Sturm
Stürme können in der Schweiz überall auftreten und beachtliche Kräfte entwickeln. In Böen vervielfacht sich lokal die Kraft des Windes, z.B. auf Dächern und an Fassaden. Wenn sich Druck- und Sogkräfte überlagern, verstärken sich diese Kräfte zusätzlich – zum Beispiel an Dachvorsprüngen oder wenn das Gebäude nicht winddicht ist. Für den Gebäudeschutz vor Wind ist die konsequente Einhaltung der Baunormen zentral, insbesondere der Norm SIA 261.
Die Norm SIA 261 legt das 50-jährliche Ereignis fest als Schutzziel gegen Wind für normale Wohn- und Gewerbegebäude. Gebäude, Aussenwände und Dach müssen den dadurch entstehenden Belastungen vollumfänglich standhalten und es dürfen keine Bauteile abreissen, z.B. Fassadenelemente oder Aufbauten wie Antennen oder Solaranlagen. Bei Berücksichtigung sämtlicher Sicherheitsfaktoren resultiert ein wesentlich höheres Schutzziel (ca. 150 jährlicher Wind).
Winterstürme können in der gesamten Schweiz Böenspitzen von 140–200 km/h verursachen. In den Alpen können sie sogar Werte von 250 km/h überschreiten. Winterstürme verursachen die grössten Gebäudeschäden.
Die häufigsten Sturmereignisse in der Schweiz treten zusammen mit Gewittern auf – typischerweise im Sommer.
Der Föhn – ein meist heftiger Fallwind – kann Orkanstärke erreichen mit Böenspitzen von 130-160 km/h (in Kammlagen sogar über 250 km/h).
Tornados treten auch in der Schweiz auf, häufig in Gewitterzellen und zusammen mit Hagel. Sie treten meist sehr lokal auf, in der Schweiz vor allem im Jura und in der Nordschweiz, nicht jedoch im Alpenraum.
Die Windgeschwindigkeit vw ist vom örtlichen Windklima, dem topographischen Gebäudestandort (Kammlage, Seeufer), den lokalen Bebauungsverhältnissen (freies Feld, Stadtgebiet) und von der Bezugshöhe (Höhe über Grund) abhängig.
Die Hauptwindrichtung bezeichnet die Himmelsrichtung, aus welcher der Wind am häufigsten weht. Sie kann sich regional und lokal stark unterscheiden: bei Föhnwinden meist Nord (Alpensüdseite) oder Süd (Alpennordseite), Bise aus Nord-Nordost-Ost, Winterstürme aus Nordwest-Südwest).
Böe: Windspitzen von wenigen Sekunden Dauer stellen eine besondere Belastung für Bauwerke dar. Sie können Schwingungen und zyklische Beanspruchung verursachen.
Lee: Die dem Wind abgewandte Seite (z.B. eines Bergkamms).
Luv: Die dem Wind zugewandte Seite.
Legende
Hinweis: Die Karten zeigen die regionale Gefährdung durch Böenspitzen bei Winterstürmen. Nicht berücksichtigt sind lokale Effekte sowie Sommerstürme und Gewitterböen. Die Werte für Böenspitzen sind deshalb weder als punktgenaue, exakte Werte zu interpretieren noch ersetzen sie standortspezifische Gutachten. Vor allem für exponierte, hochalpine Standorte werden die Böenspitzen unterschätzt. Für Bautätigkeiten ist die Norm SIA 261 und deren Karte Referenzstaudruck gemäss Anhang E massgebend.
Die Skalenwerte sind gemittelte Windgeschwindigkeiten (Mittelwerte über 10 Minuten) und nicht Böenspitzen. Die Beaufort-Skala ist in 13 Stufen unterteilt. Ab 75 km/h wird ein Wind als Sturm bezeichnet. Dann können auch mittelgrosse Gegenstände in Bewegung geraten oder Ziegel vom Dach gehoben werden. Winde mit über 118 km/h entsprechen der höchsten Skalenstufe der „Orkane“ und können schwere Verwüstungen mit sich bringen.
km/h | m/s | Skala | Bezeichnung | Merkmale |
---|---|---|---|---|
< 1 |
0–0.2 | 0 | Windstille | Keine Luftbewegung |
1-5 |
0.3–1.5 | 1 | Leiser Zug | Windrichtung nur an ziehendem Rauch erkennbar |
6–11 | 1.6–3.3 | 2 | Leichte Brise | Wind im Gesicht fühlbar |
12-19 |
3.4–5.4 | 3 | Schwacher Wind | Blätter werden bewegt, leichte Wimpel gestreckt |
20–28 | 5.5–7.9 | 4 | Mässiger Wind | Kleine Zweige werden bewegt, schwere Wimpel gestreckt |
29–38 | 8.0–10.7 | 5 | Frischer Wind | Grössere Zweige werden bewegt, Wind im Gesicht schon unangenehm |
39–49 | 10.8–13.8 | 6 | Starker Wind | Grosse Zweige werden bewegt, Wind singt in der Takelage |
50–61 | 13.9–17.1 | 7 | Steifer Wind | Schwächere Bäume werden bewegt, fühlbare Hemmung beim Gehen gegen den Wind |
62–74 | 17.2–20.7 | 8 | Stürmischer Wind | Grosse Bäume werden bewegt, Zweige abgebrochen, beim Gehen erhebliche Behinderung |
75–88 | 20.8–24.4 | 9 | Sturm | Leichtere Gegenstände werden aus ihrer Lage gebracht, Dachziegel an exponierten Stellen können sich lockern |
89–102 | 24.5–28.4 | 10 | Schwerer Sturm | Gartenmöbel und leichtere Gegenstände werden umgeworfen, Windbruch an Bäumen |
103–117 | 28.5–32.6 | 11 | Orkanartiger Sturm | Leichte Schäden an Dachziegeln und Verblechungen, geringe Schäden an Leichtbauten |
118–133 | 32.7–36.9 | 12 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
134–149 | 37.0–41.4 | 13 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
150–166 | 41.5–46.1 | 14 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
167–183 | 46.2–50.9 | 15 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
184–202 | 51.0–56.0 | 16 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
> 202 | > 56 | 17 | Orkan | Schwere Verwüstungen |
Windstärke | Windart | km/h | m/s | Beaufortskala |
---|---|---|---|---|
schwach | Mittlerer Wind | < 14 | ≤ 3.9 | ca. 1-2 |
Böenspitzen | -30 | ≤ 8.3 | ||
mässig | Mittlerer Wind | 15-29 | 3.9-8.1 | ca. 3-4 |
Böenspitzen | 31-60 | 8.6-16.6 | ||
stark | Mittlerer Wind | 30-56 | 8.3-15.5 | ca. 5-7 |
Böenspitzen | 61-89 | 16.9-24.7 | ||
stürmisch | Mittlerer Wind | 57-99 | 15.8-27.5 | ca. 8-10 |
Böenspitzen | 90-149 | 25.0-41.4 | ||
orkanartig | Mittlerer Wind | > 99 | > 27.5 | ca. 11-12 |
Böenspitzen | ≥ 149 | ≥ 41.4 |
Böen erreichen im Mittelland resp. Alpenvorland Werte über 150 km/h, in Kammlagen des Alpenraums Spitzen von über 250 km/h. Die Torro Sturmwind-Skala beschreibt mögliche Schadenwirkungen in einem Bereich von 75 bis 500 km/h:
km/h | m/s | Skala | Merkmale |
---|---|---|---|
76 ±14 | 17 – 25 | T0 | Schadensatz: Sleicht = 0.05 %, Smassiv = 0.01 %. Leichte Gegenstände werden vom Boden abgehoben. Äste beginnen abzubrechen, in Getreidefeldern ist der Zugweg erkennbar. Baugerüste können umstürzen, leichte Schäden an Markisen und Zelten. Dachziegel an exponierten Stellen können sich lockern. Keine Schäden an Gebäudetragwerken |
104 ±14 | 25 – 33 | T1 | Schadensatz: Sleicht = 0.10 %, Smassiv = 0.05 %. Gartenmöbel und leichtere Gegenstände werden umgeworfen und können durch die Luft gewirbelt werden. Holzzäune werden umgeworfen. Windbruch an Bäumen. Leichte Schäden an Dachziegeln und Verblechungen. Geringe Schäden an Leichtbauten; keine strukturellen Schäden. |
135 ±16 | 33 – 42 | T2 | Schadensatz: Sleicht = 0.25 %, Smassiv = 0.10 %. Auch schwerere Gegenstände werden vom Boden aufgehoben und können zu gefährlichen Geschossen werden. Fahrzeuge und Anhänger können umgeworfen werden. Ziegel- und ungesicherte Flachdächer werden teilweise abgedeckt. Geringe bis mittelschwere Schäden an Leichtbauten; erste Schäden an strukturellen Elementen von Massivbauten möglich. An Bäumen werden einzelne starke Äste abgebrochen oder geknickt, kleine Bäume entwurzelt. |
167 ±16 | 42 – 51 | T3 | Schadensatz: Sleicht = 0.80 %, Smassiv = 0.25 %. Einzelne grössere Bäume werden entwurzelt. Zahlreiche Fahrzeuge und Anhänger werden umgeworfen. Ziegel- und ungesicherte Flachdächer erleiden grössere Schäden. Mittelschwere Schäden an Leichtbauten; einzelne Schäden an strukturellen Elementen von Massivbauten. Fahrende Autos werden von der Strasse gedrückt. |
202 ±18 | 51 – 61 | T4 | Schadensatz: Sleicht = 3 %, Smassiv = 0.80 %. Schwerer Windbruch an freistehenden Bäumen und in Wäldern. Grosse Schäden an Fahrzeugen und Anhängern. Hohe Gefährdung und Schäden durch herumfliegende Teile. Ganze Dächer werden abgedeckt. Schwere Schäden an Leichtbauten; zunehmend Schäden an strukturellen Elementen von Massivbauten, Einsturz von Giebelwänden möglich. |
238 ±18 | 61 – 71 | T5 | Schadensatz: Sleicht = 10 %, Smassiv = 3 %. Schwere Schäden an Dächern und Anbauten. Schwere Schäden an Leichtbauten; weiter zunehmende Schäden an strukturellen Elementen von Massivbauten. Vollständiger Einsturz einzelner Gebäude, vor allem landwirtschaftlich genutzter Konstruktionen und Lagerhallen. Kraftfahrzeuge werden hochgehoben. |
275 ±20 | 71 – 82 | T6 | Schadensatz: Sleicht = 30 %, Smassiv = 10 %. Leichtbauten werden in grösserem Umfang zerstört. Schwere Schäden an strukturellen Elementen von Massivbauten. Einsturz einzelner Gebäude. Schwere Kraftfahrzeuge werden hochgehoben. |
315 ±20 | 82 – 93 | T7 | Schadensatz: Sleicht = 90 %, Smassiv = 30 %. Verbreitet völlige Zerstörung von Leichtbauten und schwere Schäden an Massivbauten. Einsturz zahlreicher Gebäude. Deutliche Entrindung stehen bleibender Bäume durch umherfliegende Trümmer. |
356 ±22 | 93 – 105 | T8 | Schadensatz: Sleicht = 100 %, Smassiv = 60 %. Schwere Schäden an Massivbauten. Verbreiteter Einsturz von Gebäuden, deren Einrichtung weit verstreut wird. Kraftfahrzeuge werden über grosse Strecken geschleudert. |
400 ±22 | 105 – 117 | T9 | Schadensatz: Sleicht = 100 %, Smassiv = 80 %. Überwiegend Totalschäden an Massivbauten. Züge werden von den Schienen gerissen. Totale Entrindung stehengebliebener Baumstämme. |
445 ±23 | 117 – 130 | T10 | Schadensatz: Sleicht = 100 %, Smassiv = 90 %. Überwiegend Totalschäden an Massivbauten. |
491 ±23 | 130 - 143 | T11 | Schadensatz: Sleicht = 100 %, Smassiv = 95 %. Überwiegend Totalschäden an Massivbauten. Unvorstellbare Schäden entstehen. |
MeteoSchweiz |
Wetter-Alarm |
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4 & 5 |
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3 |
Die Ermittlung der Einwirkungen erfolgt gemäss den SIA-Normen. Zur Bemessung bedarf es Angaben zum Referenzstaudruck, zur Hauptwindrichtung und zu den lokalen Windverhältnissen. Der Referenzstaudruck und die Methodik zu dessen Anwendung sind der Norm SIA 261 zu entnehmen. Die Hauptwindrichtung und die lokalen Windverhältnisse sind gegebenenfalls durch eine Fachperson zu ermitteln.
Projektverfasser sind gut beraten, von ihren Baupartnern den Nachweis zur Einhaltung der SIA-Normen zu verlangen, insbesondere der SIA 261. Viele Schadenfälle sind auf mangelhafte, fehlende Nachweise oder auf ungenügende Verbindungen zurückzuführen. Deshalb ist es wichtig, dass auch das schwächste Glied („die letzte Schraube“) diesen Normen entspricht.
Wirkung von Wind auf Gebäude
Wirkung von Wind auf Gebäude
Stürme können in der Schweiz überall auftreten und beachtliche Kräfte entwickeln. In Böen vervielfacht sich lokal die Kraft des Windes, z.B. auf Dächern und an Fassaden. Wenn sich Druck- und Sogkräfte überlagern, verstärken sich diese Kräfte zusätzlich – zum Beispiel an Dachvorsprüngen oder wenn das Gebäude nicht winddicht ist. Die Schweizer Baunormen verlangen eine gute Sturmfestigkeit.
Gefährdungsbild 1: Gebäude dicht (kein Innendruck)
Von aussen wirken Druck- und Sogkräfte auf Fassaden und Dächer in Abhängigkeit von Windrichtung und Geschwindigkeit.
Gefährdungsbild 2: Gebäude undicht (Innendruck und Innensog)
Beträgt der Anteil der Öffnungen in einer Ansicht mehr als 5 % der Fläche, gilt das Gebäude als offen. Öffnungen sind Belüftungsöffnungen, Lüftungsschlitze, Tore und Fenster (wenn geöffnet), Lichtbänder und ähnliches.
Ein geöffnetes Fenster oder eine nicht geschlossene Türe verursachen Innendruck oder Innensog. Besonders ungünstig ist, wenn sich gleichgerichtete Druck- und Sogkräfte überlagern.
Gefährdungsbild 3: Dachüberstände
Bei Dachüberständen von Steildächern überlagern sich auf der windabgewandten Seite Druckkräfte von unten sowie Sogkräften von oben. Bei Dachüberständen von Flachdächern ist dies beidseitig der Fall.
Gefährdungsbild 4: Anprall von Trümmern
Prallen Trümmer auf die Gebäudehülle, können sie ein Gebäude gefährden. Wird es undicht, sind Personen stärker gefährdet. Die Energie des Aufpralls ist abhängig von der Trümmermasse und -geschwindigkeit.
Gefährdungsbild 5: Aufprall eines Baumes
Umstürzende Bäume gefährden Dach und Balkone, können aber auch ins Gebäudeinnere eindringen. Die Energie des Aufpralls ist abhängig von der Fallhöhe und von der Masse des Baumes.
Versagen der Gebäudehülle
Besonders Verbindungen von Dach und Fassade halten den Sogkräften nicht stand. Das kann zu zahlreichen Gebäudeschäden führen.
Versagen der Dachkonstruktion
Das Versagen von ganzen Dachkonstruktionen ist oft auf spezielle Windverhältnisse zurückzuführen, z.B. an einer exponierten Lage auf einer grossen Ebene. Bei Neubauten sind meist konstruktive Mängel dafür verantwortlich.
Der häufigste Grund für Schäden an Bedachungssystemen bei Neubauten oder Umbauten ist die fehlende Kraftübertragung in die tragende Unterkonstruktion:
- Nicht ausreichende und falsche mechanische Befestigung der Bedachung auf der Unterkonstruktion, im Eck- und Randbereich, aber auch im Mittelbereich der Dachfläche
- Falsche Klebung zwischen Bedachung und Wärmedämmung bzw. zwischen Wärmedämmung und Unterkonstruktion
- Nicht ausreichende oder falsche Dachanschlüsse bzw. Dachrandeinfassungen
- Vernachlässigung des Gebäudeinnendrucks und der Verankerung der Randelemente
Abheben des Gebäudes
Vor allem bei Leichtbauten kann es vorkommen, dass das gesamte Gebäude oder Teile davon abheben.
Versagen des gesamten Tragwerkes
Das Versagen des gesamten Tragwerkes stellt in der Schweiz eine Ausnahme dar.
Die offene Holzbaute hielt der Belastung durch den Orkan Lothar nicht stand. Die Überlagerung von Innendruck und Sogkräften führte zum Versagen der Tragkonstruktion. Es ist davon auszugehen, dass die Konstruktion nicht oder ungenügend auf Wind ausgelegt war.
Innendruck
Schäden durch Innendruck in Gebäuden sind in der Schweiz selten.
Ein Fenster hielt der Belastung durch den Winddruck des Tornados nicht stand. Als Folge davon kam es zu grossem Innendruck, der die Türe aus der Verankerung riss.
Vernachlässigter Unterhalt
Schwachstellen bilden sich, wenn der Unterhalt von Dächern, Fassaden, Türen, Klappläden, Storen und Fenstern vernachlässigt wird. Die häufigsten Mängel sind fehlende oder defekte Ziegel, fehlende Sturmklammern, undichte Stellen am Dach, faulende Ort- und Traufbretter, defekte Kaminhüte sowie defekte Fassaden. Solche Kleinschäden können grössere Folgeschäden verursachen.
Unsachgemässer Umbau
Bei Veränderungen an tragenden Wänden oder Stützen kann das statische Gleichgewicht gestört werden. Oft werden wichtige Teile der Gebäudeaussteifung geschwächt oder entfernt und kräftemässig nicht mehr ausgeglichen. So entstehen zusätzliche Belastungen auf bestehende Bauteile, die bei der ursprünglichen Bemessung nicht berücksichtigt wurden.
Mit der konsequenten Einhaltung der Baunormen können Tragwerk und Gebäudehülle ausreichend vor Sturm geschützt werden (siehe Schutzziele). Zur Bemessung gemäss Norm SIA 261 sind sämtliche Nachweise zu erbringen (z.B. durch einen Bauingenieur) und die Baunormen konsequent umzusetzen. Verlangen Sie die entsprechenden Nachweise von Ihren Baupartnern. Viele Schäden sind auf mangelhafte oder fehlende Nachweise oder auf ungenügende Berücksichtigung der Schnittstellen zurückzuführen.
Vorschläge für Schutzmassnahmen zu einzelnen Bauteilen sowie zum konzeptionellen Vorgehen:
Egli, Th. (2007): Wegleitung Objektschutz gegen meteorologische Naturgefahren. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, Bern. (Download)
Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherer (2014): Prevent-Building – eine Methodik und ein Werkzeug zur Beurteilung der Wirksamkeit und Zumutbarkeit von Objektschutzmassnahmen an Gebäuden gegen gravitative und meteorologische Naturgefahren. Bericht Phase 1 mit Anpassungen aus Phase 2. Arbeitsgemeinschaft Prevent-Building: WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Egli Engineering AG, Geotest AG, B,S,S,. Volkswirtschaftliche Beratung, Version 12.05.2014. (Download)
Suda J. und Rudolf-Miklau F. (Hrsg.) (2012): Bauen und Naturgefahren, Handbuch für konstruktiven Gebäudeschutz. Springer, Wien.
Staub, B. (2018): Massnahmen zum Schutz der Gebäudehülle gegen Sturm, Hagel, Regen und Schnee. FAN Agenda 2/2018. Fachleute Naturgefahren Schweiz. (Download)
Staub, B. (2017): Gebäudeschutz gegen Naturgefahren. FAN Agenda 2/2017. Fachleute Naturgefahren Schweiz. (Download)
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