Einführung
Dreiseitige Plakatwände sind aufgrund ihrer einzigartigen Geometrie und großen Oberfläche in erheblichem Maße von Windlasten betroffen, die ihre Planung beeinflussen können. Herkömmliche Ansätze zur Abschätzung von Windlasten unter Verwendung von Normen wie EN 1991-1-4 oder ASCE 7 sind oft unzureichend, wenn es um die Erfassung von lokalen Strömungseffekten und Abschirmungsinteraktionen zwischen den Flächen geht. Dieser Beitrag gibt einen detaillierten Überblick über die Rolle von CFD-basierten Windsimulationen im Prozess der statischen Berechnung und Bemessung von dreiseitigen Plakatwänden. Wir untersuchen das aerodynamische Verhalten unter verschiedenen Windwinkeln, heben die Vorteile von RWIND hervor und zeigen, wie Simulationsergebnisse die Bemessungssicherheit und Materialeffizienz verbessern.
Dreiseitige Plakatwände werden häufig für die Außenwerbung verwendet. Sie haben die Form eines dreieckigen Prismas, wobei jede Seite 120° zur benachbarten ausgerichtet ist. Aufgrund ihrer Geometrie sind sie besonders anfällig für Windbelastungen aus mehreren Richtungen, insbesondere in städtischem oder offenem Gelände. Herkömmliche Bemessungsmethoden stützen sich auf vereinfachte Winddruckbeiwerte, die die komplexen Strömungsablösungen, das Wiederanlegen und Turbulenzeffekte an den scharfen Kanten und Ecken möglicherweise nicht erfassen. Daher ist der Einsatz fortschrittlicher CFD-Simulationen unerlässlich zur:
- Erfassung realistischer Winddruckverteilungen
- Bewertung von Abschirmungseffekten
- Beurteilung von Torsions- und Biegelasten bei schrägen Winden
Geometrische und konstruktive Merkmale
Eine typische dreiseitige Plakatwand besteht aus:
- Drei vertikalen Flächen (oft aus Stahlrahmen mit Verbund- oder Aluminiumplatten)
- Einer zentralen Stützsäule (Beton oder Stahl)
- Diagonal- und Horizontalverbänden
- Einem Fundament, das Momenten- und Auftriebskräften ausgesetzt ist
Herausforderungen bei Windbelastung
- Schräge Windrichtungen: Alle drei Seiten sind gleichzeitig mit unterschiedlicher Intensität betroffen
- Wirbelablösung: Verursacht dynamische Lasten und mögliche Resonanz
- Abschirmungseffekte: Je nach Windrichtung kann eine Seite andere teilweise abschirmen
- Uneinheitlicher Druck: Lokale Sogzonen und Wiederanlegebereiche
Vorteile von CFD bei der Bemessung von Plakatwandstrukturen
1. Präzise Winddruckverteilung
- CFD liefert detaillierte Cp-Karten (Druckbeiwert) für alle drei Seiten und erfasst ungleichmäßige Belastungen, die durch Strömungsablösung, Turbulenzen und Sogzonen, insbesondere in der Nähe von Kanten und Ecken, verursacht werden.
- Dies hilft, übermäßig vereinfachte, konstante Lasten zu vermeiden, die zu unsicheren oder überdimensionierten Strukturen führen können.
2. Analyse mehrerer Windrichtungen
- Im Gegensatz zu normenbasierten Methoden, die in der Regel senkrechten Wind berücksichtigen, bewertet CFD den Wind von 0° bis 360° und identifiziert kritische Schrägwinkel (z.B. 30° oder 60°), die die höchsten strukturellen Lasten verursachen können.
3. Erfassung von Abschirmung und Interaktionseffekten
- CFD modelliert realistisch, wie eine Seite eine andere vor Wind abschirmt oder wie sich Wirbel zwischen den Seiten bilden - Wechselwirkungen, die mit herkömmlichen Methoden nicht genau erfasst werden können.
4. Beurteilung von Torsionslasten
- Dreiseitige Plakatwände sind aufgrund asymmetrischer Windbelastung häufig Torsion ausgesetzt. CFD berechnet die Momentenbeiwerte, die für die Bemessung von Fußplatten, Ankerschrauben und Fundamenten unerlässlich sind.
5. Optimierte Tragwerksplanung
- Ingenieure können CFD-Ergebnisse nutzen, um Stabgrößen zu optimieren, unnötigen Materialverbrauch zu reduzieren und effizientere Stützrahmen zu planen.
- Ermöglicht eine Wertanalyse, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
6. Genauigkeit der Fundamentbemessung
- CFD ermöglicht eine genaue Abschätzung von Kippmomenten, Auftriebskräften und Schub auf Fundamentebene und verbessert dadurch die Fundamentbemessung und reduziert das Risiko von Kippen oder Versagen.
7. Visualisierung für Kundenkommunikation
- CFD-Ergebnisse bieten visuelle Ausgaben (Strömungslinien, Druckkonturen, Kraftvektoren), die den Beteiligten, Kunden und Behörden bei der Entwurfsprüfung das Windverhalten deutlich vermitteln.
8. Integration mit Struktursoftware
- Tools wie RWIND lassen sich in RFEM integrieren und ermöglichen einen nahtlosen Datenfluss von der Windsimulation bis zur statischen Analyse und der Normenprüfung - alles in einem Ökosystem.
9. Unterstützung für nicht standardisierte Geometrien
- CFD handhabt individuelle Plakatwandformen, unterstützt montierte Elemente wie Leuchten oder Photovoltaikmodule und passt sich im Gegensatz zu Normen, die auf vereinfachten Geometrien beruhen, an reales Gelände an.
10. Zukunftssicher und forschungsbasiert
- CFD steht im Einklang mit modernen leistungsorientierten Entwurfstrends und unterstützt forschungsbasierte Validierung, was es für fortschrittliche technische Arbeitsabläufe und Genehmigungen in der Stadtplanung geeignet macht.