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Freiformoptimierung im Stahlbau

Netzgenerierung und Analyse


1) Motivation

Die neuen Möglichkeiten durch den Einsatz von Computern in der Darstellung und Bemessung komplexer Gebäudeformen können zur Optimierung der Planung und Realisierung komplexer Bauaufgaben eingesetzt werden. Da bei gekrümmten Hüllkonstruktionen die große Herausforderung in der technischen Realisierbarkeit der angestrebten Form steckt, müssen mechanische und technische Randbedingungen in die Ausformulierung eines räumlich, ästhetischen Programms entscheidend miteinbezogen werden können. Das nötige Werkzeug gibt es jedoch noch nicht und ein Verfahren zur Ermittlung schneller Ergebnisse zur Auswirkung von mechanischen Parametern auf die Form wird benötigt. Die resultierende Geometrie (Architektur) aus diesem Iterationsprozess entsteht bereits in Übereinstimmung mechanischer, ästhetischer und gebrauchstauglicher Randbedingungen (Tragwerksberechnung, Dimensionierung, Fertigungstauglichkeit).

2) Ablauf einer Optimierung

Für die Optimierung von Gitterschalen wird eine Kombination verschiedener Software – Tools genutzt. Um bei der Optimierung verschiedene Ziele in die Ergebnissuche einbinden zu können, wird das Prinzip der “Multi-Objective Optimization” genutzt um mechanische, fertigungstechnische und gestalterische Randbedingungen abzustimmen

Abhängigkeit der Netzgeometrie von mechanischen Parametern eines Stabes
Programmatischer Ablauf einer Optimierung

 

3) Die Optimierungsziele

 Architektonische Ziele

·   Geringe Distanz der optimierten Freiformflächen zu
    Ausgangsfreiformfläche

·   Gleichmäßige Netzstruktur

Statisch-konstruktive Ziele

·   Die Momente an einem Stabanschluss minimieren

·   Kontrolle der Gitterschalenverformung infolge der
    Rotationssteifigkeit der Knoten

·   Knoten- und Stabgeometrie im Volumen und Querschnitt
    minimieren

Statisch-konstruktive Ziele der Glaseindeckung

·   Formoptimierung zur Eindeckung von Gitterschalen mit günstigen
    Scheibengeometrien