Daniel Heinzmann (TA)
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Alternative zur Chinegga-Brücke in Stalden VS – Entwurf und Bemessung einer Bogenbrücke
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- Titel
- Alternative zur Chinegga-Brücke in Stalden VS – Entwurf und Bemessung einer Bogenbrücke
- Autor/in
- Datierung
- 17.02.2023
- Beschreibung
- Der Entwurf einer Brücke erfordert ein hohes Mass an Kreativität verknüpft mit einem breiten
Fachwissen. Nur so lässt sich ein ganzheitlich funktionierendes, ästhetisch ansprechendes und
trotzdem ökonomisch und ökologisch sinnvolles Tragwerk entwickeln. Viele Faktoren wie die
Randbedingungen, geometrische Anordnungen, Steifigkeiten und Materialität haben Einfluss auf den
Entwurf und sind oft direkt oder indirekt miteinander verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig. Ein
Entwurf ist somit ein stark iterativer Prozess, wobei eine perfekte Lösung nicht existiert, es aber
trotzdem erwünscht ist, ein der Ideallösung nahes Resultat zu erhalten.
Die vorliegende Arbeit folgt im Grundsatz den Projektphasen gemäss der SIA Norm 260. Das Ziel
dabei ist es, eine alternative Variante zur bereits bestehenden Chinegga-Brücke zu entwerfen.
Das Kapitel 2 beinhaltet die Grundlage des Entwurfs in Form einer Nutzungsvereinbarung. Darin
enthalten sind die wichtigsten Randbedingungen und Anforderungen an das zu planende Bauwerk.
Im Kapitel 3 wird eine Variantenstudie durchgeführt. Vorgängig werden die Randbedingungen und
Bewertungskriterien für die Varianten analysiert und diskutiert. Anschliessend werden vier
unterschiedliche Brückenstrukturen aufgezeigt: Ein Durchlaufträger im Freivorbau, eine
Sprengwerkbrücke, eine Bogenbrücke mit untenliegendem Tragwerk und eine Schrägkabelbrücke.
Dabei werden jeweils die Linienführung, die Haupttragstruktur, das Bauverfahren und die wichtigsten
Querschnitte aufgezeigt. Der Abschluss des Kapitels beinhaltet die Diskussion der Varianten und eine
begründete Wahl des Tragwerkes: Die Brücke soll mit einem Bogentragwerk durchgeführt werden.
Im vierten Kapitel ist anschliessend das gewählte Tragwerk der Bogenbrücke als erstes zu optimieren
und anzupassen. In der Linienführung, sowie in der Geometrie des Bogens und der Anordnung der
Stützen sind noch Verbesserungen vorzunehmen. Da eine Brücke stark abhängig vom Bauverfahren
ist, werden im Entwurf auch die Bauphasen und die Verfahrenstechniken untersucht und
anschliessend gewählt. Sobald die Lagerung der Brücke definiert ist, können mit den festgelegten
Feldlängen und Bogengeometrien die Querschnittsabmessungen bestimmt werden. Die Fahrbahn
wird als Spannbeton geplant, wozu hier auch ein Vorspannkonzept entwickelt wird.
Das fünfte Kapitel beinhaltet einige Nachweise im Grenzzustand der Tragsicherheit sowie der
Gebrauchstauglichkeit. Der Fahrbahnträger und der Bogen werden an den massgebenden Stellen auf
Biegung bemessen, wobei auch die Bogenstabilität miteinbezogen wird. Im Fahrbahnträger wird
zudem ein Querkraftnachweis erbracht. Ein weiterer Nachweis wird im Grenzzustand der
Gebrauchstauglichkeit geführt. Es wird eine Vorlandstütze auf ihr Verformungsvermögen überprüft.
Abrundend zu den Nachweisen werden Hinweise zur konstruktiven Durchbildung am
Verbindungspunkt zwischen Stütze und Fahrbahn gemacht.
Abschliessend werden im Kapitel 6 die Arbeit zusammengefasst und die Erkenntnisse und
Folgerungen aufgezeigt.
The design of a bridge requires a high degree of creativity combined with broad expertise. Only in
this way a holistically functioning, aesthetically pleasing and yet economically and ecologically
sensible structure can be developed. Many factors such as the boundary conditions, geometric
arrangements, stiffnesses and materiality have an influence on the design and are often directly or
indirectly linked and influence each other. A design is thus a highly iterative process, where a perfect
solution does not exist, but it is still desirable to obtain a result close to the ideal solution.
In principle, the present work follows the project phases according to the SIA standard 260. The aim
here is to design an alternative variant to the already existing Chinegga-Bridge.
Chapter 2 contains the basis of the design in the form of a user agreement. This contains the most
important boundary conditions and requirements for the structure to be designed.
In chapter 3, a variant study is carried out. First, the boundary conditions and evaluation criteria for
the variants are analyzed and discussed. Subsequently, four different bridge structures are
presented: a continuous girder in free cantilever construction, a rigid-frame bridge, an arch bridge
with the supporting structure below, and a cable-stayed bridge. In each case, the street-alignment,
the main support structure, the construction method and the main cross sections are shown. The
chapter concludes with a discussion of the variants and a justified choice of the supporting structure:
the bridge is to be built with an arched supporting structure.
In the fourth chapter, the selected structure of the arch bridge is to be optimized and adapted first.
Improvements are still to be made in the alignment, as well as in the geometry of the arch and the
arrangement of the supports. Since a bridge is strongly dependent on the construction method, the
construction phases and the process techniques are also examined in the design and subsequently
selected. Once the bearing of the bridge is defined, the section dimensions can be determined with
the field lengths and arch geometries established. The carriageway is planned as prestressed
concrete, for which a prestressing concept is also developed here.
The fifth chapter contains some verifications in the ultimate limit state and the serviceability limit
state. The carriageway girder and the arch are designed for bending at the relevant points, whereby
the arch stability is also included. In addition, a shear force check is performed in the carriageway
girder. A further check is performed in the serviceability limit state. The deformation capacity of an
edge support is checked. To round off the verifications, information is provided on the design of the
connection point between the column and the carriageway.
Finally, chapter 6 summarizes the work and highlights the findings and conclusions.
- Der Entwurf einer Brücke erfordert ein hohes Mass an Kreativität verknüpft mit einem breiten
- Urheberrechtshinweis
- Büeler Martin, Hochschule Luzern - Departemet Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 30.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Moderne Methoden der Erdbebenbemessung von Hochbauten
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- Titel
- Moderne Methoden der Erdbebenbemessung von Hochbauten
- Autor/in
- Datierung
- 20.01.2023
- Beschreibung
- Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit modernen Methoden der Erdbebenbemessung
von Hochbauten. Für die Bemessung wird ein Referenzgebäude
gewählt, welches mit einem Untergeschoss, einem Erdgeschoss, vier Obergeschossen
und je sechsWohnungen pro Geschoss einem gewöhnlichen Hochbau
entspricht. Für den gewählten Standort existiert eine öffentliche spektrale Mikrozonierungsstudie,
die für die Bestimmung der Erdbebeneinwirkung verwendet wird.
Das Tragwerkskonzept sowie die Tragwerksanalyse werden nach den heutigen
Normen der SIA 260 ff. erstellt. Für die Erdbebenbemessung werden zwei Berechnungsmodelle
angewendet. Einerseits ein Plattenstapelmodell, welches im
Programm Cedrus-8 modelliert und danach mit dem Programm Statik-8 in ein
Stabmodell umgewandelt wird und andererseits Ersatzstabmodelle, welche das
Bauwerk als Mehr- oder Einmassenschwinger abbilden.
Die erste Erdbebenbemessung erfolgt nach dem Ersatzkraftverfahren. Zuerst
werden verschiedene moderne Methoden der Erdbebenbemessung vorgestellt
und die Grundlagen und Voraussetzungen behandelt. Danach wird das Ersatzkraftverfahren
am Referenzgebäude durchgeführt, gefolgt von der Kapazitätsbemessung
an einer ausgewählten Stahlbetontragwand. Die Bemessung ergibt eine
nach Kapazitätsbemessung korrekte konstruktive Durchbildung der ausgewählten
Stahlbetontragwand.
Die zweite Erdbebenbemessung baut mit der «Kapazitätsspektrum-Methode»
(Capacity Spectrum Method) auf der Kapazitätsbemessung auf. Die Pushover-
Kurve wird mit dem nichtlinearen Finite Element (nlFE) Programm IDEA StatiCa
Detail für die ausgewählte Stahlbetontragwand bestimmt, in eine Kapazitätskurve
umgewandelt und mit dem elastischen Bemessungsspektrum überlagert. Die
grafische Bemessung ergibt, dass der Nachweis der Standsicherheit erfüllt ist.
Um den Einfluss von Öffnungen in Erdbebenwänden auf das Verformungsverhalten
des Tragwerks unter Erdbebenbeanspruchung zu untersuchen, werden
der ausgewählten Stahlbetontragwand Öffnungen zugefügt und danach die Kapazitätsspektrum-
Methode durchgeführt. Es resultiert eine doppelt so grosse
Verformung der Stahlbetontragwand infolge Öffnungen.
This master thesis deals with modern methods of seismic design of buildings.
For the design, a reference building is chosen, which corresponds to an ordinary
building with a basement, a first floor, four upper floors and six apartments per
floor. A public spectral microzonation study exists for the selected site, which is
used to determine the earthquake action.
The structural concept as well as the structural analysis are prepared according
to the current standards of SIA 260 ff. Two calculation models are used for the
earthquake design. On the one hand, a plate stack model, which is modeled in the
program Cedrus-8 and then converted into a member model using the program
Statik-8, and on the other hand, equivalent member models, which represent the
structure as a multi- or single-mass oscillator.
The first seismic design is performed using the equivalent force method. First,
different modern methods of seismic design are presented, and the fundamentals
and prerequisites are discussed. Then, the equivalent force method is performed
on the reference building, followed by the capacity design on a selected reinforced
concrete bearing wall. The design results in a correct structural design of the
selected reinforced concrete bearing wall according to the capacity design.
The second seismic design builds on the capacity design using the «Capacity
Spectrum Method». The pushover curve is determined using the nonlinear finite
element (nlfe) program IDEA StatiCa Detail for the selected reinforced concrete
bearing wall, converted into a capacity curve, and superimposed with the elastic
design spectrum. The graphical design shows that the verification of stability is
fulfilled.
To investigate the influence of openings in earthquake walls on the deformation
behavior of the structure under earthquake loading, openings are added
to the selected reinforced concrete bearing wall and then the capacity spectrum
method is performed. The result is a double deformation of the reinforced concrete
bearing wall due to openings.
- Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit modernen Methoden der Erdbebenbemessung
- Urheberrechtshinweis
- Markoš Danijela, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 19.09.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Neues Deckensystem für den Hochbau
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- Titel
- Neues Deckensystem für den Hochbau
- Autor/in
- Datierung
- 20.01.2023
- Beschreibung
- Das Ziel dieser Arbeit ist, ein neuer Deckenaufbau zu entwickeln, welcher bezüglich der Nachhaltigkeit besser ist als der konventionelle Deckenaufbau. Der neue Deckenaufbau wird bei einem Referenzobjekt angewendet, um die Dimensionen gemäss der Projektstufe Bauprojekt zu bestimmen. Zusätzlich wird für das Referenzobjekt der Abtrag von horizontaler Einwirkung konzeptionell gelöst. Das betrachtete Gebäude ist mit der Nutzungskategorie C3 gemäss der SIA-Norm 261 [1] definiert.
Der neue Deckenaufbau sieht vor, dass der Unterlagsboden statisch mitwirkt und nicht wie bei der konventionellen Decke nur als Auflast eingerechnet wird. Im Gegensatz zum konventionellen Deckenaufbau sollen im neuen die Leitungen nicht in der Stahlbetondecken verlegt werde, sondern im Unterlagsboden. Durch die Mitwirkung des Unterlagsbodens kann die bisherige Dicke der Stahlbetondecke reduziert werden und somit Baumaterialien gespart werden. Eine Mitwirkung des Unterlagsboden bedingt eine Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und des Betons vom Unterlagsboden (Unterlagsbeton). Durch die Verbindung kann die Decke als gekoppelter Biegeträger betrachtet werden. Der Unterlagsbeton soll aus vorfabrizierten Elementen hergestellt werden, damit diese bei Umbauten entfernt werden können und falls erwünscht die Leitungen ersetz werden können.
Die Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und dem Unterlagsbeton (Kopplungsträger) sind schrittweise ermittelt worden. Die Differentialgleichung des Systems ergab erst Erkenntnisse der Wirkung vom System, welche dann mit zweidimensionalen Berechnungen verifiziert worden sind. Die Dimensionen der einzelnen Bauteile sind mit den Auswirkungen einer dreidimensionalen Berechnung ermittelt. Beim Kopplungsträger sind zwei Varianten untersucht worden. Die erste Variante sieht eine Stahlverbindung vor und die zweite eine Stahlbetonverbindung. Für die Dimensionierung sind die verschiedenen Bauphasen (Bauzeit, Endzustand und Umbau) in Betracht gezogen worden.
Wenn nur die statisch wirkenden Bauteile in der Nachhaltigkeitsberechnung miteinbezogen werden, dann ist der neue Deckenaufbau nicht nachhaltiger. Wenn die Dämmung in die Betrachtung einfliesst, kann der neue Deckaufbau nachhaltiger sein als der konventionelle Deckenaufbau.
Das neue Deckensystem kann je nach Kriterien eines Projektes ein guter Lösungsansatz sein. Damit dieser umgesetzt werden kann, müsste aufbauend auf dieser Arbeit eine Detailbemessung erfolgen und falls möglich sollten Versuche mit dem neuen Deckenaufbau durchgeführt werden. Der Deckenaufbau muss noch durch einen Bauphysiker kontrolliert und bearbeitet werden, damit die bauphysikalischen Werte im Vergleich zum konventionellen Deckenaufbau nicht verschlechtert werden.
Abstract englisch fehlt
- Das Ziel dieser Arbeit ist, ein neuer Deckenaufbau zu entwickeln, welcher bezüglich der Nachhaltigkeit besser ist als der konventionelle Deckenaufbau. Der neue Deckenaufbau wird bei einem Referenzobjekt angewendet, um die Dimensionen gemäss der Projektstufe Bauprojekt zu bestimmen. Zusätzlich wird für das Referenzobjekt der Abtrag von horizontaler Einwirkung konzeptionell gelöst. Das betrachtete Gebäude ist mit der Nutzungskategorie C3 gemäss der SIA-Norm 261 [1] definiert.
- Urheberrechtshinweis
- Cadonau Mauro, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 31.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Tragwerkskonzept eines Ökonomiegebäudes
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- Titel
- Tragwerkskonzept eines Ökonomiegebäudes
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2019
- Beschreibung
- Diese Arbeit behandelt die Vorbemessung eines Ökonomiegebäudes. Das Gebäude soll in einer La-winenzone erstellt werden. Der Schwerpunkt der Vorbemessung liegt auf der Abtragung der Kräfte der Lawineneinwirkung. Zur Analyse der Tragwirkung der Aussenwände wird in verschiedenen Va-rianten überprüft, wie die optimale Ausnutzung der Querschnitte erreicht werden kann. In der Arbeit enthalten sind Nutzungsvereinbarung, Projektbasis, der technische wie auch der statische Bericht.
This thesis deals with the preliminary design of an economics building. The building is to be created in an avalanche zone. The focus of the preliminary design is on the eroding forces of avalanche impact. To analyze the supporting effect of the outer walls, different variants are used to find the optimal utilization of the cross sections. Work includes user agreement, project basis, technical and static reports.
- Diese Arbeit behandelt die Vorbemessung eines Ökonomiegebäudes. Das Gebäude soll in einer La-winenzone erstellt werden. Der Schwerpunkt der Vorbemessung liegt auf der Abtragung der Kräfte der Lawineneinwirkung. Zur Analyse der Tragwirkung der Aussenwände wird in verschiedenen Va-rianten überprüft, wie die optimale Ausnutzung der Querschnitte erreicht werden kann. In der Arbeit enthalten sind Nutzungsvereinbarung, Projektbasis, der technische wie auch der statische Bericht.
- Urheberrechtshinweis
- Bucheli Yves, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 06.11.2019
- Übergeordnete Sets
- 1
Vergleich Mindestbewehrungsgehalts verschiedener Normbestimmungen
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- Titel
- Vergleich Mindestbewehrungsgehalts verschiedener Normbestimmungen
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2019
- Beschreibung
- Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, den Mindestbewehrungsgehalt anhand von vier ausgewählten Normbestimmungen zu vergleichen. Diese sind die SIA 262, der Eurocode 2; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004, der Eurocode 2; prEN 1992-1-1:2018 und der fib Model Code 2010. Die Absicht der Mindestbewehrung ist es, ein duktiles Verhalten eines Bauwerks zu generieren, so dass Risse besser verteilt auftreten und zugleich kleine Rissbreiten aufweisen. Durch die Erstellung von Exceltabellen lässt sich der Mindestbewehrungsgehalt für unterschiedliche Höhen, Bewehrungsdurchmesser und Betonzugfestigkeiten berechnen. Dabei wurden die Beanspruchungsarten «Zug» und «Biegungen» getrennt voneinander betrachtet. Anhand der erstellten Tabellen konnten Vergleiche gemacht werden, welche interessante Ergebnisse lieferten. Der noch aktuelle Eurocode 2; Teil 1-1:2004 und der Model Code verhalten sich ähnlich. Diese liefern für kleine Höhen fast den gleichen Mindestbewehrungsgehalt und nehmen mit steigender Deckenhöhe stark ab, wobei der ermittelte Mindestbewehrungsgehalt nach dem Eurocode 2; Teil 1-1: 2004 stärker abnimmt. Der final Draft des Eurocodes 2; Teil 1-1:2018, welcher im Mai 2018 erschienen ist, verhält sich dagegen ähnlich wie die SIA 262. Die Werte für kleine Höhen unterscheiden sich stärker, liefern jedoch mit zunehmender Deckenhöhe fast den gleichen Mindestbewehrungsgehalt. Im Vergleich zum Eurocode 2; Teil 1-1:2004 schlägt der final Draft einen viel grösseren Mindestbewehrungsgehalt vor. Im nächsten Schritt wären experimentelle Zugversuche mit Bewehrung gemäss den verschiedenen Normenbestimmungen durchzuführen und zu vergleichen.
The aim of the present bachelor thesis is to compare the minimum reinforcement content based on four selected standard provides. These are the SIA 262, the Eurocode 2; German version EN 1992-1-1:2004, the Eurocode 2; prEN 1992-1-1:2018 and the fib Model Code 2010. The intention of the minimum reinforcement is to generate a ductile behaviour of a structure, so that cracks are better distributed and at the same time have small widths. By creating Excel tables, the minimum reinforcement content can be calculated for different heights, reinforcement diameters and concrete tensile strengths. The stress types "tension" and "pure bending" were considered separately. Based on the tables, comparisons could be made. The current Eurocode 2; Part 1-1:2004 and the Model Code have similarities. These provides content the same minimum reinforcement for small heights and decrease sharply with increasing ceiling height, whereby the minimum reinforcement content determined according to Eurocode; 2 Part 1-1:2004 decreases more strongly. The final draft of the Eurocode 2; Part 1-1:2018, which was published in May 2018, behaves like the SIA 262. The values for small heights differ more strongly but provide almost the same minimum reinforcement content with increasing ceiling height. Compared to Eurocode 2; Part 1-1:2004, the Final Draft proposes a much higher minimum reinforcement content. The next step would be to carry out and compare experimental tensile tests with reinforcement in accordance with the various standard provides.
- Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, den Mindestbewehrungsgehalt anhand von vier ausgewählten Normbestimmungen zu vergleichen. Diese sind die SIA 262, der Eurocode 2; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004, der Eurocode 2; prEN 1992-1-1:2018 und der fib Model Code 2010. Die Absicht der Mindestbewehrung ist es, ein duktiles Verhalten eines Bauwerks zu generieren, so dass Risse besser verteilt auftreten und zugleich kleine Rissbreiten aufweisen. Durch die Erstellung von Exceltabellen lässt sich der Mindestbewehrungsgehalt für unterschiedliche Höhen, Bewehrungsdurchmesser und Betonzugfestigkeiten berechnen. Dabei wurden die Beanspruchungsarten «Zug» und «Biegungen» getrennt voneinander betrachtet. Anhand der erstellten Tabellen konnten Vergleiche gemacht werden, welche interessante Ergebnisse lieferten. Der noch aktuelle Eurocode 2; Teil 1-1:2004 und der Model Code verhalten sich ähnlich. Diese liefern für kleine Höhen fast den gleichen Mindestbewehrungsgehalt und nehmen mit steigender Deckenhöhe stark ab, wobei der ermittelte Mindestbewehrungsgehalt nach dem Eurocode 2; Teil 1-1: 2004 stärker abnimmt. Der final Draft des Eurocodes 2; Teil 1-1:2018, welcher im Mai 2018 erschienen ist, verhält sich dagegen ähnlich wie die SIA 262. Die Werte für kleine Höhen unterscheiden sich stärker, liefern jedoch mit zunehmender Deckenhöhe fast den gleichen Mindestbewehrungsgehalt. Im Vergleich zum Eurocode 2; Teil 1-1:2004 schlägt der final Draft einen viel grösseren Mindestbewehrungsgehalt vor. Im nächsten Schritt wären experimentelle Zugversuche mit Bewehrung gemäss den verschiedenen Normenbestimmungen durchzuführen und zu vergleichen.
- Urheberrechtshinweis
- Veliu Mirlinda, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 20.11.2019
- Übergeordnete Sets
- 1