Windlasten
Klimatisch bedingte Einwirkungen auf Bauwerke und Bauteile
Die Kenntnis über herrschende und zu erwartende Windverhältnisse ist für das Bauen von großer Bedeutung. Zur Bestimmung der Einwirkungen aus natürlichem Wind für die Bemessung von Gebäuden dienen die DIN EN 1991-1-4 Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen – Windlasten und der dazugehörige Nationale Anhang, DIN EN 1991-1-4/NA. Aufgrund des in Deutschland gültigen Windprofils darf die Norm für Bauwerke bis zu einer Höhe von 300 m angewendet werden.
Bild: Maximilian Ludwig, Berlin; Quelle: Deutscher Wetterdienst
Bild: Maximilian Ludwig, Berlin; Quelle: DIN EN 1991-1-4/NA
Bild: Yvonne Kavermann, Berlin
Windzonen und Geländekategorien
Wie sich natürlicher Wind auf ein Bauwerk auswirkt, ist einerseits abhängig von Form, Größe und Ausrichtung eines Gebäudes, andererseits von seinem geografischen Standort. Zur Berechnung der Windlasten werden daher das Windklima und die umgebende Geländestruktur berücksichtigt. Des Weiteren beeinflussen höhere oder nahe Nachbargebäude, Bäume sowie Hindernisse in der Umgebung die Windbelastung. Gemäß DIN EN 1991-1-4 ist Deutschland in vier geografische Windzonen eingeteilt, die regionale Unterschiede im Windklima erfassen. Eine Übersicht bietet die in der Norm enthaltene Windzonenkarte. Außerdem werden in der Norm vier Geländekategorien und zusätzlich zwei Mischprofile definiert. Die Verhältnisse im Übergangsbereich zwischen den Kategorien I und II beschreibt das „Mischprofil Küste“, zwischen den Kategorien II und III das „Mischprofil Binnenland“.
Ermittlung der Windlasten
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. Um Windsoglasten zu berechnen, werden der Geschwindigkeitsdruck (in Abhängigkeit von der Windzone, der Geländerauigkeit und der Gebäudehöhe) herangezogen sowie aerodynamische Beiwerte (in Abhängigkeit von Dachform, Dachneigung, Dachbereich und Unterlage). Der Winddruck wird aus den aerodynamischen Beiwerten und dem Staudruck ermittelt.
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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