Schäden an Tragstrukturen für Windenergieanlagen
Reihe begründet von Günter ZimmermannSchadenfreies Bauen, Band 47
Horst Bellmer
Hrsg.: Ralf Ruhnau
2016, 124 S., 103 Abb., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-9603-9
Zum Inhaltsverzeichnis in SCHADIS®
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.
Verfügbare Formate
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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Das Forschungsprojekt verfolgte das Ziel, die umweltbedingten Einwirkungen auf Oberflächenschutzsysteme in Stahlbeton-Parkbauten sowohl während der Applikations- als auch Nutzungsphase zu untersuchen. Die untersuchten umweltbedingten Einflüsse haben je nach Bindemittelzusammensetzung und Auswahl des Oberflächenschutzsystems eine Auswirkung auf die Verschleißbeständigkeit und Dauerhaftigkeit der Produkte. Diese werden jedoch in den genormten labortechnischen Prüfungen der Systeme aktuell nicht beachtet. Die Untersuchungsergebnisse wurden genutzt, um Maßnahmen aufzuzeigen, die während der Applikations- und Nutzungsphase die negativen Auswirkungen der umweltbedingten Einflüsse auf die Oberflächenschutzsysteme reduzieren.
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Eine wesentliche Herausforderung bei der energetischen Sanierung von Bestandsgebäuden ist die gleichzeitige Sicherstellung der Luftdichtheit und des Feuchteschutzes. Durch die unzureichende Betrachtung von Anschlussdetails kann es zu erhöhten Wärmeverlusten kommen, die in letzter Konsequenz zu einer Tauwasser- oder Schimmelpilzbildung führen. Zusätzlich können aufgrund einer mangelhaft ausgebildeten Luftdichtheit konvektive Feuchteeinträge auftreten, die als Folge tauwasserbedingte Schäden in der Konstruktion hervorrufen. Ziel des Forschungsvorhabens war es, unterschiedliche Einblasdämmstoffe und sprühbare Luftdichtheitsschichten sowie die dazugehörigen Applikationstechniken hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Anwendbarkeit bei der energetischen Sanierung von Gebäuden zu erproben.
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Bei umfangreicheren Schimmelpilzschaden-Sanierungsarbeiten wird eine Trennung in einen kontaminierten Arbeitsbereich und nicht kontaminierte Bereiche gefordert. Besonders vielversprechend, im Sinne des Schutzes vor Kontamination von Personal und angrenzenden Räumen, erscheinen modulare Schleusensysteme. Für Vergleiche und Optimierungen werden verschiedene Abschottungssysteme mit Hilfe von Recherchen und Messungen erfasst. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden unterschiedliche Schleusen- und Durchgangssysteme für die Baustellenabschottung bei der Sanierung von Schimmelpilzschäden untersucht und bewertet. Die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Schleusen und Abschottungssysteme bei der Sanierung von Schimmelpilzschäden wurde untersucht und bewertet wobei auf die Sicherheit in der Anwendung, Ergonomie sowie Nachhaltigkeit der Systeme geachtet wurde.
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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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Instandsetzung von Schimmelschäden durch Abschottung - Partikeldichtheit von Baustoffen
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Im Bauwesen werden oft Bauteilschichten von Konstruktionen je nach Abdichtungsprinzip unvermeidbar durchfeuchtet, oder unbeabsichtigt nach einem Wasserschaden. Im ersten Fall verhindert die zum Innenraum vorhandene Abschottung negative Folgen für die Innenraumluftqualität. Im zweiten Fall stellt sich die Frage nach einer fachgerechten Instandsetzung. Durch das Forschungsvorhaben wird untersucht, welche Baustoffe das Eindringen von Schimmelsporen von feuchten Bereichen in Innenräume verhindern können. Zunächst wurde eine Umfrage unter etwa 2.300 Sachverständigen durchgeführt, in der nach der Häufigkeit von Schimmelpilzschäden in den letzten zehn Jahren, nach der Lage solcher Schäden und der weiteren Vorgehensweise im Instandsetzungsfall gefragt wurde. In Ergänzung zur Befragung wurden Simulations- und Laboruntersuchungen durchgeführt, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß übliche Baustoffe und Bauteilkonstruktionen für Schimmelpilzsporen und Hyphenfragmente durchlässig sind.
Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.
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