Fachübersicht
Das Modul berechnet Verkehrslasten – im Kern die Windlast – auf einen stehenden zylindrischen Apparat nach DIN 4133 (Ausgabe 1991-11) für Bauhöhen bis 8 m. Aus Außendurchmesser und Höhe wird die projizierte Zylinderfläche gebildet, mit Staudruck, Grundkraftbeiwert, Abminderungsfaktor und resultierendem Kraftbeiwert die Windlast berechnet und daraus das Biegemoment im Einspannpunkt am Behälterfuß bestimmt.
Optional berücksichtigt die Berechnung das Schwingungsverhalten: Aus der Eigenlast mit Einbauten und der Eigenlast der tragenden Konstruktion wird die Schwingungsdauer ermittelt und über den Böenreaktionsfaktor die dynamische Überhöhung der Windlast erfasst. Das Einspannmoment ist anschließend die Eingangsgröße für den Nachweis der Behälterwand unter Zusatzlasten, für Standzarge, Ankerschrauben und Fundament.
DIN 4133 ist zurückgezogen. Windlasten werden für Neuauslegungen heute nach DIN EN 1991-1-4 (Eurocode 1) mit nationalem Anhang bestimmt, die schornsteinspezifischen Nachweise nach DIN EN 1993-3-2. Für Bestandsanlagen und die Nachrechnung von Apparaten, deren Statik auf DIN 4133 beruht, bleibt das alte Verfahren jedoch praktisch relevant – dafür ist dieses Modul gedacht.
Anwendungsbereich
- Verkehrslasten
Typischer Arbeitsablauf
Geometrie und Windangriffsfläche bestimmen
Aus Außendurchmesser und Höhe (h ≤ 8 m) wird die projizierte Zylinderfläche als Windangriffsfläche berechnet. Bei dieser geringen Bauhöhe darf der Staudruck als konstanter Wert über die Höhe angesetzt werden.
Kraftbeiwert ermitteln
Ausgehend vom Grundkraftbeiwert des Kreiszylinders wird über den schlankheitsabhängigen Abminderungsfaktor der wirksame Kraftbeiwert bestimmt. Er erfasst, dass endlich hohe Zylinder durch die Umströmung der freien Enden weniger Widerstand erfahren als der unendlich lange Zylinder.
Schwingungsverhalten prüfen
Wird die Schwingungsberücksichtigung aktiviert, berechnet das Modul aus Eigenlast mit Einbauten und Eigenlast der tragenden Konstruktion die Schwingungsdauer und daraus den Böenreaktionsfaktor. Bei gedrungenen, steifen Behältern bleibt dieser nahe eins; bei weichen Konstruktionen erhöht er die anzusetzende Windlast.
Windlast und Einspannmoment berechnen
Aus Staudruck, Kraftbeiwert, projizierter Fläche und Böenreaktionsfaktor folgt die resultierende Windlast. Mit ihrem Hebelarm zum Behälterfuß ergibt sich das Moment im Einspannpunkt – die maßgebende Schnittgröße für Verankerungs-, Fundament- und Wandnachweis.
Häufige Fragen
Warum ist das Verfahren auf Höhen bis 8 m begrenzt?
Bis etwa 8 m Bauhöhe darf der Staudruck nach dem alten deutschen Lastkonzept als konstanter Bodenwert angesetzt werden; darüber steigt er höhenabhängig an und die Berechnung muss abschnittsweise erfolgen. Für höhere Apparate mit Anbauten steht das Schwestermodul für Bauhöhen bis 50 m zur Verfügung, das das Staudruckprofil über die Höhe berücksichtigt.
Wann muss die Schwingungsanfälligkeit berücksichtigt werden?
Wenn die Grundschwingungsdauer der Konstruktion so groß ist, dass Böen die Struktur dynamisch anregen können. Niedrige, gedrungene Behälter mit h ≤ 8 m sind in der Regel steif genug, sodass der Böenreaktionsfaktor nahe eins liegt; bei leichten, weich gelagerten Konstruktionen oder aufgeständerten Apparaten kann die dynamische Überhöhung dagegen relevant werden. Das Modul fragt dies explizit ab, statt es stillschweigend zu vernachlässigen.
Sind die Windlasten nach DIN 4133 mit denen nach Eurocode vergleichbar?
Nur näherungsweise. DIN 4133 arbeitete mit dem pauschalen Staudruckkonzept der alten DIN-1055-Welt, DIN EN 1991-1-4 mit Windzonen, Geländekategorien und Böengeschwindigkeitsdruck. Je nach Standort und Geländekategorie kann der Eurocode höhere oder niedrigere Lasten liefern. Bei Nachrechnungen von Bestandsapparaten ist deshalb zu klären, ob das Schutzniveau der Errichtungsnorm genügt oder eine Neubewertung nach Eurocode gefordert ist.
Welche Rolle spielen die beiden Eigenlasten in der Berechnung?
Die Eigenlast mit Einbauten beschreibt die schwingende Masse des Systems, die Eigenlast der tragenden Konstruktion die Steifigkeit bestimmende Struktur. Aus beiden wird die Schwingungsdauer abgeschätzt, die in den Böenreaktionsfaktor eingeht. Für den Standsicherheitsnachweis wirken die Eigenlasten zusätzlich günstig als rückstellendes Moment gegen Kippen – dort dürfen sie nur mit ihrem sicher vorhandenen Anteil angesetzt werden.
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7