Statische Bemessung von textilen Konstruktionen als engporige Windschutzstreifen in RFEM & RWIND

Windschutzkonstruktionen sind spezielle textile Konstruktionen, die die Umwelt vor schädlichen chemischen Partikeln schützen sowie Winderosion eindämmen sollen, und dabei helfen wertvolle Ressourcen zu erhalten. Staub wird durch Wind sowie Maschinenanlagen und -aktivitäten erzeugt, wie z. B. Stapler/Rückladegeräte, Lastwagen, Lader und bei Förderanlagen, die an Industriestandorten üblicherweise installiert sind. Da die vom Wind aufgewirbelte Staubmenge mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zusammenhängt, kann beispielsweise durch die Verringerung der Windgeschwindigkeit die Erosion in ungeschützten Regionen um 12 Prozent reduziert werden. Der im Wind vorhandene Staub setzt sich im Laufe der Zeit ab, wobei die Dauer, die zum Absetzen benötigt wird, von der Temperatur, den turbulenten Windströmungen sowie der Höhe über Gelände abhängt.

In der natürlichen Umwelt bezieht sich die Winderosion auf die Abtragung, Bewegung und Wiederablagerung von festen Partikeln wie Erde, Sand und anderen Teilchen. Dieses Phänomen des äolischen Transports ist ein besonderes Beispiel für die Mehrphasenströmung von Gas und Feststoff. Winderosion ist ein wesentlicher Faktor für Bodendegradation, fortschreitende Wüstenbildung und Sandstürme [1]. Dies führt zu schwerwiegenden Umweltproblemen wie Verlust landwirtschaftlicher Flächen und Luftverschmutzung [2]. Daher ist es unerlässlich, eine Methode zur Verhinderung oder Minderung der Winderosion zu entwickeln.

Im vorliegenden Beispiel [3] besteht das Gewebe aus engporig gewebten Polypropylen (Porous Woven Polypropylene Fabric (PWPF)), welches eine hohe Festigkeit bei Zugspannungen aufweist. Auch ein unterschiedlicher Grad an Porosität kann sich auf die Richtung der Windgeschwindigkeit sowie die Statik auswirken. Mit zunehmender Porosität haben wir eine geringere Reduzierung der Windgeschwindigkeit und eine leichtere Struktur; andererseits kann eine geringere Porosität die Windgeschwindigkeit stärker reduzieren, aber das Gewicht der Struktur wäre höher. Wir müssen also den optimierten Wert der Porosität im Hinblick auf die Projektspezifikationen finden.

Derartige textile Konstruktionen zeigen in der Windsimulation ein wesentlich komplexeres Verhalten als herkömmliche textile Bauten. Einige Regeln der Statik, wie Lastkombinationen und Sicherheitsbeiwerte etc., müssen aufgrund neuer Ansätze neu definiert werden. Die Struktur besteht aus engporigem Gewebe, einem 3D-Fachwerkstab, Seilen, Pfählen, Pfahlkopfplatten, sowie speziellen Vorrichtungen, die das Gewebe mit dem Seil verbinden, u.a.

Der Widerstand gegen den Durchfluss, der durch den Verlustbeiwert beschrieben werden kann, ist ein wesentlicher Faktor für die Bestimmung der auf poröse Strukturen angesetzten Windlasten. Es wurde bereits aufgezeigt, dass für runde Maschensiebe ein Zusammenhang zwischen der Porosität und dem Verlustbeiwert besteht. Der Verlustbeiwert wird bei verschiedenen Arten von Gebäuden durch eine Funktion bestimmt, die sowohl die Porosität als auch das Bauwerk selbst berücksichtigt. Infolgedessen wurde vorgeschlagen, dass es von Vorteil wäre, eine solche effektive Porosität zum Einsatz zu bringen, die die Porosität eines runden Maschensiebs mit demselben Verlustbeiwert aufweist. Es hat sich gezeigt, dass die auf poröse Strukturen aufgebrachten Lasten deutlich geringer sind als die, die auf massive Strukturen mit einem Faktor kleiner als [3] angesetzt werden. Der Verlustbeiwert und der Abminderungsfaktor müssen für verschiedene poröse Anteile berechnet werden, dieser Faktor sollte bei der statischen Bemessung in den Lastkombinationen aus Windlast berücksichtigt werden [3].

Nachdem die Windsimulation durchgeführt wurde, werden die Ergebnisse der Windberechnung zur statischen Analyse und Bemessung an RFEM übergeben. Es ist wichtig, verschiedene Windrichtungen zu berücksichtigen, aber in diesem Fall ist die senkrechte Richtung entscheidend.

In der neuesten Version von RWIND 2 Pro ist es auch möglich, Durchlässigkeitsmerkmale einer Fläche direkt zuzuordnen. Diese Technik kann den Rechenaufwand verringern, und es muss auch kein Lastreduktionsfaktor in den Berechnungen berücksichtigt werden. Eine kurze Beschreibung der Theorie zur Durchlässigkeit findet sich im Kapitel "Durchlässige Flächen" (siehe Link unten). In RWIND 2 Pro wird die Permeabilität über eine Randbedingung modelliert, also einen vorgeschriebenen Druckverlust an definierten Flächen.

Weitere Informationen dazu in: https://www.dlubal.com/de/downloads-und-infos/dokumente/online-handbuecher/rwind-2/003620

Bauunternehmen: Mana Sanat Davin, Iran

Technischer Berater: Wettersolve Structures, Kanada

3D-Modell

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Virtuelle Realität

Modell | Windschutzstreifen

KB 001780 | Structural Design of Windbreak Porous Fabric Structures in RFEM & RWIND