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Bauingenieurwissenschaften Master Information
1. Semester
Vertiefungsfächer
Vertiefung in Konstruktion
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
101-0117-00LTheory of Structures IIIO3 KP2GB. Stojadinovic
KurzbeschreibungThis course focuses on the axial, shear, bending and torsion load-deformation response of continuous elastic prismatic structural elements such as rods, beams, shear walls, frames, arches, cables and rings. Additional special topics, such as the behavior of inelastic prismatic structural elements or the behavior of planar structural elements and structures, may be addressed time-permitting.
LernzielAfter passing this course students will be able to:
1. Explain the equilibrium of continuous structural elements.
2. Formulate mechanical models of continuous prismatic structural elements.
3. Analyze the axial, shear, bending and torsion load-deformation response of prismatic structural elements and structures assembled using these elements.
4. Determine the state of forces and deformations in rods, beams, frame structures, arches, cables and rings under combined mechanical and thermal loading.
5. Use the theory of continuous structures to design structures and understand the basis for structural design code provisions.
InhaltThis is the third course in the ETH series on theory of structures. Building on the material covered in previous courses, this course focuses on the axial, shear, bending and torsion load-deformation response of continuous elastic prismatic structural elements such as rods, beams, shear walls, frames, arches, cables and rings. Additional special topics, such as the behavior of inelastic prismatic structural elements or the behavior of planar structural elements and structures may be addressed if time permits. The course provides the theoretical background and engineering guidelines for practical structural analysis of modern structures.
SkriptLecture notes "Theory of Structures III"
LiteraturMarti, Peter, “Baustatik: Grundlagen, Stabtragwerke, Flächentragwrke”, Ernst & Sohn, Berlin, 2. Auflage, 2014

Bouma, A. L., “Mechanik schlanker Tragwerke: Ausgewählte Beispiele der Praxis”, Springer Verlag, Berlin, 1993.
Voraussetzungen / BesonderesWorking knowledge of theory of structures, as covered in ETH course Theory of Structures I (Baustatik I) and Theory of Structures II (Baustatik II) and ordinary differential equations. Basic knowledge of structural design of reinforced concrete, steel or wood structures. Familiarity with structural analysis computer software and computer tools such as Matlab, Mathematica, Mathcad or Excel.
101-0127-00LStahlbeton III Information O3 KP2GW. Kaufmann
KurzbeschreibungDie Vorlesung ergänzt und vertieft die Vorlesungen Stahlbeton I und II hinsichtlich der Tragwerksanalyse und Bemessung von Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen. Im Zentrum stehen statische und kinematische Verfahren der Plastizitätstheorie für Balken, Scheiben und Platten und ihre Anwendung, insbesondere bei der der Tragsicherheitsbeurteilung bestehender Bauwerke.
LernzielVertiefung der Kenntnisse des Trag- und Verformungsverhaltens von Stahlbeton und Spannbeton; Kenntnis verfeinerter Modelle und Fähigkeit zur Anwendung auf allgemeine Problemstellungen, insbesondere die Tragsicherheitsbeurteilung bestehender Bauwerke; Kenntnis der Anwendungsgrenzen plastischer Bemessungsverfahren und Befähigung zur Überprüfung ihrer Anwendbarkeit.
InhaltGrundlagen (Tragwerksanalyse, Grenzwertsätze der Plastizitätstheorie, Anwendbarkeit von Traglastverfahren); Scheiben und Träger (Spannungsfelder und Fachwerkmodelle, Bruchmechanismen, Verformungsvermögen, Scheibenelemente mit Fliessbedingungen und Last-Verformungsverhalten); Platten (Gleichgewichtslösungen, Fliessbedingungen, Bruchmechanismen, Querkraft in Platten); Vorspannung von Flächentragwerken; Langzeiteinflüsse; Ergänzungen.
SkriptAutographie siehe http://www.kaufmann.ibk.ethz.ch/lehre/masterstudium/stahlbeton-iii.html
LiteraturMarti, P., Alvarez, M., Kaufmann, W. und Sigrist, V., "Tragverhalten von Stahlbeton", IBK Publikation SP-008, Sept. 1999, 301 pp.
Muttoni, A., Schwartz, J. und Thürlimann, B.,: "Bemessung von Betontragwerken mit Spannungsfeldern", Birkhäuser Verlag, Basel, 1997, 145 pp.
101-0137-00LStahlbau IIIO3 KP2GM. Fontana, R. Bärtschi, M. Knobloch
KurzbeschreibungVertiefen/Erweitern der theoretischen Grundlagen und konstruktiven Belange unter Einbezug ausführungstechn. und wirtschaftl. Aspekte, wie konstr. Gestaltung/Bemessung von Kranbahnen. Verbundbauteile, Teilverbund, Gebrauchstauglichkeit. Brand/Brandschutz, Feuerwiderstandberechnungen, Stabilitätsprobleme. Profilbleche und Kaltprofile. Oberflächenschutz, Qualitätssicherung und Preisbildung.
LernzielVertiefen und Erweitern der theoretischen Grundlagen und konstruktiven Belange des Stahlbaus unter Einbezug ausführungstechnischer und wirtschaftlicher Aspekte.
InhaltKonstruktive Gestaltung und Bemessung von Kranbahnen. Verbundbauteile im Hochbau (Verbundträger, Verbundstützen, Verbundblechdecken), Teilverbund, Gebrauchstauglichkeit. Brandschutz: Brandschutzziele und -konzepte, die Einwirkung Brand, Feuerwiderstandberechnung von Stahl- und Verbundbauteilen. Ergänzungen zu Stabilitätsproblemen und nichtlinearer Berechnung. Profilbleche und Kaltprofile als Tragelemente, Konstruktion und Bemessung als Biege- resp. Schubelemente. Oberflächenschutz von Stahlbauteilen. Qualitätssicherung und Preisbildung.
SkriptAutographieblätter
Folienkopien
Literatur- Stahlbauhandbuch 1 und 2, Stahlbau-Verlags-GmbH, Köln
- Stahlbaukalender 2000, Ernst + Sohn, Berlin, 1999
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Stahlbau I und II
101-0187-00LStructural Reliability and Risk Analysis Information W3 KP2GS. Marelli
KurzbeschreibungStructural reliability aims at quantifying the probability of failure of systems due to uncertainties in their design, manufacturing and environmental conditions. Risk analysis combines this information with the consequences of failure in view of optimal decision making. The course presents the underlying probabilistic modelling and computational methods for reliability and risk assessment.
LernzielThe goal of this course is to provide the students with a thorough understanding of the key concepts behind structural reliability and risk analysis. After this course the students will have refreshed their knowledge of probability theory and statistics to model uncertainties in view of engineering applications. They will be able to analyze the reliability of a structure and to use risk assessment methods for decision making under uncertain conditions. They will be aware of the state-of-the-art computational methods and software in this field.
InhaltEngineers are confronted every day to decision making under limited amount of information and uncertain conditions. When designing new structures and systems, the design codes such as SIA or Euro- codes usually provide a framework that guarantees safety and reliability. However the level of safety is not quantified explicitly, which does not allow the analyst to properly choose between design variants and evaluate a total cost in case of failure. In contrast, the framework of risk analysis allows one to incorporate the uncertainty in decision making.

The first part of the course is a reminder on probability theory that is used as a main tool for reliability and risk analysis. Classical concepts such as random variables and vectors, dependence and correlation are recalled. Basic statistical inference methods used for building a probabilistic model from the available data, e.g. the maximum likelihood method, are presented.

The second part is related to structural reliability analysis, i.e. methods that allow one to compute probabilities of failure of a given system with respect to prescribed criteria. The framework of reliability analysis is first set up. Reliability indices are introduced together with the first order-second moment method (FOSM) and the first order reliability method (FORM). Methods based on Monte Carlo simulation are then reviewed and illustrated through various examples. By-products of reliability analysis such as sensitivity measures and partial safety coefficients are derived and their links to structural design codes is shown. The reliability of structural systems is also introduced as well as the methods used to reassess existing structures based on new information.

The third part of the course addresses risk assessment methods. Techniques for the identification of hazard scenarios and their representation by fault trees and event trees are described. Risk is defined with respect to the concept of expected utility in the framework of decision making. Elements of Bayesian decision making, i.e. pre-, post and pre-post risk assessment methods are presented.

The course also includes a tutorial using the UQLab software dedicated to real world structural reliability analysis.
SkriptSlides of the lectures are available online every week. A printed version of the full set of slides is proposed to the students at the beginning of the semester.
LiteraturAng, A. and Tang, W.H, Probability Concepts in Engineering - Emphasis on Applications to Civil and Environmental Engineering, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 2007.

S. Marelli, R. Schöbi, B. Sudret, UQLab user manual - Structural reliability (rare events estimation), Report UQLab-V0.92-107.
Voraussetzungen / BesonderesBasic course on probability theory and statistics
101-0157-01LStructural Dynamics and Vibration ProblemsW3 KP2GB. Stojadinovic, V. Ntertimanis
KurzbeschreibungFundamentals of structural dynamics are presented. Computing the response of elastic and inelastic single-DOF, continuous-mass and multiple-DOF structural systems subjected to harmonic, periodic, pulse, impulse, and random excitation is discussed. Practical solutions to vibration problems in flexible structures excited by humans, machinery, wind and explosions are developed.
LernzielAfter successful completion of this course the students will be able to:
1. Explain the dynamic equilibrium of structures under dynamic loading.
2. Use second-order differential equations to theoretically and numerically model the dynamic equilibrium of structural systems.
3. Model structural systems using single-degree-of-freedom, continuous-mass and multiple-degree-of-freedom models.
4. Compute the dynamic response of structural system to harmonic, periodic, pulse, impulse and random excitation using time-history and response-spectrum methods.
5. Apply structural dynamics principles to solve vibration problems in flexible structures excited by humans, machines, wind or explosions.
6. Use dynamics of structures to identify the basis for structural design code provisions related to dynamic loading.
InhaltThis is a course on structural dynamics, an extension of structural analysis for loads that induce significant inertial forces and vibratory response of structures. Dynamic responses of elastic and inelastic single-degree-of-freedom, continuous-mass and multiple-degree-of-freedom structural systems subjected to harmonic, periodic, pulse, impulse, and random excitation are discussed. Theoretical background and engineering guidelines for practical solutions to vibration problems in flexible structures caused by humans, machinery, wind or explosions are presented. Laboratory demonstrations of single- and multi-degree-of-freedom system dynamic response and use of viscous and tuned-mass dampers are conducted.
SkriptThe electronic copies of the learning material will be uploaded to ILIAS and available through myStudies. The learning material includes: the lecture presentations, additional reading material, and exercise problems and solutions.
LiteraturDynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, 4th edition, Anil Chopra, Prentice Hall, 2014

Vibration Problems in Structures: Practical Guidelines, Hugo Bachmann et al., Birkhäuser, Basel, 1995

Weber B., Tragwerksdynamik. http://e-collection.ethbib.ethz.ch/cgi-bin/show.pl?type=lehr&nr=76 .ETH Zürich, 2002.
Voraussetzungen / BesonderesKnowledge of the fundamentals in structural analysis, and in structural design of reinforced concrete, steel and/or wood structures is mandatory. Working knowledge of matrix algebra and ordinary differential equations is required. Familiarity with Matlab and with structural analysis computer software is desirable.
051-0551-00LEnergie- und Klimasysteme I Information
Auslaufender Studiengang nach Reglement BSc 2011.
W2 KP2GA. Schlüter
KurzbeschreibungIm ersten Semester des Jahreskurses werden die wesentlichen physikalischen Prinzipien, Konzepte, Komponenten und Systeme für die effiziente und nachhaltige Versorgung von Gebäuden mit Wärme, Kälte und Luft behandelt. Abhängigkeiten und Interaktionen zwischen technischen Systemen und dem architektonischen und städtebaulichen Entwerfen werden aufgezeigt.
LernzielZiel der Vorlesung ist die Kenntnis der physikalischen Grundlagen, relevanten Konzepte und technischen Systeme für die effiziente und nachhaltige Versorgung von Gebäuden bzw. Distrikten mit Wärme, Kälte und Frischluft. Mittels Erlernen überschlägiger Berechnungsmethoden wird die Ermittlung relevanter Grössen und die Identifikation wichtiger Parameter geübt. Auf diese Weise können passende Ansätze für den eigenen Entwurf ausgewählt, qualitativ und quantitativ bewertet und integriert werden.
Inhalt1. Einführung und Überblick
2. Heizen und Kühlen
3. Thermische Speicher
4. Distriktenergiesysteme
5. Aktive und passive Lüftung
SkriptDie Folien der Vorlesung dienen als Skript und sind als download erhältlich.
LiteraturEine Liste weiterführender Literatur ist am Lehrstuhl erhältlich.
101-0177-00LBuilding Physics: Moisture and Durability Information W3 KP2GJ. Carmeliet, T. Defraeye
KurzbeschreibungMoisture transport and related degradation processes in building and civil engineering materials and structures; concepts of poromechanics and multiscale analysis; analysis of damage cases.
Lernziel- Basic knowledge of moisture transport and related degradation processes in building and civil engineering materials and structures
- Introduction to concepts of poromechanics and multiscale analysis
- Application of knowledge by the analysis of damage cases
Inhalt1. Introduction
Moisture damage: problem statement
Durability

2. Moisture Transport
Description of moisture transport
Determination of moisture transport properties
Hysteresis
Transport in cracked materials
Damage and moisture transport in cracked media

3. Poromechanics
Moisture and mechanics: poro-elasticity
Poro-elasticity and salt crystallisation
Poro-elasticity and damage
Case studies

4. Multiscale analysis
Problem statement
Multiscale transport model
Multiscale coupled transport - damage model
101-0167-01LFibre Composite Materials in Structural EngineeringW3 KP2GM. Motavalli
Kurzbeschreibung1) Lamina and Laminate Theory
2) FRP Manufacturing and Testing Methods
3) Design and Application of Externally Bonded Reinforcement to Concrete, Timber, Masonry, and metallic Structures
4) FRP Reinforced Concrete, All FRP Structures
5) Measurement Techniques and Structural Health Monitoring
LernzielAt the end of the course, you shall be able to

1) Design advanced FRP composites for your structures,

2) To consult owners and clients with necessray testing and SHM techniques for FRP structures,

3) Continue your education as a phd student in this field.
InhaltFibre Reinforced Polymer (FRP) composites are increasingly being used in civil infrastructure applications, such as reinforcing rods, tendons and FRP profiles as well as wraps for seismic upgrading of columns and repair of deteriorated structures. The objective of this course is on one hand to provide new generation of engineering students with an overall awareness of the application and design of FRP reinforcing materials for internal and external strengthening (repair) of reinforced concrete structures. The FRP strengthening of other structures such as metallic, timber and masonry will also be shortly discussed. On the other hand the course will provide guidance to students seeking additional information on the topic. Many practical cases will be presented analysed and discussed. An ongoing structural health monitoring of these new materials is necessary to ensure that the structures are performing as planned, and that the safety and integrity of structures is not compromised. The course outlines some of the primary considerations to keep in mind when designing and utilizing structural health monitoring technologies. During the course, students will have the opportunity to design FRP strengthened concrete beams, apply the FRP by themselves, and finally test their samples up to failure.
Skript1) Power Point Printouts
2) Handouts
Literatur1) Lawrence C. Bank, Composites for Construction: Structural Design with FRP Materials, John Wiley & Sons, ISBN-13: 978-0471-68126-7

2) fib bulletin 14, Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures, 2001

3) Eckold G., Design and Manufacture of Composite Structures, ISBN 1 85573 051 0, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England, 1994
Voraussetzungen / Besonderes1) Laboratory Tours and Demonstrations: Empa Structural Engineering Laboratory including Smart Composites, Shape Memory Alloys, Large Scale Testing of Structural Components
2) Working with Composite Materials in the Laboratory (application, testing, etc)
101-0637-01LHolz und HolzwerkstoffeW3 KP2GA. Frangi, I. Burgert, G. Fink, M. Fontana, R. Steiger
KurzbeschreibungKennenlernen der charakteristischen Eigenschaften des Holzes als anisotroper poröser Werkstoff und optimaler Einsatz im Holzbau. Geschichte, ökol. Aspekte, Gefüge, Trocknung/Feuchtigkeitsaufnahme, Schwinden, mech. Verhalten, viskoelastisches Verh., Holzabbau/-schutz, zerstörende Mechanismen, konstr. und chem. Holzschutz, Sortieren, Brandverhalten.
Vollholz, Brettschichtholz und Holzwerkstoffen.
LernzielHolz ist der weltweit bedeutendste nachwachsende Roh-, Bau- und Werkstoff. Aufgrund seiner biologischen Herkunft hat Holz einen kapillarporösen, zelligen und daher ausgeprägt anisotropen Gefügeaufbau, der im Makro-, Mikro- und Nanogefüge zudem sehr inhomogen ist. Holz besteht aus teilkristalliner Cellulose als Armierungssubstanz und amorphem Lignin als Matrixsubstanz; es ist daher hygroskopisch und schwindet und quillt bei Holzfeuchteänderungen. Es ist zudem biologisch abbaubar und brennbar.
Zwischen diesen grundlegenden Eigenschaften, die grösstenteils auch die Holzwerkstoffe (Derivate von Holz) kennzeichnen, und den Werkstoffeigenschaften bestehen enge Zusammenhänge. Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, die charakteristischen Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen besser kennenzulernen, um diese im Holzbau optimal einzusetzen.
InhaltÖkonomische und ökologische Aspekte des Holzbaus (Trends weltweit und in der Schweiz; das Ökoprofil des Baustoffs Holz)
Nano- bis Makrogefüge von Nadel- und Laubholz
Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen. Die besondere Bedeutung der feuchtephysikalischen Eigenschaften
Die Holztrocknung als wichtiger Verarbeitungsschritt
Abbau- und Schädigungsmechanismen biotischer und abiotischer Art
Konzept und Elemente eines integrierten Holzschutzes: Baulich-konzeptionelle und detailkonstruktive Massnahmen, richtige Materialwahl, chemische und physikalische Behandlungen, Oberflächenbeschichtung
Bauteile aus Vollholz, Brettschichtholz und Holzwerkstoffen.
Brandverhalten, Brandschutz: Brandschutzkonzepte, Feuerwiderstand, konstruktive Massnahmen
Beispiele
SkriptAbdrucke der gezeigten Folien, ergänzende Schriften
Literatur- U. Lohmann: Holzhandbuch, 2. Aufl., DRW-Verlag Stuttgart, 1982
- R. von Halasz, C. Scheer (Hrsg.): Holzbau-Taschenbuch, Band 1: Grundlagen, Entwurf und Konstruktionen, 8. Aufl., Verlag Ernst & Sohn, Berlin., 1986
Voraussetzungen / BesonderesDie Vorlesung ist mit einer halbtägigen Exkursion verbunden.

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Baustoffkunde
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