Bauphysik / EnEV / GEG

Windlast

Bei der Windlast handelt es sich um eine durch das Klima bedingte und veränderliche Einwirkung auf Bauwerke und Bauteile. Mit der Windlast wird die Druckverteilung beschrieben, der ein Gebäude unter Einfluss von Windströmungen ausgesetzt wird.
Die Bestimmung und Einschätzung der Windlast ist wichtig bei der Planung und Errichtung von Bauwerken und Bauteilen. Dies gilt insbesondere in zahlreichen Bereichen der Haustechnik wie etwa bei der Konzeption und statischen Berechnung von Solaranlagen, Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen. Aber auch bei der Planung von Dächern, Dachaufbauten wie Flächenheizungen sowie Markisen, Außenjalousien oder Rollläden zählen Windlastzonen, Windwiderstandsklassen oder Geländekategorien zu den zu berücksichtigenden Faktoren.
Die Windlast setzt sich aus Druck und Sog zusammen. Sie wirkt sich in Form einer Flächenlast senkrecht zu einer Fläche des Bauwerks aus. Zum Beispiel entsteht bei einem Gebäude an den frontal beströmten Flächen durch die damit verbundene Hemmung der Strömung ein offiziell Winddruck genannter Überdruck. Am Dach und an den Seiten löst sich die Strömung im Bereich der Kanten auf, was einen auch Windsog genannten Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck wird ebenfalls auf der Rückseite des Gebäudes durch Nachlaufwirbel erzeugt. Wie sich eine Windlast auf ein Bauwerk auswirkt, hängt von Faktoren wie dem Standort, dem regionalen Windklima sowie der topographischen Lage ab.

Windstärken und Windklassen

Wind entsteht durch Unterschiede des Luftdrucks zwischen verschiedenen Luftmassen. Die Luft strömt dabei aus einem Hochdruckgebiet in ein Tiefdruckgebiet. Dies erfolgt so lange, bis der Luftdruck wieder ausgeglichen ist. Die jeweilige Windgeschwindigkeit hängt vom Umfang dieses Luftdruck-Ungleichgewichts ab. Je größer der Druckunterschied, desto höher ist auch die Geschwindigkeit der Luftteilchen – also die Windgeschwindigkeit.
Die Windgeschwindigkeit wird in drei Maßeinheiten, nämlich m/s (Meter pro Sekunde), nm/h (Seemeile bzw. nautische Meile pro Stunde) = 1 kn (Knoten) oder km/h (Kilometer pro Stunde) gemessen und angegeben.
Durch Wetterbeobachtungen und die Dokumentation der Auswirkung verschiedener Windstärken an Land und auf See wurden im 18. Jahrhundert Windskalen entwickelt. Francis Beaufort führte über Jahrzehnte Aufzeichnungen zu den Windstärken und ihren Auswirkungen und entwickelte so eine Skala mit 13 Windstärken – von Stärke 0 bei Windstille bis Stärke 12 bei einem Orkan. Seit 1906 wird diese Einteilung der Windstärken mit der jeweiligen Zuordnung von Windgeschwindigkeiten als Beaufort-Skala bezeichnet und vom britischen Wetterdienst genutzt.
Die Windgeschwindigkeit gibt auf dem Land und dem Meer Anhaltspunkte für die horizontale Strömung sowie vertikale Strömung bei Tornados. Die vertikale Strömung ist in der Luftfahrt von Bedeutung, da dort beispielsweise auch Aufwinde zur Gefahr werden können. Im Bereich der Gebäude und Bauwerke ist jedoch eher der Winddruck, Staudruck oder Windanfall ausschlaggebend, da diese Windeinflüsse für die Planung und Ausführung z. B. von Schornsteinen und verschiedenen Lüftungsanlagen wichtig sind. Aus diesem Grund werden bei einigen Haustechnik-Anlagen auch zusätzliche Windfühler integriert, wenn dadurch – bei dem Wind ausgesetzten Bauwerken, Bauteilen oder Anlagenteilen – Luftführungen oder Raumtemperaturen beeinträchtigt werden.
Wind wird jedoch auch in Klassen eingeteilt. Bei der IEC 61400 handelt es sich um eine international gültige Norm der IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) für Windenergieanlagen. Hierin werden Windklassen definiert, um je nach Windverhältnissen die richtige Anlage auswählen zu können. Jede Windkraftanlage wird nach einer der Windklassen zertifiziert und muss daher den Auslegungswerten ohne Schaden standhalten. Die Windklassen I, II und III werden durch Referenz-Windgeschwindigkeiten und Turbulenzintensitäten am Standort definiert. Wirbelstürme, Orkane, Zyklone oder andere abnorme Windbedingungen werden in die Windklasse S eingeteilt.

Windzonen in Deutschland

Die Windkraft und damit auch die Windlast, die auf Gebäude und Bauteile einwirken kann, ist naturgemäß abhängig von vielen Faktoren. Da Wind ein klimatisch bedingtes und eher unkalkulierbares Ereignis darstellt, wurden aufgrund von Beobachtungen und Messungen Windzonen definiert.
In der Normierung wird Deutschland in vier Windzonen eingeteilt:
Karte der Windzonen in Deutschland, angelehnt an DIN EN 1991-1-4/NA
Karte der Windzonen in Deutschland, angelehnt an DIN EN 1991-1-4/NA
Bild: © f:data GmbH

Geländekategorien

Für die Berechnung der Windlast werden Parameter wie das Windklima und die Geländestruktur berücksichtigt, da diese Einfluss auf die Windlast haben können. Neben den bereits beschriebenen geografischen Windzonen wird Deutschland daher in der Normierung in vier Geländekategorien eingeteilt:
  • Geländekategorie I:
    Offene See; Seen mit mind. 5 km Freifläche in Windrichtung; flaches und glattes Land ohne Hindernisse
  • Geländekategorie II:
    Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern oder Bäumen, z. B. landwirtschaftliches Gebiet
  • Geländekategorie III:
    Vorstädten, Industrie- oder Gewerbegebieten; Wälder
  • Geländekategorie IV:
    Stadtgebiete, bei denen mindestens 15 % der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe 15 m überschreitet

Berechnung der Windlast

Eine Windlastberechnung ist notwendig, um sichere und windresistente Bauwerke zu errichten und zu platzieren. Entsprechend der Normierung fließt in die Berechnung der Windlasten daher der Spitzengeschwindigkeitsdruck in der Bezugshöhe der ungestörten Windströmung mit den Kraft- oder Druckbeiwerten sowie mit dem Strukturbeiwert ein. Dabei hängt der Spitzengeschwindigkeitsdruck von Windklima, Geländerauigkeit und Topographie ab. Aber auch Größe, Form und dynamische Eigenschaften des Bauwerks werden berücksichtigt. Zudem werden die aeroelastischen Reaktionen flexibler Strukturen wie Kabel, Masten oder Schornsteine bedacht.
Auf jedes Bauwerk wirken die Windkräfte unterschiedlich ein. Bei der Berechnung der Windlast für ein Dach werden zum Beispiel die Windgeschwindigkeit, die Hauptwetterrichtung sowie die Dachmerkmale aus Höhe und Form herangezogen. Durch die Windlast entsteht auch im Dachbereich Winddruck und Windsog. An den Stellen, an denen der Wind auf Gebäude und Dach trifft, bildet sich Winddruck (Überdruck). Hingegen entsteht dort, wo der Windstrom an den Kanten abreißt, ein Windsog (Unterdruck). Je steiler ein Dach errichtet wird, desto aerodynamischer ist es, da die Windkräfte am First brechen. Deutlich weniger Aerodynamik entwickelt sich daher im Bereich von Flachdächern und Pultdächern.
Ganz genaue Werte für die Bauwerksaerodynamik erhält man, wenn die Windeinwirkungen am Bauwerk durch Windkanalversuche am Modell geprüft werden. Hierbei lassen sich dynamische und statische Winddrücke an Oberflächen in Bodennähe oder rund um das Gebäude sowie auf Balkonen und Terrassen einschätzen. Gleiches gilt für die Einwirkung von Immissionen durch Abgase oder Abluft und Windgeräusche. Durch die Windkanalversuche können potenziell notwendige Maßnahmen zugleich auf ihre Wirkung getestet werden.
Autor
Frank Hartung
  • Frank Hartung
  • Unabhängiger Bauberater, Baumediator und Inhaber von hausbauberater.de
  • Web: www.hausbauberater.de
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Aktuelle Normen und Richtlinien zu "Windlast"

DIN-Norm
Ausgabe 2001-11
Diese Norm legt die Bauleistungsanforderungen sowohl an ortsfeste als auch zu öffnende Teile von Vorhangfassaden unter Windlast bei positivem und negativem statischen Luftdruck fest. Diese Norm gilt für alle in DIN EN 13830 festgelegten Produkte von ...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2005-03
Diese Norm wurde unter Verantwortung des Arbeitsausschusses NABau 00.02.00 erarbeitet.Sie gibt allgemeine Vorgehensweisen und Einwirkungen zur Ermittlung von Windlasten für die Bemessung von Hoch- und lngenieurbauwerken einschließlich einiger geotech...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2000-11
Diese Norm legt die Klassifizierung der Windlast für Tore in geschlossener Stellung fest. Die Tore sind für den Einbau in Zugangsbereichen von Personen vorgesehen, wobei deren Hauptaufgaben darin bestehen, für Waren- und Fahrzeugverkehr sichere Zufah...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2010-12
Diese Norm enthält den Nationalen Anhang zu DIN EN 1991-1-4, der wiederum die Regel für die Anwendung der betreffenden Norm in Deutschland beinhaltet....
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2016-09
Diese Norm legt die Klassifizierung der Prüfergebnisse für die Widerstandsfähigkeit bei Windlast für vollständig zusammengebaute Fenster und Türen aller Materialien fest.Diese Norm wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 33 „Türen, Tore, Fenster, Abschl...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2010-12
Diese Norm liefert Regeln zur Ermittlung von Windlasten für die Tragwerksbemessung vom Baustein bis zu einer Höhe von 200 m über dem Gelände, von Schornsteinen und anderen turmartigen Tragwerken, von Strassen- und Eisenbahnbrücken bis zu einer Spannw...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2004-03
Diese Norm legt die Anforderungen an die Ausführung und den Nachweis der Tragfähigkeit für vorgefertigte Fassaden-Gerüstsysteme fest. Sie sind für Anwendungen bis zu einer Höhe von 24 m vorgesehen, wobei sie an der Gebäudefassade verankert sind. Dies...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2015-08
Diese Norm legt die Leistungsanforderungen für Markisen fest, die zur äußeren Befestigung an Gebäuden und anderen baulichen Anlagen vorgesehen sind. Sie behandelt auch wesentliche Gefährdungen bei Zusammenbau, Transport, Einbau, Bedienung und Wartung...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2020-11
Diese Norm dient dazu, die Kriterien für die Anwendung von Abschlüssen (innenliegend und außenliegend) nach DIN EN 13120 und DIN EN 13659 sowie Markisen nach DIN EN 13561, wie sie in DIN EN 12216 definiert sind, objektbezogen zu ermitteln.Diese Norm...
- DIN-Norm im Originaltext -
DIN-Norm
Ausgabe 2020-09
Diese Norm dient dazu, die Kriterien für die Anwendung von Fenstern, einschließlich Dachflächenfenstern, und Außentüren nach DIN EN 14351-1 objektbezogen zu ermitteln. Die Kriterien nach diesem Dokument beziehen sich auf Fenster und Außentüren in de...
- DIN-Norm im Originaltext -

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Dachdeckung mit Betondachsteinen DIN EN 490, Seitenfalz hochliegend, Format B/L 330/420 mm, abgerundete Sichtkante, mit symmetrischem Mittelwulst, Oberfläche matt (Standard), Farbton rot, befestigen gemäß Fachregeln für Dachdeckungen mit Dachziegeln ...
Abrechnungseinheit: m2
Weitere Leistungsbeschreibungen:
STLB-Bau Ausschreibungstexte
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