Windlasten

Klimatisch bedingte Einwirkungen auf Bauwerke und Bauteile

Windlasten gehören zu den klimatisch bedingten Einwirkungen auf Bauwerke und Bauteile. Als Grundlagen zur Bestimmung der Windlasten an Gebäuden dienen die DIN EN 1991-1-4 Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten und der dazu gehörige Nationale Anhang, DIN EN 1991-1-4/NA. Beide gelten für Gebäude und ingenieurtechnische Bauwerke mit einer Höhe von bis zu 300 m.

Die Auswirkungen des natürlichen Windes auf ein Bauwerk sind abhängig von der Form, der Größe, der Ausrichtung, dem Standort und den dynamischen Eigenschaften des jeweiligen Gebäudes. Zur Berechnung der Windlasten werden Parameter wie das Windklima und die umgebende Geländestruktur berücksichtigt, da auch höhere oder nahe Nachbargebäude sowie Hindernisse in der Umgebung Einfluss auf die Windbelastungen haben. DIN EN 1991-1-4 teilt Deutschland in vier geografische Windzonen bzw. Geländekategorien ein, regionale Unterschiede im Windklima sind in einer Windzonenkarte erfasst:

  • Geländekategorie I: Offene See, Seen mit mindestens 5 km freier Fläche in Windrichtung, glattes, flaches Land ohne Hindernisse. Rauigkeitslänge z0 - 0,01 m, Profilexponent U - 0,12

  • Geländekategorie II: Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern oder Bäumen, z.B. landwirtschaftliche Gebiete. Rauigkeitslänge z0 - 0,05 m, Profilexponent U - 0,16

  • Geländekategorie III: Vorstädte, Industrie- oder Gewerbegebiete, Wälder. Rauigkeitslänge z0 - 0,30 m, Profilexponent U - 0,22

  • Geländekategorie IV: Stadtgebiete, bei denen mindestens 15% der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe 15 m überschreitet. Rauigkeitslänge z0 - 1,05 m, Profilexponent U - 0,30
Die auf ein Gebäude wirkende Windlast setzt sich aus (positiven) Druck- und (negativen) Sog-Kräften zusammen, die im Allgemeinen als sogenannte Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche wirken. Im Normalfall wirken die höchsten Windlasten auf die Gebäudeecken und -kanten. So entsteht beispielsweise durch eine Strömungsverlangsamung an den frontal angeströmten Flächen eines Gebäudes Unterdruck. Diese Luftströmung löst sich an den Gebäudeecken- und -kanten ab und schafft dort einen Unterdruck (Sog). Dies hat zur Folge, dass durch Nachlaufwirbel an der Gebäuderückseite ebenfalls ein Unterdruck erzeugt wird. Die Nachlaufturbulenzen können sich auch auf angrenzende schlanke Bauwerke und Schornsteine in Reihen- oder Gruppenanordnung auswirken und sind zu berücksichtigen.

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