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Thema: Erdbebenbelastung von Hochhäusern

Umsetzung der Problemstellung im Rahmen des Wettbewerbs:
Ausgehend vom Hochhaus Taipei 101 sollen im Rahmen des diesjährigen Bauwettbewerbs von den Studierenden Gebäude aus handelsüblichem Papier konstruiert werden, welche einer Erdbebenbelastung möglichst gut gewachsen sind. Hierfür darf die Konstruktion durch zustätzliche Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung erweitert werden. Zunächst soll das Papiermodell eine entsprechende statische Grundlast tragen. Anschließend wird die Konstruktion in dynamischen Versuchen getestet. Hierbei werden Erbeben verschiedener Intensität mit Hilfe einer stoßartigen Fußpunkterregung simuliert.

Ausgegebenes Baumaterial:
• 50 Bögen Papier (DIN A3, 80 g/m2)
• 2 Tuben Papierkleber
• 1 Grundplatte 400mm × 300mm [unveränderbar]
• 1 Deckplatte 400mm × 300mm zur Aufnahme der Kopfmasse [bis auf 100mm × 100mm beliebig veränderbar]

Vorgaben zur Konstruktion der Papiermodelle:
• Die Gebäudehöhe (Grundplatte zur obersten Plattform) muß zwischen 1.00m und 1.20m betragen. Verzierungen mit zusätzlicher Höhe sind zulässig.
• Die gesamte Grundfläche des Gebäudes darf maximal auf die Größe der Grundplatte ausgedehnt werden. Oberhalb der Grundfläche darf der Querschnitt des Gebäudes größer sein.
• Mindestens 4 Stockwerke (horizontale Ebenen) sind einzubauen. Als oberste Ebene dient die ausgegebene Deckplatte, welche die Kopfmasse mittig tragen soll.
• Maximal 30mm über der Grundplatte soll ein größerer Freiraum im Gebäude vorhanden sein (Verkaufsraum), der es erlaubt, einen Prüfkörper mit den Abmessungen H × B = 250mm × 200mm hindurchzubewegen.
• Zusätzliche Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung dürfen vorgenommen werden, sofern die verwendeten zusätzlichen Bauteile, die nicht aus Papier bestehen, die Steifigkeit des Gebäudes nicht maßgeblich verändern.
Modelle, die gegen mindestens eine dieser Regeln verstoßen, werden vom Wettbewerb ausgenommen.

Ablauf der Testsequenz:
• statische Belastung:
Das Gebäude wird einem statischen Belastungstest durch Aufbringen einer Kopfmasse ms unterzogen. Die Belastung beträgt ein Vielfaches einer Einzelmasse von 0.5 kg. Die statische Belastung ist auf ms,max = 15 kg begrenzt. Die aufzubringende Masse wird im Vorfeld von der jeweiligen Gruppe bestimmt. Ein höhere statische Last wird entsprechend den Vorgaben der ,,Siegerformel” honoriert.
• Erdbebenbelastung:
Das Gebäude wird zunächst mit einer Kopfmasse mE = 2.0 kg belastet. Im anschließenden dynamischen Versuch werden uniaxiale Erbeben mit 2 Intensit¨aten simuliert. Hierfür wird das Gebäude auf einem Schlitten, welcher mit einem Seil über eine Umlenkrolle mit einer Masse (5.0 kg) verbunden ist, jeweils um den Weg l1 = 20 cm und dann um den Weg l2 = 40 cm ausgelenkt und gegen eine feste Barriere gefahren. Nach erfolgreicher Testreihe wird die Kopfmasse mE um jeweils 2.0 kg erhöht. Im Falle eines Einsturzes wird der Versuch abgebrochen und die letzte unbeschadet überstandene Simulation gewertet. Die maximale Kopfmasse ist auf ms,max = 10 kg begrenzt.

Ermittlung der besten Konstruktion (Sieger des Wettbewerbs)
Die beste Konstruktion – und damit Sieger im diesjährigen Bauwettbewerb – wird anhand der sogenannten ,,Siegerformel” ermittelt. Hierbei werden die verschiedenen Kriterien des Gebäudetests berücksichtigt und gewichtet.

Sieger wird die Konstruktion mit dem größten Wert für S.