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Beitrag zur Lösung ingenieurtechnischer Entwurfsaufgaben unter Verwendung Evolutionärer Algorithmen
(2003)
In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Anwendung Evolutionärer Algorithmen an baupraktischen Problemen. Der Einfluss unterschiedlicher Selektionsmethoden, Rekombinationsmethoden sowie der Einfluss von Mutation und Populationsgröße auf Sucheffizienz und Ergebnis werden erörtert. Die erzielten Erkenntnisse fliessen in die Definition Evolutionärer Strategiewerte ein, die als Grundlage für die Formulierung eines robusten Evolutionären Algorithmus dienen. Evolutionäre Algorithmen werden mit einem wachstumsorientierten Algorithmus erweitert (hybride Evolutionäre Algorithmen), um eine Steigerung der Effizienz bei der Lösungssuche zu erzielen. An ausgewählten Stahlkonstruktionen - Hallen, Wassertank, Dachkonstruktion - wird die Leistungsfähigkeit von robusten Evolutonären Algorithmen und den entwickelten hybriden Evolutionären Algorithmus überprüft.
Die Dissertation erschließt der deutschen Forschung die derzeit weltweit vergebenen nationalen Umweltzeichen. Dabei steht nicht der politische Kontext, sondern die gestalterisch-formale und inhaltliche Standortbestimmung, Analyse und Interpretation der Zeichenfamilie im Vordergrund. Teil I der Arbeit unterwirft den Untersuchungsgegenstand einer semiotischen Analyse nach Umberto Eco und diskutiert die Umweltzeichen im Kontext von graphischen Zeichen, Markenzeichen, Piktogrammen und Emblemen. Ein kurzer Abriss der Geschichte von Natur- und Welt-, d.h. Globusdarstellungen lotet den Bildervorrat aus, auf den zur Darstellung von 'Umwelt' zurückgegriffen werden kann. Das Umweltzeichen-Design, so zeigt sich, arbeitet mit den rhetorischen Figuren des pars pro toto bzw. des totum pro parte, um die kulturelle Einheit von /Umwelt/ und /Umweltschutz/ graphisch zu fassen. Teil II, der Hauptteil der Arbeit, besteht aus der ikonographischen Analyse und ikonologischen Interpretation aller nationalen Umweltzeichen gemäß Theorie und Methode von Aby Warburg und Erwin Panofsky. In 30 Kapiteln werden für jedes Zeichen Informationen zu Design und Designer/in, Entstehungsjahr, Abbildungsvorschriften und Intentionen der Vergabeinstitutionen zusammengestellt und die Vor-Bilder und Hintergründe zu einer ikonographisch-ikonologischen Deutung zusammengetragen. Insbesondere für die in der Arbeit detaillierter analysierten Zeichen aus Deutschland, Japan, Kanada, den USA, Österreich und Skandinavien ermöglicht die Untersuchung tiefe Einsichten in die Kulturgeschichte des jeweiligen Vergabelandes. Erkenntnisinteresse der Arbeit ist für jedes einzelne Zeichen die Entschlüsselung des (inter)kulturellen Bildgedächtnisses zum Thema /Umweltschutz/ vor dem Hintergrund der Herkunftskultur und ihrer nationalen Mythen. Farbgebung und Zeichenbildungsstrategien zeigen beim Untersuchungsgegenstand den Verzicht auf Signalement und Originalität. Neue nationale Umweltzeichen werden mehr und mehr aus dem Bildervorrat bestehender Umweltzeichen geschaffen. Die synchrone Vernetzung der Zeichen tritt gegenüber der diachronen Verankerung im Bildervorrat der Herkunftskultur immer stärker in den Vordergrund. Obwohl international einheitliche Gestaltungsrichtlinien fehlen, entsteht so eine globale Zeichentradition. Angesichts insbesondere des Designs und Re-Designs asiatischer Zeichen drängt sich abschließend die Frage auf, ob die eigentliche Zielgruppe der nationalen Umweltzeichen noch der einheimische Konsument ist oder ob – insbesondere in den Schwellenländern – die nationalen Umweltzeichenprogramme zum außenpolitischen Instrumentarium geworden sind, mit dem man sich in der Staatengemeinschaft positioniert.
Krankenhäuser sind heute äußerst komplexe Objekte, in denen komplizierte funktionale Anforderungen zusammen stoßen, die nur mit Hilfe einer sehr intensiven technischen Ausstattung zufrieden stellend gelöst werden können. Sie sind durch die medizintechnische Ausrüstung, die zum Teil sehr hohen hygienischen Anforderungen, die Patientenansprüche sowie die schärferen wirtschaftlichen Bedingungen gekennzeichnet. Gleichzeitig haben Krankenhäuser einen sehr hohen Energieverbrauch, der ein großes Einsparpotenzial beinhaltet, das vor dem Hintergrund der schlechteren Verfügbarkeit und der ökologischen Probleme des CO2-Ausstoßes durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie der Notwendigkeit einer gesicherten Energieversorgung eine zunehmende Bedeutung hat. Die energetische Struktur eines Gebäudes wird entscheidend in den frühen projekt- und Entwurfsphasen für die gesamte Lebensdauer des Gebäudes festgelegt. Der Architekt und andere Entscheider benötigen daher Instrumente, um diese Struktur einfach bestimmen und beurteilen zu können. Hierfür ist eine energetische Analyse und die Definition des Einflusspotenzials des architektonischen und baukonstruktiven Entwurfes auf den Energieverbrauch notwendig. Darauf aufbauend werden spezifische flächenbezogene Energieaufwandszahlen gebildet, wodurch eine energetische Beurteilung unabhängig von konkreten Entwürfen möglich wird. Durch die Definition von optimalen energetischen Strukturen einzelner Referenzbereiche von Krankenhäusern wird ein Maßstab geschaffen, an dem die tatsächlichen Entwürfe gemessen werden können, um daraus dimensionslose flächenbezogene Energieaufwandszahlen bilden zu können. Diese stellen Kennzahlen für die energetische Struktur von Entwürfen dar, wodurch eine Vergleichbarkeit sowohl bei einzelnen Bereichen des Krankenhauses wie auch beim gesamten Gebäude hergestellt wird. Energetisch vorteilhafter ist eine flächige Gebäudestruktur mit einer direkten Zuordnung der Technikzentralen zu den angeschlossenen Versorgungsbereichen. Die Schaffung von optimierten Installationsbedingungen ermöglicht eine energieoptimierte Struktur der Technischen Ausrüstung und ist beim Entwurf zu berücksichtigen.
Die Dissertation adressiert das Gebiet der Entwicklung von (räumlicher) Präsenz in computer-generierten virtuellen Umgebungen im speziellen und virtueller Architektur im besonderen. Der erste Teil motiviert die Arbeit, führt in die Terminologie ein und beschreibt die grundlegenden Prinzipien der virtuellen Realität (VR) und von VR-basierter Architektur. Der Schwerpunkt liegt auf sogenannten immersiven VR-Systemen. Der folgende Teil erarbeitet den theoretischen Hintergrund der Entwickling von Präsenz unter besonderer Beachtung philosophischer und kognitiver Ansätze. Ein eigenes Kapitel widmet sich der Klassifikation von Präsenz-Faktoren unter dem Gesichtspunkt der praktischen Gestaltung virtueller Architektur. Letztendlich werden verschiedene empirische Untersuchungen vorgestellt, die die entwickelten Ansaetze evaluieren und beschreiben. Die Ergebnisse werden im Kontext des architektonischen Gestaltens diskutiert.
Das Langzeittragverhalten von Stützen aus Holz wird entscheidend von der Größe der Dauerlast und dem umgebenden Klima beeinflusst. Im Gegensatz zu Biegeträgern haben diese Effekte auch Einfluss auf den Grenzzustand der Tragfähigkeit und sind unmittelbar Gegenstand von Sicherheitsaspekten. Der Eurocode 5 beachtet dies überhaupt nicht, während in DIN 1052 (2004:08) Hinweise zur Bemessung gegeben sind. Da der Baustoff Holz infolge seines Wuchscharakters stark streuende Materialparameter aufweist, ist es kaum möglich, Experimente in ausreichendem Umfang durchzuführen. Gegen eine solche experimentelle Untersuchung sprechen auch die zu erwartenden hohen Kosten sowie die langandauernden Versuche unter Klimabeanspruchung. Aus diesem Grund wird auf virtuelle Versuche mit Hilfe des Computerprogramms ISOBEAM zurückgegriffen. Dazu sind allerdings abgesicherte Materialmodelle wichtig, die hier an Experimenten mit Klein- und Kleinstproben sowie mit Versuchkörpern baupraktisch relevanter Abmessungen angepasst wurden. Mit diesem verifizierten Modell war es möglich, gezielt Parameterstudien durchzuführen. Der Einfluss der Einbauholzfeuchte auf das hygrothermische Langzeittragverhalten wurde genauso untersucht wie der der Nutzungsklasse und der Querschnittsabmessungen. Die Ergebnisse der virtuellen Versuche dienten zum einen der Überprüfung der Vorgehensweise nach DIN 1052 (2004:08) und zum anderen zur Anpassung neuer Vorschläge zur Bemessung. Es wurde Wert darauf gelegt, dass sich die Vorschläge neuer Bemessungskonzepte an die bestehenden normativen Bemessungsregeln anlehnen. Zum einen wurde das Bemessungsverfahren nach Theorie II. Ordnung um eine weitere Ausmitte zur Berücksichtigung des Kriechens ergänzt, zum anderen wurde beim Ersatzstabverfahren der Beiwert entsprechend modifiziert. Alternativ ist es möglich, den Modifikationsbeiwert neu an die virtuellen Versuchsergebnisse anzupassen. Die Einbauholzfeuchte wurde ebenfalls über einen zusätzlichen Modifikationsfaktor berücksichtigt.