Demanega

Unsere Gebäude schützen uns vor den äußeren Gegebenheiten, die oftmals heftig sein können. Wenn es stürmt, blitzt und donnert und die Erde förmlich bebt, erleichtert es ungemein, sich auf ein zuverlässiges und sicheres Bauwerk stützen zu können.

Vielfach war bisher in Gebieten mit geringen Erdbebenrisiken der Wind die wesentliche horizontale Beanspruchung und in Gebieten mit höheren Erdbebenlasten die Seismik. Heute erreichen Winde allerdings Intensitäten, die auch in Erdbebengebieten an das Erdbebenereignis heran reichen und folglich näher betrachtet werden müssen.

Indem wir schwer bauen, sind die Probleme beim Wind gering und bei Erdbeben hoch. Schwer bauen ist aber aufgrund der ökologischen Herausforderungen vielfach keine Option, sondern es müssen leichte und filigrane Bauwerkslösungen sein.

Winde entstehen durch Luftdruckunterschiede und folglich durch unterschiedliche Erwärmungen der Erdoberfläche. Erwärmte Luft steigt auf, weil sich mit der Erwärmung eine Ausdehnung vollzieht und die Dichte abnimmt. „Erreicht aufsteigende Luft ihren Taupunkt, kondensiert sie und der Wasserdampf wird als Wolke sichtbar. Bei der Kondensation des Wassers wird latente Wärme freigesetzt (…) Ist das Luftpaket kälter als die umgebende Luft, so ist es schwerer und sinkt deshalb ab. In der Natur lässt sich dies etwa im Gebirge oder in Hügelgebieten sehr gut beobachten. Nach Sonnenuntergang kühlt sich die Luft durch die stärkere Ausstrahlung über den Gipfeln und Hochebenen schneller ab als die Luft in den Tälern. Die nun kühlere, dichtere und schwerere Luft strömt die Hänge hinab und sorgt für frische Luft im Tal“ [4].

Die lokalen Windereignissen werden durch globale überlagert. Durch die unterschiedlichen Klimazonen entstehen entsprechende Dynamiken. Für Europa ist besonders der Atlantik relevant. „Wo Luft weggenommen wird, sinkt der Luftdruck und es entsteht ein Tiefdruckgebiet. Wo Luft zusammenströmt, steigt der Druck und es entsteht ein Hochdruckgebiet. Die Atmosphäre versucht diese Druckunterschiede auszugleichen“ [4]. Dadurch entstehen Windbewegungen vom Hoch zum Tief.

Wind werden nach ihrer Intensität gemäß der Beaufortskala in Brisen, starke, steife und stürmische Winde, Stürme und Orkane eingeteilt. Eine Böe ist hingegen eine heftige Windbewegung kurzer Dauer. Böen entstehen bei Änderungen der Windrichtungen, in Verbindung mit Niederschlagen und bei Gewittern.

Gewitter entstehen durch starke Konvektion auf lokal begrenztem Raum. Die Bedingungen für das Gewitter sind mit der Höhe stark abnehmende Temperaturen. Insofern die feuchte, warme Luftschicht am Boden aufsteigt, die den Energielieferanten darstellt, und diese dann stark abkühlt, entstehen Niederschlagsereignisse und Hagel. Kältere Luft kann weniger Feuchtigkeit aufnehmen, sodass der Wasserdampf kondensiert.

Bei sehr starken Aufwinden besteht Hagelgefahr. Umso wärmer der Aufwind, umso höher werden diese Luftmassen nach oben geweht, sodass eine Gewitterwolke mehrere Kilometer in die Atmosphäre reicht. Die gefrorene Luftfeuchtigkeit nimmt an Masse zu und fällt gemäß der Schwerkraft nach unten.

Blitze entstehen hingegen durch starke Vertikalbewegungen und transportierte elektrische Ladungen. Bei Gewittern sind folglich Böen und Sturmbedingungen gegeben.

Mit dem Klimawandel werden Hitzewellen, Dürren und Starkwind- und Starkregenereignisse heftiger. Entsprechend zunehmend sind Sturmschäden. Diese betreffen Wälder und auch unsere gebauten Umgebungen. Nicht nur Starkwinde, sondern zunehmend auch Starkregenereignisse – sowie die Kombination aus beiden – belasten unsere Hüllen, Dächer und Bauwerke sowie unsere Infrastruktur. Es treffen sich heute extremere Umwelteinwirkungen einerseits und eine dichte Verbauung andererseits, sodass die Risiken extrem steigen. Und mit ihnen die potentiellen Kosten.

Durch die stärkeren Winde werden die Kräfte auf unsere Bauwerke deutlich höher, sodass konstruktive Gegenmaßnahmen notwendig werden. Umso höher die Bauwerke, umso extremer die Windeinwirkungen.Aber auch die Hüllen werden stärker beansprucht.

Bei der Bewertung von Umwelteinwirkungen ist die statistische und (semi)probabilistische Erfassung alternativlos. Andere, deterministische Konzepte stehen aufgrund der Komplexität und teilweise auch „Zufälligkeit“ nicht zur Verfügung. Das semiprobabilistische Nachweiskonzept stellt einen Bezug her zwischen Extremwertverteilung und Normwerten. Um zu charakteristischen Werten zu kommen, sind lange Betrachtungsreihen notwendig.

Wie viel Sicherheit beim Bauen?

Gefahrenzonen und Risikomanagement

Literatur:

[1] Dirk Proske: „Sicherheit und Risiko im Bauwesen,“ Technische Universität Dresden, Dresden 2006

[2] Jürgen Suda und Florian Rudolf-Miklau: „Bauen und Naturgefahren – Handbuch für konstruktiven Gebäudeschutz“, Springer, Wien New York 2011

[3] Dirk Proske: „Katalog der Risiken – Risiken und ihre Darstellung“, Springer Vieweg, Wiesbaden 2022

[4] Urs Capaul: „Winde : Strömungen in der Atmosphäre“, Schaffhausen 2023