Windlast

Wind wirkt auf jede Leitung im Freien. Maßgebend wird er dort, wo viel Fläche auf wenig Gewicht trifft oder wo die Leitung hoch liegt: bei großen Durchmessern und dick isolierten Leitungen, bei Gas- und Fackelleitungen, auf Rohrbrücken und an Leitungen, die an Kolonnen und Türmen nach oben führen.

Die Windkraft wirkt quer zur Rohrachse und horizontal – in einer Richtung, in der viele Leitungen gar nicht gehalten sind. Ein Auflager, das nur das Gewicht trägt, setzt dem Wind nichts entgegen als Reibung.

Die Windkraft auf ein Rohr ist das Produkt aus drei Größen:

F = q · cf · A

Der Geschwindigkeitsdruck q ergibt sich aus der Windgeschwindigkeit zu ½ · ρ · v², mit der Luftdichte ρ von rund 1,25 kg/m³. Der Kraftbeiwert cf beschreibt den Einfluss der Form, und A ist die angeströmte Fläche: Außendurchmesser einschließlich Isolierung mal Länge. Für Rohrleitungen wird die Last meist je Meter angegeben, also q · cf · D.

Ein Beispiel: Eine Windgeschwindigkeit von 40 m/s ergibt q = ½ · 1,25 · 40² = 1000 N/m². Mit einem angenommenen Kraftbeiwert von 0,7 und einem Durchmesser von 0,4 m einschließlich Isolierung wirken 1000 · 0,7 · 0,4 = 280 N je Meter Rohr.

In Europa liefert EN 1991-1-4 mit dem jeweiligen nationalen Anhang den Geschwindigkeitsdruck – abhängig von der Windzone des Standorts, der Geländekategorie und der Höhe über Grund. Der deutsche nationale Anhang teilt das Land in vier Windzonen ein. ASME B31.3 verweist für Windlasten auf ASCE 7.

Der Kraftbeiwert eines Kreiszylinders hängt von der Reynolds-Zahl und der Rauheit der Oberfläche ab und ist deshalb keine feste Zahl. Liegen viele Rohre nebeneinander auf einer Rohrbrücke, schirmen sie einander teilweise ab. Projektvorgaben enthalten dafür in der Regel einen vereinfachten Ansatz.

Wind gehört zu den gelegentlichen Lasten. Er wird in eigenen Lastfällen für die maßgebenden horizontalen Richtungen aufgebracht, jeweils mit beiden Vorzeichen, und mit den ständigen Lasten überlagert. Verglichen wird mit dem erhöhten zulässigen Wert für gelegentliche Lasten. Mit Erdbeben wird Wind nach ASME B31.3 nicht gleichzeitig angesetzt.

Für die Spannungen im Rohr ist Wind selten maßgebend. Wichtiger sind die übrigen Ergebnisse: die Querkräfte auf Führungen und Stahlbau, die zusätzlichen Lasten auf Stutzen und die seitliche Verschiebung der Leitung.

Die Windlast wird selten falsch gerechnet, aber oft unvollständig angesetzt.