Die DIN EN 1991-1-4 erlaubt die Berechnung böenerregter Schwingungen. Das aus der stochastischen Schwingungstheorie abgeleitete Verfahren ermöglicht die Berechnung des Böenreaktionsfaktors, der die Überhöhung der statischen Antwort des Tragwerks auf mittlere Windlasten durch dynamische Effekte erfasst.
Das in DIN EN 1991-1-4 verankerte Verfahren ist jedoch nur für solche Tragwerke anwendbar, die kein Vorzeichenwechsel in der maßgebenden Eigenform besitzten. Siehe hierzu DIN EN 1991-1-4 Abschnitt 6.3.1 (2) und Anhang C.1.1 (5).
Tragwerke wie z.B. abgespannte Maste und Schornsteine, oder Antennen die zusätzlich an einem oder mehreren Zwischenpunkten gehalten sind, fallen nicht in den Anwendungsbereich. Hier setzt die aktuelle Version des Moduls "Dynamische Windwirkungen auf schlanke Bauwerke" an.
Auf Basis der stochastischen Schwingungstheorie und einem FE-Modell des linienförmigen Tragwerks, wird die maximale Antwort berechnet und hieraus der Böenreaktionsfaktor abgeleitet.
Insofern es das gewählte System zulässt, kann aber auch weiterhin die Berechnung nach dem in DIN EN 1991-1-4 verankerten Verfahren ausgewählt werden.
Sämtliche Berechnungsschritte und Ergebnisse können mittels einer komfortablen Druckumgebung ausgegeben werden. Zur Orientierung im Programm und Darstellung einiger Berechnungsgrundlagen ist zusätzlich eine Kurzhilfe implementiert.
Die Geländekategorie am Standort kann durch Vergleich mit den Bildern der DIN EN 1991-1-4/NA festgelegt werden. Zur Auswahl stehen die Geländekategorien I bis IV und die beiden Regelprofile für küstennahe Gebiete und das Binnenland.
Steht das Bauwerk auf einer Klippe oder einem Geländesprung, muss dies über den Topographiebeiwert ct berücksichtigt werden. Dieser wird nach Eingabe der benötigten Parameter automatisch berechnet.
Das vertikale, linienförmige Tragwerk kann in bis zu 15 Abschnitte unterteilt werden. Innerhalb dieser Abschnitte können die Querschnittsparameter wie Masse, Trägkeitsmoment, aerodynamischer Kraftbeiwert usw. veränderlich sein. Über die gesamte Höhe kann eine Zusatzmasse, sowie eine zusätzliche Windkraft (z.B. in Form einer Steigleiter) angegeben werden.
Das Tragwerk kann mit bis 16 Federn horizontal gehalten werden. Die Steifigkeit aller Federn kann unterschiedlich gewählt werden.
Für die untersten sechs Eigenwerte werden die Frequenzen sowie die Ordinaten der zugehörenden Eigenformen ermittelt. Die generalisierte Masse wird ebenfalls angegeben.
Böenerregung
Es sind zwei Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Böenreaktionsfaktors implementiert:
- Böenreaktionsfaktor nach DIN EN 1991-1-4/NA Anhang NA.C und DIN EN 1991-1-4 B.2
- Böenreaktionsfaktor mittels stochastischer Schwingungstheorie
Die Auswahl des vereinfachten Verfahrens ist nur bei Tragwerken möglich, deren unterste Eigenform kein Vorzeichenwechsel besitzt. Sonst wird automatisch das Spektralverfahren durchgeführt.
Für das Tragwerk werden die Schnittgrößen Querkraft und Biegemoment unter Einwirkung der Windlasten automatisch ermittelt. Zusätzlich können einzelne Windlasten angegeben werden, um einzelne Anbauten wie z.B. Antennen zu Berücksichtigen.
Wirbelerregung
Das aus der alten Version bekannte Verfahren zur Berechnung der Schnittgrößen infolge Wirbelerregung ist weiterhin enthalten. Jedoch ist es nur für Kragsysteme implementiert. Somit können abgespannte o.ä. Systeme, die mit der neuen Version modelliert werden können, nicht hinsichtlich Wirbelerregung untersucht werden. Dieses soll die nächste Version des Moduls "Dynamische Windwirkungen auf schlanke Bauwerke" ermöglichen.
Neben den Schnittgrößen infolge Wirbelerregung wird auch die innerhalb der Lebensdauer des Bauwerks zu erwartende Anzahl der Spannungsschwingspiele berechnet. Damit ist eine Ermüdungsuntersuchung möglich.
