Generierung von Windlasten auf Wände und Dächer nach ASCE/SEI 7-16

Fachbeitrag

RFEM und RSTAB bieten die Möglichkeit, Windlasten mit nur wenigen Arbeitsschritten auf ein dreidimensionales Gebäude gemäß ASCE/SEI 7‑16 [1] zu berücksichtigen. Dieser Beitrag soll dazu dienen, die komplexe Windthematik für die Eingabe in der Software zu erläutern. Die Windlastgenerierer finden sich unter "Extras" → "Belastung generieren" → "Aus Windlasten".

Bild 01 - Dialog 'Windlasten nach ASCE/SEI 7‑16 generieren'

Allgemeine Parameter

Für die Eingabe der Windlasten auf Wände und Dächer sind folgende allgemeinen Angaben aus ASCE/SEI 7‑16 notwendig:

  • Basiswindgeschwindigkeit V (Abschnitt 26.5, Bilder 26.5-1 und 26.5-2)
  • Anströmrichtungsbeiwert Kd (Abschnitt 26.6)
  • Expositionskategorie B, C oder D (Abschnitt 26.7)
  • Topographiebeiwert Kzt (Abschnitt 26.8)
  • Faktor zur Berücksichtigung der Meereshöhe Ke (Abschnitt 26.9)
  • Böenreaktionsfaktor G (Abschnitt 26.11)
  • Klassifizierung der Umgebung (Abschnitt 26.12)
  • Mittlere Dachhöhe h (Abschnitt 26.2)

Diese allgemeinen Parameter zur Ermittlung des Geschwindigkeitsdruckes werden im oberen Teil des Dialogs abgefragt (siehe Bild 01).

Geometrie und Anströmrichtung

Als nächstes werden die Grund- und Dachgeometrie abgefragt (siehe Bild 01 Mitte). Hier gilt es zu beachten, dass beim Flachdach die Knoten A und I, B und J, C und K sowie D und L untereinanderliegen müssen. Beim Satteldach gilt selbiges für die Knoten A und I, C und J, D und K sowie F und L. Des Weiteren wird die Anströmrichtung auf die jeweiligen Gebäudeseiten festgelegt. Bedingt durch die verschiedenen Fälle (siehe ASCE/SEI 7‑16, Bild 27.3-8), welche es zu untersuchen gibt, müssen immer zwei Gebäudeseiten festgelegt werden.

Lastfälle

Um die generierten Lasten zu erstellen, müssen diese in den Lastfällen abgelegt werden. Dafür ist es notwendig, die Lastfälle der jeweiligen Lastsituation zuzuteilen (siehe Bild 01 unten links und Bild 02). Die Unterteilung ist wie folgt aufgebaut:

  • Minimale Windlast in die jeweilige Richtung gemäß ASCE/SEI 7‑16, 27.1.5
  • Fall 1: maximale Bemessungswindlast getrennt für jede Richtung gemäß ASCE/SEI 7‑16, Bild 27.3-8
  • Fall 3: Windlast wie in Fall 1, jedoch gleichzeitig wirkend mit 75 % Lastanteil gemäß ASCE/SEI 7‑16, Bild 27.3-8

Der Innendruckbeiwert (GCpi) muss gemäß ASCE/SEI 7‑16, Tabelle 26.13-1, Fußnote 3 positiv und negativ berücksichtigt werden, um die ungünstigste Laststellung zu berücksichtigen. Die unterschiedlichen Vorzeichen werden in den Lastfällen mit dem Index +cpi und -cpi gekennzeichnet (siehe Bild 02, gelb und rot markiert). Da sich für die Anströmrichtung rechtwinklig zum First der Winddruck schnell zwischen positiven und negativen Werten ändert, sind in ASCE/SEI 7‑16, Bild 27.3-1 zwei Werte für den Außendruckbeiwert angegeben. Beide müssen gemäß der Fußnote 3 untersucht werden. Dies ist im Dialog mit dem Index w1 und w2 gekennzeichnet (siehe Bild 02, lila und grün markiert). Grundsätzlich sind alle Konstellationen zu untersuchen, um den ungünstigsten Zustand zu finden. Kann der Ingenieur Lastfälle ausschließen, welche nicht maßgebend werden, so können die Lastfälle über die Check-Box deaktiviert werden.

Bild 02 - Zuordnung der Druckbeiwerte für die einzelnen Lastfälle

Lastverteilung

Im unteren Teil des Dialoges (siehe Bild 01) können Einstellungen hinsichtlich der Lastverteilung definiert werden. Eine ausführliche Erläuterung dafür findet sich in Kapitel 11.8 des RFEM-Handbuchs [2].

Literatur

[1]  ASCE/SEI 7‑16, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures
[2]  Handbuch RFEM. Tiefenbach: Dlubal Software, Februar 2016. Download

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