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Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Die Windrichtung spielt bei der Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen eine entscheidende Rolle. Sie ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung, wie Windkräfte mit Bauwerken interagieren, und beeinflusst die Verteilung des Winddrucks und folglich die Maßnahmen hinsichtlich der Statik. Das Verständnis zur Auswirkung der Windrichtung ist unerlässlich, um Konstruktionen zu entwickeln, die wechselnden Windkräften standhalten sollen und somit die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken gewährleisten. Einfach ausgedrückt hilft die Anströmrichtung bei der Feinabstimmung von CFD-Simulationen und der Anleitung von statischen Bemessungsprinzipien, eine optimale Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber windinduzierten Effekten zu erzielen.
Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Die Größe des Rechengebiets (Windkanalgröße) ist ein wichtiger Aspekt in der Windsimulation, der einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit sowie die Kosten von CFD-Simulationen hat.
Die Einwirkungen aus der Schneelast sind in der amerikanischen Norm ASCE/SEI 7-16 sowie im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 beschrieben. Diese Normen sind im neuen Programm RFEM 6 und im Schneelastassistenten implementiert, der das Aufbringen der Schneelasten erleichtert. In der neuesten Generation des Programms kann zudem der Bauort auf einer digitalen Landkarte festgelegt und somit die Schneelastzone automatisch eingelesen werden. Diese Daten wiederum verwendet der Lastassistent, um die Auswirkungen der Schneelast zu simulieren.
Mit Hilfe der automatischen Kombinatorik von RFEM und RSTAB und Verwendung der Option "EN 1990 + EN 1991-3; Krane" können sowohl Kranbahnträger als auch die Auflagerlasten auf die weiterführende Konstruktion bemessen werden.
Für die Einwirkungen auf Straßenbrücken sind zusätzlich zu den grundlegenden Kombinationsregeln der EN 1990 noch weitere Kombinationsbedingungen zu beachten, die in EN 1991-2 festgelegt sind. Hierzu bieten RFEM und RSTAB eine automatische Kombinatorik an, die in den Basisangaben bei Auswahl der Norm EN 1990 + EN 1991-2 aktiviert werden kann. Die Teilsicherheitsbeiwerte und Kombinationsbeiwerte je nach Einwirkungskategorie sind bei Auswahl des jeweiligen Nationalen Anhangs bereits hinterlegt.
In diesem Beitrag werden Abbildungen eines Explosionsszenarios einer Ferndetonation in RF-DYNAM Pro - Erzwungene Schwingungen dargestellt und die Auswirkungen im linearen Zeitverlaufsverfahren verglichen.
In der bisherigen Normung gab es keinerlei Regelungen für die Verteilung der Schneelasten für aufgeständerte Solarthermie- und Photovoltaikanlagen auf Dächern. Es wurde lediglich darauf hingewiesen, die Lasten ingenieurmäßig zu verteilen. Erst mit dem Nationalen Anhang DIN EN 1991-1-3/NA:2019-04 wurden dafür konkrete Regelungen getroffen.
Mit RF-/STAHL EC3 können in RFEM beziehungsweise RSTAB nominelle Temperatur-Zeit-Kurven verwendet werden. Es sind die Einheitstemperatur-Kurve (ETK), die Außenbrandkurve und die Hydrocarbon-Brandkurve implementiert. Zudem besteht auch im Programm direkt die Möglichkeit, eine Stahlendtemperatur vorzugeben.
Häufig befinden sich an Gebäuden Anbauten. Liegen die Dachebenen nicht in gleicher Höhe, muss dieser Höhensprung (falls er mehr als 0,5 m beträgt) bei der Schneelastannahme zusätzlich erfasst werden.
Die Windbelastung von rechteckig abgerundeten Bauteilen ist eine komplexe Angelegenheit. Die Ersatzkräfte aus der Windbelastung hängen von der Stärke der umströmenden Windbelastung sowie der Bauteilgeometrie selbst ab.
Der Wind, der parallel an den Flächen eines Baukörpers vorbeistreift, kann an diesen Flächen Reibungskräfte erzeugen. Dieser Effekt ist vor allem meist bei sehr großen Bauwerken von Interesse.
Als grundlegende Anforderungen an ein Tragwerk werden in den Grundlagen der Tragwerksplanung eine ausreichende Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit genannt. Dabei sind Tragwerke so auszuführen, dass durch Ereignisse wie Anprall eines Fahrzeuges keine Schadensfolge entsteht.
Bei Kranbahnen mit großen Stützweiten ist nicht selten die Horizontallast aus Schräglauf bemessungsrelevant. In diesem Beitrag sollen die Entstehung dieser Kräfte und die richtige Eingabe in KRANBAHN beschrieben werden. Es wird hierbei auf die praktische Ausführung und den theoretischen Hintergrund eingegangen.
Die Regelungen der Windlasten erfolgt nach Eurocode 1 - Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Die national festgelegten Parameter eines jeweiligen Landes sind in den nationalen Anhängen zu finden.
In Deutschland regelt die DIN EN 1991-1-4 mit dem nationalen Anhang DIN EN 1991-1-4/NA die Windlasten. Das Normpaket gilt für Hoch- und Ingenieurbauwerke bis zu einer Höhe von 300 m.
Ist ein freistehendes Dach, zum Beispiel ein Tankstellendach, zu bemessen, erfordert dies die Lastermittlung unter Berücksichtigung des Abschnittes 7.3 der EN 1991-1-4. In diesem Beitrag wird beispielhaft ein leicht geneigtes Trogdach ausgeführt.
Dieser Beitrag beschreibt, wie eine Flachdecke in RFEM als 2D-Modell erstellt und die Belastung nach Eurocode 1 aufgebracht wird. Die Lastfälle werden nach Eurocode 0 kombiniert und linear berechnet. Im Zusatzmodul RF-BETON Flächen erfolgt die Biegebemessung der Decke unter Berücksichtigung der Normvorgaben nach Eurocode 2. Die Bewehrung wird für Bereiche, die von der Matten-Grundbewehrung nicht abgedeckt sind, durch eine Stabstahlbewehrung ergänzt.
In Deutschland regelt die DIN EN 1991-1-3 mit dem nationalen Anhang DIN EN 1991-1-3/NA die Schneelasten. Das Normpaket gilt für Hoch- und Ingenieurbauwerke in einer Höhe bis 1.500 m über Meeresniveau.
Soll die Windlast für Gebäude beziehungsweise Tragwerke durch die gleichzeitige Annahme von aerodynamischen Druck- und Sogbeiwerten auf der Luv- und Leeseite des Gebäudes bestimmt werden, darf die Korrelation des Winddruckes auf die Zonen D und E der Wandflächen berücksichtigt werden.
Im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 und in der US-Norm ASCE/SEI 7-16 sind die allgemeinen Einwirkungen aus Schneelasten geregelt. Die von den Normen geforderten Lastansätze für Sattel-, Pult- und Flachdächer sind in RFEM und RSTAB in einem Tool hinterlegt, sodass eine einfache Generierung dieser Einwirkung stattfinden kann.
Für ein einfaches Beispiel eines Fachwerkbinders soll gezeigt werden, wie die Windbelastung in Abhängigkeit von der Völligkeit des Fachwerkes ermittelt werden kann.
Wind ist im Gegensatz zu Schnee die einzige klimatische Last, die auf jede Art von Bauwerk in jedem Land der Welt wirkt. Die Windstärke hängt vom geografischen Standort des Gebäudes ab. Aktuell ist dies einer der Hauptgründe für die Notwendigkeit einer regionalen Einteilung (Windzone) und einer Berücksichtigung der in den amtlichen Normen festgelegten Höhenlage; Die Variation der Staudrücke mit der Höhe über dem Boden für einen "normalen" Baugrund ohne Maskenwirkung sollte ebenfalls berücksichtigt werden.
Im diesem Beitrag wurden die Einwirkungen auf Silos nach DIN EN 1991-4 dargestellt. Am Beispiel eines freistehenden zylindrischen Silos mit einem konischen Trichter für Zement werden die Fülllasten auf den Trichter berechnet.
In der Kategorie H Dächer müssen auch Nutzlasten angesetzt werden. Üblicherweise sind dies Mannlasten zur Montage und Wartung. Da bei Schnee üblicherweise keine Wartung stattfindet, müssen Schnee und Nutzlasten in der Kategorie H nicht gemeinsam angesetzt werden. Dies kann in den Optionen der automatischen Kombinatorik berücksichtigt werden.