Bauwettbewerb 2011 - Erdbebenbeanspruchung von Hochhäusern

Aufgabenstellung

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 standhalten können. Hierfür darf die Konstruktion durch zusätzliche Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung erweitert werden. Zunächst soll das Papiermodell aber auch eine sinnvolle 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 200mm × 300mm zur Aufnahme der Kopfmasse [bis auf 100mm × 100mm beliebig verkleinerbar]

Das Baumaterial wird am 29. November 2011 von 8:00 bis 17:00 Uhr am Institut für Mechanik, Geb. 10.30, von Herrn Wendler (Werkstatt im EG) ausgegeben. Zur Ausgabe müssen alle Gruppenmitglieder anwesend sein.

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 eine oder mehrere dieser Regeln verstoßen, werden vom Wettbewerb ausgenommen.
Die Modelle werden am 13. Dezember 2011 am Institut für Mechanik (Geb. 10.30) bei Herrn Wendler (EG) zwischen 8:00 und 17:00 Uhr abgegeben. Eine nachträgliche Veränderung des Modells ist dann nicht mehr möglich.

Ablauf der Testsequenz:
statische Belastung:
Das Gebäude wird einem statischen Belastungstest durch Aufbringen einer Kopfmasse m_s unterzogen. Die Belastung beträgt ein Vielfaches einer Einzelmasse von 0,5 kg. Die statische Belastung ist auf m_s,max = 15 kg begrenzt. Die aufzubringende Masse wird im Vorfeld von der jeweiligen Gruppe bestimmt. Eine höhere statische Last wird entsprechend den Vorgaben der “Siegerformel” honoriert.
Erdbebenbelastung:
Das Gebäude wird zunächst mit einer Kopfmasse m_e = 2,0 kg belastet. Im anschließenden dynamischen Versuch werden uniaxiale Erbeben simuliert. Nach erfolgreicher Testreihe wird die Kopfmasse m_e 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 m_s,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.

[FORMEL]

mit
M_s = 15 kg Referenzmasse für die statische Belastung
α_s = 2.0 Gewichtungsfaktor für die statische Belastung
α_e = 0.7 Gewichtungsfaktor für Erdbebenbelastung
l_ref = 40 cm Referenzwert für die Auslenkung des Schlittens
P_ref = 100 dB Referenzgröße für den Applaus des Publikums
α_p = 0.4 Gewichtungsfaktor für die Publikumsbewertung

Sieger wird die Konstruktion mit dem größten Wert für S.