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Einleitung

Bezogen auf den internati-onalen Wettbewerb „Taiwan Tower“ in Taichung befasst sich die Masterthesis mit dem Entwurf einer „Landmark“, eines 300m hohen Turms, für Taichung. Die Konzeption als neuartiges „Green-Tech-nologie-Building“, als Aus-sichtsturm und als neuer Ex-perimentalbau steht hier im Mittelpunkt, aber auch die partielle Nutzung als Büro- oder Wohnkomplex oder als Museum ist vorgesehen. So stellt sich der Versuch der Verschmelzung von klassisch funktionalen Hochhausstruk-turen mit der von Aussichts-türmen, à la Eifelturm, als ein Ziel der Arbeit dar. Für diese Realisierung sollen digitale parametrische Entwurfsme-toden auf Design, Statik und Ökologie des Turms ange-wandt und diese mit ein-ander Verknüpfen werden.

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Taichung Gateway Park

auf dem Gelände des ehema-ligen internatonalen Airports von Taichung entsteht der Tai-chung Gateway Park als neues Wirtschaftliches, kulturelles und ökologisches Zentrum von Tai-chung.Dieser beinhaltet als Mittel-punkt und Landmark, das 4,4 ha größe Geländer des Taiwan Towers um den sich die einzel-nen Distikte positionieren. Als Zentum des wissenschaftlichen und kulturenlles Distict, der der neuen Universität vorbehalten ist vermittelt das Areal, sowie der Taiwan Tower selbst, zwi-schen den Distikten sowie der dazwischenliegneden mäan-dernden Parkfläche.

Verkehrserschließung

der nördlich gelegenen High-way No. 1 erschließt den Tai-chung Gateway Park überre-gional und verteilt den Verkehr auf die Park Avenue 3 und die Road 30 M-83. Diese fassen das 4,4 ha große Baugebiet des Eco-Towers ein. Über die Road 30 M-83 wird der PKW-Verkehr aufgenommen und in das an-liegende Parkhaus des Towers geleitet. Das Besucherzentrum, welches an der Park Avenue 3 gelegen ist nimmt dann den an-kommenden Busverkehr, sowie fuß läufigen Verkehr über die Distrikte auf. Von dort aus kann man dann über die sternenför-mige Struktur der Parkanlage den Eco-Tower erschließen.

städtebaulicher Kontext

Das Areal des Eco-Towers ist im südlichen Teil des Gateway Parks verortet. Dort bildet es den zentralen Mittelpunkt aus, leitet aber in den mäandern-den Gateway park weiter. Des Weiteren werden die Erschlie-ßungsstraßen der Distrikte auf-genommen und führen ster-nenförmig auf den Eco-Tower. Dieser richtet sich durch seine Drehung einerseits nach Wes-ten auf den Dadu Berg und die Chinesische See aus um sie von den Aussichtsplattformen zu er-leben andererseits nordwestlich um die Hauptwindrichtung für die Windturbinen aufzunehme. Baulich wird die Leitkurve des wissenschaftlichen Distrikts auf-genommen um diesen mit der Landmark des Eco-Towers en-den zu lassen.

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Lageplan 1:5000

Öko-Technologie u. Experimentalbau

Green Energy Design

Im Design integrierte Wind- und Solarenergie-erzegung

Vertikale Gärten I Vertika-le Farmen

Einbindung in den Tai-chung Getway Park

Landmark u.Aussichtsturm

300m hoher Turm als Landmark

Aussichtplattformen auf verschiedenen Geschossen

Einbindung des Tai-chung Museums im Sockel und über alle Aussichtsplatformen als Rundgang

Büroflächen u.Forschungein-richtungen

partielle Nutzung des Turms durch Bü-ros und Forschungs-einrichtungen

partielle Nutzung Turms als Veranstal-tungsflächen

Das Raumprogramm kann in 4 große Gruppen unterteilt werden.Ein Office- und Wissenschaftsbereich zur Ansiedlung von innovativen Fir-men für neuartige ökologische Technologien. Der Bereich zur Erzeugung von Windenergie für die Erprobung von neuartigen regenerativen Ener-gien in Hochhausstrukturen. Der Bereich der „Vertikal gardens“, der als Erholungszone aber auch als Erprobungsfläche für „vertikal farming“ ge-nutzt werden kann. Verknüpft werden diese Bereiche durch das Taichung Museum, das sie als vertikales Museum und Aussichtsplattform durch das Hochhaus zieht und sich mit den „vertikal gardens“ verzahnt. Des Weiteren verknüpft es sich partiell mit dem Bereich der Windturbinen, wo man „fon-tier technologien“ live erleben kann.

Vorstudien

Raumprogramm

Anforderungen

Lageplan 1: 1500

Turbinen

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Innenperspektive Office

Grundriss Office 1:400

Grundriss vertical garden 1:400

Innenperspektive vertical garden

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mInnenperspektive Ausblick Turbine

Grundriss Museum 1:400

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Grundriss Lobby 1:400

Innenperspektive Aussichtsplatform

Schnitt 1:1000

Ansicht west 1:1000

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Formgenerierung

Die Generierung basiert auf zwei grundlegenden Überlegungen. Zum einen die vertikale Verteilung des differenzierten Raumprogramms und zum andern, die damit verbundenen Aufsplittung der Struktur in zwei parti-ell verbundene Türme. Diese Aufsplit-tung wird vor allem in den Bereichen der Windenergienutzung benötigt um eine maximale Durchströmung, so-wie minimale Windverschattung zu gewährleiste. Desweiten richten sich jeweils partielle Bereiche des Turms in verschiedenen Himmelsrichtun-gen aus um die möglichst optimale Nutzung zu gewährleisten. So drehen sich die Geschosse für die Energie-zeugung in die Hauptwindrichtung , die Bürostrukturen richten sich da-gegen eher in ein West-Ost Richtung aus.

Modulentwicklung

Klassische Hochhausstrukturen, wie tragende Kerne oder das Tube in Tube Prinzip, haben Jahrzehnte lang bestand, doch werden hierbei die Deckenplatten lediglich zur Ausstei-fung genutzt, tragen aber keine Ver-tikalen lasten ab. Der Grundsatz bei der Modulentwicklung bestand darin die klassischen Hochhausstrukturen aufzubrechen und die Deckplatten zu Abtragung vertikaler Lasten zu ak-tivieren und somit auch den Versuch der Materialminimierung zu starten. Hierbei werden im ersten Schritt die Deckenplatten in Längs- und Quer-richtung so gefaltet das sich hexa-gonale, sowie trigonale Strukturen entwickeln. Durch die Zusammen-schaltung zweier Module entwickeln sich drei statische Kerne, von denen zwei zur Erschließung und Versorgung genutzt werden. Durch die Faltung können im ersten Schritt Querkräfte besser in den Kern eingeleitet wer-den. Dennoch sind die Module auf die jeweilige Nutzung anpassbar. So kann durch die Punktverschiebung der Winkel, sowie Flächen angepasst werden. Dieser Schritt erfolgt später rein parametrisch und wird später in der parametrischen Generierung über die Maker-Boxen näher erläu-tert. Im zweiten Schritt werden die Geschossmodule vertikal auseinan-der geschoben um die gefalteten De-ckenstruckturen zu einem dreidimen-sionalen Megafachwerk verbunden um über die komplette Struktur die auftretenden Kräfte abzuleiten.

ModulentwicklungFormgenerierung I Raumprogramm

Turbinen

verticalgarden

Museum

Office

Faltung

klassische Hochhausstruktur

Zusammenschaltung

Punktverschiebung

Fachwerk

optimierte Dürchströmung

Windkraftanlagen verlieren in der Regel bis zu 40 Prozent der potentiellen Energie, weil der Windstrom nicht an den Turbinenschaufeln optimiert wurde.Die Eco Tower Wind Energie Generator beziehen sich auf das Design von Düsentriebwerken um diese Energieversch-wendung zu minimieren.

Der Tower Module nutzt zwei grundlegende physikalische Prinzipielles:1. Die Verringerung des Durchmessers des Windkanals erhöht die natürliche Windge-schwindigkeit.2. Durch Vereinigung von positiven und nega-tiven Windkraft am Standort der Turbine erhöht weiter die Windgeschwindigkeit

Dies erlaubt eine wirksame Energie-Erzeugung auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten. Die Wirkung des Windkanals passt sich effektiv an wechselnden Windrichtung im Winkel von bis zu 50 ° ohne Drehen der Turbinen an.Die rotierenden Schaufeln sind mit einer Reihe von Windleitern die den Wind auf den Rotor-lenken umgeben. Aufgrund der beschleunigten Windgeschwindigkeit und der die kleineren

Massive Betonstrukturen steigern den in-neren Komfort ohne HVAC Systems Die wichtigsten vier Faktoren, die mit dem in-nenräumlichen Komfort verbunden sind, sind: Wärme (thermische Umgebung), Geruch (Raumluftqualität), Licht (visuellen Umgebung) und Lärm (akustische Umgebung). Somit en-twickelte sich das Konzept der thermischen Speichers in dem massiven Gebäude. Das Konzept basiert auf gespeicherte Sonnenener-gie und gleicht die Temperatur im Gebäude entweder durch Kühlen oder Heizen der Zu-luft aus. Die Luft Swapping-System hält die Luftqualität in Innenräumen konstant. Riesige Öffnungen (Licht) zur Vermeidung künstlicher Beleuchtung erhöhen die Raumqualität. Die Sonneneinstrahlung ist ausreichend für das Pflanzenwachstum auf der vertical gardens und muss nicht mit künstlicher Belichtung unterstützt werden.

Low Tec Energy Management unterstützt durch HVAC Kontrol Komponenten

Geschlosssene Gebäude, bei denen der natür-liche Luftströmung fehlt erfordern zusätzliche HLK-Anlagen mit hohem Energieverbrauch. 1984 wurde in einem Bericht der Weltgesund-heitsorganisation vorgeschlagen, dass kün-stliche HVAC einen wichtigen Beitrag für die Entstehung des SBS (Sick Building Syndrome) war. Die zukunftsorientierte Strategie basiert auf der Kontrolle von Hitze und Kälte, die du-rch die Gebäudehülle und einer Minimierung der Verwendung von künstlichen HVAC basiert. Responsive Steuerungskomponenten inner-halb des Gebäudehülle helfen der Aufrech-terhaltung eines angemessenen Ausgleichs zwischen optimalem Wohnkomfort und ökolo-gischer Performance.

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thermisch aktive Gebäudeelemente unterstützt durch air swapping

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Durchströmung I massive StrukturDetail-Isometrie I Konstruktion

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top down I bottom up

Die grundlegende parametri-sche Idee ist die Verknüpfung der top down und bottom up Entwurfsstrategie. Hierfür wird das parametrische Modell in eine Maker-Geometrie und eine Modulgeometrie unter-teilt. Die Maker-Geometrie ge-neriert die Kubatur des Eco-To-wers und lässt so Ausrichtung, Geschosshöhen, Geschoss-größen und die Verknüpfung des Raumprogramms individu-ell steuern. Die Modulgeomet-rie kann, die dann als bottom up Strategie entworfen wird kann dann unabhängig auf die jeweilige Nutzung ange-passt und verändert werden. Über eine Zuweisung der un-terschiedlichen Module in die Maker-Boxen werden dann die Modelle mit einander ver-knüpft. So kann die Komplexi-tät des Gesamtmodells relativ lange auf einem leistungsfähi-gem Niveau gehalten werden.

Maker-Geometrie

Die Maker-Geometrie besteht aus 11 Makerboxen pro Ge-schoss. Somit insgesamt 308 Makerboxen bei 28 Geschos-sen. Jedes Geschoss ist als Doppelgeschoss anzusehen, da es aus dem Modul an sich und den Zwischengeschoss zwischen zwei Modulen be-steht. Die Modulgeometrie wird ebenfalls in 11 Segmente un-terteilt die dann entsprechend über einen Boundigbox in die Makerboxen verteilt werden. Dieser Schritt ist wichtig um jedes Geschoss, sogar Teilbe-reiche, individuell anpassen zu können aber keine Verzerrung der Kerne zu bekommen. So kann sichergestellt werden das die tragenden Erschließungs-kerne in jedem Geschoss über einander liegen. Am Ende er-hält man dann ein vollständig anpassbares Modell bei dem jedes differenzierte Modul an-passbar ist ohne die Gesamt-struktur zu ändern, aber sich jedes Modul bei der Änderung der Gesamtstruktur auf diese Form anpasst. Desweitern ist die Komplexität des Modells variabel , so können nur Teil-bereiche untersucht werden, für statische Berechnungen nur tragende Teile ausgegeben werden und für die Visualisie-rung das gesamte Modell mit sämtlichen Raumstrukturen ausgegeben werden.

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Master-Thesis I Robert Pohle

Professur Informatik in der ArchitekturVertr.-Prof. Dr.-Ing. Reinhard König

Professur TragwerkslehreProf. Dr. Ing. Jürgen Ruth

Bauhaus Universität Weimar