Die OptimierungderWindbelastung imBereichvon Formfindung des Hochhaus JiamingChen LehrstuhlfürArchitekturinformatik FakultätfürArchitektur TechnischeUniversitätMünchen
Die Optimierung der Windbelastung imBereichvon Formfindung des Hochhaus Lehrstuhl fürArchitekturinformatik Prof.Dr.-Ing.Frank Petzold PerformanceBased Design Assistants GerhardSchubert &Nils Seifert Student JiamingChen Matikel-Nr.03692867
Hintergrund Motivation Konzept Ziel des Projekts Kontext Prinzip Ergebnis Windbelastung-Test Potenzial 2 4 5 6 7 8 18 19 20 Inhaltsverzeichnis
2
Die Windlast gehörtzu den klimatisch bedingtenveränderlichen Einwirkungenauf Bauwerke oderBauteile. Sieergibtsich aus derDruckverteilungumein Bauwerk, welcheseinerWindströmung ausgesetztist. Sie wirktim Allgemeinenals Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche undsetzt sich vor allem aus Druck- und Sogwirkungenzusammen.So entsteht beieinemBauwerk an den frontalangeströmten Flächen durch die Strömungsverlangsamungein Überdruck (Winddruck).
ImBereich der Dach- undSeitenflächen löst sich die Luftströmungan den Gebäudekanten ab und bewirkt dorteinenUnterdruck(Sog).Durch denNachlaufwirbel wirdan derGebäuderückseiteebenfalls ein Unterdruck erzeugt. Wind ist als komplexe Naturgewalteinzustufen, weshalb der Mensch dieAuseinandersetzung mitder Beschaffenheitdes Windes lange Zeit mied. Soumgingen auch die alten Baumeister eine Ermittlung der Windlasten,indemsiemitHilfe desgroßenEigengewichtsdertraditionellenKonstruktionensicherstellten, dassVerkehrslasten kauminsGewicht fielen. ImLaufe der Zeit setzte sich jedoch der Wunsch des Menschennachhöheren und schlankerenBauten durch. Filigranität bedeutetjedoch gleichzeitigeine imVerhältniszurBauhöhegeringere Standfläche, sodass dieEinwirkungWind in der Folge an Wichtigkeit gewinnt. Mit zunehmendenAnforderungenandie Wirtschaftlichkeit unddem sichdaraus ergebendemHang zum Leichtbau, wächst die Schwingungsanfälligkeit unserer Bauwerke.
Die Bemessung filigraner Bautenfordert einerealitätsnahe Abbildung des Belastungsfalles Wind,ummöglichesVersageninfolgeMaterialermüdung,Einschränkungen der Gebrauchstauglichkeit oder dynamischer Belastungen zu verhindern.Dies spiegelt sich in den Normenwerkenwider,in welcheneine Entwicklung von eher pauschalen hinzu differenziertenundrealitätsnahenWindbeanspruchungen beobachtbarist.
Hintergrund
Hintergrund Heutzutag gibtes immermehr Architects,die während ihresEntwurfprocessdasgenerativeDesignbentezen, umeinlogischerundgraziöser Form zu erhalten. Währenddes ganzenProcessdes EntwurfsspielenvieleBedingungen einegroßeRolle.DerArchitecthatnur beschränkteFähigkeit alle Bedingungen gleichzeitgzu behandlen. Mitder Entwicklung der Computerwirschaft möchten immermehrArchitectsmitneuer Computerstechnik darstellen undentwerfen.Das generative Desgin ist deshalb eine sehr gutMöglichkeit fürdas sogenanntenProblemzu lösen. Mithilfe desgenerativenDesigns sindalleArchitectin derLage,viele Bedingungenvon demEntwurf zum logischem Parameter zu transformieren. Wenn derArchitekteine Logik sowie einAlgorithmusvon demEntwurf erstellt undgleichzeitig die Bedingungen als importige Parameters definiert, erhalten derArchitect automatic sehr vieleLösung fürein bestimmten Architekt Kontext. Dann habenwireine Frage. Was wirdpassieren, wenn wirdieses Entwurfsprocess mit demOptimierung der Windbelastung kombinieren?
3
Das Name von demProjekt ist die Optimierung der Windbelastung imBerich von Formfindungdes Hochhaus. Derzeit werden immermehrHochhaus in vieler Mege-Citygebaut.DieseStädt habenein großenBedüfnis von demHochhous,besonder in der Mittelder Stadt. Deshalb wirdein Hochhaus in Freiheit München gebaut.Aberes gibtsehr viele wichtigeBedingungen, diealleArchitektsaufpassen müssen, wenn Architect einHochhaus entwerfen möchten. zB, dieWindbelastungvondes Hochhaus. ImBereich des Hochhaus hat die Windbelastungeineentscheidende Einflussvonder Formdes Hochhaus. Gleichzeitig ist die Rechnung von Windbelastungnichtso einfach. Esstehtein Phänomen, die Architectsimmer einKonflictshaben,wenn Sie die Balancezwischen einerfreienForm undderWindbelastungsuchen. Aufgrunddiesem Hintergrundist es ziemlich spannd, dass wir das generativeDesign mit demOptimierung derWindbelastung kombinieren,umdiese beschränkte Bedingungalsein neuen Erfahren von Entwurfzu transportieren. Das Ziel von diesem Projekt ist, einenneuen Werkzug für Architekt bei Hochhaus-Entwurf zu definieren. Die Windbelastung ist nicht eine Beschränk für Architekt, sonderneine neue Weisebei Formfindung.
Motivation
4
5 Konzept Hochhaus Entwurf GenerativeDesign Windbelastung NeuerWerkzug
6 Ziel des Projekts EinbesseresFormfürdes Hochaus durchdas Processzu erhalten,damitdieWindbelastungdes Hochhous zu reduzieren. Kann manauch dadurchdas Strukturdes Hochhaus optimierenunddie Komplexität des Struktur vereinfachen. Einlogischer undgraziöser Form sowie mehrMöglichkeitendes Hochhaus zu entdecken.
7 Kontext Die Baugelände befindt sich inMünchenFreiheit.Dort ist einenbeste OrtfüreinHochhaus zu bauen. Gleichzeitig habenwirauch die Windrose vonStadtMünchen.
Wirhabeneine
mathematische Formel. Jenach dieser Formle kannman die Windbelastung von jeder Etagebekommen. Aber gibtes auch fünfverschiedene gesetzlicheTabelle. Muss mandamit alle richtige parameterbenutzen,umdie Windbelastungzu rechnen. Windlast Berechunung in kN/m2 welcheEtage Höhedes Hochhaus Tabelle1 Tabelle2 Tabelle3 Tabelle4 Tabelle5
8 Prinzip
9 Prinzip Tabelle1
10 Prinzip Tabelle2 Tabelle4 Tabelle3 Tabelle5
11 Prinzip Windlast Berechunung inKN/m2 Tabelle1 Tabelle2 welcheEtage Output inGrasshopper Form von jederEtage als Parameter1 Höhedes HochhausalsParameter2 Parameter3 Höhedes Hochhaus Tabelle3 Tabelle4 Tabelle5
12 Prinzip System des Projekts Die Datenbank Das Rechnenmodul DasVisualisierungmodul Die Variablen Das System des Projekts
13 Prinzip DieVariablen 2. 1.FormBefestigteVariblen Degree derCurve Anzahl des Kontrol-Punkts Die FlächevonderEtage Der Winkel von derEtage 3. Die Saatdes Algorithmus Die Windrichtung,Höhevon Etageund Anzahl derEtage
14 Prinzip Die Datenbank Alle gesetzliche Tabellenals ExcelFormular importieren
15 Prinzip Das Rechnenmodul privatevoidRunScript(List<double>FloorHeight,doubleBuildHeight,doubleAmount,double WideB,double WindZone, doubleTabelle2, doubleTabelle3, refobjectWindPresure) { //definea templist List<double> templist = newList<double>(); //calculation ofthe windpresure for(inti = 0;i < FloorHeight.Count;i++) { templist.Add(WindPresureCal(FloorHeight[i],BuildHeight, WideB,WindZone,Tabelle2,Tabelle3,Amount)); } //saveitasa list WindPresure = templist; } //<Custom additionalcode> //newfunctiontocolculatethewindpresureofeachfloors publicdoubleWindPresureCal(doublefh,doubleBuildHeight,doubleWideB,doubleWindZone, double Tabelle2,doubleTabelle3,doubleAmount) { double wp; wp = ((1+ Tabelle3 + (fh / BuildHeight) *0.055*Amount* 0.48)*WideB*Tabelle2*WindZone); return wp; } Hauptmodul FuncitonfürRechnen
16 Prinzip DasVisualisierungmodul Windrichtung Hochhaus GH Component Wir benutzen die rotFarbe,umdie Windbelastung zu visulieren. JedunkelerdieFarbeist, destohat mehr Windbelastungdiese Etage.
17 Prinzip DasProcess
18 Ergebnise 24 versichiedenebeste Ergebnise von1537 Varianten Rectangle Reguläres Polygon Polygon Curve
19 Windbelastung-Test NormaleForm Variante #1 Variante #2
1. Sturktur Jenach derErgebnis vonderRechnung kannmaneine beste Form erhalten. MithilfederLunchbox kann man dirktdas grundlagendStukturvon demganzen Projekt simulieren.
2.Fassde Rhino+Grasshopper Platformhatsehrviele ausgezeichnetPlugins. Deshalb könnenalleArchitekts je nach dieser Form eine freierundgraziöser Fassderealisieren.
3.AnalyseundSimulation NachhaltigBau ist einwichtiges Thema inDeutschland. JederGebäudesolldas Einfluss vondesKlimasund dieEnergiesimulierenundanalysieren. Sobladwirdie Ergibnis vonderAnalyseundSimulationerhalten,könnenwir das Entwurfweite verbessernundoptimieren.
20 Potenzial Außer Die Optimierung der Windbelastung imBereich vonFormfindung habenwirdiesesSystem eigentlichanderePotenziale.Die foglendedreiRichtunghat eng VerbindungmitdiesemSystem.
21 Impressum JiamingChen Matekel-Nr.:03692867 3.Semester