangslage
Simon Schreier
Das Emmenhofareal war zu früheren Zeiten eine Baumwollspinnerei und wird auch heute für industrielle Arbeiten genutzt. Mit der Entwicklung der Gemeinde Derendingen vergrössert sich der Dorfkern und soll in Zukunft auch das Emmenhofareal einschliessen. Aus diesem Grund wird eine Überbauung mit Wohn-, Büround Gewerbeeinheiten auf dem Fabrikgelände geplant. Zu diesem Vorhaben gehört auch das Garnwerk, ein Gebäude bestehend aus Gewerbe-, Wohnfläche sowie einer Einstellhalle.
Zielsetzung
In einem ersten Schritt soll die Tragwerkstruktur des Garnwerks entworfen und anschliessend von der obersten Decke bis hin zur Fundation vordimensioniert und erdbebensicher ausgebildet werden. Die Decke über der Einstellhalle und dem Untergeschoss bildet schliesslich das Kernstück des Projekts (Bild links). Diese Decke sowie die dazugehörigen Stützen werden im Detail untersucht, dimensioniert und konstruktiv ausgebildet (Bild rechts oben).
Umsetzung/Ergebnisse
Die Tragstruktur des Gebäudes wird in Massivbauweise erstellt. Die Aussteifung erfolgt hauptsächlich über die Wohnungstrennwände sowie die sieben Treppenund Liftanlagen des Gebäudes. Die Einstellhalle kommt teils unter und teils neben dem Gebäude zu liegen und wird als punktgestützte Platte ausgebildet. Das ganze Gebäude wird schliesslich mittels Bodenplatte flach auf die untere Süsswassermolasse fundiert. Aufgrund der grossen Gebäudeabmessung von 38,50 m auf 117,00 m wurden zwei Bewegungsfugen mit einer Breite von je 40 mm durch das Gebäude geplant. Da das Gebäude 2,30 m im Grundwasser steht, musste ein Abdichtungssystem in Form einer «Weissen Wanne» gewählt werden. Der Deckenbereich, bei dem Einstellhalle, die Decke aus dem Gebäude und die Bewegungsfuge aufeinandertreffen, wurde bis ins konstruktive Detail gelöst. In diesem Ausschnitt musste zusätzlich zur Biegebewehrung über den Stützen die erforderliche Durchstanzbewehrung berechnet werden. Die Bewegungsfuge wurde mit Querkraftdornen ausgebildet. Diese übertragen die Querkräfte und ermöglichen die Bewegung der Decke. Alle für die Ausführung nötigen Aspekte wurden zum Schluss in einem Schalungs- und Bewehrungsplan festgehalten.
links: Grundriss, Ausschnitt Schalungsplan Decke Einstellhalle/Untergeschoss rechts oben: Schnitt A-A, Deckenversatz Einstellhalle unter dem Gebäude rechts unten: Übersicht Garnwerk, Finite-Elemente Gebäudemodell
Tragwerksplanung
Erdbebenersatzkräfte und Gebäudeoptimierung – Berechnung von Erdbeben mithilfe von Matlab 26
Betreuer: Dr. Martin Schollmayer Experte: Dr. Reto Spöhel
Ausgangslage
Patricia Schwab
Auch in der Schweiz ist die Bemessung auf Erdbeben immer wieder ein Thema. Dazu braucht es sogenannte Erdbebenwände, welche die Erdbebenkräfte aufnehmen und abtragen. Damit diese Wände die Erdbebenkräfte optimal verteilen können, dürfen sie keine Aussparungen haben. Dazu sollte in der Planung schon klar sein, welche Wände für die Erdbebenbemessung optimal sind. Somit sollte der Ingenieur frühzeitig wissen, welche Anordnung optimal ist.
Zielsetzung
Mit der Skriptsprache Matlab soll ein Programm erstellt werden, das als Resultat eine optimale Anordnung von Erdbebenwänden findet. Um dieses Problem zu lösen, müssen zuerst überhaupt Erdbebenkräfte berechnet werden können. Dazu benötigt es eine Funktion, die mit allen möglichen Geometrien die Erdbebenkräfte berechnen und auf die einzelnen Wände verteilen kann. Weiter braucht es eine Funktion, welche die Anordnung der Wände optimiert.
links: Gebäude als Mehrmassenschwinger modelliert rechts oben: Ausgabe der Funktion «erdbebenberechnung» rechts unten: QR-Code mit Link zum Anleitungsvideo
Umsetzung/Ergebnisse
Damit die Erdbebenkräfte berechnet werden können und die Anordnung der Wände optimiert werden kann, wurden in Matlab zwei Funktionen mit mehreren Unterfunktionen programmiert. Der Benutzer muss die gesamte Geometrie eingeben. Zudem müssen auch die benötigten Kenngrössen der Erdbebeneinwirkung nach SIA 261 von ihm festgelegt werden. Die Funktion «erdbebenberechnung» berechnet die Kräfte, die durch ein Erdbeben ausgelöst werden und verteilt diese auf die einzelnen Wände. Das Gebäude wird als Mehrmassenschwinger modelliert. Die Funktion «optimierung» funktioniert nach der Brute-Force Methode, das heisst, es werden alle möglichen Kombinationen der Wandanordnung durchgerechnet. Als Optimum wird die Kombination gewählt, welche den Erdbebennachweis erfüllt und die kleinste Summe der Wandlängen hat. Die Ergebnisse des Programms wurden mit Beispielen aus der Literatur verglichen. Dabei gab es vorhersehbare Differenzen, welche im tolerierbaren Bereich sind. Die Resultate der Programmteile werden graphisch dargestellt.
Tragwerksplanung
Abfallsammelhof Thun 27
Betreuer: Martin Dietrich Experte: Fabian Graber
Ausgangslage
Im Nordwesten der Stadt Thun wird auf einer unbebauten Parzelle ein neuer Abfallsammelhof geplant. Ein Teil der neuen Anlage umfasst einen 25 m x 80 m grossen Bereich, wo Privatpersonen ihren Hausrat entsorgen können. Dieser Bereich soll mit einer Überdachung versehen werden, welche die Mulden für das Sammelgut, den Fussweg, die Fahrgasse für die Anlieferung und die Parkfelder vor Witterung schützt. Stefan Stähli
Zielsetzung
Es ist eine angemessene Dachkonstruktion zu planen. Stützen können dabei zwischen Fussweg und Fahrgasse sowie im zulässigen Bereich der Parkplätze platziert werden; der Bereich zwischen Mulden und Fussweg soll zugunsten einer flexiblen Nutzung stützenfrei bleiben. Die lichte Höhe unter dem Dach beträgt 4.50 m. Es sollen Variantenstudien durchgeführt und die gewählte Lösung auf Stufe Vorprojekt weiterbearbeitet werden.
oben: Räumliche Ansicht des gewählten Stabtragwerks unten: Querschnitt durch die geplante Überdachung
Umsetzung/Ergebnisse
In einem ersten Schritt erfolgt die Analyse der verkehrstechnischen Situation, damit die Anlage komfortabel befahren werden kann. Mithilfe von Schleppkurven können die benötigten Abmessungen vom Wendebereich definiert werden. Die Stützen werden in zwei Achsen positioniert: eine zwischen Fussweg und Fahrgasse, die andere beim Einfahrbereich der Parkfelder. Dadurch entsteht ein symmetrisches Bauwerk, dass beidseitig grosse Auskragungen hat. Für das Tragsystem der Überdachung werden vier verschiedene Varianten miteinander verglichen: Ein Walzprofil, ein Fachwerkträger, ein an Zugstäben aufgehängtes Profil und ein Wabenträger. Als Ergebnis des Variantenstudiums kann festgestellt werden, dass die wirtschaftlichste Variante der Walzprofilträger ist. Dieser verjüngt sich entsprechend dem Kräfteverlauf. Beim Ausarbeiten der gewählten Variante werden zuerst die Stabilität des Tragwerks betrachtet und anschliessend die Tragsicherheits- und die Gebrauchstauglichkeitsnachweise geführt.
Tragwerksplanung
Versuchsbäckerei in Holzbauweise unter Berücksichtigung einer Aufstockung 28
Betreuer: Andreas Müller Experte: Stefan Zöllig
Ausgangslage
Bei der Hefe Schweiz AG in Stettfurt entsteht eine neue Versuchsbäckerei mit Ladenlokal und Café. Im Rahmen des Vorprojekts wird der Neubau unter Berücksichtigung einer zweigeschossigen Aufstockung in Holzbauweise erstellt. Dabei ist eine Maximalhöhe des Gebäudes von 11 m durch die Brandschutzrichtlinien einzuhalten. Der Architektenplan ist die Grundlage für die Bachelorthesis. David Peter Stehli
Zielsetzung
Das Holztragwerk ist entsprechend der vorgesehenen Nutzung, den Anforderungen der Tragsicherheit und der Gebrauchstauglichkeit zu dimensionieren und zu bemessen. Für das Tragwerk werden drei Varianten ausgearbeitet, anhand von Auswahlkriterien bewertet und einander gegenübergestellt. Für die Bestvariante sind detailliertere Berechnungen und Zeichnungen zu erstellen.
oben: Visualisierung 3D-Modell unten: Vergleich der Festigkeitsklassen
Umsetzung/Ergebnisse
Massgebender Parameter bei der Dimensionierung des Tragwerkes ist die Beschränkung der Geschosshöhen. Die Auswahlkriterien für das Variantenstudium des Holztragwerkes sind Nutzungsflexibilität, Schwingungen, Stabilität sowie Wirtschaftlichkeit. Als Bestvariante resultiert das Tragwerk mit den Buchen-Furnierschichtholz-Spezialträgern. Der effiziente Einsatz des Buchenholzes hat zur Folge, dass diese Variante trotz Überhöhung der Träger die sinnvollste Variante ist. Für die Anforderungen der Träger wurde eine Vergleichsstudie nach den Festigkeitsklassen erarbeitet. Bezüglich der Nutzungsflexibilität und Ästhetik wäre ein Tragwerk mit TS3 die beste Wahl. Durch die neuartige Technologie von TS3 werden Brettsperrholzplatten stirnseitig verklebt, was die Möglichkeit schafft, zweiachsig tragende Decken zu erstellen. Für die hochbelasteten Hauptträger sind massive Anschlüsse an die Stützen in Form von Spezialanfertigungen nötig. Das gesamte Tragwerksmodell wurde mit Finite Elemente Programmen bemessen. Die wichtigsten Bauteile wurden mittels Vergleichsrechnungen «von Hand» plausibilisiert.
Tragwerksplanung
Holztragwerk Futurum Goms 29
Betreuer: Fritz Maeder Experte: Andreas Lüthi
Ausgangslage
Markus Stephan Wiederkehr
Im Bezirk Goms im Oberwallis soll unter dem Namen Futurum Goms ein Themenpark mit den Teilbereichen Energie, Umwelt und Bildung entstehen. Das Herzstück des neuen Technologie und Innovationsparks ist ein Hallentragwerk aus Holz mit einem Turmtrakt. Das Hallentragwerk überstülpt ein bestehendes Gebäude und schützt dieses vor Witterungseinflüssen. Das Dach des Hallentragwerks ist über den Turmtrakt zugänglich und dient als Aussichtsplattform.
Zielsetzung
Im Rahmen der Bachelorthesis wird in der ersten Phase ein Variantenstudium für das Hallentragwerk durchgeführt. In weiteren Phasen werden das Primärund das Sekundärtragwerk sowie die Verbindungen dimensioniert und bemessen. Das Holztragwerk ist nur durch den Dachaufbau und die Fassade vor Witterungseinflüssen geschützt. Aus diesem Grund nimmt der konstruktive Holzschutz bei der Planung eine wichtige Rolle ein.
oben: Perspektive des Holzhallentragwerks mit Fassadenaufbau unten: Perspektive des Primär- und Sekundärtragwerks
Umsetzung/Ergebnisse
In der ersten Phase werden die Anforderungen definiert und in der Nutzungsvereinbarung festgehalten. Ausgehend von den Gefährdungsbildern werden drei Tragwerke entworfen und neuralgisch wichtige Punkte auf die Statik hin überprüft. Da das Tragwerk nur bedingt vor Witterung geschützt ist, erfolgt die Dimensionierung der Bauwerksteile in der Feuchteklasse 2. In der zweiten Phase wird die Siegervariante ausgearbeitet. Das Ergebnis des Variantenstudiums ist eine in sich aussteifende Holzrahmenbauweise. Dabei werden abwechselnd Zweigelenkrahmen vertikal und zueinander geneigt angeordnet. Dadurch entsteht eine verbindungsarme Konstruktion, welche keinen aufwändigen konstruktiven Holzschutz benötigt. Die Umsetzung der Nutzungsvereinbarung wird in der Projektbasis festgehalten und die einzelnen Bauwerksteile werden auf die Tragsicherheit hin geprüft. Die Gebrauchstauglichkeit wird nachgewiesen. In der dritten Phase werden Verbindungsdetails ausgearbeitet und in Konstruktionsplänen dargestellt. Schliesslich werden die Ergebnisse in einem technischen Bericht festgehalten und einem Fachpublikum präsentiert.
Tragwerksplanung
Werkhalle in Horboden 30
Betreuer: Martin Dietrich Experte: Martin Dietrich und Fabian Graber
Ausgangslage
Mike Wittwer
Beim Projekt handelt es sich um eine Werkhalle. Diese besteht aus einem Unter, -Erd, -Ober -und Dachgeschoss. Das Erdgeschoss bietet Platz für zwei Einstellhallenplätze für Lastwagen und eine Werkstatt welche ebenfalls für Lastwagen ausgelegt werden soll. Die restlichen Geschosse sollen Nutzlasten von teilweise bis zu 20 kN/m2 aufnehmen können. Zudem wird das Gebäude durch den Hangdruck belastet. Als Baumaterialien sollen vorwiegend Beton und Holz verwendet werden.
Zielsetzung
Für die Halle soll ein Tragwerkskonzept erstellt werden. Dabei spielt die Tragsicherheit des Gebäudes die Hauptrolle. Dem Bauherrn soll trotz den hohen Nutzlasten ein grosszügiger Nutzraum angeboten werden. Die statischen Optimierungen und allfällige Änderungen des Projektes müssen mit dem Bauherrn besprochen werden. Die wichtigsten Bauteile werden anschliessend dimensioniert. Als Grundlage dazu wird eine Nutzungsvereinbarung erstellt.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Nutzlasten auf den Decken sind sehr hoch. Mit diversen Argumenten (Sicherung vor Anprall, Erdbebenaussteifung etc.) konnte der Bauherr davon überzeugt werden, auch das Obergeschoss komplett in Beton auszuführen. Für die Decke über dem Erdgeschoss werden drei Varianten untersucht. Der Bauherr entschied sich dafür, zwei Stützen im Raum zu platzieren. Mithilfe einer Durchstanzbewehrung, kann die Decke dafür dünner ausgeführt werden. Die Stützen tragen hohe Lasten ab. Daher ist es von Vorteil, diese direkt in ein Auflager zu leiten anstatt mit der Decke aufzufangen. Aus diesem Grund ändert man das Untergeschoss, in Absprache mit dem Bauherrn, ab. Damit im Untergeschoss keine Stützen eingesetzt werden müssen, kann man eine Wand im Erdgeschoss in Beton ausführen. Dadurch wirkt diese als Überzug, kann Lasten aus der Decke aufnehmen und über die Aussenwände in den Untergrund ableiten. Durch die Änderung des Untergeschosses wird zudem die gesamte Erddruckkraft auf das Gebäude verringert werden.
links oben: Perspektive, Einfahrmöglichkeiten der Fahrzeuge von der Seite links unten: Schnitt durch Überzug mit Bewehrung in den mittragenden Bereichen rechts: Schnitt durch Gebäude mit Belastungsgrössen. Überzug im Erdgeschoss (rot)
Tragwerksplanung
Bogenbrücken in Graubünden 31
Betreuer: Dr. Stephan Fricker Experte: Dr. Kristian Schellenberg
Ausgangslage
Selina Wittwer
Bogenbrücken haben in der Schweiz und insbesondere im Kanton Graubünden eine lange Tradition. Die Salginatobelbrücke von Robert Maillart gilt als Ikone der Ingenieurbaukunst und ist ein Meilenstein in der Entwicklung der Betonbogenbrücken (Bild links oben). Das Lehrgerüst wurde nur für das Gewicht des Bogens dimensioniert. Das Lehrgerüst konnte so leichter und kostengünstiger erstellt werden. Die Salginatobelbrücke schafft es so, Eleganz und Wirtschaftlichkeit zu vereinen.
Zielsetzung
Die technischen Entwicklungen und Besonderheiten bei Betonbogenbrücken sollen gezeigt werden. Viele Brücken aus der Zeit des Ausbaus des Nationalstrassennetzes haben das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Zudem sind die Einwirkungen aus Verkehr gestiegen und die Anforderungen an die Brücken aus den Normen erhöht worden. Welche Brücken sollen erhalten, welche sollen aus wirtschaftlichen Gründen ersetzt werden? Die Arbeit soll bei der Beantwortung dieser Frage helfen.
Umsetzung/Ergebnisse
Die Brücken wurden gruppiert und chronologisch aufgelistet. Vorteile und Nachteile der jeweiligen technischen Entwicklung werden beschrieben. Die Tragwirkung und Interaktion der einzelnen Bauteile werden analysiert. Das Verhältnis der Steifigkeiten von Fahrbahnträger und Bogen ist ein wesentlicher Parameter, der die Schnittkräfte beeinflusst. Dies gilt insbesondere bei halbseitiger Verkehrslast. Die Rheinbrücke Tamins (Bild rechts oben) ist die erste Bogenbrücke weltweit mit teilweise vorgespanntem Fahrbahnträger. Eine teilweise Vorspannung erlaubt Zugspannungen im Beton und aktiviert somit auch die «schlaffe» Bewehrung. Sie ist wesentlich wirtschaftlicher als die bis dahin praktizierte «volle» Vorspannung. Von der Rheinbrücke Tamins wurde ein Finite Elemente Modell erstellt (Bild unten). Die Einwirkungen wurden mit der aktuellen Norm ermittelt. Anhand dieses Modells wurden die verschiedenen Parameter der Brücke untersucht. Dabei wurden die Parameter verändert und analysiert, welchen Einfluss diese auf die Schnittkräfte haben.
links oben: Salginatobelbrücke zwischen Schiers und Schuders, Ingenieur R. Maillart, Baujahr 1930 [Quelle: https://www.praettigau.info] rechts oben: Rheinbrücke Tamins, Ingenieur C. Menn, Baujahr 1963 [Quelle: https://cbp.ch] unten: Finite-Elemente Modell der Rheinbrücke Tamins
Tragwerksplanung
Neubau Hauptsitz der Reederei ESVAGT 32
Betreuer: Simonas Bajalis und Dr. Stephan Fricker Experte: Niels Tornsberg
Ausgangslage
Kaspar Zulliger
Die dänische Reederei ESVAGT profitiert von dem rasch wachsenden Markt der offshore Windparke. ESVAGT ist ein Kunstwort und setzt sich aus ES von Esbjerg (Herkunftsort der Reederei) und vagt, dänisch für Wacht, zusammen. Der Neubau für den neuen Hauptsitz in Esbjerg an der dänischen Westküste soll Platz für die gesamte Verwaltung und Geschäftsleitung bieten. Die Architektenpläne sehen Büroräumlichkeiten auf drei Stockwerken und einer Attika mit überdachter Terrasse vor.
Zielsetzung
Die Aufgabe der angehenden Ingenieure ist der Entwurf des vielseitigen Tragwerks. Während die Grundkonstruktion in Beton gefertigt wird, soll für das Attikatragwerk ein Variantenstudium betreffend Tragwerk und Baustoff durchgeführt werden. Die rauen Windverhältnisse an der Küste mit den damit einhergehenden Schneeverwehungen müssen dabei besonders berücksichtigt werden. Die Berechnungen basieren auf den Eurocode-Normen und werden gemäss SBI-Guide Nummer 223 dokumentiert.
links: Tragwerk der Attika mit angehängtem Vordach mitte: BIM- Modell des neuen ESVAGT Hauptsitzes rechts: Lage des Projekts in Esbjerg, Dänemark
Umsetzung/Ergebnisse
Die Attika soll mit ihrer Glasfront und Terrasse ein heller, einladender Ort sein. Deshalb soll das Tragwerk möglichst offen und leicht gestaltet werden. Aus diesen Überlegungen entstand ein Rahmentragwerk, bestehend aus sechs gelenkig gelagerten Rahmen mit biegesteifen Ecken, ohne Zwischenabstützungen im Raum. Das Tragwerk wurde in Stahl und Brettschichtholz dimensioniert. Für das weitere Projekt wurde schliesslich die Variante aus Stahl gewählt, da das Stahltragwerk kleinere Querschnittsabmessungen ergab als das Holztragwerk. Das Vordach aus Acrylglas ist mit auskragenden Fachwerkträgern an die Rahmen angebracht. Eine Aufhängung mit Stahlseilen kam nicht in Frage, da der starke Wind das Vordach sonst aufklappen könnte. Bis auf die Liftkerne werden sämtliche Betonbauteile mit vorgefertigten Betonelementen erstellt. Anders als in der Schweiz ist die Bauweise mit vorgefertigten Betonelementen in Dänemark im Hochbau vorherrschend. Die Geschossdecken bestehen aus vorgespannten Hohlkernplatten. Um den Durchstanzwiderstand zu erhöhen, müssen die Deckenplatten unter den Rahmenstützen der Attika jedoch mit vollem Querschnitt ausgeführt werden.
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Berner Fachhochschule Fachbereich Bauingenieurwesen Ausgabe: Juli 2018
Berner Fachhochschule
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