Fachübersicht
Das Modul EN22 berechnet Windlasten für stehende zylindrische Apparate nach DIN EN 13445-3 Abschnitt 22. Wer die Windlast einer Kolonne oder eines stehenden Behälters berechnen will, muss neben dem Grundkörper auch die Anbauten erfassen: Leitern, Teil- und Vollbühnen, Laufstege sowie senkrecht parallel geführte Rohrleitungen erhöhen die angeströmte Fläche und verändern die aerodynamischen Beiwerte. Das Modul bildet diese Konfigurationen einschließlich der gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Kreiszylinder in Reihenanordnung ab, wie sie bei eng stehenden Kolonnen oder Rohrbündeln im Freien auftritt.
Die ermittelten Windlasten werden als Streckenlasten und resultierende Momente über die Apparatehöhe aufbereitet und steuern die Lastfälle des Moduls EC1 (Lastfallüberlagerung nach EN 13445-3) an. Dort werden sie mit Eigengewicht, Innen- oder Außendruck, Schneelasten und weiteren Einwirkungen überlagert, sodass der vollständige Standsicherheits- und Festigkeitsnachweis der Kolonne entsteht. Damit ist die Windlastberechnung für stehende Apparate durchgängig abgedeckt, von der Anströmfläche bis zur Schnittgrößenüberlagerung.
In der Praxis ist dieser Nachweis für jede im Freien aufgestellte Kolonne und jeden hohen stehenden Behälter erforderlich; die Windlast bestimmt dort häufig die Wanddicke im unteren Schuss, die Verankerung und die Fundamentlasten.
Anwendungsbereich
- Windlasten
Typischer Arbeitsablauf
Standort- und Windparameter festlegen
Grundlage sind die Windverhältnisse am Aufstellort: Basiswindgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsdruck, Geländekategorie und die Höhenverteilung des Staudrucks. Diese Größen stammen aus den nationalen Windlastregeln und gehen als Profil über die Apparatehöhe in die Berechnung ein.
Apparategeometrie und Anbauten erfassen
Der zylindrische Grundkörper wird mit Durchmesser, Höhe und Isolierung beschrieben. Anschließend werden die Anbauten konfiguriert: Leitern, Teil- und Vollbühnen mit ihren Höhenlagen, Laufstege und senkrecht parallel geführte Rohre. Jedes Element vergrößert die effektive Windangriffsfläche.
Aerodynamische Beiwerte bestimmen
Für den Zylinder wird der Kraftbeiwert in Abhängigkeit von Schlankheit und Oberflächenrauigkeit ermittelt; für Anbauten gelten eigene Beiwerte. Bei in Reihe angeordneten, benachbarten Kreiszylindern berücksichtigt das Verfahren die gegenseitige Beeinflussung, die die Belastung gegenüber dem Einzelzylinder erhöhen kann.
Windlastverteilung berechnen
Aus Staudruckprofil, Flächen und Beiwerten ergeben sich die Windstreckenlasten über die Höhe sowie die resultierenden Querkräfte und Biegemomente in den maßgebenden Schnitten, insbesondere an Schussstößen und an der Einspannung.
Lastfälle an EC1 übergeben und überlagern
Die Windlasten werden an das Lastfallmodul EC1 übergeben und dort mit Eigengewicht, Druck, Schnee- und Zusatzlasten zu den maßgebenden Lastkombinationen für Betrieb, Prüfung und Errichtung überlagert. Damit stehen die Schnittgrößen für den Festigkeitsnachweis der Schale und der Verankerung bereit.
Häufige Fragen
Warum genügt es nicht, nur den nackten Zylinder der Kolonne anzusetzen?
Leitern, Bühnen, Rohrleitungen und Isolierverkleidungen vergrößern die angeströmte Fläche erheblich und haben zum Teil deutlich höhere Kraftbeiwerte als der glatte Kreiszylinder. Bei voll ausgerüsteten Kolonnen kann der Anbautenanteil an der Gesamtwindlast in der Größenordnung der Zylinderlast liegen. Wer die Anbauten vernachlässigt, unterschätzt Biegemomente, Ankerkräfte und Fundamentlasten systematisch.
Was bewirkt die Reihenanordnung benachbarter Zylinder?
Stehen mehrere Kreiszylinder dicht in einer Reihe, beeinflussen sich ihre Umströmungen gegenseitig: Je nach Abstandsverhältnis können Verschattung, aber auch Düseneffekte und erhöhte Beiwerte auftreten. Das Verfahren nach EN 13445-3 Abschnitt 22 erfasst dies über Zuschläge in Abhängigkeit vom Achsabstand. Bei sehr engen Anordnungen oder Gruppen jenseits der Regelanwendung sind Windkanaldaten oder spezielle Literatur heranzuziehen.
Wie hängen EN22 und EC1 zusammen?
EN22 ermittelt die Windlasten und ihre Verteilung über die Höhe, EC1 übernimmt die Lastfallüberlagerung: Wind wird dort mit Eigengewicht, Innen- oder Außendruck, Schnee und weiteren Lasten in den normgemäßen Kombinationen zusammengeführt und die Schale in den maßgebenden Schnitten nachgewiesen. Diese Trennung erlaubt es, Windkonfigurationen zu ändern, ohne die übrige Lastfallstruktur neu aufzubauen.
Muss zusätzlich wirbelerregte Querschwingung untersucht werden?
Die statische Windlastberechnung deckt die Beanspruchung in Windrichtung ab. Schlanke Kolonnen können jedoch quer zur Windrichtung durch Wirbelablösung zu Schwingungen angeregt werden, insbesondere bei großen Schlankheitsgraden und geringer Dämpfung. Dieser Nachweis erfolgt nach den einschlägigen Windlastregeln (EN 1991-1-4) und kann konstruktive Maßnahmen wie Störspiralen (Scruton-Wendeln) oder Abspannungen erforderlich machen.
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7