Schnee- und Windlast richtig berechnen

Standsicherheit und Statik fordern exakte Planung

Jede Befestigung ist nur so gut, wie sie geplant wurde. Dazu gehört auch, alle Lasten zu berücksichtigen, denen eine Konstruktion in der Anwendung ausgesetzt ist. Im Außenbereich werden dabei allzu oft die Faktoren Schnee und Wind falsch dimensioniert oder ganz außer Acht gelassen. Die Folgen: fortgerissene Solaranlagen, verbogene Außenkamine oder verrutschte Lüftungskanäle – und die damit einhergehenden, massiven (finanziellen) Schäden.

Wirkweise von Wind und Schnee

Wie sich Schnee- und Windlasten konkret auf ein Bauwerk bzw. daran verbaute Konstruktionen auswirken und entsprechend bei der Planung zu berücksichtigen sind, hängt insbesondere von drei Einflussfaktoren ab: dem Standort, der Geländehöhe und der Bauwerkshöhe. Schnee- und Windlasten wirken allgemein als Flächenlast auf eine Grundfläche. Während Schneelasten in Richtung der Gravitation senkrecht nach unten wirken, wird bei Windlasten in der Regel eine Wirkung parallel zum ebenen Boden angenommen. Zu berücksichtigen ist auch der Winddruck, das heißt ein Überdruck auf der windzugewandten und ein Unterdruck auf der windabgewandten Seite. 

Einflussfaktoren und Ermittlung der äußeren Lasten

A. Wind- und Schneelastzonen

Die Normenreihe des Eurocode 1 regelt sämtliche Einwirkungen auf die Tragwerksplanung von Hochbauten und Ingenieurbauwerken. In nationalen Anhängen wird den regionalen, grundlegenden Einflussfaktoren Standort und Geländehöhe Rechnung getragen. So werden insbesondere Aussagen über nationale Schneelastzonen und Windlasten getroffen.
 

B. Geländekategorie

Unterschiede in der Topographie verschiedener Standorte werden über die Zuordnung zu ebenfalls in Eurocode 1 festgelegten Geländekategorien berücksichtigt.
 
Über die Lastannahmen für die vorgenannten Zonen und Kategorien der Normenreihen lassen sich die entsprechenden Kraft- und Druckbeiwerte, die äußeren Lasten, auf die zu befestigenden Bauteile für den konkreten Bauwerksstandort ermitteln.

Überlagerung der Lasten

Ein einfaches Aufsummieren der zu erwartenden Lasten von Wind und Schnee sowie der Gewichtslasten würde zu einer unrealistischen Lastannahme führen. Deshalb werden die ermittelten äußeren Lasten und die Gewichtslasten einer Konstruktion unter Berücksichtigung von Teilsicherheitswerten und Kombinationsfaktoren überlagert. Dies regelt Eurocode 3. Der Konstruktionsentwurf muss den resultierenden Lastfallkombinationen hinsichtlich Tragfähigkeit und Standsicherheit entsprechen. Eventuell notwendige Maßnahmen zur Beschwerung einer Konstruktion können ebenfalls rechnerisch abgeleitet werden.

Beispielkonstruktionen für verschiedene Lastfälle

Beispielkonstruktionen für verschiedene Lastfälle

Wie unterschiedlich die Lastfälle je nach Standort sein können, zeigt die Tabelle zu unserer Beispielkonstruktion einer Luftkanalbefestigung. Als Standorte wurden die deutschen Städte Rostock und Stuttgart gewählt:

  Standort 1 Standort 2
Ort Rostock Stuttgart
Windzone 3 1
Schneezone 3 2
Windgeschwindigkeit 27,5 m/s (99km/h) 22,5 m/s (81km/h)
Winddruck 0,47 kN/m² 0,39 kN/m²
Schneedruck 1,1 kN/m² 0,85 kN/m²
Vgl. Beispielkonstruktion Abb. links Abb. rechts
















Für eine in ihrer Zielsetzung identische Konstruktion müssen also an unterschiedlichen Bauwerksstandorten gänzlich unterschiedliche Lastannahmen berücksichtigt werden. Bei gleichen Randbedingung kann aufgrund des insgesamt geringeren Lastfalls in Stuttgart ein weniger tragfähiges Schienenprofil für die Lüftungskanalinstallation verwendet werden als in Rostock. In den beispielhaften Konstruktionszeichnungen kommt für den Standort Roststock (Abb. links) unter dem Lüftungskanal entsprechend eine MPR-Systemschiene 41/82/2,0 als H-Profil zum Einsatz, während für den Standort Stuttgart (Abb. rechts) eine MPR-Systemschiene 41/62/2,5 ausreichend ist. Des Weiteren beträgt das zusätzliche Gewicht zur Standsicherheit für die Anwendung in Stuttgart etwa 50% weniger.

Fazit

Im Hinblick auf Schnee- und Windlasten kann die Standsicherheit und statische Tragsicherheit einer Konstruktion nur durch detaillierte und umfassende Planung gewährleistet werden. Auch auf die Wirtschaftlichkeit einer Konstruktion kann sie sich auswirken: Bei exakter Planung können die eingangs genannten Schäden durch in der Anwendung überlastete Konstruktionen ebenso vermieden werden, wie eine nachträgliche, kostenintensive Verstärkung einer zu schwachen Konstruktion.

Sie haben weitere Fragen oder brauchen Unterstützung bei Ihrem Projekt? Unsere Anwendungstechniker stehen Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung.