Sturm
Stürme können überall in der Schweiz 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 in die gleiche Richtung 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 entstehen im Übergangsbereich zwischen den subtropischen und polaren Klimazonen, also in etwa 35-70 Grad geographischer Breite. Hier treffen polare Kaltluftausbrüche auf subtropische Warmluftmassen und bilden grossräumige Tiefdruckwirbel. Die Intensität der Sturmfelder ist proportional zum Temperaturunterschied zwischen den beiden Luftmassen und deshalb im Spätherbst und Winter am grössten, wenn die Meere noch warm, die polaren Luftmassen aber schon sehr kalt sind. Es werden Böenspitzen von 39-56 m/s (140-200 km/h) erreicht. In Extremfällen kann in den Alpen ein Spitzenwert von 70 m/s (250 km/h) überschritten werden. Da das Sturmfeld (Tiefdruckgebiet) einen Durchmesser von 1000-1500 km annehmen kann, verursacht dieser Sturmtyp besonders hohe Schadensummen pro Ereignis.
Gewitterstürme sind die häufigsten Starkwinde in der Schweiz. Sie treten vorwiegend im Sommer und regional auf, wenn durch die Aufwärtsbewegung von warmer, feuchter Luft grosse Wolken entstehen. Die dabei entstehende thermische Instabilität, die den Wind verursacht, ist an das Vorhandensein von Bergen oder das Auftreten einer Front gebunden. Die Böenspitzen von Gewittern können lokal jene von Winterstürmen erreichen. Unterschieden werden Einzelzellen-, Multizellen- und Superzellengewitter (zunehmende Langlebigkeit und Heftigkeit des Gewitters). Einzelzellengewitter sind typische sommerliche Wärmegewitter und von kurzer Dauer (bis 1 Stunde). Multizellengewitter dauern 1 bis 3 Stunden und sind häufig von Sturmböen und Hagel begleitet. Superzellengewitter sind langanhaltende Gewitter von 1 bis 6 Stunden Dauer mit einer in sich rotierenden Zelle, die sich örtlich fortbewegt. Begleitende Phänomene sind: Hagel, Sturmböen, vertikale Fallwinde (Downbursts) sowie gelegentlich Tornados.
Föhnstürme sind warme, trockene und meist heftige Fallwinde im Windschatten (Lee) eines Gebirges. Bei Anströmung aus Süden tritt auf der Alpennordseite Föhn auf. An der Alpensüdseite spricht man von "Nordföhn", wenn von Norden oder Nordwesten her Kaltluftmassen die Alpen überqueren. Die hohe Temperatur und die Trockenheit des Föhns entstehen, wenn warme feuchte Luft an Luvseite des Gebirges zum Aufsteigen gezwungen wird und dabei einen Teil der Feuchtigkeit ausregnet (Stauniederschläge). Beim anschliessenden Absteigen erwärmt sich die nun trockenere Luft entsprechend schneller als beim vorhergehenden Aufsteigen. Föhnwinde treten häufig im Winterhalbjahr auf und können Orkanstärke erreichen (am 16.11.2002 wurde in den Ostalpen beispielsweise 60 m/s, d.h. 215 km/h gemessen!).
Tornados gibt es nicht nur im Mittleren Westen der USA, sondern weltweit in den gemässigten Breiten. Sie entwickeln sich meist entlang von Unwetterfronten in Gewitterzellen und können zusammen mit Hagel auftreten. Der mittlere Durchmesser des „Tornadorüssels“ liegt bei etwa 100 m, die mittlere Zuglänge bei einigen Kilometern. Die maximalen Geschwindigkeiten am Rande des Rüssels werden bei extremen Tornados auf über 139 m/s (500 km/h) geschätzt. Die meisten Tornados erreichen allerdings nur ca. 27.8 m/s (100 km/h).
In der Schweiz ist durchschnittlich mit 1-5 Tornados pro Jahr zu rechnen. Diese treten vor allem im Jura und der Nordschweiz auf, nicht jedoch im Alpenraum. Auch wenn die meisten Tornadoereignisse in der Schweiz wegen ihrer geringen räumlichen Ausdehnung keine oder nur geringe Schäden anrichten, sind potenzielle Grossschäden z.B. in Stadtgebieten nicht auszuschliessen.
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. |
Für Wettervorhersagen und Unwetterwarnungen (www.naturgefahren.ch, www.wetteralarm.ch) werden die folgenden Windstärkeklassen verwendet:
Warnstufe |
Böen (km/h) |
Schadenbilder |
|---|---|---|
Stufe 1 |
Im Flachland: 60-75 |
Astbruch, Umstürzen von Bauabschrankungen und Zelten, Herumwirbeln von losen Gegenständen wie Gartenmöbel |
Stufe 2 |
Im Flachland: 75-100 |
Umstürzende Bäume und Baugerüste, Schäden an Dächern, Stromausfälle, Schäden durch herumfliegende Gegenstände, Verkehrsprobleme |
Stufe 3 |
Im Flachland: >100 |
Grosse Schäden an Häusern, Stromausfälle, verbreitet umgestürzte Bäume, Verkehrskollaps, Lebensgefahr. In diese Stufe fällt z.B. der Orkan „Lothar“ |
Gefahrenstufe |
Windspitzen (km/h) |
Auswirkungen |
|---|---|---|
Stufe 2 (mässige Gefahr) |
in tiefen und mittleren Lagen: 70-90 |
- Bodennahe Turbulenz behindert die Leichtfliegerei - Erhöhter Wellengang auf Seen - Umstürzen von Gegenständen, die nicht oder nur ungenügend befestigt sind - Abbrechen von kleineren Ästen |
Stufe 3 (erhebliche Gefahr) |
in tiefen und mittleren Lagen: 90-110 |
- Abbrechen von Ästen, Umstürzen einzelner Bäume - Beschädigung einzelner Dächer - Umstürzen von leicht verankerten, grossflächigen Gegenständen wie Zelten und Baugerüsten - Beeinträchtigung des Strassen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehrs - Mögliche Einstellung des Betriebes von Skiliften und Seilbahnen |
Stufe 4 (grosse Gefahr) |
in tiefen und mittleren Lagen: 110-140 |
- Umstürzen von Bäumen - Beschädigungen einzelner Gebäude und Dächer - Behinderung oder Einschränkung des Strassen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehrs - Abtreiben von fest verankerten grossflächigen Gegenständen wie Zelten und Baugerüsten sowie mobilen Gegenständen wie Gartenmöbel - Ausfälle der Stromversorgung und/oder Telefonverbindungen |
Stufe 5 (sehr grosse Gefahr) |
in tiefen und mittleren Lagen: >140 |
- Umstürzen von Bäumen, ganzen Baumgruppen oder Waldpartien sowie Leitungsmasten - Starke Beschädigungen an Gebäuden - Störung oder Erliegen des Strassen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehrs - Umkippen von grösseren (leeren) Fahrzeugen - Umstürzen auch von fest verankerten grossflächigen Gegenständen wie Zelten und Baugerüsten sowie mobilen Gegenständen wie Gartenmöbel etc. - An den Seen grosse, über die Ufer treibende Wellen - Lang andauernde, grossräumige Ausfälle der Stromverbindung und / oder Telefonverbindungen |
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 einen Fachperson zu ermitteln.
Projektverfasser sind gut beraten, von ihren Baupartnern den Nachweis zur Einhaltung der SIA-Normen zu verlangen, insbesondere der Norm 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.
Bezeichnungen
| qp [kN/m2]: | Staudruck |
| vw [m/s]: | Windgeschwindigkeit |
| vt [m/s] | Trümmergeschwindigkeit |
| ρl [t/m3]: | Dichte von Luft |
| v [m]: | Gebäudebreite (nach SIA 261) |
| d [m]: | Gebäudelänge (nach SIA 261) |
| h [m]: | Gebäudehöhe (nach SIA 261) |
| α [°]: | Dachneigung |
| φ [°]: | Windrichtung horizontal |
| m [t]: | Masse eines anprallenden Gegenstandes |
| hb [m]: | Fallhöhe Baum |
| Ekin [J]: | Kinetische Energie des Trümmeranpralls |
| g [m/s2]: | Erdbeschleunigung (10 m/s2) |
Wirkung von Wind auf Gebäude
Gefährdungsbild 1: Gebäude dicht (kein Innendruck)
Von aussen wirken Druck- und Sogkräfte auf Fassaden und Dächer in Abhängigkeit von Windrichtung und -Geschwindigkeit vw.
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, Fenster, Lichtbänder und ähnliches, welche im Falle eines Sturmes nicht immer geschlossen sind.
Ein geöffnetes Fenster oder eine nicht geschlossene Türe verursachen Innendruck oder Innensog, je nachdem ob sich die Öffnung auf der Luv- oder Leeseite des Gebäudes befindet. Besonders ungünstig sind gleichgerichtete Druck- und Sogkräfte von innerer und äusserer Beanspruchung.
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
Der Anprall von Trümmern gefährdet v.a. die Fassade, insbesondere ungeschützte Fensterflächen. Ein dichtes Gebäude kann somit undicht werden. Es besteht eine erhöhte Personengefährdung. Die kinetische Energie des Trümmeranpralls ist abhängig von der Trümmermasse m und der Trümmergeschwindigkeit vt (kleiner als die Windgeschwindigkeit). Mögliche Trümmer sind: losgerissene Dach- und Fassadenelemente, Kies von Flachdächern, Cheminéehut, Gartenmöbel, Kleinholz, Garten- und Spielgeräte etc.
Gefährdungsbild 5: Anprall eines Baumes
Umstürzende Bäume gefährden Dach und Balkone, können aber auch ins Gebäudeinnere eindringen. Die kinetische Energie des Anpralls ist insbesondere abhängig von der Fallhöhe hb und von der relevanten Baummasse m.
Bestimmung der Windlast
Die Bestimmung der Windlast erfolgt gemäss Norm SIA 261. Folgende Faktoren werden dabei berücksichtigt: Höhenlage, Geländekategorie, Gebäudehöhe, Anströmrichtung, Gebäudeform, Lage der Undichtheiten und Öffnungen, dynamische Resonanzüberhöhung. Wind ist stets in Kombination mit Schnee zu betrachten, um die massgebenden Gefährdungsbilder zu berücksichtigen.
Staudruck
Gemäss Norm SIA 261 ist der Staudruck qp abhängig vom Windklima, der Bodenrauigkeit (Geländekategorien Seeufer, grosse Ebene, Ortschaften / freies Feld sowie grossflächige Stadtgebiete), der Form der Erdoberfläche und der Bezugshöhe.
Das Verhältnis von Staudruck qp zu Windgeschwindigkeit vw beträgt:
(Dichte von Luft ρl = 0.00125 [t/m3])
Sogspitzen
In Rand- und Eckbereichen von Flächen, auf die Windsog wirkt, treten durch verstärkte Umlenkung und hohe Strömungsgeschwindigkeiten Sogspitzen auf. Diese Sogspitzen können den mittleren Sog um ein Vielfaches überschreiten. Für diese Bereiche eines Gebäudes ist eine gesonderte Bemessung durchzuführen und es sind Massnahmen gegen erhöhten Windsog umzusetzen.
Eine Deckunterlage eines Daches gilt dann als offen, wenn ihre Luftdurchlässigkeit grösser als die der Deckung oder Abdichtung ist (z.B. Stahltrapezblech ohne dichtende Massnahmen an Stössen und Anschlüssen). Geschlossen ist eine Deckunterlage dann, wenn ihre Luftdurchlässigkeit kleiner oder höchstens gleich der Luftdurchlässigkeit der Deckung oder Abdichtung ist.
Bei Stürmen ist neben der Windbelastung auch der Stossdruck infolge Trümmeranpralls eine massgebende Einwirkung (Gefährdungsbild 4). Besonders empfindlich gegenüber dieser Einwirkung sind hohe Gebäude mit sensiblen Fassadenkonstruktionen (z.B. Glasfassaden). Speziell zu beachten ist die Personengefährdung.
Abgeleitet aus den Arbeiten von Wills et al. (2002), kann die Trümmergeschwindigkeit und die entsprechende kinetische Energie im Verhältnis zur herrschenden Windgeschwindigkeit abgeschätzt werden. Die flächenförmigen Trümmer erreichen die höchste Zerstörungsenergie gefolgt von stabförmigen und von kugelförmigen Trümmern.
| Windgeschwindigkeit vW [m/s] | [km/h] |
Trümmergeschwindigkeit vt [m/s] | [km/h] |
Material | Dicke [mm] | Kinetische Energie [J/m2] |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 36 | 6.4 | 23 | Holz | 3.5 | 39 |
| 10 | 36 | 6.4 | 23 | Stahl | 0.25 | 39 |
| 20 | 72 | 12.8 | 46.1 | Holz | 15 | 614 |
| 20 | 72 | 12.8 | 46.1 | Stahl | 1 | 614 |
| 40 | 144 | 25.6 | 92.2 | Holz | 60 | 9830 |
| 40 | 144 | 25.6 | 92.2 | Stahl | 3.8 | 9830 |
| Windgeschwindigkeit vW [m/s] | [km/h] |
Trümmergeschwindigkeit vt [m/s] | [km/h] |
Material | Dicke x ∅ [m x mm] | Kinetische Energie [J/m2] |
|---|---|---|---|---|
| 13 | 46.8 | 6.5 | 23.4 | Bambus | 3.0 x 30 | 12.5 |
| 22 | 79.2 | 11 | 39.6 | Bambus | 3.0 x 75 | 250 |
| 32 | 115.2 | 16 | 57.6 | Holz | 2.4 x 80 | 950 |
| Windgeschwindigkeit vW [m/s] | [km/h] |
Trümmergeschwindigkeit vt [m/s] | [km/h] |
Material | Dicke [mm] | Kinetische Energie [J/m2] |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 36 | 3.6 | 13 | Holz | 12 | 0.0065 |
| 10 | 36 | 3.6 | 13 | Stein | 2 | 0.0002 |
| 20 | 72 | 7.2 | 26 | Holz | 50 | 1.55 |
| 20 | 72 | 7.2 | 26 | Stein | 9 | 0.05 |
| 40 | 144 | 14.4 | 51.8 | Holz | 200 | 415 |
| 40 | 144 | 14.4 | 51.8 | Stein | 37 | 14 |
Für Energien bis ca. 50 [J] kann die Schadenwirkung der Trümmer auf Gebäudefassaden anhand der Methoden zur Bemessung von Hagelschäden abgeschätzt werden. Für Energien über 50 [J] sind die Angaben für Hagel mit entsprechender Vorsicht zu extrapolieren.
Ein umstürzender Baum kann in Abhängigkeit von seiner Grösse, seinem Durchmesser und der Ausbildung seiner Krone sowie dem Abstand zum betroffenen Gebäude und der Höhe des Gebäudes beim Anprall Kräfte in der Grössenordnung von 10 bis über 100 kN (1 bis über 10 t) erzeugen (siehe Schlüter, Gerold 2003).
Die ermittelten Kräfte aussen und innen des Gebäudes sind über die gesamte Konstruktion und deren Komponenten von Dach bis Fundament abzuleiten. Schadenfälle treten auf, wenn dieser Kraftfluss eine Lücke aufweist, zum Beispiel zwischen Dachbedeckung und Gebäudedecke oder zwischen Pfosten und Fundament.
Viele Schadenfälle sind auf mangelhafte oder fehlende Nachweise oder auf ungenügende Berücksichtigung der Schnittstellen zurückzuführen. Die Baunormen sind konsequent umzusetzen. Die Aufgaben und Verantwortlichkeiten der verschiedenen Akteure sind in SIA Ordnungen geregelt, insbesondere in SIA 101, SIA 102 und SIA 103.
Versagen der Gebäudehülle
Elemente des Daches und der Fassade (insbes. Verbindungen) halten den wirkenden Sogkräften nicht stand. Viele Gebäude erleiden Schäden durch das Versagen einzelner, meist exponierter Elemente der Gebäudehülle.
Versagen der Dachkonstruktion
Das Versagen ganzer Dachkonstruktionen ist oftmals auf spezielle Windverhältnisse zurückzuführen, z.B. einer exponierten Lage auf einer grossen Ebene. Bei Neubauten ist das Versagen der gesamten Dachkonstruktion sehr selten und mit hoher Wahrscheinlichkeit mit konstruktiven Mängeln verbunden.
Der häufigste Grund für Schäden an Bedachungssystemen bei Neubauten oder Umbauten ist die fehlende Kraftübertragung in die tragende Unterkonstruktion, insbesondere wegen:
- 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
Die Verwendung von Nägeln mit glatter Oberfläche anstelle von Schrauben oder zumindest Rillen- oder Schraubennägel führte bei diesem Blechfalzdach zum Totalschaden.
Die Verbindungen zwischen Dachhaut und Schalung, zwischen Schalung und Konterlatten, sowie zwischen Konterlatten und Sparrenpfetten werden oftmals nicht rechnerisch überprüft. Der Bauherr bzw. sein Vertreter sind aufgefordert diesen Nachweis explizit vom Projektleiter resp. des hiermit betrauten Fachmannes zu verlangen.
Dieses Dach eines Neubaus wurde infolge einer unzureichenden Befestigung zwischen Konterlatten und Sparrenpfetten abgehoben und auf den Vorplatz geworfen (Personengefährdung!).
Vordächer ohne Deckunterlage sind der Windbeanspruchung aus Druck und Sog schon bei geringeren Windgeschwindigkeiten nicht gewachsen.
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, wenn die Konstruktion nicht oder ungenügend auf Wind ausgelegt ist.
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.
Vernachlässigter Unterhalt
Wird der Unterhalt von Dächern, Fassaden, Türen, Klappläden, Storen und Fenstern vernachlässigt, können Schwachstellen entstehen. 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. Weitere Empfehlungen für Schutzmassnahmen zu einzelnen Bauteilen und 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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