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Zur DIN 1055-4 – Windlasten an Bauwerken

Jedes freistehende Bauwerk wird vom Wind bis zu einem gewissen Grad angegriffen. Höhere Gebäude sind hier naturgemäß höher belastet als solche, die lediglich einige Meter in die Höhe reichen.
  
In der DIN 1055-4 werden verschiedene Windlastzonen definiert, die mit Hilfe von standardisierten Messwerten die Belastung von Gebäuden auf Grundlage geographischer und topographischer Faktoren darlegen.

Bei der Planung von Bauwerken sind diese Angaben aus der DIN 1055-4 unbedingt zu beachten und in der Bauphase einzubeziehen. Schäden durch zu hohen Geschwindigkeitsdruck werden somit verhindert. 


Geltungsbereich der Norm

Neben normalen Gebäuden – wie Bürogebäude oder Wohnhäuser – sind auch andere Bauwerke von den Windlasten betroffen. Darunter fallen bspw. Photovoltaikanlagen, die nach DIN 1055-4 ebenfalls besonders gegen die Kraft des Windes gesichert sein müssen, sobald sie in einer entsprechenden Windzone liegen oder eine gewisse Bauhöhe überschreiten.

Wind erzeugt an Hindernissen je nach deren Lage einen gewissen Druck oder Sog. An der windzugewandten Seite äußert sich dies als Druckkraft, während die windabgewandte Seite durch den Sog Zugkräfte erfährt. Diese entstehen meist besonders wirkkräftig an den Ecken und Kanten der Bauwerke. Aus diesem Grund sind die unterschiedlichen Formen, Winkel und Neigungen bei der Berechnung der Windlast insbesondere bei Dächern und Aufbauten von Interesse.

Weitere bedeutsame Faktoren sind die folgenden:

  • Windgeschwindigkeit
  • Geschwindigkeitsdruck
  • Staudruck

Sogenannte aerodynamische Kraftbeiwerte werden mit dem Geschwindigkeitsdruck multipliziert, um die Windlast von Bauwerken unter Berücksichtigung der Druck- und Zugkräfte gemäß DIN 1055-4 berechnen zu können.

Dies geschieht zum Ausgleich der Bauwerksgeometrie sowie der an den Bauwerken befindlichen Winkel und Neigungen.


Einheitliches Vorgehen

Formell gesehen ist auch der in der DIN 1055-4 benannte Geschwindigkeitsdruck als Staudruck zu bezeichnen: Allerdings wird dieser aus der Bezugsgeschwindigkeit in einer Höhe von 10 m mit einer standardmäßig angenommenen Luftdichte von 1,25 kg/m3 errechnet und trägt die Einheit kN/m2.

Eine Umrechnung auf kg/m3 erfolgt in einem weiteren Rechenschritt durch die Berücksichtigung der Erdbeschleunigung, die mit einem Wert von 9,81 m/s2 zu Buche schlägt und den eigentlichen Staudruck mit der Einheit kg/m2 ausmacht.

Die resultierende Windkraft ergibt sich sodann aus dem Produkt von Staudruck und der fraglichen Bauwerksfläche, deren Windlast bestimmt werden soll.

Diese Berechnungen und Definitionen sind innerhalb der DIN 1055-4 aufgeführt und regeln somit das einheitliche Vorgehen bei der Bestimmung der Windlasten an Bauwerken.


Aufteilung der Windlastzonen

In der DIN 1055-4 wird zwischen vier Windzonen bzw. Windlastzonen unterschieden. In einer entsprechenden Tabelle gibt die Norm gemittelte Standard-Werte wieder, die in einer Höhe von 10 m über dem Grund, bei freier Fläche über einen Zeitraum von 10 Minuten gemessen wurden.

Die Messungen orientieren sich dabei an den sog. Rauhigkeitsklassen, welche gesonderte Werte für bestimmte topographische Gegebenheiten vorgeben. Die Windlastzonentabelle stellt sich auf Grundlage der in DIN 1055-4 verwendeten Werte folgendermaßen dar:

Eine Windzonenkarte, die zur besseren Anschaulichkeit in der DIN 1055-4 abgebildet und ebenfalls in vier geographische Flächen eingeteilt ist, verbindet die dargestellten Werte mit einer Region.

So können Planer und Architekten auf unkomplizierte Weise nachvollziehen, welche Windzone für den beauftragten Bau in der jeweiligen Region gilt und welcher Durchschnittswert hier für die Berechnung der Windlast relevant ist.

Windlastzone Windgeschwindigkeit vref in m/s Geschwindigkeitsdruck qref in kN/m2 Staudruck qref in kg/m2
1 22,5 0,32 32,6
2 25,0 0,39 39,7
3 27,5 0,47 47,9
4 30,0 0,56 57,1

Berechnung von Windlasten für die Sicherheit des Baus

Schäden an Bauwerken durch natürliche Einwirkungen nehmen in den letzten Jahren immer weiter zu. Neben Hagel und Blitzschlag sind vor allem Sturmschäden ein ernstes Problem, dem sich das Baugewerbe gegenüber sieht. Die Berechnung der Windlasten für Tragwerke nach DIN 1055-4 hilft dabei, schon bei der Planung statische Fragen ausgewogen zu beurteilen. Die Norm ist die Grundlage für sichere Bauten, die nicht nur Gebäude betrifft, sondern auch Torsysteme, Zaunsysteme und Aufbauten betrifft.

Insbesondere Zaunsysteme für den Lärmschutz – bspw. an Autobahnen oder Bahnstrecken – sind großen Zugkräften durch den Sog der vorbeifahrenden Gefährte ausgesetzt.

Doch auch ohne Verkehr erzeugt der Wind große Kräfte, da meist viel freie Fläche für seine Entfaltung zur Verfügung steht. Mit Hilfe der DIN 1055-4 kann regional abhängig auf die anfallenden Windlasten reagiert werden und dementsprechend verstärkte Fundamente oder Pfosten eingesetzt werden.

Die Berechnung von Windlasten mit Hilfe der Werte aus Staudruck, Geschwindigkeitsdruck und Windgeschwindigkeit im Sinne der DIN 1055-4 ist somit ein unverzichtbarer Schritt bei der Planung von Tragwerken oder sonstigen Bauwerken.

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