Die Windlast bestimmt, wie viel Seiten- und Auftriebskraft Ihre Gebäudestruktur während eines Sturms aushalten muss. Für eine korrekte Berechnung müssen Sie die geplante Windgeschwindigkeit, das Gelände des Standorts, die Gebäudeabmessungen und die Dachform kennen. In diesem Leitfaden wird das vereinfachte ASCE 7-Verfahren erläutert, das in diesem Rechner verwendet wird, wie sich jede Eingabe auf das Ergebnis auswirkt und wann Sie einen lizenzierten Ingenieur benötigen, der eine vorläufige Schätzung übernimmt.

Wie sich Windgeschwindigkeit in Druck umwandelt

Die Windgeschwindigkeit allein sagt nichts über die Kraft aus, die auf ein Gebäude einwirkt. Der Geschwindigkeitsdruck (qh) wandelt die kinetische Energie bewegter Luft in eine Kraft pro Quadratfuß um, indem die Formel qh = 0,00256 × Kh × Kzt × Kd × V² × Iw verwendet wird. Der V²-Term bedeutet, dass der Druck mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit zunimmt – eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit vervierfacht den Druck. Ein Hurrikan mit 140 Meilen pro Stunde erzeugt ungefähr den vierfachen Druck eines Gewitters mit 70 Meilen pro Stunde.

Die Expositionskoeffizienten Kh und Kzt modifizieren den Geschwindigkeitsdruck basierend auf der Geländerauheit und der Topographie. Gebäude in offenem Küstengebiet (Exposition D) sind bei gleicher Windgeschwindigkeit deutlich höheren Drücken ausgesetzt als identische Gebäude in Vorstadtgebieten (Exposition B). Aus diesem Grund sind die Küstenbauvorschriften so viel anspruchsvoller als die Binnennormen – es geht nicht nur um höhere Windgeschwindigkeiten, sondern auch um die Geländemultiplikatoren, die diese Geschwindigkeiten in größere Oberflächendrücke umwandeln.

Druckzonen und warum sie wichtig sind

Der Wind drückt nicht gleichmäßig auf ein Gebäude. Luvwände unterliegen einem positiven (nach innen gerichteten) Druck; Leewände und Seitenwände erfahren einen Unterdruck (Saugdruck). Dachoberflächen erfahren an den meisten Neigungen einen Sog, wobei die höchsten Auftriebskräfte in den Ecken und Kanten des Daches auftreten, wo der Luftstrom um den Gebäudeumfang herum beschleunigt wird. Diese Eckzonen können dem zwei- bis dreifachen Druck der Dachfeldfläche ausgesetzt sein.

Der Auslegungsdruck für jede Fläche wird als p = qh × G × Cp ± qh × GCpi berechnet, wobei Cp der Außendruckkoeffizient für diese Fläche und GCpi der Innendruckkoeffizient ist. Der Innendruck erhöht oder verringert sich je nach Öffnungszustand des Gebäudes. Ein geschlossenes Gebäude mit wenigen Fenstern hat GCpi = ±0,18; Ein Gebäude mit einer großen Öffnung an der Luvwand kann einen GCpi = ±0,55 erreichen, was die Belastung der Innenflächen und Verbindungen dramatisch erhöht.

Einschränkungen des vereinfachten Verfahrens

Dieser Rechner wendet das vereinfachte ASCE 7-16-Verfahren aus Kapitel 27 an, das nur für niedrige Gebäude mit einer mittleren Dachhöhe von nicht mehr als 60 Fuß und einem Verhältnis von Höhe zu kleinster Grundrissabmessung von nicht mehr als 1,0 gilt. Gebäude außerhalb dieser Grenzen erfordern das vollständige Richtungs- oder Hüllverfahren, das höhenveränderliche Drücke und komplexeres aerodynamisches Verhalten berücksichtigt. Hohe, schlanke Gebäude und unregelmäßige Grundrissformen erfordern immer das vollständige Verfahren.

Selbst innerhalb der Grenzen des vereinfachten Verfahrens liefert dieser Rechner vorläufige Entwurfswerte für Bildungs- und Planungszwecke. Für Genehmigungsanträge sind Berechnungen erforderlich, die von einem zugelassenen Statiker abgestempelt wurden. Dieser überprüft außerdem Lastkombinationen gemäß ASCE 7-16 Abschnitt 2.3 (LRFD) oder 2.4 (ASD), verifiziert Verbindungsdetails und bestätigt, dass der Wind in Zonen mit hoher Seismizität keinen Vorrang vor Erdbeben hat. Nutzen Sie diese Ergebnisse, um vorläufige Elemente zu dimensionieren und ein Gefühl für die Belastungsgröße zu bekommen – und übergeben Sie das Projekt dann einem Ingenieur für den formalen Entwurf.