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28. Oktober 2024

B3.2 Windlasten für die Tragwerksplanung

Windlasten zeichnen sich durch ihre räumliche und zeitliche Veränderlichkeit aus und werden nach EN 1990 als veränderliche Einwirkungen eingestuft. Der charakteristische Wert Qk für veränderliche Einwirkungen ist in Abschnitt 4.1.2 Absatz (7) der Norm als oberer Wert einer festgelegten Überschreitungswahrscheinlichkeit für einen vorgegebenen Zeitraum definiert. Konkret wird auf das 98-%-Überschreitungsperzentil des Extremwertverlaufs für einen einjährigen Bezugszeitraum eingegangen.

Die Ermittlung von Extremwerten erfordert daher eine statistische Analyse von Druck-Zeitreihen, Windlasten oder deren Auswirkungen. Grundsätzlich ist zu beachten, dass die Windlasten keiner Gauß-Verteilung folgen und die Effekte der Windlasten nicht linear mit den Windgeschwindigkeiten korrelieren. In der üblichen Ingenieurpraxis erfolgt der Nachweis über normative Vorgaben, die eine Böengeschwindigkeit mit einem zugehörigen Druck- oder Kraftbeiwert definieren. Diese Koeffizienten beinhalten nun implizit die Extremwertstatistiken der Windlasten, im Gegensatz zu früheren Ansätzen, die auf Durchschnittswerten basierten. Die ausschließliche Verwendung von Extremwerten bei der Lastermittlung führt zu Herausforderungen hinsichtlich der Gleichzeitigkeit von aufgebrachten Windlasten (Korrelationseffekte). Alternative Ansätze, insbesondere im Brückenbau, beschreiben Wind über Mittelwerte und variable Anteile mit unterschiedlichen Sicherheitsfaktoren.

Ein direkter Übertrag von Extremwertstatistiken in andere Ergebnisse wie z. B. Winddruck, Windsog oder Schnittkräfte ist in Windlasten generell nicht möglich. Idealerweise müsste diese Methode auf jede einzelne Lastkombination angewendet werden. Die normativen Anforderungen beschränken sich jedoch auf den relativen Nachweis, dass der Bemessungswert der Ausnutzung aller kombinierten Einwirkungen Ed kleiner ist als der Bemessungswert der Beanspruchbarkeit Rd der Bauteile bzw. Konstruktion:

Ergänzend gilt zu beachten, dass moderne CFD-Simulationen und experimentelle Windkanalversuche an Bedeutung gewinnen, um komplexe Windlastszenarien genauer zu erfassen und die Interaktion zwischen Wind und Baukörper detaillierter zu analysieren. Eine genaue Kategorisierung der Anforderungen an numerische Untersuchungen ist daher notwendig, um den verschiedenen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden und die abgeleiteten, spezifischen Verfahren effizient auf unterschiedliche Untersuchungsobjekte und Ziele anwenden zu können.

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