Es ist daher unerlässlich, die Anforderungen für numerische Untersuchungen je nach Problemstellung und Definition der Zielsetzung in sinnvolle Gruppen einzuteilen. Damit lassen sich aus den sich ändernden Genauigkeitsanforderungen unterschiedliche Vorgehensweisen ableiten (siehe Tabelle 3).
Tabelle 3: Typische Mindestanforderungen an numerische Verfahren und Zuordnung zu Untersuchungssubjekten und Beispielfragen
| Kategorie | Klasse | Anforderung | Erläuterung |
|---|---|---|---|
| Genauigkeitsanforderungen | G1 | Qualitative Werte, geringe Genauigkeit | Für Vorstudien oder Entwurfsplanung; Aufwand und Detaillierungsgrad reduziert werden |
| G2 | Absolute Werte, mittlere Genauigkeit | Für Parameter- oder Vorstudien; höhere Genauigkeit, die für spätere Untersuchungen geplant ist | |
| G3 | Absolute Werte, definierte Genauigkeit | Quantitative Anforderungen mit statistischer Validierung gemäß Bemessungsaufgaben; nachweisbar auf der "sicheren" Seite liegt. | |
| Räumliche Anforderungen | r1 | Einzeln wirkende Windrichtungen | Analyse ohne Umgebungskonstruktionen, nur Schlüsselwindrichtungen |
| r2 | Solitär, alle relevanten Windrichtungen | Feine richtungsstufen, ohne umliegende Strukturen | |
| r3 | Zusammenspiel mit Nachbarbauwerken | Alle relevanten Windrichtungen, feine Richtungsinkremente | |
| r4 | Topographie und Gesamtheit | Berücksichtigt Topografie und Nachbarbebauung, alle relevanten Windrichtungen | |
| Zeitliche Anforderungen | Z1 | Statistische Mittelwerte | Für stationäre Strömungsprozesse; Schwankungen durch andere Maßnahmen erfasst werden |
| Z2 | Volle Zeitauflösung | Aktiviert detaillierte statistische Analysen; feine zeitliche Auflösung für Wirbelresonanzen und Strukturparameter. | |
| Z3 |
|
Quantitative Anforderungen mit statistischer Validierung gemäß Bemessungsaufgaben; nachweisbar auf der "sicheren" Seite liegt | |
| Statische Anforderungen | G1 | Statische Effekte | Statikmodell ohne Masse- und Dämpfungseigenschaften |
| G2 | Quasi-statische Berechnung | Ermittelt relevante Eigenfrequenzen und dynamische Eigenschaften | |
| S3 | Dynamische Modellierung | Volle Abbildung des zeitlichen Verhaltens; ohne wesentliche aerodynamische Änderungen infolge von Strukturverformungen. | |
| S4 | Aeroelastische Modellierung | Interaktion von Bauwerksantworten und aeroelastischen Lasten (Volumenkörper-Tragwerk-Interaktion) |
Je nach gewähltem numerischem Ansatz bzw. modellierungstechnischem Ansatz können Berechnungsergebnisse von unterschiedlicher Qualität und Aussagekraft erreicht werden. Generell lassen sich für die Eignung von Berechnungsverfahren folgende Unterscheidungen treffen, die dann entsprechend ihrer Einsatzzwecks ausgewählt werden können:
Tabelle 4: Gruppenzuordnung der numerischen Methoden in Bezug auf die Untersuchungsanforderungen
| Gruppe | Ergebnisse | Erläuterung |
|---|---|---|
| 1 | Durchschnittswerte | Eignet sich für Parameterstudien mit geringen Genauigkeitsanforderungen oder bei Verwendung von integralen Kraftbeiwerten. Auch anwendbar auf bestimmte Windkomfortnachweise |
| 2 | Mittelwerte und Standardabweichungen | Anwendbar für zeitabhängige Antwortgrößen wie z. B. Querschwingungen aus wirbelerregter Querschwingung oder Tragwerkslasten aus böigem Wind ohne inhärente Turbulenzeffekte. Spitzenfaktoren werden angenommen |
| 3 | Zeitreihe | Ermöglicht eine genaue Ermittlung der charakteristischen Lasten und der maximalen/minimalen lokalen Effekte. Entspricht Windkanalversuchen, stellt aber spezifische Anforderungen an die Strömungsmodellierung. Erforderlich für Effekte mit inhärenten Turbulenzanteilen |
| 4 | Dynamische Bauwerksantworten | Erforderlich bei signifikanter Fluid-Struktur-Interaktion (Aeroelastizität). Je nach Anwendungsfall können auch Verfahren aus den Gruppen 1-3 enthalten sein, bei denen lediglich eine einseitige Interaktion betrachtet wird |