3.4.1 Windlast

Windlast

In diesem Register können Sie die allgemeinen Parameter definieren, die für die Ermittlung der Windlast relevant sind.

Dieser Registerabschnitt steuert die Windrichtungen, die sich sowohl auf die Windexposition des Modells als auch auf die Anzahl der erzeugten Lastfälle auswirken. Der Winkel φ zum Festlegen der Windrichtungen bezieht sich auf die positive globale X-Achse des Modells. Die Drehung wird im Uhrzeigersinn um die positive Z-Achse definiert.

Sie können eine Konstante Teilung der Windrose durch gleichmäßige Schritte Δφ vornehmen. Je feiner die Teilungsschritte sind, desto mehr Lastfälle werden erstellt. Definieren Sie den Anfangswinkel φ_A (0° ist zur X-Achse ausgerichtet) und den Endwinkel φ_B der Verteilung.

Alternativ können Sie Manuell definierte Richtungen anwenden: Geben Sie die Werte der Winkel ein und trennen Sie sie durch Strichpunkte. Um benutzerdefinierte Richtungen zu speichern, klicken Sie auf die Schaltfläche und geben Sie eine Beschreibung ein. Klicken Sie auf die Schaltfläche , um eine benutzerdefinierte Liste der Windrichtungen zu importieren.

In diesem Abschnitt können Sie die Parameter der Windgeschwindigkeit und Turbulenz festlegen. Es gibt zwei Optionen für die Windgeschwindigkeit.

Die Windlast wird abhängig von normspezifischen Parametern in Abhängigkeit von der Gebäudehöhe ermittelt. Als Normen stehen EN 1991-1-4 [1], ASCE/SEI 7-16 und NBC 2015 [3] zur Auswahl. Das Bild oben veranschaulicht die mit EN 1991-1-4 verbundenen Parameter. Wenn eine andere Norm eingestellt ist, wird der Inhalt dieses Abschnitts an die Bestimmungen der Norm angepasst.

Wählen Sie für EN 1991-1-4 den Nationalen Anhang aus. Gegebenenfalls kann die relevante Windzone festgelegt werden. Verwenden Sie die Schaltfläche , um eine Karte mit der Windzone Ihres Landes zu öffnen.

Beim Doppelklick auf einen Ort der Karte wird die entsprechende Windzone in der Liste eingestellt.

Wählen Sie die Kategorie des Geländes in der Liste. Abhängig von Ihrem Nationalen Anhang stehen verschiedene Kategorien zur Verfügung.

Bei einigen Nationalen Anhängen ist die Windgeschwindigkeit auch von der Höhe H_S des Geländes abhängig. Der Wert kann manuell eingegeben werden.

Als Ergebnis aller Parameter wird der Grundwert der Basiswindgeschwindigkeit v_b,0 angezeigt. Aus diesem Wert wird das Windprofil unter Berücksichtigung der Gesamthöhe des Modells berechnet. Gemäß EN 1991-1-4 [1], 4.2 ist dieser Wert die charakteristische 10-minütige mittlere Windgeschwindigkeit unabhängig von Windrichtung und Jahreszeit in 10 m Höhe über dem Boden in offenem Gelände mit geringer Vegetation wie Gras und vereinzelten Hindernissen mit Abständen von mindestens 20 Hindernishöhen.

Sie können die Windgeschwindigkeiten jedes Niveaus sowohl in der linken Tabelle unten als auch im linken Diagramm rechts überprüfen.

Anstelle der Basiswindgeschwindigkeit können Sie die Mittlere Windgeschwindigkeit berücksichtigen. Gemäß EN 1991-1-4 [1], 4.3 hängt die mittlere Windgeschwindigkeit v_m(z) in einer Höhe z über dem Gelände von der Rauhigkeit des Geländes und der Orographie ab. Sie wird nach EN 1991-1-4 [1], Ausdruck (4.3) ermittelt. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die Auswirkungen des am Modell auftretenden Spitzengeschwindigkeitsdrucks durch eine spezifische Windkanalsimulation erfasst werden, die den Ansatz geringerer mittlerer Geschwindigkeiten ermöglicht. Wenn diese Option aktiviert wird, werden die Tabelle und das Diagramm aktualisiert.

Die Profile der mittleren Geschwindigkeiten v_m sind zum Beispiel im Nationalen Anhang für Deutschland, Tabelle NA.B.2. für die vier Geländekategorien angegeben.

Die Dichte der Luft ist abhängig von der Höhe, Temperatur, Feuchtigkeit und dem Luftdruck. Sie wirkt sich auf das dynamische Verhalten des Fluids aus.

Sie können alle Windprofile, die nicht in den verfügbaren Normen erfasst sind, in einem Tabellenblatt definieren. Geben Sie das Niveau z ein und weisen Sie die entsprechende Windgeschwindigkeit zu. [Enter] erstellt eine neue Tabellenzeile für das nächste Niveau.

Mit der Schaltfläche [Aus MS Excel importieren] kann eine bestimmte Druckkurve aus einer aktiven Excel-Tabelle importiert werden.

Das Geschwindigkeitsdiagramm wird dynamisch in der linken Grafik angezeigt.

Die Schaltflächen unterhalb der Tabelle haben die folgenden Funktionen.

Tabelle 3.2 Schaltflächen für benutzerdefinierte Diagramme

Schalt-fläche	Funktion
	Öffnet einen Dialog zur Auswahl eines benutzerdefinierten Windprofils
	Öffnet einen Dialog zur Eingabe eines Namens für das aktuelle Windprofil, um es zu speichern
	Exportiert das aktuelle Windprofil nach MS Excel
	Importiert ein Windprofil aus MS Excel
	Stellt die Standardeinstellungen wieder her
	Öffnet den Windows-Rechner, in dem Sie Werte berechnen können

Das Kontrollfeld und die Tabelle sind zugänglich, wenn die Option Einheitliche Turbulenz verwenden zum Berücksichtigen der Turbulenz deaktiviert ist (siehe unteren Abschnitt "Turbulenzeigenschaften"). Hier können beliebige Turbulenzprofile in einem Tabellenblatt definiert werden. Geben Sie das Niveau z ein und weisen Sie die entsprechende Turbulenzintensität zu. [Enter] erstellt eine neue Tabellenzeile für das nächste Niveau.

Mit der Schaltfläche [Aus MS Excel importieren] kann eine bestimmte Turbulenzkurve aus einer aktiven Excel-Tabelle importiert werden.

Die anderen Schaltflächen unterhalb der Tabelle sind in der Tabelle oben beschrieben.

Das Turbulenzintensitätsdiagramm wird in der rechten Grafik dynamisch dargestellt.

Für die Berechnung mit RWIND Simulation sind die Auswirkungen von Turbulenz wesentlich. Wenn Sie Turbulenz berücksichtigen möchten, aktivieren Sie diese Option. Die Auswirkungen der turbulenten Strömung sind durch chaotische Änderungen von Druck und Strömungsgeschwindigkeit gekennzeichnet, im Gegensatz zur laminaren Strömung. Weitere Erläuterungen finden Sie im Kapitel 'Turbulenz'.

Das Turbulenzmodell kann auf den Korrelationen zwischen k und Epsilon oder k und Omega basieren.

Die erste Option ist voreingestellt. Abhängig von der Auswahl können Sie entweder die turbulente Dissipationsrate ε oder die spezifische Dissipationsrate ω angeben. In einigen Fällen ist die Simulation mit k_ω stabiler als die mit k_ε.

Die fluktuierende Komponente des Windes wird z.B. durch die in EN 1991-1-4 [1], 4.4 oder ASCE/SEI 7-16 , 26.11.4 definierte Turbulenzintensität dargestellt. Dies ist die Standardabweichung der Turbulenz geteilt durch die mittlere Windgeschwindigkeit. Die empfohlenen Regelungen sind in EN 1991-1-4 [1], Ausdruck (4.7) oder ASCE/SEI 7-16 , Gl. (26.11-7) angegeben.

Mit der Option Einheitliche Turbulenz am Einlass verwenden können Sie die Intensität I als globalen Prozentsatz definieren, d.h. das Verhältnis des quadratischen Mittelwerts der turbulenten Geschwindigkeitsschwankungen und der gemittelten Geschwindigkeit an derselben Stelle über einen bestimmten Zeitraum. Ein idealisierter Luftstrom ohne jegliche Schwankungen der Luftgeschwindigkeit oder -richtung hätte einen Turbulenzintensitätswert von 0%. In Fällen mit hoher Turbulenz liegt die Turbulenzintensität typischerweise zwischen 5% und 20% (siehe CFD Online). Die Turbulenzintensität ist standardmäßig auf 1% eingestellt, um die meisten Fälle mit mittlerer und niedriger Turbulenz abzudecken. Wenn Sie die Option Einheitliche Turbulenz am Einlass verwenden deaktivieren, können Sie in der Tabelle Benutzerdefinierte Turbulenz die Turbulenzintensität für bestimmte Höhenniveaus definieren (siehe Abschnitt 'Windprofil').

Die Option Geländeniveau steuert, welcher Teil des Gebäudes dem Wind ausgesetzt ist. Der Standardwert ist null, das heißt, der Wind umströmt den tiefsten Punkt des Modells. Enthält das Modell beispielsweise ein Untergeschoss oder Fundamente, sollte das Geländeniveau entsprechend angepasst werden. Der Wert bezieht sich auf die Orientierung der globalen Z-Achse: Wenn sie nach oben zeigt, verschiebt ein positiver Wert das Modell nach unten. Wenn die Z-Achse jedoch nach unten zeigt, müssen Sie einen negativen Wert eingeben. Das Geländeniveau stellt einen globalen Wert dar, d.h. es ist nicht möglich, ein geneigtes Gelände zu definieren.