Windlast

Die Windlast gehört zu den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke oder Bauteile. Sie ergibt sich aus der Druckverteilung um ein Bauwerk, welches einer Windströmung ausgesetzt ist.

Sie wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche und setzt sich vor allem aus Druck- und Sogwirkungen zusammen. So entsteht bei einem Bauwerk an den frontal angeströmten Flächen durch die Strömungsverlangsamung ein Überdruck (Winddruck). Im Bereich der Dach- und Seitenflächen löst sich die Luftströmung an den Gebäudekanten ab und bewirkt dort einen Unterdruck (Windsog). Durch den Nachlaufwirbel wird an der Gebäuderückseite ebenfalls ein Unterdruck erzeugt.

Statische Windlast

In den Normen werden die Windlasten in Rechenwerte zur Ermittlung der Tragwerkssicherheit überführt. Dabei wird aufgrund der starken zeitlichen und räumlichen Schwankungen der ausgeprägte stochastische Charakter beachtet.

Standort

Die maßgebenden Einflussfaktoren auf die Größe der Windlasten sind die des Standortes mit dem lokalen Windklima und der Topographie. Das Windklima wird zum Beispiel in den Normen Eurocode 1 (EN 1991-1-4) oder DIN 1055-4 durch eine Windzonenkarte erfasst, welche zeitlich gemittelte maßgebende Windgeschwindigkeiten für verschiedene geographische Regionen angibt. Bei sehr hohen Bauwerksstandorten sind die Windgeschwindigkeiten entsprechend anzupassen. Die Topographie und Beschaffenheit des umgebenden Geländes am Bauwerksstandort werden in den Normen durch Geländekategorien erfasst.

Windzonen in Deutschland

Windzonen nach DIN 1055-4:2005-03
Windzone	Windgeschwindigkeit $v_{\text{ref}}\,\left[\mathrm {\tfrac {m}{s}} \right]$	Geschwindigkeitsdruck $q_{\text{ref}}\,\left[\mathrm {\tfrac {kN}{m^{2}}} \right]$
1	22,5	0,32
2	25,0	0,39
3	27,5	0,47
4	30,0	0,56

Die Werte gelten für eine Mittelung über einen Zeitraum von 10 Minuten mit einer Überschreitenswahrscheinlichkeit innerhalb eines Jahres von 0,02 sowie für eine Höhe von 10 m über Grund in ebenem, offenen Gelände.

Der Bezugsstaudruck $q_{\text{ref}}$ wird aus dem Grundwert der Bezugswindgeschwindigkeit $v_{\text{ref}}$ in 10 m Höhe mit einer Luftdichte $\rho =1{,}25\,\mathrm {\tfrac {kg}{m^{3}}}$ ermittelt. Dabei gilt

$q_{\text{ref}}={\frac {\rho \cdot v_{\text{ref}}^{2}}{2}}$

bzw. mit $v_{\text{ref}}$ in $\mathrm {\tfrac {m}{s}}$ und $q_{\text{ref}}$ in $\mathrm {\tfrac {kN}{m^{2}}}$

$q_{\text{ref}}={\frac {v_{\text{ref}}^{2}}{1600}}$

Bauwerksgeometrie

Geschwindigkeitsdruck über die Höhe nach DIN 1055-4:2005-03

Weitere wichtige Einflussfaktoren ergeben sich aus der Geometrie des Bauwerkes oder Bauteils. So ist die Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche praktisch Null und nimmt mit zunehmendem Abstand von der Erdoberfläche, also mit Gebäudehöhe, zu. Für einfache Fälle ist in der Tabelle 2 der DIN 1055-4 der Geschwindigkeitsdruck $q$ für Bauwerkshöhen bis 25 Meter zusammengestellt. Neben der Gebäudehöhe beeinflusst die geometrische Form die Größenordnung der Druck- und Sogkräfte, was mit aerodynamischen Beiwerten berücksichtigt wird. Der Parameter Bauwerksgeometrie kann, sofern keine in den Normen dokumentierten Erfahrungswerte vorliegen, durch Windkanalversuche erfasst werden, evtl. zusammen mit dem Einfluss der örtlichen Bebauung.

Windkraft

Die resultierende Windkraft auf ein Bauwerk oder Bauteil ergibt sich aus dem Produkt von Geschwindigkeitsdruck, aerodynamischen Kraftbeiwerten und Bauwerksflächen. Die Druckbeiwerte können theoretisch maximal nur 1,0 betragen (Windgeschwindigkeit vor der angeströmten Fläche ist Null), schwanken aber meist zwischen 0,6 und 0,8. Die Sogbeiwerte sind in ihrer Größenordnung physikalisch nicht begrenzt und können lokal im Bereich von Dachkanten z. B. −2,0 oder weniger betragen. Insbesondere die Sogkräfte sind für Windschäden an Bauwerken meist verantwortlich. Zum Beispiel sind Lärmschutzwände in Deutschland gemäß den Vorgaben der Straßenbauverwaltungen für eine Windlast von mindestens $1{,}45\,\mathrm {\tfrac {kN}{m^{2}}}$ zu berechnen.

Windinduzierte Schwingungen

Die in den Normen angegebenen Windlasten sind statische Ersatzlasten für steife Bauwerke. Bei weichen Bauwerken, wie Hängebrücken, kann es zwischen dem Wind und dem Bauwerk zu einer dynamischen Wechselwirkung in Form von Schwingungen kommen. Hier sind meist Windkanalversuche zur richtigen Erfassung des Windes als Einwirkung auf das Tragwerk erforderlich.

Weblinks

Wiktionary: Windlast – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Kostenloses Online-Tool zur Ermittlung der Windzone und des Basisgeschwindigkeitsdrucks q_b nach Eurocode (auch Schneelastzonen, Erdbebenzonen)
• Windlast nach Norm: DIN1055.de | Lastannahmen für Anwender