Schäden an Tragstrukturen für Windenergieanlagen

Reihe begründet von Günter Zimmermann
Schadenfreies Bauen, Band 47
Horst Bellmer
Hrsg.: Ralf Ruhnau
2016, 124 S., 103 Abb., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-9603-9

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Inhalt

Mit der Energiewende und dem daraus entstandenen Boom für Windenergieanlagen mit immer größeren Dimensionen ist für den planenden Ingenieur ein völlig neues, sehr anspruchsvolles Aufgabengebiet entstanden. Hinzu kommt, dass - anders als bei üblichen Bauwerken des Hoch- und Ingenieurbaus - Türme und Fundamente für Windenergieanlagen nicht nur einmal, sondern in großer Stückzahl in Serienproduktion gebaut werden. Nachweise sind nicht nur für die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit zu führen, sondern zusätzlich für die Dynamik und die Betriebssicherheit. Daher sind Windenergieanlagen schwierige Ingenieurbauwerke, bei denen sich Planungs- oder Konstruktionsfehler nahezu katastrophal auswirken können.
Der Autor stellt zunächst die konstruktiven Grundlagen wie Konstruktionsformen, Fundamentarten, Lastannahmen und Beanspruchungen sowie die zugehörigen Regelwerke vor. Er beschreibt die grundsätzlichen Probleme vor allem im Gründungsbereich und erläutert anhand von Schadensbeispielen die verschiedenen kritischen Elemente von der Verankerung der Türme auf unterschiedlichen Fundamenten über Eigenfrequenzprobleme bis zu Schäden an Fertigteiltürmen.
Das Buch wird so zu einem wichtigen Hilfsmittel für die Planung und Berechnung von Windenergieanlagen und bei der Beurteilung von Schäden und Risikopotenzialen.
Der Titel ist Teil der Fachbuchreihe Schadenfreies Bauen, in der das gesamte Gebiet der Bauschäden dargestellt wird. Erfahrene Bausachverständige beschreiben die häufigsten Bauschäden, ihre Ursachen und Sanierungsmöglichkeiten sowie den Stand der Technik. Die Bände behandeln jeweils ein einzelnes Bauwerksteil, ein Konstruktionselement, ein spezielles Bauwerk oder eine besondere Schadensart.

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Inhaltsverzeichnis

1 Vorbemerkung

1.1 Umweltpolitische Bedeutung der Windenergie

1.2 Wirtschaftliche Bedeutung der Windenergie

2 Übersicht über die Konstruktionsformen

2.1 Stahlkonstruktionen

2.1.1 Gittermast

2.1.2 Stahlrohrturm

2.1.3 Dreibein

2.2 Betonkonstruktionen

2.2.1 Vorgefertigte Maste (Schleuderbetonmaste)

2.2.2 Ortbetontürme

2.2.3 Vorgespannte Betontürme aus Fertigteilen

2.2.4 Hybridtürme

3 Vorschriften, Lastannahmen und Berechnung

3.1 Beanspruchungen

3.1.1 Eigenlasten

3.1.2 Windlasten

3.1.3 Temperaturänderungen

3.1.4 Dynamische Einwirkungen

3.1.5 Beanspruchungskollektive für die Betriebssicherheitsnachweise

3.1.6 Einwirkungen aus Transport und Montage

3.1.7 Erdbeben

3.1.8 Funktionskräfte

3.2 Berechnung

3.2.1 Stahlbaukonstruktionen

3.2.2 Betonkonstruktionen

3.2.3 Fundamente

4 Allgemeine Probleme bei Gründungen

4.1 Beispiel für einen Planungsfehler

4.2 Probleme infolge einer Fehleinschätzung des Baugrunds

4.3 Aufgetretene Probleme bei Flachgründungen

4.4 Aufgetretene Probleme bei Tiefgründungen

4.4.1 Beispiel 1: Pfähle zu kurz

4.4.2 Beispiel 2: Baugrund versagt beim Betonieren

4.4.3 Beispiel 3: Baugrund versagt infolge Geländebruchs

5 Schwere Ausführungsfehler am Fundamentanschluss

5.1 Ein Unglücksfall, der letztlich ein Glücksfall war

5.2 Problem 1: fehlender Betonanschluss

5.3 Problem 2: fehlender Beton

5.4 Zusammenfassung

6 Probleme beim Anschluss des Stahlturms an das Fundament

6.1 Einbau eines Ankerkorbs

6.2 Verankerung des Stahlturms auf einem Betonsockel

6.3 Verankerung des Stahlturms mit einem Fundamenteinbauteil

6.4 Fundamenteinbauteil mit zwei Ankerplatten

6.4.1 Rechenmodell

6.4.2 Schadensverlauf

6.4.3 Sanierungs- und Vorsorgemaßnahmen

7 Einzelprobleme

7.1 Schäden an Ortbetontürmen

7.1.1 Schäden im Bereich der Betondeckung

7.1.2 Schäden infolge fehlender Betonfestigkeit

7.1.3 Schäden infolge problematischer Zuschlagstoffe

7.2 Eigenfrequenzproblem bei einem Schleuderbetonmast

7.3 Schäden an Fertigteiltürmen

7.3.1 Ausfall der Sicherheitssysteme

7.3.2 Ein Rotorblatt macht sich selbstständig

7.3.3 Auffälligkeiten

7.4 Diverse Probleme beim Fundamentbau

7.4.1 Zu enge Bewehrung im Anschluss Fundament/Turm

7.4.2 Öffnungen im Einbauteil

7.5 Eine Nearshore-Gründung aus Stahl

7.6 Stahlkonstruktionen

7.6.1 Risse über einer Tür

7.6.2 Hängende Treppen

7.7 Ein Tiefgründungsfundament

8 Zusammenfassung

9 Zukunftsperspektiven

Literaturverzeichnis

Stichwortverzeichnis

Autoreninfo

Prof. Dipl.-Ing. Horst Bellmer. Bauingenieurstudium an der TU Braunschweig; öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Baustatik und Baukonstruktion bei der HK Bremen; Beratender Ingenieur, IK Bremen; Prüfingenieur für Baustatik (1985 bis 2013); langjähriger Partner der Ingenieurgemeinschaft Luttmann, später Bellmer und Schierenbeck GmbH, von 1999 bis 2014 Prof. Bellmer Ingenieurgruppe GmbH; seitdem freier Mitarbeiter der pb+ Ingenieurgruppe AG, Bremen; seit 1990 Lehrbeauftragter an der Hochschule Bremen.

Publikationslisten zum Thema:
Windenergieanlage, Planung, Konstruktion, Tragwerksplanung, Tragwerksdynamik, Gründung, Bauschaden,

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Ziel des Forschungsvorhabens war es, typische Schadensfälle und -erfahrungen aus der Baupraxis zu erfassen und daraus Empfehlungen für die Montage von Solaranlagen auf geneigten Bestandsdächern abzuleiten. Diese Empfehlungen sollen beim weiteren Ausbau von Energiegewinnungsflächen zur Schadensminimierung und damit zur effektiven und nachhaltigen Nutzung von Anlagen und Dächern beitragen. Die geringe Schadensquote bei Solaranlagen auf geneigten Dächern soll weiter minimiert werden. Die im Bericht dokumentierten Erfahrungen und die daraus abgeleiteten Empfehlungen sollen dazu beitragen. Sie können in die Weiterentwicklung der Regelwerke eingearbeitet werden, auch um einheitliche Bewertungsgrundlagen herzustellen. Diese dienen der Ausführungssicherheit und damit dem wirtschaftlichen sowie nachhaltigen Erfolg für Ausführende und Auftraggeber. Als Baustein zum Schutz der Lebensgrundlagen auf der Erde wird damit der weitere Ausbau von Energiegewinnungsflächen auf Dächern unterstützt.

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Zeitschriftenartikel

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