Windbeanspruchung von Bauwerken

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Ingrid Schuster
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1 1 Windbeanspruchung von Bauwerken nach DIN 1055 Teil 4 Ausgabe März 2005 baurechtlich eingeführt Januar 2007

2 2 Einleitung Die DIN 1055 dient zur Erfassung der jeweiligen Einwirkungen (Lasten) auf die einzelnen Tragglieder eines Bauwerkes. Sie bildet die Grundlage für die Bemessung der Tragfähigkeit sowie für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit.

3 3 Was war vor Januar 2007 Historie Rückblick DIN 1055 Teil 4 Aug. 1986

4 4 Staudruck und Windgeschwindigkeiten nach Tabelle 1 DIN 1055 Teil 4 Aug Höhe über Gelände [ m ] von 0 bis 8 über 8 bis 20 über 20 bis 100 Windgeschwindigkeit V [ m/s ] 28,3 35,8 42,0 Staudruck q [ kn/m² ] 0,5 0,8 1,1 über ,6 1,3

5 5 Festlegung der Breite der Randbereiche bei Flachdächern (n. Tab. 11 DIN alt)

6 6 Sogspitzen für angegebene Teilbereiche von Flachdächern bis 8 Dachneigung (Tab. 13 DIN alt) Abmessungsverhältnisse b/a 1,5 1,5 > 1,5 > 1,5 h/a 0,4 > 0,4 0,4 > 0,4 Ecke -2,0-2,8-2,5-3,0 Druckbeiwerte c p Rand -1,0-1,5-1,0-1,7 Mitte -0,6-0,8-0,6-0,8

7 7 Dachflächeneinteilung nach DIN alt

8 8 Dachflächeneinteilung nach DIN alt

9 9

10 10 Die DIN 1055 Einwirkungen auf Tragwerke besteht aus: - Teil 1: Wichten und Flächenlasten von Baustoffen, Bauteilen und Lagerstoffen - Teil 2: Bodenkenngrößen - Teil 3: Eigen- und Nutzlasten für Hochbauten - Teil 4: Windlasten - Teil 5: Schnee- und Eislasten - Teil 6: Einwirkungen auf Silos - Teil 7: Temperatureinwirkungen - Teil 8: Einwirkungen während der Bauausführung - Teil 9: Außergewöhnliche Einwirkungen - Teil 10: Einwirkungen infolge Krane und Maschinen - Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln

11 11 Teil 4 Windlasten baurechtlich eingeführt im Januar 2007 Veränderungen - Es werden schwingungsanfällige und nicht schwingungsanfällige Bauwerke in einer Norm geregelt - Gilt für Hoch- und Ingenieurbauten bis 300 m Höhe - Es gibt 4 Windzonen mit Basiswindgeschwindigkeiten - Beim Böengeschwindigkeitsdruck wird der Einfluss der Geländerauigkeit mit 4 Geländeprofilen und 2 Mischprofilen berücksichtigt. - Die Dachflächen erhalten eine neue Einteilung - Außendruckbeiwerte (Sogbeiwerte) für verschiedene Dacharten (bei Flachdächern wird der Attika-Traufeeinfluss berücksichtigt. - Berücksichtigung des Innendruckes - Sicherheitskonzept nach DIN

12 12 Grundlagen -Bemessungswert des Winddruckes W e = ( c pe + c pi ) * q (ze) * γ Q [kn/ m²] c pe = aerodynamischer Beiwert für den Außendruck c pi = Innendruckbeiwert q = Geschwindigkeitsdruck (Staudruck) γ Q = Sicherheitsbeiwert nach DIN

13 13 Windeffekte Einflussfaktoren: Höhe, Form und Standort des Gebäudes

14 14 Druck auf Bauwerksflächen (Bild 1) negativer Winddruck = Windsog Die Angaben zum Winddruck gelten für ausreichend steife Konstruktionen, bei denen die böenerregten Resonanzschwingungen vernachlässigbar sind.

15 15 Windgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsdruck Der Geschwindigkeitsdruck q der einer Windgeschwindigkeit V zugeordnet ist beträgt: q = ρ/2 * V² daraus wird: q = V²/1600 [kn/m²] mit ρ = 1.25 kg/m³ Die zur Windzonenkarte angegebenen Windgeschwindigkeiten Vref [m/s] und die Zugehörigen Geschwindigkeitsdrücke qref [kn/m²] gemessen in 10 m Höhe im ebenen, offenen Gelände für einen Zeitraum von 10 Min. mit einer jährlichen Überschreitungswahrscheinlichkeit von 0.02 sind Mittelwerte. Dies bedeutet in 50 Jahren wird im Mittel der Wert einmal erreicht oder überschritten.

16 16 Windzonenkarte (Bild A.1 Anhang A) WZ 1 22,5 m/s 0,32 kn/m² WZ 2 25,0 m/s 0,39 kn/m² WZ 3 27,5 m/s 0,47 kn/m² WZ 4 30,0 m/s 0,56 kn/m²

mit mindestens 5 km freier Fläche in Windrichtung; glattes, flaches

17 17 Geländekategorien (Tab.: B.1 Anhang B) Geländekategorie I Geländekategorie II Offene See; Seen mit mindestens 5 km freier Fläche in Windrichtung; glattes, flaches Land ohne Hindernisse Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern oder Bäumen, z.b. landwirtschaftliches Gebiet

18 18 Geländekategorien (Tab.: B.1 Anhang B) Geländekategorie III Geländekategorie IV Vorstädte, Industrie- oder Gewerbegebiete; Wälder Stadtgebiete, bei denen mindestens 15% der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe 15 m überschreitet

19 19 Außendruckbeiwert für Bauwerke in Abhängigkeit von der Lasteinzugsfläche A (Bild 2) c pe -Werte in den einzelnen Bereichen vom Flachdach in Abhängigkeit von der Lasteinzugsfläche A. 10 m² 1m² Bereich F Eckbereich Bereich G äußerer Randbereich Bereich H innerer Randbereich Bereich I Innenbereich -1,8 bis -2,5-1,2 bis -2,0-0,7 bis -1,2-0,6

20 20 Einteilung der Dachflächen bei Flachdächern die weniger als 5 geneigt sind (Bild 5) e = b oder 2 h, der kleinere Wert ist maßgebend b: Abmessung quer zum Wind Für sehr flache Baukörper mit h/d < 0,1 darf der Bereich F entfallen Die Druckbeiwerte für die einzelnen Bereiche werden in Tabelle 4 angegeben.

21 21 Außendruckbeiwerte bei Flachdächern die weniger als 5 geneigt sind (Tabelle 4)

Dachflächeneinteilung nach DIN 1055-4 neu 22 Die Dacheinteilung hängt vom

e = b oder 2 h e= Referenzgröße für die Abmessungen der Dachbereiche b > 2h e = 2h,

22 Dachflächeneinteilung nach DIN neu 22 Die Dacheinteilung hängt vom Verhältnis: Gebäudehöhe / Gebäudelänge quer zum Wind ab. e = b oder 2 h e= Referenzgröße für die Abmessungen der Dachbereiche b > 2h e = 2h, Dacheinteilung die von der Gebäudehöhe abhängt b < 2h e = b, Dacheinteilung die von der Gebäudelänge u. breite abhängt

23 Dachflächeneinteilung nach DIN 1055-4 neu Dacheinteilung die von der Gebäudehöhe

23 23 Dachflächeneinteilung nach DIN neu Dacheinteilung die von der Gebäudehöhe abhängt Randbereichsbreite: e = 1/10*2h Grenze zwischen H und I Bereich: e/2= 2h/2 = h

24 Dachflächeneinteilung nach DIN 1055-4 neu Dacheinteilung die von der

24 24 Dachflächeneinteilung nach DIN neu Dacheinteilung die von der Gebäudelänge und -breite abhängt Randbereichsbreite: e = 1/10*( B oder L )

25 25 Weitere Dachformen Satteldächer Pultdächer Trogdächer Walmdächer

26 26 Weitere Dachformen (spezielle Dachformen) Sheddächer

27 27 Profile der mittleren Windgeschwindigkeit, der Turbulenzintensität, des Böengeschwindigkeitsdruckes und der Böengeschwindigkeit in ebenem Gelände für die Geländekategorien I IV (Tab.: B.2 Anhang B)

28 28 Profile der mittleren Windgeschwindigkeit, der Turbulenzintensität und der Böengeschwindigkeit in ebenem Gelände für die Regelfälle Mischprofil nach 10.3 (Tab.: B.3 Anhang B)

29 29 Staudruck q: Windzone 1-4 Geländekategorie III Staudruck q [kn/m²] für Geländekategorie III h [m] WZ 1 WZ ,51 0, ,63 0, ,72 0, ,79 0, ,84 1, ,89 1, ,94 1,14 WZ 3 0,75 0,93 1,06 1,16 1,24 1,31 1,37 WZ 4 0,9 1,11 1,26 1,37 1,48 1,56 1, ,98 1,19 1,43 1, ,05 1,27 1,54 1, ,11 1,35 1,62 1, ,16 1,41 1,7 2, ,2 1,47 1,77 2,12

30 30 Staudruck q: Windzone 1-4 Geländekategorie II Staudruck q [kn/m²] für Geländekategorie II h [m] WZ 1 WZ ,67 0, ,79 0, ,87 1, ,94 1, ,99 1, ,03 1,26 WZ 3 0,99 1,17 1,28 1,38 1,45 1,52 WZ 4 0,97 1,39 1,53 1,64 1,73 1, ,07 1,31 1,57 1, ,11 1,35 1,62 1, ,17 1,42 1,72 2, ,22 1,49 1,79 2, ,27 1,54 1,85 2, ,31 1,59 1,92 2,29

31 31 Staudruck q: Windzone 1-4 Geländekategorie III

32 32 Staudruck q: Windzone 1-4 Geländekategorie II

33 Innendruckbeiwerte c pi bei durchlässigen Außenwänden (nach Bild 10) 33 Wände bei der ein Anteil der Wandfläche bis 30 % offen ist gilt als durchlässige Wand Flächenparameter µ µ= Gesamtfläche der Öffnungen in den leeseitigen und windparallelen Flächen Gesamtfläche der Öffnungen aller Wände

34 Druckbeiwerte auf die innen liegenden Oberflächen seitlich offener Baukörper (nach Bild 11) 34 Wände bei der ein Anteil der Wandflächen mehr als 30 % offen ist gilt grundsätzlich als offene Wand

35 Druckbeiwerte auf die innen liegenden Oberflächen seitlich offener Baukörper (nach Bild 11) 35 0,5-0,8

36 36 Berechnungsbeispiel

37 37

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42 42

43 43 Variante Windsogsicherung

44 44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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