Dimensionierung von Blitzschutzsystemen nach Eurocode

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1 KOMPONENTEN & PERIPHERIE Kiel Hamburg Schwerin Rostock Windzone 1 22,5 m/s 25 m/s Essen Dortmund Düsseldorf Köln Bremen Hannover Berlin Potsdam Magdeburg Halle Leipzig Dresden Erfurt Chemnitz 27,5 m/s 30 m/s Bonn Frankfurt Wiesbaden Würzburg Nürnberg Saarbrücken Mannheim Regensburg Stuttgart Augsburg Freiburg München 01.arte (Wiedergegeben mit Erlaubnis des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Maßgebend für das Anwenden der DIN-Norm ist deren Fassung mit dem neuesten Ausgabedatum) Dimensionierung von Blitzschutzsystemen nach Eurocode Wetterextreme, wie höhere Windgeschwindigkeiten, mehr Stürme und starke Niederschläge, nehmen infolge der globalen Erderwärmung zu. Vor allem im Bereich Windlast stellt dies Konstrukteure, Planer und Installateure vor neue Herausforderungen. Neben den Gebäudekonstruktionen sind auch Fangeinrichtungen betroffen. Deren Auslegung und Dimensionierung haben sich mit Erscheinen der Eurocodes im Juli 2012 geändert. Text: Christian Braun, Jürgen Kürzinger e e e e e tungen als Teil von Blitzschutzanlagen spielt das Thema Windlast eine große Rolle. Immer komplexere bauliche Anlagen erfordern auf Gebäuden auch immer komplexere Fangeinrichtungen. Das Spektrum reicht von einfachen Fangstangen bis hin zu aufwendigen Fangsystemen. Bei direkter Montage von Fangeinrichtungen an Dachaufbauten ist zu beachten, dass zusätzliche Kräfte/Momente in diese eingeleitet werden. Basis hierbei bildet die durch die Fangstange resultierende Windangriffsfläche sowie das Eigengewicht. Bei der Dimensionierung von Fangeinrichtungen sind unterschiedliche Belastungen zu berücksichtigen. Im Bereich der Biegebeanspruchung spielt neben den Dimensionen auch die Beschaffenheit des Materials eine wesentliche Rolle. Bei frei stehenden Fangeinrichtungen, wie Fangmasten, ist neben der Biegebeanspruchung auch das Kippmoment ausschlaggebend. Wichtig hierbei sind vor allem 1-2/2015

2 02 J ategorie I: Offene See; Seen mit mindestens 5 km 03 J! ""# J $ % & ' freier Fläche in Windrichtung; glattes, flaches Land ohne Hindernisse Gehöften, Häusern oder Bäumen, zum Beispiel landwirtschaftliches Gebiet 04 J ategorie III: Vorstädte, Industrie- oder Gewerbe- 05 J ategorie IV: Stadtgebiete, bei denen mindestens gebiet; Wälder 15 % der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe >15 m ist Ingenieur 4.0 Duales Hochschulstudium für Elektrotechnik 3WCNKȨ \KGTGP 5KG UEJQP JGWVG OKV WPU +JTGP 0CEJYWEJU XQP OQTIGP Duales Bachelor-Studium zum Elektrotechnik-Ingenieur/in Verbindung von Theorie und Praxis als Schlüssel zum Erfolg Vermittlung von technischen Inhalten in den Bereichen: Automation, Elektrische Energietechnik, Energie- und Umwelttechnik, Medizintechnik und Elektronik Studienangebot orientiert am Bedarf der Wirtschaft Keine Einarbeitungszeit bei Übernahme der Absolventen Aktiver Dialog zwischen Ausbildungsunternehmen und Hochschule ienst u d i o n s t a g t rma 15 info z 20 r ä M 07. DHBW Mannheim Seit über 40 Jahren bietet die DHBW gemeinsam mit Unternehmen aus der Wirtschaft duale Studiengänge an. Als heute größte Hochschule in Baden-Württemberg gehört sie auf diesem Gebiet zu den erfahrensten und erfolgreichsten Hochschulen. Allein in Mannheim studieren über Studierende an der DHBW in Kooperation mit rund Unternehmen. Coblitzallee Mannheim Telefon: +49 (0) info@dhbw-mannheim.de 1-2/ I() *+,-)echpartner Prof. Dr. Michael Ullmann Studiengangsleiter Elektrotechnik Tel.: (0621) michael.ullmann@dhbw-mannheim.de

3 KOMPONENTEN & PERIPHERIE Anwender-Workshop Steuerungslösungen mit Tiefgang :30-16:00 Uhr e Standfläche sowie das zugehörige Sockelgewicht. Beide Faktoren zusammen erzeugen das notwendige Gegenmoment. Normative Situation 0 1e e e 2e34 ee 5 3e46 e e e e e 7 0e 0 dem Thema Windlast. Für die Auslegung seiner Produkte verwendete Dehn+Söhne [1] im Bereich Blitzschutz bisher die Normen DIN [2] sowie DIN V 4131 [3] als Dimensionierungsgrundlage. In der inzwischen zurückgezogenen DIN wird auf die windlasttechnischen Einwirkungen bei Tragwerken Bezug genommen. Die DIN 4131 bezieht sich inhaltlich auf die Auslegung von Antennentragwerken aus Stahl. Inhalte: DE FGEHF K DHEFF L>: SPS aus der Ferne sicher im Vollzugriff M Möglichkeiten und Sicherheitsmechanismen beim Fernzugriff Remoteservice unabhängig von Land und Provider Fernwartungskonzepte und Realisierungsbeispiele Workshop Teil 2: 14:00-16:00 Uhr Praxisworkshop M Aufbau eines Fernwartungszugangs mittels VPN Technik Konfigurationsbeispiele für mobile und drahtgebundene Systeme Der Workshop ist auf 10 Teilnehmer begrenzt. Die Teilnahmegebühr beträgt EUR 99,00 netto zzgl. MwSt. In dieser Gebühr sind enthalten: Teilnahme am Workshop, Tagungsunterlagen, Erfrischungsgetränke während des Workshops und ein Mittagessen. a) Böenwindgeschwindigkeit b) Böenwindgeschwindigkeit c) Böenwindgeschwindigkeit Böenwindgeschwindigkeit d) km/h Windzone 1 90 km/h Windzone 1 90 km/h Windzone 1 90 km/h Windzone 1 Anmeldung unter: order-s@berghof.com m 300 Objekthöhe über Flur 06 = 8! J!afen a bis d zeigen die Abhängigkeiten der Einflussfaktoren in den jeweiligen Geländekategorien (a I: Offene See; b II Freifläche; c III: Vorstadt; d IV: Stadtgebiet) / 1-2/2015 oder Anmeldung unter:

4 h4 F W4 h3 F W3 h2 l F W2 2 h/h1 1 F W1 F Abs r Abs r Arm 1 07 Z[&\ ][$$[ Z^[$# _![\ `[ 08 ab!ei stehende Fangstange einwirkende Windkräfte 0 O PQRP e e 7 0e 0 S e e e Eurocodes ersetzt. Bei Eurocodes handelt es sich um eine europaweite Vereinheitlichung von Regeln für die Bemessung im Bauwesen (Tragwerksplanung). Die Eurocodes umfassen 58 Normen der Reihe DIN EN 1 bis Folgende Eurocodes gibt es: Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke, Eurocode 2: Betonbau, Eurocode 3: Stahlbau, Eurocode 4: Verbundbau, Eurocode 5: Holzbau, Eurocode 6: Mauerwerksbau, Eurocode 7: Grundbau, Eurocode 8: Erdbeben, Eurocode 9: Aluminiumbau. Die bis dato verwendete Norm DIN wurde in den Eurocode 1 als DIN EN [4] integriert. Zudem wurde die DIN V 4131 in den Eurocode 3 als DIN EN [5] aufgenommen. Somit bilden diese beiden Normen jetzt die Basis für die Auslegung von Fangeinrichtungen für Blitzschutzsysteme von Dehn + Söhne. Außerhalb von Deutschland sind zudem nationale Anhänge NA zu berücksichtigen. Diese definiert jedes europäische Land selbst und sie weichen inhaltlich erheblich voneinander ab. Faktoren wie beispielsweise die Geländekategorie oder der Staudruck sind durchaus unterschiedlich bemessen und bei der statischen Berechnung zu berücksichtigen. Die Parameter der Windkraft T e U e U 5 6 ev X e 5 0 bedingt veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke oder Bauteile. Sie ergibt sich aus der Druckverteilung um ein Bauwerk, welches einer Windströmung ausgesetzt ist. Bei Fangstangen wirkt somit die Windlast immer senkrecht zur Angriffsfläche und kann dadurch auch als Flächenlast bezeichnet werden. Somit entsteht durch diese Last eine Druckwirkung auf die Fangstange. Infolge der Luftverwirbelung um die Fangstange entsteht neben der Druck- auch eine Sogwirkung. Beides zusammen Druck- und Sogwirkung wird als Windlast oder Windkraft bezeichnet. Für die Bestimmung der Windkraft sind Standort- sowie Umgebungsparameter ausschlaggebend. Neben der Windzone und der Geländekategorie sind auch die Standorthöhe sowie die Objekthöhe für die Bewertung wichtig. Deutschland ist entsprechend den Grundwerten der Basis windgeschwindigkeit in verschiedene Windzonen unterteilt (Bild 1). Die Geländekategorien definieren die Umgebung um ein bauliches Objekt (Bild 2 bis Bild 5). Zusätzlich sind die Einflussfaktoren Höhe über Flur (Gebäudehöhe/Objekthöhe) sowie Normalhöhennull (NHN) zu bestimmen. Durch Kombination der unterschiedlichen Faktoren erhält man die Böenwindgeschwindigkeit, welche als Basis für die Auslegung von Fangeinrichtungen sowie Installationen zu verwenden ist. Bestimmung der Böenwindgeschwindigkeit T e 1Ve e 5e e e e e Ye Gebäudestandort sowie der Situation. Die Bilder 6a bis 6d verdeutlichen die Abhängigkeiten der Einflussfaktoren. Das nachfolgende Beispiel verdeutlicht die Berechnung der Böenwindgeschwindigkeiten entsprechend der Windzone. Mit den Parametern Geländekategorie III: Vorstadt, Industriegebiet, Gebäudehöhe: 40 m Höhe über Meeresspiegel: bis max. 800 m NHN 1-2/ N

5 UODQG KOMPONENTEN & PERIPHERIE OPC UA auf dem Weg zum weltweiten IoT Standard" 09 j!achtung eines statisch unbestimmten Systems Stefan Hoppe Vice President OPC Foundation & OPC Board member Industrie 4.0 bedeutet vor allem Kommunikation auf e 3 e e 1Ve e 5e U X e R RPd km/h, in von 142 km/h, in von 156 km/h und in von 170 km/h. der Grundlage von einheitlichen Datenstandards. Dabei geht es um die Vernetzung von Unternehmen, Anlagen Auslegung von Fangeinrichtungen und Prozessen von Herstellern, Lieferanten und Kun- f statisch bestimmtes System wird beispielsweise eine frei stehende Fangstange betrachtet (Bild ). Auch Fangstangen, welche direkt an Geländer montiert werden, sind als statisch bestimmte Systeme zu werten. Da diese Systeme keine zusätzlichen, von der Fangeinrichtung entfernten Befestigungspunkte, wie zum Beispiel die Dehniso-Distanzhalter, haben, lassen sie sich alleine mit den Gleichgewichtsbedingungen betrachten. Bei der Bewertung eines statisch bestimmten Systems fließen entsprechend Eurocode 1 folgende, durch die verwendeten Materialkomponenten definierten Parameter mit ein: Strukturbeiwerte (dynamischer Faktor, wie Eigenschwingung), Kraftbeiwert (aerodynamischer Faktor, wie Strömungsverhalten), Böengeschwindigkeitsdruck, Bezugsfläche (Windangriffsfläche) und Sicherheitsbeiwerte (Kippen, Spannung). Entsprechend der Windangriffsfläche, welche eine Fangeinrichtung dem Wind bietet, resultieren daraus die senkrecht wirkenden Windkräfte (Bild ). Eine Windlastbetrachtung zeigt, ob ausreichende Materialfestigkeit sowie Standsicherheit (Sicherheit gegen Kippen) gegeben sind. Bei Letzteren ist vor allem die Standfläche als auch das Sockelgewicht ausschlaggebend. Statisch unbestimmte Systeme sind Konstruktionen, welche über die grundlegenden geltenden Gleichgewichtsbedigungen hinausgehen. Somit sind Fangstangen, welche mittels einer zusätzlichen Befestigung, wie dem DehnisoDistanzhalter) auf Abstand befestigt werden, als statisch unbestimmtes System zu werten. Bei dieser Art von Systemen sind gesonderte Betrachtungen nötig, welche nur mit großem Aufwand durchgeführt werden können (Bild ). Hierbei bietet Dehn + Söhne seine Unterstützung mit an. den. Normen und Standards öffnen die Märkte. Ohne den Schutz von Daten und Know-how unternehmensübergreifender Produktionsprozesse ist Industrie 4.0 undenkbar" (aus: VDMA Januar 2015). Die einzige mir derzeit bekannte Kommunikationstechnologie in der Fabrik, die Sicherheitsaspekte mit eingebaut hat, und auch Potential für die Herausforderungen einer Industrie 4.0 bietet, ist OPC UA", so Holger Junker, Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, Bonn (November 2014). Der Vortrag berichtet über den Stand der Adaption von der RFID Gruppe AutoID bis in die Microsoft Azure Cloud. Weitere Teilnehmer 2015: &RPSXWHU 6XSSRUWHG 0DQXIDFWXULQJ 6\VWHPV Optimierung von Blitzschutzsystemen your ticket to all buses c ANWENDER-WORKSHOPS I TREND-SESSIONS I FACHAUSSTELLUNG 7e3e e e0 g e he 5 e i e e e T 0e e Fangeinrichtungen bietet auch die exakte Windlastbetrachtung Vorteile. Die Firma Dehn + Söhne weißt zukünftig für ihre Produkte die jeweilige maximale Böenwindgeschwindigkeit aus. Das erleichtert es beispielsweise bei frei stehenden Fangeinrichtungen das notwendige Sockelgewicht in Abhängigkeit der Standortparameter zu bestimmen. Dadurch erhält man neben einer statischen Sicherheit auch eine mögliche Reduzierung der Dachlast /2015

6 Fazit 10 ` [ _! [ \ $! j [ & klmnomlpnqlmnl rstt lmtl uvlm nwlxltylz {z m hohe Fangstange mit klappbarem Dreibeinstativ, zum Schutz von Dachaufbauten, mit drei, sechs sowie neun Betonsockeln errichtet werden. Die Betonsockel werden an einem Dreibeinstativ mit einem Radius von 560 mm einzeln oder gestapelt befestigt/gekeilt. Die unterschiedliche Anzahl an Betonsockeln führt zu verschiedenen Gegenmomenten, während die Biegespannung in der Fangstange gleichbleibend ist. Aufgrund der Basisparameter ergeben sich folgende maximalen Böenwindgeschwindigkeiten: Fangstange mit drei Betonsockeln à 17 kg: maximale Böenwindgeschwindigkeit 124 km/h Fangstange mit sechs Betonsockeln à 17 kg: maximale Böenwindgeschwindigkeit 167 km/h Fangstange mit neun Betonsockeln à 17 kg: maximale Böenwindgeschwindigkeit 188 km/h Soll nun beispielsweise eine Fangstange auf einem Gebäude mit den Parametern Gebäudehöhe: 10 m, Standort: Windzone 1 und Geländekategorie III: Vorstadtgebiet, errichtet werden, ergibt sich eine maximale Böenwindgeschwindigkeit von 103 km/h. Somit sind für die Errichtung der Fangstange drei Betonsockel à 17 kg ausreichend (Bild ). Errichtet man nun die gleiche frei stehende Fangstange im Küstenbereich, bräuchte man jedoch neun Betonsockel à 17 kg zur Befestigung. Schließlich ergäbe sich aus der und der Geländekategorie I bei gleichbleibender Gebäudehöhe (10 m) eine maximale Böenwindgeschwindigkeit von 174 km/h. }lxt ~mlwlw nlmw Januar 2015 in seinem neuen Produktkatalog eine einfache Möglichkeit, schnell und zielführend Fangeinrichtungen entsprechend den Einsatzbedingungen auszuwählen. Die spezifische ortsabhängige Betrachtungsweise der Windlasten ermöglicht die Planung und Errichtung von windlasttechnisch optimierten Blitzschutzsystemen nach dem Stand der Technik. Bei der Betrachtung der Windlast nach Eurocode ergeben sich je nach Geländekategorie, Windzone und Objekthöhe, in der Praxis für den Planer und Errichter reduzierte Anforderungen für Material und Montageaufwand. Gerade bei Geländekategorien III oder IV und Gebäuden mit geringer Höhe, welche in der Praxis häufig vorkommen, kann der neu anzuwendende Eurocode hinsichtlich des Preises und/oder Gewichts zu optimierten Lösungen führen. Der Materialeinsatz und der Montageaufwand kann sich somit reduzieren. (no) Literatur = \ Z \ J$]% G, Neumarkt [2] DIN : Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 4: Windlasten. Berlin: Beuth [3] DIN V 4131: Antennentragwerke aus Stahl. Berlin: Beuth [4] DIN EN : Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Berlin: Beuth [5] DIN EN : Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 3-1: Türme, Maste und Schornsteine - Türme und Maste. Berlin: Beuth Autoren Christian Braun [t Produktmanager Äußerer Blitzschutz DACH-Region bei der Dehn + Söhne GmbH + Co. KG. in Neumarkt. christian.braun@dehn.de Jürgen Kürzinger [t Leiter Engineering für Erdung und Blitzschutz bei der Dehn + Söhne GmbH + Co. KG. in Neumarkt. juergen.kuerzinger@technik.dehn.de Kommunikation für Regelenergie ÜNB-konforme Datenkommunikation 1-2/ E50Zpk Dehn Seite 55