Windlasten – wie können Sie sich gegen Sturmschäden absichern?

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet) Loading...
merkle_blog_sturmschaeden

In unserer Beitragsreihe zur Absicherung bei Natureinflüssen widmen wir uns im folgenden Beitrag dem Thema Windbelastung.

Sturmschäden sind besonders dann ärgerlich, wenn sie sich bei einer richtigen Auslegung einer Anlage hätten vermeiden lassen.
Genauso ärgerlich ist es aber auch, wenn bauliche Maßnahmen vorgenommen wurden, die sehr teuer, aber eigentlich nicht notwendig sind.

Auch hier gilt: je mehr ich darüber weiß, wie sich meine Bauteile unter bestimmten Bedingungen verhalten, desto sicherer und auch billiger kann ich bauen.

Im obigen Beispiel einer PV-Anlage waren die Beschwerungselemente offensichtlich zu leicht für die auftretenden Windlasten. Überdimensionierte Elemente versagen zwar nicht, treiben aber den Preis nach oben.

Abbildung 1: Sturmschäden an einer PV-Anlage
Die Grundlagen

Ein umströmter Körper ist unterschiedlichen Drücken ausgesetzt. Unterschiedliche Drücke bedeuten Kräfte, die auf den Körper wirken.

Bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten kommt es zudem zu Wirbelablösungen, d.h. der Druck ist nicht konstant, sondern ändert sich periodisch (siehe Video 1).

Video 1: Wirbel an einem Kamin

Trifft nun die Frequenz, mit der diese Druckschwankungen auftreten, die Eigenfrequenz eines Gebäudes, einer Anlage oder eines Kamins, dann schaukelt sich das System in kürzester Zeit bis zum Versagen auf.

Aber auch wenn keine Eigenfrequenzen erregt werden, stellen die wechselnden Kräfte eine Belastung dar, welche dazu führen kann, dass z.B. die Schweißnähte eines Kamins ermüden und irgendwann mal reißen.

Bei Böen kann es zudem kurzfristig zu Belastungsspitzen kommen, die zu einer Überbeanspruchung führen.

Es ist also für eine Absicherung bei Windlasten wichtig zu wissen, welche maximalen Drücke und welche Druckschwankungen auf dem zu bewertenden Objekt auftreten, sei es eine PV-Anlage, ein Kamin, eine im Freien stehende Maschine oder ein Gebäude.

Die maximale Kraft F ist einfach zu bestimmen. Sie hängt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit c, dem Luftwiderstandsbeiwert cw-Wert, der Oberfläche A und der Dichte r der Luft zusammen. Die auf den Körper wirkende Kraft ergibt sich dann zu

Woher kennt man nun die kritische Windgeschwindigkeiten?

Ähnlich zum Erdbebenatlas gibt es einen Windatlas, der angibt, welche mittleren Windgeschwindigkeiten, aber auch welche maximalen Windgeschwindigkeiten an beliebigen Orten der Erde zu erwarten sind.

Abbildung 2: Windzonen

Ebenso wie beim Erdbeben ist es nicht sinnvoll, eine Struktur auf einen Jahrhundertsturm auszulegen, sondern auf einen Wert, der nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit überschritten wird.

Die Windlastnorm DIN EN 1991-1-4 NA zeigt, mit welchen Belastungen an einem Standort in Deutschland gerechnet werden muss und welche Drücke als Belastungen anzusetzen sind. Hierbei wird Deutschland vereinfacht in 4 verschiedene Windzonen eingeteilt.

Auch für die dynamischen Belastungen aufgrund periodischer Erregungen gibt es Abschätzungen, z.B. im Eurocode anhand der Strouhalzahl.

Darüber hinaus sind gibt es noch diverse internationale Normen wie z.B. IBC oder ASCE7.

Bei Merkle & Partner beherrschen wir alle Szenarien, wie Windlasten simuliert werden können. Von der transient gekoppelten Strömungs- / Struktursimulation (FSI=Fluid-Structure Interaction) bis hin zu vereinfachten aber schnellen Methoden, bei denen die Strömung nur über analytische Ansätze betrachtet und als reine Druckbelastung auf ein Strukturmodell (FE-Modell) angesetzt wird.

Mit den einschlägigen Normen sind wir bestens vertraut und bieten Ihnen genau das Verfahren an, das für Ihre Aufgabenstellungen das Richtige ist.

Rufen Sie uns an oder schreiben Sie uns. Wir zeigen Ihnen, wie auch Sie effizient Schwachstellen bei Windlasten erkennen können, oder auch, wenn alles in Ordnung ist, haben Sie dafür den normgerechten Nachweis.

Ihr Stefan Merkle

PS: Man muss nicht mit Kanonen nach Spatzen schießen, es ist aber wichtig, dass man die Kanonen in der Hinterhand hat, falls nicht nur Spatzen kommen.

Lesen Sie auch: Wie können Gebäude und Anlagen sicherer gegen den Einfluss von Erdbeben gemacht werden und wie kann man das berechnen?

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet) Loading...

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Themen auf dieser Seite

Neueste Beiträge

Schreiben Sie uns:

Stefan Merkle
Sie haben Fragen?
  • +49 (0) 7321 9343-0
  • kontakt@merkle-partner.de

Schau mal,

ich habe folgenden interessanten Beitrag bei Merkle & Partner GbR gefunden.
Share on xing
Share on linkedin
Share on twitter
Share on email
Share on facebook
Share on whatsapp

Newsletter

Ja, ich möchte mehr wissen über interessante Themen bei Merkle & Partner GbR. Bitte schicken Sie mir zukünftig den Newsletter.
Newsletter Anmeldung