On Gust Buffeting Design of Slender Chimneys - Building Interference and Fatigue

Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zur Böenbeanspruchung von hohen Stahlschornsteinen durchgeführt. Hierbei wurde ein besonderer Blick auf dem Einfluss von Interferenzeffekten durch benachbarte Bebauung, sowie eine Ermüdungsprognose unter Berücksichtigung von realistischen Windprofilen geworfen. Häufig werden Schornsteine an unmittelbar neben hohen Bauwerken errichtet. Diese benachbarten Gebäude beeinflussen die Windbelastung auf den Schornstein. Es hat darüber hinaus wirtschaftliche Vorteile, den Stahlschornstein mit dem benachbarten Gebäude zu verbinden damit das statische System vom Kragarm zum günstigeren Einfeldträger mit Kragarm zu verändern. Es wurden Untersuchungen an maßstäblichen Modellen im Grenzschichtwindkanal durchgeführt. Dabei wurden die Gebäudeform, Position des Schornsteins bezüglich des Gebäudes sowie Windrichtung variiert. Für jede Konfiguration wird das gestörte Windfeld und die aerodynamische Admittanzfunktion gemessen. Damit wurden eine dynamische Berechnungen durchgeführt. Hierbei zeigt sich, dass das benachbarte Bauwerk, in Abhängigkeit von Windwinkel und Position des Schornsteines, die für die Beanspruchung des Schornsteins maßgebende Windstruktur stark beeinflusst und damit zu einer bemessungsrelevanten Erhöhung der Beanspruchung führt. Eine Anwendung auf den Fall einer seitlichen Verbindung des Schornsteines mit dem Gebäude und das so veränderte statische System ist nach Eurocode nicht möglich. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Ermittlung des Böenreaktionsfaktors vorgeschlagen, das die Interferenzeffekte sowie das veränderlichen statischen System berücksichtigt. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein Beitrag zur Ermüdung von Stahlschornsteine unter Böerregung vorgestellt. Mit Hilfe von statistischen Auswertungen gemessener Windprofile wird eine verbesserte Prognose der Lebensdauer durchgeführt. Grundlage dieser Statistik sind die Langzeitmessdaten am Mast Gartow II. Die Berechnung erfolgte im Frequenzbereich mit entsprechend der Langzeitstatistik variierenden Windprofilformen. Die Häufigkeitsverteilung der Doppelspannungsamplitude wurde aus den Antwortspektren mittels der Methode nach Dirlik bestimmt. Die Betrachtung sechs unterschiedlicher Windprofilformen, führt zu einer Reduzierung der erwarteten Ermüdungsbeanspruchung der Struktur während ihrer Lebensdauer. Windstatistik und strukturelle Parameter sind entscheidend um eine realistische Lebensdauer prognostizieren zu können.