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THEMA: Windlast auf Kugel

Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 00:03 #60012

Hallo zusammen,

ich habe mich nun schon durch diverse Beiträge und den EC gearbeitet, habe allerdings noch keine wirklich eindeutige Lösung gefunden...

Ich habe einen Pavillion in Form einer geviertelten Kugel die nach vorne hin komplett geöffnet ist. Sowohl im Grundriss, als auch in der Ansicht eine Kreisform mit identischen Radien. Bei der Ermittlung der Lastfälle kommen nur die ersten Probleme auf.

Windlast:

Teil 4 des EC 1 gibt unter Abs. 7.2.8 c (pe)-Werte für Kuppeln mit kreirunder Basis an, die in den jeweiligen Ebenen A, B und C konstant sind. Bei Anwendung der zugehörigen Tabelle erhalte ich folgende Werte

-> die Kuppel stehtnicht auf Wänden, daher ergibt sich für h/d = 0
-> die Radien in alle Richtungen sind gleich, daher ergibt sich für f/d = 1

-> c (pe) Punkt A = 0,8
-> c (pe) Punkt B = -1,2
-> c (pe) Punkt C = 0,0

Die Werte sind für die Anströmrichtung von der Seite und von hinten auf Grund der Form in identisch.

Für mich stellt sich nun jedoch die Frage wie die Lasten zu überlagern sind, bzw. was mit "in den jeweiligen Ebenen konstant" genau gemeint ist.

Meiner Meinung nach ist der Wert für A parallel zum Radius (X-Richtung bzw. "von links nach rechts") und über die gesamte Breite und Höhe ("nach hinten und oben und von unten nach oben") des Bauwerks anzusetzen. Der Wert für B müsste dann orthogonal zum Radius (Y Richtung bzw. "von hinten nach vorne") und ebenfalls über die gesamte Breite und Höhe ("von links nach rechts und von unten nach oben") angesetzt werden. Der Verlauf der Windlast wäre dann, bezogen auf die wahren Längen, je Seite konstant. Auf der Wind abgewandten Seite (Punkt C) beträgt die Windlast "0".

Kann mit diesen Annahmen euerer Meinung nach sinnvoll weiter gerechnet werden? Mein letzter Notnagel ist eine Norm aus der DDR (!!!), darin sind c(p)-Werte für teilweise offene Kugelbauten enthalten. Die Werte sind auch annähernd identisch mit den Angaben laut Eurocode. Ich habe die Norm und den Entwurf mal beigefügt.

Ich hoffe, dass die Fragestellung einigermaßen verständlich ist :silly:

Schon mal Danke für Anregungen und Tipps :cheer:
Anhang:
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Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 11:53 #60014

Ahoi!

Bzgl. Ansatz und Verteilung von Windlasten bei solchen "Sonderprojekten" würde ich bereits am Anfang den prüfer mit ins Boot holen. Auch hätte ich mit der Verwendung alter, zurückgezogener Normen kein Problem, wenn sich aktuelle Normen nicht zum Problem äußern und die alten Normen sinnvolle, praxisgerechte Ansätze liefern.

Als Beispiel sei hier die damalige Empfehlung des VPI-NRW zum Schneelastansatz bei aneinandergereihten Dächern genannt. Da bezogen die sich ebenfalls auf die entsprechende DDR-Norm.
Weiterhin nutze ich für Stabilitätsnachweise von Kran-Traversen (Hebezeuge) u.a. eine alte DDR-Norm. In irgendeinem RUB-Stahl-Bericht der Uni Bochum hat Dr. Vette mit der Software K-Stab die Bemessungsnomogramme aus der DDR-Norm verifiziert. Nur weil etwas alt und zurückgezogen ist, ist es ja noch lange nicht falsch.

Viel Erfolg bei diesem interessanten Projekt wünscht
Mitch
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Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 12:56 #60015

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  • Was nicht passt - wird passend gemacht !
Für die Anströmung ''von 'hinten'' könnte man die Aussendruckbeiwerte ! wohl so Annehmen... mit cp-Werten aus älteren Normen hätte ich auch keine Bedenken (Cp-Werte sind dimensionslose Druck-Beiwerte, und sind nur von Geometrie abhängig)
Wenn der physikalische Hintergrund/Bezug der gleiche ist, könnte man selbst Druck-Beiwerte aus anderen Normen oder wissenschaftlichen Veröffentlichungen nehmen.

Wichtiger wird bei dem Projekt die Überlagerung mit den Innendruckbeiwerten sein... im Prinzip ist es ein auf einer Seite offener Schuhkarton wo der Wind voll reinpfeift.

Insofern wird wahrscheinich die Anströmung ''von vorne'' interessanter. (Stelle dir zB einen Spinaker vor oder eine offene Halbschale) ... ich werde mal in meinen Aerodynamik Unterlagen stöbern ob ich da was finde
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Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 13:30 #60016

cebudom schrieb:
Für die Anströmung ''von 'hinten'' könnte man die Aussendruckbeiwerte ! wohl so Annehmen... mit cp-Werten aus älteren Normen hätte ich auch keine Bedenken (Cp-Werte sind dimensionslose Druck-Beiwerte, und sind nur von Geometrie abhängig)
Wenn der physikalische Hintergrund/Bezug der gleiche ist, könnte man selbst Druck-Beiwerte aus anderen Normen oder wissenschaftlichen Veröffentlichungen nehmen.

Wichtiger wird bei dem Projekt die Überlagerung mit den Innendruckbeiwerten sein... im Prinzip ist es ein auf einer Seite offener Schuhkarton wo der Wind voll reinpfeift.

Insofern wird wahrscheinich die Anströmung ''von vorne'' interessanter. (Stelle dir zB einen Spinaker vor oder eine offene Halbschale) ... ich werde mal in meinen Aerodynamik Unterlagen stöbern ob ich da was finde

Die Berücksichtigung der Innendruckbeiwerte ist mMn von allen Anströmrichtungen wichtig.
Ich würde da wahrscheinlich die Werte nach DIN 1055-4 Kap. 12.1.9 ansetzen.

Maximaler zusätzlicher Beiwert für abhebenden Wind: Cp,i = +0,8
Maximaler zusätzlicher Beiwert für andrückenden Wind: Cp,i = -0,6
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Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 20:18 #60025

Vielen Dank schon mal für die Antworten.

Ich sehe das eigentlich wie ihr auch. Der Innendruck wird in Überlagerung mit dem Sog maßgeben werden. Bei den Werte für die Anströmrichtung von der Seite und von hinten ist die Ermittlung auch so weit sinnvoll, denke ich.
An die von Bealdor genannten Beiwerte habe ich auch schon gedacht...

Anströmung von hinten:

cpe (A) = +0,8 (Druckwirkung)
cpe (B ) = -1,2 (Sogwirkung)
cpi = -0,5 (Sog nach innen)

cp (A) = +1,3 (Druck)
cp (B ) = -0,7 (Sog)

Anströmung von der Seite:

cpe (A) = +0,8 (Druckwirkung)
cpe (B ) = -1,2 (Sogwirkung)
cpi = -0,6 (Sog nach innen)

cp (A) = +1,4 (Druck)
cp (B ) = -0,6 (Sog)

Bei der Ermittlung des Beiwertes für die Anströmung von vorne bin ich mir nun nicht so sicher, da die Vorzeichen im Punkt A (Seitenteile) meiner Meinung nach getauscht werden müssten. Also

cpe (A) = -0,8 (Sogwirkung)
cpe (B ) = -1,2 (Sogwirkung)
cpi = +0,8

cp (A) = -1,6 (Sog)
cp (B ) = -2,0 (Sog)

Ob der Wind bei Anströmung von vorne in den Punkten A und B tatsächlich eine Sogwirkung oder eher eine andrückende Wirkung (vgl. Heckspoiler bei einem PKW) ist ohne genauere Betrachtung bzw. sogar Versuche für mich nicht eindeutig feststellbar.

Im EC wird sogar darauf verwiesen, dass für Kuppelformen genauere Betrachtungen erfolgen müssen. Mehr Infos werden hierzu allerdings nicht gegeben. :huh:

Da ich der Meinung bin, dass eine Sogwirkung von außen und Druckwirkung von innen den negativeren Einfluss haben werden, werde ich diesen Ansatz für die weitere Betrachtung bei einer Anströmung von vorne heranziehen.

Wie seht ihr den Lastverlauf zwischen Punkten A und B? Meiner Meinung nach muss der Verlauf radial (mit Vorezeichenwechsel) zur Konstruktion sein. Den Vorzeichenwechsel sehe ich jeweils bei der halben Strecke...? :sick:

Für weitere Tipps, Korrekturen und Ergänzungen bin ich sehr dankbar :)
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Windlast auf Kugel 07 Dez 2016 20:48 #60026

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SKu schrieb:
Ob der Wind bei Anströmung von vorne in den Punkten A und B tatsächlich eine Sogwirkung oder eher eine andrückende Wirkung (vgl. Heckspoiler bei einem PKW) ist ohne genauere Betrachtung bzw. sogar Versuche für mich nicht eindeutig feststellbar.
Es wird sich eher eine Sogwirkung einstellen
Bei scharfen Kanten reißt die Strömung ab, dahinter bildet sich eine Walze gegen in die Strömungsrichtung, das bedeutet fast immer Sog.
Ein Heckspoiler ist aerodynamisch eher eine zur Strömung quer bzw schräg gestellte Platte als eine Kuppel.
Versuch kannst du selber machen: Wassermelone kaufen, aushöhlen (Inhalt kann man Kindern zum essen geben) und zurrechtschneiden und Zigarettenrauch oder besser Shisha-Rauch durch Strohhalm(e) (Laminarisierung der Strömung) gegen das Objekt vorsichtig blasen. (in einem kleinen Raum ohne Luftbewegung und ohne Heizung)
Da ich der Meinung bin, dass eine Sogwirkung von außen und Druckwirkung von innen den negativeren Einfluss haben werden, werde ich diesen Ansatz für die weitere Betrachtung bei einer Anströmung von vorne heranziehen.
Rein statisch gesehen würde ich es auf der sicheren Seite liegend auch so machen
Wie seht ihr den Lastverlauf zwischen Punkten A und B? Meiner Meinung nach muss der Verlauf radial (mit Vorezeichenwechsel) zur Konstruktion sein. Den Vorzeichenwechsel sehe ich jeweils bei der halben Strecke...?
Bei Wind von vorne wird sich der Vorzeichenwechsel wahrscheinlich gar nicht ausbilden... es wird eher nur Bereich B als Sog vorhanden sein.
Letzte Änderung: 07 Dez 2016 21:09 von cebudom.
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